Стирлинг

[kommunist]

Коллеги, не могу не поделиться догадкой, хотя, возможно патенты уже есть, лень искать.
Всё размышлял о парогенераторе, причём на воде, с которой проще и безопасней всего, и минусом которой является слишком огромная энергия её парообразования, из за которой кпд паровоза и не может быть высоким. Приходится сильно перегревать пар. Но как использовать саму энергию конденсации воды, ведь это львиная доля потерь?
Предложение такое. Представим 1-цилиндровый поршневой пародвигатель, положенный набок. Стенки цилидра, поршень и головка фторопластовые для утепления процесса, исключения смазки и коррозии. Теплопроводность фторопласта в 800 раз ниже алюминия и в 250 раз ниже чугуна. По сути, он скорее утеплитель, что нам тут и надо.  В головке один впускной клапан для водяного перегретого пара (градусов  в 300) и форсунка для впрыска обычной воды. В самой нижней точке лежащего цилиндра, вплотную к головке ещё один клапан - сливной для воды. Работает система так. В ВМТ открывается впускной паровой клапан на короткое время, грубо на 1/3 хода поршня. После его закрытия начинает расширяться пар, продолжая толкать поршень, и к НМТ температура пара опускается к 100 градусам и давление пара сравнивается с атмосферным. Таким образом мы почти полностью сработали энергию перегретого пара. Учитывая хорошее утепление всего цилиндра, водяной пар так и останется в цилиндре несконденсированным, тепловых потерь то почти нет, а мы помним, что энергия конденсации воды огромна. Однако, дальше самое интересное. Примерно в НМТ (или чуть с опережением) впрыскивается в цилиндр обычная вода, например, из системы отопления дома, температурой в 30 градусов. Воды впрыскивается ровно столько чтобы при её нагреве до 100 градусов, она забрала всю энергию конденсации отработавшего пара. Таким образом, температура в цилиндре почти не изменится, (скажем, станет 99 градусов), но произойдёт скачкообразный фазовый переход, и появится неизбежное разрежение в цилиндре, которое заставит поршень работать ещё и при обратном ходе к ВМТ. Да, кол-во впрыскиваемой воды необходимо в несколько раз большее, чем воды в пару, но что с того? При приближении к ВМТ в самой нижней точке открывается сливной клапан и вся вода сливается. В любом случае, за один цикл это в районе одного грамма суммарно. Вот это самое разрежение при обратном ходе и есть доп энергия, которую нам удасться снять с конденсации воды. Явно не сильно большая часть этой энергии, остальное всё равно в тепло, в данном случае, на отопление дома, например. Но плюсы тут очевидны: полностью отсутствуют массивные конденсоры водяного пара после турбины, теплообменники для когенерации тепла, ну и кпд самого пародвигателя прилично выше, думаю 20% вполне реальная цифра по кпд чисто парогенератора. Учитывая что его средняя температура будет как раз около 100 градусов, фторопласт вполне справится с работой, а значит не нужна ни смазка, ни поршневые кольца. Шума от такового не будет вообще. И при весьма небольших максимальных давлениях, нагрузки тоже невысоки. А значит и ресурс. Однако, мощность его не такая уж и маленькая, учитывая не просто 2-тактность, но и работу поршня в обоих направлениях. Сливающаяся из цилиндра дистилированная вода (грубо 1 литр в минуту) снова разделяется на ту что идёт в топку на пар (меньшая часть), и в систему отопления (большая часть). Кстати, учитывая небольшие пиковые пульсации момента в таком поршневом парогене, в качестве коленвала вполне  сгодится обычное прямоприводное мотор колесо, закреплённое консольно за ось с одной стороны, а на его крышке с противоположной стороны закреплён кривошип, куда и крепится нижняя головка шатуна, тоже консольно. 1000об/мин и 5квт выдаваемой мощи такая конструкция выдержит вполне. Скажем, с тем же "Пирогом", который очень удобен в консольном использовании. Ну и наконец, поскольку у нас получается нагрузка исключительно лишь на одну сторону цилиндра (шатун прижимает поршень всегда к одной и той же стенке что при движени вверх, что вниз), то есть смысл сильно сместить цилиндр от точки симметрии коленвала, на гораздо большу величину чем в обычных ДВС, где такое смещение всегда компромиссно, потому как начинают неоправданно расти нагрузки на противоположную часть цилиндра, которых у нас нет вообще. Так мы ещё больше снимаем боковые нагрузки на цилиндр, что ещё увеличит ресурс.

