Миниморум, часть 5

Спать не охота, сел считать.
Для вытеснительной системы :
Дано :
1. Начальное и конечное давление в баке 8 МПа (вы ребята охренели, точно говорю). Обьем бака - 1000 литров=1кубометр.
Теперь страшное. Давление на стенку бака - 815 тонн на квадратный метр, или 0.815 кгс/мм2.
Возьмем для вытеснения супер-пупер навороченные металлокомпозитные баллоны с азотом на 300 бар . Для вытеснения нам надо 1000 литров азота под давлением 79 атм, если считать что сначала бак залит по пробку.
Пусть вы умудрились гдето зарядить эти самые баллоны на 300кгс/см2, т.е. на 29.4 МПа, причем осушенным азотом. Конечное давление в баллонах - 8 МПа, начальное - 29.4 МПа.
Надо нам, граждане, аж 340 литров под давлением 29.4 МПа, т.е. 3.5 100 литровых баллона.
Лезем на первый попавшийся сайт, со средними ценами. Вот этот например :
404 Not Found
И офигиваем.
В=100 л, М=71 кг, D=325 мм, L=1705мм. БК-100-250К 895 Это самый легкий
Обьем - 100 литров, вес - 71 кг. Обратим внимание на цены - 895 уе.
Нужно 3.5 штуки. Кстати длина девайса - 170 см.
На самом деле, давление разрушения композитного баллона около 1000-1200 атм. Но уж поверьте, нигде вам его даже на 600 не накачают. Первое - все жить хотят. Поэтому будете посланы непечатно. Второе - компрессор даже на 600 атм - это жутко редкий и ужасно специальный агрегат. На 200 - можно найти, на 400 - уже весь город обегать придеться. В Питере где я живу, на 400 азотом можно накачать только в одном месте мне известном - Лентехгаз. Других я думаю нет. Воздухом можно еще в паре мест, но осушен он будет фигово. А главное - он будет с МАСЛОМ. МИНЕРАЛЬНЫМ.
Ну пусть уложитесь в 2 штуки накачав туда 600атм. Итого вес - 150 кг ТОЛЬКО БАЛЛОНОВ. Вес азота в них под давлением 600 атм посчитайте сами. Ценник - без редуктора на 600 атм, заметим (ни разу такой не видел, и даже не слышал, но денеХ он я думаю стОит если существует в природе) , 1800 у.е.
Кстати, я примерно знаю сколько будет весить бак на 1000 литров на 80 атм с давлением разрушения 150 атм, сделанный весь по супер-пупер технологии НА ЗАВОДЕ. Он будет весить чуть меньше 10 кевларовых авиационных баллонов на 50 атм по 100 литров, потому как кевлара у вас нет. Т.е. весить он будет <поскипано цензурой>.
Кстати, кто бы мне сказал, где взять редуктор с давления больше 300 атм ( с 600 например) на 50-100 и сколько он стоит. И какая у него точность?

Считаем вариант с насосом. Плунжерный промышленный насос высокого давления. Гоняет масло для гидравлического пресса. При 18 кВт на валу и номинальных оборотах на валу чуть меньше 1000 (счас уже фигово помню точную цифру, около 970 об/мин ), выдает на выходе около 16 л/сек. Вес гроба - 75 кг без двигателя, давление на выходе по паспорту - до 160 атм но вообще по жизни до фига и больше, атмосфер до 400, все зависит от крутящего момента на валу. Марку посмотрю потом, счас книжки под рукой нет. Ясный пень тяжелая фиговина, но он ПРОМЫШЛЕННЫЙ, с 3-5 кратным запасом и ресурсом в тысячи часов, поэтому пилите, Шура, его болгаркой . Зато переделывать не надо ничего. Где взять - ХЗ, но можно поискать аналоги среди плунжерных и винтовых насосов высокого давления на малые расходы, 300 грамм в сек например, и гонять их на оборотах в 10 раз выше номинальных. Среди топливных тоже. Центробежный на 80 атм - многоступенчатая дура длинной в 3 метра и 300 кг весу, т.е. не пойдойдет.
Вес 18 кВт движка - ну 50 кг, что жадничать то. Итого 120. А с баллонами только баллоны 140 с хреном. + Вес газа в баллонах. + вес бака на 1000 литров на 80 атм. Ы?

Про насосы. Вот например такой,

берем самый производительный ПТ-32, но производительность все равно маловата, 5 кубометров в час или 1.38 литра в сек. Но это на на 970 об/мин
на валу и 16 кВт двигателе. Весит 70 кг, расчитан на перекачку всякой сильно загрязненной (в т.ч. песком) шняги. Что в нем подкупает, так это то что вся линейка от 32 МПа до 8 МПа имеет ОДИНАКОВЫЙ вес и ОДИНАКОВУЮ УНИФИЦИРОВАННУЮ конструкцию. Т.е. запас прочности у того который 32МПа - раза в 3, а у этого - 3*4-12 РАЗ!!!. Да от него можно половину чугунины отпилить, и еще 3х кратный запас прочности останется.
Если заставить его крутиться в несколько раз быстрее номинала, получим нужный расход, главное чтобы форсунки нафиг не вырвало, давление тоже вырастет Можно еще поискать.
Четыре ноль три — Fatal.ru
Модель л/мин Бар об/мин кВт Вес кг. Размер мм.
KL30 84 180 1000 29,4 73 468x450x214
KL33 102 150 1000 29,4 73 468x450x214
KL36 122 120 1000 29,4 73 468x450x214
KL40 128 110 850 29,4 73 468x450x214
KL45 152 100 800 29,4 73 468x450x214
KL50 164 80 700 25,725 73 468x450x214
Возьмем KL50. Расход 2.73 л/сек, почти точно. Вес - 73, много. Обороты - 700, нужен редуктор. Движок 26 кВт. Это его НОМИНАЛЬНЫЙ режим работы. Т.е. ТЫСЯЧИ ЧАСОВ. Ы?

