Read Silniki spalinowo-parowe, czyli jak jedzi tanio na wodzie, Piotr Chabecki, Eurokalmatron text version

Elementy prezentacji:

· · · · · · · Geneza idei Rys historyczny Koncepcja Prototyp Ochrona rozwizania Opis instalacji ON-steam Stan obecny i plany rozwoju

Geneza idei:

· · · · rodowisko naturalne Zasoby surowców Dywersyfikacja ródel energii Ekonomia

Rys historyczny

· Okres przedwojenny · Okres II Wojny wiatowej · Okres powojenny

Koncepcja

· Czy uda si zaadoptowa znan ide do nowych celów (pojazdów cywilnych)? · Czy moliwe bdzie legalne korzystanie z nowego opracowania starej technologii? · Poznawanie innych rozwiza · Opracowanie idei prototypu

Prototyp

· · · · Plany Rzeczywisto Modyfikacje uytkowe Model funkcjonalny

Ochrona rozwizania

· Zgloszenia · Prace patentowe ­ modyfikacje · Reprezentacja prawna

Opis instalacji ON-steam

· · · · · · · Wstp Teoretyczny Opis dzialania Elementy instalacji Opis elementów instalacji Uruchomienie Kalibracja czujników Ustawianie parametrów

Stan obecny i plany rozwoju

· · · · Co w prototypie a co w praktyce Wdroenia podstawowe Elementy dodatkowe Przyszle plany

Geneza idei

yjemy z dobie wielkiego zapotrzebowania na szybkie przemieszczanie si z miejsca na miejsce czsto oddalonego od siebie o wiele kilometrów. S do tego wykorzystywane pojazdy komunikacji miejskiej, krajowej lub midzynarodowej jak i pojazdy prywatne. O ile te drugie bywaj zasilane silnikami benzynowymi jak i diesla o tyle te pierwsze glównie silnikami diesla

Geneza idei

Praktycznie kady stojc w korku lub przy ulicy widzc tu obok ruszajcy samochód ciarowy lub autobus i widzc (a zaraz potem czujc smród) to co wydobywa si z rury wydechowej zastanawial si czy musi by i czy naprawd niemona nic zrobi?

Geneza idei

Tak pokrótce narodzil si pomysl, cho pocztkowo bez szczególów, ulepszenia stanu rzeczy. Zaczlo si od dokladnego, ponownego przeanalizowania zasady dzialania silnika spalinowego.

Geneza idei

Nagle okazalo si, e jest bardzo duo do zrobienia, bowiem rzeczywista sprawno rzadko jest wiksza od 10%.

Geneza idei

· rodowisko naturalne

Naley równie wzi pod uwag fakt, e dzialanie pracy silnika bardzo niszczy nasze naturalne rodowisko. Lasy wokól wielkich skupisk miejskich i przemyslowych tylko w czci potrafi ochroni nas przed skutkami wdychania szkodliwych substancji. Jeli nie pomoemy naszemu rodowisku powróci do stanu pierwotnego to nasze dzieci nie bd mogly cieszy si zdrowiem i zasobami naturalnymi. W ostatecznym rozrachunku nasze dzieci umr bez szansy na normalne ycie. ON-steam daje nam nadziej.

Geneza idei

· rodowisko naturalne

Nie jestemy w stanie w aden sposób wyhamowa naszej ekspansji cywilizacyjnej, zreszt nie mamy zamiaru tego robi. Jednak moemy znacznie zmniejszy stopie degradacji rodowiska, a nawet pomóc w jego odbudowie. Zmniejszajc ilo produkowanych spalin spelniamy wczeniej opisane zaloenia.

