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Nuova architettura stirling.. forse

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  • #31
    Ho capito un poco di più dalla tua spiegazione.
    Molto bello l'accoppiamento "campanario" tra pistone e displacer. Fu utilizzato anche dal prof. Kolin per il low deltaT. Una delle migliori soluzioni al problema della discontinuità del moto del displacer, anche se adatta solo per potenze limitate.
    Molto intuitivo anche lo scambio in controcorrente rigenerativo tra i fluidi dei due circuiti, che però richiede appunto che i due displacer siano linkati in esatta opposizione di fase.
    E questo ci porta al vero problema.
    Lo sfasamento tra il movimento del displacer ed i pistoni di potenza sarà corretto per uno dei due cicli, mentre non mi sembra possa esserlo per entrambi contemporaneamente.
    Tu che hai a disposizione i file originari dell'animazione puoi però verificare disegnando le fasi dei 2 cicli a fianco dei movimenti.
    Se questo problema non dovesse esistere direi che il concetto per un low delta T potrebbe essere senz'altro degno di essere costruito. Non consiglio di avventurarsi sulle alte temperature perchè le superfici esposte sono notevoli e + si sale di temperatura + si disperde calore e si rischia di fondere.
    Il calore è una gran cosa se non ti trovi nel deserto e sai come utilizzarlo.

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    • #32
      Bella disanima, ma (c'è sempre un ma) quello che tu affermi "sfasamento corretto per uno e non per l'altro" non è giusto. Negli Sirling "normali" lo sfasamento del displacer è di 90° rispetto al pistone quindi sarebbe di 270° per il pistone contrapposto. Quindi come dici tu per uno va bene per l'altro no. Nel mio "modello" il displacer è sfasato di 180° e questo lo rende corretto anche per il pistone contrapposto. Domani estraggo altri video dall'animazione originale, mettendo in evidenza il singolo stirling. Premettendo che non sto cercando di fare concorrenza a motori endotermici, non capisco le problematiche che esponi per le alte temperature, dato che sono state già risolte dai motori endotermici (che normalmente non fondono). Comunque il mio obiettivo è quello di ricavare (poca) energia da un basso salto termico perché più funzionale (solare, condensatori, scarichi)

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      • #33
        L'accoppiamento a 180° di due Stirling collegati, comporta uno sfasamento e un ritardo quindi di 1/2 giro, non un'inversione del ciclo (leggi comparsa del ciclo freddo per l'altro) come mi pareva di aver dimostrato matematicamente e graficamente nel post#94 della discussione "Motori esotermici a doppio effetto"...

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        • #34
          Il problema delle temperature non è risolto, nel senso che in un MCI viene risolto raffreddando tutte le pareti. Ma li la generazione del calore è in seno al fluido, quindi con una superficie esposta piccola (la superficie viaggia con il quadrato del raggio) rispetto alla generazione di calore (il volume viaggia con il cubo del raggio, e la quantità di calore generata dipende dal volume di miscela e dalla sua densità).
          In uno stirling invece il calore viene trasmesso attraverso delle pareti, che per forza di cose devono essere almeno alla temperatura del fluido di lavoro.
          La gemetria complicata poi aggrava il problema. Per questo avevo suggerito una applicazione Low DeltaT, che mi pare coincida con le tue intenzioni.
          Lo sfasamento a 180° tra pistone e displacer non è corretto. Viene meno la fase di compressione del fluido prima dello scambio termico. Il fluido non percorre più un ciclo a 4 trasformazioni a due sole.
          Può funzionare lo stesso, ma a rendimento molto ridotto. Lavora in pratica per sola espansione/implosione termica, saltando le fasi di compressione/espansione.
          Il calore è una gran cosa se non ti trovi nel deserto e sai come utilizzarlo.

