Принцип роботи
Пропонована інноваційна технологія заснована на використанні високоефективного чотирициліндрового двигуна зовнішнього згоряння. Це - тепловий двигун. Тепло може поставлятися від зовнішнього джерела тепла або проводитися шляхом спалювання широкого спектра видів палива всередині камери згоряння.
Тепло підтримується при постійній температурі в одному відділенні двигуна, де воно перетворюється в водень, що знаходиться під тиском. Зростаючи, водень штовхає поршень. У відділенні двигуна з низькою температурою водень охолоджується за допомогою акумуляторів тепла і охолоджувачів рідини. При розширенні і стисненні водень викликає зворотно-поступальний рух поршня, яке перетворюється в обертальний рух за допомогою похилої шайби, яка приводить в дію стандартний, ємнісний електричний генератор. У процесі охолодження водню також проводиться тепло, яке можна використовувати для комбінованого виробництва електроенергії і тепла в допоміжних процесах.
Загальний опис
Теплоенергетична установка FX-38 являє собою єдиний модуль "двигун-генератор", який включає двигун зовнішнього згоряння, систему згоряння, що працює на пропані, природному газі, попутному нафтовому газі, інших видах палива із середньою і низькою енергоємністю (біогаз), індуктивний генератор, систему контролю двигуна, захищений від атмосферних впливів корпус з вбудованою системою вентиляції та інше допоміжне обладнання для паралельної роботи з мережею високої напруги.
Номінальна потужність з електрики при роботі на природному газі або біогазі при частоті 50 Гц складає 38 кВт. Крім того, установка виробляє 65 кВт-год витягується тепла з продукції, що поставляється за спеціальним замовленням системою комбінованого виробництва тепла та електроенергії.
Установка FX-38 може бути оснащена різними опціями системи охолодження для забезпечення гнучкості схеми установки. Продукт розроблений для простого підключення до електричних контактів, системам подачі палива і зовнішнім трубах системи охолодження, якщо обладнані такими.
Додаткові деталі та опції
- Модуль вимірювання потужності (забезпечує встановлений трансформатор струму для зчитування на дисплеї параметрів змінного струму)
- Опція дистанційного моніторингу по інтерфейсу RS-485
- Опції вбудованого, або віддалено змонтованого радіатора
- Опція використання пропанового палива
- Опція використання природного газу
- Опція використання попутного нафтового газу
- Опція використання палива низької енергоємності
Установка FX-48 може застосовуватися в декількох варіантах наступним чином:
- Паралельне підключення до високовольтної мережі при 50 Гц, 380 В змінного струму
- Режим спільної вироблення тепла і електроенергії
Експлуатаційні характеристики установки
У режимі виробництва електроенергії і тепла при частоті 50 Гц установка виробляє 65 кВт-год витягується тепла. Продукт обладнаний системою труб, готової для підключення до поставляє замовником теплообміннику типу рідина / рідина. Гаряча сторона теплообмінника являє собою схему замкнутого циклу з охолоджувачем кожуха двигуна і вбудованим радіатором системи, якщо такі присутні. Холодна сторона теплообмінника призначена для схем теплоприемника замовника.
Технічне обслуговування
Установка призначена для безперервної роботи і відбору потужності. Базова перевірка експлуатаційних характеристик проводиться замовником з інтервалом в 1000 годин і включає перевірку системи водяного охолодження і рівня масла. Через 10000 годин експлуатації проводиться обслуговування передньої частини установки, що включає заміну поршневого кільця, сальника штока, ременя приводу і різних сальників. Специфічні ключові компоненти перевіряються на знос. Швидкість роботи двигуна становить 1500 обертів на хвилину для роботи на частоті 50 Гц.
безперебійність
Безперебійність роботи установки становить понад 95%, виходячи з інтервалів експлуатації, і враховується при графіку технічне обслуговування.
Рівень звукового тиску
Рівень звукового тиску блоку без вбудованого радіатора становить 64 дБА на відстані 7 метрів. Рівень звукового тиску блоку з вбудованим радіатором з вентиляторами охолодження становить 66 дБА на відстані 7 метрів.
викиди
При роботі на природному газі викиди двигуна менше або дорівнюють 0,0574 г / Нм 3 NO x, 15,5 г / Нм 3 летких органічних сполук і 0,345 г / Нм 3 СО.
газоподібне паливо
Двигун розрахований на роботу на різних типах газоподібного палива зі значеннями нижчої теплоти згорання від 13,2 до 90,6 МДж / Нм 3, попутний нафтовий газ, природний газ, вугільний метан, газ вторинної переробки, пропан і біогаз полігонів ТПВ. Для охоплення даного діапазону пристрій може бути замовлено з наступними конфігураціями паливної системи:
Система згоряння вимагає регульованого тиску подачі газу в 124-152 мбар для всіх типів палива.
Довкілля
Установка в стандартному виконанні працює при температурі навколишнього середовища від -20 до + 50 ° С.
опис установки
Теплоенергетична установка FX-38 повністю готова для вироблення електроенергії в заводській поставці. Вбудований електричний пульт монтується на блок для задоволення вимог інтерфейсу і контролю. Стійкий до атмосферних впливів цифровий дисплей, вбудований в електричний пульт, забезпечує оператору інтерфейс запуску, зупинки та перезапуску за допомогою кнопок. Електричний пульт також служить основним місцем підключення кінцевого електричного пристрою замовника, а також з кінцевими пристроями дротового зв'язку.
Установка здатна досягати вихідної потужності повного навантаження приблизно через 3-5 хвилин з моменту запуску в залежності від початкової температури системи. Послідовність запуску і установки наводиться в дію натисканням кнопки.
Після команди пуску установка підключається до високовольтної мережі шляхом закриття внутрішнього контактора на мережу. Двигун негайно повертається, очищаючи камеру спалювання до відкриття паливних клапанів. Після відкриття паливного клапана енергія подається на запальний пристрій, підпалюючи паливо в камері спалювання. Наявність спалювання визначається по підвищенню температури робочого газу, що призводить в дію процедуру управління розгоном до точки робочої температури. Після цього полум'я залишається самопідтримуваним і постійним.