Geneza idei

· rodowisko naturalne

Instalacja powinna zatem spelnia opisane wczeniej warunki. W tworzeniu instalacji przywiecaly trzy podstawowe cele: 1) zmniejszy ilo emitowanych spalin 2) zmniejszy ilo zuywanego paliwa 3) uniezaleni si od paliw kopalnych

Geneza idei

· Zasoby surowców

Zasoby surowców kopalnych s nieodnawialne. Spekulacje na temat ich iloci i lokalnego rozkladu doprowadzaj do nieustannych i niczym nie uzasadnionych podwyek surowca, który wcale nie jest niezbdny do pracy urzdze opartych o silniki diesla. ON-steam zapewnia znacznie mniejsze zapotrzebowanie na paliwa plynne. l

Geneza idei

· Dywersyfikacja ródel energii

ON-steam dziala poprawnie równie z innymi, alternatywnymi ródlami energii (wszelkie biopaliwa) Stosujc inne, alternatywne ródla paliw plynnych wraz z technik ON-steam pozwalamy uniezaleni si od glównych, jedynie slusznych dostawców noników paliw plynnych, którzy próbuj politycznie oddzialywa na odbiorców poprzez polityk zastraszania. Dodatkowym walorem takiego rozwizania jest rozwój lokalnego, Polskiego przemyslu rolniczego i gorzelnianego.

Geneza idei

· Ekonomia

W obecnych warunkach polityczno-fiskalnych w firmach transportowych glównym wydatkiem jest cena za paliwo. Wszelkie oszczdnoci tego surowca prowadz bardzo szybko do duych oszczdnoci. Jest to o tyle wane, e oszczdnoci mona natychmiast inwestowa w rozwój i utrzymanie na odpowiednim poziomie infrastruktury firmy. ON-steam pozwala czsto stojcym na krawdzi bankructwa firmom sta si konurencyjnymi na rynku przewozowym.

Rys historyczny

Okres przed II Wojn wiatow · 1500: Leonardo da Vinci wykonal szkice komina z zamontowanymi wewntrz wiatrakami poruszanymi cigiem unoszcych si spalin. · 1629: Odrzut wydostajcej si pod cinieniem pary wodnej byl wykorzystany przez Giovanni Branca do skonstruowania mlyna bijakowego. · 1678: Ferdinand Verbeist zbudowal model pojazdu napdzanego odrzutem pary pod cinieniem. · 1791: Opatentowano pierwszy silnik bdcy turbin, posiadajcy wszystkie elementy, w które jest wyposaona wspólczesna nowoczesna turbina.

Rys historyczny

Okres przed II Wojn wiatow · 1860: E. Lenoir (1822­1900), mechanik francuski; w 1860r. zbudowal pierwszy uyteczny silnik spalinowy dwusuwowy, jednocylindrowy, pracujcy na mieszance gazu ziemnego i powietrza, o zaplonie iskrowym i mocy 8,8 kW. · 1872: Pierwsza prawdziwa turbina gazowa zostala zaprojektowana przez Dr F. Stolze, ale turbina nigdy nie pracowala samodzielnie bez dodatkowej energii z zewntrz (sprarka pobierala wiksz moc ni oddawala na wal turbina). · 1876r. N.A.Otto i E.Langen zbudowali ekonomiczny i dzialajcy niezawodnie czterosuwowy silnik gazowy. · 1878-79 C.Benz skonstruowal pierwszy silnik spalinowy benzynowy dwusuwowy.

Rys historyczny

Okres przed II Wojn wiatow · 1893r. R.Diesel opatentowal pierwszy silnik spalinowy o zaplonie samoczynnym. · 1897: Turbina parowa do napdu statków zostala opatentowana przez Charlesa Parsona. Zasada dzialania napdu jest wykorzystywana w czci do dzisiaj. · 1903: Norweg Egidius Elling zbudowal pierwsz turbin gazow pracujc samodzielnie (sprarka pobierala mniejsz moc ni wytwarzala sama turbina - nadmiar mocy mona bylo odebra na zewntrz do napdu innych urzdze). Frank Whittle wykorzystal w przyszloci to rozwizanie. · 1914: Pierwsze praktyczne zastosowanie turbiny gazowej przez Charlesa Curtisa.

Rys historyczny

Okres przed II Wojn wiatow · 1918: General Electric jako pierwsza na wiecie korporacja otworzyla oddzial produkcji turbin. · 1930: Frank Whittle opatentowal turbin gazow bdc jednoczenie silnikiem odrzutowym. W 1937 roku patent zostal z powodzeniem sprawdzony w praktyce. · 1936. Hans von Ohain and Max Hahn w Niemczech rozwinli wlasny opatentowany projekt silnika turboodrzutowego w tym samym czasie, co Frank Whittle.

