ДВС на кусковом угле

[инженер-исследователь]

В разговоре о ходе текущего экономического кризиса в Мире без нефти Марко Поло,я упоминул об устройстве:

В начале 19-го века,был создан ДВС работающий на кусковом угле. Этот двигатель напоминал современные двухтактные: цилиндр был закрыт с двух сторон:с одной размещались перепускной и выпускной клапаны, а с другой размещалось отверстие для штока поршня(как в паровой машине,причём диаметр штока был большим) и впускное отверстие снабжёное ниппелем.

Когда поршень двигался к верхней мёртвой точке, ниппель открывался и всасывал воздух в цилиндр, когда поршень начинал двигаться к нижней мёртвой точке ниппель закрывался и открывался перепускной клапан и воздух со стороны штока поступал в топку, откуда дымовые газы поступали на противостоящую штоку сторону поршня, при этом давление начинало расти и поршень начинал выталкиваться из цилиндра,когда он достигал нижней мёртвой точки,перепускной клапан закрывался,а выпускной клапан открывался и поршень выталкивал дымовые газы,засасывая противоположной стороной чистый воздух.

А как думают участники форума,есть ли будщее у этого устройства, скажем введение многоцилиндровости или турбонадува?

[asdetr]

Бр-р-р... А уголь в топку закидывает кочегар? Большой вопрос с герметичностью устройства, каким образом добиться высоких давлений в циллиндре?

[Lestarh]

Немного сенсационных подробностей:

Двигатель Стирлинга был впервые запатентован шотландским священником Робертом Стирлингом 27 сентября 1816 года (английский патент № 4081).

...

В 1843 году Джеймс Стирлинг использовал этот двигатель на заводе, где он в то время работал инженером. В 1938 году фирма «Филипс» инвестировала в мотор Стирлинга мощностью более двухсот лошадиных сил и отдачей более 30 %.

...

Основной недостаток двигателя — материалоёмкость.

У двигателей внешнего сгорания вообще, и двигателя Стирлинга в частности, рабочее тело необходимо охлаждать, и это приводит к существенному увеличению массо-габаритных показателей силовой установки за счет увеличенных радиаторов.

Для получения характеристик, конкурентных по сравнению с ДВС, приходится применять высокие давления (свыше 100 атм) и специальные виды рабочего тела — водород, гелий. Тепло не подводится к рабочему телу непосредственно, а только через стенки теплообменников. Стенки имеют ограниченную теплопроводность, из-за чего КПД оказывается ниже, чем можно было ожидать. Горячий теплобменник работает в очень напряженных условиях теплопередачи, и при очень высоких давлениях, что требует применения высококачественных и дорогих материалов. Создание теплообменника, который удовлетворял бы противоречивым требованиям, весьма трудно. Чем выше площадь теплообмена, тем меньше потери тепла. При этом растёт размер теплообменника и объём рабочего тела, не участвующий в работе.

Поскольку источник тепла расположен снаружи, двигатель медленно реагирует на изменение теплового потока, подводимого к цилиндру, и не сразу может выдать нужную мощность при запуске. Для быстрого изменения мощности двигателя используются методы, отличные от тех, которые применялись в двигателях внутреннего сгорания: буферная ёмкость изменяемого объёма, изменение среднего давления рабочего тела в камерах, изменение фазного угла между рабочим поршнем и вытеснителем. В последнем случае реакция двигателя на управляющее действие водителя является практически мгновенной.

...

Двигатели Стирлинга могут применяться для превращения в электроэнергию любой теплоты. На них возлагают надежды по созданию солнечных электроустановок. Их применяют как автономные генераторы для туристов. Некоторые фирмы выпускают генераторы, которые работают от конфорки газовой печи. NASA рассматривает варианты генераторов на основе стирлинга, работающие от ядерных и радиоизотопных источников тепла.

...

