Проект HTP 1000H

А.С.> 12000 rpm - это скорость вращения кофемолки. На холостом ходу.

Или пылесоса. Или "болгарки", движки в принципе одинаковые. Китайские балансированы высверливанием ротора или крыльчатки вентилятора. Перематывал я как-то обмотку ротора... Так что любители вполне могут отбалансировать такой ротор, особенно если ресурс большой не предполагается. И я продолжаю утверждать, что 12000 rpm - частота небольшая, даже для любителей! Видели б вы, как сделаны эти китайские "болгарки"

Ладно, тогда посчитаю насос нужных размеров и посмотрим, какая ему понадобится частота...

"...Ладно, тогда посчитаю насос нужных размеров и посмотрим, какая ему понадобится частота..."

Частота - это пол беды. Необходимая мощность для расхода 0,366 л/с и давления 40 атм 2350Вт, эектродвигатель 3-х фазн. 2,2 КВт весит 30Кг

"...то с частотой растут проблемы с поиском подшипников и балансировкой (читай - технологичностью и стоимостью ротора)..."

Балансировку можно выполнить со знанием ТММ при помощи микронного индикатора и простой в изготовлении оправки. Если детали симметричные, сделаные на токарн. станке повышен. точности, то до 20000-22000об/мин деталь очень легко баллансируется. Можно применить подшипники особо легкой серии 1000093-97 ГОСТ(?) (D внутр. =7-10мм) стоят они от 12 до 19 руб/штука, по справочнику они рассчитаны на 22000-31000 об/мин.
При рассчете ТНА не берите самые низкие показатели и простые технические решения это сильно повлияет на вес и КПД не в лучшую сторону Мао Дзедун здесь не советчик)))
Конструкции, которые я видел, возможно воспроизвести обработкой резанием и электроэрозионной резкой

miv3793> Частота - это пол беды. Необходимая мощность для расхода 0,366 л/с и давления 40 атм 2350Вт, эектродвигатель 3-х фазн. 2,2 КВт весит 30Кг

Не понял... кто-то собирается крутить насос от электродвигателя? а турбина на что? весить будет много много меньше.

miv3793>Можно применить подшипники особо легкой серии 1000093-97 ГОСТ(?) (D внутр. =7-10мм) стоят они от 12 до 19 руб/штука, по справочнику они рассчитаны на 22000-31000 об/мин.
внутренний диаметр 3-7 мм (последняя цифра в наименовании серии), откуда взялись 7-10??? Это предельная частота вращения для какого ресурса и при какой смазке?
ДЛя мощности 4 кВт и n=12000 диаметр вала грубо получается 7 мм. Возьмем 10 с запасом. так как потом будут расчеты на жесткость и пр.
Надо определиться с потребным ресурсом подшипников. 1 час вас устроит? В Анурьеве есть зависимость предельной частоты вращения от ресурса, это позволит взвинтить обороты хоть под 100000. Реальный пример: подшипник 205 на 50000 в среде жидкого водорода имеет ресурс 100 часов.

miv3793> При рассчете ТНА не берите самые низкие показатели и простые технические решения это сильно повлияет на вес и КПД не в лучшую сторону Мао Дзедун здесь не советчик)))
сложные технические решения => высокая стоимость изготовления => никогда не будет сделано

Что-то насос мне перестает нравиться. Если его диаметр подгонять под диаметр ракеты, то получается, что он будет расположен вертикально. Т.е. к его массе добавиться и масса корпуса ракеты внутрри которой он находится.
коэффициент быстроходности Ns одноступенчатого насоса при n=12000 около 15 (верьте мне, это очень мало). Это означает что диск тонкий и относительно большого диаметра. КПД 20% не больше.
Увеличение количества ступеней в N раз, увеличивает Ns в N^0.75 раз.
Увеличение кол-ва ступеней => длинный насос = тяжелая ракета = нафига это надо, даешь вытесниловку. Первый раз встречаю двухступенчатый насос на перекись, обычно это водородники. Все дело в том, что у нас очень малый расход при относительно высоком давлении.
ПРи большой частоте вращения на первый план вылезут допуски на детали ротора (крыльчатки насоса, турбина и пр.) Допуски нужны очень маленькие, а отсюда удорожание.