Після команди зупинки установки спочатку закривається паливний клапан для припинення процесу спалювання. Після попередньо встановленого часу, протягом якого механізм охолоджується, відкриється контактор, відключаючи установку від мережі. У разі якщо такі встановлені, вентилятори радіатора можуть працювати деякий час для зменшення температури охолоджуючої рідини.
В установці використовується двигун зовнішнього згоряння з постійною довжиною ходу, підключений до стандартного індукційному генератору. Пристрій працює паралельно з високовольтної мережею або паралельно з системою розподілу енергії. Індукційний генератор не створює свого власного збудження: він отримує збудження від підключеного джерела електромережі. Якщо напруга в електромережі зникає, установка відключається.
Опис вузлів установки
Конструкція установки забезпечує її простий монтаж і підключення. Є зовнішні з'єднання для паливних труб, кінцевих пристроїв електроенергії, інтерфейсів комунікацій і, якщо це передбачено, зовнішнього радіатора і система труб теплообмінника рідина / рідина. Установку можна замовити в комплекті з вбудованим або віддалено монтованим радіатором і / або системою труб теплообмінника рідина / рідина для охолодження двигуна. Відвідувачі можуть замовити інструменти для безпечного відключення і логічні схеми управління, розроблені спеціально для бажаного режиму роботи.
Кожух має дві експлуатаційні панелі на кожній стороні відділення двигун / генератор і зовнішню однопетельную двері для доступу до електричного відділенню.
Вага установки: близько 1770 кг.
Двигун є 4-циліндровим (260 см 3 / циліндр) двигуном зовнішнього згоряння, що поглинає тепло безперервного спалювання газового палива в камері внутрішнього згоряння, І включає наступні вбудовані компоненти:
- Вентилятор подачі повітря в камеру згоряння, приводиться в дію двигуном
- Повітряний фільтр камери згоряння
- Паливна система і кожух камери згоряння
- насос для мастила, Приводиться в дію двигуном
- Охолоджувач і фільтр для мастила
- Водяний насос системи охолодження двигуна, приводиться в дію двигуном
- Температурний датчик води в системі охолодження
- Датчик тиску мастила
- Датчик тиску та температури газу
- Все необхідне контрольне і захисне обладнання
Характеристики генератора наводяться нижче:
- Номінальна потужність 38 кВт при 50 Гц, 380 В змінного струму
- Електричний ККД 95,0% при коефіцієнті потужності 0,7
- Порушення від комунальної електромережі за допомогою індукційного мотора / генераторного збудника
- Менше 5% загальних гармонійних спотворень від відсутності навантаження до повного навантаження
- Клас ізоляції F
Інтерфейс оператора - цифровий дисплей забезпечує управління установкою. Оператор може запустити і зупинити установку з цифрового дисплея, подивитися час роботи, робочі дані і попередження / збої. При установці опционального модуля вимірювання потужності оператор може бачити багато електричні параметри, такі як потужності, що виробляється, кіловат-години, кіловат-ампер і коефіцієнт потужності.
Функція діагностики обладнання та збору даних вбудована в систему контролю установки. Вирішення проблем спрощує віддалений збір даних, звіт за даними і усунення несправностей пристрою. Ці функції включають збір системних даних, таких як інформація про робочому стані, все механічні робочі параметри, такі як температура і тиск циліндрів, а також, якщо підключений опціональний вимірювач потужності, - електричні параметри значень вироблюваної потужності. Дані можуть бути передані через стандартний порт з'єднання RS-232 і показані на персональному комп'ютері або ноутбуці за допомогою програмного забезпечення для збору даних. Для кількох установок або у випадках, коли відстань передачі сигналу перевищує можливості RS-232, для отримання даних використовується опціональний порт RS-485 з використанням протоколу MODBUS RTU.
Для перенесення гарячих вихлопних газів від системи згоряння використовуються труби з нержавіючої сталі. До вихлопній трубі в місці виходу з кожуха прикріплена збалансована вихлопна заслінка із захисним ковпаком від дощу і снігу.
Для охолодження можуть застосовуватися різні прикладні технології і конфігурацій:
Вбудований радіатор - надає собою радіатор, розрахований на температуру навколишнього середовища до + 50 ° C. Всі труби підключаються в заводських умовах. Це типова технологія в разі, якщо не використовується утилізація тепла, що відходить.
Зовнішній радіатор - призначений для установки замовником, розрахований на температуру навколишнього середовища до + 50 ° C. Короткі опори ніжок поставляються з радіатором для монтажу на контактному столику. При необхідності установки в приміщенні можна використовувати даний варіант замість надання системи вентиляції, необхідної для подачі охолоджуючого повітря у вбудований радіатор.
Зовнішня система охолодження - надає систему труб зовні кожуха для продукції, що поставляється замовником системи охолодження. Їй може виступати теплообмінник або віддалено вмонтований радіатор.
Холодоагент складається з 50% води і 50% етиленгліколю за обсягом: можна замінити сумішшю пропиленгликоля і води, при необхідності.
Установка FX-38 використовує водень як робоче тіло для приведення в рух поршнів двигунів через високі здібностей водню до передачі тепла. У нормальному режимі роботи споживається передбачуване кількість водню через нормальних витоків, викликаних проникністю матеріалу. Для обліку цього темпу споживання місце установки вимагає наявності одного або декількох наборів балонів з воднем, відрегульованих і приєднаних до блоку. Усередині установки вбудований водневий компресор збільшує тиск в балоні до більш високого тиску в двигуні і вводить малі порції за запитом програмно-апаратних засобів. Вбудована система не вимагає технічного обслуговування, а балони підлягають заміні в залежності від роботи двигуна.
Для подачі палива поставляється труба зі стандартною трубної різьбленням 1 дюйм для всіх стандартних типів палива, за винятком низькоенергетичних варіантів, для яких використовується стандартна трубне різьблення 1 + 1/2 дюйма. Вимоги до тиску палива для всіх видів газоподібного палива становлять від 124 до 152 мбар.
Це вступна частина циклу статей присвячених Двигуну Внутрішнього Згоряння, що є коротким екскурсом в історію, що оповідає про еволюцію ДВС. Так само, в статті будуть зачеплені перші автомобілі.