Преимущества стирлинга привели к тому, что еще в первой половине 1960-х годов военно-морские справочники указывали на возможность установки на подводных лодках типа «Шёурмен» производства Швеции воздухонезависимых двигателей Стирлинга. Однако ни «Шёурмены», ни последовавшие за ними «Наккены» и «Вестеръётланды» указанные силовые установки так и не получили. И только в 1988 году головная субмарина типа «Наккен» была переоборудована под двигатели Стирлинга. С ними она прошла под водой более 10 000 часов. Другими словами, именно шведы открыли в подводном кораблестроении эру вспомогательных анаэробных двигательных установок. И если «Наккен» — первый опытный корабль этого подкласса, то субмарины типа «Готланд» стали первыми серийными лодками с двигателями Стирлинга, которые позволяют им находиться под водой непрерывно до 20 суток. В настоящее время все подводные лодки ВМС Швеции оснащены двигателями Стирлинга, а шведские кораблестроители уже хорошо отработали технологию оснащения этими двигателями подводных лодок, путём врезания дополнительного отсека, в котором и размещается новая двигательная установка.

http://ru.wikipedia.org/wiki/Двигатель_Стирлинга

[хохол]

Во Времена ВОВ в СССР ездили на обычных автомобилях. С обычными 4 тактными двигателями , но на дровах.

Газогенератор отапливался этими же дровами. Добавлялась вода и получалась смесь угарного газа и водорода.

[Стас]

При словосочетании "ДВС на угле" мне представляется впрыск/вброс в цилиндр мелко-мелко истолчённого угольного порошка или угольной пыли. Но потом ведь сажа будет. Так что главный вопрос тут - как удалять продукты сгорания угля в цилиндре ДВС. Тогда - уголь в соединении с чем-то? Некое вещество, поступающее вместе с углем, и вместе с продуктами сгорания угля удаляемое (продукты его сгорания удаляются вместе с продуктами сгорания угля)? Наверное, какие-то такие проекты были.

[Polugut]

Тогда - уголь в соединении с чем-то? Некое вещество, поступающее вместе с углем, и вместе с продуктами сгорания угля удаляемое (продукты его сгорания удаляются вместе с продуктами сгорания угля)?

<{POST_SNAPBACK}>

Элементарно, коллега. Порох. А в конструкции поршня предусмотреть щетку, для снятия нагара. Бездымный порох меньше нагара дает. Только всеравно лучше из угля синтетический бензин гнать, и в простой ДВС заливать. И моторесурс, и надежность, и КПД лучше будут.

Только в теме обсуждается не такой двигатель, коллега Lestarh привел описание.

Но не проще ли не возиться с механикой, а заменить ее элементами Пельтье? Та же самая передача тепла, но без движущихся частей, с удобным электричесвом. Правда цена огромная, но при массовом производстве, и активной исследовательской деятельности можно цену снизить. Как с синими светодиодами было, сначала дорогущая деталь была, сейчас - копеечная.

[sanitareugen]

0. Стирлинг двигатель внешнего сгорания. Как и паровая машина.

1. Двигатель внутреннего сгорания в начале XIX века сделать было невозможно. Не позволяла металлообработка.

2. Дизель на угле пытался построить (сюрприз!) Рудольф Дизель. Но не преуспел.

3. Уголь можно газифицировать (до воздушного - в основном СО, или водяного - водород с примесями; последнее энергоёмко, так что использовали первое) газа. Затем газ используется в ДВС близкого к обычному типа (смеситель взамен карбюратора и иные регулировки).

4. Также можно производить жидкое топливо из угля (в реале производила Германия, позднее ЮАР)

[инженер-исследователь]

В том то и дело,что этот двигатель не был собственно двигателем Стирлинга,а был разработан под влиянием этого двигателя. В том варианте топка была очень простой-ящик в котором горел уголь-с одного конца поступал воздух,а с другого выходили дымовые газы,о проблемах герметичности,в книге сказано небыло. Мыслимо двигатель сделать двухцилиндровым,как в некоторых вариантах двигателя Стирлинга,где воздух из одного цилиндра поступает в топку,а оттуда газы поступают в другой цилиндр(поршни подключены к одному коленчатому валу),при этом малый цилиндр всасывает воздух,а в большом цилиндре,газы совершают работу,аналогично вышепоказанной схеме двигателя Стирлинга.