Так я и говорил B1, чтобы он сразу рассчитывал насосы для однотонника под пары керосин-перекись и спирт-перекись. а он не слушается, всё хочет обнасосить 500Н движок

Дело-то тут ещё и в том, что, чтобы получить выигрыш на весе баков при их диаметре 100 мм, нужно делать их из ОЧЕНЬ тонкого материала, ибо при нашем давлении подачи стенки в 1 мм, теоретически, уже хватает. Практически, видимо, нам придётся остановиться на 1,5 мм, и то, если получится травить их так, как мы хотим. А пока 3 мм - это просто труба, готовая труба. Ни тоньше, ни толще бесшовных труб из подходящего материала мы не нашли. 3 мм удобно варить донышки, поэтому у краёв травить не надо.

> Так я и говорил B1, чтобы он сразу рассчитывал насосы для однотонника под пары керосин-перекись и спирт-перекись. а он не слушается, всё хочет обнасосить 500Н движок
Да большой посчитаю со временем - не к спеху

Колесо насоса, мне кажется, дешевле будет делать сварным. Нет, конечно, если у вас есть под рукой подходящий насос...

> Дело-то тут ещё и в том, что, чтобы получить выигрыш на весе баков...
Не только баков - двигательной установки вообще. Хотя, мне уже начинает сильно казаться, что для такой небольшой тяги выигрыша скорее всего не будет вообще

2FILAS
Во-во. Получается архихреново.

Легчают только баки, баллоны для газа наддува и сам газ. Остальное тяжелеет - рама, двигатель, топливо. Ведь для привода турбины нужно израсходовать часть перекиси, так?
Баллон весит 2 кг и на его уменьшении можно выиграть эти самые 2 кг. Скажем, новый баллон будет весить 0,5 кг, ибо наддув всё равно понадобится. Хоть какой-то.
Перекись, которая пойдёт на привод насоса, будет весить порядка 0,5 кг.
Баки облегчить сложно, т.к. тоньше 1 мм мы их сделать всё равно не можем из технологических соображений. Нетравленый бак будет весить 4,4 кг. Травленый при нашем давлении подачи - пусть 3,3. Опять же, для насосной подачи можно сэкономить на баке ещё килограмм - 2,3.

Значит, чтобы насос давал выигрыш, нужно, чтобы он, вместе с турбиной, рамой, обшивкой отсека, клапанами, трубами для сброса парогаза весил меньше. Только тогда он даст выигрыш.

Кроме того, нужно помнить, что при насосе у нас увеличатся незабираемые остатки.

Мне кажется, тут просто нечего ловить...

"Напор вихревого насоса в 3—7 раз больше, чем центробежного, при тех же размерах и числе оборотов."

Правда

"Недостатком вихревого насоса является низкий КПД, не превышающий 45%"

miv3793> Частота - это пол беды. Необходимая мощность для расхода 0,366 л/с и давления 40 атм 2350Вт, эектродвигатель 3-х фазн. 2,2 КВт весит 30Кг

И имеет ресурс 30 лет. А если не имеет, то его делали вредители
Я бы рассчитывал на 1кг на 1квт электрической мощности, и 0.3кг на 1квт ДВС. Без учета топлива и креплений, ессно. Это данные современных авиамодельных движков.

miv3793>> При рассчете ТНА не берите самые низкие показатели и простые технические решения это сильно повлияет на вес и КПД не в лучшую сторону Мао Дзедун здесь не советчик)))
FILAS> сложные технические решения => высокая стоимость изготовления => никогда не будет сделано

Допуски высокие, но реальные и воипроизводимые на станках повышен. точности. Сделать деталь с допуском на размер 0,02 мм очень реально. В мембранном клапане, который я делал лично, зазор между подвижными деталями 0,012-0,014 мм (на диаметре 12 и 15 мм - это примерно 6-7 квалитеты). Если немножко подождете (примерно до конца месяца), то я попробую сделать насос (крыльчатку, шнек и вал корпус - позже) и оценить сложность изготовления. Для чистоты эксперимента детали можно сделать из титана (кроме вала). Вал сделать из В95, диаметр вала для 2,5Квт и 23000об/мин =8,2 мм, если сделать вал полый, то можно выиграть в весе, но проиграть в точности изготовления. В Анурьеве во 2 томе две частоты вращения: с консистентной и жидкой смазкой, первая наиболее "скоростная". Трехфазный мотор приведен для сравнения мощность-габарит-вес. Ресурс подшипника сильно не влият, т.к. вемя работы движка - секунды. Если есть знатоки, то пересчитайте размеры насоса (частота и колич. ступеней) исходя из габаритов ракеты. Мой насос для других расходов.
В турбине у меня не решен вопрос с креплением лопаток к ротору: изготовить сразу колесо с лопатками несколько проблематично.