У наступних частинах будуть детально описані різні ДВС:
Шатунно-поршневі
роторні
турбореактивні
реактивні
Двигун був встановлений на човен, яка змогла піднятися вгору за течією річки Сона. Через рік, після випробувань, брати отримали патент на свій винахід, підписаний Наполеоном Бонопартом, терміном на 10 років.
Правильніше за все, було б назвати цей двигун реактивним, так як його робота полягала в виштовхуванні води з труби знаходиться під днищем човна ...
Двигун складався з камери підпалювання і камери згоряння, сильфона для нагнітання повітря, паливо-роздавальний пристрої та пристрої запалювання. Паливом для двигуна служила вугільний пил.
Сильфон впорскував струмінь повітря змішану з вугільним пилом в камеру підпалювання де тліючий гніт запалював суміш. Після цього, частково підпалений суміш (вугільний пил горить відносно повільно) потрапляла в камеру згоряння де повністю прогорала і відбувалося розширення.
Далі тиск газів виштовхувало воду з вихлопної труби, Що змушувало човен рухатися, після цього цикл повторювався.
Двигун працював в імпульсному режимі з частотою ~ 12 і / хвилину.
Через деякий час, брати вдосконалили паливо додавши в нього смолу, а пізніше замінили його нафтою і сконструювали просту систему уприскування.
Протягом наступних десяти років проект не отримав ніякого розвитку. Клод поїхав в Англію з метою просування ідеї двигуна, але розтратив всі гроші і нічого не добився, а Джозеф зайнявся фотографією і став автором першої в світі фотографії "Вид з вікна».
У Франції, в будинку-музеї Ньєпс, виставлена \u200b\u200bрепліка «Pyreolophore».
Трохи пізніше, де Ріва поставив свій двигун на чотириколісну візок, яка, на думку істориків, стала першим автомобілем з ДВС.
Про Алессандро Вольта
Вольта вперше помістив пластини з цинку і міді в кислоту, щоб отримати безперервний електричний струм, створивши перший в світі хімічний джерело струму ( «Вольтів стовп»).
У 1776 р Вольта винайшов газовий пістолет - «пістолет Вольти», в якому газ вибухав від електричної іскри.
У 1800 році побудував хімічну батарею, що дозволило отримувати електрику за допомогою хімічних реакцій.
Іменем Вольти названа одиниця вимірювання електричної напруги - Вольт.
A - циліндр, B - "Свіча запалювання, C - поршень, D - «повітряний» куля з воднем, E - храповик, F - клапан скидання відпрацьованих газів, G - рукоятка для управління клапаном.
Водень зберігався в «повітряному» кулі з'єднаним трубою з циліндром. Подача палива і повітря, а так само підпал суміші і викид відпрацьованих газів здійснювалися вручну, за допомогою важелів.
Принцип роботи:
Через клапан скидання відпрацьованих газів в камеру згоряння поступало повітря.
Клапан закривався.
Відкривався кран подачі водню з кулі.
Кран закривався.
Натисканням на кнопку подавався електричний розряд на «свічку».
Суміш спалахувала і піднімала поршень вгору.
Відкривався клапан скидання відпрацьованих газів.
Поршень падав під власною вагою (він був важкий) і тягнув мотузку, яка через блок повертала колеса.
Після цього цикл повторювався.
У 1813 році де Ріва побудував ще один автомобіль. Це була візок довжиною близько шести метрів, з колесами двометрового діаметру і весівшея майже тонну.
Машина змогла проїхати 26 метрів з вантажем каменів (Близько 700 фунтів) і чотирма чоловіками, зі швидкістю 3 км / год.
З кожним циклом, машина переміщалася на 4-6 метрів.
Мало хто з його сучасників серйозно ставився до цього винаходу, а Французька Академія Наук стверджувала, що двигун внутрішнього згоряння ніколи не буде конкурувати за продуктивністю з паровою машиною.
У 1833 році, Американський винахідник Лемюель Веллман Райт, зареєстрував патент на двотактний газовий двигун внутрішнього згоряння з водяним охолодженням.
(див. нижче) в своїй книзі «Gas and Oil Engines» написав про двигун Райта наступне:
«Креслення двигуна дуже функціональний, а деталі ретельно опрацьовані. Вибух суміші діє безпосередньо на поршень, який через шатун обертає кривошипний вал. за зовнішнім виглядом двигун нагадує парову машину високого тиску, в якій газ і повітря подаються за допомогою насосів з окремих резервуарів. Суміш, що знаходиться в сферичних ємностях підпалювалася під час підйому поршня в ВМТ (верхня мертва точка) і штовхала його вниз / вгору. В кінці такту відкривався клапан і викидав вихлопні гази в атмосферу. »
Невідомо, чи був коли-небудь цей двигун побудований, проте є його креслення:
У 1838 році, Англійський інженер Вільям Барнетт отримав патент на три двигуни внутрішнього згоряння.
Перший двигун - двотактний односторонньої дії (Паливо горіло тільки з одного боку поршня) з окремими насосами для газу і повітря. Підпал суміші відбувався в окремому циліндрі, а потім палаюча суміш перетікала в робочий циліндр. Впуск і випуск здійснювався через механічні клапана.
Другий двигун повторював перший, але був подвійної дії, Тобто горіння відбувалося поперемінно з обох сторін поршня.
Третій двигун, так само був подвійної дії, але мав впускні і випускні вікна в стінках циліндра відкривається в момент досягнення поршнем крайньої точки (як у сучасних двотактники). Це дозволяло автоматично випускати вихлопні гази і впускати новий заряд суміші.
Відмінною особливістю двигуна Барнетта було те, що свіжа суміш стискалася поршнем перед займанням.
Креслення одного з двигунів Барнетта:
У 1853-57 роках, Італійські винахідники Еуген Барзанті і Феліче Маттеуччі розробили і запатентували двоциліндровий двигун внутрішнього згоряння потужність 5 л / с.
Патент був виданий Лондонським бюро так як італійське законодавство не могло гарантувати достатній захист.
Будівництво прототипу було доручено компанії «Bauer & Co. of Milan » (Helvetica), І завершено на початку 1863 року. Успіх двигуна, який був набагато більш ефективним ніж парова машина, виявився настільки великий, що компанія стала отримувати замовлення з усього світу.