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          • #35
            Prima di rispondere posto, per migliore comprensione, il singolo stirling di destra che ha la camera a "D" (fluido isolato)

            Per Stranamore: Ora ho capito quali erano le tue perplessità per quel che riguarda le alte temperature (fluido caldo di se, pareti raffreddate anziché fluido da scaldare, pareti ancora più calde). Si potrebbe risolvere togliendo/isolando il pistone di potenza dalla testa calda, come già avviene per le tenute toriche dei displacer, e magari, facendoci passare il fluido raffreddato. Ma, come detto, l'obiettivo è un altro. Per quel che riguarda il rendimento (credo che) dovrebbe essere migliorato, in quanto vengono annullate, o ridotte, le fasi di compressione/espansione che sono passive (richiedono lavoro) a favore delle fasi di espansione/implosione che sono attive (danno lavoro) ed in quintali, dato che ad ogni trasformazione di energia vi è un perdita, ho meno trasformazioni tra cinetismo e calore. In qualsiasi caso si può variare l'anticipo con cui si muovono i displacer.
            Per Rampa: il movimento del displacer è a scatti e viene avviato prima del punto morto (180°). il "quanto" prima può essere regolato/calcolato. Non ha senso, ma teoricamente, potremmo farlo iniziare anche a metà della corsa del pistone di potenza (90°) rendendo il resto della corsa "passiva".. ma non ne vedo il vantaggio anzi...
            File allegati
            Ultima modifica di nll; 15-09-2013, 22:58. Motivo: Unione messaggi consecutivi dello stesso utente

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            • #36
              Diciamo che se ti tieni su un low delta T, e la temperatura di lavoro è abbastanza bassa da permettere la costruzione del displacer in materiale ultraleggero (tipo polistirolo espanso per capirci) il tutto, dopo essermi rguardato bene l'ultima animazione che hai postato, potrebbe funzionare in maniera egregia.
              Spiego il senso di questa mia affermazione.
              In un motore reale, che tiene conto degli attriti e delle inerzie, sarei costretto ad anticipare l'azionamento del displacer per far sì che non ci sia "urto". Un azionamento istantaneo al punto morto come illustrato sarebbe distruttivo nel caso di displacer dotato di peso non trascurabile. Il necessario anticipo di azionamento andrebbe ad inficiare i tempi di scambio da un ciclo all'altro.
              Ma se il displacer è di massa trascurabile, trascurabile sarà la sua inerzia, e quindi potrebbe andarmi bene l'azionamento impulsivo in quadratura al punto morto ipotizzato da IlioM.
              E' vero che si riducono i tempi disponibili per lo scambio rigenerativo, ma è pure vero che in low delta T il rigeneratore serve spesso a poco, per la limitata escusione di temperatura del ciclo e perchè in questi motori pesano più le resistenze fluidodinamiche che l'efficienza del rigeneratore.
              Da questo punto di vista lo scambio in controcorrente, senza la matrice tipica del rigeneratore, che è quella che fa la caduta di pressione, potrebbe addirittura rivelarsi un grosso vantaggio.
              Direi che il concetto è degno di essere promosso allo stadio successivo, quello dello studio delle tenute.
              Il calore è una gran cosa se non ti trovi nel deserto e sai come utilizzarlo.

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              • #37
                Tenute

                Bene, per essere "visionario" mi invento cose che "potrebbero" funzionare
                Al di là del fatto che avrei idee su smorzamento di urti, anticipi e recupero del cinetismo, utili per uno stirling di potenza che, come detto non è l'obbiettivo, veniamo alla spiegazione delle tenute. Ce ne sono 6, 3 per ogni stirling gamma. La prima, normale, nel pistone di potenza scorrendo in un cilindro. Le altre 2 sono toriche, scorrendo nel toro che unisce i due dislocatori. Nella animazione sono evidenziate in rosso. il uno stirling a bassa temperatura (90°-100°) credo che questa complicazione si possa ovviare utilizzando una corona circolare in alluminio annegata in ferrofluido tenuto in sede da magneti.
                Dato che li mio obiettivo è di estrarre (poca) energia (elettrica) da bassi delta T a basse temperature, gli urti potrebbero essere smorzati da cristalli piezoelettrici.

