MD1008Z - System and method for measuring the efficiency of the Stirling machine - Google Patents
System and method for measuring the efficiency of the Stirling machine Download PDFInfo
- Publication number
- MD1008Z MD1008Z MDS20150084A MDS20150084A MD1008Z MD 1008 Z MD1008 Z MD 1008Z MD S20150084 A MDS20150084 A MD S20150084A MD S20150084 A MDS20150084 A MD S20150084A MD 1008 Z MD1008 Z MD 1008Z
- Authority
- MD
- Moldova
- Prior art keywords
- stirling engine
- generator
- motor
- temperature
- negative pole
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 14
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 8
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- XGFJCRNRWOXGQM-UHFFFAOYSA-N hot-2 Chemical compound CCSC1=CC(OC)=C(CCNO)C=C1OC XGFJCRNRWOXGQM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000009533 lab test Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
Abstract
Description
Invenţia se referă la tehnica de măsurare şi poate fi utilizată la măsurarea randamentului maşinilor mecanice cu ciclul Stirling. The invention relates to measurement techniques and can be used to measure the efficiency of mechanical machines with the Stirling cycle.
Este cunoscută metoda de măsurare a randamentului maşinii η la regimul de lucru, care se caracterizează cu o sarcină dată şi cu o capacitate energetică dată Ep şi care constă în măsurarea în regim de lucru în gol a puterii maşinii Nx, în măsurarea puterii Ni şi a productivităţii Πi maşinii la o creştere treptată şi până la maximum a sarcinii la ea (unde i=1…n), iar în baza datelor obţinute şi a expresiilor analitice constă în măsurarea: The method of measuring the efficiency of the machine η at the working regime, which is characterized by a given load and a given energy capacity Ep, is known and consists of measuring the machine power Nx in the no-load regime, measuring the power Ni and the productivity Πi of the machine at a gradual increase and up to the maximum of the load at it (where i=1…n), and based on the data obtained and the analytical expressions, it consists of measuring:
- productivităţii optime a maşinii Πm, care la randamentul maxim al maşinii este egală cu productivitatea de lucru Πp: - the optimal productivity of the machine Πm, which at the maximum efficiency of the machine is equal to the work productivity Πp:
, ,
- capacităţii energetice de lucru (Ep): - work energy capacity (Ep):
, ,
- puterii de lucru: - working power:
, ,
- randamentului maşinii: - machine efficiency:
. [1] . [1]
Dezavantajul acestei metode constă în complexitatea expresiilor de calcul şi utilizarea mai multor parametri pentru care este necesar de a efectua multe măsurări, iar unii dintre ei fiind determinaţi condiţionat (de exemplu, productivitatea). The disadvantage of this method lies in the complexity of the calculation expressions and the use of several parameters for which it is necessary to perform many measurements, some of which are determined conditionally (for example, productivity).
Este cunoscut dispozitivul pentru măsurarea caracteristicilor mecanice ale arborelui de rotire, care include un arbore flexibil cu marcaj, un transformator, intrarea căruia este conectată la ieşirea generatorului cu schimbare liniară a curentului, iar ieşirea este conectată la prima intrare a registrului digital, şi un senzor al marcajului conectat la multivibratorul monostabil digital, unit cu generatorul şi a doua intrare a registrului digital [2]. The device for measuring the mechanical characteristics of the rotating shaft is known, which includes a flexible shaft with a mark, a transformer, the input of which is connected to the output of the generator with linear current change, and the output is connected to the first input of the digital register, and a mark sensor connected to the digital monostable multivibrator, connected to the generator and the second input of the digital register [2].
Dezavantajele acestui dispozitiv constau în aceea că este costisitor şi voluminos, cu fiabilitate joasă, deoarece se folosesc senzori electrici instalaţi pe noduri mecanice, iar precizia măsurării depinde de liniaritatea curentului generatorului de curent liniar. The disadvantages of this device are that it is expensive and bulky, with low reliability, because electrical sensors installed on mechanical nodes are used, and the measurement accuracy depends on the linearity of the linear current generator current.
Cea mai apropiată soluţie este sistemul şi metoda de măsurare a puterii de lucru a maşinii Stirling, care include determinarea puterii pierderilor, puterii ciclului Stirling şi puterii utile de pe arborele maşinii Stirling [3]. The closest solution is the system and method for measuring the working power of the Stirling engine, which includes determining the power losses, the power of the Stirling cycle and the useful power on the shaft of the Stirling engine [3].
Dezavantajul dispozitivului şi metodei constă în aceea că nu permite măsurarea randamentului maşinii Stirling. The disadvantage of the device and method is that it does not allow the measurement of the efficiency of the Stirling engine.
