СИЛЬФОННО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ. ПРОДОЛЖЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ТЕМЫ

Косарев Александр Владимирович

Дата публикации: 15.10.2014

Опубликовано пользователем: Косарев Александр Владимирович

Рубрика ГРНТИ: 44.00.00 Энергетика, 55.00.00 Машиностроение

УДК: 536.8

Ключевые слова: , , , , , ,

Библиографическая ссылка:
Косарев А.В. Сильфонно-поршневой двигатель. Продолжение и развитие темы // Портал научно-практических публикаций [Электронный ресурс]. URL: http://portalnp.ru/2014/10/8916 (дата обращения: 27.10.2017)

Косарев Александр Владимирович
инженер-теплоэнергетик, член АН Векторной энергетики
АННОТАЦИЯ

В статье получили своё дальнейшее развитие теоретические представления, внесены новые конструктивные решения сильфонно-поршневого двигателя, работающего на принципиально новом термодинамическом принципе преобразования тепла в работу. В отличие от традиционных тепловых машин, использующих для преобразования тепла в работу процесс расширения рабочего тела, в сильфонно-поршневом двигателе используется принцип изменения формы рабочего органа при постоянном объёме рабочего тела. Этот принцип выходит за рамки теории Карно и исключает потери, связанные с термическим КПД. 

 

Ранее в ряде работ [4,5,7,8] автором представлена теория и конструктивные варианты сильфонно-поршневого двигателя, работающего на принципиально новом термодинамическом принципе преобразования тепла в работу. В отличие от традиционных тепловых машин, использующих для преобразования тепла в работу процесс расширения рабочего тела, в сильфонно-поршневом двигателе используется принцип изменения формы рабочего органа при постоянном объёме рабочего тела. Этот принцип выходит за рамки теории Карно и исключает потери, связанные с термическим КПД. Предлагаемый к рассмотрению тепловой двигатель реализует отмеченный выше принципиально иной способ преобразования тепла в работу. Данная установка, исключая передачу большей части подведенного тепла окружающей среде, исключает компенсацию за преобразование тепла в работу, связанную с расширением атмосферы. 

Главным конструктивным элементом сильфонно – поршневого двигателя является сильфонная гармошка (сократительная цепочка), преобразующая потенциальную энергию объёмного сжатия в механическую работу.
Для уяснения принципа работы сильфонно – поршневого двигателя рассмотрим работу сократительного элемента, изображённого на Рис.1. Сократительный элемент состоит из собственно сократительного элемента – 1, помещённого в сосуд 2. Сократительный элемент – 1 представляет собой призму с ромбическим основанием A-D-E-F и четырёх боковых граней (две из них на рисунке заштрихованы). Боковые грани изготовлены из жёстких пластин, способных воспринимать давление. Четыре боковые грани соединены между собой посредством осей (A-B, D-C и т.д.) и могут свободно вращаться по осям друг относительно друга. Два ромбических основания сократительной призмы напротив выполнены из гибкого материала (как, например полиэтилен), не препятствующего вращению боковых граней по осям, но способного выдерживать требуемое давление. Вся конструкция сократительной призмы выполнена герметичной. Внутренняя же полость сократительной призмы соединена с помощью гибкой трубки – 3 с атмосферой. Сократительная призма помещена в герметический сосуд, имеющий отверстие – 4. Сократительный элемент работает следующим образом. Рассмотрим Рис.1 слева. Здесь сократительная призма изображена во взведённом состоянии. Давление в полости сократительной призмы – 1 и в полости сосуда – 2 равно атмосферному - . Подаём в сосуд – 2 через отверстие – 4 газ или жидкость под давлением . Под воздействием объёмного сжатия сократительная призма начинает схлопываться и примет положение, изображённое на Рис.1 справа. Вот этот элементарный акт сокращения и лежит в основе работы сильфонно – поршневого двигателя. При сокращении элемента совершается работа:  (1) где:  - разность между давлением, подаваемым в сосуд и атмосферным давлением; - суммарная площадь четырёх боковых граней сократительного элемента; - расстояние между точками F и D на которое схлопывается сократительный элемент; -острый угол ромбического основания сократительного элемента. По причинам, которые выяснятся ниже, принимаем этот угол по возможности минимальным. В (1) учтено, что при схлопывании сократительного элемента противоположные боковые грани движутся в направлении друг друга и проходят расстояние , сила направленная по движению равна . Уже из процесса схлопывания сократительного элемента виден принципиально иной способ производства работы из энергии объёмного сжатия, который не сопровождается процессом расширения рабочего тела. Здесь и давление  внутри сосуда содержащего сократительную призму и давление внутри сократительной призмы остаются постоянными при совершении работы. Изменяется только форма сократительной призмы.

