Любительские турбины :)

Не вполне уверен, куда эту тему поместить - с другой стороны, что может быть лучше Ракетомодельного...

Итак, любители осваивают турбинные технологии. Многим хочется сделать турбонаддув для своего автомобиля, кто-то делает двигатель для модели вертолёта... Кто-то сам делает турбореактивный двигатель. Кто-то, наверное, и ТНА для ЖРД . Вот некоторые ссылки:



http://www.behotec.com/









Иногда возникает ощущение, что почему-то у нас тут просто не принято использовать турбины в проектах... может, просто уровень не тот, а может, это сложнее, чем кажется. Или традиция? Как, по-вашему, насколько сложно сделать турбодвигатель? В чём там основные сложности? Кто-нибудь, может, знает - каковы основные соотношения для оценок, скажем, мощности (или нагрева) таких конструкций?

То есть, нет ли у кого ЧаВО (Частых Вопросов и Ответов) по турбинам?

У меня в гараже лежит турбинка Гарретт T03 б.у. я там вал шлифовал и подшипники поменял. А лежит уже больше 3х лет без дела.

А остальных деталей нет? Запустить двигатель нельзя?

У нас тут, к сожалению, нет специалистов которые могли бы простенькую турбину спроектировать. Теория лопаточных машин как бы не самое простое и даже какой-нибудь центробежный насос сделать - сложно...

Может, кто хотя бы теоретически скажет, как форму диска насоса рассчитать?

[quote|avmich, 25.04.2004 08:05:57 :]А остальных деталей нет? Запустить двигатель нельзя?[/quote]

Турбины Российские в ступино делают, их параметры на их сайте есть - что то типа турботехника ру

- точней не скажу после гика моего HDD. Стоимость 200-300 баксов в автомагазинах. Они для дизелей

т.е. на более низкую температуру газов. Но для турбоджета наверно пойдет - он же мало будет

работать по сравнению с автомобильным мотором.

Импортные турбины для бензиновых моторов можно на разборке иномарок купить
бу за 100 - 200 баксов.

Чтоб использовать турбину не на автомобиле нужен резервуар с маслом, думаю
не менее 1 литра, радиатор и маслонасос! У турбины подшипники скольжения
"плавают" в масле и масло охлаждает среднюю чсть турбины.

Сторона где горячие газы струячат чугунная и раскаляется до красна - это вполне нормально.

Хочется, конечно, понять, какие у них параметры - частота, расход...

[quote|avmich, 25.04.2004 08:35:51 :]У нас тут, к сожалению, нет специалистов которые могли бы простенькую турбину спроектировать. Теория лопаточных машин как бы не самое простое и даже какой-нибудь центробежный насос сделать - сложно...

Может, кто хотя бы теоретически скажет, как форму диска насоса рассчитать?[/quote]

Ооооо.... Расчет ТНА это по памяти самый противный и объемный из всех курсовиков. Итеративный расчет для каждого насоса и одна итерация на несколько страниц. Неее . У меня пример лежит дома в конспекте но уже гляжу я на него как баран на известное архитектурное сооружение.

Сергей, ты ведёшься на провокации, как первокурсник Авмич решил, типа, почву прозондировать, а у нас ещё ведь камеры нету, и мы не раз договаривались, на ТНА не замахиваться до тех пор, пока камера на стенде не заработает

Хотя, конечно, хочется, заманчиво, у нас 10% массы топлива приходится на наддув.

[quote|avmich, 29.04.2004 15:40:37 :]Хочется, конечно, понять, какие у них параметры - частота, расход...[/quote]

ключевые слова по авто турбинам: turbocharger map

вот гугль нашел




а вот турбину как у меня модифицируют





посчитать реактивный мотор не сложно приняв кпд примерно 65 % и давление на выходе 2 атм.

[avmich:],29.04.2004 20:18:38

Сергей, мне правда интересно. Правда хочется знать, как ТНА считаются, хотя бы прикидочно, а до книжек в ближайшее время не добраться. Рассказал бы?

 

Нууу... Даже прикидочно это дело такое.
Ну в самых общих чертах (блоках) приблизительно так.
1. Задаемся оборотами (как правило).
2. Считаем сначала насос компонента с большей склонностью к кавитации (ммм... насколько помню то чем больше давление насыщенных паров тем выше склонность к кавитации, т.е. меньшее возможное повышение давления).
3. Определяем приблизительную (без учета потерь и пр.) потребную мощность.
4. Получаем диаметр вала а следовательно ограничение на диаметр входа.
5. Определяем объемный расход.
6. Считаем геометрию — количество и профиль лопаток, высоту входа и выхода, диаметр колеса и пр.
7. Считаем КПД и запас кавитационной устойчивости.
8. Если по последним параметрам не вписываемся — наша песня хороша, начинай сначала .