Ранній, одноциліндровий двигун Барзанті-Маттеуччі:
Модель двоциліндрового двигуна Барзанті-Маттеуччі:
Маттеуччі і Барзанті уклали угоду на виробництво двигуна з одного з бельгійських компаній. Барзанті відбув до Бельгії для спостереження за роботою особисто і раптово помер від тифу. Зі смертю Барзанті всі роботи по двигуну були припинені, а Маттеуччі повернувся до своєї колишньої роботи в якості інженера-гідравліка.
У 1877 році, Маттеуччі стверджував, що він з Барзанті були головними творцями двигуна внутрішнього згоряння, а двигун побудований Августом Отто дуже схожий на двигун Барзанті-Маттеуччі.
Документи стосуються патентів Барзанті і Маттеуччі зберігаються в архіві бібліотеки Museo Galileo у Флоренції.
Найголовнішим винаходом Ніколаус Отто був двигун з чотиритактним циклом - циклом Отто. Цей цикл донині лежить в основі роботи більшості газових і бензинових двигунів.
Чотиритактний цикл був найбільшим технічним досягненням Отто, але незабаром виявилося, що за кілька років до його винаходу точно такий же принцип роботи двигуна був описаний французьким інженером Бо де Роша (див. вище). Група французьких промисловців оскаржила патент Отто в суді, суд визнав їх доводи переконливими. Права Отто, що випливали з його патенту, були значно скорочені, в тому числі було анульовано його монопольне право на чотиритактний цикл.
Не дивлячись на те, що конкуренти налагодили випуск чотиритактних двигунів, відпрацьована багаторічним досвідом модель Отто все одно була кращою, і попит на неї не припинявся. До 1897 року було випущено близько 42 тисяч таких двигунів різної потужності. Однак та обставина, що в якості палива використовувався світильний газ, сильно звужувало область їх застосування.
Кількість светільногазових заводів було незначно навіть в Європі, а в Росії їх взагалі було тільки два - в Москві і Петербурзі.
У 1865 році, Французький винахідник П'єр Хьюго отримав патент на машину представляла собою вертикальний одноциліндровий двигун подвійної дії, в якому для подачі суміші використовувалися два гумових насоса, що приводяться в дію від колінчастого вала.
Пізніше Хьюго сконструював горизонтальний двигун схожий з двигуном Ленуара.
Science Museum, London.
У 1870 році, Австро-угорський винахідник Семюель Маркус Зігфрід сконструював двигун внутрішнього згоряння працює на рідкому паливі і встановив його на чотириколісну візок.
Сьогодні цей автомобіль добре відомий як «The first Marcus Car».
У 1887 році, у співпраці з компанією «Bromovsky & Schulz», Маркус побудував другий автомобіль - «Second Marcus Car».
У 1872 році, Американський винахідник запатентував двоциліндровий двигун внутрішнього згоряння постійного тиску, що працює на гасі.
Брайтон назвав свій двигун «Ready Motor».
Перший циліндр виконував функцію компресора, що нагнітав повітря в камеру згоряння, в яку безперервно надходив і гас. У камері згоряння суміш підпалювалася і через золотниковий механізм надходило в другій - робочий циліндр. Істотною відмінністю від інших двигунів, було те, що топливовоздушная суміш згоряла поступово і при постійному тиску.
Ті, хто цікавиться термодинамическими аспектами двигуна, можуть почитати про «Цикл Брайтона».
У 1878 році, Шотландський інженер Сер (В 1917 році висвячений в лицарі) розробив перший двотактний двигун із запалюванням стислій суміші. Він запатентував його в Англії в 1881 році.
Двигун працював цікавим чином: в правий циліндр подавалося повітря і паливо, там воно змішувалося і ця суміш виштовхувалася в лівий циліндр, де і відбувалося підпалювання суміші від свічки. Відбувалося розширення, обидва поршня опускалися, з лівого циліндра (Через лівий патрубок) викидалися вихлопні гази, а в правий циліндр всмоктувалася нова порція повітря і палива. Слідуючи за інерцією поршні піднімалися і цикл повторювався.
У 1879 році, Побудував цілком надійний бензиновий двотактний двигун і отримав на нього патент.
Однак справжній геній Бенца проявився в тому, що в наступних проектах він зумів поєднати різні пристрої (Дросель, запалювання за допомогою іскри з батареї, свічка запалювання, карбюратор, зчеплення, КПП і радіатор) на своїх виробах, що в свою чергу стало стандартом для всього машинобудування.
У 1883 році, Бенц заснував компанію «Benz & Cie» по виробництву газових двигунів і в 1886 році запатентував чотиритактний двигун, який він використаний на своїх автомобілях.
Завдяки успіху компанії «Benz & Cie», Бенц зміг зайнятися проектуванням безкінних екіпажів. Поєднавши досвід виготовлення двигунів і давнє хобі - конструювання велосипедів, до 1886 му році він побудував свій перший автомобіль і назвав його "Benz Patent Motorwagen".
Конструкція сильно нагадує триколісний велосипед.
Одноциліндровий чотиритактний двигун внутрішнього згоряння робочим об'ємом 954 см3., Встановлений на " Benz Patent Motorwagen".
Двигун був оснащений великим маховиком (використовувався не тільки для рівномірного обертання, але і для запуску), бензобаком на 4,5 л., Карбюратором випарного типу і золотниковим клапаном, через який паливо надходило в камеру згоряння. Займання вироблялося свічкою запалювання власної конструкції Бенца, напруга на яку подавалося від котушки Румкорфа.
Охолодження було водяним, але не замкнутого циклу, а випарним. Пар йшов в атмосферу, так що заправляти автомобіль доводилося не тільки бензином, а й водою.
Двигун розвивав потужність 0,9 к.с. при 400 об / хв і розганяв автомобіль до 16 км / ч.
Карл Бенц за «кермом» свого авто.
Трохи пізніше, в 1896 році, Карл Бенц винайшов опозитний двигун (Або плоский двигун) , В якому поршні досягають верхньої мертвої точки в один і той же час, тим самим врівноважуючи один одного.
Музей «Mercedes-Benz» у Штутгарті.