Андрей Суворов> Значит, чтобы насос давал выигрыш, нужно, чтобы он, вместе с турбиной, рамой, обшивкой отсека, клапанами, трубами для сброса парогаза весил меньше. Только тогда он даст выигрыш.
В литературе описывали вариант, когда турбина находится в сопле двигателя. Если использовать керамику, графит и вольфрам, то можно убрать вес пагогенератора, труб, коруса турбины и т. д. Возникает вопрос о приобретении тугоплавких материалов: графит и вольфрам у меня есть. Турбина раскручивается от движка, находящегося на земле.

miv3793> В литературе описывали вариант, когда турбина находится в сопле двигателя.

Ух ты, вот это оригинально!
Для перекисного монотопливника проблем с материалами нет (в смысле температура низкая), может получился бы выигрыш по весу?

miv3793>> В литературе описывали вариант, когда турбина находится в сопле двигателя.
Serge77> Ух ты, вот это оригинально!
Serge77> Для перекисного монотопливника проблем с материалами нет (в смысле температура низкая), может получился бы выигрыш по весу?

Немножко не правильно я описал: турбинка разбрызгивала химикат в камере для лучшей дисперсии вещества (есть плохинькая ксерокопия из неизвестного учебника по хим. технологии и аппаратам хим. промышленности).
Если макс. темпрература в камере 2500 0С, то возможен и такой способ с применением защитного кожуха из графита с охлаждением перекисью. Завтра посчитаю примерный диаметр вала на кручение из вольфрама. Получается, новый 101 способ привода придумал.
Какие-либо расчеты двигателя по HTP 1000H уже имеются в наличии. Бак можно сделать более тонкостенным сварным из листа (79НМ или нерж.), если создать предварительный наддув 2-2,5 атм; потребуется армирование для транспортировки.

miv3793>>> В литературе описывали вариант, когда турбина находится в сопле двигателя.

miv3793> Немножко не правильно я описал: турбинка разбрызгивала химикат в камере для лучшей дисперсии вещества (есть плохинькая ксерокопия из неизвестного учебника по хим. технологии и аппаратам хим. промышленности).

Так где же всё-таки была турбина - в сопле двигателя или в хим. реакторе?

Температура в камере около 800С, так что графит и вольфрам не нужен.

Интересно, возможен ли вообще такой вариант турбины?

miv3793>>>> В литературе описывали вариант, когда турбина находится в сопле двигателя.
miv3793>> Немножко не правильно я описал: турбинка разбрызгивала химикат в камере для лучшей дисперсии вещества (есть плохинькая ксерокопия из неизвестного учебника по хим. технологии и аппаратам хим. промышленности).
Serge77> Так где же всё-таки была турбина - в сопле двигателя или в хим. реакторе?
Serge77> Температура в камере около 800С, так что графит и вольфрам не нужен.
Serge77> Интересно, возможен ли вообще такой вариант турбины?

Турбина была в хим реакторе. Сейчас привлек одного дедушку (доктор техн. наук) обсуждаем этот вариант. Он о таком не слышал, несколько развили тему. Появились соображения и трудности в конструкции нижней опоры турбины (для 2 компанентного двиг.) Вариант признали возможным.
Если уже определились с длиной камеры, расходом перекиси и необходимым давлением, то сегодня ночью можно прикинуть этот вариант в цифрах. Для 800С можно использовать титан (он легко доступен))) сталь - дохлый номер.

Идея яркая, такой не встречал в ЖРД.
Наверное потому, что не подходит для реальных выхлопов.
Для перекиси может.
Турбина, скорее всего, должна стоять в предкритической части.
И гироскоп заодно

Ну, в принципе, идея хороша - вал пускается прямо сквозь вашу решетку.
Всплывают две проблемы:
1) опора возле турбины. Температура у вас, конечно, небольшая - можно поставить, наверное, подшипник прямо в камере. Он в этом случае, мне кажется, будет одноразовым (вспоминая фотки заржавевших колец ).
2) Получается, газ входит в камеру как бы по кольцу. По-хорошему, надо за турбиной какой-то обтекатель поставить... (В голове тут же нарисовалось штыревое сопло с вращающимся центральным телом )

Помимо недостатков, такое расположение турбины имеет одно существенное преимущество - двигатель получается как бы "с дожиганием" - в том смысле, что весь объём ПС идёт через турбину, и особенно высокие характеристики от неё не требуются. То есть потери давления и скорости на турбине можно минимизировать довольно сильно.