Problema pe care o rezolvă prezenta invenţie constă în posibilitatea măsurării randamentului maşinii Stirling prin simplificarea construcţiei dispozitivului şi a modului de utilizare a lui. The problem solved by the present invention consists in the possibility of measuring the efficiency of the Stirling engine by simplifying the construction of the device and its use.
Sistemul de măsurare a randamentului maşinii Stirling, conform invenţiei, înlătură dezavantajele menţionate mai sus prin aceea că include un motor-generator de curent continuu, unit cu arborele maşinii Stirling, şi un măsurător de turaţii, amplasate în interiorul corpului maşinii Stirling, un măsurător de temperatură la distanţă pentru măsurarea temperaturii cilindrului fierbinte al maşinii Stirling şi un măsurător de temperatură la distanţă pentru măsurarea temperaturii cilindrului rece al maşinii Stirling, totodată polul pozitiv al motorului-generator este conectat la polul pozitiv al unui condensator, polul pozitiv al unui voltmetru, un pol al unei rezistenţe active şi la polul negativ al unui ampermetru, iar polul negativ al motorului-generator este conectat la polul negativ al condensatorului, polul negativ al voltmetrului, celălalt pol al rezistenţei, polul negativ al unui condensator şi la polul negativ al unei surse de curent continuu, totodată polul pozitiv al sursei de curent continuu este conectat la polul pozitiv al condensatorului şi la anodul unei diode, catodul căreia este conectat la polul pozitiv al ampermetrului, un element de încălzire, amplasat într-un corp termoizolant şi fixat pe un corp termoconductor, cu care contactează strâns cilindrul fierbinte al maşinii Stirling, totodată un capăt al elementului de încălzire este conectat la polul negativ al unui ampermetru, iar celălalt capăt - la polul negativ al unui voltmetru şi la polul negativ al unei surse suplimentare de curent continuu, la polul pozitiv al căreia este conectat polul pozitiv al voltmetrului şi polul pozitiv al ampermetrului. The Stirling engine efficiency measurement system, according to the invention, eliminates the above-mentioned disadvantages by including a DC motor-generator, connected to the Stirling engine shaft, and a speed meter, located inside the Stirling engine body, a remote temperature meter for measuring the temperature of the hot cylinder of the Stirling engine and a remote temperature meter for measuring the temperature of the cold cylinder of the Stirling engine, at the same time the positive pole of the motor-generator is connected to the positive pole of a capacitor, the positive pole of a voltmeter, one pole of an active resistor and the negative pole of an ammeter, and the negative pole of the motor-generator is connected to the negative pole of the capacitor, the negative pole of the voltmeter, the other pole of the resistor, the negative pole of a capacitor and the negative pole of a DC source, at the same time the positive pole of the DC source is connected to the positive pole of the capacitor and to the anode of a diode, the cathode of which is connected to the positive pole of the ammeter, a heating element, placed in a heat-insulating body and fixed on a heat-conducting body, with which it tightly contacts the hot cylinder of the Stirling engine, at the same time one end of the heating element is connected to the negative pole of an ammeter, and the other end - to the negative pole of a voltmeter and to the negative pole of an additional direct current source, to the positive pole of which the positive pole of the voltmeter and the positive pole of the ammeter are connected.
Metoda de măsurare a randamentului maşinii Stirling, conform invenţiei, înlătură dezavantajele menţionate mai sus prin aceea că include determinarea dependenţei puterii pierderilor Pi în funcţie de viteza de rotaţie Ωi a arborelui maşinii Stirling, unde i = 1…n, cu condiţia că Pi = Ii ·Ui, unde Ii şi Ui sunt intensitatea şi tensiunea curentului de alimentare a motorului-generator, şi maşina Stirling funcţionează în lipsa energiei termice din exterior până la o diferenţă de temperatură între cilindrii fierbinte şi rece de cel puţin 2°C, determinarea puterii consumate de motorul-generator şi rezistenţei active în lipsa energiei termice din exterior cu condiţia că temperatura cilindrului fierbinte este egală cu