Открытый проект - турбо-роторный в гараже или золотниковая КС на новый лад.

[SVD]

Доброго дня, так как сейчас часто приходиться обращаться к разным людям за помощью или просто рассказывая про свою задумку слышу от них желание узнать побольше и держать в курсе работы, поэтому открываю эту тему. А также в надежде найти единомышленников, тех кто поможет словом и делом построить и довести до ума интересную идею нового типа двигателей.
Название для него Турбо Роторный Двигатель, принцип работы взят от развития идеи Золотниковой КС Богданова ( патентованная и имеет работающий прототип - патентодержатель НПО Сатурн) - пульсирующего реактивного двигателя с камерой периодического сгорания с продольным золотником ( Вроде как вышел на автора и отправил ему сообщение теперь жду ответа)
В моем случае это адаптация под СУ привода Воздушного Винта.
Внизу прикрепляю рисунков объясняющих мою идею

 

[SVD]

Принцип работы схож с указанным выше Пульсирующим двигателем Богданова, но имеет свои особенности, основная - разнесенные окна подвода воздуха к ротору и окна выхлопа. Окно подачи находиться в центре ротора вдоль оси вала, при том форсунка подачи топлива постоянного действия смещена относительно окна подачи воздуха так, что топливо попадает из форсунке в полость ротора только после прохождения лопаткой окна выхлопа.
Далее сам Ротор представляет из себя два диска закрепленных на валу между которыми находиться от трех основных выгнутых лопаток между которыми также есть еще ряд малых лопаток. Основные делят внутреннею полость на отдельные камеры в которых происходит следующие процессы
1. Выхлоп+продувка камеры свежем воздухом
2. Подача топлива и поджиг получившийся смеси
3. Горение в закрытом и постоянном объеме
Возврат к первому пункту.
Эти процессы происходят одновременно, но разнесены по отдельным камерам.
Далее как мне кажется такая схема ротора и окон имеет лучшую наполняемость по сравнению с внешними окнами, плюс центробежная сила при вращение дополнительно поджимает заряд что улучшает сгорание смеси, выгнутые лопатки венца ротора должны лучше срабатывать струю газов чем прямые.
Далее так как ротор не имеет прямого контакта с Статором двигателя, то на внешних сторонах дисков думаю расположить ряд лопаток которые охлаждают ротор прогоняя внешний воздух через себя, так же этот воздух можно направлять в сам Ротор для работы двигателя.
Окно выхлопа находиться на внешней стороне ротора с присоединенной выхлопным коллектором который частично проходит над местом где происходить впрыск топлива, тем самым отдавая часть тепла в это место подогревая рабочею смесь, затем отработанные газы идут в турбокомпрессор который создает необходимое давление в Роторе и затем через выхлопную трубу выводиться наружу.
По описанию двигателя пока все.

 

[SVD]

Далее, сейчас занят в первую очередь сбором средств для заказывания у токаря точенных деталей Ротора и подшипниковых узлов. Сам Ротор будет сварным из листового чермета, ( заказывать ЧПУшную обработку мне не по карману) с дальнейшей балансировкой. Размеры все есть (они выбраны так что бы по максимуму использовать готовые модули двигателя - Сцепление, Редуктор, ТКР 6), но может в ходе этой темы пока не вложился буду пересчитывать.
Идея дзя - 110 кВт, воздушное охлаждение, минимальные весогабариты.

 

[JohnDoe]

@ Вадим Е.
1. Для обеспечения нормального наполнения площади проходных сечений окон впуска и выпуска должны находиться в определённых соотношениях. Можно примерно говорить, что выпуск должен быть процентов на 25% "шире"/больше(т.к. газы имеют высокую температуру). При впуске через вал(если я првильно понял Вашу мысль) это довольно трудно обеспечить, т.к. радиусы отличаются, а высота/глубина ротора и углы поворота, на которых происходят процессы выпуска/впуска одинаковы.
2. Подогрев впуска уменьшит наполнение. Рекуперация(подогрев свежего заряда от выхлопа) имеет смысл лишь тогда, когда заряд уже в КС и никуда не денется. Например, клапана/золотники КС закрыты, или как в ГТУ типа Капстон С30/60 где воздух с выхода компрессора проходит через теплообменник прежде чем попасть в камеру сгорания ГТД. На теплообмен нужно время, а его, в Вашем случае нет.
3. Попытка подогрева одной из областей ротора приведёт к усугублению проблем, связанных с неоднородностью поля температур(короблению).
ИМХУ.

