Роторно-винтовой двигатель

KV531

KV531

rotormotors.ru
Откуда
Симферополь
Здравствуйте уважаемые форумчане!
Нужна помощь в доводке двигателя.
Опытный образец построен и стоит на стенде. Двигатель работает. Но предстоит много работы по доводке конструкции.
Есть инвестор, есть заказы на мотор, есть завод на котором изготовим опытную партию. Я один не вытягиваю.
Живу в Симферополе, тут нет специалистов по авиационным двигателям.
По деньгам и форме оплаты труда договоримся. Возможна удаленная работа.

Назначение двигателя пока неясно, планируется для катеров, экранопланов, легкомоторной авиации и спецтехники.
Двигатель без системы охлаждения и на подшипниках качения. Запуски делаю кратковременные, но это позволит сделать замер крутящего момента.
Сейчас важно отработать основные процессы (горение, подача топлива и т.д.). После этого будет изготавливаться такой же мотор, но с системой охлаждения и на гидро-динамических подшипниках. Его можно будет долго гонять на стенде, отрабатывать настройки топливных карт и замерять все необходимые показатели.
В перспективе создание лаборатории с моделированием всех рабочих процессов двигателя с целью оптимизации конструкции.

Теперь про сам двигатель.

Схема не нова. Это роторно-винтовой двигатель. Двигатель работает по схеме ГТД, но в качестве качающих узлов - винтовые компрессоры (типа роторно-волнового и т.д.) Что бы на данном этапе развития не заморачиваться с проектированием профилей винтов, я взял покупные компрессоры, доработал проточную часть и установил камеру сгорания как на ГТД с жаровой трубой. Все нюансы потом.
Двигатель с турбонаддувом.

Вот ссылка на видео:  https://cloud.mail.ru/public/NDad/fzgjkF4Fi
Это не самый удачный запуск, но другие я не заснял. На видео не видно мотора и стенда, но видно манометр в камере сгорания и слышно звук. Запускал без турбокомпрессора. На видео видно давление в камере сгорания 4,5 бар, обороты при этом 3900 об/мин. Доводил давление до 7,5 бар и обороты были в районе 6000 об/мин и продолжали расти. Турбокомпрессор начинает дуть с 5000 об/мин, что способствует росту давления и дальнейшему разгону.

Характеристики коротко: 
режим малого газа  4000-5000 об/мин.
максимальные обороты 20000-25000 об/мин.
давление наддува до 3 бар избытка.
крутящий момент расчетный  230-240 Нм
максимальная мощность 500-550 л.с.
вес экспериментального образца 130 кг.

Двигатель должен быть очень надежным и ресурсным, так как эти качества имеются у винтовых компрессоров.
Но есть нюансы как и в любом новом механизме.
Мне нужен человек, который поможет разобраться..... 
Работа творческая, интересная и за премию 🙂)

P.S. При создании двигателя использовалась литература:
- расчет и проектирование ГТД
- расчет и проектирование осевых и центробежных компрессоров ГТД
- расчет центростремительных турбин судовых ГТУ
- проектирование камер сгорания ГТД
- проектирование камер сгорания жидкотопливных ракетных двигателей
- проектирование двигателей внутреннего сгорания, дизели
- расчет и проектирование винтовых компрессоров
- расчет и проектирование центробежных форсунок
( и еще много всякого. авторов не перечислял).

Список литературы указал что бы не подумали что железо делал "пальцем в небо".
 
схема
 

Вложения

  • Shema_007.jpg
    Shema_007.jpg
    26,3 КБ · Просмотры: 597
Могу предложить инжекторную систему впрыска,собственного производства,собрана на Российских комплектующих,кроме отдельных радиодеталей.
Все режимы настраиваются с ноутбука,без каких либо заморочек,в принципе аналог обычного автомобильного, типа L-джетроник,но сейчас основное применение 2т двигатели.
 