Рис.1

Чтобы более наглядно представить процесс преобразования потенциальной энергии объёмного сжатия в механическую работу рассмотрим сократительную цепочку, изображённую на Рис.2. Сократительная цепочка (поршень) представляет собой много последовательно соединённых сократительных элементов, помещённых в общий сосуд (цилиндр). Один конец цепочки (на Рис.2 левый) свободен, другой (правый) прикреплён к стенке сосуда с помощью крепежа -2. Если подать в сосуд (цилиндр) через отверстие газ или жидкость под давлением , то каждый из сократительных элементов поршня начнёт схлопываться. По причине того, что цепочка правым концом жёстко закреплена к стенке сосуда, левый конец цепочки при её сокращении начнёт двигаться в правую сторону. При этом в процессе сокращения цепочки (поршня) будет совершаться работа, будет идти процесс преобразования потенциальной энергии давления в механическую энергию. Работа сократительной цепочки равна сумме работ всех последовательно соединённых сократительных элементов.  (2) где: - количество последовательно соединённых сократительных элементов сократительной цепочки; - из (1), работа одного сократительного элемента. Так как при постоянных размерах сосуда (цилиндра), вмещающего сократительную цепочку, мы будем стремиться к максимальному увеличению количества сократительных элементов цепочки, то угол  будет стремиться к нулю и для простоты косинус в формуле (1) заменим на единицу. С учётом этого имеем:

 

Рис.2

; (3)  - объём сосуда, освободившийся при сокращении сократительной цепочки. Таким образом, при воздействии на сократительную цепочку внешнего давления производится работа (3). Чтобы на основе сократительной цепочки получить длительно работающий двигатель необходимо добиться цикличности действия сократительного эффекта цепочки. 

КОНСТРУКТИВНАЯ СХЕМА ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ НА ОСНОВЕ СОКРАТИТЕЛЬНОЙ ЦЕПОЧКИ И ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПА ЕГО РАБОТЫ

Для обеспечения цикличности работы двигателя согласуем работу двух сократительных цепочек таким образом, чтобы сокращение одной цепочки сопровождалось бы растяжением другой. Принципиальная конструктивная схема двигателя изображена на Рис.3. Рисунок имеет следующие цифровые позиции: 1 и 2 – рабочие цилиндры (сосуды). Поперечное сечение рабочих цилиндров может иметь любую удобную форму (круг, прямоугольник). Левый и правый цилиндры, расположенные на одной оси, разделены перегородкой – 10, к которой с помощью крепежей – 2 (Рис.2) присоединяются поршни (сократительные цепочки) – 3 и 4. Для согласованной работы сократительных цепочек разных цилиндров они соединены с помощью штоков – 5. Длины штоков таковы, что когда одна сократительная цепочка (поршень), скажем левая, максимально растянута, то другая полностью сжата. Как на Рис. 3. Штоки проходят через разделительную перегородку – 10 цилиндров через сальниковые уплотнения – 9. На подвижных концах рабочих поршней – 3 и 4 расположены компрессионные поршни – 6, с расчётными отверстиями – 12. Компрессионные поршни обеспечивают компрессию цилиндров в области сократительной цепочки. Об особенностях компрессии сильфонно-поршневого двигателя остановимся ниже. Левая сократительная цепочка с помощью ползуна – 13, соединена с кривошипно-шатунным механизмом – 8. Ползун проходит через стенку левого цилиндра в сальниковом уплотнении – 7. Внутри элементов сократительных цепочек находится воздух. Пространство сократительных элементов соединено с атмосферой как на Рис.1. Пространство внутри цилиндров – 1 и 2 за пределами сократительных цепочек заполнено какой-либо жидкостью, например водой. Пространства внутри цилиндров, заполненные жидкостью, объединены с помощью коллектора – 11 воедино. На коллекторе -11 имеются два охлаждающих устройства – 14. Коллектор -11 с помощью запорных устройств – 15 и 16 соединён с цилиндрами таким образом, что рабочее тело (жидкость) поступает в область сильфонной гармошки со стороны её неподвижного конца. Цилиндры – 1 и 2 на большей своей части постоянно тепло изолированы. Для этого они защищены теплоизоляционными покрытиями – 18. Меньшая часть цилиндров, примыкающая к неподвижной стороне сократительных цепочек, имеет съёмные теплоизоляционные пластины – 17. Область цилиндра, покрываемая съёмными теплоизоляционными пластинами не должны превышать область, занимаемую сократительной цепочкой в состоянии полного сжатия (как на Рис.3, справа, позиция – 4). В процессе работы двигателя теплоизоляционные пластины имеют возможность отодвигаться от стенок цилиндра и обеспечивать поток тепла  (Рис.3) к рабочему телу цилиндра (жидкости) в зоне сократительной цепочки, у её неподвижного конца.
На рис.4 изображён один из вариантов сильфонно-поршневого двигателя ранее уже описанного в литературе. [4,5,7,8]. Здесь в качестве поршня используется не сократительная цепочка, а сильфонная гармошка – 3, 4 (Рис.4). Принцип работы в этом варианте тот же, но имеются конструктивные преимущества. Внутреннее пространство сильфонных гармошек общее, что облегчает его соединение с атмосферой. Для штока – 5 не требуется сальника. В данной статье мною принята конструкция с сократительной цепочкой для более наглядного представления принципа работы. У некоторых авторов возникает сомнение в возможности сокращения сильфонной гармошки под воздействием внешнего давления. Ещё одной отличительной особенностью нового варианта является конструкция тепловой изоляции цилиндров. Ранее изоляция цилиндра вся была съёмной и состояла из набора скорлуп. Скорлупы прижимались к цилиндру по мере сокращения сильфонной гармошки. Скорлупы предполагается прижимать даже с некоторым опережением сжатия сильфонной гармошки. Причина такого действия будет описана ниже. И в конструкции сократительной цепочки, и в конструкции сильфонной гармошки 