[Абрамий]

Были подобные двигатели Эриксона в которых угольная топка нагревала воздух , расширение которого и двигало поршни , но они не пошли .

Были парогазовые двигатели Шмидта очень интересно устроенные .

Двухступенчатый поршневый компрессор нагнетал подогретый воздух в герметически закрытую топку в которой были устроены особые шлюзы для загрузки угля и выгрузки шлака ( в другом варианте топок было несколько и работали они попеременно ) . Выше топки в пламя из форсунок подавалась питательная вода предварительно подогретая до кипения которая сразу и испарялась . Парогазовая смесь с температурой 300-400 градусов поступала в поршневый двигатель двойного расширения и двойного действия , цилиндры которого были надстроены компрессорами для нагнетания воздуха в двигатель . Выхлопные газы шли в теплообменник для подогрева воздуха из компрессора и питательной воды , питательная вода подогревалась не только в теплообменнике ,но и от стенок цилиндров двигателя и компрессора на которых были одеты рубашки для подогрева питательной воды ,кроме того был особый теплообменник для водяного охлаждения воздуха после первой ступени компрессора . Поршни двигателя и штоки были полые и через них тоже подавалась вода для охлаждения .

Подобный двигатель был построен и испытан ,но сразу открылось ,что угольная и шлаковая пыль разрушили цилиндры ,поршни и золотники двигателя , абразивный износ был таким ,что после трёх суток непрерывной работы зазоры между цилиндрами ,поршнями и золотниками достигли миллиметров . Двигатель вышел из строя . Тогда было решено поставить новые детали вместо изношенных и переоборудовать топку для работы на сырой нефти . Испытания показали ,что ресурс двигателя вырос примерно до 5-6 суток непрерывной работы ,и опять проблемой стал абразивный износ ,но на этот раз причиной стала накипь ,которая смешавшись с сажей оседала внутри цилиндра и в полости золотника . Эти проблемы решить так и не удалось .

В начале 1950 годов в СССР были построены газогенераторные тепловозы серий ТЭ1Г и ТЭ4-001 ,толку от них было мало . Причиной было разрушение угольной и шлаковой пылью практически всех частей двигателя . Задиры цилиндровых втулок , износ клапанов и их сёдел ,загрязнение масла , износ шеек коленчатого вала и многое другое , так досаждали железнодорожникам ,что локомотивы были быстро выведены из эксплуатации . Причём в газогенераторе этих локомотивов были предусмотрены фильтры для очистки газа от пыли , не помогло .

Все попытки создания ДВС на твёрдом опливе ,провалились именно из-за абразивного износа подобных двигателей угольной и шлаковой пылью .

[инженер-исследователь]

Узнал,что ,скорее всего,это был двигатель Джорджа Кэйли.

[Weasel]

Вообще-то, первые ДВС были газовыми. На "светильном газе", получаемом, выщасудивитесь, из угля.

Кроме того, добыча газа прямо из угольного пласта - достаточно распространенная практика. Насколько помню, это называется "внутрипластовая гидрогенизация".

Так что двигатели на кусковом угле отменяются.

[Lestarh]

Позволю себе процитировать вот это:

Мир без нефти

Газ даже удобней мазута для сжигания, но создает дополнительную головную боль и повышенные расходы при транспорте и хранении. Вспомните, что энергозатраты на перекачку газа с Ямала в Западную Европу забирают больше четверти исходно добытого. С нефтью не сравнить, там то же самое требует не больше 2 %. Да и хранилища. Сравните по сложности устройства и по стоимости цистерну и газгольдер. Так что жидкое топливо самое, конечно, удобное. Это - общее правило, не только в кочегарках. Мне за жизнь приходилось работать над химическими технологиями и в твердой фазе, и в газовой, и в жидкой. Поверьте опыту, там, где газовая фаза - много больше размеры и вес оборудования, а там, где твердая - вообще непонятно, будет ли работать, в основном из-за аппаратурных сложностей с перемешиванием, выгрузкой, загрузкой и теплопередачей.