Rys historyczny

· Okres II Wojny wiatowej Wikszo prac zostala utajniona z powodu dziala wojennych. Wprowadzono jednak wiele rozwiza zarówno w wojskowych pojazdach naziemnych jak i samolotach.

Rys historyczny

· Okres II Wojny wiatowej

Przykladowo w Fw 190 A-4 w wersji tej produkowanej od l lipca 1942 Po raz pierwszy zastosowano instalacj MW 50 ­ wtryskujc do silnika mieszanin wody z metanolem (50% CH3OH) zwikszajc jego moc poniej pulapu na którym zaczynala optymalnie pracowa sprarka. Dziki temu na kilka minut zwikszano moc z 1476 do prawie 2500KM. Niestety ze wzgldu na znaczne podniesienie si temperatury silnika moliwe bylo tylko krótkotrwale uycie ,,dopalacza".

Rys historyczny

· Okres II Wojny wiatowej

Wiele innych rozwiza np.: Grumman F6F Hellcat, F6F-3 i F6F-5, Bell P-63 Kingcobra

Rys historyczny

· Okres po II Wojnie wiatowej

· Producenci zapomnieli o wczeniejszych rozwizaniach i z przyczyn sobie jedynie znanych odstpili zgodnie od tego typu rozwiza, lub je utajniajc. Oficjalnie wszyscy zakoczyli dodawanie wody jako ,,usprawniacza" procesów spalania. · Ostatnio coraz czciej pojawiaj si prace zwizane z kawitacj wody i klasycznego paliwa jako nowego paliwa w silnikach spalinowych. Niezalene badania robily orodki w Szczecinie (Wysza Szkola Morska w latach 70-tych) jak i w Krakowie (Prace pod kierunkiem prof. Ciska trwaj do dnia dzisiejszego).

Koncepcja

· Czy uda si zaadoptowa znan ide do nowych celów (pojazdów cywilnych)?

· Czy rozwizanie takie nadaje si równie do pojazdów cywilnych? · Czy znajdzie si rozwizanie, które bdzie mona masowo wdraa do uytku? · Czy nie spowoduje to szybszego zuycia silnika? · Czy korzyci (przyrost mocy lub zmniejszenie zuycia paliwa) wystpi równie w mniejszych silnikach?

Koncepcja

· Czy moliwe bdzie legalne korzystanie z nowego opracowania starej technologii?

Naley spelni wszelkie formalne wymagania prawne (ewentualne zezwolenia, dopuszczenia, homologacje, licencje i inne warunki prawne) dopuszczajce do ruchu przerobione pojazdy. Naley spelni wyej wymienione wymagania dla kadego z elementów instalacji osobno i dla calej instalacji.

Koncepcja

· Poznawanie innych rozwiza

Znane s rozwizania (co najmniej kilkaset niezalenych), w których do paliwa dodaje si par wodn lub wod. Kade z nich ma jakie wady i jakie zalety. Znane s rozwizania podejmowania takich prób nawet w Polsce. Instalacja ON-setam lczy w sobie wszystkie moliwe zalety minimalizujc ilo wystpujcych wad. Bylo to moliwe dziki przemyleniu dzialania instalacji i dopiero póniej jej zbudowanie w oparciu o teoretyczne podstawy.

Koncepcja

· Opracowanie idei prototypu

Na podstawie wczeniej wspomnianych przemyle powstal teoretyczny projekt prototypowej instalacji ON-steam.

Prototyp

· Plany

Zanim zmontowano prototypow instalacj przeliczono energetycznie jej wydajno, co bylo niezbdne przy dalszych planowanych elementach instalacji ON-steam. Dziki temu kady z elementów ON-steam mial pracowa poprawnie.

Protoyp

· Rzeczywisto

Podczas weryfikacji planów teoretycznych, okazalo si, e nie mona spelni wszelkich wymaga zwizanych z parametrami poszczególnych elementów ON-steam. Jedn z przyczyn byl fakt koniecznoci wytworzenia nieistniejcych komponentów.

