початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ДВИГУН З зовнішнім підведенням ТЕПЛОТИ

Дмитро Конюхов

Винахід відноситься до машинобудування, а саме до двигунобудування, зокрема до двигунів із зовнішнім підведенням теплоти. І призначене для використання в якості силової установки.

Винахід може бути використано в автомобілебудуванні, а й як рухових пристроїв морського і річкового транспорту. Крім того, двигун можна використовувати в якості приводу електричних генераторів.

При сучасному розвитку техніки гостро стоїть питання про необхідність створення енергетичних установок, в яких можуть бути використані різні джерела теплової енергії, які не забруднюють навколишнє середовище і мають низький рівень шуму і вібрації. До таких перспективних силових установок можна віднести пропонований двигун.

Спрощена схема двигуна представлена ​​на рис. 1. У двигуні такти стиснення і розширення здійснюються в різних циліндрах, відповідно компресійному 1 і розширювальному 2. Циліндри 1 і 2 пов'язані між собою через компресійну 3 і розширювальну 4 магістралі. У компресійної магістралі 3 знаходиться охолоджувач 5, а в розширювальної магістралі 4 знаходиться нагрівач 6. Компресійна магістраль 3 підключена до компресійного циліндру 1 через випускний клапан 7, а до розширювального циліндра 2 через впускний клапан 8. Розширювальна магістраль 4 підключена до розширювальному циліндра 2 через випускний клапан 9, а до компресійного циліндру 1 через впускний клапан 10. Поршні 11 і 12 циліндрів 1 і 2 пов'язані з валом двигуна 13 через механізм перетворення руху 14.

Мал. 1. Схема роботи ДВПТ

Конструктивно двигун містить чотири розширювальних і чотири компресійних циліндра. Циліндри розташовані по черзі і паралельно, навколо осі робочого вала двигуна. Механізм перетворення зворотно-поступального руху виконаний у вигляді косою шайби, як привід аксіально-поршневого насоса. Згоряння палива відбувається в теплообмінної камері. Підведення теплоти до робочого тіла здійснюється через теплообмінні трубки. При стисненні робочого тіла здійснюється відведення теплоти через теплообмінні трубки та охолодження робочого тіла в охолоджувачі (радіаторі). Кількість робочого тіла (їм може бути повітря), укладеного в робочому об'ємі двигуна, постійно і незмінюваного. Робоче тіло знаходиться під великим тиском, порядку 40-200 атм.

Зовнішній вигляд двигуна

Двигун має приблизно такі ж розміри і масу, як і звичайний двигун внутрішнього згоряння.

До особливостей пропонованого двигуна слід віднести:

Високий к. П. Д. Можливість отримання високого к. П. Д., А отже, і великий економічності є важливою особливістю двигуна. Це пов'язано з повним використанням перепаду температури і тиску в циклі. Однак для реалізації цих можливостей необхідно подолати значні конструктивні і технологічні труднощі, і труднощі, пов'язані з підбором матеріалів для виготовлення деталей двигуна.

Різні теплові джерела. Зовнішній підвід теплоти, що використовується в двигуні, дозволяє застосовувати різні теплові джерела без будь-яких істотних змін конструкції двигуна. Практично всі копалини палива від твердих до газоподібних можуть бути безпосередньо використані в двигуні. Для цього двигун обладнують камерою згоряння з рекуперативним теплообмінником для підігріву повітряного заряду теплотою відпрацьованих газів.

У містах з високою інтенсивністю руху для застосування на транспортних засобах великі перспективи має двигун з тепловим акумулятором.

Перевага двигуна полягає і в тому, що він може працювати не тільки на різноманітних паливах, але дає можливість застосовувати різні види джерел теплоти. Це означає, що робота двигуна не залежить від наявності атмосфери. Він може однаково добре працювати в замкнутому просторі, як на підводних човнах, так і на супутниках.

Вплив на навколишнє середовище (токсичність, шум, вібрації). Очевидно, що про токсичність двигуна (в звичайному сенсі цього поняття) можна говорити тільки при використанні теплоти згорання палива.

Джерелами виділення токсичних речовин є продукти згоряння палива і випаровування його з системи живлення. Двигун працює по замкнутому циклу, тому в його картері немає продуктів згоряння і внаслідок цього з картера не виділяються токсичні речовини.

Випаровування палива в атмосферу в двигуні значно менше, ніж у карбюраторних двигунів внутрішнього згоряння, так як паливна система закритого типу. Практично єдине джерело токсичних речовин - продукти згоряння, що виходять в атмосферу з камери згоряння.