 

[SVD]

@ JohnDoe
Доброго дня.

Для обеспечения нормального наполнения площади проходных сечений окон впуска и выпуска должны находиться в определённых соотношениях. Можно примерно говорить, что выпуск должен быть процентов на 25% "шире"/больше(т.к. газы имеют высокую температуру).

Меня эти соотношения не оставляют в покое до сегодняшнего дня, думал сделать одну из сторон Ротора конусом, тем самым заузить окно выпуска, но технически это несколько сложней изготовить, чем изготовить "прямой" Ротор, думаю, так как ротор составной то если что то получиться на первом варианте можно будет изготовить второй Ротор расширив концы лопаток на необходимый размер заузив этим выхлопное сечение.

При впуске через вал(если я првильно понял Вашу мысль) это довольно трудно обеспечить, т.к. радиусы отличаются, 

Немного не так, на вал до середины внутренней ширины одета неподвижная труба - золотник впуска ( если диаметр вала 35 мм, то золотника 72 мм) в которой и расположено окно впуска и за ним форсунка постоянного действия которая так же проходит внутри этого золотника. На стыке (центрующая шайба одета на трубу, и не касающиеся вала Ротора) между шайбой оси Ротора и этой трубы сделаны огнеканалы. 

Подогрев впуска уменьшит наполнение

Тут такая мысль, купить турбину с необходимыми характеристиками для меня сложно (ТКР 6 0.6 бар это 6000 руб , импортные с авто 1.2 бар от 40 000 рублей - для прототипа дороговаты) , поэтому тот воздух охлаждения который проходит через Ротор служит первичной ступенью перед ТКР и вопрос его охлаждения решается интерккулером. Хотя есть сомнения в необходимости такого решения, прототип покажет. Так по производительности ТКР 6 вполне достаточно, а вот по сжатию, надо посмотреть. Богданов указывает на положительное влияние увеличения давления, но оно меньше чем от повышения температуры и действия постоянного объема на горение.

Попытка подогрева одной из областей ротора приведёт к усугублению проблем, связанных с неоднородностью поля температур(короблению).

Да согласен, поэтому -то труба выхлопа накрывает зону где происходит наполнение свежем воздухом самый холодный сектор Ротора - Статора, потом это и есть тот подогрев о котором Вы пишите выше.

когда заряд уже в КС и никуда не денется. Например, клапана/золотники КС закрыты, 

 

[JohnDoe]

Доброго дня.

Здрасьте! 🙂

думал сделать одну из сторон Ротора конусом, тем самым заузить окно выпуска, но технически это несколько сложней

Да, конусность может несколько помочь в данном вопросе, но не радикально.

на вал до середины внутренней ширины одета неподвижная труба - золотник впуска ( если диаметр вала 35 мм, то золотника 72 мм) в которой и расположено окно впуска и за ним форсунка постоянного действия

Ну, это частности, принцип-то я правильно угадал. 😉

Так по производительности ТКР 6 вполне достаточно, а вот по сжатию, надо посмотреть. Богданов указывает на положительное влияние увеличения давления, но оно меньше чем от повышения температуры и действия постоянного объема на горение. 

Предварительное сжатие всегда на пользу, даже не большое, т.к.  давления перемножаются. Т.е., если давление от сгорания в постоянном объёме без наддува было, скажем, 6 бар, то при наддуве 1,5 бар(абсолютного, т.е. избыточное- 0,5 бар) в КС будет достигнуто около 9 бар(6*1,5).
Про подогрев. Более горячий воздух на впуске уменьшает наполнение, его труднее "запихнуть" в объём цилиндра/КС. Это известно давно, например, в жару мощность ДВС падает. Всё из-за того, что одна и та же масса воздуха при разной температуре занимает разный объём. Известные системы с рекуперацией тепла выхлопа предусматривают сначала закачку холодного свежего заряда, а уже потом его нагрев(например, есть такие проекты/диссеры по ГТУ для электростанций). Кроме того, что на теплообмен нужно время, чтобы выхлопные газы успели отдать своё тепло свежему заряду, т.е., в Вашем случае, какую-то часть оборота ротора внутри него ничего происходить не должно(ни горения, ни всего остального). Это потребное время тем меньше, чем выше площадь поверхностей теплообмена, скорость выхлопных газов, тоньше разделяющая стенка и т.д. В данном конкретном случае омывание выхлопом ротора практически ничего не даст, кроме описанных мною проблем.
ИМХУ.
Поэтому предлагаю отказаться от рекуперации и впуска через вал и перейти к многокамерной вариации моей ЗКС. 😉