 
С блоком управления нет проблем. У меня есть программируемый отечественный контроллер Корвет, используется на гоночных авто, очень хорошо зарекомендовал себя. Широкая настройка топливных карт. Есть так же опытный настройщик.
   Вопрос в другом. Автомобильные форсунки прямого впрыска не подойдут, они работают в импульсном режиме, форма факела не подходящая, конструкция хлипкая, цена высокая. Я с этими форсунками наигрался когда испытывал первый мотор по роторно-пластинчатой схеме.
   Сейчас стоит форсунка штифтовая, переделанная от старого дизеля с ручным управлением (вентиль крутишь - игла поднимается) получается пустотелый конический топливный факел типа как на центробежных форсунках, и с тонкой регулировкой подачи топлива. Впоследствии я на нее поставлю шаговый двигатель и согласую с блоком управления.
  Если есть что-то лучше - предлагайте.
 
KV531 сказал(а):
Вот ссылка на видео
Нажмите, чтобы раскрыть...
Есть дым! Реальный, из принципиально нового двигателя! Вместо океана "воды"на форуме. Это прям революция на двигательном форуме!
Огромный респект! 😎
 
https://cloud.mail.ru/public/NDad/fzgjkF4Fi
Слушайте, но меньше 30 секунд - это не пуск! 🙁
Даже нам все давали больше до клина. Пjчему 10  минут не поработать?
 
По сути принцип работы как у Star Rotor, но в качестве рабочих, выбраны винтовые машины. Принцип может быть реализован и на других машинах объемного действия. Насколько я понял компрессор с рабочей машиной пока не соединяли наверное потому, что они одинаковые (по объемной производительности) 🙂 эта проблема решается на первых порах посредством редукторного сопряжения (у компрессора должны быть меньшие обороты чем у рабочей машинки)...
 
Bulagen сказал(а):
По сути принцип работы как у Star Rotor, но в качестве рабочих, выбраны винтовые машины. Принцип может быть реализован и на других машинах объемного действия. Насколько я понял компрессор с рабочей машиной пока не соединяли наверное потому, что они одинаковые (по объемной производительности) 🙂 эта проблема решается на первых порах посредством редукторного сопряжения (у компрессора должны быть меньшие обороты чем у рабочей машинки)...
Нажмите, чтобы раскрыть...

В моем двигателе компрессор соединяется с расширительной частью через вал. И компрессор и расширительная часть одинаковые, но в расширительной части расточена проточная часть ( расширена). Соображения были следующие. Степень сжатия компрессора 4. Но он может качать до 10 бар. Это свойство всех винтовых компрессоров. То есть до 4 килограмм давления он сжимает внутри себя (в межвитковом пространстве), потом открывается нагнетательный патрубок и .... А тут зависит от того какое давление в бочке (ресивере, камере сгорания и т.д.) Если там пусто, то все провалится и получим падение давления, если там идет горение и есть давление 8 бар, то компрессор будет дожимать до этого давления.
Учитывая то что при горении объем газа увеличивается примерно в 4 раза, то можно получить 16 бар абсолютного давления при воспламенении. Это много для винтовой машины, слишком велики будут внутренние утечки. Поэтому я расширил в 2 раза проточную часть расширительной секции и получил степень расширения 2. В итоге в целом двигатель имеет степень сжатия 2, но при горении стехиометрического состава смеси мы имеем 8 бар абсолютного давления в камере сгорания (давление наддува в расчет пока не берем).
На экспериментах это было видно, манометр показывал 7 бар избытка в КС. Но запускается мотор сложно. Сам он не может набрать это давление, приходится вначале помогать сжатым воздухом. Часто бывают скачки давления при запуске, опять приходится стабилизировать горение сжатым воздухом, дотянуть до 4-4,5 бар, потом сам разгоняется. Отчасти это связано с тем что минимальные обороты для этого винтового компрессора 3000 об/мин. Стартер мощностью 6,6 квт от грузовика MAN крутит ротор до 1300 об/мин. На этих оборотах велики внутренние утечки. Хотя я мерил компрессию отдельно компрессора, на оборотах 1000, он качает до 4 бар. Когда собрал весь двигатель то компрессия в КС составила 0,2 бара. Хотя по расчетам должна быть 1 бар избытка. Почему не набирает я понять не могу. Хотя если надуть камеру сгорания и поджечь то расчетные 7 бар избытка в камере держит самостоятельно без посторонней помощи.
Может кто подскажет где я ошибся?
 