У 1882 році, Англійський інженер Джеймс Аткінсон придумав цикл Аткінсона і двигун Аткінсона.
Двигун Аткінсона - це по суті двигун, що працює по чотиритактний циклу Отто, Але зі зміненим кривошипно-шатунним механізмом. Відмінність полягала в тому, що в двигуні Аткінсона всі чотири такту відбувалися за один оборот колінчастого валу.
Використання циклу Аткінсона в двигуні дозволяло зменшити споживання палива і знизити рівень шуму при роботі за рахунок меншого тиску при випуску. Крім того, в цьому двигуні не було потрібно редуктора для приводу газорозподільного механізму, так як відкриття клапанів приводив в рух колінчастий вал.
Не дивлячись на ряд переваг (Включаючи обхід патентів Отто) двигун не отримав широкого поширення через складність виготовлення і деяких інших недоліків.
Цикл Аткінсона дозволяє отримати кращі екологічні показники і економічність, але вимагає високих обертів. На малих обертах видає порівняно малий момент і може стихнути.
Зараз двигун Аткінсона застосовується на гібридних автомобілях « Toyota Prius»І« Lexus HS 250h ».
У 1884 році, Британський інженер Едвард Батлер, на лондонській виставці велосипедів "Stanley Cycle Show" продемонстрував креслення триколісного автомобіля з бензиновим двигуном внутрішнього згоряння, А в 1885 році побудував його і показав на тій же виставці, назвавши «Velocycle». Так само, Батлер був першим хто використав слово бензин.
Патент на «Velocycle» був виданий в 1887 році.
На «Velocycle» був встановлений одноциліндровий, чотиритактний бензиновий ДВС оснащений котушкою запалювання, карбюратором, дроселем і рідинним охолодженням. Двигун розвивав потужність близько 5 к.с. при обсязі 600 см3, і розганяв автомобіль до 16 км / ч.
Протягом багатьох років Батлер поліпшував характеристики свого транспортного засобу, але був позбавлений можливості його тестувати через "Закону Червоного Прапора" (Виданий в 1865 році) , Згідно з яким транспортні засоби не повинні були перевищувати швидкість понад 3 км / год. Крім того, в автомобілі повинні були бути присутніми три людини, один з яких повинен був йти перед автомобілем з червоним прапором (Такі ось заходи безпеки) .
У журналі «Англійська Механік» від 1890 року, були Батлер написав - «Влада забороняє використання автомобіля на дорогах, в слідстві чого я відмовляюся від подальшого розвитку.»
Через відсутність громадського інтересу до автомобіля, Батлер розібрав його на металобрухт, і продав патентні права Гаррі Дж. Лоусону (Виробнику велосипедів) , Який продовжив виробництво двигуна для використання на катерах.
Сам же Батлер перейшов до створення стаціонарних і суднових двигунів.
У 1891 році, Герберт Ейкройд Стюарт у співпраці з компанією "Richard Hornsby and Sons" побудував двигун «Hornsby-Akroyd», в якому паливо (гас) під тиском впорскується в додаткову камеру (Через форми її називали «гарячий кульку»), Встановлену на голівці блоку циліндрів і з'єднану з камерою згоряння вузьким проходом. Паливо запалало від гарячих стінок додаткової камери і спрямовувалося в камеру згоряння.
1. Додаткова камера (Гарячий кульку).
2. Циліндр.
3. Поршень.
4. Картер.
Для запуску двигуна використовувалася паяльна лампа, якою нагрівали додаткову камеру (Після запуску вона підігрівалася вихлопними газами). Через це двигун «Hornsby-Akroyd», який був попередником дизельного двигуна сконструйованого Рудольфом Дизелем, Часто називали «напів-дизелем». Однак через рік Ейкройд удосконалив свій двигун додавши до нього «водяну сорочку» (патент від 1892), що дозволило підвищити температуру в камері згоряння за рахунок збільшення ступеня стиснення, і тепер уже не було необхідності в додаткових джерел нагрівання.
У 1893 році, Рудольф Дизель отримав патенти на тепловий двигун і модифікований "цикл Карно" під назвою «Метод і апарат для перетворення високої температури в роботу».
У 1897 році, на «Аугсбургском машинобудівному заводі» (З 1904 року MAN), За фінансової участі компаній Фрідріха Круппа і братів Зульцер, був створений перший функціонуючий дизель Рудольфа Дизеля
Потужність двигуна складала 20 кінських сил при 172 оборотах в хвилину, ККД 26,2% при вазі п'ять тонн.
Це значно перевершувала існуючі двигуни Отто з ККД 20% і суднові парові турбіни з ККД 12%, що викликало жвавий інтерес промисловості в різних країнах.
Двигун Дизеля був чотиритактним. Винахідник встановив, що ККД двигуна внутрішнього згоряння підвищується від збільшення ступеня стиснення горючої суміші. Але сильно стискати горючу суміш не можна, тому що тоді підвищуються тиск і температура і вона самозаймається завчасно. Тому Дизель вирішив стискати не горючі суміш, а чисте повітря і кінця стиснення впорскувати паливо в циліндр під сильним тиском.
Так як температура стисненого повітря досягала 600-650 ° C, паливо самозаймається, і гази, розширюючись, рухали поршень. Таким чином Дизелю вдалося значно підвищити ККД двигуна, позбутися системи запалювання, а замість карбюратора використовувати паливний насос високого тиску
У 1933 році Елінг пророчо писав: «Коли я почав працювати над газовою турбіною в 1882 році, я був твердо впевнений в тому, що мій винахід буде затребувано в авіабудуванні.»
На жаль, Елінг помер в 1949 році, так і не доживши до настання ери турбореактивних авіації.
Єдине фото, яке вдалося знайти.
Можливо хтось знайде щось про цю людину в "Норвезькому музеї техніки".
У 1903 році, Костянтин Едуардович Ціолковський, в журналі «Науковий огляд» опублікував статтю «Дослідження світових просторів реактивними приладами», де вперше довів, що апаратом, здатним здійснити космічний політ, є ракета. У статті був запропонований і перший проект ракети дальньої дії. Корпус її був довгасту металеву камеру, забезпечену рідинним реактивним двигуном (Який теж є двигуном внутрішнього згоряння) . Як пальне і окислювач він пропонував використовувати відповідно рідкі водень і кисень.