T1, iar puterea consumată este egală cu puterea Pa pentru o viteză de rotaţie a arborelui Ωi = Ωa, unde Ωa este minimă, şi motorul-generator consumă un curent electric cu o intensitate I1 şi o tensiune U1, determinarea puterii consumate de motorul-generator şi rezistenţei active cu aplicarea energiei termice din exterior prin intermediul sursei suplimentare de curent continuu cu parametrii Udepus1 şi Idepus1 cu condiţia că temperatura cilindrului fierbinte este ridicată până la T2, iar viteza de rotaţie Ωb este minimă, şi motorul-generator consumă de la sursa de curent continuu un curent electric cu o intensitate I2 şi o tensiune U1, determinarea puterii de lucru Put de pe arborele maşinii Stirling prin ecuaţia: Put = U1·(I1-I2)-Pa, determinarea cotei pierderilor energiei termice Kp prin separarea cilindrului fierbinte şi umplerea lui cu apă cu o greutate m şi o temperatură Tapă1, la care se aplică o energie termică de la un element de încălzire, alimentat de la sursa cu tensiunea Udepus2 şi curentul Idepus2 pe parcursul unei perioade de timp (t1 - t2) încălzind apa până la o temperatură Tapă2, prin ecuaţia: Kp = Qapă/Qdepus = m·Capă·(Tapă2 - Tapă1)/Udepus2·Idepus2·(t1 - t2), unde Capă este capacitatea termică a apei, determinarea randamentului maşinii Stirling prin ecuaţia: = Put/(Udepus1·Idepus1·Kp). The method of measuring the efficiency of the Stirling engine, according to the invention, eliminates the disadvantages mentioned above by including the determination of the dependence of the power of the losses Pi as a function of the rotation speed Ωi of the Stirling engine shaft, where i = 1…n, provided that Pi = Ii ·Ui, where Ii and Ui are the intensity and voltage of the supply current of the motor-generator, and the Stirling engine operates in the absence of external thermal energy up to a temperature difference between the hot and cold cylinders of at least 2°C, determination of the power consumed by the motor-generator and the active resistance in the absence of external thermal energy provided that the temperature of the hot cylinder is equal to T1, and the power consumed is equal to the power Pa for a shaft rotation speed Ωi = Ωa, where Ωa is minimal, and the motor-generator consumes an electric current with an intensity I1 and a voltage U1, determination of the power consumed by the motor-generator and the active resistance with the application of external thermal energy by means of additional direct current source with parameters Udepus1 and Idepus1 provided that the temperature of the hot cylinder is raised to T2, and the rotation speed Ωb is minimal, and the motor-generator consumes from the direct current source an electric current with an intensity I2 and a voltage U1, determining the working power Put on the Stirling engine shaft by the equation: Put = U1·(I1-I2)-Pa, determining the rate of thermal energy losses Kp by separating the hot cylinder and filling it with water with a weight m and a temperature Tapă1, to which thermal energy is applied from a heating element, powered from the source with voltage Udepus2 and current Idepus2 during a period of time (t1 - t2) heating the water to a temperature Tapă2, by the equation: Kp = Qawater/Qdepus = m·Capă·(Tapă2 - Tapă1)/Udepus2·Idepus2·(t1 - t2), where Capă is the thermal capacity of water, determining the efficiency of the Stirling engine by the equation: = Put/(Udepus1·Idepus1·Kp).
Invenţia se explică prin desenele din fig. 1- 4, care reprezintă: The invention is explained by the drawings in Fig. 1-4, which represent:
- fig. 1, schema electrică a sistemului pentru determinarea cotei pierderilor energiei termice (Kp); - Fig. 1, electrical diagram of the system for determining the thermal energy loss rate (Kp);
- fig. 2, schema electrică a sistemului pentru determinarea puterii de lucru a maşinii Stirling; - Fig. 2, electrical diagram of the system for determining the working power of the Stirling engine;
- fig. 3, graficul dependenţei puterii pierderilor în funcţie de viteza de rotaţie a arborelui maşinii Stirling; - Fig. 3, graph of the dependence of the power losses on the rotational speed of the Stirling engine shaft;
- fig. 4, schema electrică a sistemului pentru măsurarea randamentului maşinii Stirling. - Fig. 4, electrical diagram of the system for measuring the efficiency of the Stirling engine.
