Поршневой двигатель внешнего сгорания: принцип работы, преимущества и применение

Что такое поршневой двигатель внешнего сгорания. Как он работает. В чем его преимущества перед другими типами двигателей. Где применяются двигатели внешнего сгорания. Каковы перспективы их развития.

Что такое поршневой двигатель внешнего сгорания

Поршневой двигатель внешнего сгорания — это тепловая машина, в которой источник тепла (процесс сгорания топлива) находится за пределами рабочего цилиндра с поршнем. Основное отличие от двигателя внутреннего сгорания заключается в том, что топливо сгорает не внутри цилиндра, а снаружи в отдельной камере сгорания.

Основные компоненты двигателя внешнего сгорания

• Внешняя камера сгорания
• Нагреватель
• Рабочий цилиндр с поршнем
• Охладитель
• Регенератор (в некоторых конструкциях)
• Кривошипно-шатунный механизм

Принцип работы поршневого двигателя внешнего сгорания

Как работает поршневой двигатель внешнего сгорания.

1. Во внешней камере сгорает топливо, выделяя тепловую энергию
2. Тепло передается рабочему телу (газу или жидкости) через нагреватель
3. Нагретое и расширившееся рабочее тело толкает поршень в цилиндре
4. Поршень через кривошипно-шатунный механизм совершает полезную работу
5. Рабочее тело охлаждается в охладителе
6. Цикл повторяется

Преимущества двигателей внешнего сгорания

Каковы основные преимущества поршневых двигателей внешнего сгорания перед другими типами двигателей.

• Возможность использования различных видов топлива
• Высокая экологичность за счет более полного сгорания топлива
• Низкий уровень шума и вибраций
• Высокий ресурс работы
• Простота конструкции
• Возможность работы от альтернативных источников тепла (солнечная энергия, ядерные реакторы)

Типы поршневых двигателей внешнего сгорания

Существует несколько основных типов поршневых двигателей внешнего сгорания:

1. Двигатель Стирлинга

Наиболее распространенный тип. Работает по замкнутому термодинамическому циклу с регенерацией тепла. Изобретен шотландским священником Робертом Стирлингом в 1816 году.

2. Паровая машина

Использует водяной пар в качестве рабочего тела. Была основным типом двигателей в XIX веке. Сейчас применяется редко.

3. Двигатель Эриксона

Работает по открытому термодинамическому циклу. Похож на двигатель Стирлинга, но без регенератора.

Области применения двигателей внешнего сгорания

Где используются поршневые двигатели внешнего сгорания в современной технике.

• Когенерационные установки
• Автономные источники электроэнергии
• Насосные станции
• Холодильные установки
• Подводные лодки
• Космические аппараты
• Солнечные электростанции

Сравнение двигателей внешнего и внутреннего сгорания

В чем основные отличия двигателей внешнего сгорания от двигателей внутреннего сгорания.

Параметр	Двигатель внешнего сгорания	Двигатель внутреннего сгорания
Место сгорания топлива	Внешняя камера сгорания	Внутри цилиндра
КПД	30-45%	25-35%
Экологичность	Высокая	Средняя
Уровень шума	Низкий	Высокий
Виды используемого топлива	Любые	Бензин, дизель, газ

Перспективы развития двигателей внешнего сгорания

Каковы основные направления совершенствования поршневых двигателей внешнего сгорания в будущем.

• Повышение КПД за счет применения новых материалов и конструкций
• Уменьшение массогабаритных характеристик
• Адаптация для работы на альтернативных видах топлива
• Интеграция с системами утилизации тепла
• Разработка гибридных силовых установок
• Применение в микро-ТЭЦ для частных домов

Экологические аспекты использования двигателей внешнего сгорания

Двигатели внешнего сгорания имеют ряд экологических преимуществ по сравнению с традиционными ДВС:

• Более полное сгорание топлива, меньше вредных выбросов
• Возможность использования экологически чистых видов топлива
• Низкий уровень шумового загрязнения
• Отсутствие необходимости в моторных маслах
• Возможность утилизации отработанного тепла

Конструктивные особенности поршневых двигателей внешнего сгорания

Рассмотрим основные конструктивные элементы поршневого двигателя внешнего сгорания на примере двигателя Стирлинга:

1. Нагреватель — обеспечивает передачу тепла от внешнего источника к рабочему телу
2. Регенератор — теплообменник для повышения эффективности цикла
3. Охладитель — отводит избыточное тепло от рабочего тела
4. Рабочие цилиндры с поршнями — преобразуют тепловую энергию в механическую
5. Кривошипно-шатунный механизм — передает движение от поршней на вал

Проблемы и недостатки двигателей внешнего сгорания

Несмотря на преимущества, поршневые двигатели внешнего сгорания имеют ряд недостатков:

• Большие габариты и масса по сравнению с ДВС аналогичной мощности
• Высокая стоимость производства из-за применения дорогих материалов
• Низкая удельная мощность
• Сложность регулирования мощности
• Длительный выход на рабочий режим

Применение двигателей внешнего сгорания в энергетике

Поршневые двигатели внешнего сгорания находят применение в различных энергетических установках:

• Мини-ТЭЦ для автономного энергоснабжения
• Утилизационные энергетические установки
• Геотермальные электростанции
• Солнечные энергетические установки башенного типа
• Ядерные энергетические установки для космических аппаратов

Заключение

Поршневые двигатели внешнего сгорания, несмотря на свою длительную историю, остаются перспективным направлением развития энергетических установок. Их экологичность, универсальность и высокая эффективность делают их привлекательными для применения в различных областях техники и энергетики. Дальнейшее совершенствование конструкции и технологий производства позволит расширить сферу применения этих двигателей в будущем.

Двигатели внешнего сгорания

Энергосберегающие технологии: Теплоэнергетическая установка FX-38 на основе двигателя внешнего сгорания с сжиганием газообразного топлива

Принцип работы

Предлагаемая инновационная технология основана на использовании высокоэффективного четырехцилиндрового двигателя внешнего сгорания. Это — тепловой двигатель. Тепло может поставляться от внешнего источника тепла или производиться путем сжигания широкого спектра видов топлива внутри камеры сгорания.

Тепло поддерживается при постоянной температуре в одном отделении двигателя, где оно преобразуется в водород, находящийся под давлением. Расширяясь, водород толкает поршень. В отделении двигателя с низкой температурой водород охлаждается при помощи аккумуляторов тепла и охладителей жидкости. При расширении и сжатии водород вызывает возвратно-поступательное движение поршня, которое преобразуется во вращательное движение при помощи наклонной шайбы, которая приводит в действие стандартный, емкостный электрический генератор. В процессе охлаждения водорода также производится тепло, которое можно использовать для комбинированного производства электроэнергии и тепла во вспомогательных процессах.

Общее описание

Теплоэнергетическая установка FX-38 представляет собой единый модуль «двигатель-генератор», который включает двигатель внешнего сгорания, систему сгорания, работающую на пропане, природном газе, попутном нефтяном газе, других видах топлива со средней и низкой энергоемкостью (биогаз), индуктивный генератор, систему контроля двигателя, защищенный от атмосферных воздействий корпус со встроенной системой вентиляции и другое вспомогательное оборудование для параллельной работы с сетью высокого напряжения.

Номинальная мощность по электричеству при работе на природном газе или биогазе при частоте 50 Гц составляет 38 кВт. Кроме того, установка производит 65 кВт-ч извлекаемого тепла с поставляемой по специальному заказу системой комбинированного производства тепла и электроэнергии.

Установка FX-38 может быть оснащена различными опциями системы охлаждения для обеспечения гибкости схемы установки. Продукт разработан для простого подключения к электрическим контактам, системам подачи топлива и внешним трубам системы охлаждения, если оборудованы таковыми.

Дополнительные детали и опции

• Модуль измерения мощности (обеспечивает установленный трансформатор тока для считывания на дисплее параметров переменного тока)
• Опция дистанционного мониторинга по интерфейсу RS-485
• Опции встроенного, либо удаленно смонтированного радиатора
• Опция использования пропанового топлива
• Опция использования природного газа
• Опция использования попутного нефтяного газа
• Опция использования топлива низкой энергоемкости

Установка FX-48 может применяться в нескольких вариантах следующим образом:

• Параллельное подключение к высоковольтной сети при 50 Гц, 380 В переменного тока
• Режим совместной выработки тепла и электроэнергии

Эксплуатационные характеристики установки

Выходная мощность складывается из электрической мощности и тепловой мощности. Для работы при частоте 50 Гц установка работает с тепловым коэффициентом 12230 кДж/кВт-ч (низшая теплота сгорания) и рассчитана на электрическую мощность 38 кВт. Показатель вырабатываемой электроэнергии 38 кВт включает паразитные потери, связанные с радиатором системы охлаждения, водяным насосом, вентилятором подачи воздуха в камеру сжигания, масляным насосом, контрольной системой и системой вентиляции блока.

В режиме производства электроэнергии и тепла при частоте 50 Гц установка производит 65 кВт-ч извлекаемого тепла. Продукт оборудован системой труб, готовой для подключения к поставляемому заказчиком теплообменнику типа жидкость/жидкость. Горячая сторона теплообменника представляет собой схему замкнутого цикла с охладителем кожуха двигателя и встроенным радиатором системы, если таковые присутствуют. Холодная сторона теплообменника предназначена для схем теплоприемника заказчика.

Техническое обслуживание

Установка предназначена для непрерывной работы и отбора мощности. Базовая проверка эксплуатационных характеристик проводится заказчиком с интервалом в 1000 часов и включает проверку системы водяного охлаждения и уровня масла. Через 10000 часов эксплуатации производится обслуживание передней части установки, включающее замену поршневого кольца, сальника штока, ремня привода и различных сальников. Специфические ключевые компоненты проверяются на износ. Скорость работы двигателя составляет 1500 оборотов в минуту для работы на частоте 50 Гц.

Бесперебойность

Бесперебойность работы установки составляет свыше 95%, исходя из интервалов эксплуатации, и учитывается при графике технического обслуживания.

Уровень звукового давления

Уровень звукового давления блока без встроенного радиатора составляет 64 дБА на расстоянии 7 метров. Уровень звукового давления блока с встроенным радиатором с вентиляторами охлаждения составляет 66 дБА на расстоянии 7 метров.

Выбросы

При работе на природном газе выбросы двигателя меньше или равны 0,0574 г/Нм³ NO_x, 15,5 г/Нм³ летучих органических соединений и 0,345 г/Нм³ СО.

Газообразное топливо

Двигатель рассчитан на работу на различных типах газообразного топлива со значениями низшей теплоты сгорания от 13,2 до 90,6 МДж/Нм³, попутный нефтяной газ, природный газ, угольный метан, газ вторичной переработки, пропан и биогаз полигонов ТБО. Для охвата данного диапазона устройство может быть заказано со следующими конфигурациями топливной системы:

Система сгорания требует регулируемого давления подачи газа в 124-152 мбар для всех типов топлива.

Окружающая среда

Установка в стандартном исполнении работает при температуре окружающей среды от -20 до +50°С.

Описание установки

Теплоэнергетическая установка FX-38 полностью готова для выработки электроэнергии в заводской поставке. Встроенный электрический пульт монтируется на блок для удовлетворения требований интерфейса и контроля. Устойчивый к атмосферным воздействиям цифровой дисплей, встроенный в электрический пульт, обеспечивает оператору интерфейс запуска, остановки и перезапуска с помощью кнопок. Электрический пульт также служит основным местом подключения оконечного электрического устройства заказчика, а также с оконечными устройствами проводной связи.

Установка способна достигать выходной мощности полной нагрузки примерно через 3-5 минут с момента запуска в зависимости от изначальной температуры системы. Последовательность запуска и установки приводится в действие нажатием кнопки.

После команды пуска установка подключается к высоковольтной сети путем закрытия внутреннего контактора на сеть. Двигатель немедленно поворачивается, очищая камеру сжигания до открытия топливных клапанов. После открытия топливного клапана энергия подается на запальное устройство, поджигая топливо в камере сжигания. Наличие сжигания определяется по повышению температуры рабочего газа, что приводит в действие процедуру управления разгоном до точки рабочей температуры. После этого пламя остается самоподдерживающимся и постоянным.

После команды остановки установки сначала закрывается топливный клапан для прекращения процесса сжигания. По прошествии предварительно установленного времени, в течение которого механизм охлаждается, откроется контактор, отключая установку от сети. В случае если таковые установлены, вентиляторы радиатора могут работать некоторое время для уменьшении температуры охлаждающей жидкости.

