Двигатели Gravio



Здравствуйте!
Начинаем публикацию материалов по изучению принципа действия и конструкции двух типов универсальных транспортных  двигателей (тепловых машин внешнего сгорания)
Владимира из Таганрога.
Типы двигателей (подлежащих изучению на данном форуме):

  • Лопастные (для большегрузных судов и АОН) 
  • Струйные - для СЛА,мотолодок,аэросаней, и т.д.
Поскольку наши читатели в большинстве своем не имеют танкеров или "Боингов"  лопастники будут даны для ознакомления,а струйные двигатели Gravio будут представлены здесь в объеме необходимом для повторения - кустарным способом.
О кустарности (наколенности..)чуть больше:
Конструкция струйный двигателей Gravio  - выполненная  производственным способом имеет следующие сравнительные характеристики:
  1. Масса двигателя в сборе с винтом в три раза меньше чем известный всем СЛАломистам - "Буран АВИА" при той же крейсерской скорости(она же и максимальная).
  2. Расход топлива - меньше всего в два раза,но при этом не требуется масло- горелка работает на любом бензине.
  3. Перевод двигателя Gravio на дизельное топливо - увеличивает взлетную массу и требует большего времени для прогрева двигателя.
  4. Поскольку - ээродинамические шумы  винта (в случае применения традиционного воздушного винта а не ГД) намного выше чем шум паяльной лампы - можно говорить о полной бесшумности данного типа двигателя.
  5. Для запуска двигателя не требуется - предварительная раскрутка (не нужен стартер).
Принципиальная схема двигателя вскользь затронута в темах о МикроТЭЦ, и МикроГЭС - рекомендуем также внимательно ознакомиться с материалами.
Мы же начнем "давать" информацию о двигателе - по узлам.
  • Турбина
  • Испаритель
  • Котел.
Эти три узла изготовленные и собранные вместе(до кучи) - и являются собственно -
  Двигателем Gravio 




О гидродинамическом клапане:
Гидродинамический клапан встречается 
во многих конструкциях 
Gravio.
Суть его проста и понятна из рисунка.
На рисунке показан один из простейший механических водометов - с приводом от ДВС.
Принцип работы:
Поскольку труба водомета одного сечения по всей длине - то масса воды справа от поршня  меньше чем масса воды заключенной в трубе - слева от поршня.
Отсюда:
При быстром движении поршня вниз(катер неподвижен) из короткого конца трубы 
(справа от поршня)
начнется истечение жидкости
(Закон Ньютона о массах).
При дальнейшем наборе скорости катером - на входном конце трубы создается давление подпора которое полностью запирает воду в трубе.
Клапан работает циклически.
Так к примеру на рыбацких мотоботах такие судовые установки имеют частоту пульсаций всего порядка 60 раз в минуту.
Частота зависит от давления развиваемого поршнем и диаметра трубы.
Труба - разумеется дана здесь для понимания - натурные образцы имеют треугольное сечение и вписаны в обводы киля мотопбота.
Двигатель Gravio для такого типа для маломерных судов - распространен на островах Греции - среди рыбаков.
Длительность ресурсного испытания первого образца  испарительного Двигателя Gravio  на момент написания данной заметки составляет уже - 11 лет.
на протяжении указанного срока - не было ни одной поломки.
Заменялись(дорабатывались) лишь горелки.

Тепловые машины Gravio





Импульсный или прямоточный?

Отправлено 11 нояб. 2014 г., 8:06 пользователем Gravio Elizarova   [ обновлено 30 дек. 2015 г., 10:42, автор: Светлана Елизарова ]

По результатам первой контрольной - пришел в шок от гениальности ...
Итоги подведем позже а сейчас в помощь и  с целью направить мысли в русло практической термодинамики,предлагаю Вашему вниманию один из прямоточных  Двигателей Gravio.
Данный тип двигателя был построен и испытан в качестве СУ для аэросаней.Бесшумный,мощный,малогабаритный,и прочая..прочая.С этим же двигателем проводились и первые испытания почти всех типов Турбин Гравио.Последние как Вы уже знаете не имеют реактивного момента на корпусе.
Рабочая температура  лопаток 70 градусов в крейсерском режиме.
Задание:
Опишите (как понимаете)заглядывая в учебники по теплотехнике и ...определите примерную (на глаз) частоту циклов которую развивал этот тип двигателя  - на максимуме..
Укажите - причины влияющие на частоту пульсаций ...если таковые имеются...