Тц. Пакет переделывать под такую турбину придётся. И крышку, кстати, тоже.
Да и сопло, по-хорошему, тоже надо (см идею выше)

Вот я здесь представил эволюцию идеи.

_B1_> Вот я здесь представил эволюцию идеи.

Красиво. Только почему настолько укоротилась камера?
Ведь такой большой пустой обьем в первоначальной камере чем-то обусловлен?

Безотносительно к перспективности идеи, но дабы восстановить справедливость:

>Я бы рассчитывал на 1кг на 1квт электрической мощности
>Это данные современных авиамодельных движков

Видимо, это данные движков 90-х годов. Действительно современные авиамодельные электродвигатели куда легче. Двигатель Aveox 36/38/2 при мощности 2,55кВт имеет массу 323 грамма, т.е. почти точно 8кВт на 1кг. При снижении ресурса и охлаждении обмотки можно рассчитывать на повышение мощности ещё процентов на 20.

Вы так снимете с перекиси всю энергию, которая должна быть преобразована в сопле Вообще-то, и так при наших параметрах сопла, температура струи на срезе низка...

И катпак у нас во всю длину цилиндрической части камеры - свободный объём совсем мал.

А.С.> Вы так снимете с перекиси всю энергию, которая должна быть преобразована в сопле

Куда ж она денется, эта энергия? Что отберётся из камеры, то вернётся в неё же в виде давления. Даже потери на трение вернутся в виде подогретого топлива.

Это же получается прямой аналог турбореактивного двигателя, между прочим.

Прежде всего обращую внимание на вихревой насос (спасибо, killik). Как же мы о нем забыли? Это как раз для случаев больших напоров при малом расходе. У кого есть методика рассчета? А КПД у нас и так не выше 25%.

_B1_> 1) опора возле турбины. Температура у вас, конечно, небольшая - можно поставить, наверное, подшипник прямо в камере. Он в этом случае, мне кажется, будет одноразовым (вспоминая фотки заржавевших колец ).
Ну почему же. Изолировать опору от кат пака и охлаждать ее перекисью, которая сбрасывается в КС. Конструкционно: вал и опоры находятся внутри трубки, проходящей сквозь катпак.

Идея очень напомнила всякого рода ракетотурбинные двигатели (гибрид ТРД и ЖРД)


>Для 800С можно использовать титан (он легко доступен))) сталь - дохлый номер.
обработка титана, насколько я помню, непростое и недешевое занятие, впрочем как и нержавеки. Нержавеющая сталь отлично зарекомендовала себя в перекисных турбинах. Пример: РД-107/108.

>я попробую сделать насос (крыльчатку, шнек и вал корпус - позже) и оценить сложность изготовления
не понял фразы. вообще-то насос и состоит из крыльчатки, шнека (а нужен ли он? еще никто не считал на кавитацию) и корпуса с валом. И что значит "сделаю". Изготовите в металле?

Я против сварки колеса насоса. Размер мал, обороты большие. нужно обеспечить одновременно прочность, балансировку, гладкость проточной части, геометрию (поведет диск и лопатки). Только фрезерование или эрозия. Как самый легкий способ, можно сделать колесо вообще без диска, а лопатки радиальными из листа, посаженные на вал в пазы. Кто знает как сделать Т-образный продольный паз на валу? Потеряем еще КПД, но он у нас и так аховый.

FILAS> Прежде всего обращую внимание на вихревой насос (спасибо, killik). Как же мы о нем забыли?

Ну кто забыл, а кто и не знал Я случайно наткнулся...

FILAS> Ну почему же. Изолировать опору от кат пака и охлаждать ее перекисью, которая сбрасывается в КС. Конструкционно: вал и опоры находятся внутри трубки, проходящей сквозь катпак.

А ведь этим же компонентом можно охлаждать и колесо турбины,пусть растекается по его поверхности. тогда температурные рамки весьма расширяются...

FILAS> Как самый легкий способ, можно сделать колесо вообще без диска, а лопатки радиальными из листа, посаженные на вал в пазы.