В установке используется двигатель внешнего сгорания с постоянной длиной хода, подключенный к стандартному индукционному генератору. Устройство работает параллельно с высоковольтной сетью или параллельно с системой распределения энергии. Индукционный генератор не создает своего собственного возбуждения: он получает возбуждение от подключенного источника электросети. Если напряжение в электросети исчезает, установка отключается.

Описание узлов установки

Конструкция установки обеспечивает ее простой монтаж и подключение. Имеются внешние соединения для топливных труб, оконечных устройств электроэнергии, интерфейсов коммуникаций и, если это предусмотрено, внешнего радиатора и система труб теплообменника жидкость/жидкость. Установку можно заказать в комплекте со встроенным или удаленно монтированным радиатором и/или системой труб теплообменника жидкость/жидкость для охлаждения двигателя. Также предоставляются инструменты для безопасного отключения и логические схемы управления, разработанные специально для желаемого режима работы.

Кожух имеет две эксплуатационные панели на каждой стороне отделения двигатель/генератор и внешнюю однопетельную дверь для доступа к электрическому отделению.

Вес установки: около 1770 кг.

Двигатель является 4-цилиндровым (260 см³/цилиндр) двигателем внешнего сгорания, поглощающим тепло непрерывного сжигания газового топлива в камере внутреннего сгорания, и включает следующие встроенные компоненты:

• Вентилятор подачи воздуха в камеру сгорания, приводится в действие двигателем
• Воздушный фильтр камеры сгорания
• Топливная система и кожух камеры сгорания
• Насос для смазочного масла, приводится в действие двигателем
• Охладитель и фильтр для смазочного масла
• Водяной насос системы охлаждения двигателя, приводится в действие двигателем
• Температурный датчик воды в системе охлаждения
• Датчик давления смазочного масла
• Датчик давления и температуры газа
• Все необходимое контрольное и защитное оборудование

Характеристики генератора приводятся ниже:

• Номинальная мощность 38 кВт при 50 Гц, 380 В переменного тока
• Электрический КПД 95,0% при коэффициенте мощности 0,7
• Возбуждение от коммунальной электросети при помощи индукционного мотора/генераторного возбудителя
• Менее 5% общих гармонических искажений от отсутствия нагрузки до полной нагрузки
• Класс изоляции F

Интерфейс оператора – цифровой дисплей обеспечивает управление установкой. Оператор может запустить и остановить установку с цифрового дисплея, посмотреть время работы, рабочие данные и предупреждения/сбои. При установке опционального модуля измерения мощности оператор может видеть многие электрические параметры, такие как вырабатываемая мощность, киловатт-часы, киловатт-амперы и коэффициент мощности.

Функция диагностики оборудования и сбора данных встроена в систему контроля установки. Диагностическая информация упрощает удаленный сбор данных, отчет по данным и устранение неисправностей устройства. Эти функции включают сбор системных данных, таких как информация о рабочем состоянии, все механические рабочие параметры, такие как температура и давление цилиндров, а также, если подключен опциональный измеритель мощности, – электрические параметры значений вырабатываемой мощности. Данные могут быть переданы через стандартный порт соединения RS-232 и показаны на персональном компьютере или ноутбуке при помощи программного обеспечения для сбора данных. Для нескольких установок или в случаях, когда расстояние передачи сигнала превышает возможности RS-232, для получения данных используется опциональный порт RS-485 с использованием протокола MODBUS RTU.

Для переноса горячих выхлопных газов от системы сгорания используются трубы из нержавеющей стали. К выхлопной трубе в месте выхода из кожуха прикреплена сбалансированная выхлопная заслонка с защитным колпаком от дождя и снега.

Для охлаждения могут применяться различные прикладные технологии и конфигураций:

Встроенный радиатор – предоставляет собой радиатор, рассчитанный на температуру окружающей среды до +50°C. Все трубы подключаются в заводских условиях. Это типичная технология в случае, если не используется утилизация отходящего тепла.

Внешний радиатор – предназначен для установки заказчиком, рассчитан на температуру окружающей среды до +50°C. Короткие несущие ножки поставляются с радиатором для монтажа на контактном столике. При необходимости установки в помещении можно использовать данный вариант вместо предоставления системы вентиляции, требуемой для подачи охлаждающего воздуха во встроенный радиатор.

Внешняя система охлаждения – предоставляет систему труб снаружи кожуха для поставляемой заказчиком системы охлаждения. Ей может выступать теплообменник или удаленно монтированный радиатор.

Хладагент состоит из 50% воды и 50% этиленгликоля по объему: можно заменить смесью пропиленгликоля и воды, при необходимости.

Установка FX-38 использует водород в качестве рабочего тела для приведения в движение поршней двигателей по причине высоких способностей водорода к передаче тепла. В нормальном режиме работы потребляется предсказуемое количество водорода из-за нормальных утечек, вызванных проницаемостью материала. Для учета этого темпа потребления место установки требует наличия одного или нескольких наборов баллонов с водородом, отрегулированных и подсоединенных к блоку. Внутри установки встроенный водородный компрессор увеличивает давление в баллоне до более высокого давления в двигателе и вводит малые порции по запросу встроенного программного обеспечения. Встроенная система не требует технического обслуживания, а баллоны подлежат замене в зависимости от работы двигателя.

Для подачи топлива поставляется труба со стандартной трубной резьбой 1 дюйм для всех стандартных типов топлива, за исключением низкоэнергетических вариантов, для которых используется стандартная трубная резьба 1 ¹/₂ дюйма. Требования к давлению топлива для всех видов газообразного топлива составляют от 124 до 152 мбар.

Энергетическое образование

1. Общие сведения

Паровые машины. В середине XVII века были сделаны первые попытки перехода к машинному производству, потребовавшие создания двигателей, не зависящих от местных источников энергии (воды, ветра и пр.). Первым двигателем, в котором использовалось тепловая энергия химического топлива стала пароатмосферная машина, изготовленная по проектам французского физика Дени Папена и английского механика Томаса Севери. Эта машина была лишена возможности непосредственно служить механическим приводом, к ней «прилагалось в комплект» водяное мельничное колесо (по-современному говоря, водяная турбина), которое вращала вода, выжимаемая паром из котла паровой машины в резервуар водонапорной башни. Котел то подогревался паром, то охлаждался водой: машина действовала периодически.

В 1763 году русский механик Иван Иванович Ползунов изготовил по собственному проекту стационарную паровую машину непрерывного действия. В ней были сдвоены два цилиндра, поочерёдно заполнявшиеся паром, и также подающими воду на башню, но — постоянно.

К 1784 году английский механик Джеймс Уатт создал более совершенную паровую машину, названную универсальным паровым двигателем. Уатт с детства работал подручным на машине конструкции Севери. В его задачу входило постоянно переключать краны подачи пара и воды на котел. Эта однообразная работа изрядно надоела изобретателю и побудила изобрести как поршень двойного хода, так и автоматическую клапанную коробку (потом и центробежный предохранитель). В машине был предусмотрен в цилиндре жесткий поршень, по обе стороны которого поочередно подавался пар. Все происходило в автоматическом режиме и непрерывно. Поршень вращал через кривошипно—шатунную систему маховик, обеспечивающий плавность хода. Паровая машина могла теперь стать приводом различных механизмов и перестала быть привязана к водонапорной башне.

Элементы, придуманные Уаттом, входили в той или иной форме во все паровые машины. Паровые машины совершенствовали и применяли для решения различных технических задач: привода станков, судов, экипажей для перевозки людей по дорогам, локомотивов на железных дорогах. К 1880 году суммарная мощность всех работавших паровых машин превысила 26 млн кВт (35 млн л.с.).

Локомотив.

Цикл Карно — идеальный термодинамический цикл. Тепловая машина Карно, работающая по этому циклу, обладает максимальным КПД из всех машин, у которых максимальная и минимальная температуры осуществляемого цикла совпадают соответственно с максимальной и минимальной температурами цикла Карно. Цикл Карно назван в честь французского физика Сади Карно, который впервые его исследовал в 1824 году. Одним из важных свойств цикла Карно является его обратимость: он может быть проведён как в прямом, так и в обратном направлении, при этом энтропия адиабатически изолированной (без теплообмена с окружающей средой) системы не меняется.

В 1816 шотландец Роберт Стирлинг предложил двигатель внешнего сгорания, называемый сейчас его именем Двигатель Стирлинга. В этом двигателе рабочее тело (воздух или иной газ) заключен в герметичный объём. Здесь осуществлен цикл по типу цикла Севери («до-Уаттовского»), но нагрев рабочего тела и его охлаждение производятся в различных объёмах машины и сквозь стенки рабочих камер. Природа нагревателя и охладителя для цикла не имеют значения, а потому он может работать даже в космосе и от любого источника тепла. КПД созданных сейчас стирлингов невелик. Теоретически он должен раза в 2 превышать КПД для ДВС, а практически — это примерно одинаковые величины. Но у стирлингов есть ряд других преимуществ, которые способствовали развитию исследований в этом направлении.

Двигатели внешнего сгорания — класс двигателей, где источник тепла или процесс сгорания топлива отделены от рабочего тела. К этому классу относятся паровые машины, паровые турбины, двигатели Стирлинга, газовые турбины внешнего сгорания, а также другие типы двигателей. Долгое время были неоправданно забыты, в последнее время находят всё большее применение, в основном из-за таких своих особенностей как возможность использования любых источников тепла (например, солнечной или ядерной энергии), нетребовательность к виду топлива.

Двигатели внешнего сгорания.

Двигатель внутреннего сгорания. Проект первого двигателя внутреннего сгорания (ДВС) принадлежит известному изобретателю часового анкера Христиану Гюйгенсу и предложен ещё в XVII веке. Интересно, что в качестве топлива предполагалось использовать порох, а сама идея была подсказана артиллерийским орудием. Все попытки Дениса Папена (упомянутого выше, как создатель первой паровой машины) построить машину на таком принципе, успехом не увенчались. Первый надёжно работавший ДВС сконструировал в 1860 году французский инженер Эжен Ленуар. Двигатель Ленуара работал на газовом топливе. Спустя 16 лет немецкий конструктор Николас Отто создал более совершенный 4-тактный газовый двигатель. В этом же 1876 году шотландский инженер Дугальд Кларк испытал первый удачный 2-тактный двигатель. Совершенствованием ДВС занимались многие инженеры и механики. Так, в 1883 году немецкий инженер Карл Бенц изготовил использованный им в дальнейшем 2-тактный ДВС. В 1897 году его соотечественник и тоже инженер Рудольф Дизель предложил ДВС с воспламенением рабочей смеси в цилиндре от сжатия воздуха, названный впоследствии дизелем. В XX веке ДВС стал основным двигателем в автомобильном транспорте. В 70-х годах почти 80 % суммарной мощности всех существовавших ДВС приходилось на транспортные машины (автомобили, трактора и пр.). Параллельно шло совершенствование гидротурбин, применявшихся на гидроэлектростанциях. Их мощность в 70-х годах XX века превысила 600 МВт.

Поршневые двигатели — камерой сгорания является цилиндр, где химическая энергия топлива превращается в механическую энергию, которая из возвратно-поступательного движения поршня превращается во вращательную с помощью кривошипно-шатунного механизма.

Бензиновые двигатели — смесь топлива с воздухом готовится в карбюраторе и далее во впускном коллекторе, или во впускном коллекторе при помощи распыляющих форсунок (механических или электрических), далее смесь подаётся в цилиндр, сжимается, а затем поджигается при помощи искры, проскакивающей между электродами свечи. Основная характерная особенность топливо-воздушной смеси в этом случае — её гомогенизированность. Чем более однородной по составу является смесь, тем более качественно идёт процесс сгорания.

Бензиновый двигатель.

Дизельные двигатели — специальное дизельное топливо впрыскивается в цилиндр под высоким давлением. Горючая смесь образуется (и сразу же сгорает) непосредственно в цилиндре по мере впрыска порции топлива. Воспламенение смеси происходит под действием высокой температуры воздуха, подвергшегося сжатию в цилиндре.

Дизельные двигатель.

Роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, конструкция которого разработана в 1957 году инженером компании NSU Вальтером Фройде, ему же принадлежала идея этой конструкции. Двигатель разрабатывался в соавторстве с Феликсом Ванкелем, работавшим над другой конструкцией роторно-поршневого двигателя.

