идеи
Создаем сообща
ДВС с продолженным расширением рабочего тела и регенерацией тепла
Россия, Москва
Опубликовано: 27.02.2018
Известно, что газ или пар (рабочее тело) при нагревании расширяется, а при охлаждении сжимается,
в результате принудительного сжатия, например, в цилиндре при помощи поршня рабочее тело нагревается, а во время расширения охлаждается, однако, при расширении газа в пустоту (вакуум) его температура почти не меняется, потому что в процессе этого расширения внутренняя энергия газа не расходуется на совершение работы.
Следует еще отметить, что только обратимые термодинамические процессы являются наиболее экономичными и приводят к максимальному значению термического коэффициента полезного действия тепловых двигателей.
Обратимый процесс (то есть равновесный) – термодинамический процесс, который может проходить как в прямом, так и в обратном направлении, проходя через одинаковые промежуточные состояния, причем система возвращается в исходное состояние без затрат энергии, и в окружающей среде не останется микроскопических изменений.
Естественно, что такой цикл работы тепловой машины осуществить в реальности невозможно, однако, можно проводить процессы в разных направлениях. Если процесс нагревания и расширения рабочего тела считать прямым термодинамическим процессом, то процесс его охлаждения и сжатия можно назвать обратным.
В известных поршневых тепловых машинах (паровых двигателях, ДВС) используется процесс, который проходит только в прямом направлении, да и то не в полной мере.
Например, в паровых двигателях отработавший пар под сравнительно высоким давлением выпускается напрямую в атмосферу или поступает в специальный конденсатор (холодильник). Остаточное тепло, отведенное из конденсатора, может быть использовано для обогрева помещения или транспортного средства, а также для предварительного подогрева воды, поступающей в котел. Однако во время выпуска пара безвозвратно тратится достаточно много энергии на преодоление сопротивления давления окружающей среды. Кроме того, происходит охлаждение цилиндра и поршня, а это тоже приводит к потере тепловой энергии потому, что при дальнейшей работе двигателя значительное количество теплоты затрачивается на нагрев вышеназванных деталей.
Я считаю, что если производить тепловые машины, использующие в цикле работы не только прямой, но и обратный термодинамический процесс, то удастся сэкономить процентов 20-30 горючего и значительно уменьшить количество вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу.
Для увеличения КПД тепловых машин ученые и изобретатели предлагают использовать цикл с продолженным расширением, что позволяет значительно повысить степень расширения продуктов сгорания по сравнению со степенью сжатия рабочего тела. Для осуществления данного цикла советуют использовать компаундные двигатели (англ. compound – составной), которые имеют два (или более) рабочих цилиндра разного диаметра.
Например, на выставке «Engine EXPO 2009» британская фирма «Ilmor Engineering» представила публике трехцилиндровый компаундный ДВС, в котором инженеры задействовали классическую схему работы двигателя с продолженным расширением. Два крайних цилиндра такого устройства работаю по обычному четырехтактному циклу, средний (расширительный) имеет больший диаметр, чем крайние, а его поршень совершает рабочий ход за счет остаточного давления отработавших газов в малых цилиндрах. Я считаю, что автор идеи и разработчики данной конструкции допустили ошибку, установив в расширительном цилиндре выпускные клапаны.
https://vk.com/video-30297447_168468927
В данном устройстве во время выпуска отработавших газов остывают не только расширительный цилиндр и его поршень, охлаждаются соединительные патрубки, а это ведет к большим потерям тепловой энергии. Уверен, что по этой причине инженерам фирмы не удалось достичь поставленной цели – создать двигатель, у которого коэффициент полезного действия значительно выше, чем у традиционного ДВС, думаю, что поэтому до сих пор не налажено массовое производство этого устройства.
У меня есть конструктивное решение, которое позволит в значительной степени повысить КПД двигателей такого типа.
Рекомендуем посмотреть
похожие идеи
Были попытки установки турбины в выхлопную систему. Эффекта не даёт.
я с Вами согласен, но за основу устройства мной взята классическая схема компаундного двигателя, которая работает даже без регенерации тепла.