Напевно на цій ракетно-космічної ноті і варто закінчити історичну частину, так як настав 20-те століття і Двигуни Внутрішнього Згоряння стали проводитися повсюдно.
Філософське післямова ...
К.Е. Ціолковський вважав, що в доступному для огляду майбутньому люди навчаться жити якщо не вічно, то принаймні дуже довго. У зв'язку з цим на Землі буде мало місця (ресурсів) і будуть потрібні кораблі для переселення на інші планети. На жаль, щось у цьому світі пішло не так, і за допомогою перших ракет люди вирішили просто знищувати собі подібних ...
Спасибі всім хто прочитав.
Всі права захищені © 2016
Будь-яке використання матеріалів допускається лише з зазначенням активного посилання на джерело.
Двигуни зовнішнього згорання
важливим елементом реалізації програми енергозбереження є забезпечення автономними джерелами електроенергії і тепла невеликих житлових утворень і віддалених від централізованих мереж споживачів. Для вирішення цих завдань якнайкраще підходять інноваційні установки для генерації електроенергії і тепла на основі двигунів зовнішнього згоряння. В якості палива може використовуватися як традиційні види палива, так і нафтовий газ, біогаз, що отримується з деревних стружок і ін.
Протягом останніх 10 років відзначалися підвищення цін на викопне паливо, підвищена увага до викидів СО 2, а також зростаюче бажання перестати залежати від викопного палива і повністю забезпечувати себе енергією. Це стало наслідком розвитку величезного ринку технологій, здатних виробляти енергію з біомаси.
Двигуни зовнішнього згорання були винайдені майже 200 років тому, в 1816 році. Разом з паровим двигуном, дво- і чотиритактним двигуном внутрішнього згоряння, двигун зовнішнього згоряння вважаються одними з основних типів двигунів. Вони були розроблені з метою створення двигунів, які були б більш безпечними і продуктивними, ніж паровий двигун. На самому початку 18-го століття відсутність відповідних матеріалів призводило до численних випадків зі смертельними наслідками у зв'язку з вибухами парових двигунів, які перебувають під тиском.
Значний ринок для двигунів зовнішнього згоряння сформувався в другій половині 18-го століття, зокрема, в зв'язку з більш дрібними сферами застосування, де їх можна було безпечно експлуатувати без необхідності в послугах кваліфікованих операторів.
Після винаходу двигуна внутрішнього згоряння в кінці 18-го століття ринок для двигунів зовнішнього згоряння зник. Вартість виробництва двигуна внутрішнього згоряння в порівнянні з вартістю виробництва зовнішнього згоряння нижче. Основний недолік двигунів внутрішнього згоряння полягає в тому, що для їх роботи необхідно чисте, викопне паливо, що збільшує викиди СО2, паливо. Однак, до недавнього часу вартість викопного палива була низькою, а викидів СО2 не приділялося належної уваги.
Принцип роботи двигуна зовнішнього згоряння
На відміну від широко відомого процесу внутрішнього згоряння, при якому паливо спалюється всередині двигуна, двигун зовнішнього згоряння, приводиться в дію зовнішнім джерелом тепла. Або, точніше кажучи, вона приводиться в дію різницями температур, що створюються зовнішніми джерелами нагрівання та охолодження.
Цими зовнішніми джерелами нагрівання та охолодження можуть служити відпрацьовані гази біомаси і охолоджуюча вода відповідно. Процес призводить до обертання генератора, монтованої на двигуні, за допомогою чого проводиться енергія.
Всі двигуни внутрішнього згоряння приводяться в дію різницями температур. Бензинові, дизельні двигуни і двигуни зовнішнього згоряння засновані на тій особливості, що для стиснення холодного повітря необхідно менше зусиль, ніж для стиснення гарячого повітря.
Бензинові і дизельні двигуни всмоктують холодне повітря і стискають це повітря, перш ніж він підігрівається в процесі внутрішнього згоряння, який відбувається всередині циліндра. Після підігрівання повітря над поршнем поршень переміщається вниз, за \u200b\u200bдопомогою чого повітря розширюється. Так як повітря гарячий, сила, що діє на шток поршня, велика. Коли поршень доходить до низу, клапани відкриваються і гарячі вихлопи замінюються новим, свіжим, холодним повітрям. При русі поршня вгору холодне повітря стискається, причому сила, що діє на шток поршня, менше, ніж при його русі вниз.
Двигун зовнішнього згорання працює відповідно до трохи іншим принципом. У ньому немає клапанів, він герметично запаяний, а повітря підігрівається і охолоджується за допомогою теплообмінних апаратів гарячого і холодного контуру. Вбудований насос, що приводиться в дію рухом поршня, забезпечує рух повітря туди і назад між цими двома теплообмінними апаратами. Під час охолодження повітря в теплообмінному апараті холодного контуру поршень стискає повітря.
Після стиснення повітря потім підігрівається в теплообмінному апараті гарячого контуру, перш ніж поршень починає рухатися в зворотному напрямку і використовувати розширення гарячого повітря для приведення в дію двигуна.
Основний принцип роботи двигуна Стірлінга полягає в постійно чередуемих нагріванні і охолодженні робочого тіла в закритому циліндрі. Зазвичай в ролі робочого тіла виступає повітря, але також використовуються водень і гелій.
Цикл роботи двигуна Стірлінга складається з чотирьох фаз і розділений двома перехідними фазами: нагрів, розширення, перехід до джерела холоду, охолодження, стиснення і перехід до джерела тепла. Таким чином, при переході від теплого джерела до холодного джерела відбувається розширення і стиснення газу, що знаходиться в циліндрі. При цьому змінюється тиск, за рахунок чого можна отримати корисну роботу. Оскільки теоретичні пояснення доля вчених мужів, слухати їх часом втомлює, тому перейдемо до наочної демонстрації роботи двигуна Стерлінга.
Як працює двигун Стірлінга
1.Внешняя джерело тепла нагріває газ в нижній частині теплообмінного циліндра. Створюваний тиск штовхає робочий поршень вгору.