Считаем второй насос получаем суммарную потребную мощность.
Имея мощность и тип ПГС (открытая или с дожиганием) считаем турбину. Если турбина "тянет" насосы и КПД у нее достаточный то все хорошо. Если нет... Все сначала.
Это весьма приблизительное описание этого марудного процесса. Параметров для варьирования масса. Я в институте пытался сделать прогу... Пупок развязался тогда . Наврено счас в КБ они все таки есть.

Немножко механики попробовал прикинуть...

Допустим, диск компрессора вращается со скоростью W = 600 рад/с , или 100 Гц, или 6000 RPM - что примерно одно и то же. Пусть вдоль радиуса диска идёт канал, по которому течёт жидкость, и пусть поперечное сечение канала S = 0,1 кв. см . Пусть, наконец, внутренний радиус (на котором канал начинается) R1 = 1 см, внешний R2 = 10 см. И пусть плотность жидкости rho = 1000 кг/куб. м

Общий объём канала - 9 * 0,1 = 0,9 куб. см. Масса элемента воды толщиной dx - dx * S * rho . Ускорение a(x) = W² * x. Умножая массу на ускорение, получаем силу, с которой этот элемент давит на следующие: dF = dx * S * rho * W² * x . Интегрируем по x от 1 до 10, получаем:

F = S * rho * W² * 1/2 * (R2² - R1²)
F = 1е-5 * 1000 * 600 * 600 / 2 * (0,1² - 0,01²)
F = 0,01 * 360000 / 2 * (0,01 - 0,0001)

Примерно получается F = 18 Н. Площадь S = 0,1 кв. см = 1е-5 кв. м, давление получается 1800000 Па = 1,8 МПа - примерно 18 атмосфер.

Понятно, что удвоение выходного радиуса учетверяет давление - то есть, скажем, в предыдущем расчёте насос 20 см радиусом даст 72 атмосферы.

Для случая "миниморума" можно считать, что качаем одну перекись - керосина сильно меньше, его можно попробовать подавать вытеснительной подачей. У перекиси насыщенные пары в 10, кажется, раз меньше давлением, чем у воды - это насколько хорошо?..

Потребная мощность. Представим трубу жидкости в 1 м длиной и S = 1 кв. см сечением, пусть она вытесняется за 1 секунду при давлении P = 1 МПа - это значит, сила, действующая на сечение F = P * S = 1е6 * 1е-4 = 100 Н. Длина 1 м, следовательно, работа 100 Дж, за 1 секунду - значит, 100 Вт. При плотности 1000 кг/м³ вытесняется масса 100 г. При расходе 3,6 л/с мощность пропорционально растёт, в 36 раз - 3600 Вт. При давлении, скажем, 10 МПа - 36 кВт.

Как из этого диаметр вала получить?

При использовании перекиси (плотность, скажем, 1,3-1,4) пропорционально растёт давление и требуемая мощность.

Объёмный расход вроде из массового и фиксированной плотности вытекает: примерно 2,8 л/с ?..

Теперь самое интересное: как посчитать геометрию колеса насоса? Все перечисленные параметры?

Ну и дальше тоже пока непонятно: как КПД оценить, как турбину рассчитать... Считаем открытую схему, конечно, чисто перекисный ГГ, для определённости...

Не знаю с какой скоростью вращаются турбины ЖРД но автомобильные 100 - 150 тыс. об в минуту накручивают.

А до 10 тыс об минуту можно не морочится с турбинной частью и крутить нагнетающую часть бензиновым движком от мототехники. Косилки, бензопилы. Хотяб во время отработки нагнетателя.

Вообще если есть желание с этим возится то надо начать с поставщиков центробежных насосов, компрессоров амиачных для холодильных агрегатов.

Еще по моему интересный вариант для жидких компонентов это среднее между турбиной и поршневым - нагнетатели винтовые типа "рутс".

Они тоже объемно вытесняющие - значит передаточными числами можно задать соотношение жидких компонентов. и довольно точно отследить подачу.

Есть у меня справочник "Холодильные компрессоры" - в нем всяких компрессоров расчеты есть.

[quote|avmich, 30.04.2004 23:54:37 :]Потребная мощность. Представим трубу жидкости
[/quote]

потребляемая мощность любого насоса есть произведение КПД на секундный расход и на напор. это же спраседливо и для всех вентиляторов и турбин. и мощность от оборотов зависит в кубе.