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                • #38
                  Animazione originale

                  Allego l'animazione full size che è uno gif zippato.
                  File allegati

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                  • #39
                    Mi è venuto in mente che oltre che essere uno stirling di tipo gamma, autoavviante, ottimizzato con movimento quadro del dislocatore iperquadro, rigenerazione dinamica e riduzione attriti per manovellismo, è anche pressurizzabile a piacere, senza dover pressurizzare i manovellismi, ovviamente finché "tenute non ci separino!".
                    In soldoni, variando a piacere la pressione media interna, il funzionamento è indifferente rispetto alla pressione esterna, quest'ultima influisce solo sulle tenute.

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                    • #40
                      Ciao IlioM. Purtroppo il motore non è autoavviante, come peraltro qualunque gamma del mondo. Infatti il dislocatore viene movimentato dai pistoni. Ma a pistoni fermi presumibilmente la pressione che si sviluppa nei due circuiti è simile.
                      La movimentazione ad inerzia del displacer, concetto valido, tanto che anche io ho nei miei archivi un beta ringbom con movimentazione del displacer assistita da inerzia, può aiutare rispetto ad un gamma puramente cinematico ad avviarsi facilmente, ma per capire realmente come si comporta il motore bisognerebbe simularne cinematicametne il movimento. Non come semplice animazione, o meglio con una animazione in cui le posizioni riflettono i risultati del calcolo. Ovvio che lo so che è complicato. Ma sono un calcolo simile può dare, se non certezze, dei buoni punti di indirizzo.
                      Per quanto riguarda le tenute, la loro estensione è critica.
                      Mi piacerebbe che tu ci postassi la loro configurazione e magari con un calcolo della loro estensione totale.
                      Come ho già detto ritengo il concept di principio interessante.
                      Ma devi fare un dimensionamento ed un progetto pratico per capire alla fine quali compromessi si devono fare per metterlo in pratica.
                      Il calore è una gran cosa se non ti trovi nel deserto e sai come utilizzarlo.

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                      • #41
                        Ciao Stranamore, come hai detto tu il mio è un concept ed in questo ha di buono che non ha dimensioni definite. Nel caso specifico non ha nemmeno vincoli specifici (dimensioni derivate da altre). L'elemento un po' delicato da ingegnerizzare è il moto da te definito "campanario" ma ho già in mente come può essere sostituito da uno uno po' più tollerante.
                        Per quel che riguarda l'autostart io parto della considerazione che l'insieme è bistabile (ha due punti di minor energia potenziale del "batacchio") quindi, in quiete uno dei pistoni di potenza sarà al PMS con la camera collegata dalla parte calda. Dando calore al sistema, il fluido nella camera calda si espande muovendo il pistone dal PMS al PMI e cosi si inizia il ciclo.
                        Per la pratica.. ci stiamo attrezzando!

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                        • #42
                          IlioM , se ti serve questo è uno stirling autoavviante in gamma :
                          Stirling Steele Welcome Page , ci sono i disegni in vendita .
                          Ciao . Spartano .

                          Commenta


                          • #43
                            *** Citazione integrale rimossa. Violazione art.3 del regolamento del forum. nll ***

                            No grazie... conosco già.
                            Comunque lo stirling che indichi dimostra che avendone uno in posizione giusta il motore si avvia, e se ne hai 4 sfasati di 90° uno sicuremente ce ne!
                            Vorrei rimarcare che la mia architettura, in quiete e a senza delta T, riporta/disloca sempre un pistone al PMS e l'altro al PMI con le camere in fase positiva (espansione per il 1°,contrazione per il 2°) ed è per questo che io ritengo che sia autoavviante.
                            Ciao
                            Ultima modifica di nll; 15-09-2013, 22:57.

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                            • #44
                              Ho rivisto le fasi dei dislocatori e mi sono accorto che sono perfettamente sfasate di 90° come in tutti gli stirling.
                              Il movimento ad "onda quadra" mi ha portato fuori strada in quanto avviene nell'intorno dei PMS e PMI e non gradualmente come per i meccanismi biella manovella.