[бурелом]

Я думаю  при температуре 99 градусов разряжение в цилиндре будет не сильно отличаться от атмосферного. При снижении давления, снизится и температура кипения, что уменьшит снижение давления.

[Ross]

Куда то мои сообщения исчезли)) Ну ладно. Нашел тут на днях простую конструкцию...

https://pps.kaznu.kz/ru/Main/FileShow2/128778/117/446/1542/%D0%91%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%B7%D0%BE%D0%B2%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F%20%D0%98%D1%80%D0%B8%D0%BD%D0%B0%20%D0%AD%D0%B4%D1%83%D0%B0%D1%80%D0%B4%D0%BE%D0%B2%D0%BD%D0%B0/2020/1

[kommunist]

Я думаю  при температуре 99 градусов разряжение в цилиндре будет не сильно отличаться от атмосферного. При снижении давления, снизится и температура кипения, что уменьшит снижение давления.

Безусловно   Но это разрежение, тем не менее, будет. Собсна, я потому и говорю, что удастся вернуть лишь часть энергии конденсации. К тому же, 100 градусов в системе отопления дома избыточно, можно впрыскивать больше, снизив до 70-80(или даже ещё меньше), чтобы ещё более ощутимое разрежение было. В любом случае, полное срабатывание энергии перегретого пара в таком двигателе уже очень хорошо. При том что, в качестве и конденсора воды и даже теплообменника для когенерации тепла в отопление используется тот же самый один единственный цилиндр парогенератора

[kommunist]

Куда то мои сообщения исчезли)) Ну ладно. Нашел тут на днях простую конструкцию...

Ну как "простую"? За 30 тыс евро, наверное, всё таки уже не простая И кпд 15% по электричеству, по видимому это и есть практический предел для реального Стирлинга, если не использовать космические материалы и технологии для него, когда цена ещё на порядок возрастёт.

[Ross]

Ну как "простую"? За 30 тыс евро, наверное, всё таки уже не простая И кпд 15% по электричеству, по видимому это и есть практический предел для реального Стирлинга, если не использовать космические материалы и технологии для него, когда цена ещё на порядок возрастёт.

КПД да, требует другое рабочее тело и давление. Но как "кастрюля" на печку для зарядки каких-то устройств и света в помещении эта штука тянет. И будет дешевле термоэлементов.
Где вы в этом самоваре нашли что то дорогое ? Линейный генератор на эту мощность вы соберете без особого труда, ну с магнитным зазором повозиться и все.

[kommunist]

И будет дешевле термоэлементов.
Где вы в этом самоваре нашли что то дорогое ? Линейный генератор на эту мощность вы соберете без особого труда, ну с магнитным зазором повозиться и все.

Так там же указано, что цена комплекта от 15 до 30 тыс евро.
Линейный генератор кажется простым только на первый взгляд. Представляете себе форму статорного железа у него, например? А проблема вибрации? Которая решается ещё большим усложнением. А удельная мощность? Обороты у привычного круглого генератора по сути любые могут быть, а у линейного сразу ограничения из за вибраций. Ну и главное, круглых БЛДС генераторов и статоров просто туча на любой размер и форму, цены низкие, а линейный будете изготовлять с нуля от и до

[kommunist]

Я думаю  при температуре 99 градусов разряжение в цилиндре будет не сильно отличаться от атмосферного. При снижении давления, снизится и температура кипения, что уменьшит снижение давления.

Сейчас уточнил какое давление насыщенного пара воды при 70 градусах (чего предостаточно для системы отопления). Так вот, вполне удобная цифра - всего 0,31 бар То есть, на поршень при обратном ходе к ВМТ вполне реально получать разрежение 0,7 бар! Причём, что важно, почти весь ход Судя по всему, это будет вполне весомой прибавкой, полученной от конденсации воды

[Blik86]

Представляете себе форму статорного железа у него, например?

В "фирме" несколько комплектов обычного Ш-образного трансформаторного железа или П-образного по кругу.

А удельная мощность?

Рабочая частота там 50-150Гц, то есть удельная мощность у него приметно такая же как у обычного 50Гц трансформатора.