Prototyp

· Modyfikacje uytkowe

Aby instalacja byla moliwa do zbudowania oraz nie kosztowala zbyt duo, nalealo dostosowa istniejce na rynku komponenty w kadym miejscu instalacji, gdziekolwiek bylo to moliwe.

Prototyp

· Model funkcjonalny

W pierwszej wersji okazalo si, e wyniki s obiecujce, ale wymagaj jeszcze wielu modyfikacji. W wyniku kontaków firmy Nowe Technologie Ekologiczne oraz Instytutu Chemii Uniwersytetu Wroclawskiego i firmy EMCCO Research do podstawowych elementów instalacji doloono kilka nowych elementów w instalacji ON-steam Po sprawdzeniu i wielokrotnym dlugodystansowym przetestowaniu zgloszono do opatentowania ON-steam

Ochrona rozwizania

· Zgloszenia

Dokonano dziala majcych na celu zabezpieczenie: 1) 2) Rozwizania instalacji ON-steam Znaku slowno-graficznego ON-steam

Ochrona rozwizania

· Prace patentowe ­ modyfikacje

Zgloszenia instatlacji ON-steam dokonano w padzierniku 2006 roku i obecnie trwa postpowanie przygotowawcze do uzyskania patentu. Znak slowno graficzny ON-steam zostal zastrzeony i firma Nowe Technologie Ekologiczne Sp. z o.o. jest wlacicielem tych praw i ma wylczne prawo do dysponowania zarówno znakiem towarowym jak i nazw ON-steam.

Ochrona rozwizania

· Reprezentacja prawna

Jedyn instytucj majca prawo reprezentowania firmy NTE w kwestiach zabezpiecze prawnych jest kancelaria patentowa: STEFAN ZIELISKI - USLUGI PROJEKTOWE I PRACE L INNOWACYJNE Al. W. Korfantego 2, 40-004 Katowice tel/fax: (032) 352-22-10 e-mail: [email protected]

Opis instalacji ON-steam

· Wstp Teoretyczny

Kluczowe jest to, co si dzieje z energi w silniku. Prawda jest taka, e nie potrafimy energii ani wytwarza, ani si jej pozbywa - moemy j co najwyej przetworzy. W tym konkretnym przypadku (pojazdy z silnikiem diesla), ródlem (dostarczycielem) energii jest cinienie pcha tlok i poprzez mniej lub bardziej wyrafinowan mechanik przekazuje do kól.

Opis instalacji ON-steam

· Wstp Teoretyczny

Wikszo ludzi tuningujc swoje auta stara si jak najszybciej spala paliwo, co pozwala podnie m.in. obroty silnika. Jest to pewna idea, ale niestety bardzo daleko jej do poprawnej optymalizacji (pogarszaj si warunki spalania, a do tego nie zda si spali w caloci oraz dodatkowo powstaje znacznie wicej szkodliwych substancji), do tego silnik znacznie zwiksza swoj temperatur, a to dodatkowo generuje straty.

Opis instalacji ON-steam

· Wstp Teoretyczny

Konstruujc instalacj ONsteam, poszlimy inn ni znane do tej pory drogi. Obecnie silniki idealne (gdyby komukolwiek udalo si taki stworzy) mialyby sprawno na poziomie 35 proc. (w przyblieniu wg cyklu Carnota lub Otto, który jest bliszy rzeczywistemu silnikowi spalinowemu). Nowe konstrukcje potrafi realnie wykorzysta kilkanacie procent uzyskiwanej energii, a starsze konstrukcje nie wychodz poza 10 proc. rzeczywistej (realnie zmierzonej) sprawnoci.

Opis instalacji ON-steam

· Wstp Teoretyczny

Nasze rozwizanie jest odmienne, poniewa tak naprawd ,,przeszkadzamy" w zbyt szybkim spalaniu, a mówic konkretnie - wydluamy w czasie sam proces spalania, przez co przebiega on w bardziej unormowany (i moliwy do kontroli dziki naszemu kontrolerowi) sposób, przez co spalanie jest znacznie dokladniejsze.