Sistemul de măsurare a randamentului maşinii Stirling include un motor-generator de curent continuu 12, unit cu arborele 9 al maşinii Stirling, şi un măsurător de turaţii 11, amplasate în interiorul corpului 10 al maşinii Stirling, un măsurător de temperatură la distanţă 1 pentru măsurarea temperaturii cilindrului fierbinte 2 al maşinii Stirling şi un măsurător de temperatură la distanţă 21 pentru măsurarea temperaturii cilindrului rece 20 al maşinii Stirling, totodată polul pozitiv al motorului-generator 12 este conectat la polul pozitiv al unui condensator 13, polul pozitiv al unui voltmetru 14, un pol al unei rezistenţe active 16 şi la polul negativ al unui ampermetru 15, iar polul negativ al motorului-generator 12 este conectat la polul negativ al condensatorului 13, polul negativ al voltmetrului 14, celălalt pol al rezistenţei 16, polul negativ al unui condensator 17 şi la polul negativ al unei surse de curent continuu 18, totodată polul pozitiv al sursei de curent continuu 18 este conectat la polul pozitiv al condensatorului 17 şi la anodul unei diode 19, catodul căreia este conectat la polul pozitiv al ampermetrului 15. Sistemul mai include un element de încălzire 4, amplasat într-un corp termoizolant 5 şi fixat pe un corp termoconductor 3, cu care contactează strâns cilindrul fierbinte 2 al maşinii Stirling, totodată un capăt al elementului de încălzire 4 este conectat la polul negativ al unui ampermetru 6, iar celălalt capăt - la polul negativ al unui voltmetru 7 şi la polul negativ al unei surse suplimentare de curent continuu 8, la polul pozitiv al căreia sunt conectaţi polul pozitiv al voltmetrului 7 şi polul pozitiv al ampermetrului 6. The Stirling engine efficiency measurement system includes a DC motor-generator 12, connected to the shaft 9 of the Stirling engine, and a speed meter 11, located inside the body 10 of the Stirling engine, a remote temperature meter 1 for measuring the temperature of the hot cylinder 2 of the Stirling engine and a remote temperature meter 21 for measuring the temperature of the cold cylinder 20 of the Stirling engine, while the positive pole of the motor-generator 12 is connected to the positive pole of a capacitor 13, the positive pole of a voltmeter 14, one pole of an active resistor 16 and the negative pole of an ammeter 15, and the negative pole of the motor-generator 12 is connected to the negative pole of the capacitor 13, the negative pole of the voltmeter 14, the other pole of the resistor 16, the negative pole of a capacitor 17 and the negative pole of a DC power source 18, while the positive pole of the power source direct current 18 is connected to the positive pole of the capacitor 17 and to the anode of a diode 19, the cathode of which is connected to the positive pole of the ammeter 15. The system also includes a heating element 4, placed in a heat-insulating body 5 and fixed on a heat-conducting body 3, with which it tightly contacts the hot cylinder 2 of the Stirling engine, at the same time one end of the heating element 4 is connected to the negative pole of an ammeter 6, and the other end - to the negative pole of a voltmeter 7 and to the negative pole of an additional direct current source 8, to the positive pole of which the positive pole of the voltmeter 7 and the positive pole of the ammeter 6 are connected.
Metoda de măsurare a randamentului maşinii Stirling include determinarea dependenţei puterii pierderilor Pi în funcţie de viteza de rotaţie Ωi a arborelui 2 maşinii Stirling, unde i = 1…n, cu condiţia că Pi = Ii ·Ui, unde Ii şi Ui sunt intensitatea şi tensiunea curentului de alimentare a motorului-generator 12, şi maşina Stirling funcţionează în lipsa energiei termice din exterior până la o diferenţă de temperatură între cilindrii fierbinte 2 şi rece 20 de cel puţin 2°C. Metoda mai include determinarea puterii consumate de motorul-generator 12 şi rezistenţei active 16 în lipsa energiei termice din exterior cu condiţia că temperatura cilindrului fierbinte 2 este egală cu T1, iar puterea consumată este egală cu puterea Pa pentru o viteză de rotaţie a arborelui Ωi = Ωa, unde Ωa este minimă, şi motorul-generator 12 consumă un curent electric cu o intensitate I1 şi o tensiune U1, determinarea puterii consumate de motorul-generator 12 şi rezistenţei active 16 cu aplicarea energiei termice din exterior prin intermediul sursei suplimentare de curent continuu 8 cu parametrii Udepus1 şi Idepus1 cu condiţia că temperatura cilindrului fierbinte 2 este ridicată până la T2, iar viteza de rotaţie Ωb este minimă, şi motorul-generator 12 consumă de la sursa de curent continuu 18 un curent electric cu o intensitate I2 şi o tensiune U1. Apoi se determină puterea de lucru Put de pe arborele 9 al maşinii Stirling prin ecuaţia: Put = U1·(I1-I2)-Pa şi cota pierderilor energiei termice Kp prin separarea cilindrului fierbinte 2 şi umplerea lui cu apă 24 cu o greutate m şi o temperatură Tapă1, la care se aplică o energie termică de la un element de încălzire 4, alimentat de la sursa 8 cu tensiunea Udepus2 şi curentul Idepus2 pe parcursul unei perioade de timp (t1 - t2) încălzind apa până la o temperatură Tapă2, prin ecuaţia: Kp = Qapă/Qdepus = m·Capă·(Tapă2 - Tapă1)/Udepus2·Idepus2·(t1 - t2), unde Capă este capacitatea termică a apei, după care se determină randamentul maşinii Stirling prin ecuaţia: = Put/(Udepus1·Idepus1·Kp). The method of measuring the efficiency of the Stirling engine includes determining