Роторно-поршневой двигатель.

Реактивный двигатель — тепловой реактивный двигатель, в качестве рабочего тела которого используется атмосферный воздух, нагреваемый за счёт химической реакции окисления горючего кислородом, содержащимся в самом рабочем теле. Реактивные двигатели используются, как правило, для приведения в движение воздушных летательных аппаратов.

Реактивный двигатель.

Газотурбинный двигатель — тепловой двигатель, в котором газ сжимается и нагревается, а затем энергия сжатого и нагретого газа преобразуется в механическую работу на валу газовой турбины. В отличие от поршневого двигателя, в газотурбинном двигателе процессы происходят в потоке движущегося газа.

В первой половине XX века. создали новые типы первичных двигателей: газовые турбины, реактивные двигатели, а в 50-х и ядерные силовые установки. Процесс совершенствования и изобретения первичных двигателей продолжается.

Двигатель внешнего сгорания. Двигатели внешнего сгорания

Пользователи также искали:

бензиновый двигатель внутреннего сгорания, двигатель внешнего сгорания где используется, двигатель внешнего сгорания примеры, двигатель внешнего сгорания, двигатель внутреннего сгорания 4 серия, двигатель внутреннего сгорания это, двигатель внутреннего сгорания физика, двигатель внутреннего сгорания все серии, гольф 6 двигатель, hyundai tucson 2007 двигатель, книги по двигателям внутреннего сгорания, mitsubishi l200 масло в двигатель объем, можно ли пользоваться духовкой без внешнего стекла, nissan rogue двигатель, шевроле каптива двигатель 2. 4 отзывы, шкода фабия 1.4 мpi какое масло заливать в двигатель, шкода фабия 2006 двигатель 1.2 отзывы, шкода октавия двигатель 1.4 отзывы, шкода румстер 1.4 бензин двигатель, система охлаждения двигателя внутреннего сгорания трактора к — 700, двс, сгорания, внутреннего, двигатель, изобрел, системы двс, виды двс, применение двс, классификация двс, принцип, работы, системы, виды, физика, применение, классификация, двс принцип работы, двс это, внешнего, внешнего сгорания, Двигатель, двигатель внешнего, двигатель внешнего сгорания, Двигатель внешнего сгорания, двигателя, двигатели, двигатели внешнего сгорания, двигателя внешнего сгорания, двигателей, двигателем,

                                     

АНАЭРОБНЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ ВНЕШНЕГО СГОРАНИЯ. словосочетанию внутреннее сгорание, и к самому процессу мы привыкли более чем основательно – настолько, что возгорание топлива за. .. RU160122U1 АВТОНОМНАЯ КОГЕНЕРАЦИОННАЯ. синхронного двигателя за бегущим магнитным полем! Здесь определение строго следует, подразумевает, что ротор. .. ДВУХРОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНЕШНЕГО СГОРАНИЯ. журнале Наука и жизнь № 3 за 2007 год была напечатана статья доктора технических наук В. Нисковских. .. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ ВНЕШНЕГО СГОРАНИЯ ДЛЯ. Двигатель внешнего сгорания. На рубеже веков человечество смотрит в будущее с надеждой. Надежда эта вполне оправдана: ученая мысль не стоит. .. Существуют ли двигатели внешнего сгорания?. 3 мар 2013 Это модель двигателя Стирлинга сделана показать мотор внешнего сгорания в действии. у этой модели силы хватает что бы. .. Двигатели внешнего сгорания. Принцип действии двигатели внешнего сгорании разработал запатентовал 1816 г. шотландский священник Роберт Стирлинг, в честь которого он и. .. СТИРЛИНГ ПО РОССИЙСКИ Наука и жизнь. внешнего сгорания представляет собой тепловой двигатель, в котором происходит сжатие внутренней рабочей жидкости и ее нагревание. .. внешнего сгорания двигатель Стирлинга YouTube. 12 апр 2019 Да, двигатели внешнего сгорания существуют, и многие учёные считают, что именно за этими двигательными установками будущее.. .. Анаэробные тепловые двигатели внешнего сгорания – тема. рые отсутствуют в двигателях. Двигатели внешнего сгорания на базе пульсационной трубы и термоакустического эффекта явля -.. .. Вечный двигатель. Почему Нобелевская премия по псковичам. 27 июл 2014 Патент RU143562U1: Двухроторный двигатель внешнего сгорания МАРГ ТИМ относится к области двигателестроения и является.

Роторные двигатели внешнего сгорания. 27 янв 2010 Компания Power Technologies разместила техническую документацию по двигателю внешнего сгорания Cyclone в открытый. .. РОТОРНЫЕ ДВИГАТЕЛИ ВНЕШНЕГО СГОРАНИЯ Наука и жизнь. 27 июн 2012 Широко известен изобретенный в 1816 году двигатель внешнего сгорания Стирлинга, являющийся одним из самых конструктивно и. .. Двигатель внешнего сгорания. 7 дек 2014 Псков, если кто не в курсе, является родиной двигателя внешнего сгорания который давно уже должен был прийти на смену двигателю. .. Двигатель внешнего сгорания – за ним будущее! Журнал Лучик. 9 фев 2011 Псковские учёные сконструировали двигатель Стирлинга мощный, маленький, экологичный, с высоким КПД сюжет НТВ 2009 год.. .. Как работает Двигатель внешнего сгорания? – Яндекс.Знатоки. Анаэробные, т.е. воздухонезависимые двигатели, находят применение ракетной космической технике, на подводных судах и в труднодоступных. .. Двигатель внешнего сгорания – тема научной статьи по. В отличие от широко известного процесса внутреннего, при котором топливо сжигается внутри двигателя, двигатель внешнего сгорания,. .. RU2454546C2 РОТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭНЕРГИИ И. Роторный двигатель внешнего сгорания состоит из двух цилиндров, соединенных двумя ветками трубопроводов высокого и низкого давления для. .. двигатель внешнего сгорания. YouTube. 10 мар 2016 Автономная когенерационная установка двигателем внешнего сгорания на топливной щепе, состоящая из двигателя Стирлинга с. .. Новый двигатель будущего Cyclone в открытом доступе Хабр. В данной статье рассмотрены перспективы использования двигателя внешнего сгорания для генерации электрической энергии из. .. Двигатели внешнего сгорания Bioliquids CHP Power. Первые тепловые машины созданные человечеством были машинами внешнего сгорания. Они широко для того времени использовались в.

Роторно-лопастной двигатель внутреннего сгорания

Валерий Васильев, фото автора

За историю автомобилестроения лучшие умы человечества придумали немало самых разнообразных конструкций двигателей. Но только некоторым из них удалось стать серийными образцами. Остальные, несмотря на оригинальность заложенных идей, так и не вышли из стадии эксперимента. Возможно, судьба роторно-лопастного мотора, созданного в Псковском государственном политехническом университете, окажется более удачливой.

Расклад сил

Развитие и область применения двигателей внутреннего сгорания (ДВС) приобрели сегодня всеобъемлющий характер. Многочисленные научные исследования и разработки превратили ДВС в сложнейшую, но надежную и универсальную систему. В то же время опыт длительной эксплуатации в составе транспортных средств выявил недостатки, которые практически невозможно исключить путем модернизации конструкции двигателя, не затронув базовых принципов его организации, таких как механические потери на трение и процесс внутреннего сгорания топлива.

Главным недостатком ДВС, который в результате массового распространения автомобильного транспорта занял лидирующее положение, стал фактор загрязнения окружающей среды выхлопными газами. Доля вредных веществ, поступающих в атмосферу с отработавшими газами автомобильных двигателей, составляет до 63% от общего загрязнения окружающей среды. В связи с этим в последние десятилетия в мире ужесточаются требования к экологическим нормам для транспортных средств, и в первую очередь это касается двигателей внутреннего сгорания. Последние, потребляя пятую часть первичных энергоносителей, являются основным источником загрязнения окружающей среды. Однако планируемые меры, даже в случае их полной реализации, способны лишь снизить темпы увеличения загрязняющего действия ДВС транспортных средств на фоне быстрого роста их количества и мощности.

Экологические преимущества двигателей с внешним подводом теплоты

Тип двигателя	Токсичность, мг/(л.с..с)
	NOx	CO	CxHy
Карбюраторный двигатель	0,6–2,0	40–100	15–120
Дизель	0,4–2,0	0,2–5,0	0,6–12
Газовая турбина	0,7–2,0	2,0–3,6	0,012–0,07
Двигатель внешнего сгорания	0,1–0,2	0,05–0,2	0,0015–0,009
Нормы Euro 5	0,414	0,311	0,095

Таким образом, назрела необходимость производства принципиально иного двигателя, способного кардинально изменить ситуацию, работающего на различных видах топлива и не имеющего вредных выбросов в атмосферу.

По критерию экологичности использования любого вида топлива наилучшие характеристики у двигателя с внешним подводом тепла (ДВПТ), реализующего цикл Стирлинга. Внешний подвод тепла позволяет применять различные тепловые источники без каких-либо существенных изменений конструкции двигателя. В подобных двигателях могут быть использованы практически все виды ископаемого топлива – от твердых до газообразных. Для оценки уровня токсичности двигателя с внешним подводом тепла его удельные выделения токсичных веществ можно сравнить с таковыми у дизеля, газовой турбины и карбюраторного двигателя. По таким показателям вредных веществ, как CO, NO_x и C_xN_y, мотор с внешним подводом тепла выглядит не только значительно лучше перечисленных конкурентов, но и соответствует перспективным экологическим нормам, еще не введенным в действие.

Итак, преимущества двигателей с внешним подводом тепла выражаются в термическом КПД, достигающем 60%, использовании практически всех видов топлива, включая солнечную энергию, возможности регулирования мощности путем изменения давления рабочего тела и температуры, легком пуске при низкой температуре, герметичности, высоком моторесурсе.

Исходя из этого можно сказать, что в сфере создания двигателей возникло техническое противоречие: с одной стороны, имеются компактные и дешевые двигатели внутреннего сгорания, а с другой – массивные и дорогие в изготовлении моторы с внешним подводом теплоты.

Давайте рассмотрим недостатки поршневого двигателя Стирлинга. Во-первых, это сложность конструктивного исполнения отдельных узлов, проблемы в области уплотнений, регулирования мощности и т. д. Особенности технического решения обусловливаются применяемыми рабочими телами. Так, например, гелий обладает сверхтекучестью, что определяет повышенные требования к уплотняющим элементам рабочих поршней, штока вытеснителя и т. д. Во-вторых, формирование облика перспективных, предполагаемых к производству машин Стирлинга невозможно без разработки новых технических решений основных узлов. В-третьих, высокий уровень технологии производства.

Кроме того, данная проблема связана с необходимостью применения в машинах Стирлинга жаростойких сплавов и цветных металлов, их сварки и пайки. Отдельный вопрос – изготовление регенератора и насадки для него для обеспечения, с одной стороны, высокой теплоемкости, а с другой – низкого гидравлического сопротивления. Все это требует высокой квалификации рабочего персонала и современного технологического оборудования. Зарубежный опыт создания современных высокоэффективных машин Стирлинга показывает, что без точного математического моделирования рабочих процессов и оптимального проектирования основных узлов доводка таких машин превращается в многолетние изнурительные экспериментальные исследования.

Свой путь

Взвесив все «за» и «против», в Псковском государственном политехническом университете (ППИ) подумали, почему бы не создать новый тип двигателя, соединяющего в себе преимущества роторно-лопастной расширительной машины и принципа внешнего подвода теплоты.

Кстати, работы по созданию роторно-лопастного двигателя ведутся в ППИ уже более 30 лет. За это время создан коллектив из высококвалифицированных научных сотрудников, накоплены значительный опыт и научно-технический материал. Результатом исследований стало создание натурного образца роторно-лопастной расширительной машины на основе рычажно-кулачкового преобразователя движения.

В практическое русло работы вошли в 1998 году, когда в рамках федеральной целевой программы ППИ заключил договор с Миннауки на опытно-конструкторские работы на тему: «Разработка технологии и изготовление опытного образца роторно-лопастного двигателя внутреннего сгорания». Итогом работы стало создание технологии изготовления и макета РЛД внутреннего сгорания.

