Двигатель на низком перепаде температуры. Механическая альтернатива

Влияние низких температур на состояние агрегатов автомобиля

При небольших скоростях вращения коленчатого вала дизельного двигателя резко снижается давление впрыска, производимое форсунками и особенно насосами-форсунками, что вместе с возросшей вязкостью топлива, ухудшает его распыление и смесеобразование, нарушает нормальные условия воспламенения рабочей смеси из-за потерь тепла на нагрев стенок цилиндров и недостаточной компрессии.

Каждый пуск двигателя зимой без предварительного разогрева приводит к весьма интенсивному образованию износов основных деталей: цилиндров, поршневых колец, шеек коленчатого вала и др.

Можно считать, что за амортизационный срок службы двигателя около 70% износов его деталей вызвано пуском холодного двигателя.

В случае пуска и работы непрогретото двигателя, особенно под нагрузкой, поступающее в цилиндры холодное топливо полностью не сгорает и частично оседает на деталях. Холодный воздух, поступающий в цилиндры, (переохлаждает находящиеся в них топливо и масло и тем самьш увеличивает интенсивность смолообразования, что в значительной степени сокращает срок службы и часто приводит к разрушению основных деталей двигателя.

При разности температур наружного воздуха и топлива, находящегося в баке автомобиля, содержащаяся в воздухе влага оседает в виде инея на свободных от топлива стенках бака, который, попадая в топливо, вызывает резкое увеличение содержания в нем воды. Капли воды, попадающие вместе с топливом в топливопроводы, могут замерзнуть и закупорить каналы и приборы витания ледяными пробками.

В условиях зимней эксплуатации автомобилей ухудшаются также-условия работы механизмов и деталей трансмиссии и подвески.

Разогрев масла в механизмах трансмиссии при эксплуатации автомобилей зимой зачастую производится за счет тепла, выделяющегося от трения при работе под нагрузкой. При этом масло разогревается очень медленно, и до нагрева до температуры 10-15° С шестерни и подшипники работают без достаточной смазки, что повышает интенсивность их износа. Установлено, что износ зубьев шестерен и подшипников главной передачи автомобилей, работающих продолжительное время на масле, имеющем температуру минус 5° С и ниже, в 10—12 раз выше, чем износ этих деталей при работе их в масле, имеющем температуру +35° С и выше.

Понижение температуры окружающего воздуха до минус 5 — минус 15°С приводит к изменению теплового режима работы двигателя, вызывая падение мощности, соответственно 98 и 96% от нормальной.

При значительном понижении температуры охлаждающей жидкости неизбежно увеличивается процент отдачи тепла в окружающую среду поверхностями блока цилиндров, в результате чего не обеспечиваются необходимые рабочие температуры и понижается эффективность работы двигателя. Так, при понижении средней температуры охлаждающей жидкости двигателя с +75 до +35° С потери тепла возрастают на 10%.

В интервале температур воздуха от минус 5 до минус 15° С у двигателя ГАЗ-51, работающего на требуемом тепловом режиме, мощность снижается на 5%, а расход топлива увеличивается на 14%.

Техника – молодёжи 1937-06, страница 32

в цилиндре будет работать какая-то жидкость. А от движения поршня, так же как и в паровой машине, при помощи коленчатого вала начнут вращаться и маховик и шкив. Таким образом, будет получаться механическая

Значит, нужно только поочередно нагревать и охлаждать какую-то рабочую жидкость. Для этого и были использованы арктические контрасты: к цилиндру приключается поочередно то вода из-под- морского льда, то холодный воздух; температура жидкости в цилиндре быстро меняется, и такой двигатель начинает работать. Не важно, будут ли температуры выше или ниже нуля, нужно только, чтобы между ними была разность. При этом, конечно, рабочая жидкость для двигателя должна быть взята такая, которая не замерзала бы при самой низкой температуре.

Уже в 1937 г. был сконструирован двигатель, работающий на разности температур. Конструкция этого двигателя несколько отличалась от описанной схемы. Были сконструированы две системы труб, одна из которых должна находиться в воздухе, а другая в воде. Рабочая жидкость в цилиндре автоматически приводится в соприкосновение то с одной, то с другой системой труб. Жидкость внутри труб и цилиндра не стоит неподвижно: ее все время приводят в движение насосами. Двигатель имеет несколько цилиндров, и они поочередно приключаются к трубам. Все эти устройства дают возможность ускорить процесс нагревания и охлаждения жидкости, а стало быть, и вращение вала, к которому присоединены штоки поршней. В результате получаются такие скорости, что их можно передать через редуктор на вал электрического генератора и, таким образом, переработать тепловую энергию, полученную от разности температур, в энергию электрическую.