2.Маховік штовхає витіснювальний поршень вниз, тим самим переміщаючи розігрітий повітря з нижньої частини в охолоджувальну камеру.
3.Воздух остигає і стискається, робочий поршень опускається вниз.
4.Витеснітельний поршень піднімається вгору, тим самим переміщаючи охолоджене повітря в нижню частину. І цикл повторюється.
У машині Стірлінга рух робочого поршня зрушено на 90 градусів щодо руху поршня-витискувача. Залежно від знака цього зсуву машина може бути двигуном або тепловим насосом. При зсуві 0 градусів машина не робить ніякої роботи (крім втрат на тертя) і не виробляє її.
Ще одним винаходом Стірлінга, що збільшило ККД двигуна став регенератор, який являє собою камеру, заповнену дротом, гранулами, гофрованої фольгою для поліпшення тепловіддачі проходить газу (на малюнку регенератор замінений ребрами радіатора охолодження).
У 1843 році Джеймс Стірлінг використовував цей двигун на заводі, де він в той час працював інженером. У 1938 році фірма «Філіпс» інвестувала в двигун Стірлінга потужністю понад двісті кінських сил і віддачею більш 30%.
Переваги двигуна Стірлінга:
1. Всеїдність. Можна використовувати будь-яке паливо, головне створити різницю температур.
2. Низька гучність. Оскільки робота побудована на перепаді тиску робочої рідини, А не на підпалі суміші, то гучність в порівнянні з двигуном внутрішнього згоряння істотно нижче.
3. Простота конструкції, звідси високий запас міцності.
Однак всі ці достоїнства в більшості випадків перекреслюються двома великими недоліками:
1. Великі габарити. Робоче тіло необхідно охолоджувати, і це призводить до істотного збільшення маси і розмірів за рахунок збільшених радіаторів.
2. Низький ККД. Тепло підводиться ні до робочого тіла безпосередньо, а тільки через стінки теплообмінників, відповідно втрати ККД великі.
З розвитком двигуна внутрішнього згоряння двигун Стірлінга пішов ... немає не в минуле, а в тінь. Він з успіхом експлуатується в якості допоміжних силових установок на підводних човнах, в теплових насосах на теплоелектростанціях, як перетворювачі сонячної і геотермальної енергії в електричну, з ним пов'язані космічні проекти зі створення силових установок працюють на радіоізотопному паливі (радіоактивний розпад відбувається з виділенням температури, хто не знав) .Хто знає, можливо одного разу двигун Стірлінга чекає велике майбутнє!
Сучасна автомобільна промисловість досягла такого рівня, що без серйозних досліджень неможливо домогтися кардинальної модернізації в конструкції двигунів внутрішнього згоряння. Це сприяло тому, що конструктори стали звертати увагу на альтернативні розробки силових установок, таких як двигун Стірлінга.
Одні автоконцерни сконцентрували свої сили на розробці і підготовці до випуску в серію електричних і гібридних автомобілів, інші інженерні центри витрачають фінансові кошти в проектування двигунів на альтернативному паливі, виготовленому з поновлюваних джерел. Існують інші різні розробки двигунів, які в майбутньому можуть стати новим двигуном для різних засобів транспорту.
Таким можливим джерелом енергії механічного руху для автомобільного транспорту майбутнього може стати двигун зовнішнього згоряння, винайдений в 19 столітті вченим Стірлінгом.
Пристрій і принцип роботи
Двигун Стірлінга виконує перетворення теплової енергії, одержуваної з зовнішнього джерела, в механічний рух завдяки зміні температури рідини, що циркулює в закритому об'ємі.
У перший час після винаходу такий двигун існував у вигляді машини, що діє на принципі теплового розширення.
У циліндрі теплової машини повітря перед розширенням нагрівався, перед стисненням охолоджувався. Вгорі циліндра 1 знаходиться водяна сорочка 3, дно циліндра безперервно нагрівається вогнем. У циліндрі розташований робочий поршень 4, що має кільця ущільнювачів. Між поршнем і дном циліндра розташований витіснювач 2, пересувається в циліндрі зі значним зазором.
Повітря, що знаходиться в циліндрі, перекачується витіснювачем 2 до дну поршня або циліндра. Витіснювач рухається під дією штока 5, що проходить через ущільнення поршня. Шток в свою чергу приводиться в дію ексцентриковим пристроєм, що обертається з запізненням на 90 градусів від приводу поршня.
У позиції «а» поршень розташований в нижній точці, а повітря знаходиться між поршнем і витіснювачем, охолоджується стінками циліндра.
У наступній позиції «б» витіснювач переміщається вгору, а поршень залишається на місці. Повітря, що знаходиться між ними, виштовхується на дно циліндра, охолоджуючись.
Позиція «в» - робоча. У ній повітря нагрівається дном циліндра, розширюється і піднімає два поршня до верхньої мертвої точки. Після виконання робочого ходу витіснювач опускається на дно циліндра, виштовхуючи повітря під поршень, і охолоджуючись.
У позиції «г» охолоджене повітря готовий до стиснення, і поршень переміщається від верхньої точки до нижньої. Так як робота стиснення охолодженого повітря менше, ніж робота розширення нагрітого повітря, то утворюється корисна робота. Маховик при цьому служить своєрідним акумулятором енергії.
У розглянутому варіанті двигун Стірлінга має малу ККД, так як теплота повітря після робочого ходу повинна відводитися через стінки циліндра в охолоджуючу рідину. Повітря за один хід не встигає знизити температуру на необхідну величину, тому необхідно було продовжити час охолодження. Через це швидкість мотора була маленькою. Термічний ККД був також незначним. Тепло відпрацьованого повітря йшло в охолоджуючу воду і втрачалося.
різні конструкції
Існують різні варіанти пристрою силових агрегатів, що діють за принципом Стірлінга.
Конструкція виконання «Альфа»
Цей двигун включає в себе два окремих робочих поршня. Кожен поршень розташований в окремому циліндрі. Холодний циліндр знаходиться в теплообміннику, а гарячий нагрівається.
Конструкція виконання «Бета»
Циліндр з поршнем охолоджується з одного боку, і нагрівається з протилежного боку. У циліндрі переміщується силовий поршень і витіснювач, службовець для зменшення і збільшення обсягу робочого газу. Регенератор виконує зворотне переміщення остиглого газу в нагріте простір двигуна.