Почему в горах вода закипает быстрее?

Отправлено 10 нояб. 2014 г., 9:56 пользователем Gravio Elizarova

Вода, нагретая на уровне моря до 100°С (212°F), начинает кипеть. Это означает, что внутри объема жидкости происходит образование пузырьков водяного пара и подъем их к поверхности. Вода закипает, потому что при данной температуре давление насыщения водяного пара слегка превышает атмосферное давление.

На больших высотах над уровнем моря атмосферное давление существенно уменьшается и вода кипит при более низких температурах. И наоборот, если давление над жидкостью увеличивается, например, когда вода находится ниже уровня моря или в скороварке, кипение происходит при более высокой температуре. Иллюстрация под текстом показывает температуры кипения на различных высотах над уровнем моря.

Фактор тепла и высоты

Ближний график справа показывает взаимосвязь между давлением насыщенного пара и температурой. При высоких температурах давление насыщенного пара быстро растет. Вода закипает, когда давление насыщенного пара начинает слегка превышать атмосферное давление. Именно поэтому при падении атмосферного давления уменьшается и температура кипения. На дальнем графике справа приведена зависимость температуры кипения воды от высоты над уровнем моря. Чем больше высота, тем ниже температура, при которой вода начинает кипеть.

Кинетическая энергия

В процессе перехода воды в газообразное состояние важную роль играет кинетическая энергия (энергия движения) молекул. Когда энергетический уровень высок, многие молекулы испаряются, разрывая связи, удерживающие их в жидком состоянии. При низком давлении (верхний рисунок под текстом) молекулы приобретают достаточно энергии для формирования газовых пузырьков кипения без добавления большого количества тепла. Ближе к уровню моря необходимо больше тепла (красная стрелка на нижнем рисунке под текстом), чтобы парообразование имело место.

Уменьшение времени приготовления пищи

В скороварках, как, например, той, что показана на рисунке справа, создается постоянное повышенное давление. На уровне моря эти герметичные кастрюли увеличивают температуру кипения воды до 121 °С (250°F). Более высокая температура кипения означает, что продукты будут готовиться быстрее, экономя время.

На продольных разрезах вверху показаны механизмы скороварки, предупреждающие чрезмерное повышение давления. Все они — предохранительный клапан (левый рисунок), регулятор давления (средний рисунок) и уплотнение ободка (правый рисунок) — помогают контролировать давление путем выпуска пара в атмосферу.

Температура, теплота и молекулы.

Отправлено 10 нояб. 2014 г., 8:58 пользователем Gravio Elizarova

 


В обычном своем понимании температура, измеренная термометром, характеризует тепловое состояние тел, т.е. насколько они теплы или холодны. С точки зрения науки температура является мерой средней кинетической энергии молекул вещества, определяемой скоростью их движения.

Например, молекулы воды при температуре 50°С (122°F) обладают большей кинетической энергией и движутся быстрее, чем при температуре 5°С (41 °F).

Несмотря на то, что энергия теплового движения молекул и тепловая (внутренняя) энергия часто упоминаются в качестве равнозначных понятий, на самом деле это не одно и то же. Энергия теплового движения, измеряемая термометром в виде температуры, является количественной мерой средней скорости движения молекул вещества. Внутренняя энергия определяется суммой энергий всех молекул тела. Например, при одинаковой температуре двухкилограммовый кусок льда обладает в два раза большей внутренней энергией, чем килограммовый.