 

[SVD]

Есть вопрос по питанию двигателя
1. Установить карб от Нивы
2. Установить моно впрыск от Нивы для непосредственной подачей топлива в ротор.
Если в первом случае нет вопросов, но увеличиться несколько расход (уместно сравнение с двухтактным двигателем) за счет того что часть свежего заряда конструктивно будет уходить на продувку.
Во втором случае будет уходить только продувочный воздух, но что это за зверь, кто знает?
По системе смазки нашел смазывающие насосы для станков, так что мотор и турбина изначально будут под автономную систему с приводом от электромотора. 🙂

 

[SVD]

Не очень понятен вопрос

В том и фишка отличающая мой Двигатель от Сатурновского, у них топливо и воздух подаются одновременно в ротор, что приводит к перерасходу во время продувки полости, в моем случае если получиться пристроить форсунку, то воздух подается отдельно от топлива (место установки форсунки и перебрасывающих каналов рядом, тем самым обеспечиваем лучшее сгорание) тем самым снижая расход топлива и снижая температуру отработавших газов - это и есть продувочный воздух. Это к стати особенность именно этого типа Двигателя и двухтактного но в последнем все равно для надежности и долговечности необходимо подавать топливо с маслом сразу тут же этого нет и в помине. 🙂 

 

[JohnDoe]

@ Вадим Е.
У сатурновцев как раз и был изначально реализовн вариант впрыска топлива при закрытом выпускном окне, посмотрите ещё раз сборник Жоржа. Впуск в коллектор у них был реализован позже, как мера по преодолению ограничения быстродействия форсунок, для форсировки по оборотам. У них же была озвучена идея впрыска непосредственно в пламяперебрасывающий канал(для многокамерной ЗКС).
Чтоо касается характеристик форсунок, то посмотрите мою беседу по данному вопросу с господином TsAI в ветке "реактивный двигатель своими руками".

 

[Over all]

Неужели в 21 веке не стыдно выкладывать такие каракули ? Ничего непонятно. Разве так трудно установить на комп любой CAD  и хоть чертить нормально , а не на салфетке авторучкой.
С таким уровнем проработки проекта это вряд ли закончится успехом.

 

[SVD]

Неужели в 21 веке не стыдно выкладывать такие каракули

Ой да бросьте, смысл этих каракуль прояснить мысль и не больше.
На счет всего остального спрашивайте - отвечу.

У сатурновцев как раз и был изначально реализовн вариант впрыска топлива при закрытом выпускном окне, посмотрите ещё раз сборник Жоржа.

Да обращал внимание как изменялась изначальная идея и перенос форсунки в поток, как Вы заметили именно и связан с медлительностью форсунок и не чем не смогли заменить, хотя НПО имеет намного больше возможностей чем моя гараж-шараж-мастерская, а тут все изящней получается, постоянная форсунка так же объединяются с каналами на внешней стороне статора как у них, но перенос впуска дает больше хода для регулировок и настроек и ГЛАВНОЕ центробежный эффект поджатия рабочего тела и за счет этого улучшается наполняемость ротора  немаловажное имеет значение, а НПО игнорировало этот момент в пользу простоты конструкции (но это совсем не обязательно, как видите сложности изготовления нет) и потеряло на этом думаю существенно. Они двигаются в сторону Импульсных турбин ( это ведь их основное направление), а мой варианта развивается в сторону Роторных двигателей.   