Итак, плунжерный насос - ну пусть 75 кг. Чтобы на номинале работал. С запасом чтобы по надежности. Десятитысечекратным. Хотя можно взять топливный в 10 кг и расходом в 300 грамм и заставить его крутиться быстро. Мощность. Ну пусть 30 кВт. Тоже с запасом. Движок от мотоцикла в номинальном режиме к примеру. Ну пусть 50 кг. Кстати там есть коробка передач, она же редуктор если уж будем его использовать.

Это всё циферки, которые имеют очень слабое отношение к действительности вообще и к нашей ракете в частности.

Во-первых. Объём баков преувеличен в четыре раза. У нас номинальная тяга движка - тонна, и масса ракеты на старте - вряд ли больше шестисот килограммов. Перекись водорода составляет более 80% массы топлива, а её плотность - 4/3, т.е. 3 литра весят 4 килограмма.
Итого, суммарный объем баков - около 270 литров.

Во-вторых. У нас есть шар-баллон с рабочим давлением 330 атмосфер и испытательным 495 из аустенитной стали, дополнительное свойство которой - сохранение упругости при температуре жидкого азота. Объём баллона 36 литров. Мы оборудуем его электронагревателем мощностью всего 300 ватт и делаем на срезе сопла теплообменничек, который будет подогревать азот с -100 до +70 градусов. Теплообменник совсем простой - один виток медной трубы диаметром 10-16 мм вокруг двигателя. Заливаем в этот сосуд 30 литров жидкого азота и греем нагревателем прямо через стенку. При этом давление в нём выше 90 атмосфер не нужно поднимать, а их он выдержит и при температуре жидкого азота.

В-третьих. Нельзя насосом, предназначенным для гидравлического масла, качать перекись 85% концентрации. Это я не к тому, что насос от этого тяжелее станет, а к тому, что приспособить готовый, скорее всего, не удастся. Слишком радикальной переделке его нужно подвергнуть - не так много уплотнительных материалов совместимы с перекисью. Да и конструкционные далеко не все - латунь, например, не годится.

В-четвёртых. Ни центробежный, ни плунжерный насос нельзя раскрутить в три раза. Центробежный просто порвёт, а плунжерный может заклинить.

В-пятых. Конечно, баки, рассчитанные на 80 атм рабочего и 120 испытательного (это для металлических, для композитных нужно 160) давления будут тяжелее, чем баки на 2-3 атмосферы. Но нужен аккуратный расчёт - на сколько? Я прикидывал ракету на основе шести таких шар-баллонов, как наш - в четырёх перекись, в одном керосин и ещё в одном - жидкий азот. Баллоны эти весят всего 19 кг/штука, а выдерживают 330 атмосфер, нам же достаточно вчетверо меньше. При том же материале и конструкции (нам, к сожалению, эта технология недоступна) суммарный вес баков мог бы составить всего 30 кг, но даже если использовать такие баллоны, то это будет 120 кг, что, на самом деле, почти приемлемо - ракета такой конфигурации улетит на 70 км вверх. Так мало получается из-за малости времени работы двигателя. Т.е. стартовый вес ракеты выходит всего в районе 400 кг, а конечный - в районе 180 кг, нам бы в полтора раза больше, тогда ракета зафигачивает выше 100 км, не хуже Фау-2.

По поводу мощности насосов. Если разность давлений на входе и выходе - 7 Мпа, и расход - 4 л/с, то мощность, добавляемая в поток - 7е6 * 4е-3 = 28 кВт. Эту мощность надо умножить на КПД. Для центробежных насосов КПД, в хорошем случае, можно принять 0,5 - 0,7; пусть, с учётом "любительского" подхода, 0,5, значит, входная мощность насоса, или выходная мотора, нужна примерно 55 кВт. Здесь считался только насос для перекиси для Миниморума, но керосина по массе меньше всемеро, а по объёму - вчетверо, соответственно керосин проще подавать вытеснительной подачей, чем перекись. Иначе, конечно, придётся добавить второй насос и добавить мощности для керосина.

Проблемы использования имеющихся ЦБ насосов - приходится перекачивать перекись, а не воду, то есть, проблемы с материалами, из которых сделан насос. Кроме того, могут быть проблемы высокого давления (далеко не все насосы дают 70-80 атм на выходе), расхода (из тех, что дают, очень немногие дают при этом расход 4 л/с), дальше уплотнения, скорость вращения насоса (КПД зависит от скорости вращения - её нужно держать повыше, но ниже кавитационного предела) и т.д.

Проблемы не-ЦБ насосов - те же, что и у профи: трудно иметь одновременно и высокий напор, и высокий (относительно) расход, и при этом относительно малую массу. Конечно, к этому добавляются вопросы незаедания, "правильных" материалов, КПД...

В нашем случае - у нас всё же не настолько велико давление в камере и при этом не так велик общий расход, чтобы насос давал существенные преимущества. Да, с насосом конструкция будет легче. Но с насосом конструкцию гораздо сложнее сделать - поэтому пока что мы на насос не ориентируемся, потому что "лучше сделать плохо, чем никак" (с) .

(Заметим, это почти обратное тому, что написано в подписи у Филаса . Филас, поздравлявляем с питерской встречей! Успехов вам!)

При суммарном обьеме баков всего 270л насос на самом деле подобрать намного проще. Другое дело что если есть готовый аккумулятор давления, то заморачиваться в общем незачем, при такой небольшой цифре выигрыш в весе будет не очень впечатляющий, а проигрыш в деньгах точно будет.