В этой главе рассказано не только о том, каким образом теплота может переходить от горячих тел к холодным или передаваться через жидкости, такие как вода или воздух. Теплота способна на большее. При 0°С (32°F) теплота превращает твердый лед в жидкую воду. При 100°С (212°F) — температуре, при которой вода кипит, — теплота превращает жидкую воду в газ, называющийся водяным паром. Почти все другие вещества также претерпевают подобные превращения при собственных характерных температурах. Каждое из таких превращений, называющееся фазовым переходом или изменением агрегатного состояния вещества, связано с подводом теплоты.

Различие между льдом, собственно водой и водяным паром обусловлено их различным молекулярным строением. У льда (ближний рисунок справа) медленно движущиеся молекулы жестко связаны друг с другом. Теплота ослабляет эти связи {средний рисунок), превращая лед в жидкость; дальнейший подвод теплоты разрушает межмолекулярные связи, высвобождая молекулы в виде газа (дальний рисунок справа).

Контрольные работы

Отправлено 10 нояб. 2014 г., 6:29 пользователем Gravio Elizarova   [ обновлено 4 янв. 2016 г., 0:54, автор: Светлана Елизарова ]

Для продвинутых
Описание задания:
На рисунке изображены два котла соединенные между собою трубопроводом.
Под днищем котла заполненного водою справа - горит горелка.коей осуществляется подвод  тепла к жидкости.
По задумке конструктора - перегретая вода сорвет мембрану и полностью переместится в соседний котел - слева.
Задание:
Опишите вкратце своими словами - какие свойства и силы переместят воду в пустой котел.
Обратите (и укажите назначение) внимание на срывную мембрану(регулировочный клапан).

Контрольная работа по курсу "Атмосферные машины Gravio"

Локомобиль Gravio

Отправлено 10 нояб. 2014 г., 1:54 пользователем Svetlana Elizarova   [ обновлено 10 нояб. 2014 г., 2:27 ]

Собственно,локомобиль Gravio - обычная паровая лопастная  тепловая машина в ...необычном исполнении.Вот краткий перечень "необычностей"
  • Паровой но без пара.
  • Паровой цикл Стирлинга
  • Паровой но ...наоборот.
  • Паровой испарительный и т.д..и т.п..

Начнем с простейшего - кавитационного.

Как и почему кипит вода - Вы уже знаете.Почему воду или пар перегревают а то и повторно нагревают многократно,думаю тоже имеете представление - чтобы увеличить удельную мощность,и частично повысить КПД.

Как и все тепловые машины - в нашем двигателе есть механизм преобразования движений молекул воды - в механическое движение,- движение - молекул исполнительного механизма.В паровозах это - поршень,в лопастных машинах,ротор с  с выдвижными лопатками.

Повторяюсь - именно простейший двигатель Gravio будет рассмотрен здесь - для понимания всех процессов,и если последнее случится,- перейдем к "изюминкам"...

Смотрим рисунок:


Внизу,а мы рассматриваем стационарный (пока) тепловой двигатель Gravio, расположена зона подвода тепла.Топка и ничего более.

Также почти как и  обычно, расположены и лопасти (выдвижные пластины). Не обычное здесь - траектория движения лопастей в статоре.И вот почему - для возврата воды в котел - не нужен дополнительный механизм.Защемленная лопатками порция воды - регулярно подается в зону нагрева,и испаряясь (?) и расширяясь - движет ротор.

Испаряясь(не с поверхности) - здесь означает - образует кавитационные микроскопические пузырьки - которые увеличивают объем воды уже слева и попадая в более холодную зону - схлопываются...

Этот тип двигателя - тихоходный,с большим крутящим моментом,бесшумный,и - долговечный.

Внимательный курсант или просто слушатель уже сообразил надеюсь,что справа можно разместить большое количество воды(у нас пока - стационарный вариант) которая будет подогреваться, что важно с точки зрения термодинамики,а еще более серьезный читатель поймет что можно перегревать воду под давлением и выпускать пар в верхнюю часть (на рис.пока не показано) в охладитель(или теплообменник как в цикле Стирлинга).и т.д...