А еще проще - шестеренка из листа равной толщины с прямоугольными зубьями, сформированными путем вырезания пазов на краю круга. При серийном производстве можно заменить штамповкой

FILAS> Прежде всего обращую внимание на вихревой насос (спасибо, killik). Как же мы о нем забыли? Это как раз для случаев больших напоров при малом расходе. У кого есть методика рассчета? А КПД у нас и так не выше 25%.

На выходных принесут книгу, где должен быть расчет вихревого насоса.

_B1_>> 1) опора возле турбины. Температура у вас, конечно, небольшая - можно поставить, наверное, подшипник прямо в камере. Он в этом случае, мне кажется, будет одноразовым (вспоминая фотки заржавевших колец ).
FILAS> Ну почему же. Изолировать опору от кат пака и охлаждать ее перекисью, которая сбрасывается в КС. Конструкционно: вал и опоры находятся внутри трубки, проходящей сквозь катпак.

Вся конструкция одноразовая. Нижний подшипник может быть скольжения - графитовый в стальной оболочке, Нагрузки на него радиальные.

FILAS> Идея очень напомнила всякого рода ракетотурбинные двигатели (гибрид ТРД и ЖРД)
>>Для 800С можно использовать титан (он легко доступен))) сталь - дохлый номер.
FILAS> обработка титана, насколько я помню, непростое и недешевое занятие, впрочем как и нержавеки. Нержавеющая сталь отлично зарекомендовала себя в перекисных турбинах. Пример: РД-107/108.

Обрабатывать титан мне нравится больше, чем нержавейку. Нужно найти нерж нужной марки, которая работоспособна при 800С. У меня ее нет, а есть титан: мало, но есть. Нерж тоже есть, но неизвестной марки.

>>я попробую сделать насос (крыльчатку, шнек и вал корпус - позже) и оценить сложность изготовления
FILAS> не понял фразы. вообще-то насос и состоит из крыльчатки, шнека (а нужен ли он? еще никто не считал на кавитацию) и корпуса с валом. И что значит "сделаю". Изготовите в металле?

Некто с именем "еще никто не считал" может и действительно не считал и, если все будет хорошо (вихревой насос будет хуже), то сделаю в металле.

FILAS> Я против сварки колеса насоса. Размер мал, обороты большие. нужно обеспечить одновременно прочность, балансировку, гладкость проточной части, геометрию (поведет диск и лопатки). Только фрезерование или эрозия. Как самый легкий способ, можно сделать колесо вообще без диска, а лопатки радиальными из листа, посаженные на вал в пазы. Кто знает как сделать Т-образный продольный паз на валу? Потеряем еще КПД, но он у нас и так аховый.

С креплением лопаток к колесу вопрос сегодня решил: в диске сделать Т-образные пазы, а лопатки с аналогичной ответной частью.
Возникает вопрос с расчетом турбины и формой профиля лопаток.
Какое количество двигателей планируется поставить на ракету?

Андрей Суворов>И катпак у нас во всю длину цилиндрической части камеры - свободный объём совсем мал.

Если окажется действительно мал, то могу сделать крышку ввиде стакана, по отдельной договоренности))

Титан вроде бы раньше стали начинает терять прочность при повышении температуры.

Жаропрочные стали - это, например, 12Х18Н10Т (Коррозионно-стойкая и жаропрочная сталь / Качественные стали по низким ценам, осуществляем доставку) . 85% перекись даёт вроде бы всего 900-910К, при такой температуре эта сталь вполне держится.

Турбину из диска стали можно вырезать фрезерованием - прорезав дугообразные пазы, ориентируя ось фрезы перпендикулярно оси турбины и обходя диск по периметру.

Вихревой насос описывается, в частности, у Кудрявцева, правда, там меньше, чем хотелось.

Хм.. раз уж турбину в горшок засунули, то не засунуть ли туда и насос? Я имею в виду сделать колесо турбины полым, тонкостенным(для охлаждения, лопатки тоже полые), а форсунки разместить на конце лопаток, струей противоположно соплу (применялась ведь турбинка в хим. реакторе для улучшения дисперсии, а чем ЖРД не хим. реактор? ). Да и вращающееся центральное тело сопла надо охлаждать... Все это правда перфекционизм и голубые мечты, может когда-то и стоит подумать,когда в двигателе погорячее будет, а сейчас надо делать то, что есть

P.S. Нет чтобы подумать сначала. Без внешнего насоса никак не обойтись, падение давления на рубашке камеры много больше одной атм.