piątek, 23 maja 2014

Fire piston - pompka ogniowa

Wynaleziono już w starożytności do rozpalania ognia, idea wykorzystana przez Rudolfa Diesla. Pozwala rozniecać ogień przy pomocy energicznego uderzenia. W wyniku szybkiej kompresji tłoka znajdujący się w nim materiał (np zwęglony kawałek bawełny) zaiskrzy się.

Idea działania:

Działanie odbywa się na zasadzie przemiany adiabatycznej (zmiana ciśnienia bez odebrania ciepła).

pV= const.


Równanie to mówi nam, że iloczyn ciśnienia i objętości do wykładnika adiabaty (równego stosunkowi ciepła właściwego przy stałym ciśnieniu do ciepła właściwego przy stałej objętości, dla powietrza jest to wartość 1,4). Przekształcając otrzymujemy następujące przejścia:

p1V1k = p2V2k

p = mRT (równanie gazu)

T1V1k/V1 = T2V2k/V2

T2 = T1(V1/V2)k-1

V = Sh (objetość cylindla)

T2 = T1(h1/h2)k-1

p = (h1/h2)k

Jak widać temp zależy od stosunku wysokości. Jeśli bedziemy mieli 15 cm fire piston, dochodząc do 1 cm, wtedy przy temp otoczenia 16 C (290 K) uzyskamy temp podczas sprężania 856 K (583 C). Ciśnienie tego tłoka przy takim sprężaniu będzie: 44 atm (co w przybliżeniu daje nam 44 kg na każdy cm2). Końcówka musi więc być wytrzymała.

h1
h2
T2 [K]
T2 [C]
p [atm]
15
0,5
1130
857
117
12
0,5
1034
761
86
10
0,5
961
688
66
9
0,5
922
649
57
8
0,5
879
606
49
7
0,5
833
560
40
6
0,5
784
511
32
5
0,5
728
455
25

Siła jaką musimy oddziaływać na takie sprężenie jest uzależniona od rozmiaru tłoka. Wzór na to jest następujący:

F = pS


Wynika z tego, że im tłok jest większy tym większą siłą będziemy musieli na niego działać. Jeśli będzie wystarczająco duży to możemy nie mieć wystarczająco dużo siły aby osiągnąć zakładane sprężenie. Jeśli porównywać 2 średnice tłoków to tłok 6 mm i 10 mm mają stosunek:

S =  π r 2

F1/r12 = F2/r22

F1/F2 = r12/r22


w wyniku uzyskujemy (0,36), że wytworzenie tego samego ciśnienia jest 3 razy łatwiejsze 6mm tłokiem niż 10 mm. Jeśli chodzi o efektywność to lepiej jest stosować mniejszej średnicy tłok który jest dłuższy.

r1 r2 F1/F2
6
10
0,36
5
10
0,25
7
10
0,49
6
12
0,25
6
8
0,5625

wymiary rysunku:

  • ⅜" - 9,5 mm
  • ¼ - 6,3 mm
  • 4 ¾ - 120 mm

Brak komentarzy:

Publikowanie komentarza