А с насосами дело обстоит следующим образом, я не поленился, узнал. Ну и решал похожую на вашу проблемку, правда давно, лет 12 назад.
Напишу что я тогда накопал, мож пригодиться.
В общем случае те плунжерные которые я сюда скидывал в качестве примера, не бояться перекиси, и уж тем более керосина. Это насосы для откачки пластовых вод из нефтяных скважин и других похожих работ. Т.е. изначально рассчитаны на кислотные и щелочные среды, песок, крупные фракции загрязнений. Если такой насос заставить крутиться быстрее, он конечно сломаеться быстрее. В обычном режиме их перебирают раз в 2-3 года, в основном из-за абразивного действия песка. Можете сами прикинуть сколько он проработает в перекиси. Я разбирал похожие, конструкционный материал там один -различные виды легированной стали с покрытиями, детали как правило кованные. КПД плунжерного насоса близко к единице.
Центробежный насос на высокий расход и давление подобрать намного сложнее. Во первых, для приемлемого КПД он потребует наддува баков, к примеру теми же выхлопными газами. Во вторых он будет многоступенчатый или секционные, т.е. большой длинны, и возможно, большого веса, это уж из чего сделан.
Турбонасос. Вот уж у кого КПД самое низкое, так это у турбонасоса. КПД части которая вся конструкцию вращает, заведомо меньше чем КПД даже центробежного насоса. КПД рабочей части намного меньше КПД центробежного насоса. Порог кавитации намного меньше, т.е. баки надо обязательно наддувать газом от газогенератора. Турбонасос НАДО ОХЛАЖДАТЬ.
Шестеренчатые и пластинчатые - в общем подходят. КПД высокий, расходы тоже достаточно приличные, давления высокие. Но рабочим телом вместо масла придеться сделать то что будете качать, т.е. перекись или керосин. С керосином ИМХО без проблем, а с перекисью зависит от того из чего насос сделан. ХИНТ. Вакуумные пластинчатые насосы которые не бояться агрессивных сред, в т.ч. фтора, хлора и т.д., используються при производстве микроэлектроники. Я тогда взял как раз полудохлый пластинчатый вакумный насос который плохо держал вакуум, и заставил его качать жидкости с большой кислотностью (Создавали в испытательной камере кислотный туман для проверки оборудования). Давление было порядка 20-25 атм, расход литры в сек, похож на ваш. Он выдержал несколько десятков тонн, около 3х месяцев. Передывать пришлось только корпус, т.е. попросту усилить приварив стальные уголки по ребрам.

Кстати, интересно. Что вы намерены делать с образованием льда? При испарении азота температура его газовой фазы будет около точки кипения, т.е. -173С. И вы его напрямую в баки? Ээээ.... Замерзать все начнет, т.е. получите в топливных магистралях маааааленький кусок льда и опаньки ....

russmice> В общем случае те плунжерные которые я сюда скидывал в качестве примера, не бояться перекиси, и уж тем более керосина. Это насосы для откачки пластовых вод из нефтяных скважин и других похожих работ.

Ну, и как отсюда следует, что они "не боятся" перекиси? Плотность 1,33 и больше их не пугает? И что они будут делать, если перекись начнёт разлагаться прямо в насосе?

russmice> Т.е. изначально рассчитаны на кислотные и щелочные среды, песок, крупные фракции загрязнений.

А рассчитаны ли они на то, что жидкость при контакте с резиной начинает разлагаться и температура разложения 650 градусов?

russmice> Если такой насос заставить крутиться быстрее, он конечно сломаеться быстрее. В обычном режиме их перебирают раз в 2-3 года, в основном из-за абразивного действия песка. Можете сами прикинуть сколько он проработает в перекиси.

Не можем Неизвестен материал уплотнений.

russmice> Я разбирал похожие, конструкционный материал там один -различные виды легированной стали с покрытиями, детали как правило кованные. КПД плунжерного насоса близко к единице.

А уплотнения тоже из легированной стали? А обеспечивается неконтакт перекачиваемой жидкости со смазочными материалами?

russmice> Центробежный насос на высокий расход и давление подобрать намного сложнее. Во первых, для приемлемого КПД он потребует наддува баков, к примеру теми же выхлопными газами. Во вторых он будет многоступенчатый или секционные, т.е. большой длинны, и возможно, большого веса, это уж из чего сделан.

Вообще-то в ракете используют именно центробежные насосы, в основном потому, что при равных с поршневыми, пластинчатыми и мембранными параметрами они выходят заметно легче. И секционный или многоступенчатый насос приходится делать только для жидкого водорода - для всех остальных компонентов обходятся одним колесом на компонент.

russmice> Турбонасос. Вот уж у кого КПД самое низкое, так это у турбонасоса. КПД части которая вся конструкцию вращает, заведомо меньше чем КПД даже центробежного насоса. КПД рабочей части намного меньше КПД центробежного насоса. Порог кавитации намного меньше, т.е. баки надо обязательно наддувать газом от газогенератора. Турбонасос НАДО ОХЛАЖДАТЬ.

Порог кавитации не зависит от того, что вращает конструкцию. А КПД турбины не ниже, чем КПД карбюраторного ДВС.

russmice> Кстати, интересно. Что вы намерены делать с образованием льда? При испарении азота температура его газовой фазы будет около точки кипения, т.е. -173С.

Ближе к минус ста. Я, правда, не помню, какова температура кипения азота при 85 атмосферах, но при 1 атм это -196, а при 95 ближе к критической точке, которая в районе -113 градусов.

russmice> И вы его напрямую в баки? Ээээ.... Замерзать все начнет, т.е. получите в топливных магистралях маааааленький кусок льда и опаньки ....