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                              • #45
                                Come si può vedere nel filmato di youtube esistono e funzionano stirling bicilindrici sfasati di 180° Precision Twin Cylinder Stirling Engine - YouTube

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                                • #46
                                  Ciao IlioM, ben tornato.
                                  Si simili stirling esistono, ma non sono comunque autoavvianti.
                                  Perlomeno quelli cinematici.
                                  Se invece elimini il collegamento del displacer e lo configuri come Ringbom, cioè movimentato dalle differenze di pressioni, puoi renderli autovvianti.
                                  La differenza la fa la sezione dell'asta del displacer ringbom. Quella sezione crea, a pari pressione sulle due faccie, una differenza di forza applicata sulle due facce. Questa differenza di forza muove il displacer amplificando i traferimenti di fluido e alla fine, dopo un periodo di oscillazione, si muove anche il pistone di potenza.
                                  Un buon esempio lo puoi trovare qui: Self-starting stirling engine! - YouTube
                                  Ma ce ne sono tanti altri.
                                  Un buon esercizio intellettuale, e che potrebbe avere risultati ottimi, potrebbe essere pensare ad un manovellismo campanario che lasci il displacer libero di oscillare nella parte centrale della sua corsa.
                                  Se ben pensato potrebbe portare ad uno stirling autovviante ma con il vantaggio del boost cinematico ai punti morti al movimento del displacer.
                                  Il calore è una gran cosa se non ti trovi nel deserto e sai come utilizzarlo.

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                                  • #47
                                    Grazie Stranamore, Le tue disamine sono illuminanti per me. Tra le righe mi hai detto che la forza generata dalla prima espansione del fluido potrebbe non essere sufficiente per innescare la fase successiva (cambiare la posizione al displacer).. e ci sta tutto. Se poi alla parte "fredda" non viene abbassata la temperatura da quella iniziale, e quindi non c'è una contrazione bensì una compressione, si ha un ulteriore necessità di energia. Sempre tra le righe ho letto che lo stallo può essere superato facendo partire il motore con "impulsi" ripetuti... e qui ci devo lavorare. Dato che sei molto ferrato in materia, per quanto ho potuto leggere, sai se è stata presa in considerazione una "distribuzione" del displacer di tipo ipocicloide (anziché rombica, Ross, ecc) Ciao

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                                    • #48
                                      cosa intendi con ipocicloide?
                                      di manovellismi ne ho visti tanti.
                                      Se intendi quella curva ottenuta con due cerchi che ruotano uno dentro l'altro devo dire che in campo MCI si è vista.
                                      Ci sono anche in giro dei brevetti che la sfruttano per variare il rapporto di compressione del motore.
                                      In sostanza si sotiuisce la biella con un'ast arigida attaccata ad un ingranaggio che ruota all'interno di un'altro che fa da albero motore .
                                      Ma per il displacer quello che conta è la fase con il pistone di potenza e poi, teoricamente, la possibilità di fermarsi ai punti morti mentre si esauriscono le fasi di espansione e compressione.
                                      E' quello che fa un Ringbom Overdriven. Per quello che mi sono permesso di consigliartelo.
                                      Un displacer che funzionasse così, ma che quando arriva ai punti morti becca anche la spinta iniziale di un azionamento campanario sarebbe fantastico. Perchè il motore sarebbe autoavviante, e le spinte iniziali ai punti morti, una volta che il motore è avviato, vincerebbero le inerzie all'inversione del moto rendendo il motore più capace di prendere i giri.
                                      Non penso che sia difficilissimo integrare il concetto nel tuo motore. Io non ho avuto il tempo di mettermici a riflettere.
                                      Ma credo che sia possibile.
                                      Il calore è una gran cosa se non ti trovi nel deserto e sai come utilizzarlo.