 

[SVD]

@ JohnDoe

Вячеслав, такой вопрос сколько получается расход воздуха для такого типа двигателя, при условии 1 литр объема ротора, и 10 000 об\мин у меня получается разные числа, если учитывать все поправки на четырехтактный двигатель и мощность то же разная максимальная при давление турбины 1.2 бар что то около 250 лошадей ? Где правда и как считать ? Вот ниже ссылка калькулятора, интересно побаловаться.
http://ss20club.ru/online-raschety/

 

[SVD]

@ Over all
Основные размеры выбирались из расчета имеющихся сопутствующих модулей - выпускаемых Минскими товарищами сцепления и редуктора для БМВ мотора, размеры остальные еще уточняются.   

 

[JohnDoe]

Где правда и как считать ? Вот ниже ссылка калькулятора, интересно побаловаться.

Этот калькулятор заточен под 4-тактный ПД, Вам он мало поможет. А посчитать массовый расход воздуха/топлива относительно просто(в первом приближении). Умножаете объём ротора(в м3) на обороты(об/сек), на наддув(абсолютный, или ПИк) и на уд.плотность воздуха(1,2 кг/м3). У Вас объём ротора(камер сгорания) 1 литр(0,001 м3), обороты ~166 Гц(10000/60) и ПИк 1,2, получаем: 0,001*166*1,2*1,2=0,24 кг/сек. Т.к. для сжигания 1 кг керосина/бензина требуется примерно 15 кг воздуха, то можно вычислить массовый расход топлива: 0.24/15= 0,016 кг/сек или 57,6 кг/час. При 100% КПД двиг будет иметь мощность 688 кВт. 😉

ЗЫ. Даааа, и цикл у Вас/нас не 4-х, а 2-тактный.

 

[SVD]

@ JohnDoe
Спасибо большое, у меня расход такой и вышел, при 1.2 бар, при 0.6 бар - 0.12 кг/с.
По мощности порадовали конечно - хотя бы четвертую часть снять с двигателя и конкурентов порше и турбо порвем как Тузик тряпку.

не 4-х, а 2-тактный.

А почему, вроде имеем три такта в роторе ( 1) продувка-впрыск, 2) горение в постоянном объеме, 3) выхлоп) и один сжатие на турбине или чего не догоняю ?

у Вас/нас

Вячеслав, с большой радостью разделю с Вами это бремя со всеми вытекающими и конечно же втекающими, а то у меня по теоретической части, а так же по электрике полный швах и одному такой проект не потянуть совсем однозначно   😉

 

[JohnDoe]

Спасибо большое, у меня расход такой и вышел, при 1.2 бар, при 0.6 бар - 0.12 кг/с.

Да неВоЧто 🙂 А 0,6 бар это что, задросселированный режим считали, что-ли? ПИк(степень повышения давления) указывается в абсолютном выражении, т.е. ПИк= 1 это атмосферное давление, без наддува.

По мощности порадовали конечно - хотя бы четвертую часть снять с двигателя и конкурентов порше и турбо порвем как Тузик тряпку.

Эффективный КПД в 25% для ДВС это очень неплохо даже для современных поршневиков, тем более 2-тактных. Этого достичь будет не так уж легко, придётся попотеть.

вроде имеем три такта в роторе ( 1) продувка-впрыск, 2) горение в постоянном объеме, 3) выхлоп) и один сжатие на турбине или чего не догоняю ?

Неа, так можно и турбированный ПД обозвать 5-ти тактным(4 такта в ПД + 5-й в турбине). 🙂 Турбина использует энергию уже отработанных, в основном процессе, газов и как отдельный такт "плюсовать" его неправильно(двигатель же и без наддува может работать). У нас же 2-тактный цикл: 1) впуск/горение 2) выпуск/расширение. Можно конечно выделить горение в отдельный такт(благо он достаточно продолжительный по углу поворота), но это чревато, разрастётся флудильня.

с большой радостью разделю с Вами это бремя со всеми вытекающими и конечно же втекающими, а то у меня по теоретической части, а так же по электрике полный швах и одному такой проект не потянуть совсем однозначно 

Насчёт "в одиночку" это точно. Я же помогаю, чем могу- идеи, теория, может не высший класс, но уж что есть. 🙂

 

[SVD]

А 0,6 бар это что, задросселированный режим считали, что-ли? 

Так обозначено на ТКР -0.6 бар добавочного давления, а в нашем случае ско ко и чего ? :-/

У нас же 2-тактный цикл

Теперь понял.