Но мы с Вами остановимся на изучении стационарного,Локомобиля Gravio который по мнению одного нашего курсанта и нашего - вполне можно использовать в подсобном хозяйстве - как генератор дополнительной к уже имеющейся тепловой мощности.Проще - дачного котла отопления.

Обсуждение здесь

Как и почему кипит вода...

Отправлено 9 нояб. 2014 г., 8:57 пользователем Svetlana Elizarova

Любая жидкость при нагревании со временем достигает температуры, при которой она начинает кипеть. Во время кипения пузыри пара образуются во всем объеме жидкости, поднимаются на ее поверхность и лопаются, высвобождая горячий пар в воздух. Вода кипит при температуре 100°С (212°F).

При температуре кипения каждая молекула имеет достаточно энергии для преодоления сил, удерживающих ее вместе с другими молекулами в виде жидкости. Например, сосуд с кипящей водой содержит воду в жидком состоянии, которая превращается в водяной пар. Поверхностный водяной пар сразу же покидает кипящую воду. Что касается парообразования в толще воды, то там водяной пар формирует пузыри, каждый из которых, поднимаясь вверх, несет в себе миллиарды молекул воды.

Кипящая вода совершает фазовый переход из жидкого состояния в газообразное в процессе, называющемся парообразованием. Жидкости превращаются в пар и при температурах, меньших температуры кипения, в процессе, называющемся испарением. В отличие от кипения испарение происходит только с поверхности в том случае, когда молекулы имеют достаточно энергии, чтобы покинуть жидкость. Хотя испарение с ростом температуры интенсифицируется, пузыри пара образуются только во время кипения.

Рождение и гибель пузырей

  1. Вода содержит в себе воздух, растворенный или прилипший к попавшим внутрь частицам пыли (рисунок слева). При увеличении температуры воды растворимость воздуха уменьшается, в результате происходит формирование небольших воздушных пузырьков, большинство из которых быстро поднимается вверх и покидает жидкость. Этот процесс не является кипением.
  2. Когда вода приближается к точке кипения, пузыри водяного пара формируются на пылевых частицах и других примесях (так называемых ядрах парообразования). В этих пузырях температура превышает температуру кипения.
  3. Все больше водяного пара проникает в первые пузыри. Но так как окружающая вода все еще слишком холодна, эти пузыри конденсируются во время своего подъема и не достигают поверхности.
  4. Пузыри пара формируются во всем объеме кипящей воды, увеличиваясь в размерах по мере подъема к поверхности. Достигнув поверхности, пузыри лопаются и водяной пар выходит в атмосферу.

Камень для предупреждения выплескивания

Используемые в лабораторной практике дистиллированная вода и другие чистые жидкости, будучи свободными от пыли, не содержат ядер парообразования. В таких жидкостях могут формироваться большие, похожие на пленку пузыри пара, приводящие к опасному выплескиванию кипящей жидкости из сосуда. Специальный пористый камень (см.снимок) предупреждает такое выплескивание, предоставляя свою поверхность для образования многочисленных, постепенно растущих пузырьков пара.

Вот такая простая в общем - картина кипения воды.Нравится?Впрочем это дело вкуса.Но паровым двигателям - это очень даже и нравится...


Отличие турбины Gravio

Отправлено 11 нояб. 2013 г., 0:53 пользователем Светлана Елизарова   [ обновлено 9 янв. 2014 г., 0:51, автор: Владимир Каплий ]

Основное отличие турбины данного класса 
- отсутствие реактивного момента на корпусе турбины.
Это позволило применять турбину в качестве гидравлического редуктора и строить вертолеты без
  хвостового винта.
Последнее - привлекает внимание любителей авиации в большей мере чем иные новоделки в авиации.
Действительно,упрощенная кинематика снижает вес пустого ЛА (вертолета) на 70 %.
Схема такая:
ДВС работающий на масляный насос( в нашем случае был НШ-100) подает по магистрали (через полую втулку винта) непосредственно в турбину на корпусе которой и расположены кронштейны крепления лопастей.
Кроме того - втулкой винта - служит сам корпус турбины.
Продолжение - по мере поступления вопросов на форуме . 