KV1237542 сказал(а):
KV531 сказал(а):
Я с этими форсунками наигрался когда испытывал первый мотор по роторно-пластинчатой схеме.
Нажмите, чтобы раскрыть...

Можете про эту схему немного рассказать то же?
Нажмите, чтобы раскрыть...

Рассказать могу много, но не в этой теме.
Если в кратце то катастрофические центробежные силы портят все. Огромные трения в подшипниках скольжения, которые находятся в зоне горения, проблемы с газодинамикой, горением и т.д. Пробовали разные материалы, лопатки заказывали из керамики, из жаропрочного титана с металлокерамическими напылениями, пробовали разные керамические плазменные напыления, жаропрочные смазки мази на основе литиевого мыла и дисульфида молибдена, различные уплотнительные набивки из терморасширенного графита и углеродного волокна, даже достали микронную вольфрамовую нить и её вплетали в набивку.... Работу провели большую в поисках решения проблем трения, смазки, уплотнения, температурного расширения, охлаждения и т.д. И пришли к выводу что любая схема роторно-пластинчатая изначально мертва. Из шиберного насоса можно сделать масляный насос или пневмоотверку, но двигатель.... Разве что тихоходный (а значит маломощный) и недолговечный.
 
MG сказал(а):
Уважуха! Готов помогать, посильно, и даже без денег.
Нажмите, чтобы раскрыть...

Есть серьезная проблема. Сажа! она налипает на винты и их заклинивает.
В ГТД лопатки турбины прогреваются так что вся сажа выгорает, а незначительное ее количество на лопатках не ведет к катастрофе, максимум к снижению кпд.
В поршневых и роторно-поршневых моторах стенки цилиндра вычищаются кольцами (апексами) подобно скребкам. Копоть остается только на клапанах, головке и поршне. Эта копоть способствует постепенному прогару клапанов, но всё же не ведет к катастрофе.
А в винтовых машинах сажа не удаляется. Нет самоочистки. Два винта плавно перекатываются друг по другу даже местами со скольжением, и это не снимает сажу. Ее так же не выбрасывает центробежными силами, налипает хорошо и никакая виброотчистка не поможет. Что делать? Как решить проблему?
Я понимаю что нужно оптимизировать камеру сгорания, улучшить распыл топлива, правильно настроить блок управления двигателем, но это не исключит полностью сажеобразование, особенно при работе на солярке. К тому же есть текущие мелкие поломки типа: форсунка засорилась и стала хуже распылять, датчик какой нибудь сломался и блок управления дает неправильный состав смеси. В результате будет повышенное сажевыделение и клин мотора. Но эти поломки не должны вести к аварийному останову двигателя.

Я попробовал ввести впрыск масла в винтовую пару расширительной части. Ситуация лучше не стала, поначалу масло начинает вымывать сажу, потом само начинает гореть и становиться еще больше сажи. А расход масла катастрофический даже через микрожиклер.  Я заменил масло на антифриз. Ситуация заметно улучшилась. От антифриза почти нет сажи, он вымывает роторы, значительно дешевле масла и сбивает температуру с роторов (системы охлаждения ведь пока нет). Но он не липнет к поверхностям и его разбрасывает центробежными силами.Смазывающие свойства конечно плохие. Роторы вращаются в тумане антифриза. В принципе меня эта ситуация на данном этапе устраивает. С таким решением я смогу делать кратковременные запуски и сделать замер крутящего момента (хоть и в ущерб ресурсу двигателя).  Но проблема остается открытой.
Я сделал ошибку когда приобрел маслозаполненные винтовые блоки для опытного образца. Нужно было брать компрессора сухого сжатия, они идут с синхронизирующими шестернями. В этих компрессорах винты не касаются ни корпуса, ни друг друга. Полностью бесконтактная работа. Возможно в таком исполнении налипшая сажа меньше влияла бы на вращение винтов.
В любом случае следующий образец двигателя будет изготавливаться с шестернями. Но уверен что это не решит полностью проблему. Должна быть самоочистка винтов. Наверное придется прорабатывать свой профиль винтов.
Если есть идеи, поделитесь.
 