Жёлтый и синий поршень на Вашем рисунке повышает нагрузку на красный. В итоге растёт вес двигателя и уменьшается общий кпд.
Формулы и доказательства в учебниках.
Мое предложение, как я понял, Вы даже не рассматривали. Советую посетить мой сайт
И еще советую почитать эту статью
потом точно такой е баллон, но с давлением 100501 атм. откроем... ну, на смотровой площадке около МГУ. Объем баллона много меньше объема атмосферы и повышение давления в атмосфере при выпуске газа можно пренебречь.
Насколько будет различаться темперетура газа, оставшегося в баллонах?
Какое давление (и какая температура газов!) будет в цилиндре второго расширения, если там есть еще и какая-то камера со змеевиком?
Постоянный объем??? как он получается, если есть движущийся поршень?
Теплота-теплотой, пусть остается, но куда она девается со "змеевика"? Важно ведь не оставить тепло в "системе", а полностью превратить его в механическую энергию.
Змеевик является только узлом охлаждающей системы, Вам не нужно всю схему начертить?
И НАМИ о ней знали ещё 2014г. поскольку рецензии от
Каменев В.Ф., д.т.н., профессор, ведущий эксперт, ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ», г. Москва.
Сайкин А.М., д.т.н., начальник управления, ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ», г. Москва.
А причём тут схема компаундного двигателя?
Это та статья, на которую ссылаетесь Вы.
А вот то, что предлагаю я
2. Почему нельзя Ваш теплообменник приделать к дизелю?
3. Кто производит Компаундный двигатель?
2. Приделать мой теплообменник к дизелю можно, но пока желающих не находится.
3. Традиционные компаундные двигатели не производят потому, что теоретически они малоэффективны.
Я направил предложение в НАМИ уже более двух месяцев назад, но они мне даже не ответили. В МГТУ им. Баумана идея понравилась, но им заниматься этим некогда.
Зачем тогда на паровозах "городили" машины двойного расширения, а на судах - двойного и даже пытались на машинах с паром высокого давления "замутить" машины четверного расширения??
Эффективность - не бывает абсолюной, эффективность всегда применима к условиям, в которых устройство эксплоатируется.
КОмпаундная машина имеет сильно больший вес, чем обычная, в силу чего удельная мощность такой машины (мощность делить на вес) ощутимо - иной раз в два раза - меньше, чем у обычной.
Для паровоза избыточный вес паровой машины - благо. Больше вес - можно реализовать бОльшую тягу на колесах. Сплошные плюсы - мощноть больше, КПД выше сцепной вес больше - машина еще и балластом служит...
На судах лишний вес и габариты машины не особо существенны.
На автотарнспорте - критичны.
При настроенную систему выпуска что-нить известно?
Сколько механической энергии будет потеряно при перекачке газа??
и куда гоняют газы два средних поршня???
и вообще - в чем смысл идеи - второй (если считать слева-направо) поршень идет ввверх, клапан открывается, (что он выпускает???), и куда - если соседний клапан - выпускной в левом горшке - еще закрыт? (ну да, немножко газа вытолкнется в соединительный канал, но на это выталкивание энергия будет растрачена...
"Перепускной" канал от первого (слева-направо) "горшка" ко второму "горшку".
Зачем открывается клапан на втором горшке, когда оршеь идет верх?
2. Разве патрубок не нагревается проходящими по нему горячими газами из "малого цилиндра"?
3. Для чего температура в патрубке должна "быть приблизительно равна температуре газов в малом цилиндре к концу такта рабочего хода?
4. Да, и в какой момент "конца рабочего хода? Вот поршень подходитк НМТ... Подходит, аподходит... Все ближе... ВОТ!! клапан открылся и газы од лавлением сразу туда устремляются. И их температура (падает давление, отдают тепло стенкам, тратится энергия на преодоления сопротивление канала) падает... падает...
5. И, наконец, ЧЕМ подогревать патрубок??? Газами, которые когда-то были горячими, сами по этой трубке прошли, но расширились и остыли?
Сколько энергии нажо растратить, чтобы эти остывшие газы нагреть (пусть, нагреть сжатием) до прежней температуры?