Пока есть жидкое топливо, его вряд ли что-то заменит по технологическим соображениям...

[инженер-исследователь]

Наконец нашёл в сети чертёж этого двигателя -его изобретатель Sir George Cayley (1773-1857) ,а четёж двигателя можно найти по адресу: http://www.stirlingengines.org.uk/pioneers/pion3.html

[sanitareugen]

Внутрипластовая газификация. Гидрогенизация - присоединение водорода, а запихнуть в пласт катализатор как-то сложно. А вот зажечь и обеспечить, регулируя подачу воздуха, частичное сгорание, чтобы с другой стороны выходит угарный газ - можно.

[kinhito]

Газ - для отто-двигателей, масло - для дизелей - вполне приемлимые альтернативы. Зачем плодить сущности?

[digger]

К тому же, газгольдеры очень стимпанковы, замечательный антураж.

[Vova7]

Газ - для отто-двигателей, масло - для дизелей - вполне приемлимые альтернативы

то есть газ и масло есть, а нефти нету? это как-то совсем странно... и на Землю совсем не похоже..

[kinhito]

это как-то совсем странно...

Масло имеется растительное. Газ - метан - к нефти отношения не имеет. А вообще - претезии не ко мне. По мне - интереснее были темы "Земля без Человека", чем всякие техизыски типа "Без колеса", "Без винта", "Без електирчества", "Без БТР и ПромежПатрона"...

[taras-proger]

инженер-исследователь, это двигатель внешнего сгорания, а не внутреннего. Внутреннее - это в цилиндре, здесь же сгорание в топке, а сила в цилиндре .

Изменено 9 Dec 2014 пользователем taras-proger

[prostak_1982]

Пока просто почитаю.

[Crusader]

Дизель на угле

На угольной пыли, уважаемый коллега. Но, да - не преуспел.

[sanitareugen]

Дизель на угле

На угольной пыли, уважаемый коллега. Но, да - не преуспел.

Не, понятно, что дизель на кусковом угле это слишком стимпанково, даже если забрасывает не кочегар, а автоматический стокер. Собственно, сама "дизельность", в смысле нагревания сжатием воздуха до воспламенения, именно для этого придумывалась. Причём работать оно работало, просто уголь это не углерод, а минерал с большим содержанием зольных элементов, даже в лучшем антраците углерода до 95%, а в обычном каменном или буром ниже 90%. И вот зола цилиндры стачивала очень быстро.

[prostak_1982]

А что за проекты были по ожижению угля? Нет, не получение синтетического бензина, а пытались типа коллоидов получать. Кто-нибудь что-то знает об этом? Или мне пригрезилось?

[Tungsten]

А что за проекты были по ожижению угля? Нет, не получение синтетического бензина, а пытались типа коллоидов получать. Кто-нибудь что-то знает об этом? Или мне пригрезилось?

Вы про ВУТ - водо-угольное топливо ?

Просто суспензия очень тонко размолотого угля в 20~30% воды и немного вспомогательных веществ .

[taras-proger]

Внутрипластовая газификация. Гидрогенизация - присоединение водорода, а запихнуть в пласт катализатор как-то сложно. А вот зажечь и обеспечить, регулируя подачу воздуха, частичное сгорание, чтобы с другой стороны выходит угарный газ - можно.

Вообще то из него метан добывают, а не угарный. Угарный плох тем, что уже частично окислен и при сжигании его получишь меньше энергии, чем из угля. А метан метаном и был и кислорода не содержит. Так что не газификация, а дегазация. В Кузбассе предварительная добыча метана из угольного пласта вообще стала обязательным условием для того, чтоб его разрешили разрабатывать шахтным методом.