Так вот, ты невнимательно читаешь - я писал про теплообменник, который будет подогревать азот до +70.

В гидроарматуре на 8МПа как можно легко догадаться если подумать все уплотнения металлические или композитные. Т.е. пластичных (резиноподобных) уплотнений нет. Типичное уплотнение на магистрали высокого давления - отоженная медная шайба, затянутая так чтобы ее расплющило. Реже применяються шайбы из слаболегированного алюминия.
При уплотнениях вращающихся частей если они попадают в зону высокого давления, применяют упругие композиты. Ни грамма резины в них нет.

В плунжерных насосах высокого давления обычно используют плунжерные пары высокого класса точности обработки. Никаких уплотнений на плунжере как можно догадаться нет, иначе бы он назывался поршнем.
Материалы применяемые для производства плунжерных пар бывают разные. Я вот в качестве примера кидал тут KL50, в обычном исполнении пара сталь по стали, в специальном нержавейка по нержавейке или алюминий-бронза. В общем случае есть варианты под разные виды перекачиваемых сред и кроме пары подбираються под разные температурные диапазоны по коэфф. температурного расширения.

В плунжерном насосе высокого давления плунжерные пары не смазываються как можно легко догадаться. И вообще в гидрооборудовании высокого давления пары трения внутри зоны высокого давления не смазываються обычно ничем кроме самой перекачиваемой жидкости. Если смазка всетаки необходима, выносят пары трения из зоны высокого давления.

Кислород даже если и будет попадать в картер насоса, сколько его будет, этого кислорода? Кроме того, кто же в наше время использует минеральное масло? Залей туда силиконового если производитель до тебя не залил и спи спокойно.

Но вообще конечно настораживает слабое знание специфики гидравлики высокого давления. Для примера : 6-20МПа водоструйными установками с добавкой абразивов и без многие годы успешно режут твердые конструкционные материалы, не говоря уже о горных породах. А вы говорите резина
Вопрос на засыпку, какие допуски должны быть в плунжерных парах чтобы они могли смазываться маслом и при этом не пропускали заметных количеств обычной воды под давлением к примеру 300атм? Или еще вопросик, куда будет деваться смазка вступая в контакт с перекачиваемой жидкостью большей чем смазка плотности? Еще вопрос, как смазку удерживать на стальной поверхности, если поверхность как минимум отшлифовована?

russmice> Кислород даже если и будет попадать в картер насоса, сколько его будет, этого кислорода? Кроме того, кто же в наше время использует минеральное масло? Залей туда силиконового если производитель до тебя не залил и спи спокойно.

Силиконовое масло прекрасно горит. Это не бензин, конечно, но надеяться на его полную неогнеопасность ни в коем случае нельзя.

Господа озвучьте, пожалуйста, расчетные размеры изделия.

russmice> В гидроарматуре на 8МПа как можно легко догадаться если подумать все уплотнения металлические или композитные. Т.е. пластичных (резиноподобных) уплотнений нет. Типичное уплотнение на магистрали высокого давления - отоженная медная шайба, затянутая так чтобы ее расплющило. Реже применяються шайбы из слаболегированного алюминия.

Так вот медь-то и не годится - сильный катализатор разложения перекиси. Алюминий - другое дело.
Малоуглеродистые стали не годятся вот почему. Чистое железо неплохо совместимо с перекисью, но любые соединения железа с кислородом и водородом - очень сильные катализаторы разложения перекиси. Т.е. ржавчина в любом её виде. А ржавчина образуется обязательно, если хоть раз попытаться использовать насос повторно, ибо перекись содержит примесь воды. Сильный окислитель, такой, как перекись, обязательно окисляет железо в присутствии воды.

Нержавейки и конструкционные стали, содержащие марганец, не годятся. Содержание меди и марганца в применённых материалах не должно превышать 0,2 процента по каждому металлу.

Полиэфирные и эпоксидные смолы очень сильно реагируют с перекисью, поэтому композиты на них тоже не годятся. Из пластиков совместимы с перекисью (т.е. не окисляются сами и не катализируют разложение) только полиэтилен, полипропилен, поликарбонат и фторопласт.

УУКМ тоже взаимодействуют с перекисью, за исключением, возможно, пирографита.

Турбонасос НАДО ОХЛАЖДАТЬ.

 

Зачем? Крыльчатки не нагреются вообще. Они у нас в потоке компонента. Подшипники смазываются компонентом, который уносит часть тепла. В случае консистентной смазки я тоже что-то не припомню систем охлаждения. Температура газа на ВХОДЕ в турбину ТНА не превышает 1000 С. Тепловые потоки там незначительные.

Порог кавитации намного меньше, т.е. баки надо обязательно наддувать газом от газогенератора

 

Это не такая уж и проблема для керосина и перекиси.

Идеальная схема любительского ТНА: турбина в центре, насосы по бокам консольно. Входы осевые (улучшаем антикавитационные свойства). Уплотнения щелевые и импеллерные. Компонент, не завернутый импеллером на вход в насос, сбрасывается в турбину, где тихо догорает. Турбина естественно активная, схема открытая. Вал сделан из нержавейки, диски насосов: алюминиевый по керосину нержавейка на перекиси. Диск и лопатки турбины из углеродистой стали. Радиально упорный подшипник стоит со стороны керосина, радиальный на перекиси, но д.б. из нержавейки. Хотя если все утечки перекиси сбрасывать в турбину, то нержавейка в подшипнике не нужна.

Опять же повторюсь, что насос на первой стадии любительского ракетостроения - это палка в колеса. Будете делать и то и другое, не получите ничего.