 

Рис.3

 

Рис.4 Рисунок имеет следующие цифровые позиции: 1 и 2 – рабочие цилиндры. Поперечное сечение рабочих цилиндров может иметь любую удобную форму (круг, прямоугольник); 3 и 4 – сильфонные поршни; 11 – коллектор, соединяющий воедино внутренние полости рабочих цилиндров; 10 – запорная арматура на трубопроводе, соединяющем внутренние полости рабочих цилиндров; 6 – сальниковые уплотнения в месте прохода через стенку цилиндра ползуна – 9, передающего тяговое усилие от сильфонного поршня на шатун кривошипно – шатунного механизма; 7 – сочленение между ползуном и шатуном; 8 – кривошипно шатунный механизм; 12 – съёмные теплоизоляционные кожуха рабочих цилиндров; 5 – шток, обеспечивающий взаимодействие сильфонных поршней 3 и 4. 

необходимо предусмотреть механическое устройство, не позволяющее отдельным сократительным элементам растягиваться на величину большую допустимой (допустимо установленной конструктором). Если общее растяжение лимитируется штоком -5, то предельный угол  должен лимитироваться упомянутым механическим устройством.
Теперь опишем принцип работы двигателя на основе сократительной цепочки. Работа двигателя на основе сильфонной гармошки описана в [4,5,7,8] и мало чем отличается от того, что будет описано здесь. 

Рис.5

Обратимся к рисунку -3. Описание рабочего цикла теплового двигателя начнём с положения изображённого на рисунке, когда сократительная цепочка левого цилиндра (на Рис.3 позиция 3) полностью растянута, а сократительная цепочка правого цилиндра (на Рис.3 позиция 4) полностью сжата. Съёмные теплоизоляционные пластины – 17 прижаты к поверхности цилиндров (как на правом цилиндре). Подвод тепла от внешнего источника к рабочему телу (жидкости) цилиндров в этом случае исключается. Отметим принципиально важный момент. Объём рабочего тела (жидкости) двигателя в обоих цилиндрах суммарно всегда постоянен. Он равен внутреннему объёму двух цилиндров за вычетов объёмов двух сократительных цепочек – левой, полностью растянутой, и правой, полностью сжатой (как на Рис.3). Запорные устройства – 15 и 16 закрыты. Давление и температура рабочего тела в цилиндрах равны параметрам внешней среды. Давление внутри полостей элементов сократительных цепочек всегда равно атмосферному, так как они соединены с атмосферой. Состояние рабочего тела в данный момент характеризуется на T-S диаграмме точкой – 1 (Рис.5). На Рис.5 изображён термодинамический цикл сильфонно-поршневого двигателя. В этот момент теплоизоляционные пластины – 17 на первом (левом) цилиндре открываются. Теплоизоляционные пластины отодвигаются от поверхности обечайки цилиндра -1. (см. Рис.3). В этом состоянии обеспечена теплопередача от внешнего источника тепла к рабочему телу первого цилиндра. Теплоизоляционные пластины на втором цилиндре, напротив плотно облегает поверхность обечайки цилиндра. Тем самым передача тепла от внешнего источника тепла к рабочему телу цилиндра – 2 не возможна. Подводимое тепло к первому цилиндру вызывает повышение давления его рабочего тела (жидкости), находящегося при постоянном объёме в области сократительной цепочки до точки 2 (Рис.5). Подвод тепла к постоянному объёму несжимаемой жидкости приводит к резкому увеличению давления. Так нагрев воды при постоянном объёме на 1˚С приводит к увеличению давления на 5-ть атмосфер. [3]. Этот эффект и используется для изменения формы (у нас сжатия) сократительной цепочки и совершения работы. При этом давление внутри сократительных элементов поршня – 3 первого цилиндра не изменяется, так как их внутренние полости соединены с атмосферой. В результате создаётся перепад давлений по сторонам сократительных элементов поршня первого цилиндра. Этот перепад давлений между точками 2 и 1 (Рис.5) определяется внешней нагрузкой на валу машины. Как только давление в точке 2 (Рис.5) достигнет величины достаточной для преодоления внешней нагрузки, то сократительная цепочка первого цилиндра начинает сжиматься, возникает тяговое усилие, которое через ползун – 13 передаётся на кривошипно – шатунный механизм. Происходит преобразование энергии теплового потока подводимого к рабочему телу первого цилиндра в механическую энергию на коленчатом валу. При сжатии сократительной цепочки (поршня) состояние рабочего тела в первом цилиндре не меняется и определяется точкой 2 на Рис.5. Сжатие сократительной цепочки – 3 приводит к тому, что через воздействие штоков – 5, растягивается правая сократительная цепочка – 4. При этом компресионный поршень – 6 правого цилиндра выталкивает рабочее тело из полости второго рабочего цилиндра через трубопровод – 11 в полость первого рабочего цилиндра, которая освобождается при сжатии сильфонного поршня – 3 и через открывшуюся арматуру – 16 в полость сократительной цепочки – 4 правого цилиндра. Таким образом, рабочее тело в цилиндрах, перетекая, постоянно находятся при постоянном объёме. В момент полного сжатия сократительной цепочки – 3 левого цилиндра – 3, закрывается (прижимается к цилиндру) теплоизоляционная пластина -17 цилиндра – 1, при полном растяжении на данный момент сократительной цепочки – 4 правого цилиндра – 2. Открывается теплоизоляционная пластина на цилиндре – 2. Начинается подвод тепла к рабочему телу цилиндра – 2, происходит сжатие сократительной цепочки – 4. Далее все процессы протекают в той же последовательности, что и описаны выше, но от цилиндра – 2 к цилиндру – 1. Цикл замкнулся.
Попеременное прижимание теплоизолирующих пластин -17 к поверхности рабочего цилиндра в процессе циклической работы двигателя можно обеспечить с помощью кинематической схемы, соединённой с коленчатым валом.
Теперь об особенностях компрессии в сильфонно-поршневом двигателе. С одной стороны задача компрессии сильфонно-поршневого двигателя та же, что и у двигателя внутреннего сгорания. Исключить утечку рабочего тела через зазоры и тем самым исключить не производительные потери потенциальной энергии давления. Причём для двигателей внутреннего сгорания, чем плотнее компрессия, тем лучше. У сильфонно-поршневого двигателя компрессия не может быть абсолютной. При сокращении сильфонной гармошки (сократительной цепочки) рабочее тело (жидкость) должно выдавливаться за компрессионный поршень. В противном случае жидкость не даст возможности сокращаться сильфонному поршню (сократительной цепочке). Выдавливание жидкости из рабочей зоны сократительной цепочки происходит через отверстия -12 в компрессионном поршне. Причём размер отверстий -12 подбирается таким образом, чтобы с одной стороны обеспечить в рабочей зоне рабочее давление (соответствующее точке 2 (Рис.5)), с другой обеспечить выход жидкости их зоны сокращения сократительной цепочки. Если размеры отверстий будут больше необходимого, то давление распространится на весь объём рабочего тела в обоих цилиндрах, и сократительные цепочки обоих цилиндров будут сокращаться одновременно, уравновешивая друг друга. Результирующего сокращения не будет. Если отверстия будут по размерам меньше допустимого, то потенциальная энергия давления рабочей зоны будет в значительной мере расходоваться на дросселирование рабочего тела при вытеснении его в не рабочую зону.
Мощность рассматриваемого двигателя определяется мощностью теплового потока , подводимого к рабочей зоне сократительной цепочки. Величина теплового потока  определяется в соответствии с основной формулой теплопередачи:  (4); где:  – тепло, переданное к первому цилиндру за период сжатия его сократительной цепочки; k – коэффициент теплопередачи; F – теплопередающая поверхность рабочего цилиндра, равная площади теплоизолирующих пластин – 17 рабочего цилиндра; - теплоперепад между внешним источником тепла и рабочим телом первого цилиндра, имеющим температуру  в точке 2 (Рис. 5). Для заданных термодинамических и конструктивных условий величина теплового потока постоянна. .
При работе сильфонно-поршневого двигателя проявляется существенно вредный момент. Происходит передача тепла из рабочей зоны цилиндра (область занятая сократительной цепочкой), где происходит преобразование тепла в механическую работу, в нерабочую зону при циклическом перемещении рабочего тела. Это не допустимо, так как подогрев рабочего тела вне рабочей зоны приводит к возникновению перепада давлений и на не работающий сильфон (элементы не работающей сократительной цепочки). Тем самым будет возникать вредная сила против производства полезной работы. С целью исключения данного вредного эффекта, рабочее тело, перед поступлением в рабочую зону цилиндра через запорные устройства – 15 или 16, охлаждается в охладителях -14 до температуры точки – 1 (Рис.5). Это снижает КПД двигателя. 
Покажем, что доля тепловой энергии отведенной в охладителях – 14 из цикла для поддержания постоянной температуры рабочего тела в точке 1 (Рис. 5), может быть очень малой в сравнении с тепловой энергией подведенной в цикл и превращённой в механическую энергию на коленчатом валу. Составим уравнение теплового баланса для теплового потока  подводимого к первому цилиндру за период сжатия его сильфонного поршня (сократительной цепочки). 
 (5); где: - работа, механическая энергия, полученная на коленчатом валу при сжатии сократительной цепочки (сильфонного поршня) – 3; - тепло, отведенное из цикла при охлаждении выдавливаемого из цилиндра рабочего тела в охладителе – 14, для поддержания постоянства температуры в точке цикла -1 (Рис. 5).
Отводимое в охладителе – 14 тепло, согласно (5) снижает полезную работу. Поэтому встаёт задача снижения . Для этого увеличиваем число сократительных элементов сократительной цепочки до возможно большего количества на единицу длины цилиндров. Это позволит добиться того, что рабочее тело, выдавливаемое из рабочей зоны цилиндра (зоны занимаемой сократительной цепочкой) через отверстия – 12, будет не сразу попадать в нерабочую зону цилиндров, а предварительно протекает через область сократительной цепочки ещё не попавшей в зону подвода тепла. Тепло этого выдавливаемого потока будет повышать давление в ещё не обогреваемых сократительных элементах, вызывая их частичное сокращение и, следовательно, часть тепла, вытесняемого рабочего тела будет превращаться в работу. Так как вытесняемое рабочее тело, как и всё рабочее тело двигателя, находится при постоянном объёме, то частичный отвод тепла приводит к снижению температуры вытесняемого рабочего тела до точки 3 (Рис.5). Охлаждаемое тепло, отводимое в охладителях, снижается до площадки a-1-3-b. (Рис.5). Если бы вся сократительная цепочка изначально подогревалась полностью, а не в окне съёмной изоляционной пластины, то  равнялось бы площадке a-1-2-c. В нашем же случае тепло b-3-2-c превратилось в полезную работу. Чем больше сократительных элементов сократительной цепочки будет находиться вне зоны подвода тепла от внешнего источника, тем сильнее будет охлаждаться рабочее тело, вытесняемое из области сократительной цепочки. Тока 3 будет стремиться к точке 1, а площадка a-1-3-b к нулю.
Запишем количество тепла, передаваемого из рабочей зоны цилиндра в нерабочую зону при сжатии сильфонного поршня и которое необходимо отводить из цикла для поддержания постоянства температуры в точке 1. ; (6). В (6) - масса рабочего тела, вытесненная из рабочей зоны в нерабочую при сжатии сильфонного поршня (сократительной цепочки). Эта величина для конкретной конструкции постоянна; - массовая теплоёмкость рабочего тела при постоянном объёме; - перепад температур между точками 2 и 1, между температурой рабочего тела в рабочей зоне сильфона и температурой рабочего тела вне рабочей зоны после охлаждения в трубопроводе – 11 (Рис. 3). Эта величина при увеличении числа гармошек сильфона, как показано выше, уменьшается и в пределе стремится к нулю. А это означает согласно (6), что при стремлении к нулю перепада температур в охладителе стремится к нулю и , тепло, отводимое из цикла. С учётом сказанного термический КПД сильфонно- поршневого двигателя в этих условиях возрастает, стремясь к 1 при стремлении  к нулю.  при ;
Потери от охлаждения рабочего тела в сильфонно-поршневом двигателе  (6) не носят столь принципиально неизбежного характера как потери тепла  в теории Карно для циклов с процессами расширения. Потери от охлаждения в сильфонно-поршневом двигателе как показано выше могут быть снижены до сколь угодно малой величины. Отметим, что в данной работе речь идёт о термическом КПД. Внутренний относительный КПД, связанный с трением и другими техническими потерями остаётся на уровне сегодняшних двигателей.
Становится понятной необходимость механического устройства, не допускающего растяжение сократительных элементов больше допустимого. Без такого устройства сократительная цепочка, находясь под внешней нагрузкой, в зоне разогрева рабочего тела будет сокращаться, а остальная часть цепочки будет растягиваться. Общего перемещения, воздействующего на ползун, не будет. Да и растянутые сократительные элементы, попавшие в зону подвода тепла, уже не смогут сокращаться. 
В схемах, предложенных ранее [4,5,7,8], для уменьшения  предусматривалась схема опережающего прижатия теплоизоляционных скорлуп – 12 (Рис.4), в процессе сокращения сильфонного поршня. Предложенная в данной статье схема (Рис.3) представляется более эффективной. 

ОБОСНОВАНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СИЛЬФОННО-ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ

Представим некоторые обоснования работоспособности предлагаемого двигателя. Так как двигатель использует совершенно новый термодинамический принцип преобразования тепла в работу и на данный момент нет действующих моделей, то это вызывает естественное сомнение в его работоспособности.
а). Совокупность сил и их результирующая.
На боковые поверхности каждого сократительного элемента сократительной цепочки действуют силы, приводящие к схлопыванию сократительного элемента и при этом производящие полезную работу. Силы направлены навстречу друг другу, но они в процессе схлопывания сократительного элемента не уравновешены. Равновесие наступает только в момент полного сокращения. Причём все эти силы с точки зрения производства работы направлены по направлению движения и поэтому складываются. И только сила давления, действующая на компрессионный поршень -6, направлена против перемещения и должна вычитаться из совокупности сил, действующих на сократительные элементы. Причём чем больше сократительных элементов в сократительной цепочке, тем незначительнее влияние силы противодействия на компрессионный поршень и тем значительнее результирующая сила, воздействующая через ползун -13 на коленчатый вал. Мы не учитывали силы трения всегда направленные против движения. Но они незначительны в сравнении с силами давления. Мы видим, что с точки зрения совокупности сил, возникающих при работе сильфонно-поршневого двигателя, двигатель работоспособен.
б). Баланс энергии.
Есть и энергетические соображения, которые могут вызывать сомнения в работоспособности предлагаемого двигателя. В (3) записана работа производимая сократительной цепочкой в процессе её сокращения. Но если мы запишем работу производимую силами действующими на компрессионный поршень -6 в процессе сокращения сократительной цепочки, то получим ту же величину:
; где: - площадь компрессионного поршня, на который действует перепад давлений . Эта площадь равна половине площади боковой поверхности сократительного элемента;  - расстояние, которое проходит компрессионный поршень при сокращении сократительной цепочки.
На первый взгляд получается, что вся полезная работа, полученная в процессе сокращения сократительной цепочки, полностью расходуется на работу перемещения компрессионного поршня против сил. А с учётом затрат работы против сил трения общий энергетический эффект выглядит даже отрицательным. Обратим внимание на такой момент. Работа, совершаемая компрессионным поршнем, производится против действующих на него сил. Из этого следует, что совершаемая компрессионным поршнем работа должна идти на повышение потенциальной энергии. Но в процессе сокращения сократительной цепочки параметры рабочего тела остаются неизменными, соответствующими точке -2 на T-S диаграмме (Рис.5). Следовательно, потенциальная энергия, получаемая в процессе перемещения компрессионного поршня, не накапливается в рабочем теле в области сократительной цепочки, а тут же преобразуется в сократительной цепочке в работу на коленчатом валу. А с учётом превосходящего значения сил сокращения цепочки в сравнении с силами противодействия на компрессионный поршень, происходит процесс преобразования энергии подводимого извне теплового потока в механическую энергию на коленчатом валу. Таким образом, анализ сил и энергетических потоков двигателя говорит в пользу его работоспособности.
в). Ещё одним убедительным доказательством работоспособности сильфонно-поршневого двигателя является жизнедеятельность клеточной органеллы митохондрии и сократительная активность саркомера мышечной клетки. [5,9]. Эти биологические структуры используют тот же термодинамический принцип преобразования тепла в работу, что и сильфонно-поршневой двигатель. 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Отличительной особенностью новой технологии является возможность работы на малых перепадах температур с высоким КПД. В традиционных циклах, использующих при преобразовании тепла в работу процессы расширения рабочего тела, КПД в преобладающей степени зависит от перепада температур. Но дальнейший рост перепада температур достиг своего потолка и ограничен прочностными свойствами сталей.
Для проверки работоспособности сильфонно-поршневого двигателя необходимо проведения комплекса опытно-конструкторских работ. При этом затраты на проведение этих работ незначительны сами по себе. Однако в случае успеха открываются возможности для общедоступного и неограниченного производства энергии от возобновляемых источников. [5, 8]. В случае успеха снимаются и многие экологические проблемы энергетики.

ЛИТЕРАТУРА

1. Антонов В.Ф. и др. Биофизика. – М.: “Владос”, 2003г., 288с.
2. Базаров И.П. Термодинамика. – М.: “Высшая школа”, 1991г., 376с.
3. Вукалович М.П. Теплофизические свойства воды и водяного пара. – М.: “Машиностроение”, 1967г., 160с.
4 Косарев А.В. Патент на полезную модель RU №68067 Тепловой двигатель (варианты). Бюл. №31 от 10.11.2007г.
5 Косарев А.В. Монография “Динамика эволюции неравновесных диссипативных сред”. Издание второе, переработанное и дополненное. – Из-во: LAMBERT Academic Publishing, г. Саарбрюккен, Германия, 2013г., 354с.
6. Косарев А.В. Условие применения цикла Карно в качестве мерила эффективности преобразования тепла в работу. http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/8074.html
7. Косарев А.В. Сильфонно поршневой двигатель – двигатель на новом термодинамическом принципе преобразования тепла в работу. Коллективная монография “Передовые решения в науке и практике: научные гипотезы, новизна и апробация результатов исследований”. / АНО содействия развитию современной отечественной науки Издательский дом “Научное обозрение”. – М.: Планета, 2013г.-168с.
8. Косарев А.В. Тепловой двигатель на новом термодинамическом принципе преобразования тепла в работу и его работа на естественных перепадах температур возобновляемых источников энергии. 
http://new-idea.kulichki.net/pubfiles/140121164236.doc
9. Косарев А.В. Митохондрия как биологический тепловой двигатель внутри клеточного конвейера. http://www.trinitas.ru/rus/doc/0016/001d/2327-ksr.pdf
10. Лариков Н.Н. Теплотехника. – М.: Стройиздат, 1985г., 432с.
11. Путилов К.А. Термодинамика. – М.: “Наука”, 1971г., 377с.
12. Рабинович В.А., Хавин В.Я. Краткий химический справочник. – Ленинград, “Химия”, 1978г., 392с. 


Количество просмотров публикации: -

© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором публикации (комментарии/рецензии к публикации)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.