Исследование данных макетов позволило доказать принцип работы роторно-лопастной машины, отработать конструкцию рычажно-кулачкового механизма, утвердиться в надежности и долговечности работы РЛД и подтвердить достоинства роторно-лопастных машин.

Принцип работы роторно-лопастного двигателя известен уже давно. Этот механизм содержит два ротора с лопастями и цилиндр с впускными и выпускными окнами. В двигателе предусмотрен механизм связи, позволяющий роторам совершать движение друг относительно друга и вращательно-колебательное движение относительно цилиндра, а также устройство, позволяющее суммировать движение роторов и передать равномерное вращение выходному валу.

При этом выяснилось, что коэффициент компактности основного объема роторно-лопастного двигателя (отношение эквивалентного рабочего объема к объему двигателя) достигает 15–20%, в то время как максимальное значение этого показателя для поршневых (V-образных с кривошипно-шатунным механизмом) составляет 1–2%. Столь большое (в несколько раз) преимущество по удельно-массовым показателям открывает перспективы практического применения двигателей данной схемы.

Предложенная конструктивная схема роторно-лопастного двигателя имеет ряд преимуществ по сравнению с шатунно-поршневым двигателем. На основании проведенных ранее исследований, выявления проблем в области создания двигателей с внешним подводом теплоты, требованиям к современным моторам возникла идея объединить роторно-лопастную конструкцию двигателя с принципом внешнего подвода теплоты. Данный синтез явился следствием тщательного анализа современных конструктивных вариантов двигателей с выявлением достоинств и недостатков каждого.

В настоящее время существует три основные проблемы в области создания роторно-лопастных машин. В основе конструкции предложенной расширительной машины и двигателя внутреннего сгорания лежит четырехзвенный механизм преобразования движения, особенность конструкции которого заключается в следущем: механизм состоит из четырехзвенника и кулачка. Четырехзвенник состоит из шарнирно связанных плеч одинаковой длины. К серединам плеч шарнирно прикреплены рычаги лопастей. Механизм обеспечивает основные функциональные требования к преобразователю движения. Закон изменения угла между лопастями синусоидальный. Графики скоростей и ускорений лишены резких скачков, поэтому достигается плавность и безударность работы механизма. В конструкции нет недостатков, связанных с использованием зубчатых колес. В свою очередь простота изготовления определяется отсутствием сложных прецизионных деталей, сферических шарниров и т. п., применением однотипных элементов. К тому же механизм реверсивен, обратим, уравновешен, что расширяет функциональные возможности двигателя, спроектированного на его основе.

Число рабочих тактов при одном обороте выходного вала равно четырем, в то время как для шатунно-поршневого ДВС оно равно двум. Равенство продолжительности рабочих тактов на одном обороте выходного вала обеспечивается симметричной конструкцией механизма преобразования. Степень сжатия рабочего тела зависит от диапазона изменения угла между лопастями. Для данного механизма она ограничивается лишь конструктивными и прочностными параметрами реального механизма.

Отличия и преимущества

В 2007 г. ППИ выиграл конкурс в рамках федеральной целевой программы и заключил государственный контракт с Федеральным агентством по науке и инновациям на проведение научно-исследовательских работ на тему «Разработка математической модели протекания термодинамического цикла с внешним подводом теплоты, позволяющей создать экологически чистый двигатель роторно-лопастного типа».

В итоге появилась методика расчета и проектирования РЛД с внешним подводом теплоты (РЛДВПТ), в частности, созданы математические модели отдельных узлов двигателя, а также математическая модель, подтверждающая возможность реализации термодинамического цикла с внешним подводом теплоты в РЛД. Для проведения экспериментальных исследований были созданы и исследованы макет механизма преобразователя движения и макет камеры сгорания. Полученные результаты явились доказательной базой правильности теоретических расчетов.

Сравнитльные характеристики роторно-лопастных (РЛД) и шатунно-поршневых (ШПД) двигателей

Показатели	РЛД	ШПД
Удельная масса, кг/кВт	0,4–0,8	2,5–4,5
Удельная мощность, кВт/л	200	50–80
Минимальная скорость вращения, мин-1	60	600–800
Потери на механическое трение, %	10	35
Средняя скорость лопастной (поршневой) группы, м/с	30–50	15–25
Амплитуда вибраций (в подвешенном состоянии), мкм	100	3000

Как следствие исследования механических и термодинамических процессов двигателя подтвердили возможность и перспективность создания нового типа двигателя – РЛДВПТ (роторно-лопастной двигатель с внешним подводом тепла).

Для практического осуществления цикла с внешним подводом теплоты в двигателе, имеющем замкнутое рабочее пространство, необходимы циклическое изменение объема рабочего пространства, подвод теплоты к рабочему телу, отвод теплоты от него и регенерация некоторой части тепла. Реализовать условия осуществления термодинамического цикла с внешним подводом теплоты на базе двигателя роторно-лопастного типа возможно несколькими способами, для осуществления которых используются соответствующие конструктивные решения.

Сравнение параметров двигателей Стирлинга с РЛДВПТ

Показатели	4S1210 «Дженерал Моторс» (экспери-ментальные данные)	4L23 «Дженерал Моторс» (расчетные данные)	Рядный «Филипс» (расчетные данные)	РЛДВПТ (расчетные данные)
Мощность, кВт	280	95	147	300
Частота вращения, мин-1	1500	2100	3000	1500
КПД, %	35	–	–	22,6
Температура нагревателя, °С	650	760	700	427
Температура охладителя, °С	32	57	40	77
Рабочее тело	H2	H2	He	СО2
Среднее давление, МПа	10,35	10,3	21,6	3,1
Количество цилиндров	4	4	4	2
Объем цилиндра, cм3	2270	1510	400	1000
Удельная мощность, Вт/ cм3	58	15,7	136	150
Масса, кг	2270	725	400	500
Габаритные размеры, мм	1880x1016x x1930	1360x600x x1000	1130x440x x963	1200x600x x900
Объемная мощность, кВТ/м3	76	116,4	308	464
Удельная масса, кг/кВТ	8	7,6	2,72	1,66

Конструктивно двигатель состоит из двух модулей, каждый из которых включает лопастную группу и механизм преобразования движения. Модули жестко соединены между собой и повернуты друг относительно друга на 45°. В конструкции для нагревания и охлаждения рабочего тела предусмотрены нагреватель и охладитель.

• рабочее тело в отличие от поршневого Стирлинга может иметь большую молярную массу по сравнению с гелием и водородом, что приводит к уменьшению среднего давления рабочего тела и применению общедоступных уплотнений;
• температура рабочего тела в нагревателе благодаря круговой циркуляции ниже, чем у обычных Стирлингов, что дает возможность применять недорогие по стоимости стали и сплавы;
• применение конструктивной схемы роторно-лопастной машины позволяет снизить удельную массу двигателя.

Область применения

По данному принципу можно создать целое семейство двигателей различной мощности. Сейчас отрабатывается конструкция мотора мощностью до 300 кВт. Область применения роторно-лопастных двигателей с внешним подводом тепла достаточна велика. Они могут использоваться везде, где работают ДВС, в том числе и на автомобильном транспорте. РЛДВПТ способны функционировать в условиях, где ДВС не работают, а именно: в воде, под землей, в космосе, в условиях песчаных бурь. При изменении конструкции механизма преобразования движения роторно-лопастная машина работает как пневмодвигатель либо гидродвигатель, как расширительная (паровая) машина или дроссель в магистральных газопроводах для понижения давления с целью получения электричества. РЛДВПТ могут работать с такими источниками энергии, как компрессор; жидкостный, тепловой, вакуумный насосы, а также холодильная машина.

Cпециалисты Псковского государственного политехнического университета продолжают совершенствовать свое детище, и, возможно, очень скоро оно станет настоящей альтернативой традиционным конструкциям двигателей.

Автор благодарит М.А. Донченко за помощь в подготовке статьи

Двигатели внешнего сгорания — Энциклопедия по машиностроению XXL

В последние годы стали разрабатываться газообразные поршневые двигатели, в которых продукты сгорания выполняют функции источника теплоты, а рабочим телом является газ (наиболее подходящий по своим термодинамическим свойствам), циркулирующий в замкнутом контуре. Идея подобного двигателя внешнего сгорания была высказана еще Р. Стирлингом в 1817 г.  [c.540]
Форсаж путем изменения способа работы ПЭ при том же ИЭ позволяет увеличить расход последнего. По конечному результату этот метод подобен первому, однако техническое осуществление его другое. Практически этот метод применим лишь к ДВС, которое можно конвертировать в двигатель внешнего сгорания с поршневой РМ, добавив форсажную камеру сгорания. При этом возникает ряд конструктивно-технологических проблем конденсация паров воды в картере, приводящая к разжижению смазки и увеличению износа, влияние необычно большого вредного пространства в РМ и др.  [c.89]

Двигатели внешнего сгорания  [c.77]

Двигатели, в которых сгорание топлива осуществляется с внешней стороны цилиндра, содержащего замкнутую газовую систему и механические поршни, носят название двигателей внешнего сгорания. Этот тип двигателя сегодня приобретает важное значение, поскольку он, как и газовая турбина замкнутого цикла, позволяет снизить до минимума или даже совсем исключить вредные выбросы продуктов сгорания. Более того, термический КПД двигателя внешнего сгорания равен КПД цикла Карно.  [c.77]

Двигатель внешнего сгорания был изобретен еще в 1816 г., но, несмотря на высокий  [c.77]

КПД, ОН оказался значительно более громоздким и тяжелым, чем другие двигатели той же мощности. В результате он не выдерживал конкуренции с изобретенными позже турбинами и две. Некоторые европейские фирмы вновь заинтересовались идеей двигателя внешнего сгорания после второй мировой войны. Успехи в области технологии конструкционных материалов позволили сделать двигатель экономичным, компактным и бесшумным. Учитывая возросший интерес к двигателю внешнего сгорания, рассмотрим принцип его работы и применимость в качестве источника энергии.  [c.78]

Хотя рабочий цикл реального двигателя внешнего сгорания отличается от идеализированного цикла, можно получить очень высокий КПД. Двигатель внешнего сгорания имеет и еще ряд преимуществ. Поскольку процесс горения топлива (в автомобильном двигателе внешнего сгорания) идет непрерывно, а не вспышками как в ДВС, и при атмосферном давлении, а цилиндры хорошо сбалансированы, вибрация и шум практически отсутствуют. Двигатель можно использовать фактически без глушителя. Автобус с двигателем внешнего сгорания легко удовлетворяет нормам по шуму тех европейских стран, где эти нормы существуют. Выше уже упоминалось о преимуществах применения двигателя внешнего сгорания для уменьшения вредных выбросов. В нем в принципе может быть использован  [c.78]

Как мы уже говорили, изобретение № 166202 еще не осуществлено в металле. Но изобретатели успели подметить некоторые его слабые стороны и нашли способ их устранить. Дело в том, что газовая постоянная увеличивается не только при нагреве перед турбиной в результате диссоциации, но и при сжатии в компрессоре. Газа как бы становится больше, и на его сжатие приходится затрачивать больше работы. При расширении в турбине — картина обратная. Эти обстоятельства несколько снижают к.п.д. двигателя. Чтобы избавиться от таких нежелательных явлений, нужно весь процесс сжатия и расширения тоже производить при постоянной температуре, изотермически. Но как раз так и происходит в двигателе внешнего сгорания—двигателе Стирлинга. Поэтому именно в нем целесообразнее всего использовать диссоциирующее рабочее тело, например треххлористый алюминий или смесь метана с углекислым газом (авторское свидетельство № 213039).  [c.274]

Хотя двигатель Стирлинга и получает энергию извне, его нельзя с достаточной строгостью назвать двигателем внешнего сгорания, поскольку любой источник тепла с подходящей температурой, например сфокусированная солнечная энергия, аккумулированная тепловая энергия, тепловая энергия, выделяющаяся при горении металла, ядерная энергия и т. п., может быть использован для этой цели. В настоящее время в большинстве установок с двигателями Стирлинга применяется жидкое топливо из-за простоты его использования и из-за требований, обусловленных конкретным назначением установки. При использовании системы сгорания для нагрева рабочего тела применяют непрерывный процесс горения, что позволяет сжигать различные виды топлива, которые эффективно сгорают, не создавая опасности попадания твердых частиц из топлива, окислителя или окружающего пространства в рабочие цилиндры. При использовании для сжигания жидких топлив непрерывное горение можно легко регулировать, в результате чего снижается уровень выбросов, особенно несгоревших углеводородов и окиси углерода, однако, чтобы понизить содержание окислов азота, необходимы дополнительные меры.  [c.19]