2. Патрубок нагревается, но быстро остывает во время выпуска.
3. Температуры должны быть одинаковыми для того, чтобы тепловая энергия не расходовалась зря на нагрев патрубка.
4. Температура, конечно, падает, но не так быстро, как это происходит в традиционном компаундном двигателе.
5, По моим подсчетам сжать газы нужно будет в 7-8 раз.
Ветроые и гибдравлические "преобразователи" в первом "переделе" преобразуют этнергию ветра в механическую энергию, которая вращат, например, вал герератора или жернова.
В случае генератора энергия теряется только в подшипниках и КПД "механической трансмиссии" близок к 90%. КПД генератора можно "разогнать" до 80-85%. В итоге - добрые 70%
Да, в случае жерновов на старой доброй деревяной мельнице, ввиду применения (за отсутсвием других, как класса) деревянных подшипников трения КПД был около 50%. Ну это так, к слову.
Про перевод на электротягу всехавтомобилей - циферка близка к истине. Только надо будет потроить езе и ЛЭП, и нефтеперерабатывающие заводы, и трубопроводы...
А про смартфон... Проведем эксперимент. Полностью заряжаем смартфон и отправляем СМС за СМС, пока хватает аккумулятора. Сколько СМС отправили? Тысячу? Неужто ескости аккумулятора хватит, чтобы вскипятить кубометр воды? Такой маленький и есмкий аккумулятор... А если... А если поставить под капот пузотера электродвигатель, да обрать из смартфоновсих аккумуляторов батарею, сколько можно будет проехать без заправки/зарядки? От Москвы до Нижнего Новгорода и обратно - хватит?
Только в ракету заправляют не только топливо (гептил, тонн 650, ЕМНИП), но и окислитель - тетраоксид азота (N2O4)? тонн 450... 20 ЖДцисцерн...
смесь топлива и окмслителя вомпламеняется сама.
Чтобы отправить со смартфона (с мощностью радиопередатчика в 1 Вт) сообщение длительностью 3 мин. потребуется примерно в 1000 раз меньше энергии, чем на работу чайника (мощностью 1000 Вт) чтобы с кипятить за это время 1 литр воды).
Для справки резистор мощностью 1 Вт это устройство размером примерно 1,5 см х 0,7 см. При такой мощности оно теплое. Площади поверхности этого элемента хватает, чтобы работать как эффективный радиатор и отдавать тепло в окружающее пространство.
Микросхема - усилителя звуковых сигналов для динамика в вашем смартфоне, планшете или ноутбуке тоже потребляет порядка 1 Вт мощности на максимальной громкости - она греется но её температура не выше 60-70 град. размеры этой микросхемы примерно 7х7х2 мм.Для того, чтобы с кипятить 1 литр воды от источника мощностью 1 Вт придется эту воду поместить в идеальный термос, в воду поместить нагреватель ( например резистор) и нагревать примерно двое суток. В реальной жизни это сделать не возможно.
Для справки, чтобы 10 л воды вскипятить в ДВС, нужно чтобы двигатель мощностью 100 000 Вт проработал примерно 10 мин. без работы вентилятора радиатора.
Учите мат. часть:)
Что вас ждет
Деловая программа
На Форум приедут эксперты и представители крупных компаний в области робототехники со всей планеты, в том числе из США, Германии, Франции, Южной Кореи, Израиля, Канады и других стран. У вас будет уникальная возможность услышать, какие сегодня есть последние разработки и оценить, насколько опасен для нас искусственный интеллект.
У меня есть приглашение. Если есть желание принять участие, пишите resheniedyukov@mail.ru
Придумал я не двигатель, а устройство, при помощи которого появилась возможность увеличить КПД поршневых тепловых машин за счет применения частично обратимого термодинамического процесса.
Ваше обращение в адрес Администрации Президента Российской
Федерации, направленное 06.08.2017 г., получено
08.08.2017 г. в форме
электронного документа и зарегистрировано
08.08.2017 г. за No 771210
.