the dependence of the power of the losses Pi on the rotational speed Ωi of the shaft 2 of the Stirling engine, where i = 1…n, provided that Pi = Ii ·Ui, where Ii and Ui are the intensity and voltage of the supply current of the motor-generator 12, and the Stirling engine operates in the absence of external thermal energy up to a temperature difference between the hot 2 and cold 20 cylinders of at least 2°C. The method also includes determining the power consumed by the motor-generator 12 and the active resistance 16 in the absence of external thermal energy provided that the temperature of the hot cylinder 2 is equal to T1, and the power consumed is equal to the power Pa for a shaft rotation speed Ωi = Ωa, where Ωa is minimal, and the motor-generator 12 consumes an electric current with an intensity I1 and a voltage U1, determining the power consumed by the motor-generator 12 and the active resistance 16 with the application of external thermal energy via the additional direct current source 8 with the parameters Udepus1 and Idepus1 provided that the temperature of the hot cylinder 2 is raised to T2, and the rotation speed Ωb is minimal, and the motor-generator 12 consumes from the direct current source 18 an electric current with an intensity I2 and a voltage U1. Then the working power Put on the shaft 9 of the Stirling engine is determined by the equation: Put = U1·(I1-I2)-Pa and the rate of thermal energy losses Kp by separating the hot cylinder 2 and filling it with water 24 with a weight m and a temperature Tapă1, to which thermal energy is applied from a heating element 4, powered from the source 8 with the voltage Udepus2 and the current Idepus2 during a period of time (t1 - t2) heating the water to a temperature Tapă2, by the equation: Kp = Qapu/Qdepus = m·Capă·(Tapă2 - Tapă1)/Udepus2·Idepus2·(t1 - t2), where Capă is the thermal capacity of the water, after which the efficiency of the Stirling engine is determined by the equation: = Put/(Udepus1·Idepus1·Kp).
Rezultatul tehnic al invenţiei constă în simplificarea procesului de măsurare a randamentului maşinii Stirling prin utilizarea minim parametrilor de măsurare (intensitate, tensiune, temperatură) şi minim parametrilor de calcul la determinarea puterii şi randamentului (intensitate şi tensiune, timp şi temperatură). The technical result of the invention consists in simplifying the process of measuring the efficiency of the Stirling engine by using a minimum of measurement parameters (intensity, voltage, temperature) and a minimum of calculation parameters when determining the power and efficiency (intensity and voltage, time and temperature).
Sistemul funcţionează în felul următor. The system works as follows.
S-a montat un nod al sistemului conform schemei (vezi fig. 1). În cilindrul fierbinte 2 s-a turnat o cantitate de apă 24 cu greutatea m = 310 g (0,31 kg) şi temperatura de 22,5°C (295,5K), după care s-a conectat sursa suplimentară de curent continuu 8. Tensiunea prestabilită Udepus2 a sursei suplimentare de curent continuu 8, indicată de voltmetrul 7, era Udepus2=10,1 V, iar curentul Idepus2, indicat de ampermetrul 6, era Idepus2 = 5,91 A. După o perioadă de aproximativ 5 min, temperatura apei a crescut până la 26,5°C (399,5K). Această temperatură a fost notată ca Tapă1, adică Tapă1=26,5°C (399,5K). Apoi, pornind cronometrul 25 şi peste o perioadă de 21 min 17 s, temperatura apei a crescut până la 77°C (350K). Această temperatură a fost notată ca Tapă2, adică Tapă2 = 77°C (350K). Apoi a fost calculată energia de încălzire a apei 24, după ecuaţia: Qapă = m ·Capă · (Tapă2 - Tapă1)= 0,31 kg · 4 190 J/(kg·K) · 50,5 K= 65,59 · 10³ (J), iar cantitatea energiei termice, transmise de elementul de încălzire 3 către cilindrul fierbinte 2 separat, a fost calculată după: Qdepus = Udepus2 · Idepus2 · ΔT = 10,1 V · 5,91 A · 1277 s = 76,22 · 10³ (J). În aşa fel, cota pierderilor energiei termice dintre elementul de încălzire 3 şi suprafaţa cilindrului fierbinte 2 a fost calculată după ecuaţia: K= Qapă / Qdepus = 65,59 · 10³ (J)/ 76,22 · 10³ (J) = 0,86. A node of the system was assembled according to the scheme (see Fig. 1). A quantity of water 24 with a weight m = 310 g (0.31 kg) and a temperature of 22.5°C (295.5K) was poured into the hot cylinder 2, after which the additional direct current source 8 was connected. The preset voltage Udepus2 of the additional direct current source 8, indicated by the voltmeter 7, was Udepus2=10.1 V, and the current Idepus2, indicated by the ammeter 6, was Idepus2 = 5.91 A. After a period of approximately 5 min, the water temperature increased to 26.5°C (399.5K). This temperature was noted as Tapă1, i.e. Tapă1=26.5°C (399.5K). Then, starting the timer 25 and over a period of 21 min 17 s, the water temperature increased to 77°C (350K). This temperature was noted as Tapă2, i.e. Tapă2 = 77°C (350K). Then the heating energy of the water 24 was calculated, according to the equation: Qawater = m Capă (Tapă2 - Tapă1) = 0.31 kg 4 190 J/(kg K) 50.5 K = 65.59 10³ (J), and the amount of thermal energy, transmitted by the heating element 3 to the separate hot cylinder 2, was calculated according to: Qdepus = Udepus2 Idepus2 ΔT = 10.1 V 5.91 A 1277 s = 76.22 10³ (J). Thus, the rate of thermal energy loss between the heating element 3 and the surface of the hot cylinder 2 was calculated according to the equation: K= Qwater / Qdeposited = 65.59 · 10³ (J)/ 76.22 · 10³ (J) = 0.86.