автомобильные 100 - 150 тыс. об в минуту

 

в автомобиле перекачивается воздух а не жидкость, тело с меньшей плотностью потому и обороты надо выше.

[quote|Full-scale, 01.05.2004 04:37:04 :]
в автомобиле перекачивается воздух а не жидкость, тело с меньшей плотностью потому и обороты надо выше.[/quote]

Ну я про это помню. Но в автомобиле турбы комперссируют воздух до 2 атм, редко до 3х. А ЖРД работают до 250 атм не редко (а то и более).


Кроме того повышение оборотов снижает размер агрегата. В авто турбинах вал всего 10 мм диаметром, так как при тких оборотах передаваемый момент мизерный.

Я взял 100 Гц как, с одной стороны, близкую к реально использовавшимся скорость, а с другой, как круглое число, которое удобно использовать в расчётах. В английском ЖРД Гамма МК-301 частота вращения насоса HTP (high test peroxide) - 6000 RPM.

[quote|Full-scale, 01.05.2004 04:37:04 :]

автомобильные 100 - 150 тыс. об в минуту

 

в автомобиле перекачивается воздух а не жидкость, тело с меньшей плотностью потому и обороты надо выше.[/quote]

Более того, там не насос а компрессор. Воздух не кавитирует . Да и валы поменьше, мощности тоже. Проблем с охлаждением подшипинокв и уплотнениями нет.
Avmich для давления 1.8 МПа городить насос бессмысленно. Давление небольшое, баки тоже — вытесниловка самое то.

http://www.garagejet.com/index.htm

Где обещал? Какое изделие?..

Ну уж если вы реально ТНА осилите, то тогда бросайте вы нафиг эту перекись и переходите на жидкий кислород, дополнительный гемор будет куда меньше, чем из-за ТНА, и запускайте спутник на 2 ступенях

Подумайте сами, ведь движок открытого цикла на керосине/кислороде с турбонасосной подачей (если уж есть ТНА) сделать с УИ 270 секунд в вакууме для первой и 300 для второй ступени сделать должно быть совсем несложно... Видимо даже без завесного охлаждения, только с рубашкой. Равно как и обеспечить массовое число около 8. Это же характеристики боковухи "семерки", при том что движок может быть вакуумным, нагрузки распределяются куда более просто (не вбок, а по оси), тогда была ламповая электроника и не было всяких углеволокон и т.п., и соотношение тяги к массе гораздо меньше.

anovikov>Ну уж если вы реально ТНА осилите, то тогда бросайте вы нафиг эту перекись и переходите на жидкий кислород, дополнительный гемор будет куда меньше, чем из-за ТНА, и запускайте спутник на 2 ступенях

Я против разговоров про ТНА сейчас, они только расхолаживают

anovikov>Подумайте сами, ведь движок открытого цикла на керосине/кислороде с турбонасосной подачей (если уж есть ТНА) сделать с УИ 270 секунд в вакууме для первой и 300 для второй ступени сделать должно быть совсем несложно...

"Несложно" в применении к кислород-керосиновым движкам - слово неправильное. В книжке Синярева и Добровольского от 1955 года написано дословно следующее "не описан ни один доведённый ЖРД на топливе ЖК-керосин". Трудности здесь следующие - керосина для охлаждения камеры мало, и он склонен осмоляться и коксоваться при высоких температурах, температура в камере много выше, чем у других топливных пар, двигатель склонен к высокочастотным колебаниям, да много ещё чего.

anovikov>Видимо даже без завесного охлаждения, только с рубашкой.

Кто тебе это сказал? На всех кислород-керосиновых движках охлаждение комбинированное - либо регенеративное+завеса, либо регенеративное+абляционное, либо абляционное+завеса.

anovikov>Равно как и обеспечить массовое число около 8. Это же характеристики боковухи "семерки", при том что движок может быть вакуумным, нагрузки распределяются куда более просто (не вбок, а по оси), тогда была ламповая электроника и не было всяких углеволокон и т.п., и соотношение тяги к массе гораздо меньше.

Характеристики движков "семерки", между прочим, выше, чем у современных им "Тора", "Атласа" и "Титана-1".

На самом деле, при насосной подаче, оптимальной технологией для любительского изготовления является технология "Атласа", только, видимо, всё же не из нержавейки, а из алюминия. Т.е. "надувные" гладкостенные баки. Оптимум веса баков зависит от перегрузки, но находится где-то вблизи 2-2.5 атмосфер в баке.

"Атлас" был сделан из нержавейки толщиной от 0,254 мм (вверху) до 1,27 мм (у двигательного отсека). "Центавр" использует ещё более тонкий лист.