Можно конечно выделить горение в отдельный такт(благо он достаточно продолжительный по углу поворота),

Так это основа основ этого типа двигателя, при том что угол или сектор горения занимать очень большой процент - 164 гр, в пяти камерном роторе) (при условие одновременного впрыска и начала горения в камере и далее при проходе камеры из зоны впрыска вплоть до начала выпуска)
Меня сейчас сильно останавливает впрыск. Сегодня всё утро искал подходящий инжектор, где бы можно было бы вынести форсунку в нужное мне место, думал про моновпрыск от Нивы но форсунка там так сделана что работает только вместе с дроссельным узлом в одном корпусе, а вот инжектор от Грант Приор, :-/ но там четыре форсунки и куча всевозможных датчиков, надо опять весь Интернет шерстить как обрезать культурно и что оставить и как форсунки на одну заменить что бы адекватно работало.  🙁
П.С. заодно подкупил небольшой электростартер от скутера с бендиксом 🙂

 

[JohnDoe]

Так обозначено на ТКР -0.6 бар добавочного давления, а в нашем случае ско ко и чего ?

"Добавочное" суть "избыточное", ПИк(степень повышения давления) будет 1,6, на эту величину умножается исходное давление(окружающей среды).

Так это основа основ этого типа двигателя, при том что угол или сектор поворота может занимать очень большой процент, вплоть до половины или до 240 градусов ( при трех камерном роторе) (при условие одновременного впрыска и начала горения в камере и далее при проходе камеры из зоны впрыска вплоть до начала выпуска) И это не как негативно не влияет на конструкцию мотора 

Выпуск-72 гр., впуск тоже 72 гр. Остальное - горение, т.е. 216 гр. НЕЗАВИСМО от кол-ва камер. Какая разница, как сжигать литр, весь сразу(1-камерная КС), или по частям. Суммарное время на процесс за оборот будет примерно одинаковым. Многокамерность позволяет увеличить обороты, т.к. часть сгорает быстрее целого либо организовать больше одного цикла за оборот. И то и то ведёт к росту мощности.

там четыре форсунки и куча всевозможных датчиков, надо опять весь Интернет шерстить как обрезать культурно и что оставить и как форсунки на одну заменить что бы адекватно работало.

Это надо людей спрашиввать, в двигательном разделе есть пара "инжекторных" тем. Не думаю, что сильно сложно, есть же, наверное, инжекторная "Ока", а там половинка мотора. Дело за прошивкой. Форсунка преполагается одна?

 

[gneta]

искал подходящий инжектор, где бы можно было бы вынести форсунку в нужное мне место

Механический впрыск, Ауди, Мерс.

 

[SVD]

Многокамерность позволяет увеличить обороты, т.к. часть сгорает быстрее целого либо организовать больше одного цикла за оборот. И то и то ведёт к росту мощности.

В одной из работ вскользь замечено, что переход на многокамерность был вынужден и являлось борьбой с возникающими (не знаю как точно будет) хлопками выхлопа большой мощности разрушающими мотор, там еще сетка стояла и особенная форма выхлопной трубы предполагалось что бы дробить фронт выхлопа.
А так да думаю что оптимально будет три камеры на Ротор ( при условие инжекторного подачи топлива в Ротор) плюс три - пять направляющих коротких лопаток еще между основными разделительными лопатками, и поток лучше будет направлен (без самоторможения Ротора, что наблюдали Рыбинцы) и дробность этого выхлопного фронта выше будет.

Это надо людей спрашиввать, в двигательном разделе есть пара "инжекторных" тем. Не думаю, что сильно сложно, 

Ой как сложно, на первый взгляд вроде просто, но на деле слишком много датчиков с которыми работает мозг инжектора, а на нашем их и нет совсем - детонации, положение коленвал, скорости, температуры, оборотов. Нужна система где отслеживается только по расходу воздуха, как на карбе, но что то таких не встречал  есть бошевская механика но она капризная и неремонтопригодная.

Форсунка преполагается одна

Да, большой производительности.

Механический впрыск, Ауди, Мерс

Спасибо за подсказку, но выше писал, то что нашел на них не обрадовало, думаю что действительно надо идти на поклон в люди за помощью.