Pentru maşina Stirling cu o putere de calcul de 8…10 W s-a montat sistemul conform schemei (vezi fig. 2). De la sursa de curent continuu 18 s-a pus în funcţiune motorul-generator de curent continuu 12 al maşinii Stirling şi la o diferenţă de temperatură între cilindrul fierbinte 2 şi cel rece 20 de cel puţin 2°C s-au determinat valorile intensităţii (cu ajutorul ampermetrului 15) şi tensiunii (cu ajutorul voltmetrului 14) în funcţie de viteza de rotaţie Ωi, unde i = 1…n. Tensiunea sursei de curent continuu 18 varia între 15,7 V şi 23,2 V, fapt ce provoca turaţiile arborelui 9 de la Ωmin=224 tur/min până la Ωmax = 476 tur/min. Curentul de absorbţie al motorului-generator de curent continuu 12 varia între 0,31 A pentru turaţiile Ωmin = 224 tur/min şi 0,38 A pentru turaţiile Ωmax = 476 tur/min. Apoi s-a calculat produsul intensităţilor Ii şi tensiunilor Ui şi s-a construit o dependenţă grafică a produsului de viteza de rotaţie Ωi. Rezultatul calculului este prezentat în fig. 3, unde Pmin= 4,86 W pentru turaţiile Ωmin = 224 tur/min, iar Pmax= 8,81 W pentru turaţiile Ωmax = 476 tur/min. Apoi s-a deconectat sursa de curent continuu 18 şi s-a montat rezistenţa activă 16 cu nominalul R= 15,2 E şi puterea de disipare Ps = 20 W. După montarea rezistenţei active 16 s-a conectat sursa de curent continuu 18, tensiunea căreia a fost reglată în aşa mod, ca voltmetrul 14 să indice tensiunea U1 = 18 V. S-a măsurat curentul de consum al circuitului compus din motorul-generator de curent continuu 12, rezistenţa activă 16, precum şi turaţiile arborelui 9. Turaţiile măsurate constituiau Ωa = 297 tur/min, iar curentul măsurat I1 = 1,58 A. Apoi la cilindrul fierbinte 2 al maşinii Stirling s-a aplicat o energie termică, obţinută din energia termică disipată pe elementul de încălzire 4, alimentat de la sursa suplimentară de curent continuu 8, a cărui curent de ieşire s-a măsurat cu ajutorul ampermetrului 6, iar tensiunea cu ajutorul voltmetrului 7. Ridicarea valorii tensiunii de ieşire a sursei de curent continuu 8 se efectua treptat câte 2…3 min, până la creşterea şi menţinerea temperaturii cilindrului fierbinte 2 la valoarea 468°C. Pentru aceşti parametri au fost măsurate tensiunea şi curentul sursei suplimentare de curent continuu 8, care au fost notate ca Udepus1 = 16,95 V şi Idepus1 = 10,02 A. Ca rezultat al lucrului maşinii Stirling, se observă că motorul-generator 12 al maşinii Stirling, la aceeaşi tensiune de 18 V, absoarbe un curent mai mic, iar turaţiile arborelui 9 cresc. În toată perioada măsurărilor cu ajutorul sursei de curent continuu 18 se menţine tensiunea indicată de voltmetrul 14 egală cu U1 = 18 V, iar curentul măsurat cu ajutorul ampermetrului 15, după stabilizarea turaţiilor măsurate cu ajutorul măsurătorului 11 a scăzut până la I2 = 0,97 A pentru turaţiile Ωa = 382 rot/min. Apoi s-au măsurat şi temperaturile cilindrilor fierbinte 2 şi rece 20, respectiv Tf şi Tr, care indicau: Tf = 468°C şi Tr =48°C. Din grafic (vezi fig. 3) pentru numărul de turaţii Ωa = 382 rot/min se obţine Pa = 7,44 W. Prin urmare, cu ajutorul datelor experimentale obţinute, s-a calculat puterea de lucru de pe arborele maşinii Stirling prin expresia: For the Stirling engine with a calculation power of 8…10 W, the system was assembled according to the scheme (see Fig. 2). The DC motor-generator 12 of the Stirling engine was started from the DC source 18 and at a temperature difference between the hot cylinder 2 and the cold cylinder 20 of at least 2°C, the values of intensity (using the ammeter 15) and voltage (using the