PS. russmice, насколько я понял, Вы из Питера. Четвертым ракетчиком у нас будете?

Подшипники смазываются компонентом, который уносит часть тепла.

 

Видимо, предполагается охлаждать керосином - я не представляю, как можно охлаждать 90%-й перекисью (термический катализ, катализ окислами Fe). Керосина в 7 раз меньше, чем перекиси, по массе - хватит ли керосина для смазки?

Консистентная смазка - это что такое? В любом случае хотелось бы избегать контакта перекиси с чем бы то ни было, кроме нержавейки, алюминия и упомянутых пластмасс - смазки в контакт с перекисью вступать никак не должны. Это можно сделать?

Уплотнения щелевые и импеллерные.

 

Щелевые может быть, а импеллерные вроде бы существенно греются? Для перекиси импеллер может не подойти.

Вал сделан из нержавейки, диски насосов: алюминиевый по керосину нержавейка на перекиси.

 

Почему нельзя целиком сделать всё из алюминия? Так делали в своё время... Преимущества, думаю, очевидны. Филас, назови главные недостатки, на твой взгляд?

Диск и лопатки турбины из углеродистой стали.

 

Здесь тоже вроде есть примеры лопаток из алюминия. И подача может быть парциальная, и вообще может успевать охлаждаться...

Ещё - предлагается двухкомпонентный ГГ для турбины? При том, что и так керосина 1/8 от общей массы топлива? Может, на одной перекиси сделать? Тогда вопрос, не сгорит ли сталь в потоке горячего кислорода. Или, наоборот, богатая (керосином) смесь? Нельзя ли посчитать?

Радиально упорный подшипник стоит со стороны керосина, радиальный на перекиси, но д.б. из нержавейки.

 

Здесь вообще непонятно . Если осевой подвод, при консольном креплении насосов - то соблазн не делать втулку в потоке компонента. Тогда подшипники только за насосами (если считать от торцов вала).

Кстати, поскольку керосина намного меньше, возможен вариант насоса только для перекиси. Может, это упростит задачу?

Ну и, само собой, речь не идёт о том, чтобы делать насос на ранних стадиях .

Я бы вообще серьезно задумался при возникновении таких конструктивных проблем над кислородно-керосиновой или даже кислородно-водородной схемой.

Кислородно керосиновая схема и ее преимущества.
1) С точки зрения КПД ракеты она на порядок лучше чем перекись+керосин.
2) Подача кислорода - вытеснительная
3) подача керосина - вытеснительная нейтральным газом, тоже простая
4) баки со слоем теплоизоляции разделяющим несущий и внутренний слой, ничуть не сложнее чем для перекиси под давлением


Проблемы :
1) Где брать жидкий кислород на месте заправки, т .е старта
2) Материалы трубопроводов и форсунок.

Для решения первой проблемы придеться найти мощный копрессор и теплообменник и сделать турбодетандер или нечто аналогичное. Материалы подобрать тоже можно. Первую проблему решили просто и изящно решили еще в 1941 году, тоже на коленке, в Питерском ФизТехе.

Мудрый ход. Но незавершённый. Чего уж мелочиться-то - даёшь гфЯРД! И обязательно с электростанцией на борту! Дизельной, так значительно дешевле получится.

Если еще не надоел, в порядке бредовой идейки про насосы.
Нечто вроде ответа врагам на турбонасосы

В целом задача ставиться таким образом.
Избавиться от бака высокого давления для агрессивного окислителя
и желательно от бака высокого давления для горючего
- Экономим огромный вес.
- Избавляемся от трудноразрешимых проблем при изготовлении
такого бака
- Появляеться теоретическая возможность использовать
криогенный окислитель в баке низкого давления.
- Избавляемся полностью или частично от системы наддува

В результате появилась вот такая бредовая мысль. Горючее у нас есть.
Окислитель тоже. Для простоты будем считать что комбинация
горючего и окислителя воспламеняеться при любых условиях.
Неплохо бы соединить двигатель внутреннего сгорания и насос в одном цилиндре без крутящихся частей, т.е. использовать принцип турбонасоса но без турбины

Описание девайса:
Имееться бак окислителя рассчитанный на небольшое избыточное
давление порядка единиц атмосфер.
Бак окислителя имеет предохранительный клапан рассчитанный на его
максимальное избыточное давление.
Возьмем трубу выдерживающую необходимое нам давление
окислителя для питания двигателя с запасом и пассивную к окислителю.
Отношение длины трубы к диаметру 2:1 или около того.
Труба имеет три управляемых клапана (заслонки).
Один клапан (N1) в верхней части трубы, его проходной диаметр
совпадает с диаметром трубы. Соединен напрямую с баком окислителя.
Второй клапан (N2) в нижней части трубы. Проходной диаметр не обязательно
большой. Соединен с двигателем.
Третий клапан (N3) в нижней части трубы сбоку, как можно ниже.
Проходной диаметр сравним с диаметром трубы или равен ему.
Соединен с атмосферой для простоты изложения.
Также в верхней трети трубы расположена форсунка направленная
вовнутрь трубы. В форсунку через управляемый клапан подаеться
горючее под высоким давлением.
Клапана сделаны из материала пассивного к окислителю, дюраля например
и выдерживают необходимое нам давление.

Получаем двухтактный насос.
Первый такт:
1) Открываем клапан 3, соединенный с атмосферой, и клапан 1,
соединенный с баком окислителя. Клапан 2 закрыт.
окислитель под действием силы тяжести и избыточного давления в
баке окислителя (откуда оно берется поясню ниже)
стремиться заполнить трубу и вылиться наружу через клапан 3.
2)Закрываем клапан 3. Время закрытия можно рассчитать заранее.