Воздушно-реактивный двигатель внешнего сгорания……………………95  [c.10]

С одинаковым успехом может быть сделан так называемый двигатель внешнего сгорания.  [c.53]

Прошу выдать мне авторское свидетельство на предлагаемое мною изобретение воздушно-реактивного двигателя внешнего сгорания.  [c.95]

Воздушно-реактивный двигатель внешнего сгорания  [c.95]

Конструкция воздушно-реактивного двигателя внешнего сгорания очень проста.  [c.95]

Предлагается новый двигатель — воздушно-реактивный двигатель внешнего сгорания. Двигатель не имеет камеры сгорания и представляет собой крыло самолета с расположенными в нем форсунками и свечами (у передней кромки крыла). Сгорание происходит вне крыла, в наружном воздухе, вблизи критической точки.  [c.98]

Тепловые двигатели, в которых сгорание топлива происходит вне двигателя, называются двигателями внешнего сгорания. К таким двигателям относятся паровой поршневой двигатель и паровая турбина. В этих двигателях горение топлива происходит в топке парового котла.  [c.5]

Паровая турбина, так же как и паровой поршневой двигатель, является двигателем внешнего сгорания. В ней, как и в паровом поршневом двигателе, сгорание топлива происходит вне самого двигателя, в специальном паровом котле.  [c.7]

Таким образом, принципиальное отличие двигателя внутреннего сгорания от двигателей внешнего сгорания (парового поршневого двигателя и паровой  [c.8]

Двигатель Стирлинга представляет собой поршневой двигатель внешнего сгорания, использующий газ в качестве рабочего тела. Подобно всем тепловым машинам он имеет высокотемпературный и низкотемпературный теплообменники. Тепловая труба может быть использована для передачи теплоты от единого источника к отдельным цилиндрам многоцилиндрового двигателя. Тепловые трубы могут быть также использованы для передачи отводимой теплоты радиатору. Идеальный цикл Стирлинга изображен на рис. 7-15.  [c.232]

Интересно отметить, что вначале подобная машина предназначалась фирмой Филипс для получения работы, т. е. использовалась в качестве теплового двигателя внешнего сгорания. Тепло к нему подводилось потоком горячего газа (продуктов сгорания), который обогревал ребристую поверхность головки машины.  [c.157]

Тепловые двигатели принято. делить на две группы двигатели внешнего сгорания и двигатели внутреннего сгорания.  [c.29]

Двигателями внешнего сгорания называются тепловые двигатели, в которых сгорание топлива происходит вне двигателя.  [c.29]

В тепловом двигателе внешнего сгорания в качестве теплоносителя (рабочего тела, выполняющего непосредственную работу в машине) используется водяной пар. Водяной пар получают в котле от теплоты сжигаемого топлива в топке (или реакторе атомных электростанций). Этот пар, называемый сырым, имеющий низкую температуру, равную температуре воды котла, при соприкосновении с холодными стенками машины интенсивно охлаждается и конденсируется, теряя давление. Это состояние называется мятием пара. Машины, работающие на сыром паре, имеют низкий КПД. Чтобы уменьшить эффект мятия, пар нагревают в пароперегревателе до температуры 300…600°С. Такие параметры пара приемлемы для работы паровых машин — поршневых или лопаточных (турбин). Поршневые машины применяются на паровозах и пароходах. Лопаточные двигатели применяются на тепловых и атомных электростанциях в качестве двигателей турбогенераторов.  [c.130]

Какие существуют тепловые двигатели внешнего сгорания и где они применяются  [c.147]

Нечувствительность к пыли окружающего пространства. Так как двигагель Стирлинга — двигатель внешнего сгорания, то пыль, попадающая в воздушный заряд камеры сгорания из окружающего пространства, не поступает в цилиндры и картер (в двигателе Стирлинга вентиляция картера не требуется). Вследствие этого в двигателе Стирлинга отсутствует дополнительный абразивный износ движущихся деталей механизма привода. Кроме того, из-за малой скорости движения воздушного заряда и отработавших тазов в рекуперативном теплообменнике  [c.130]

К внешним силам, например, относятся давление рабочей смеси (газа или жидкости) на поршень кривошипно-ползунного механизма двигателя внутреннего сгорания, парового двигателя, компрессора, вращающий момент, развиваемый электродвигателем на валу рабочего механизма, и др. Некоторые силы возникают в результате движения механизма. К этим силам, например, относятся силы трения при движении, силы сопротивления среды и т. д. Некоторые силы, как, например, динамические реакции в кинематических парах, возникают при движении вследствие инерции звеньев.  [c.204]

Анализ такого цикла с точки зрения теории тепловых процессов невозможен, а поэтому термодинамика исследует не реальные процессы двигателей внутреннего сгорания, а идеальные, обратимые циклы. В качестве рабочего тела принимают идеальный газ с постоянной теплоемкостью. Цилиндр заполнен постоянным количеством рабочего тела. Разность температур между источником теплоты и рабочим телом бесконечно малая. Подвод теплоты к рабочему телу осуществляется от внешних источников теплоты, а не за счет сжигания топлива. То же необходимо сказать и об отводе теплоты.  [c.262]

Примерами адиабатных процессов могут служить процессы сжатия воздуха в цилиндре воздушного огнива, в цилиндре двигателя внутреннего сгорания. В соответствии с первым законом термодинамики, при адиабатном сжатии изменение внутренней энергии газа Д1/ равно работе внешних сил А  [c.100]

Каждая деталь машины в отдельности является системой материальных точек — телом, а машина в целом представляет собой материальную систему, состоящую из абсолютно твердых тел. При таком понимании материальной системы силы, действующие в системе, могут быть одновременно внешними и внутренними в зависимости от того, движение каких тел рассматривается. Например, сила, действующая на поршень двигателя внутреннего сгорания от давления газов, при рассмотрении кривошипно-шатунного механизма или машины в целом является внутренней силой, а при рассмотрении отдельно шатуна как материальной системы считается внешней. Для двигателя в целом внешней силой является сила полезного сопротивления того механизма или машины, для приведения в действие которых предназначен двигатель, например электрогенератора, компрессора, гребного винта и т. д.  [c.174]

Термомеханические ХПЭ. По месту горения их разделяют на три группы двигатели внешнего сгорания (ДВшС), двигатели внутреннего сгорания (ДВС), двигатели смешанного сгорания (ДСС). Их термодинамические циклы можно обобщить в единый термомеханический цикл.  [c.141]

В 1816 г. шотландский священник Р. Стирлинг получает патент на универсальную тепловую машину, состоящую из цилиндра с двумя по ршнями и регенератора-теп-лообмевни ка, способную работать на разных топливах как двигатель внешнего сгорания, как холодильник и как тепловой насос (отопитель). Низкий уровень науки и техники не позволил тогда создать высокоэффективные конструкции Стирлингов , однако в наше время этой машине сулят большое будущее.  [c.95]

Влияние две на окружаюигую среду огромно. По имеющимся оценкам в г. Лос-Анджелесе (США) в 1968 г. автомобили выбрасывали в атмосферу только за один день 1700 т углеводородов, 9500 т СО и 620 т NO,. Борьба с вредными выбросами ведется по трем направлениям усовершенствование технологии топлива, технологии двигателей и технологии очистки выхлопных газов. По-видимому, к ним следует добавить четвертое — правильная текущая эксплуатация и контроль за состоянием автомобилей. Необходимо убрать с дорог устаревшие, работаюише на пределе автомобили, что явится существенным шагом на пути снижения уровня вредных выбросов. Проблема эмиссии требует системного подхода, направленного на улучшение всех компонентов. В будущем возможно настанет момент, когда усовершенствование ДВС достигнет своего предела и потребуется замена ДВС другими двигательными установками. Ряд автомобилестроительных фирм уже занимался или занимается поиском таких решений. В качестве альтернативы рассматриваются паровые и газовые турбины, двигатели внешнего сгорания и электрические двигатели, работающие от аккумуляторных батарей.  [c.70]

Цикл Стирлинга, теоретически описывающий процессы, протекающие в реальном двигателе внешнего сгорания, включает (рис. 4.24) изотермическое сжатие а—Ь, подвод теплоты в нзохорном процессе Ь—с, расширение по изотерме с—d и еще один изохорный процесс d—а, замыкающий цикл.  [c.78]

Характеристика Двигатель внешнего сгорания Гене- зис-1 Дизель-ныП двигатель Усовер- шенство- ванный двигатель внешнего сгорания  [c.79]

Основным слабым местои двигателя внешнего сгорания является конструкция нагреваемой стенки цилиндра. Именно по этой причине такой двигатель начинает внедряться только сейчас, когда благодаря достижениям в металлургии созданы материалы, выдерживающие длительную работу при высоких температурах.  [c.79]

Такой двигатель называется двигателем внутреннего сгорания, потому что топливо сгорает внутри него. В двигателях внешнего сгорания, таких, как паровой поршневой двигатель, тсхтливо сгорает снаружи, при этом нагревая воду, благодаря чему создается давление пара, приводящее в движение поршень.  [c.8]

Целью принятой в 1977 г. Министерством энергетики США программы по двигателям внешнего сгорания являлось определение возможностей использования в двигателях Стирлинга мощностью от 370 до 1480 кВт эффективных способов нагрева рабочего тела продуктами сгорания угля и других альтернативных топлив, включая городские, промышленные и сельскохозяйственные отходы. Руководство за осуществление этой программой было возложено на Аргоннскую национальную лабораторию (шт. Иллинойс),.  [c.14]

В 1978 г. Министерство энергетики США начало работу над Проектом двигателя внешнего сгорания , которым руководит Аргоннская национальная лаборатория Чикагского университета (шт. Иллинойс). В рамках этого проекта будут исследованы возможности создания электрогенераторов с двигателями Стирлинга мощностью от 500 до 2000 кВт для модульного применения в тех случаях, когда имеются в наличии горючие отходы однако их количества недостаточно, чтобы заменить ими сооружение полномасштабной паротурбинной электростанции, работающей по циклу Ренкина в базовом режиме нагрузки. Но существуют тысячи небольших населенных пунктов, подпадающих под эту категорию. Публикация целей проекта привлекла к себе более 60 фирм США. Ожидается, что принятие условий подряда, последующие эскизные проекты и создание прототипов послужат импульсом для разработки новых, ранее не рассматриваемых схем двигателей, которые могут быть особенно приемлемы для больших двигателей Стирлинга.  [c.368]

Сварочные генераторы. Это специальные генераторы постоянного тока, внешняя характеристика которых позволяет получать устойчивое горение дуги, что достигается изменением магнитного потока генератора в зависимости от сварочного тока. Сварочный генератор постоянного тока состоит из статора с магнитными полюсами и якоря с обмоткой и коллекторами. При работе генератора якорь вращается в магнитном поле, создаваемом полюсами статора. Обмотка якоря пересекает магнитные линии полюсов генератора, и поэтому в витках обмотки возникает переменный ток, который с помощью коллектора преобразуется в постоянный. -Вращение якоря сварочного генератора обеспечивается в сварочных преобразователях электродвигателем, а в сварочных агрегатах — двигателем внутреннего сгорания. К коллектору прижаты угольные щетки, через которые постоянный ток подводится к клеммам. К этим клеммам присоединяют сварочные провода, идущие к электрододержа-телю и изделию.  [c.61]

---

Судовые поршневые двигатели внешнего сгорания (двигатели Стирлинга)

Артикул: 00-00007079

в желания В наличии

Автор: Мышинский Э.Л., Рыжков-Дудонов М.А.

Место издания: Ленинград

Год: 1976

Формат: 60×90/16 (~145х215 мм)

Переплет: Мягкая обложка

Страниц: 76

Вес: 120 г

С этим товаром покупают

В брошюре изложены принципы работы поршневого двигателя внешнего сгорания, особенности его термодинамического цикла. Рассмотрены основные конструктивно-компоновочные схемы, а также нагрузочные, экономические и виброакустические характеристики на установившихся и динамических режимах работы.
Особое внимание уделено судовым энергетическим установкам, созданным на основе двигателей внешнего сгорания, сделан анализ их преимуществ перед установками других типов, определены рациональные области их применения.
Рассмотрены последние достижения в исследовательских и конструкторских работах зарубежных форм, связанных с созданием двигателей внешнего сгорания различного применения.
Совокупность приведенных в книге материалов позволяет читателю получить наиболее полное представление об основных особенностях, состоянии развития и перспективах энергетических установок с двигателями внешнего сгорания.
Круг читателей: инженеры и научные работники, занимающиеся исследованиями в области судовой энергетики и созданием транспортных двигателей.