Основними токсичними речовинами, що містяться в продуктах згоряння такого палива, є окис вуглецю СО, незгорілі вуглеводні С _х Н _у, оксиди азоту NO _х, альдегіди, сажа, оксиди сірки (при використанні сірчистих палив), сполуки свинцю (для етилованого бензину).

Оцінимо токсичність двигуна по виділенню оксиду вуглецю, вуглеводнів, оксидів азоту, а й по димності. На ці виділення є або вводяться законодавчі обмеження. Токсичні продукти неповного згоряння (СО і С _х Н _у) є наслідком браку кисню при згорянні (при малих загальних або місцевих коефіцієнтах надлишку повітря).

Сажа у відпрацьованих газах з'являється в тих випадках, коли відбувається термічний розклад вуглеводневого палива (крекінг) при високих температурах і нестачі кисню. Камери згоряння двигуна подібні камерам згоряння газотурбінних і парових двигунів. Процес згоряння в них є стаціонарним. В таких умовах можна забезпечити достатньо хорошої якості сумішоутворення. Повітря, що надходить в камеру згоряння, підігрівається в спеціальному підігрівачі відпрацьованими газами. Очевидно, що виділення токсичних речовин з відпрацьованими газами в двигуні залежить від коефіцієнта надлишку повітря при згорянні і температури повітря на вході в камеру згоряння.

Зі збільшенням коефіцієнта надлишку повітря при згорянні зменшується концентрація СО, С _х Н _у і NO _х. Розгляд маси токсичних компонентів, що виділяються при згоранні одиниці кількості палива, призводить до такого ж висновку. Необхідно відзначити дуже малі концентрації СО, С _х Н _у. Концентрація NO _х зменшується з ростом коефіцієнта надлишку повітря через більш істотного впливу зниження температури в порівнянні з впливом збільшення кількості вільного кисню в продуктах згорання. Так як при збільшенні коефіцієнта надлишку повітря ККД двигуна дещо падає, то раціональне значення коефіцієнта надлишку повітря при згорянні становить приблизно 1,5-1,8.

З підвищенням температури повітря, що надходить в камеру згоряння, при постійному коефіцієнті надлишку повітря вміст продуктів неповного згоряння (СО і С _х Н _у) зменшується, а концентрація NO _х зростає. ККД двигуна і збільшується зі зростанням температури повітря на вході в камеру згоряння. Зменшення концентрації СО і С _х Н _у пояснюється поліпшенням умов згоряння в більш гарячому повітрі. Збільшення концентрації NO _х викликано підвищенням максимальної температури згорання при незмінному коефіцієнті надлишку повітря. Температура повітря на вході в камеру згоряння в двигуні досягає 600-800 ° С.

Необхідно відзначити, що відпрацьовані гази двигуна не мають запаху і практично не містять сажі.

Наведені вище матеріали показують, що найбільший вплив на токсичність відпрацьованих газів двигуна надають окисли азоту. Виділення їх може бути зменшено впливом на умовах згоряння палива в камері (зменшенням максимальної температури і концентрації кисню). Для зниження температури в зоні згоряння підбирають відповідні параметри камери згоряння або застосовують рециркуляцію відпрацьованих газів (як і в двигунах внутрішнього згоряння).

Збільшення кількості перепускає відпрацьованих газів понад 33% кількості надходить свіжого повітря недоцільно, так як при цьому істотно зростає концентрація СО, а концентрація NO _х зменшується менш значно.

Для оцінки рівня токсичності двигуна в таблиці наведені питомі виділення токсичних речовин в цьому двигуні, в дизелі, газової турбіни і карбюраторному двигуні.

З наведеної таблиці випливає, що навіть без прийняття спеціальних заходів токсичність відпрацьованих газів двигуна значно нижче токсичності теплових двигунів інших типів.

Низький рівень шуму і вібрації. Основними джерелами шуму в двигунах внутрішнього згоряння є турбокомпресор, процес згоряння, процеси впуску і випуску, механізм газорозподілу, кривошипно-шатунний і допоміжні механізми (через наявність зазорів в зубчастих зачеплення, періодично перекриваються зазорів в рухомих з'єднаннях і т. П.). Генерацію шуму допоміжними механізмами в двигунах внутрішнього, і зовнішнього згоряння можна прийняти однаковою, інші джерела шуму в двигуні відсутні, тому рівень шуму, виробленого працюючим двигуном, значно менше, ніж у двигуна внутрішнього згоряння. Зовнішнє згоряння в двигуні відбувається безперервно і не має вибухового характеру, завдяки чому при згоранні і випуску шум майже не генерується.