Первый двигатель, работающий на разности температур, удалось сконструировать только для сравнительно больших перепадов температуры, порядка 50°. Это была небольшая -танция мощностью в 100 киловатт, работавшая

на разности температур воздуха и воды из горячих источников, которые имеются кое-где на Севере.

На этой установке удалось проверить конструкцию раз-ностнотемпературного Двигателя и, самое главное, удалось накопить опытный материал. Затем был построен двигатель, использующий меньшие температурные перепады — между водой моря и холодным арктическим воздухом. Постройка разностнотемпературных станций стала возможной повсеместно.

Несколько позднее был сконструирован еще другой раз-ностнотемпературный источник электрической энергии. Но это был уже не механический двигатель, а установка, действующая подобно огромному гальваническому элементу.

Как известно, в гальванических элементах происходит химическая реакция, в результате которой получается электрическая энергия. Многие химические реакции связаны либо с выделением, либо с поглощением тепла. Можно подобрать такие электроды и электролит, что никакой реакции не будет, пока температура элементов остается неизменной. Но стоит их только подогреть, как они начнут давать ток. И тут не имеет значения абсолютная температура; важно только, чтобы температура электролита начала повышаться относительно температуры воздуха, окружающего установку.

Таким образом, и в этом случае, если такую установку поместить в холодном, арктическом воздухе и подводить к ней «теплую» морскую воду, будет получаться электрическая энергия.

Разностнотемпературные установки были уже достаточно распространены в Арктике 50-х годов. Они представляли собой довольно мощные станции.

Устанавливались эти станции на Т-образном молу, глубоко вдающемся в морской залив, Такое расположение станции сокращает трубопроводы, связывающие рабочую жидкость разностнотемнературной установки с водой моря. Для хорошей р’аЬоты установки требуется значительная глубина залива. Вблизи станции должны быть большие массы воды, чтобы при охлаждении ее вследствие отдачи тепла двигателю не происходило замерзания.

Электростанция, использующая разность температур между водой и воздухом, устанавливается на иолу, глубоко врезающемся в залив. На’крыше здания электростанции видны цилиндрические воздушные радиаторы. От воздушных радиаторов идут трубы, по которым к каждому двигателю подается рабочая жидкость. От двигателя вниз также идут трубы —к водяному радиатору, погруженному в море (на рисунке не показан). Двигатели соединены с электрическими ‘генераторами через редукторы (на рисунке они видны на вскрытой части здания, посредине между бвигателем ^а генератором), в которых при’помощи червячной передачи увеличивается число оборотов. От генератора электрическая энергия идет к трансформаторам, повышающим напряжение (трансформа/поры находятся в левой части

здания, не вскрытой на рисунке), а от трансформаторов–к распределительным щитам (верхний этаж на переднем плане) и затем в линию передачи. Часть электроэнергии идет к огромным нагревательным элементам, погруженным в море (на рисунке их не видно). Эти л создают незамерзающий порт.

Восьмицилиндровый газовый двигатель Стирлинга.

думаю без смазки на таких оборотах у этого двигателя не очень много шансов работать долго)

Какая же она “бывщая”, если у вас с ней ничего не “было”?

Но к счастью двигатель работал не долго?

если двигатель работает при атмосферном давлении – то он почти вечный.

да да, трение металла при атмосферном давлении не повреждает его. А там еще и нагрев, и вибрации

повреждает, но в системе, работающей при атмосферном давлении, зазоры вполне допустимы. Да КПД будет падать, но наработка в моточасах до отказа, даже без смазки, будет существенно выше чем, например, у ДВС.

А нагревается только поршень вытеснителя, который, в некоторых случаях (бетта-стирлинг), может вообще не касаться стенок цилиндра, а значит и трение отсутствует.

Есть двигатели стирлинга, которые работают при повышенном давлении, вот там герметичность системы крайне важна.

З.Ы. если двигатель стирлинга поставить вертикально (чтобы поршни висели на коленвале), то его КПД возрастает в несколько раз, потому как пропадает трение об цилиндры.

Сейчас популярны магнитные подвески с коэффициентом трения 0, для компов есть такие вентиляторы.