voltmeter 14) were determined depending on the rotation speed Ωi, where i = 1…n. The voltage of the DC source 18 varied between 15.7 V and 23.2 V, which caused the shaft speeds 9 from Ωmin=224 rev/min to Ωmax = 476 rev/min. The absorption current of the DC motor-generator 12 varied between 0.31 A for speeds Ωmin = 224 rev/min and 0.38 A for speeds Ωmax = 476 rev/min. Then the product of the intensities Ii and the voltages Ui was calculated and a graphical dependence of the product on the rotational speed Ωi was constructed. The result of the calculation is shown in fig. 3, where Pmin= 4.86 W for speeds Ωmin = 224 rev/min, and Pmax= 8.81 W for speeds Ωmax = 476 rev/min. Then the direct current source 18 was disconnected and the active resistance 16 with the nominal R= 15.2 E and the dissipation power Ps = 20 W was mounted. After mounting the active resistance 16, the direct current source 18 was connected, the voltage of which was adjusted in such a way that the voltmeter 14 indicated the voltage U1 = 18 V. The consumption current of the circuit composed of the direct current motor-generator 12, the active resistance 16, as well as the shaft speeds 9 were measured. The measured speeds were Ωa = 297 rev/min, and the measured current I1 = 1.58 A. Then, a thermal energy was applied to the hot cylinder 2 of the Stirling engine, obtained from the thermal energy dissipated on the heating element 4, powered by the additional direct current source 8, whose output current was measured using the ammeter 6, and the voltage using the voltmeter 7. The output voltage of the direct current source 8 was gradually increased every 2…3 min, until the temperature of the hot cylinder 2 was increased and maintained at 468°C. For these parameters, the voltage and current of the additional direct current source 8 were measured, which were noted as Udepus1 = 16.95 V and Idepus1 = 10.02 A. As a result of the Stirling engine's operation, it is observed that the motor-generator 12 of the Stirling engine, at the same voltage of 18 V, absorbs a smaller current, and the speed of the shaft 9 increases. During the entire period of measurements using the direct current source 18, the voltage indicated by the voltmeter 14 is maintained equal to U1 = 18 V, and the current measured using the ammeter 15, after the stabilization of the revolutions measured using the meter 11, decreased to I2 = 0.97 A for the revolutions Ωa = 382 rpm. Then the temperatures of the hot 2 and cold 20 cylinders were also measured, respectively Tf and Tr, which indicated: Tf = 468°C and Tr =48°C. From the graph (see fig. 3) for the number of revolutions Ωa = 382 rpm, Pa = 7.44 W is obtained. Therefore, using the experimental data obtained, the working power on the Stirling engine shaft was calculated by the expression:
Put = U1·(I1-I2) - Pa= 18 ·(1,58 - 0,97) - 7,44 W = 3,54 W, Put = U1 (I1-I2) - Pa= 18 (1.58 - 0.97) - 7.44 W = 3.54 W,
iar randamentul maşinii Stirling, prin expresia: and the efficiency of the Stirling engine, by the expression:
= Put/(Udepus1·Idepus1·Kp) = 3,54 W/(16,95 V ·10,02 A·0,86) =0,0242 (2,42%) = Put/(Udeposit1·Ideposit1·Kp) = 3.54 W/(16.95 V ·10.02 A·0.86) =0.0242 (2.42%)
Testele de laborator au arătat că datele măsurate au coincis cu rezultatele preconizate de calcul şi corespund celor pe care le au alte mostre de maşini Stirling de aceeaşi construcţie. Laboratory tests showed that the measured data coincided with the expected calculation results and correspond to those of other Stirling engine samples of the same construction.