А работа в номинале изначально и задумана в основном с стехиометрической смесью или нет
 
может попробовать неохлаждаемые входные участки роторов  с увеличенными зазорамичтобы успевала выгорать или впрыск дистиллированной воды вместо охлаждения и для вымывания
 
Винтовыми расширительными машинами занимаются давно и без особых результатов. В Казахстане ими занимается Некрасов. Проблема выделения сажи в ГТД решают завихрением воздуха либо испарительными форсунками. Но у вас будут большие проблемы с термонапряжённостью турбинного винта. Некрасов работает с топливом типа КАС где нет вопросов с выделением сажи, термонапряжённость решается регулировкой температуры парогазовой смеси.
 
KV1237542 сказал(а):
А работа в номинале изначально и задумана в основном с стехиометрической смесью или нет
Нажмите, чтобы раскрыть...

Работа задумана так как в ГТД.
Классическая камера сгорания, прямая подача топлива. Отсутствие дроссельной заслонки. Обороты регулируются подачей топлива. В принципе стехиометрия будет всегда, но при малых нагрузках стехиометрия будет в виде маленькой зоны около форсунки, при увеличении подачи топлива эта зона будет расти.
 
KV531 сказал(а):
Есть серьезная проблема. Сажа!
Нажмите, чтобы раскрыть...
Про стехиометрию верное замечание. Чтобы сажа сгорала нужен кислород и температура. Это один способ - регулировать состав смеси и режим сгорания.
Второй - написал в личке, т.к. возможно патентоспособное решение, не стал светить в открытом форуме.
Есть третий вариант, в принципе пара червяков в зацеплении обладает свойством самоочищения. Это используют в профилях для двухчервячных экструдеров для вязких и липких масс типа расплавов пластиков, битумов и т.п. Но вероятно потребуется менять профиль.
И четвертый. Где-то я встречал информацию о топливных добавках  с наночастицами не помню чего, скорее всего РЗМ. Писали, что полностью устраняет сажеобразование. Щаз поищу, сообщу.
ПСы: типа этого http://nanoprotec.pro/prisadka-v-dizelnoe-toplivo-totek-oksidzhen-dizel-buster
Попробуйте, отпишитесь потом о результатах... правда с наночастицами лучше поосторожнее, тем более РЗМ, вентиляцию сделайте получше.
 
Регулировка мощности может осуществляться балансированием нагнетаемого потока через карбюрирующий канал [1] (от компрессора к машине) и байпасный [2]. Чем больше по [1] тем меньше по [2] и наоборот. На выходе карбюрирующего всегда будет приблизительно стехиометрическая смесь. Как это реализовывать, как выравнивать давления между баком и камерой чтобы карбюратор равномерно распылял это уже другие вопросы. Что касается соотношения объемных производительностей компрессора и машины то у компрессора она должна быть примерно в два раза меньше чем у машины, тогда агрегат будет гарантированно работать и на малых и на больших оборотах.
 
KV531 сказал(а):
Хотя если надуть камеру сгорания и поджечь то расчетные 7 бар избытка в камере держит самостоятельно без посторонней помощи. 
Нажмите, чтобы раскрыть...

Стоит-ли у объёмной машины ( при всех их недостатках) отбирать последнее преимущество: подобие изохорного сгорания заменять изобарным.

Похоже 
  появился конкурент.
 

Вложения

  • PorSNYAGA_001.jpg
    PorSNYAGA_001.jpg
    18,8 КБ · Просмотры: 436
Вам необходимо войти или зарегистрироваться, чтобы здесь отвечать.
Назад
Вверх