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                                      • #49
                                        Per ipocicloide intendo (quello che dici tu) un manovellismo che potrebbe guidare il piede della biella del displacer descrivendo un "quadrato" anziché un cerchio.
                                        Sostituendo la biella con un accoppiamento ad asola (come quello in figura ) il displacer stazionerebbe molto di più in posizione favorevole.
                                        Per il Ringbom ci sto pensando, ma il fatto che abbia una tenuta più grande e obbligatoriamente dalla parte calda.. mi disturba molto.
                                        Al di là di questo, con un Ringbom si potrebbe pensare di usare uno scappamento per invertire le posizioni dei displacer.
                                        Per l'autoavviamento, l'architettura twin ha il vantaggio che rende ininfluente la gravità e quindi nulla la forza da esercitare per vincerla, cosa invece da tenere presente in un monocilindrico.
                                        Grazie, è un piacere parlare con te.
                                        Ultima modifica di IlioM; 20-09-2013, 10:46.

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                                        • #50
                                          una bella idea.. forse.

                                          è tanto tempo che rimugino se esternare la mia idea o provare a svilupparla in proprio, consapevole del fatto che ci sono tanti pro e tanti contro.
                                          Dato che non ho sufficienti conoscenze tecniche per valutare profondamente la bontà della mia idea, nonché l'originalità, proverò ad esporla sperando che, se risultasse buona, chi la sfrutterà si ricordi di me.. e magari mi offra una opportunità di guadagno.. cosa di cui ora sono un po' a corto.
                                          Passiamo all'idea.
                                          Come più volte ribadito nel forum la potenzialità dell'architettura stirling risiede principalmente nella rigenerazione.
                                          Quindi migliorando la rigenerazione si ha un rendimento generale migliore.
                                          Sopra ho esposto e linkato il fatto che è possibile accoppiare due stirling gamma sfasati i 180°.
                                          Quindi quando lo stirling "A" è in massima pressione, il pistone di potenza "A" sta nel PMS, mentre nello stirling "B" avviene esattamente l'opposto (min Press. e PMI)
                                          L'idea consiste nell'aprire una luce di travaso nell'intorno del PMS (dei due pistoni) che metta in comunicazione i due stirling.
                                          Questo ha l'effetto di normalizzare quasi istantaneamente la pressione tra i due stirling e di trasferire fluido caldo nello stirling con il fluido freddo.
                                          Fluido che si dovrà riscaldare per la seconda metà del ciclo.
                                          Ho anche molte altre idee per migliorare la realizzazione finale, ma non sono fondamentali, secondo me, come quella sovraesposta.
                                          un saluto a tutti

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                                          • #51
                                            Spiegazione

                                            Ciao IlioM, bentrovato.Nonho capito molto dalla spiegazione.Se ho capito giusto vuoi collegare i due punti morti superiori.Non penso che si ricavi molto se non la perdita di pressione del primo.Comunque due stirling collegati fluidodinamicamente non sono una novità.Cercati del materiale sulla macchina di Veillumier (ammesso che si scriva così).E' fatta proprio cosi. Il primo serve a comprimere il fluido del secondo.Si usa come pompa di calore.
                                            Il calore è una gran cosa se non ti trovi nel deserto e sai come utilizzarlo.

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                                            • #52
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                                              i due stirling sono quasi sempre distinti e separati solo nell'intorno del PMS c'è un travaso del fluido, proprio nel punto di massimo delta P tra i due. Il travaso avviene tra il PMS di uno e il volume spazzolato dal displacer dell'altro. Si ha un travaso 2 volte al giro, prima in un verso e poi nell'altro. Il fluido passa dalla parte calda, che si deve raffreddare, alla parte fredda, che si deve riscaldare (rigenerazione per miscelazione).
                                              faccio un disegno?

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                                              • #53
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                                                Il calore è una gran cosa se non ti trovi nel deserto e sai come utilizzarlo.