Сопловый аппарат.

Отправлено 18 апр. 2013 г., 10:59 пользователем Светлана Елизарова   [ обновлено 19 окт. 2014 г., 8:42 ]

Количество сопел  - как Вы уже поняли должно соответствовать количеству лопаток. 
Принцип работы: 
Вода из котла(он же холодильник) под давлением пара(пар давит воду сверху вниз) холодная вода вытесняется из холодильника и поступает в сопловый аппарат.
Или - как принято в - блок сопел.
На выходе из сопла струя воды попадает на лопатку турбины отдавая ей  свою кинетическую энергию. Затем по обводному каналу вода поступает вновь в холодильник - преодолевает сопротивление клапана(обычная пружинная сталь) и вновь попадает в зону повышенного давления (пара).
Как видим - потерь на нагрев той части воды которая исполняет роль рабочего тела - абсолютно не нужен.
Котел нагревает ровно столько воды - сколько необходимо для создания давления в холодильнике.
При достижении турбиной средних оборотов котел автоматически переходит в прямоточный режим работы(клапан уже не закрывается).
На малых оборотах - также автоматически устанавливается пульсирующий режим работы 
Авиадвигателя Gravio
Следует запомнить (или понять)  что на средних и максимальных( а это основной режим работы двигателя) оборотах - вода поступает в и в котел и в холодильник - под напором,который и отключает клапан(отжимает от седла).и в работу вступает уже динамический клапан.
Т.е. - вода подается в холодильник непрерывной струей.
Вот пожалуй и все - для данного узла.

Устройство рабочего колеса авиадвигателя Gravio

Отправлено 17 апр. 2013 г., 1:04 пользователем Светлана Елизарова   [ обновлено 17 апр. 2013 г., 1:23 ]

На рисунке представлено рабочее колесо 
(Турбина Gravio) 
со стороны выходного звена тепловой машины.
В МикроГЭС а также  МикроТЭЦ 
К валу присоединяется генератор(обычно АД) а здесь - на вал устанавливается втулка воздушного винта,и сам винт.
Вал вращается на двух радиально-упорных подшипниках.
Других подшипников в двигателе просто нет.
Рабочее колесо - сварное,и состоит из основного и покрывного дисков между которыми расположены лопатки.
Лопатки спрофилированы для создания как гидродинамической тяги(в струе воды),так и для создания тяги  по 
Принципу Gravio 
в котором  используется логарифмический принцип построения - по заданному углу.
Информация о 
Спирали Gravio 
неоднократно давалась на наших форумах,поэтому нет нужды повторять ее здесь.
Кроме основного назначения - рабочее колесо  обладает достаточной массой для создания большого махового момента.Последний служит для сглаживания крутильных пульсаций на переходных режимах двигателя.


Со стороны  испарителя  и струйного   аппарата   лопатки закрыты покрывным диском ,точнее кольцом  скрепляющим лопатки и также обладающей равной массой - с суммарной массой лопаток.
Внутрь турбины (при сборке) установливается с зазором не более 1мм сопловый аппарат.Количество сопел(а это просто отверстие из под конусного сверла) соответствует количеству - лопаток.
На данном рисунке а это - типовой ротор авиадвигателя Gravio мощностью 40 л.с.- утановленно  40 штук.лопаток
Изготавливаются лопатки методом опиловки напильником(финишная обработка) из трубчатой заготовки.
Толщина обоих дисков 5 мм.Диаметр ротора - 300 мм.Диаметр вала 
30 мм.
Вот пожалуй и все о - рабочем органе авиадвигателя.
Вопросы - в комментариях.
Если Вы не зарегистрированы - просто читайте.
Очень пользительно между прочим - как  частенько говаривал 
Владимир из Таганрога


1-9 of 9