Второй такт:
1) Закрываем клапан 1. Подаем горючее под высоким далением
через форсунку.
2) Происходит воспламенение смеси в верхней части трубы,
давление быстро растет так как все клапана закрыты
3) Открываем клапан 2,время открытия можно рассчитать заранее,
под давлением воспламенившейся смеси окислитель из нижней части
трубы поступает в двигатель.

В общих чертах я думаю понятно.
КПД конечно не фонтан, но все таки оно больше 0
В изготовлении сей девайс довольно сложен из-за 3х управляемых клапановдостаточно большого диаметра. Клапан подачи горючего береться промышленный, от топливной аппаратуры дизелей например.
Клапан 2 вообще говоря можно сделать неуправляемым, просто чтобы он открывался при достижении определенного давления и закрывался при меньшем.
Где то надо взять горючее под высоким давлением. Но во первых
это давление не обязано быть таким-же как создаеться в самом агрегате,
т.е. может быть меньше. Во вторых можно поставить такой же насос на горючее и брать горючее под давлением из насоса горючего
Правда тогда надо что-то придумать для старта перпетуум-мобиле

Если поставить две штуки в противофазе, будет квазинепрерывная подача окислителя.
Можно поставить одну штуку и демпфер-аккумулятор в виде некой емкости в верхней части которой газ под достаточно высоким давлением, а в нижнюю часть собственно закачиваем окислитель насосом
и оттуда же идет забор в двигатель.
Клапан 3 можно соединить с двигателем за зоной сброса давления и сделать некое подобие эжектора, заодно дожигать.

Откуда береться избыточное давление в баке окислителя. Очень просто.
Нам нет резона делать клапан 1 очень уж герметичным. Все газы которые прорвуться через него будут создавать избыточное давление в баке окислителя, и существенно увеличат скорость работы насоса.
Поскольку по условиям бак окислителя имеет предохранительный клапан,
его не разорвет. Правда из-за высокой температуры газов и температуры
клапана 1 будет термически разлагаться окислитель, но количественно этот процесс оценить сложно, зависит от реализации.

Теперь о возможных возражениях.
Перекись будет разлагаться во время заполнения насоса. И уходить частично в никуда, т.е в атмосферу через клапан 3. Но во первых это время достаточно короткое, в основном из-за того что ракета движеться с ускорением 10g к примеру, и к тому же в баке окислителя будет избыточное давление.

FILAS> PS. russmice, насколько я понял, Вы из Питера. Четвертым ракетчиком у нас будете?

Да я вообще не ракетчик, просто задачка заинтересовала.

 

В Питерской группе я единственный человек со специальным (ракетным) образованием. Главное желание. Сейчас у нас вообще несколько иные задачи (административно - юридические).

Выкладываю СХЕМУ ТНА с проточной смазкой-охлаждением. Чтобы снять вопросы.
[attachmentid=13159]
Красной стрелкой показан керосин. Поступает на крыльчатку... и выходит с нее Все. Тоненькой красной стрелкой показаны утечки керосина. Они смазывают и охлаждают радиально-упорный подшипник (показан шариками). Большая часть утечек возвращается импеллером на вход в насос. Незначительная добирается до турбины, где и догорает.
Пояснение: радиально-упорный подшипник воспринимает как радиальные (перпендикулярно оси) так и осевые нагрузки.

Синие стрелки - перекись. Утечки перекиси сбрасываются в турбину через радиальный подшипник (показан роликами), воспринимающий только радиальные нагрузки.

Турбина приводится в действие перекисью, разложенной в газогенераторе. Температура парогаза на входе в сопловой аппарат около 900 С, на входе в турбину меньше (где-то 600). Если расход перекиси на привод турбины незначителен, то газ из ТНА сбрасывается в атмосферу. Возможна установка за турбиной теплообменника для подогрева жидкого азота как на семерке.
Если расход перекиси на турбину значительный, тогда нужно делать замкнутую схему. Чего не хотелось бы.

Крыльчатки насосной части придеться брать готовые, да еще дюралевые.

 

Дюраль в перекиси не пройдет. Частота вращения не обязательно будет 5000. Это мы посчитаем.

Проблемы :
1) Где брать жидкий кислород на месте заправки, т .е старта
2) Материалы трубопроводов и форсунок.

 

1) Жидкий кислород купить легче, чем концентрированную перекись. Перевозится в дьюрах. Испаряется незначительно (если неделями не хранить). В Питере есть конторы, которые не только продают LOX но и доставляют его к клиенту. Дают напрокат дьюары. Попробуйте найти тоже самое для перекиси.
2) Материал форсунок любой. Обычно медь. Трубопроводы тоже без проблем. Основная трудность - необходимость продувки магистралей перед пуском азотом. Если не продуть, получим в магстралях лед (вода, углекислый газ). В лучшем случае замерзнут и заклинит клапаны.

Подшипники - это вообще отдельная песня. Придеться подыскивать металлокерамические или керамические. О номенклатуре и ценах скромно умолчим.

 

Подшипник, охлаждаемый керосином может быть любой.
Проблема с тем, что в перекиси. Он должен слабо разлагать перекись. Чтобы проходящая через него перекись смазывал и охлаждала его, а не нагревала и разъедала.

Если насос не охлаждать, он очень быстро разогрееться до температуры термического разложения перекиси, и

 

Если насос делать из меди, то да. А так греться не будет.

Ещё - предлагается двухкомпонентный ГГ для турбины? При том, что и так керосина 1/8 от общей массы топлива? Может, на одной перекиси сделать? Тогда вопрос, не сгорит ли сталь в потоке горячего кислорода. Или, наоборот, богатая (керосином) смесь? Нельзя ли посчитать?