Ты, не разобравшись и пытаясь меня уличить в профанации, написал глупость, а я, человек, который исправил твою ошибку, теперь отгребаю минусов. Обидно.

ты же на пикабу, держи плюсик)

у него много видосов на ютубе, и скажу, залип я на половину рабочего дня. Чуть пизды не получил

Двигатель Стирлинга – двигатель внешнего сгорания. Работает на разнице температур. Одна сторона греется другая, чем холоднее тем больше разница -больше мощность.

Крыльчатка что бы охлаждать другую сторону. Двигатель Стирлинга низко мощный, поэтому резко заметна просадка при нагрузке (работающий генератор).

Но у него (у двигателя Стирлинга) бОльшее КПД чем у двигателей внутренего сгорания.

Ну постарался вкраце, но что бы понятно.

Так вот у огромных судовых дизелей КПД подходит к 50%, а общая утилизация теплоты – ну, я встречал цифру 70%.

Доказать это конечно не в моей компетенции. В принципе не зря они не получили такого распостранения как внутренего. Я вот представляю себе этого Стирлинга в горах с охлаждением горной рекой и нагревом днем солнцем, а ночью хоть дровами и подводом к “горячим цилиндрам” жидкими носителями.

Интересно, какую мощность вся эта конструкция развивает?

Да и разогретые докрасна цилиндры не выглядят долговечно.

Но так – крутота, конечно.

меня больше смущает место соединения поршней, где эдакая “звездочка”. судя по виду, износ там должен быть такой, что этого двигателя на пару видео только хватит. если этот блок переработать, чтобы трения такого не было, может подолговечнее будет

Это – игрушка, о чем честно и написано по ссылке с ютуба.

Чего тут спорить, это игрушка, надежность и долговечность очень небольшая, низкий кпд, малая мощность. потому что игрушка. Но мне нравится техническое решение: Для таких моторов самая эффективная схема — аксиально поршневая.

Однако надо было еще не полениться сделать цилиндры по схеме “бета”, аксиальный механизм закрыть в герметичном картере вместе с генератором и закачать водород под давлением, сделать водяную рубашку охлаждения. для упрощения конструкции сделать 4 цилиндра, но 8 конечно лучше.

Если энергия подводится через стенки то увеличивать мощность следует не увеличением размеров, а увеличением количества цилиндров. Но у нас получается моторчик такой формы что их можно очень удобно устанавливать рядом. и одна общая топка, одна общая рубашка водяного охлаждения. То есть таки можно сделать компактный но мощный моторчик внешнего сгорания.

Но что то пока дальше игрушек дело не идет.

хм. внутри ДВС конечно прохладно, стабильное давление и тихо и спокойно.

по нагрузке на металл подобные двигатели гуманнее.

очень высокий кпд.

нет кучи ограничений ДВС.

вцелом правильный подобный двигатель очень эффективен.

в стационарном варианте можно охлаждать с пользой(ну воду там греть например).

но большой, и прочая специфика.

с КПД у двигателей внешнего сгорания полная беда – максимум 14%. Стирлинг, от своих собратьев выгодно отличается только тем, что рабочее тело не расходуется.

у насоса на двигателе стирлинга КПД около 30-35%.

кстати это не двигатель внешнего сгорания, а тепловая машина.

Ну ёк-макарёк. Чуток физику-то почитай. Любой топливный двигатель – тепловая машина. КПД можно считать как угодно спекулятивно, в т.ч. и можно начитать овер 100%. Но даже младенцу ясно, что если ты греешь внешнюю деталь – бОльшая часть тепла просто улетает в атмосферу.

и чо? тепловая машина и двигатель внутреннего/внешнего сгорания – синонимы.

ну это как нагревать.

Интерес к паровикам и прочим изыскам, вообще, обусловлен только тем фактом, что их можно кормить хоть дровами, хоть старыми носками. КПД – не их сильная сторона.

не, это не то. Растения удобряются говном. Потом мы жрём эти растения. Это же не значит, что мы жрём говно напрямую.

Блин, я в курсе как работает газогенератор. Топливо – СО, угарный газ. Говно жеж, ты всё равно не кушаешь?

хм. внутри ДВС конечно прохладно, стабильное давление и тихо и спокойно.

по нагрузке на металл подобные двигатели гуманнее.

что-то ты сразу с херни начал. ты видел когда-нибудь ДВС, в которором блок нагрет докрасна, причем с одной стороны? ты вообще представляешь, какую это тепловую нагрузку дает? материалов, способных работать в таком режиме долго – раз два и обчелся.