Оглавление
Предисловие
Глава I. Общие понятия о поршневых двигателях внешнего сгорания
§ 1. Термодинамический цикл
§ 2. Принцип действия
§ 3. Преимущества двигателя внешнего сгорания. Область целесообразного применения в судостроении
Глава II. Конструкции поршневых двигателей внешнего сгорания
§ 4. Классификация конструкций
§ 5. Основные компоновочные схемы
§ 6. Механизмы передачи движения
§ 7. Уплотнение рабочего контура
§ 8. Нагреватель
§ 9. Регенератор
§ 10. Тепловые трубы
§ 11. Система внешнего сгорания
Глава III. Характеристики двигателей внешнего сгорания
§ 12. Система регулирования мощности
§ 13. Нагрузочные и скоростные характеристики
§ 14. Токсичность выпускных газов
§ 15. Уровни вибрации и шума
Глава IV. Судовые энергетические установки с двигателями внешнего сгорания
§ 16. Установки малых катеров
§ 17. Зарубежные установки подводного хода с использованием углеводородного топлива и кислорода
§ 18. Установки, использующие водород в качестве топлива
§ 19. Зарубежные установки подводного хода с тепловыми аккумуляторами
§ 20. Зарубежные установки подводного хода с окислением металлов
§ 21. Судовые холодильные установки, работающие по циклу Стирлинга
Заключение
Приложение
Указатель литературы

Двигатель внешнего сгорания (Стирлинга) / личный блог ars2141 / smotra.ru

Оказывается, на лекциях в университете не всегда хочется спать) Сегодняшняя лекция по теплотехнике была одной из таких. В середине её нам привели классификацию тепловых машин, и одной упомянутой машиной был Двигатель Внешнего Сгорания, он же двигатель Стирлинга. Этот агрегат меня в достаточной мере заинтересовал, вот решил поделиться и с вами.
Подкатом много текста. Кому интересно — милости просим. Кому читать влом — просьба зазря не минусить.

Ну как раз с квалификации тепловых машин и начнём. Вообще все тепловые машины делятся на 2 класса: преобразующие полученное тепло в работу(тепло-силовые установки ТСУ) и наоборот, работу в тепло(холодильные и теплонасосные установки.)
В свою очередь, ТСУ делятся на открытые (двигатели внутреннего сгорания и газотурбинные двигатели) и закрытые. Вот имеено к таким относится двигатель Стирлинга.
Двигатель Стирлинга – это поршневой двигатель с внешним подводом теплоты от любого источника, в котором рабочее тело находится в закрытом контуре и его химический состав, во время работы двигателя, не изменяется. В простейшем варианте он состоит из двух цилиндров. Один цилиндр нагревается внешним источником тепла, а второй охлаждается. Цилиндры заполнены газом и соединены друг с другом, а их поршни механически связаны с помощью устройства, обеспечивающего определенный порядок их движения.

Во время движения поршня вверх происходит сжимание воздуха во всех полостях двигателя, рабочее тело через регенератор, где отбирает накопленную теплоту, перетекает в горячую полость. Теплоту к рабочему телу в горячей полости подводят извне сквозь стенки цилиндра, от продуктов сгорания, которые образовываются в камере сгорания. Нагревание рабочего тела в горячей полости предопределяет повышение его давления во всех соединенных между собой полостях двигателя. Под действием этого давления рабочий поршень перемещается вниз, осуществляя рабочий ход, а рабочее тело проходит регенератором, отдает ему часть теплоты, охлаждается в охладителе и подается к холодной полости. Через снижение температуры уменьшается давление. Дальше этот цикл повторяется.
Одним из больших плюсов является то, что осуществить работу такого двигателя можно при очень малом перепаде температур нагревателя и охладителя — 25-30 градусов Цельсия

По поводу применения.
В автомобилях эти двигатели в чистом виде не получили применения из-за сложности управления ими в быстро меняющихся режимах езды (торможение на светофоре, разгон при обгоне и т.д.) и своей громоздкости. Хотя их и применяют в составе комбинированных энергетических установок, как утилизаторы теплоты выбросов ДВС.
А на таких транспортных средствах как яхты, атомные подводные лодки, космические корабли, двигатели Стрилинга применяются довольно широко. Поскольку в этом случае вес и габариты двигателя не являются решающими факторами, именно надежность определяет его роль как идеального кандидата для преобразования тепловой энергии в механическую. Благодаря тому, что двигатель Стирлинга практически не нуждается в техническом обслуживании и регулировании, он может быть размещен в изолированной части корпуса, что важно в случае трудного доступа (на подводных лодках или космических кораблях).

Плюсы и минусы.

+:
Низкие выбросы вредных веществ
Низкая шумность из-за отсутствия ГРМ
Возможность применения любого вида топлива
Малый объём технических работ и высокая надёжность.

-:

Большие габариты двигателя
Применение достаточно дорогих материалов для изготовления, отвечающих требованиям теплоёмкости и теплопроводности.

Подводя итог, напрашивается мысль, что эти двигатели в недалёком будущем приобретут большое распространение, особенно когда начнут иссякать запасы нефти.

Спасибо за внимание))

Внешний тепловой двигатель — Energy Education

Внешний тепловой двигатель (EHE) относится к любому двигателю, который получает тепло от источника, отличного от жидкости, которая заставляет двигатель работать. Наиболее распространенным типом EHE является двигатель внешнего сгорания, который используется во многих конструкциях силовых установок.

Внешние тепловые машины, как правило, представляют собой паровые машины, и они отличаются от двигателей внутреннего сгорания тем, что источник тепла отделен от рабочей жидкости. ^[1] Например, двигатель внешнего сгорания будет использовать пламя для нагрева воды до пара, а затем использовать пар для вращения турбины.Это отличается от внутреннего сгорания, как в двигателе автомобиля, где бензин воспламеняется внутри поршня, работает, а затем выбрасывается.

Все двигатели внешнего сгорания являются внешними тепловыми двигателями. Есть ЭПЭ, такие как солнечные тепловые электростанции, атомные электростанции и геотермальные электростанции, которые не являются двигателями внешнего сгорания. Несмотря на это, внешние тепловые двигатели, такие как ядерные реакторы, иногда называют двигателями внешнего сгорания. ^[3]

Двигатель внешнего сгорания

Двигатели внешнего сгорания являются наиболее распространенной формой внешних тепловых двигателей из-за их использования на электростанциях.Двигатель внешнего сгорания отличается от других EHE, потому что он требует, чтобы топливо подвергалось сгоранию для создания тепла, которое используется для работы.

Двигатели внешнего сгорания больше не используются на транспорте, поскольку мобильные конструкции недостаточно эффективны, но они продолжают использоваться на электростанциях. ^[4] Например, электростанция, работающая на природном газе, превращает воду в пар, чтобы вращать турбину, создавая электричество. Конструкция внешнего сгорания означает, что природный газ не вступает в прямой контакт с водой, и двигатель по-прежнему использует огромное количество выделяемой энергии для выполнения полезной работы. Электростанция, работающая на угле, работает примерно так же, когда уголь забирается на станцию ​​из шахты и сжигается в котле. Трубы направляют воду в котел, а горящий уголь кипятит воду, создавая пар, который вращает турбину и вырабатывает электричество.

Примеры

Список литературы

Способ управления двигателем внешнего сгорания со свободным поршнем (Патент)

Дэвид К. В. Метод управления двигателем внешнего сгорания со свободным поршнем .США: Н. П., 1987. Интернет.

Дэвид К. В. Метод управления двигателем внешнего сгорания со свободным поршнем . Соединенные Штаты.

Дэвид, К. В. Вт. «Способ управления двигателем внешнего сгорания со свободным поршнем».Соединенные Штаты.

@article {osti_6589165,
title = {Способ управления двигателем внешнего сгорания со свободным поршнем},
author = {Дэвид, К. В.},
abstractNote = {Описан способ управления работой двигателя внешнего сгорания, в котором двигатель содержит: компрессор для сжатия окружающего воздуха для подачи в элемент сгорания, включающий свободный поршень, перемещающийся между двумя концевыми затворами гильзы, в которой поршень скользит возвратно-поступательно, таким образом образуя две камеры сгорания между каждым торцевым затвором и соответствующим концом поршня.Топливо вводится в компрессор для сжигания, и образующийся в результате сгоревший газ расширяется в расширительном элементе двигателя для приведения в действие компрессора и элемента передачи мощности; крепления как к поршню, так и к крышке конца гильзы, которые взаимодействуют для передачи вращательного движения поршню во время его возвратно-поступательного скользящего осевого движения, обеспечивая, таким образом, два скоординированных движения поршня для определения местоположения и направления движения с целью генерации сигналов; средства для впуска воздуха и выпуска газа в элементе сгорания; резервуар для хранения сжатого воздуха и сгоревшего газа, расположенный между элементом передачи энергии и элементом сгорания; средство для измерения давления и температуры сжатого воздуха в резервуаре; средство для подачи топлива и средство для воспламенения топлива; тормозная система, расположенная между поршнем и сопряженными насадками втулки; средство для определения аксиального положения поршня во втулке; средство для измерения давления сжатого воздуха после резервуара-хранилища и измерительного отверстия; средство для установки уровня мощности, требуемого оператором двигателя; и систему управления, включающую центральный процессор, имеющий порты ввода, порты вывода и запоминающее устройство. },
doi = {},
url = {https://www.osti.gov/biblio/6589165}, journal = {},
number =,
объем =,
place = {United States},
год = {1987},
месяц = ​​{3}
}

Двигатель внешнего сгорания: типы и применение — стенограмма видео и урока

Двигатели внешнего сгорания и двигатели внутреннего сгорания

Разница между двигателями внешнего и внутреннего сгорания довольно проста и очевидна благодаря разнице в их названиях.В двигателе внешнего сгорания топливо не сжигается внутри двигателя. В двигателе внутреннего сгорания камера сгорания находится прямо посередине двигателя.

Внешние двигатели имеют рабочую жидкость, нагреваемую топливом. Двигатели внутреннего сгорания полагаются на взрывную силу топлива в двигателе, чтобы произвести работу. В двигателях внутреннего сгорания взрыв с силой выталкивает поршни или выталкивает горячий газ под высоким давлением из двигателя на больших скоростях.Как движущиеся поршни, так и выбрасываемый с высокой скоростью газ могут выполнять свою работу. В двигателях внешнего сгорания при сгорании нагревается жидкость, которая, в свою очередь, выполняет всю работу.

Типы двигателей внешнего сгорания

Паровой двигатель — это один из типов двигателей внешнего сгорания. В паровом двигателе в камере сгорания сжигается такое топливо, как уголь. Это тепло превращает воду в бойлере в пар. По трубам пар подается в турбину, у которой к валу прикреплен ряд лопастей.При прохождении через турбину высокотемпературный пар расширяется, давит на лопасти и заставляет их вращать вал. Вращающийся вал может приводить в действие электрогенератор, приводить в движение гребной винт или выполнять другую полезную работу.

Другая конфигурация включает нагнетание пара высокого давления в камеру с поршнем. Пар давит на поршень, соединенный с коленчатым валом. Коленчатый вал может преобразовывать возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение, которое может вращать колеса или пропеллеры.

Второй тип двигателя внешнего сгорания — это двигатель Стирлинга . Двигатель Стирлинга отличается от парового двигателя тем, что его рабочая жидкость всегда находится в газовой фазе, в отличие от парового двигателя, который превращает жидкую воду в газообразный пар. Кроме того, двигатель Стирлинга непрерывно рециркулирует свою рабочую жидкость, тогда как паровые двигатели выбрасывают конденсированный пар, как только он проходит через двигатель.

Двигатели Стирлинга работают на горячем газе, нагретом от внешнего источника, через поршни, вращающие коленчатый вал.В сложной конфигурации газ циркулирует между горячим и холодным концом поршневой камеры, расширяясь при нагревании и сжимаясь при охлаждении. Расширенный газ толкает поршень вперед, в то время как сжимающийся газ толкает поршень назад. Тепло, генерируемое при сгорании, используется для производства работы и непрерывного цикла рабочего тела в горячих и холодных циклах.