Конструкція виконання «Гамма»
Вся система складається з двох циліндрів. Перший циліндр весь холодний. У ньому переміщається робочий поршень, Другий циліндр з одного боку нагріте, а з іншого - холодний, і призначений для пересування витіснювача. Регенератор для перекачування охолодженого газу може бути загальним для двох циліндрів, або може бути включений в пристрій витіснювача.
переваги
- Як і безліч двигунів зовнішнього згоряння, двигун Стірлінга здатний функціонувати на різному паливі, так як для нього важлива наявність перепаду температури. При цьому не важливо, яким паливом він викликаний.
- Двигун має простий пристрій, і не потребує допоміжних системах і навісних пристроях (коробка передач, ремінь ГРМ, стартер і т.д.).
- Особливості конструкції забезпечують тривалу експлуатацію: Більше 100 тисяч годин постійної роботи.
- Робота двигуна Стірлінга не створює великого шуму, так як всередині двигуна не відбувається детонація палива, і відсутня випуск відпрацьованих газів.
- Виконання «Бета», забезпечене кривошипно-шатунним пристроєм у вигляді ромба, є найбільш збалансованим механізмом, який при функціонуванні не створює вібрацію.
- В циліндрах двигуна не виникають процеси, що роблять шкідливий вплив на природне середовище. При підборі оптимального джерела тепла мотор Стірлінга може стати екологічно чистим пристроєм.
недоліки
- при значних позитивних характеристиках швидке серійне виробництво двигунів Стірлінга нереально з деяких причин. Основне питання в матеріаломісткості пристрою. Щоб охолоджувати робоче тіло, необхідний великий радіатор, що значно збільшує габарити і вага обладнання.
- Сьогоднішній рівень технологій дає можливість двигуна Стірлінга конкурувати за властивостями з новими бензиновими двигунами за рахунок використання складних типів робочого тіла (водень або гелій), які перебувають під дуже великим тиском. Це значно підвищує небезпеку використання таких двигунів.
- Серйозна проблема експлуатації пов'язана з проблемами температурної стійкості сталевих сплавів і їх теплопровідності. Тепло підходить до робочого простору за допомогою теплообмінників. Це призводить до значних втрат тепла. Також теплообмінник повинен проводитися з термостійких сплавів, які також повинні бути стійкі до підвищеного тиску. Відповідні цим умовам матеріали дуже складні в обробці і мають високу вартість.
- Принципи переходу двигуна Стірлінга на інші режими функціонування також істотно відрізняються від звичних принципів. Для цього необхідне створення спеціальних пристроїв управління. Наприклад, для зміни потужності потрібно міняти кут фаз між силовим поршнем і витіснювачем, тиск в циліндрах, або змінити ємність робочого об'єму.
Двигун Стірлінга і його використання
При необхідності створення перетворювача тепла компактних розмірів можна цілком використовувати мотор Стірлінга. При цьому ефективність інших аналогічних двигунів значно нижче.
- універсальні джерела електрики. Мотори Стірлінга можуть перетворювати тепло в електрику. Існують проекти сонячних електроустановок із застосуванням таких двигунів. Їх використовують як автономні електростанції для туристів. Деякі виробники виготовляють генератори, що діють від газової конфорки. Існують також проекти генераторів, які працюють від радіоізотопних джерел тепла.
- Насоси . Якщо в контурі системи опалення встановлено насос, то ефективність опалення значно зростає. В системах охолодження також встановлюють насоси. Електричний насос може вийти з ладу, до того ж, він споживає електричну енергію. Насос, що діє за принципом Стірлінга, вирішує це питання. Двигун Стірлінга для перекачування рідин буде простіше звичайної схеми, так як замість поршня може застосовуватися сама перекачується рідина, що служить також для охолодження.
- Холодильне обладнання . В конструкції всіх холодильників використовується принцип теплових насосів. Деякі виробники холодильників планують встановлювати на свої вироби двигун Стірлінга, які будуть дуже економічні. Робочим тілом буде виступати повітря.
наднизькі температури. Для зрідження газів такі мотори дуже ефективні. Їх використання більш вигідне, ніж турбінні пристрою. Також двигун Стірлінга застосовується в пристроях для охолодження датчиків точних приладів.
- . Електричну енергію можна отримувати шляхом перетворення енергії сонця. Для цього можуть застосовуватися двигуни Стірлінга, які встановлюють в фокус дзеркала так, щоб місце нагріву безперервно висвітлювалося променями сонця. Відбивач керується у міру переміщення сонця, енергія якого концентрується на малій площі. При цьому відбувається відображення випромінювання дзеркалами близько 92%. Робочим тілом двигуна служить найчастіше гелій або водень.
- Акумулятори тепла. За допомогою пристрою Стірлінга можна резервувати теплову енергію, використовуючи теплоакумулятори на основі розплавів солей. Такі пристрої мають запас енергії, що перевершує хімічні, і мають меншу вартість. Застосовуючи для регулювання потужності збільшення і зменшення кута фази між двома поршнями, можна накопичувати механічну енергію, здійснюючи гальмування двигуна. При цьому двигун служить тепловим насосом.
- автомобілебудування. Незважаючи на складності, існують діючі моделі мотора Стірлінга, що використовуються для автомобілів. Зацікавленість в такому двигуні, відповідному для автомобіля, виникла ще в минулому столітті. Розробки в цьому напрямку проводили англійські і німецькі автоконцерни. У Швеції також був розроблений двигун Стірлінга, в якому застосовувалися уніфіковані серійні агрегати і вузли. В результаті вийшов 4-циліндровий мотор, параметри якого можна порівняти з характеристиками невеликого дизельного двигуна. Цей двигун був успішно випробуваний в якості силового агрегату для багатотонної вантажівки.
Сьогодні дослідження установок Стірлінга для підводних, космічних та інших установок, а також проектування основних двигунів проводяться в багатьох зарубіжних країнах. Такий високий інтерес до моторів Стірлінга став підсумком інтересу громадськості в боротьбі із забрудненням атмосфери, шумом і збереженням природних енергетичних джерел.