1. MD 920 Y 2015.06.30 1. MD 920 Y 2015.06.30
2. SU 1281934 A1 1987.01.07 2. SU 1281934 A1 1987.01.07
3. SU 1099213 A 1984.06.23 3. SU 1099213 A 1984.06.23
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| MDS20150084A MD1008Z (en) | 2015-06-23 | 2015-06-23 | System and method for measuring the efficiency of the Stirling machine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| MDS20150084A MD1008Z (en) | 2015-06-23 | 2015-06-23 | System and method for measuring the efficiency of the Stirling machine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| MD1008Y MD1008Y (en) | 2016-02-29 |
| MD1008Z true MD1008Z (en) | 2016-09-30 |
Family
ID=55447202
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| MDS20150084A MD1008Z (en) | 2015-06-23 | 2015-06-23 | System and method for measuring the efficiency of the Stirling machine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| MD (1) | MD1008Z (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1099213A1 (en) * | 1983-02-21 | 1984-06-23 | Пензенский Политехнический Институт | Device for measuring mechanical characteristics of rotating shaft |
| SU1281934A1 (en) * | 1984-12-05 | 1987-01-07 | Днепропетровский инженерно-строительный институт | Method for determining efficiency of machines |
| MD1870B1 (en) * | 2001-03-22 | 2002-02-28 | Univ Tehnica Moldovei | Device for measuring the power at the shaft |
| RU2368879C1 (en) * | 2008-06-04 | 2009-09-27 | ЗАКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "ИНГЕРСОЛЛ-РЭНД СиАйЭс" | Device for measurement of maximum power on shaft |
| RU2454643C1 (en) * | 2010-12-10 | 2012-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет" (СГТУ) | Method of defining ice power losses |
| MD920Y (en) * | 2014-09-30 | 2015-06-30 | Institutul De Inginerie Electronică Şi Nanotehnologii "D. Ghiţu" Al Aşm | System and method for measuring the operating power of the Stirling machine |
-
2015
- 2015-06-23 MD MDS20150084A patent/MD1008Z/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1099213A1 (en) * | 1983-02-21 | 1984-06-23 | Пензенский Политехнический Институт | Device for measuring mechanical characteristics of rotating shaft |
| SU1281934A1 (en) * | 1984-12-05 | 1987-01-07 | Днепропетровский инженерно-строительный институт | Method for determining efficiency of machines |
| MD1870B1 (en) * | 2001-03-22 | 2002-02-28 | Univ Tehnica Moldovei | Device for measuring the power at the shaft |
| RU2368879C1 (en) * | 2008-06-04 | 2009-09-27 | ЗАКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "ИНГЕРСОЛЛ-РЭНД СиАйЭс" | Device for measurement of maximum power on shaft |
| RU2454643C1 (en) * | 2010-12-10 | 2012-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет" (СГТУ) | Method of defining ice power losses |
| MD920Y (en) * | 2014-09-30 | 2015-06-30 | Institutul De Inginerie Electronică Şi Nanotehnologii "D. Ghiţu" Al Aşm | System and method for measuring the operating power of the Stirling machine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| MD1008Y (en) | 2016-02-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2010105850A (en) | MEASURING ENERGY CONSUMPTION | |
| JP2020535838A5 (en) | ||
| CN103901349B (en) | A kind of power battery pack electric quantity measuring system | |
| CN106771945A (en) | A kind of IGBT junction temperatures on-line monitoring method and its measuring circuit | |
| CN102645287B (en) | Motor winding temperature rise detection method | |
| CN204831596U (en) | Hydro -generator rotor field coil temperature dispersion formula automatic measuring device | |
| CN104330187B (en) | A kind of system for detecting temperature of achievable battery saving mode | |
| CN104655232A (en) | Combined type automatic caution alarming measuring instrument for deep well water level | |
| CN115265675B (en) | Spontaneous current amount detection system | |
| CN104897205A (en) | Telescopic seed cotton stack temperature and humidity measurement device | |
| CN202339395U (en) | Luminous efficiency detection system of semiconductor luminous apparatus | |
| MD920Z (en) | System and method for measuring the operating power of the Stirling machine | |
| CN216668991U (en) | Power plant uses water turbine runout monitoring devices | |
| CN203526752U (en) | Digital temperature measuring type welding heat gun | |
| CN104965174A (en) | Alternating current motor efficiency and operation performance integrated test system | |
| CN203595757U (en) | Impedance testing device | |
| CN205263120U (en) | Multi -functional tachogenerator circuit of engine | |
| CN203811781U (en) | A storage battery online detection system | |
| CN107806940A (en) | A kind of embedded heat-sensitive sensor and thermometry | |
| US9322723B2 (en) | Energy harvesting survey apparatus and method of detecting thermal energy | |
| KR101605268B1 (en) | Resistance measuring apparatus | |
| CN201666922U (en) | High-voltage nuclear phase pen | |
| CN206992918U (en) | A kind of generator of the rotor windings temperature of measurement in real time | |
| CN204831355U (en) | Telescopic unginned cotton buttress temperature humidity measuring instrument | |
| CN104182323A (en) | Computer monitoring system based on single chip microcomputer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG9Y | Short term patent issued | ||
| KA4Y | Short-term patent lapsed due to non-payment of fees (with right of restoration) |