Использование двигателей внешнего сгорания

Паровые двигатели были первыми изобретенными удачными двигателями, и именно они стали движущей силой промышленной революции.Именно они питали знаменитый паровоз, струйка пара которого вырывалась из трубы. В настоящее время они используются для выработки большого количества электроэнергии в мире. Любая угольная или атомная электростанция приводится в действие паровыми двигателями. Любой, кто когда-либо ездил на электростанции, видел гигантские белые клубы пара, поднимающиеся из нескольких труб.

Двигатель Стирлинга имеет более ограниченное применение и не так широко распространен, как паровой двигатель. Двигатели Стирлинга используются для выработки электроэнергии в некоторых частях мира.Они также используются на подводных лодках и для отопления жилых домов. Недавно они были объединены с солнечными фермами для выработки электроэнергии.

Резюме урока

Таким образом, двигатель внешнего сгорания классифицируется как таковой, потому что он работает на сгорании топлива, но сгорание происходит в камере, внешней по отношению к двигателю. Таким образом, он отличается от двигателя внутреннего сгорания , поскольку в двигателе внутреннего сгорания сгорание происходит внутри двигателя.

Двигатели внешнего сгорания могут быть паровыми или двигателями Стирлинга. Паровые двигатели превращают жидкую воду в газообразный пар и работают на паровозах и электростанциях и очень широко используются. Двигатели Стирлинга отличаются от паровых двигателей тем, что в них рабочая жидкость всегда находится в газовой фазе, ограничены в их использовании. В некоторых частях света они вырабатывают электроэнергию, обогревают дома и подводные лодки.

Конструкция теплообменника для поршневого двигателя Ericsson-Brayton

Комбинированная генерация или когенерация — это высокоэффективная технология, позволяющая производить тепло и электричество в одном устройстве более эффективно, чем при раздельном производстве.Общая эффективность возрастает за счет использования комбинированных технологий извлечения энергии, забирая тепло от дымовых газов и теплоносителей машин. Другая проблема — зависимость таких устройств от ископаемого топлива в качестве топлива. Для турбины внутреннего сгорания в качестве топлива в основном используется природный газ, керосин, а в качестве топлива для тепловых электростанций в основном используется уголь. Следовательно, необходимо искать компенсацию сегодня, что подтверждает предположение в будущем. На первый взгляд очевидные усилия заключаются в том, чтобы ограничить использование в основном нефти и изменить тип энергии, используемой на транспорте.Еще одним значительным изменением является рост использования возобновляемых источников энергии — энергии, производимой из возобновляемых источников. К машинам, получающим энергию нетрадиционным способом, в основном относятся паровой двигатель, двигатель Стирлинга и двигатель Эрикссона. В этих машинах энергия получается за счет внешнего сгорания, и двигатель выполняет работу в среде, которая косвенно получает и передает энергию от сгорания или дымовых газов. В статье рассматривается принцип работы двигателей горячего воздуха и их использование в комбинированном производстве тепла и электроэнергии из биомассы и с теплообменниками в качестве элемента преобразования первичной энергии.

1. Введение

Микрогенераторная установка с нетрадиционным двигателем . Двигатели внутреннего сгорания, в которых в качестве топлива используется газ, в основном природный газ, чаще всего используются в качестве энергоблока микрогенераторов. Потери при выработке электроэнергии в основном связаны с несовершенным преобразованием энергии при сжигании топлива в несовершенное преобразование энергии рабочего тела в турбине. Также представлены механические потери и потери энергии в линиях электропередачи.Наименьшие потери у когенерационных установок. Когенерационная установка — это техническое устройство, в котором одновременно производится электрическая и тепловая энергия. В качестве примера можно упомянуть когенерационную установку с газовым двигателем внутреннего сгорания. Двигатель сжигает газ, тем самым получая механическую мощность на валу для привода электрогенератора. У двигателя нет классического кулера, но есть теплообменник, от которого мы получаем тепловую энергию. Используемые теплообменники включаются в последовательные цепи, где рабочая среда, обычно вода, предварительно нагревается и нагревается в несколько этапов.Общий КПД ТЭЦ может быть увеличен за счет многоступенчатой ​​рекуперации тепла, что также снижает общую стоимость топлива [1]. Нетрадиционные двигатели — возможная альтернатива двигателям внутреннего сгорания. Они работают с внешним сгоранием, что позволяет, в отличие от обычных двигателей внутреннего сгорания, контролировать процесс сгорания и, следовательно, его качество, что отражается на составе загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу. Наиболее известными двигателями горячего воздуха являются двигатели Стирлинга и Эрикссона.Двигатель Ericsson также является двигателем внешнего сгорания. В отличие от двигателя Стирлинга, у него есть две возможные альтернативы — открытый и закрытый [2]. В случае двигателя Стирлинга сразу бросается в глаза двойная функция регенератора. Регенератор работает как нагреватель и охладитель, в то время как в двигателе Ericsson охладитель и нагреватель разделены. На рисунке 1 представлен двигатель Ericsson-Brayton с открытым циклом.

Воздух сжимается в компрессоре и проходит через теплообменник, где при постоянном давлении получает тепло.Следовательно, он попадает в расширительный цилиндр, который адиабатически расширяется. Часть этой работы будет использоваться для приведения в действие компрессора, а часть используется как механическая работа для привода электрогенератора. В качестве источника тепла можно использовать практически любое топливо для сжигания, так как это двигатель внешнего сгорания. Топливо сжигается в отдельной камере сгорания, а тепловая энергия через теплообменник передается в рабочую среду. Рабочая среда в открытом цикле, преимущественно сухой воздух, после прохождения цикла выбрасывается в атмосферу.В замкнутом цикле среда после каждого цикла охлаждается в теплообменнике хладагента, где отдает тепловую энергию и возвращается в цикл. Использование замкнутого цикла позволяет повысить КПД отопительного оборудования [3, 4].

В предлагаемой микрогенераторной установке используются два теплообменника: охладитель и нагреватель (см. Рисунок 2). Другое назначение предъявляет другие требования к теплообменникам. Первое требование — обеспечить оптимальную теплопередачу между текучими средами. Теплопередача характеризуется коэффициентом теплопередачи.В этом резюме представлены характеристики теплообменника, его схема и текущая среда. Коэффициент зависит от характеристик текучей среды, от теплоемкости и выбранного варианта конструкции, а в некоторых случаях существенно зависит от используемого материала и теплообменника. Требование состоит в том, чтобы коэффициент был самым высоким при соблюдении выбранных решений. Затем предъявляются дополнительные требования к компактному размеру теплообменника и общей потере давления, а также требуются варианты технического обслуживания [3, 4].

2. Конструкция теплообменника

В качестве первого шага были определены рабочие условия ТЭЦ. Экспериментальное применение с двигателем горячего воздуха Ericsson-Brayton устанавливает широкий диапазон спецификаций не только для теплообменника, но и для всей системы. Вся установка должна обеспечивать энергией дом. При определении условий эксплуатации мы предварительно установили самые высокие температуры от 500 ° C до 620 ° C, согласно [3, 5]. В этой статье авторы представили самую высокую температуру 600 ° C.Г-н Крейкс [1] представил системы с различными рабочими жидкостями, а также с различными конфигурациями двигателей с горячим воздухом. Система, представленная в этой статье, должна работать с замкнутым циклом с сухим воздухом в качестве рабочей жидкости [4]. Замкнутый цикл обеспечивает рекуперацию тепла из рабочей жидкости, поэтому регенерированная мощность нагрева больше, чем в открытом цикле, где большая часть тепловой энергии используется для предварительного нагрева воздуха после сжатия. Предполагается, что температура рабочего тела после расширения находится в диапазоне 240–320 ° C [4, 5].Для каждого рабочего тела, сухой воздух в трубках и выхлопные газы вне труб были заданы как характерные температуры и физические свойства.

Существует множество способов расчета свойств текучей среды. Чтобы определить теплопередачу, необходимо было знать термодинамические свойства текущего газа. Важно определить динамическую и кинематическую вязкость. Для передачи тепла также необходимо знать теплопроводность газа.Для расчета использовались следующие уравнения [6, 7].

Вязкость динамическая составляет

Вязкость кинематическая составляет

, а коэффициент теплопроводности равен Коэффициенты и основаны на температурах от 0 ° C до 1000 ° C. Основное отличие от реальных значений параметров составляет до 3%, поэтому можно сказать, что расчет точный. В таблице 1 приведены значения коэффициента.

9014,15 [К] [° C] 373,15 10143 120 1,066696 413,15 140 1,075804 433,15 160 1,087817 1,103398

Значения коэффициента устанавливаются для сухого воздуха постоянной температурой. В таблице 2 можно увидеть некоторые значения коэффициента.

[Па] [бар] 10 10 0,404 0,880435 10 3 0,984783 10 4 0,993333 10 10 5 1,003509

Существует множество методов расчета плотности дымовых газов.Два из них были использованы в данной работе. Сначала можно прочитать правильные значения в таблицах, которые рассчитаны или измерены. В таблице 3 приведены некоторые значения свойств воздуха. Второй столбец — это плотность. Значения, которых нет в таблице, можно вычислить.

[° C] [кг / м 3 ] [Дж / кг · K] [Вт / (м · K)] [м 2 / с] 0 1,275 1005 2,37 18,5 10 1,23 100 19,82 20 1,188 1010 2,52 21 40 1,112 1013 2,614,53 1,046 1017 2,8 26,32 80 0,986 1020 2,93 29,13 100 901 3,07 32,16 120 0,886 1024 3,2 35,27 140 0,843 1027 3,33 38,46 16014 0401 , 44 41,54 180 0,769 1034 3,57 44,9 200 0,736 1037 3,7

Плотность можно рассчитать на основе известных параметров. В следующем уравнении плотность выражается как функция динамической и кинематической вязкости: Таким образом, мы можем определить свойства текущей среды. Также очень важно указать геометрические свойства или особенности выбранного типа теплообменника. Есть много основных понятий теплообменников. По геометрическим характеристикам или теплопередаче методы можно разделить на множество классов. Для данной работы был выбран трубный теплообменник. Теплообменник этой категории отличается расположением трубок.Трубки могут быть расположены прямо, в шахматном порядке или частично в шахматном порядке. Он характеризуется безразмерными константами «» и «.»

Если пучок труб имеет горизонтальный интервал «» и вертикальный интервал «», как на рисунке 3, пучок может быть охарактеризован этими константами:

Длина потока «» может быть выражена как длина пути потока по одной трубке [7]: Другое отличие — в безразмерных критериях. Число Рейнольдса характеризует текущую среду и тип потока.Это зависит от скорости потока, а также от геометрии. Для передачи тепла по трубкам в пучке использовались следующие критерии числа Рейнольдса: Число Нуссельта характеризует теплопередачу. Если турбулентность втекающей среды низкая, могут возникнуть отклонения в числе Нуссельта. Среднее число Нуссельта при поперечном обтекании пучка гладких трубок может быть вычислено из числа Нуссельта при поперечном потоке через одну трубку. Для целей данной работы использовалось критериальное уравнение согласно [7, 8].Теплопередача описывается двумя частями потока, турбулентной частью и ламинарной частью потока у стенок следующим образом: Турбулентный поток в трубе устанавливается при. В переходной области числа Рейнольдса от 2300 до 10 ⁴ на тип потока также влияют природа входящего потока и форма входного патрубка. Пучки трубок с прямыми трубками больше похожи на параллельные каналы, образованные рядами трубок. Ожидаемого увеличения коэффициента теплопередачи из-за усиления турбулентности, вызванного рядами труб, не происходит [7].

В двигателе горячего воздуха Ericsson-Brayton будет использоваться трубка первичного теплообменника с шахматным расположением трубок.

Среднее число Нуссельта для этого типа теплопередачи через трубный пучок определяется в соответствии со следующим уравнением [7]: где Затем последовала оценка общего коэффициента теплопередачи, который зависит от числа Нуссельта: Когда известны обе части уравнения, можно оценить общий коэффициент теплопередачи и требуемую поверхность теплопередачи.Впоследствии была создана 3D модель теплообменника. На первом этапе была создана модель с толщиной стенок трубок и входной трубы. Но это решение предъявляет основные требования к вычислительному оборудованию, поэтому была создана упрощенная модель с трубками в качестве полного материала, предложение представлено на рисунке 4.