Сообщаем, что право на обращение в государственные органы и к
должностным лицам, закрепленное в статье 33 Конституции Российской Федерации, не означает, что ответить заявителю обязано именно то лицо, которому
обращение направлено.
Так частью 3 статьи 10 Федерального закона от 2 мая 2006 года No 59
-
ФЗ «О
порядке рассмотрения обращений граждан Российской Федерации» установлено, что ответ на обращение подписывается руководителем государственного органа или органа местного самоуправления, должностным лицом либо уполномоченным на то лицом.
Для работы с обращениями граждан в структурах государственных органов и при должностных лицах создаются специальные подразделения, обязанные рассматривать обращения и уполномоченные давать по ним ответы.
В Администрации Президента Российской Федерации таким подразделением является Управление Президента Российской Федерации по работе с обращениями граждан и организаций.
В соответствии с Указом Президента Российской Федерации от 17 февраля 2010 года No201 «Об Управлении Президента Российской Федерации по работе с обращениями граждан и организаций» одной из основных функций работников
Управления Президента Российской Федерации по работе с обращениями граждан и организаций является своевременное рассмотрение обращений российских и иностранных граждан, лиц без гражданства, организаций и общественных объединений, адресованных Президенту Российской Федерации и Администрации
Президента Российской Федерации и поступивших в письменной форме, в форме электронного документа и устной форме, в соответствии с Федеральным законом
от 2 мая
2006 года No 59-ФЗ «О порядке рассмотрения обращений граждан
Российской Федерации».
Данные правовые позиции отражены в практике судов общей юрисдикции и содержатся в решении Конституционного Суда Российской Федерации от 18
декабря 1992 года No 28-р.Таким образом, письменный ответ на Ваше обращение подписанный уполномоченным лицом
– работником Управления Президента Российской
Федерации по работе с обращениями граждан и организаций соответствует требованиям Федерального закона от 2 мая 2006 года No 59-ФЗ «О порядке
рассмотрения обращений граждан Российской Федерации», в связи с чем, Ваше право на обращение, установленное статьей 33 Конституции Российской Федерации, реализовано в полном объеме.
Сообщаем также, что Вы вправе обжаловать в суд или в административном
порядке (в порядке подчиненности) принятое по Вашему обращению решение
соответствующего органа при получении уведомления или ответа от него или действие (бездействие) данного органа при неполучении в установленные сроки уведомления или ответа.
И.о. советника департам
Потом придёт ответ из минтранса с благодарностью, и ТИШИНА.
Они вроде как не против.
Там господа ещё более тупые. Для того чтобы они заинтересовались, Вашу работу нужно здесь засекретить.
А кто и как может оценить эффективноть предложения, если в описании только общие слова и нет никаких расчетов или хотя бы - только их результатов.
вот, например, фраза -
--- цитата---
ермодинамической системе сохраняется большое количество теплоты, часть которой регенерируется и используется для нагрева основных деталей устройства. Кроме того, при помощи теплообменника из системы отводится много тепла (в разы больше, чем в традиционном двигателе),
---- конец цитаты ----
так, тепло СОХРАНЯЕТСЯ и "РЕГЕНЕРИРУЕТСЯ. С "сохраняется" - понятно, "остается в системе". Но что есть "регенерируется". Как понять это красивое и волшебное слово?
Далее. "используется для нагрева основных деталей". Каких деталей? Список - в студию. И пояснения, зачем их нагревать. (в любом мало-мальском движке есть система охлаждения, призванная охлаждать двигатель, в том числе входящие в него "основные детали". Что даст нагрев основных деталей для повышения эксплоатационных свойств двигателя?
и тут же - "из системы отводится в разы больше тепла".
Из какой системы? Тепло отводится? Куда отводится? Тепло отводится - значит, температура понижается? КАк тогда быть с только что нагретыми оснОвными
(или - основнЫми?) деталями, которые нагреваются...
Помнится, лет 10 назад в 15 минух ходббы от Киевкого вокзала действовало очень негосударственное, и не совсем образовательное, но учреждение. Бумажка, которую подписывал студент для юридического оформления обмена денежных знаков на диплом о высшем образовании (обучением я этот процесс не назвал бы) именовалась... "контракт". Восемь (!!!) страниц мелкого шрифта, из которых я выписал эдак две с половиной сотни .. эээ... перлов, сейчас упомню только "участие студента в процессе открытого образования" и "делигривистический процесс обучения".