Opis instalacji ON-steam

· Wstp Teoretyczny

Dziki temu, mimo zwikszania objtoci, cinienie tloka nie maleje tak gwaltownie jak w tradycyjnych rozwizaniach, w których pocztkowy ruch tloka obarczony jest duymi stratami. Tlok dostaje gwaltowny, potny impuls cinienia, w wyniku którego przyspiesza - prowadzi to do koniecznoci uywania bardzo wytrzymalych, a przez to znacznie droszych materialów.

Opis instalacji ON-steam

· Wstp Teoretyczny

W rozwizaniu ONsteam, dziki utrzymaniu (w zasadzie dziki znacznie wolniejszej szybkoci spadku) cinienia w cylindrze, zmniejszamy w znacznym stopniu wibracje, co znacznie zmniejsza naprenia, a przez to zwiksza ywotno silnika

Opis instalacji ON-steam

· Wstp Teoretyczny

Z pewnoci wiele osób zapyta, jakim cudem mona uzyska wiksz moc, skoro zmniejszamy cinienie w cylindrze. Niewtpliwie bdzie to sluszne pytanie, ale mona wyjani, dlaczego tak si dzieje.

Opis instalacji ON-steam

· Wstp Teoretyczny

Silnik oddaje moc P, czyli pewn prac wykonan w czasie P=W/t. Im wicej ma cylindrów, tym wicej mocy dostarcza do ukladu napdowego. Jak ju wspomnialem, moc to praca wykonana w okrelonym czasie przy ustalonych obrotach. W cyklu spalania (niestety to jedynie 25 proc. calego czasu jednego pelnego cyklu ­ w silnikach czterosuwowych) tylko suw roboczy dostarcza nam energi. Dlatego te moc nie jest dostarczana cigle, a impulsowo.

Opis instalacji ON-steam

· Wstp Teoretyczny

Moemy to zmienia poprzez zwikszenie liczby cylindrów, ale i tak z kadego z nich energia mechaniczna bdzie dostarcza impulsowo. Chcielibymy, aby podczas owych 25 proc. czasu mie do dyspozycji peln moc. Niestety, wysokie cinienie bardzo szybko si zmniejsza (zwikszamy objto) mimo dostarczania energii ze spalania si paliwa. Najwicej tej energii tlok oddaje w pocztkowej fazie ruchu i potem stopniowo jest jej coraz mniej.

Opis instalacji ON-steam

· Wstp Teoretyczny

Mona dostarcza wicej paliwa, ale to generuje dodatkowe problemy, nie mówic ju o kosztach (znacznie wiksze zuycie paliwa). To wlanie jest przyczyn, jak ju wczeniej opisalem, wibracji silnika. My zmniejszylimy cinienie p (czyli sil F dzialajc na tlok i cianki cylindra), ale znacznie wydluylimy odcinek (zwikszylimy odleglo), w którym na tlok dziala due cinienie.

Opis instalacji ON-steam

P

(cinienie w cylindrze podczas suwu pracy)

· Wstp Teoretyczny

t

(cza s suwu pracy)

W pierwszej fazie ruchu tloka faktycznie jest mniejsze cinienie, ale po pewnym czasie jest ono ju wiksze. W skali energii, czyli wykonanej pracy, liczy si iloczyn sily i drogi (W=FS, W-praca, F-sila, S-droga na której dziala sila). Dziki temu rozwizaniu uzyskalimy lepszy iloczyn W (calk z sumy kadej chwilowej wartoci), a l to wlanie jest kluczowe dla jazdy samochodów.

P

(cinienie w cylindrze podczas suwu pracy)

t

(cza s suwu pracy)

Opis instalacji ON-steam

· Wstp Teoretyczny

Jest jeszcze kilka dodatkowych aspektów takich jak prno mieszanki paliwowo-powietrznej i wody. Przykladowo, gdybymy mieli pewn okrelon ilo energii i dostarczylibymy j mieszance paliwowopowietrznej i dokladnie tyle samo parze wodnej, to mieszanka wytworzylaby mniejsze cinienie.