Крім того, тиск в циліндрах двигуна змінюється плавно, практично за синусоїдальним законом. Рівень шуму цього двигуна в середньому на 20-30 дБ нижче, ніж дизеля такої ж потужності.

Витрата мастила. У двигунах внутрішнього згоряння попадання масла в циліндр, з одного боку, веде до вигорання масла, а з іншого, до його старіння внаслідок зіткнення з гарячими газами і деталями двигуна.

У пропонованому двигуні масло практично не може потрапити в робочі порожнини і, крім того, ніде не стикається ні з гарячими газами, ні з нагрітими деталями, тому не відбувається ні вигоряння, ні осмоления масла. Внаслідок цього в двигуні відпадає необхідність в періодичному додаванні олії. В принципі двигун може пропрацювати протягом всього моторесурсу зі спочатку заправленим олією (якщо воно з часом не змінює своїх якостей під впливом навколишнього середовища), яке очищається тільки від абразивних частинок. Для двигунів великої і середньої потужності це є найважливішим економічним перевагою (вартість мастила в 10 разів перевищує номінальну вартість палива). Для двигунів малої потужності це значно зменшує трудомісткість обслуговування.

Попадання масла в робочі порожнини двигуна вкрай небажане і надзвичайно шкідливе явище, так як змінюються властивості робочого тіла і, як наслідок, ефективний ККД двигуна. Тому в двигуні застосовуються не змащувані поршневі кільця, а мастильний матеріал потрібно тільки для змащення механізму привода і допоміжних агрегатів. Як поршневих ущільнень у двигуні застосовуються нерозрізні кільця з фторопласту або композиційних матеріалів на основі останнього.

Надійний і швидкий пуск двигуна при низькій температурі. Пропонований двигун, який має великий тиск робочого тіла у внутрішніх порожнинах і досить високу температуру трубок нагрівача, легко пускається при будь-якій температурі навколишнього середовища. Його пуск залежить виключно від надійності, з якою може бути Зайнялося паливо в камері згоряння. Свічка запалювання, яка об'єднана з форсункою в одне ціле, практично гарантує пуск двигуна при будь-яких параметрах навколишнього середовища.

Нечутливість до пилу навколишнього простору. Так як пропонований двигун - двигун зовнішнього згоряння, то пил, що потрапляє в повітряний заряд камери згоряння з навколишнього простору, не надходить у циліндри і картер (в двигуні вентиляція картера не потрібно). Внаслідок цього в двигуні відсутній додатковий абразивний знос рухомих деталей механізму приводу. Крім того, через малій швидкості руху повітряного заряду і відпрацьованих газів в рекуперативному теплообміннику камери згоряння (підігрівачі повітряного заряду) і в її розпилюють пристрої корозія цих деталей незначна.

Робота з короткочасними перевантаженнями. Моторесурс двигунів визначається швидкістю настання межі повзучості матеріалу деталей нагрівача, що працюють при високій температурі. З підвищенням тиску робочого тіла у внутрішніх порожнинах двигуна швидкість настання межі повзучості зростає. Проте, короткочасні перевантаження, пов'язані з підвищенням тиску робочого тіла у внутрішніх порожнинах, незначно зменшують довговічність двигуна, так як температура деталей нагрівача залишається незмінною.

У загальному випадку будь-який двигун може гарантовано витримувати короткочасну 50-80% -ную перевантаження без помітного зниження довговічності.

Тепловіддача в охолоджуючу середу. Внаслідок наявності в двигуні замкнутої системи циркуляції робочого тіла теплоотвод практично повністю здійснюється через охолоджувач, при цьому тепловідвід повинен відбуватися при можливо більш низьких температурах. Тому кількість теплоти, що відводиться в охолоджувальну воду, в двигуні приблизно в 2 рази більше, ніж в двигунах внутрішнього згоряння, при їх однакових ефективних ККД. Отже, розміри радіатора системи охолодження двигунів на транспортних засобах виходять більше, ніж у двигунів внутрішнього згоряння того ж призначення.

У суднових двигунах ця особливість не є серйозним недоліком.

Основні параметри ДВИГАТЕЛЯ ОБ'ЄМОМ 1500 см ³

Версія для друку
Автор: Дмитро Конюхов
PS Матеріал захищений

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів