Преобразователь низкопотенциальной энергии по органическому циклу Ренкина.

Не лёгкое решение

Всем привет! Долго думал о том, стоит ли выкладывать такой проект, но появилась определённая мотивация. Познакомьтесь с прототипом двигателя внешнего сгорания с рабочим телом в виде фреона. Не судите строго - это только МВП прототип. Все детали, кроме металлических, отпечатаны на фотополимернике Anycubic photon mono и Anycubic photon mono 2 (к нему отдельная претензия - засветка первых слоёв жестко зашита в ПО, что вызвало определённые сложности). Конструктивные элементы на FDM Anycubic i3.

Суть идеи

Иногда, лёжа на кровати в ночной тишине, можно уловить мимолётную мысль, начать её думать, понять, что она не лишена смысла и вот на часах 3 часа ночи, а ты судорожно ведёшь расчёты. Вот есть пластинчато-роторный мотор, (кто не в курсе это сердце пневмо-гайковертов), работает он по довольно простому принципу - есть смещённый ротор и пластины, которые выдвигаются за счёт центробежной силы, воздух под давлением подаётся в камеру и начинает давить на все поверхности равномерно, но вот в связи со смещённой осью площадь лопаток разная и ротор вынужден вращаться в сторону лопатки с большей площадью:

А что если не подавать воздух, а например нагреть его прям в камере, тем самым увеличив давление относительно смежной камеры, или ещё лучше - перевести жидкость из одного агрегатного в другое и тем самым получить разницу давлений? Но чтобы вернуть в изначальное состояние рабочее тело его также надо охладить, поэтому во втором такте его надо охлаждать, при этом ниже температуры конденсации при текущем давлении. Как итог у нас получается замкнутый цикл. Гладко было на бумаге, но для реализации пришлось пройти 3 независимых прототипа.

MARK 1 (корректнее - мрак)

Собственно, в разрезе красным обозначена зона с горячим теплоносителем, синим - с холодным, между рабочей камерой и теплоносителем - стенка из тонкой жести от баллона для портативной газовой печки (он стал эталоном для всех остальных прототипов), рабочее тело - Изобутан.

Итоги тестов:

1 Расчёт зон давления ошибочный, ошибка на порядок.

2 Герметичность, а точнее её отсутствие - очень серьёзный враг.

3 Запуск в системе с визуальным контролем непрактичен и сложно реализуем.

MARK 2

Взвесив все ошибки и проведя более доскональный расчёт, был спроектирован намного более серьёзный вариант, собственно любой вменяемый человек должен был остановиться ещё на идее, так как для реализации нужна высокая точность и прочность, но прочность нужна только для испытательной модели, а у нас цель - проверка идеи. Так что нужна только точность, а вот точность может обеспечить Anycubic photon mono. К сожалению, фото готового не сохранились, так что покажу вам на 3д моделях.

Изменения

1 Возврат к 4х лопастной схеме

2 В крышках добавлены каналы стабилизации давления

3 Соотношение термозон другое

4 Лопасти сообщающиеся

5 В термозону добавлены каналы-рёбра

6 Добавлено болтовое крепление крышки

Итоги тестов:

1 Самозапуск невозможен, нужен запуск на порядка 600 оборотов в минуту

2 Герметичность, а точнее её отсутствие - враг номер 1 (все еще)

3 Перекос ротора и соосность крышек тоже теперь проблема

4 Отсутствие какого-либо контроля давлений в зонах

MARK 3

Финальная итерация и заморозка проекта в связи отсутствия доступа к более серьёзным материалам и технологиям обработки. Для понимания - то, что вы видите, это 69-я доработка в рамках MARK 3

Для запуска реализована обгонная гермомуфта в задней части, печаталась из промышленного фотополимера с ценником 8к за пол-литра, но это не спасло - муфта живёт минут 5 эксплуатации, а это примерно 5 попыток запуска, потом разбор и замена муфты, гермоузел и вал, разобранный газлифт.

Фланцы стенда являются прижимной частью корпуса и по факту являются частью двигателя в сборе

Верхняя и нижняя крышка теперь прижимаются фланцами что позволяет их выставить в 0 как по углу, так и по соосности, также добавлены: заправочное отверстие, планка герметизации оси и выходы манометров.

Также добавлен балансирующий канал и паз для прокладки

Термозона также претерпела значительные изменения: изменились соотношения зон, добавлен змеевидный канал, оптимизирована геометрия, монтажные отверстия прям в фотополимере (хватает примерно на 7-8 сборок-разборок)

Ну и новый ротор:

Итоговый собранный вариант выглядит вот так:

Ответы на незаданные вопросы:

-КАКОЙ КПД?!

-Ограниченный циклом Карно, всё зависит от рабочего тела и температуры теплоносителя, этот показатель можно только замерить, посчитать его не возможно, если хотите посчитайте, каждый раз при изменении любого параметра цифры будут убегать, обратный расчёт тоже ересь даёт, а самая вишенка, это то что рассчитать гидродинамическую составляющую кипения органического рабочего тела при влияние центробежных сил практически невозможно.

-РАБОТАЕТ?

-Это прототип, а не испытательная модель - его можно запустить, но что либо узнать кроме перепада давлений не получится, ибо нужны серьезные доработки, а снять полезную работу тем более не получится, так что с этой стороны можно считать так - не работает, но запускается. Порядок запуска следующий:

1 разгон ротора

2 запуск насоса горячего контура

3 запуск насоса холодного контура

4 отключение разгона

5 посмотреть на манометры и наслаждаться разницей показателей холодной и горячей зоны

-ЗАЧЕМ?

-Это преобразователь низкопотенциального тепла, что значит зачем? Области его применения почти безграничны, везде, где есть перепад температур этот двигатель может работать, достаточно 50 градусов дельты.

-ЭТО ЖЕ ВЕЛОСИПЕД! ЕСТЬ ЖЕ СТИРЛИНГ

-Нет, это не Стирлинг, у него слишком много отличий от Стирлинга, АНАЛАГОФ НЕТ! Извините, не удержался. А если серьёзно, я не нашёл пока подобных решений, если есть знания про аналог - пишите в комментах, с удовольствием сворую ИР

-ЧТО ДАЛЬШЕ?

-MARK 4, тефлон, сталь, латунь, интегрированный радиальный генератор, регулятор оборотов, в общем ой-ой ещё как много работы, но это где-то в будущем, сейчас занят стройкой дома и воспитанием двухлетнего сына)

P.S работает как тепловой насос, это в планы не входило, но бонус приятный.

P.P.S Спасибо за прочтение! По возможности отвечу на вопросы в комментариях, если вам нравится, не скупитесь на лайки - одобрение это важно и приятно. Модельки не дам, не из жадности, а из вопросов безопасности - система находится под серьёзным давлением во время работы и имеет серьёзные недочеты, я рассказал и показал, как это можно реализовать, у вас есть всё, чтобы повторить опыт.