 

ТОлько однокомпонентный (например КС от двигателя 500Н). Добавление керосина поднимет температуру газа на турбине, что не есть хорошо. Алюминиевая турбина в потоке горячего кислорода однозначно долго не протянет, а стальные повсеместно ходят и ничего.

Консистентная смазка - это что такое?

 

Солидол. Но ее применение потребует других уплотнений, другой схемы ТНА, продувки промежуточных областей ТНА азотом.

Если на чей-то вопрос не ответил, извиняйте. Задайте его еще раз. Похоже пора открывать топик по ТНА?

Мечтать о ТНА невредно. Но делать пока нет смысла. Я ж говорю, первую ракету можно сделать из шести шар-баллонов, они у D.f.3. есть. И, даже сделанная из ШБ на 330 атм. рабочего, она улетит вверх на 70 км.

А вот если она полетит в соответствии с расчётами, можно взяться и за ТНА. Притом, видимо, на 4 таких камеры. На одну камеру нет смысла.

Джентльмены, налицо существенно разное понимание задачи. Сейчас, к сожалению, некогда подробно рассказывать - russmice рекомендуется почитать ЧаВО на нашем сайте - надеюсь, не позже, чем через сутки некоторые вопросы уточнятся.

Вообще меня интересуют приниципиальные возражения к той конструкции насоса которую я изложил в 216 посте. Двигатели меня например интересуют мало
Первые прикидки показывают что его КПД будет как минимум сравнимо с турбонасосами.
Дюралевые клапана большого проходного сечения высокого давления в природе существуют готовые, стальные тоже. Причем в виде заслонок.
Я сталкивался с диаметром до 4 дюймов

Если никаких существенных возражений не будет, я попробую посчитать основные параметры такой констрЮкции Ее явно легче сделать чем турбонасос. И вообще говоря по первым прикидкам она сможет качать криогенные компоненты, правда КПД здорово упадет.

>Критика какая то неконструктивная.
Ага. Неконструктивная, значица... Ну в таком случае подставляй ведро, сейчас будет конструктивная.
Ты решаешь задачи, необходимости решать которые НЕТ. Нам не нужно клеить, варить или паять "бак для перекиси водорода под давлением 8МПа в условиях приличной авторемонтной мастерской и с бюджетом 1000 уе ёмкостью 300 литров". Баки ЕСТЬ, промышленного производства, испытанные и совершенно точно инертные к перекиси (и они отнюдь не "весом с корову", а вполне подъёмные и даже в чём-то изящные на вид). Твоя интеллектуальная мощь и свободное время расходуются вхолостую, на решение головоломок, не имеющих сейчас точек соприкосновения с реальным миром. Куда более актуальным в настоящее время является вопрос покупки (или определения технологии самостоятельного изготовления) запорной арматуры для стенда. Подчёркиваю - интересуют не крики (цитирую) "вы охренели" и не помавание дланью "ой, да это вам на любом заводе за бутылку сделают", а конкретные цены, адреса, телефоны и сроки изготовления.

По пунктам.

Извините что вмешиваюсь тут в вашу дискуссию.
Но просто увидел несколько откровенно слабых мест в обосновании ключевых моментов конструкции.

 

Всегда интересно послушать конструктивную критику. К сожалению, часто бывает, что пишут, не слишком разбираясь в вопросе или не давая себе труда обдумать его. Тем важнее бывают толковые замечания. И чем более проработана система, тем обычно труднее найти существенные недочёты - и тем ценнее бывают такие находки.

Возмем например такое вот противоречие. Делать все предлагаеться "на коленке", т.е. максимально просто и технологично. И из этих соображений выбираеться вытеснительная система подачи. Все логично.
И ТУТ ЖЕ выбираеться давление 80!!! атмосфер для баков из КОМПОЗИТНЫХ!!! материалов(что на 99% подразумевает в домашних условиях стекловолокно+эпоксидку) с пассивацией ИЗНУТРИ!!! алюминиевой пленкой толщиной аж 0.5mm (вот прямо 0.5). Под кислоту между прочим. Азотную.

 

80 атмосфер - это 80 атмосфер, совсем немало, но, с другой стороны, баллоны по 150 атмосфер все видели - так что не запредельное давление само по себе.

Баки из композитных материалов - это оттого, что трудно найти баки на нужное давление, на нужный объём и при этом ещё совместимые с перекисью. Это значит, что баки, вероятно, придётся делать. А делать их, возможно, проще композитными.

Пассивация алюминиевой плёнкой - так не говорят. Пассивация - это процесс, предназначенный для того, чтобы сделать поверхность инертной по отношению к тому, что с этой поверхностью будет соприкасаться. В нашем случае возможно, например, внутреннюю поверхность сделать алюминиевой (т.е. самый внутренний слой в баке сделан из алюминия), а алюминиевую поверхность пассивировать. Толщина алюминия почти совсем не имеет значения - силовой нагрузки она вполне может не нести, только обеспечивать совместимость бака с перекисью. Пассивировать, да, кислотами, перекисью...

И мы действительно на данный момент не собираемся (вообще) использовать в наших проектах азотную кислоту в качестве компонента.

Менее пригодную к изготовлению в домашних условиях конструкцию придумать сложно.
1. 80 атмосфер - это совсем не шутки. Осколки от этого бака и брызги кислоты разлетяться на расстояние до 300 метров.

 

Это мы знаем. Кислоты там не будет, как уже говорилось, композитные баки - это всё же не металлические гранаты, надеемся обойтись без особенного разлёта осколков; самое главное - что меры предосторожности при работе с высокими давлениями и большими объёмами будут вполне серьёзными.

