In this thesis a method for determining optimal dead space in an axial-type expander is developed. The axial-type expander in question is for use in a steam engine, a environmental friendly and fuel-agnostic alternative to the ICE-engine. Optimal dead space is of importance as an increase in the dead space lowers the efficiency of the engine, however, is needed to ensure operation of expander as the piston could otherwise collide with the expander chamber top surface. The model for determining the optimal dead space in this thesis is based on vectorial tolerance models used for kinematic assemblies, and include the effect of thermal expansion, clearances at joints, manufacturing tolerances and deformations. With resulting tolerances and safety factors, a safe position of the expansion chamber top surface can then be established by Monte Carlo analysis. With input of design variables and the effect from factors mentioned and their effect on the minimal safe distance is calculated using the model in this thesis. From numerical analysis, the factors having the most contribution on the dead space are concluded to be thermal expansion of piston and piston rod, dimensional manufacturing tolerances of piston and piston rod, clearance at ball joints, axial clearance at shaft and bending of Z-shaft. / I detta examensarbete har en metod för att bestämma det optimala avståndet mellan kolv och expansionskammarens högsta yta tagits fram. Axial-kolvmotorn avses för bruk i en ångmotor, ett miljövänligt alternativ till bensin och dieselmotorer som kan drivas med många drivmedel, t.ex. biomassa. Att bestämma detta optimala avstånd är viktigt eftersom en ökning i detta avstånd minskar motorns effektivitet. Dock behövs ett visst avstånd för att säkerställa att ingen kontakt mellan de två ytorna sker under drift. Modellen framtagen i detta examensarbete baserar sig på tolerans analys-modeller med vektorer som används för mekanismer under rörelse. I denna modell inkluderas effekten av termisk expansion, glapp i kontakt mellan komponenter, tillverkningstoleranser och deformationer på kolvens rörelse. Med hjälp av resulterande toleranser och säkerhetsfaktorer kan genom Monte Carlo simulationer ett optimalt avstånd mellan kolv och expansionkammaren bestämmas. Genom inmatning av designvariabler och undersökta effekter kunde genom numerisk analys konstateras att de viktigaste parametrarna att undersöka med störst effekt på axial-kolvmotorn var termisk expansion av kolv och kolvstång, dimensionella toleranser av kolv och kolvstång, glapp i kul-kontakter, axial rörelsefrihet vid kulled och böjning av Z-axel.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-320911 |
| Date | January 2022 |
| Creators | Karman, Martin |
| Publisher | KTH, Maskinkonstruktion (Inst.) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-ITM-EX ; 2022:118 |
Page generated in 0.0023 seconds