остальное также спорно.

ну там некритично же.

просто кусок железки. ненагруженный.

да и рекомендую посмотреть на коллектор у ДВС в безлунную ночь.

да и цилиндры с клапанами по логике вполне себе докрасна должны быть.

железо краснее в районе 600 градусов.

машинное масло расчитано до 700-800

машинное масло расчитано до 700-800

В эротических снах техножреца?

ну производители обещают.

Я скорей в битву экстрасенсов верить начну, чем таким обещаниям производителей.

Модель низкотемпературного двигателя Стирлинга

• Цена: $23

• Перейти в магазин

Сегодня я расскажу об очередная вещице из списка “когда будут лишние деньги, то непременно закажу” — о настольной модели двигателя Стирлинга, который работает за счет небольшой разницы температур и может работать ото льда!!

Доехала посылка довольно быстро, ехала CDEK’ом.
Модель в посылке была в разобранном виде — маховик, основная часть и рабочий поршень. Упакованы все эти части были отдельно в пупырку.

В посылке была еще и инструкция:

Собирается всё элементарно — маховик в углубления для него между стойками, поршень на его законное место, накидываем и защелкиваем шатуны. Всё — модель собрана.

Высота модельки — 12,5 см, Диаметр основания — 13 см, Диаметр маховика — 8,7 см, Вес собранной модельки — 250 грамм

Немного теории:
Вряд ли я способен объяснить работу этого двигателя лучше Википедии, но я попробую — всё-таки и сам начинаешь лучше понимать что-то, когда объясняешь это другим. 🙂

Двигатель Стирлинга — это двигатель внешнего сгорания, преобразующий тепловую энергию в механическую, причем работать может от любого источника тепла.
Изобрел и запатентовал этот двигатель Роберт, не поверите, Стирлинг в 1816 году.
Главной инновацией Стирлинга стало добавление регенератора (приспособы, проходя через которую газ отдает ей тепло, а следуя обратно, забирает его) и второго (вытеснительного) поршня, который перемещал бы воздух от нагревателя к холодильнику и обратно. В моей модельке регенератор максимально примитивен — это просто зазор между вытеснительным поршнем и стенками рабочей камеры.

Цикл работы двигателя выглядит следующим образом:
Внешний источник тепла нагревает нижнюю пластину, тепло передается рабочему телу (воздуху внутри рабочей камеры), температура повышается, объем не меняется, а значит растет давление, которое выталкивает рабочий поршень вверх, совершая полезную работу. Маховик в это время толкает вытеснительный поршень вниз, перемещая нагретый воздух вверх, где он охлаждается. Воздух охлаждается, давление падает и рабочий поршень идет вниз, а вытеснительный поршень в это время идет вверх, перемещая уже холодный воздух вниз, где он снова нагревается. И всё повторяется вновь и вновь.
Кстати, сдвиг фаз (можно вообще так сказать о шатунах?) у шатунов 90 градусов.

Давайте перейдем к чему-то зрелищному.
Итак, как вы уже поняли из вышеописанного, для запуска двигателя нужно создать разность температур между верхней и нижней пластинами. Ставим модель двигателя на стакан с кипятком, и двигатель начинает работать, ура ура!

Гифки, к сожалению, не обладают звуком, поэтому доложу вам, что звук издаваемый моделькой очень похож на звук советской швейной машинки (В конце обзора есть видеоверсия — звук можно послушать там).

При комнатной температуре в районе 25 градусов моделька, стоя на стакане с кипятком, работает (естественно, под конец всё замедляясь и замедляясь) около 35 минут.

Когда заказывал этот механизм, видел, что подобные модели могут работать от тепла руки при комнатной температуре. Эта модель, увы, так не может — разницы температур не хватает. Разве что зимой может быть получится, когда за бортом будет холодно.

Следующий номер нашей программы — это завести двигатель ото льда!

И вот это уже выглядит впечатляюще, хоть и понимаешь прекрасно, что всё логично, разница температур, холодильник, нагреватель — и вот это вот всё, но мозг всё равно как-то недоверчиво относится к тому, что видит, как нечто работает ото льда.

Итоги. Никакими полезными функциями этот агрегат не обладает, это просто забавная вещь интерьера, которой можно удивить гостей. Думаю, что главное применение этой модели — это подарок человеку, у которого «всё есть», или школьнику, чтобы заинтересовать физикой и наглядно продемонстрировать термодинамические законы.