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                                                • #54
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                                                  il disegno non è perfettamente calzante in quanto il pistone di potenza è collegato alla parte fredda e non alla parte calda.
                                                  Hai ovviamente ragione sulla pressione... infatti è un effetto voluto equilibrare "istantaneamente" la pressione nei due stirling sfasati di 180°

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                                                  • #55
                                                    Con mio grande rammarico ho visto che la mia idea "rivoluzionaria" non ha destato il benchè minimo sussulto.
                                                    Allora mi sono chiesto il perchè... e forse ho capito.
                                                    Vediamo se con una animazione calzante riesco a smuovere qualche curiosità.
                                                    st.gif

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                                                    • #56
                                                      Non è un problema di sussulti ma penso solo di tempo a disposizione.Però guardando l'animazione mi viene un sospetto. Non è che senza volerlo hai reinventato la macchina di Veillumier?Nulla di male, è un concetto utile. Ma più che un motore è una pompa di calore "motorizzata" con uno strling.
                                                      Il calore è una gran cosa se non ti trovi nel deserto e sai come utilizzarlo.

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                                                      • #57
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                                                        Non ho trovato nulla sotto Veillumier... e potrei tranquillamente aver riscoperto per l'ennesima volta l'acqua calda, stante ma mia ignoranza in materia.
                                                        Spero che adesso, con l'animazione, sia chiaro che i due stirling gamma sono messi in comunicazione solo nel PMS dei due pistoni di potenza.
                                                        Scusa Stranamore, mi spiegeresti come funziona/dovrebbe funzionare la macchina/pompa di calore di Veillumier? ;-)

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                                                        • #58
                                                          La macchina di vuilleumier

                                                          La colpa del fatto che non l'hai trovata è mia. Avevo scritto male il nome. Cerca su google con la stringa: "Stirling vuilleumier" E vedrai che troverai a primo colpo. È anche conosciuta come stirling duplex. Si tratta per l'appunto di due macchine di stirlin accoppiate fluidodinamicamente con un tubo per scambiare pressione e temperatura. Se fornisco calore ad una l'altra trascinata fa da pompa di calore. La particolarità è che il calore che mi ritrovo nel circuito a bassa temperatura (80 gradi) è di più di quello che ho messo dentro al primo stirling. I COP non sono altissimi ma c'è comunque un effetto moltiplicatore del calore. Da cui l'interesse per questa soluzione.
                                                          Il calore è una gran cosa se non ti trovi nel deserto e sai come utilizzarlo.

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                                                          • #59
                                                            Grazie Stranamore, non si finisce mai di apprendere.
                                                            Da quello che ho potuto intuire (approfondire costa molto di più) la macchina di Vuilleumier è una pompa di calore formata da due dislocatori/pistoni di dimensioni diverse, e opportune, sfasati di 90° dove il fluido di lavoro "concentra" il calore. Non ha un grande rendimento ma ha il vantaggio di concentrare il calore.
                                                            Il fluido fluisce "liberamente" per tutta la macchina e viene guidato delle differenze di pressione generate.
                                                            Nel mio concept no, i due stirling sono separati la maggior parte del tempo e solo nell'intorno del PMS, lo stirling caldo/espanso invia fluido a quello freddo/contratto. Questo avviene ogni 180° prima l'andata A->B e poi il ritorno A<-B.
                                                            Per dirla in altre parole, è uno stiling twin (come questo) con delle luci nel PMS del pistone di potenza che collegano i due dislocatori.
                                                            Io so che la mia modifica non funzionerebbe nel modellino linkato, so anche il perché.. ma a me sembra un retaggio di determinati schemi mentali riguardo agli stirling... e per questo cerco una conferma alla mia sensazione. ;-)

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                                                            • #60
                                                              La prova del 9

                                                              Ciao. Per capire cosa effettivamente succede nel tuo schema bisognerebbe capire se il fluido passa e da che lato. A seconda delle pressioni relative andrà in un senso o nell'altro. Altra cosa da valutare è che nello stirling le fasi non sono ben definite. Dati gli sfasamenti tra pistone e displacer non è detto che i punti morti coincidano con i minimi o massimi di pressione del ciclo. Hai fatto qualche calcolo?
                                                              Il calore è una gran cosa se non ti trovi nel deserto e sai come utilizzarlo.

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