[Ross]

Представляете себе форму статорного железа у него, например? А проблема вибрации? Которая решается ещё большим усложнением. А удельная мощность? Обороты у привычного круглого генератора по сути любые могут быть, а у линейного сразу ограничения из за вибраций. Ну и главное, круглых БЛДС генераторов и статоров просто туча на любой размер и форму, цены низкие, а линейный будете изготовлять с нуля от и до

А динамики в различных звуковых диапазонах прям такие сложные и дорогие, кошмар! И тысячи Гц они как будто бы не тянут, да?)) Десятки лет причем. И современные с неодимовыми магнитами и если в узкой частотной полосе то и с хорошим КПД.
Насос помните вибрационный?  "Малыш" , "Ручеек" ? 30 лет у людей работали... Сильно сложная система да ?

[kommunist]

И современные с неодимовыми магнитами и если в узкой частотной полосе то и с хорошим КПД.

Сделаете такой? Будете делать? Или может в продаже таких уйма? Как например гироскутерных мотор колёс по 500руб

[kommunist]

Рабочая частота там 50-150Гц, то есть удельная мощность у него приметно такая же как у обычного 50Гц трансформатора.

Но ведь это как раз таки совсем немного, нет?   Ну и интересен реальный пример линейного генератора с обычной удельной мощностью того же мотор колеса 1квт с 1 кг веса? Есть?

[Blik86]

Но ведь это как раз таки совсем немного, нет?

Сопоставимо с обычным асинхронником.
По современным меркам мало, но для стационарного котла надежность важнее. У генератора на свободнопоршневом стирлинге обслуживание сводится к проверке давления через 50000 часов. 

Ну и интересен реальный пример линейного генератора с обычной удельной мощностью того же мотор колеса 1квт с 1 кг веса? Есть?

Все где то есть. Проблема в том что частота и амплитуда колебаний генератора завязана на стирлинг, разогнав стирлинг снимите больше мощи. Чем меньше стирлинг тем выше рабочая частота, соответственно генератор удельно мощнее.

[kommunist]

У генератора на свободнопоршневом стирлинге обслуживание сводится к проверке давления через 50000 часов. 

Да, но мы то тут  про собственное изготовление. Купить готовое решение для собственного дома, можно сказать, невозможно (30тыс евро это точно не для среднего человека). Ну а при собственном изготовлении нормально получится сделать лишь демонстрационную модель с кпд ниже плинтуса или ничтожной мощностью. Или и то и другое вместе. И это касается как самого Стирлинга, так и линейного генератора.

[Blik86]

И это касается как самого Стирлинга, так и линейного генератора.

Генератор можно сделать и в гараже, в нем нет ничего сложного. А сколь нибудь надежный и эффективный стирлинг осилят далеко не на каждом производстве.
Корпус стирлинга сильно замороченный там и охладитель и рекуператор и тончайшие каналы пневмо подушки и специальные покрытия что бы при пусках не задрало поверхности.
Опять же котел с киловаттным генератором дешевле 15.

[Ross]

Для деревенской печи "скороварка" мембранного стирлинга с линейным генератором на 100 Вт где неодимовый магнит - готовый  - всяко дешевле и эффективнее термоэлементов! И КПД там - без разницы. Лишь бы зарядить мобилку. А от 100 Вт и освещение в доме не вопрос.
Про турбины не скажу но возьму на вооружение метод одного товарища выше "Нет в массовой продаже? Нет? Значит дико сложно, дорого и т.д"
Нашел статью как раз про установку на 100 Вт где  конструкция линейного генератора понятна и проста. Там есть фраза со ссылкой на научные исследования:
 "Оказалось, что при мощности менее 2 кВт, преобразование тепловой энергии в механическую энергию происходит с большим КПД, если подвижный элемент осуществляет
возвратно поступательное перемещение (большинство известных конструкций ориентировано
на вращение)"

[бурелом]

Сейчас уточнил какое давление насыщенного пара воды при 70 градусах (чего предостаточно для системы отопления). Так вот, вполне удобная цифра - всего 0,31 бар То есть, на поршень при обратном ходе к ВМТ вполне реально получать разрежение 0,7 бар! Причём, что важно, почти весь ход Судя по всему, это будет вполне весомой прибавкой, полученной от конденсации воды

Что бы впрыснуть в цилиндр холодную воду, потребуется давление этой воды 8-10 атм в лучшем случае. Это зависит от конечного давления в нмт.

[kommunist]

Что бы впрыснуть в цилиндр холодную воду, потребуется давление этой воды 8-10 атм в лучшем случае. Это зависит от конечного давления в нмт.

Плохо прочли   Я же писал, что в НМТ будет уже ровно атмосферное давление. Ну и при оборотах от силы 1000об/мин, а скорее даже 500, давление впрыска 1-2 бар предостаточно чтобы успело нормально распылиться.