Так и у Вас - много слов, красиво, но никакой конкретики...
ну, например...
расчет... скажем, "базовый" движок в 100 КВт.
и такой же движок, но оборудованный предлагаемой Вами системой. На сколько больше/меньше будет потреблять топлива. и - основное - Сколько ваша система на таком движке выдаст тепла?
И расчеты, расчеты, РАСЧЕТЫ!!! Без них - никуда...
Чтобы выполнить расчеты, надо, как минимум, знать, что рассчитывать...
Математические модели ДВС давным-давно созданы и выдают очень близкие к "снятым с движка" данным результаты.
Что Вы хотите, но считаете сложным получить как результат расчета?
величину какого параметра?
А если интереует опытный образец - в чем вопрос? От "обычного" двика этот отличается только "башней"...
Соединить попарно выпускные каналы (1 и 2), (3 и 4) цилиндра, со впускных клапанов 2 и 3 цилиндра снять клапаны - плюс-минус погрешности за длинну каналов, но должно заработать, если оно работоспособно?
Движок, если что, можно купить на разборке, иной продадут по цене лома или за "сам снимай и забирай".
После отправки письма с простейшей формулой в любое министерство. Переписка резко обрывается.
В Вашем случае можно воспользоваться примером расчета двс из патентов. Но смысла в этом не вижу.
Первый - где взять столько электроэнергии? По лазерному лучу перекачать с Марса?
Там есть подробная информация по этой теме, а также излагается суть нового фундаментального закона природы - ЗАКОНА МИНИМИЗАЦИИ РОСТА ЭНТРОПИИ В ЛЮБОЙ СИСТЕМЕ СВЯЗИ ИЛИ УПРАВЛЕНИЯ (по другому говоря, закона "сохранения" информации), который удалось запатентовать в РФ.
Там есть примеры расчета необходимой энергии (мощности) и параметров, например звуковоспроизводящей аппаратуры, которая может обеспечить настоящий High-End уровень качества звука в обычном жилом помещении.
Наберите в любой поисковой системе "патенты изобретателя румянцева валентина павловича"
Да и для запуска спутника - энергия из аккумулятора ни спутникового телефона, ни смартфона не используется.
А мощность? Смартфон/сотоый телефон смощностью 0,1 Вт добивает до вышки с расстояния эдак 40 км. (ой, помню, еще в том тысячелетии, в дальнем ПодМосковье, чтобы позвонить по сотке (вещь была дюже дорогая и только у одного в команде) залезали на высокую сосну. До вышки было верст полста. Спутниковый аппарат имеет выходную мощность 3-5Вт..
Рекорд дальней авиации. Связь из Москвы с бортом в Охотском море. На борту 300вт(высота 10км), а под Москвой антенные поля и 10квт.
Там в авиации своя система, сразу 4 приёмника и 4 передатчика на разных частотах. На котором борт слышно, тот и связывается. Ну приблизительно так 40 лет назад было.
Первая схема названа автором «Регенеративный преобразователь энергии газообразного теплоносителя в механическую работу». Схема устройства содержит цилиндр с поршнем, соединенным приводным механизмом с коленчатым валом, на котором установлен маховик. Полость цилиндра соединена с источником газообразного теплоносителя трубой с впускным клапаном. В нижней части цилиндра имеется выпускное окно, которое трубой соединяется с камерой охладителя, в котором происходит отвод теплоты от рабочего тела. Камера охладителя соединяется с атмосферой выхлопной трубой с «клапаном сброса».
Как указывает автор, в качестве рабочего тела используется горячий сжатый воздух из специального резервуара. Когда поршень находится в верхней мёртвой точке (ВМТ), сжатый воздух через открытый впускной клапан поступает в цилиндр и воздействует на поршень, расширяясь и совершая работу. При приближении поршня к нижней мёртвой точке (НМТ) впускной клапан закрывается и в нижней части цилиндра открывается выпускное окно, через которое рабочее тело – сжатый воздух поступает в охладитель и продолжает, по мнению автора, там расширяться.