3. Проверка теплообменника с помощью Ansys Fluent

Была создана модель для Ansys Fluent с помощью программного обеспечения для 3D-моделирования. При создании модели очень важна замена всех элементов конструкции простыми геометрическими элементами [8].

Это означает, что весь теплообменник был создан как один объем с трубками как заполненным материалом. Трубки имеют несколько коллекторов на входе и выходе. Строительные допуски не отражены.

Внешний вид теплообменника был создан путем вырезания материала из объема. На первом этапе сетка тетраэдра использовалась для заполнения всего объема. Сгенерированная сетка показана на рисунке 5. Качество сгенерированной сетки определяется перекосом элементов и минимальным качеством ортогональности.Асимметрия модели составила 7,1833 · 10 ⁻⁷ , где меньшее значение означает худшее качество [8]. На основании этого сетка тетраэдра была преобразована в многогранную сетку. Детали созданной сетки показаны на рисунке 6. Модель была решена с помощью многогранной сетки и модели — ε . Течение прогнозировалось как турбулентное. На рисунке 7 показан контур скорости, а на рисунке 8 можно наблюдать температурное поле. Текущая модель подтвердила математическую модель, а также точность выбранной геометрии.

4. Заключение

Двигатель Ericsson-Brayton с горячим воздухом, используемый в когенерационной установке, представляет собой нетрадиционный двигатель, который вырабатывает электроэнергию с использованием различных видов топлива, например, биомассы, древесных гранул и т. Д. и так далее. Конструкция теплообменника горячего воздуха двигателя Ericsson-Brayton задает широкий диапазон технических характеристик. На первом этапе были определены условия работы всего агрегата, а также требуемая мощность и температура для каждой части этого устройства.Основные размеры теплообменника задавались по критериальной формуле. С помощью этого расчета были проверены температуры на входе и выходе теплообменника. Затем последовал расчет с использованием Ansys Fluent. Следующим шагом было завершение строительной документации и завершение всех основных принципов проектирования, после чего можно было приступить к конструкции и реальным измерениям.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.

Благодарность

Работа выполнена при финансовой поддержке проекта «Výskum Nových Spôsobov Premeny Tepla z OZE na Elektrickú Energiu Využitím Nových Progresívnych Cyklov» ITMS 26220220117.

Двигатель внутреннего сгорания. Определение и факты

Двигатель внутреннего сгорания , любое из группы устройств, в которых реагенты сгорания (окислитель и топливо) и продукты сгорания служат рабочими жидкостями двигателя.Такой двигатель получает энергию за счет тепла, выделяемого при сгорании непрореагировавших рабочих жидкостей, топливно-окислительной смеси. Этот процесс происходит внутри двигателя и является частью термодинамического цикла устройства. Полезная работа, создаваемая двигателем внутреннего сгорания (ВС), является результатом воздействия горячих газообразных продуктов сгорания на движущиеся поверхности двигателя, такие как поверхность поршня, лопатка турбины или сопло.

Британская викторина

Изобретатели и изобретения

Наши самые ранние человеческие предки изобрели колесо, но кто изобрел шарикоподшипник, уменьшающий трение вращения? Позвольте колесам в вашей голове крутиться, проверяя свои знания об изобретателях и их изобретениях в этой викторине.

Двигатели внутреннего сгорания являются наиболее широко применяемыми и широко используемыми энергогенерирующими устройствами из существующих в настоящее время. Примеры включают бензиновые двигатели, дизельные двигатели, газотурбинные двигатели и ракетные двигательные установки.

автомобильный плуг

Железный колесный «Фордсон» Генри Форда был представлен в 1907 году и приводился в движение двигателем внутреннего сгорания.

© Everett Historical / Shutterstock.com

Двигатели внутреннего сгорания делятся на две группы: двигатели непрерывного сгорания и двигатели с прерывистым сгоранием.Двигатель непрерывного сгорания характеризуется постоянным поступлением топлива и окислителя в двигатель. Внутри двигателя (например, реактивного двигателя) поддерживается стабильное пламя. Двигатель прерывистого сгорания характеризуется периодическим воспламенением воздуха и топлива и обычно называется поршневым двигателем. Отдельные объемы воздуха и топлива обрабатываются циклически. Бензиновые поршневые двигатели и дизельные двигатели являются примерами этой второй группы.

бензиновые двигатели

Типы бензиновых двигателей включают (A) двигатели с оппозитными поршнями, (B) роторные двигатели Ванкеля, (C) рядные двигатели и (D) двигатели V-8.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Двигатели внутреннего сгорания можно разделить на ряд термодинамических явлений. В двигателе непрерывного сгорания термодинамические явления происходят одновременно, поскольку окислитель, топливо и продукты сгорания постоянно проходят через двигатель. В двигателе прерывистого сгорания, напротив, события происходят последовательно и повторяются для каждого полного цикла.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.Подпишитесь сейчас

За исключением ракет (как твердотопливных ракетных двигателей, так и жидкостных ракетных двигателей), двигатели внутреннего сгорания заглатывают воздух, затем либо сжимают воздух и подают топливо в воздух, либо подают топливо и сжимают топливно-воздушную смесь. Затем, как и во всех двигателях внутреннего сгорания, сжигается топливно-воздушная смесь, работа извлекается из расширения горячих газообразных продуктов сгорания, и в конечном итоге продукты сгорания выбрасываются через выхлопную систему.Их работа может отличаться от работы двигателей внешнего сгорания (например, паровых двигателей), в которых рабочая жидкость не вступает в химическую реакцию, а выигрыш энергии достигается исключительно за счет передачи тепла рабочему телу посредством теплообменника.

Пневматические двигатели

Часть воздуха, забираемого ТРДД (вверху), поступает в компрессор; остальное обходит главный двигатель. В турбовинтовых двигателях (внизу) горячие газы приводят в действие турбину, которая приводит в действие компрессор и воздушный винт и обеспечивает реактивную тягу.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Наиболее распространенным двигателем внутреннего сгорания является четырехтактный бензиновый двигатель с однородным зарядом и искровым зажиганием. Это связано с его выдающимися характеристиками в качестве основного двигателя в отрасли наземного транспорта. Двигатели с искровым зажиганием также используются в авиационной промышленности; однако авиационные газовые турбины стали основным двигателем в этом секторе из-за того, что авиационная промышленность делает упор на дальность полета, скорость и комфорт пассажиров.Область двигателей внутреннего сгорания также включает такие экзотические устройства, как сверхзвуковые прямоточные воздушно-реактивные двигатели (ГПВРД), такие как те, которые предлагаются для гиперзвуковых самолетов, и сложные ракетные двигатели и двигатели, такие как те, которые используются на космических челноках США и других космических транспортных средствах.

Преобразование энергии | технология | Britannica

Энергия обычно и наиболее просто определяется как эквивалент или способность выполнять работу. Само слово происходит от греческого energeia: en , «в»; эргон , «работа.Энергия может быть связана либо с материальным телом, как спиральная пружина или движущийся объект, либо она может быть независимой от материи, как свет и другое электромагнитное излучение, пересекающее вакуум. Энергия в системе может быть доступна для использования только частично. Измерения энергии — это измерения работы, которые в классической механике формально определяются как произведение массы ( м ) и квадрата отношения длины ( l ) ко времени ( t ): мл ² / т ² .Это означает, что чем больше масса или расстояние, на которое он перемещается, или чем меньше времени требуется для перемещения массы, тем больше будет проделанная работа или больше затраченной энергии.

Развитие концепции энергетики

Термин энергия не применялся как мера способности выполнять работу до довольно позднего периода развития науки механики. Действительно, развитие классической механики может осуществляться без обращения к концепции энергии.Однако идея энергии восходит к Галилею 17 века. Он признал, что, когда груз поднимается с помощью системы шкивов, прилагаемая сила, умноженная на расстояние, через которое эта сила должна быть приложена (произведение, по определению называемое работой), остается постоянной, даже если любой из факторов может меняться. Концепция vis viva, или живой силы, величины, прямо пропорциональной произведению массы и квадрата скорости, была введена в 17 веке. В 19 веке термин «энергия» применялся к концепции vis viva.

Первый закон движения Исаака Ньютона признает, что сила связана с ускорением массы. Почти неизбежно, что тогда интерес представляет интегральный эффект силы, действующей на массу. Конечно, есть два вида интеграла силы, действующей на массу, которые можно определить. Один — это интеграл силы, действующей вдоль линии действия силы, или пространственный интеграл силы; другой — интеграл силы за время ее действия на массу или временной интеграл.

Оценка пространственного интеграла приводит к величине, которая теперь используется для представления изменения кинетической энергии массы в результате действия силы и составляет лишь половину от vis viva. С другой стороны, временное интегрирование приводит к оценке изменения количества движения массы в результате действия силы. Некоторое время велись споры о том, какая интеграция привела к надлежащей мере силы: немецкий философ-ученый Готфрид Вильгельм Лейбниц утверждал, что пространственный интеграл является единственной истинной мерой, в то время как ранее французский философ и математик Рене Декарт защищал временную шкалу. интеграл.В конце концов, в XVIII веке физик Жан д’Аламбер из Франции показал законность обоих подходов к измерению силы, действующей на массу, и что полемика касалась только номенклатуры.

Резюмируя, сила связана с ускорением массы; кинетическая энергия или энергия, возникающая в результате движения, является результатом пространственной интеграции силы, действующей на массу; импульс — это результат интегрирования во времени силы, действующей на массу; а энергия — это мера способности выполнять работу.Можно добавить, что мощность определяется как скорость передачи энергии (к массе, когда на нее действует сила, или по линиям передачи от электрического генератора к потребителю).

Сохранение энергии (см. Ниже) было независимо признано многими учеными в первой половине XIX века. Сохранение энергии как кинетической, потенциальной и упругой энергии в замкнутой системе в предположении отсутствия трения оказалось действенным и полезным инструментом.Кроме того, при более внимательном рассмотрении обнаруживается, что трение, которое служит ограничением классической механики, выражается в выделении тепла, будь то на контактных поверхностях блока, скользящего по плоскости, или в объеме жидкости, в которой весло вращается или любое другое выражение «трения». Тепло было определено как форма энергии Германом фон Гельмгольцем из Германии и Джеймсом Прескоттом Джоулем из Англии в 1840-х годах. Джоуль также экспериментально доказал связь между механической и тепловой энергией в это время.Поскольку возникла необходимость в более подробном описании различных процессов в природе, подход заключался в поиске рациональных теорий или моделей процессов, которые позволяют количественно измерить изменение энергии в процессе, а затем включить его и соответствующий ему энергетический баланс в систему. представляет интерес, при условии общей потребности в сохранении энергии. Этот подход работал для химической энергии в молекулах топлива и окислителя, выделяющейся при их сгорании в двигателе, для производства тепловой энергии, которая впоследствии преобразуется в механическую энергию для работы машины; он также работал над преобразованием ядерной массы в энергию в процессах ядерного синтеза и ядерного деления.

Патенты и заявки на тип двигателя внешнего сгорания (класс 60 / 39.6)

Номер патента: 10001278

Реферат: Устройство и способ работы газовой горелки на жидком топливе. Устройство объединяет каталитический риформинг жидкого топлива с пламенной горелкой, предназначенной для работы на газообразном топливе с высоким индексом Воббе, т.е.г., природный газ. Способ включает взаимодействие смеси жидкого топлива и окислителя в установке каталитического риформинга с получением газообразного продукта риформинга, имеющего низкий индекс Воббе; и после этого сжигание газообразного продукта риформинга, необязательно дополненного жидким дополнительным топливом и окислителем, в газовой горелке в условиях диффузионного пламени. Изобретение позволяет коммерческим газовым приборам, таким как печи, духовки, плиты, грили, решетки, горелки для посуды, сушилки для одежды, водонагреватели и бойлеры, работать на жидком топливе, что дает преимущества в логистике и эксплуатации лагеря. .

Тип: Грант

Зарегистрирован: 28 декабря 2015 г.

Дата патента: 19 июня 2018 г.

Цессионарий: PRECISION COMBUSTION, INC.

Изобретателей: Субир Ройчоудхури, Ричард Мастандуно, Брюс Краудер, Дэвид Лэнг Спенс, Франческо Макри, Джулиан Дэвид Прада Берналь

.