2. Как проверить его изнутри на отсутствие раковин на стыках - не скажут даже на многих серьезных фирмах. Грубо говоря под давлением инертным газом или водой + газом проверили - все Ок. Залили кислоту - рвануло. Как ИЗНУТРИ проверить РАВНОМЕРНОСТЬ ТОЛЩИНЫ нанесения пассивировки - ХЗ. Это вообще нереально где бы то ни было за очень неприличные деньги.

 

Это к нам не очень относится. Ещё раз, кислоты внутри не будет. Раковины нам тоже не страшны - внутренняя оболочка не нагружена, только передаёт усилия на внешнюю. Перекись материал стенки разъедать не будет. Равномерность пассивировки проверять - то есть, убеждаться, что мы не оставили непассивированных зон - очень просто, заливаешь перекись без давления, если скорость разложения допустимо мала - всё хорошо, нет - пассивируем дальше. А скорость разложения будет достаточно мала в любом случае - мы же можем сначала слабую перекись залить, чтобы посмотреть.

Продолжение следует.

А если подумать в другую сторону? Чем плоха насосная система? Ничем на мой взгляд.

 

Сложностью . То есть, все согласны, что проще сделать без насоса, чем с насосом. Причина, по которой насосы применяются в ракетах - без них вес баков (при вынужденно вытеснительной подаче) оказывается слишком большим.

Вот говорят, нужен турбонасос. А нафиг он нужен при расходе 3-5, ну 10 литров в секунду?

 

Фраза выглядит несколько противоречащей предыдущей . Видимо, предлагается использовать всё же насосы, но не турбонасосы. Так?

Турбонасос ставят на большие движки, ибо там нужен расход в тонны в секунду. 10 литров в секунду - это извините, расход погружного насоса для полива садовых участков.

 

Да, но у нас при этом ещё и высокий напор - и вдобавок относительно агрессивная жидкость.

А где для него брать электроэнергию?
Ну перекись же есть у вас? Берем к примеру самый легкий движок внутреннего сгорания, желательно воздушного охлаждения. Все что нужно, это чтобы он выдавал несколько киловатт на те 200-300 секунд которые работает ЖРД. Можно авиамодельный. Можно от мопеда 50 кубов, 100 кубов, 150 наконец, или 30 киловатт примерно.

 

4 л/с * 7 МПа = 28 кВт - потребной теоретической мощности. Умножим грубо на КПД центробежного насоса 0,5. Получается, что полезная выдаваемая мощность мотора должна быть около 55 кВт. То есть, электрический вроде не йдастся найти на такую мощность. Бензиновый...

Итого получаем 50 кг а то и больше экономии веса на баках.

 

Сейчас не идёт речь о насосе для ракеты - насущным является насос для стенда, а для него существенно меньше требования по массе. Важна стоимость, давление, напор, совместимость с перекисью - в первую очередь.

Продолжение следует.

Движок, на оси 2 центробежных насоса, рубашка охлаждения спилена начисто и вообще все лишнее, болгаркой.

 

Идеи спилить что бы то ни было болгаркой чреваты неконтролируемой потерей параметров - не всё удобно испытывать, а если на испытаниях такое изделие разрушится, из-за того, что болгарка чуть в сторону пошла? Такие подходы, как правило, рассматриваются очень критически.

Вокруг головки обмотана несколько раз трубка, перекись греется, проходит любой сепаратор пара, кислород в коллектор ДВС.

 

Сразу несколько, скажем так, сомнительных моментов. Насколько именно греется перекись? Если перегреем, то начнёт разлагаться, если недогреем - наоборот, недостаточно разложится... вообще, это же целый газогенератор предлагается так, походя. Его считать надо . Трубка медная? Термоконтакт как обеспечивать - чтобы трубка от нагревательного элемента не отходила? В общем, вопросов множество, а в результате, если на все на них ответить - всего лишь один небольшой узел достаточно сложной схемы.

Это в качестве иллюстрации, насколько сложно пытаться сделать насос.

Дальше предлагается сепаратор пара. Как его сделать? Вот у вас есть смесь пара и кислорода, нагретые градусов до 600 С. И как их предлагается разделять, да ещё со скоростью, достаточно для питания мотора? Система разделения, конечно, должна быть недорогой, лёгкой...

Хм .

Можно присобачить ЛЮБОЙ генератор и использовать вообще готовые центробежные бытовые насосы с электроприводом практически без переделок, они почти полностью пластиковые и 3 минуты в кислоте проживут.

 

Кажется, что проще перегонять механическую энергию в электрическую, а затем наоборот? Может, проще редуктор на ось мотора поставить? Да, опять же, у нас не кислота, а перекись - те ЦБ насосы, бытовые, которые лично я видел в продаже, сплошь металлические, а не пластиковые - обратите внимание - материал часто подходит, но рабочее давление - увы...

Заодно можно с помощью несложной электроники управлять расходом как угодно и получить бортовой источник электричества дикой для ракеты мощности. Вес конструкции явно меньше экономии веса на баках.
Спасибо за внимание.

 

На это уже Олег хорошо ответил предлагается любительский ГФЯРД, и дизельная электростанция для экономии. Вес конструкции... ну откуда Вы взяли, что будет выигрыш?.. мне вот совершенно очевидно обратное.

За внимание пожалуйста приходите ещё, только, пожалуйста, сначала изучите вопрос потщательнее. Ценность представляют не размахивания руками, а продуманные и взвешенные, обоснованные варианты - причём не вообще, а в нашем конкретном, любительском случае. Пустые советы толку никакого не дадут, только форум замусорят. Поставьте себя на место человека, который собирается всё это делать своими руками. Каждый предмет, который Вы предлагаете применить, нужно найти, может быть, купить или заказать сделать; с ним надо где-то работать... и так далее. Тогда Ваши советы будут более полезны.