Автор далее предполагает, что сжатый воздух будет расширяться в вакуум, который должен почему-то образоваться к этому времени в камере охладителя. Затем, по мнению автора, когда давление в камере охладителя становится выше атмосферного, «клапан сброса» открывается и происходит «выброс охлажденного воздуха в атмосферу».
Тем временем, как указывает автор, поршень начинает движение к ВМТ, а горячий воздух, оставшийся в цилиндре, сжимается поршнем и нагревается до температуры, равной температуре во впускной трубе. Одновременно с этим понижается температура рабочего тела в охладителе. В момент нахождения поршня в ВМТ открывается впускной клапан и цикл, как полагает автор, повторяется.
По существу предлагаемого изобретения Экспертный совет отмечает следующее.
1. Автор не приводит ни исходных параметров рабочего тела, ни затрат энергии на его подогрев, ни расчётов рабочего цикла, ни характеристик «преобразователя энергии», которые могли бы подтвердить техническую целесообразность предлагаемой им схемы устройства.
В утверждениях автора содержатся нелогичные заявления, обусловленные, по-видимому, непониманием физической сущности реальных термодинамических процессов. Так, он заявляет, что в камере охладителя образуется вакуум, но для его образования, как известно, необходимо применение вакуум-насоса и больших затрат энергии. Он также не объясняет, для чего нужен вакуум. Ведь любой процесс расширения сжатого рабочего тела без совершения работы, называемый дросселированием, происходит без изменения его температуры. Другое нелогичное заявление - сначала он утверждает, что температура горячего воздуха, который расширяется в вакуум, «остается почти неизменной». Однако далее заявляет, что в атмосферу выбрасывается охлажденный воздух, а «большая часть теплоты рабочего тела остается в системе».
2. Следующее, что следует отметить – это очень низкий термический КПД предлагаемой установки и, как следствие, низкий эффективный КПД.
Как известно, степень совершенства процесса преобразования теплоты в механическую работу в термодинамическом цикле оценивается термическим коэффициентом полезного действия (КПД) ηt . Термический КПД термодинамического цикла показывает, какое количество получаемой теплоты тепловая машина превращает в работу в конкретных условиях протекания идеального цикла. Чем больше величина ηt, тем совершеннее цикл и тепловая машина.
Уравнение для термического КПД идеального цикла Карно имеет следующий вид ηt = 1 – T2/T1 , где T1 – максимальная температура рабочего тела (ОК), а T2 – температура рабочего тела в конце цикла (ОК). КПД реального цикла тепловой машины всегда ниже КПД цикла Карно из-за теплообмена с окружающей средой и необходимости охлаждения деталей двигателя.
Автор предложения не представил расчетов термического КПД. Поэтому примем возможные реальные значения температур t1 и t2 , равными 400 и 200 ОС, и выполним оценку величины ηt.
Итак, если в предлагаемой автором установке температура T1 равна 400+273=673 ОК, а температура T2 равна 200+273=473 ОК, то термический КПД идеального цикла ηt предлагаемой установки будет не более чем ηt = 1 – 473/673=0,3. Учитывая необходимость затрат энергии на подогрев и сжатие рабочего тела - горячего воздуха и потерь энергии на этой стадии, а также потерь энергии, содержащейся в рабочем теле, выбрасываемом в атмосферу, КПД реального цикла едва ли будет превышать 15 %. Это почти в 3 раза меньше максимального КПД традиционного современного двигателя внутреннего сгорания.
3. Автор, рассматривая процесс работы «преобразователя энергии», пренебрегает тепловой инерцией процессов теплообмена в охладителе. Он не учитывает, что скорость охлаждения рабочего тела в охладителе во много раз ниже скорости перемещения поршня в предлагаемом им устройстве. В связи с этим согласовать эти процессы во времени физически не возможно.
На основании изложенного Экспертный совет констатирует техническую бесперспективность предложений В.П. Румянцева и невозможность из реализации.