Opis instalacji ON-steam

· Wstp Teoretyczny

Jednak w rzeczywistoci trzeba t energi dostarczy, dlatego potrzebujemy i pary, i mieszanki, ale w proporcjach cile okrelonych. Jeeli pary bdzie za malo lub bdzie nieodpowiednia temperatura, to nie bdzie efektu, natomiast jeeli bdzie jej za duo, to zadlawi silnik i wtedy nie pojedziemy.

Przykladowe wyniki pomiarowe

Warto wygenerowanej energii w przeliczeniu na 1 litr paliwa

5,625 4,257

6 5 Warto 4 wygenerowa3 nej energii 2 [kWh] 1 0 bez ON-steam

z ON-steam

zwikszamy

+25%

Przykladowe wyniki pomiarowe

Zuycie godzinowe paliwa Ge liczone w [kg/h]

5 4 Ilo 3 zuytego paliwa [kg/h] 2 1 0

4,1 3,28

bez ON-steam

z ON-steam

zmniejszamy

-20%

Przykladowe wyniki pomiarowe

Dlugo pracy generatora przy stalym obcieniu dla 4 litrów paliwa

60 60 50 40 Czas [min] 30 20 10 0 bez ON-steam z ON-steam 48

zwikszamy

+25%

Przykladowe wyniki pomiarowe

Jednostkowe zuycie paliwa ge liczone w [g/kWh]

193 200 146 Ilo gramów 150 potrzebna do uzyskania 100 jednej kWh 50 [g/kWh] 0 bez ON-steam z ON-steam

zwikszamy

-24,4%

Opis instalacji ON-steam

· Wstp Teoretyczny

A co z silnikiem? Czsto pojawiaj si pytania: co si dzieje z silnikiem? Czy nie rdzewieje? Odpowied brzmi nie, ale pod warunkiem, e instalacja zostanie poprawnie zamontowana. W okrelonych warunkach para wodna zachowuje si wzgldem metali neutrealnie, czyli nie jest zainteresowana wchodzeniem w reakcje, ale musz by spelnione pewne warunki.

Opis instalacji ON-steam

· Wstp Teoretyczny

Z punktu widzenia montau, mona to porówna do instalacji gazowych. W niektórych silnikach wykorzystuje si wprost elementy lub czci komponentów instalacji gazowych po przystosowaniu ich do stosowania z wod czy par wodn. W tym jednak przypadku monta jest znacznie prostszy. Jest tu jednak fundamentalna rónica.

Opis instalacji ON-steam

· Wstp Teoretyczny

W przypadku instalacji gazowych w przypadku awarii instalacji pojazd zostaje unieruchomiony (lub przelczony na zasilaniem benzyn). W przypadku instalacji ON-steam nie ma takiego efektu. W przypadku ewentualnej awarii instalacja moe w najgorszym przypadku spowodowa zmniejszenie si oszczdnoci. Jednak pojazd samodzielnie moe dojecha do warsztatu, który usunie ewentualnie powstal awari ON-steam.

Opis instalacji ON-steam

· Wstp Teoretyczny

Co dalej? Obecnie trwaj prace rozwojowe nad kolejnymi generacjami rozwiza do silników. Mog to by niemal wszystkie silniki diesla - D, TD, TDI, CR - z tym, e im nowsza konstrukcja, tym efekty oszczdnociowe s mniejsze, cho zauwaalne - jest to spowodowane coraz doskonalszymi konstrukcjami silników, które s znacznie sprawniejsze w stosunku do starszych konstrukcji.

Opis instalacji ON-steam

· Opis dzialania

Kontroler ON-steam bdcy najwaniejszym, kluczowym elementem systemu steruje poprawn praca calej instalacji. Instalacja jest w pelni automatyczna i jedynymi czynnociami operacyjnymi wykonywanymi przez uytkownika s: 1) wlczanie i wylczanie calej instalacji ON-steam jak i jej poszczególnych bloków 2) podawanie wody do ukladu w cile okrelony sposób, gwarantujcy poprawne dzianie ON-steam

Information

Silniki spalinowo-parowe, czyli jak jedzi tanio na wodzie, Piotr Chabecki, Eurokalmatron

66 pages

Report File (DMCA)

Our content is added by our users. We aim to remove reported files within 1 working day. Please use this link to notify us:

Report this file as copyright or inappropriate

791733