Роторно-винтовой двигатель

Bulagen

Аксиальщик, волновик - пока что теоретик
Откуда
г. Тюмень
Вопрос есть такой: А почему (по каким соображениям) используются масляные пары а не сухие? Там же большой расход масла на угар в экспандера будет... Плюс по экологии будут большие выбросы СН... Может имеет смысл собрать на сухих парах, немного потеряв в степени сжатия.
 
Откуда
Владимир
Сил, средств и времени  конечно много потрачено, правда смысл то всего этого какой, получить удовольствие от процесса?
Работать это вряд ли будет, а если будет то с гораздо меньшим кпд чем обычный двс и с ценой на порядки выше, делают конечно лопатки для ТРД в виде монокристаллов с внутренними каналами охлаждения- то есть и вам что то подобное придется создавать, иначе вряд ли можно создать эффективное охлаждение деталей постоянно работающих в среде горящего газа
 

KV531

rotormotors.ru
Откуда
Симферополь
Вопрос есть такой: А почему (по каким соображениям) используются масляные пары а не сухие? Там же большой расход масла на угар в экспандера будет... Плюс по экологии будут большие выбросы СН... Может имеет смысл собрать на сухих парах, немного потеряв в степени сжатия.
Конечно всё собрано без масла. Просто компрессоры взял маслозаполненные, так как они дешевле сухих. С маслом ничего не работает, масло сразу сгорает и толстым слоем копоти заклинивает винты. Поэтому мотор должен быть сухим. Что бы хоть как то охлаждать винты и смазывать их [ch65288]синхронизирующие шестерни отсутствуют[ch65289], я сделал впрыск антифриза. В новом моторе обязательно будут шестерни и полностью сухая бесконтактная работа. Экспериментально установлен выход на расчетные давления при 6000 об/мин и дальше мотор валит на верха с большим ускорением.
 

KV531

rotormotors.ru
Откуда
Симферополь
Я же писал что доработал масляную систему. Подшипники работали в масле, а винтовая пара без масла. Пробовал уплотнять липкими жаропрочными мазями: давление сжатия высокое, но гидравлические потери сумасшедшие, мотор не раскручивается. Да и сгорают мази сразу, оставляя толстый слой дисульфида молибдена. Компрессор тоже не смажешь и не уплотнишь, так как любую смазку кидает в камеру сгорания, засирает фронтовое устройство, форсунки, дымит и копоть осидает на винтах в детандере. Поэтому только сухая работа и синхронизирующие шестерни.
 

E_T

тридэшник
Собс-на идея взять какой либо насос, воткнуть туда свечку, задуть что-либо горючее, поджечь и заставить его крутиться не нова и многие идут по этому пути. С поршневым такая обратимость получилась, а вот с другими насосами получается не очень.
6 лет назад прорабатывал геометрию коловратных насосов:
http://3dd.blog.ru/123611811.html
У них у всех пазухи с дырками, т.е.часть рабочего тела течет куда надо, но часть просачивается обратно. Для воздуходувки это может быть и не критично, все же часть-то попадает в нужном направлении, и этого бывает достаточно, но для двигателя с его давлениями это неприемлимо. Кроме того, обязателен зазор между роторами, а без него будет жуткое трение. И кстати, наилучшая геометрия в плане дырок, зазоров и трения у воздуходувки Рутса, ее геометрию я тоже прорабатывал:
http://3dd.blog.ru/123303379.html
Скока бабок угрохали!!!
 

Bulagen

Аксиальщик, волновик - пока что теоретик
Откуда
г. Тюмень
Собс-на идея взять какой либо насос, воткнуть туда свечку, задуть что-либо горючее, поджечь и заставить его крутиться не нова и многие идут по этому пути. С поршневым такая обратимость получилась, а вот с другими насосами получается не очень.
6 лет назад прорабатывал геометрию коловратных насосов:
http://3dd.blog.ru/123611811.html
А pdf-ника по книге Шевелевой "Теория формообразования и контакта движущихся тел" у Вас случайно нет?
 

Самотобус.

Люблю авиацию.
Откуда
Германия
Скока бабок угрохали!!!
Выводы по конкретным целям и неудачами сделали? Интересно к схожим ли умозаключениям пришли. Здесь частенько поговариваю со двигательными спецами , да и готовился как-то подавать заявку на вакансию по термодинамики и химсоставу газов ДВС и специфике выхлопаобразования. Тема, схожая с Вашей, всплывает регулярно.
 

KV531

rotormotors.ru
Откуда
Симферополь
Собс-на идея взять какой либо насос, воткнуть туда свечку, задуть что-либо горючее, поджечь и заставить его крутиться не нова и многие идут по этому пути. С поршневым такая обратимость получилась, а вот с другими насосами получается не очень.
6 лет назад прорабатывал геометрию коловратных насосов:
http://3dd.blog.ru/123611811.html
У них у всех пазухи с дырками, т.е.часть рабочего тела течет куда надо, но часть просачивается обратно. Для воздуходувки это может быть и не критично, все же часть-то попадает в нужном направлении, и этого бывает достаточно, но для двигателя с его давлениями это неприемлимо. Кроме того, обязателен зазор между роторами, а без него будет жуткое трение. И кстати, наилучшая геометрия в плане дырок, зазоров и трения у воздуходувки Рутса, ее геометрию я тоже прорабатывал:
http://3dd.blog.ru/123303379.html
Скока бабок угрохали!!!
Вы правы, только за основу надо брать не насос, а компрессор.
Про нагнетатели Рутса я тоже думал, но это всего лишь нагнетатели. Они не дают нужной степени повышения давления. А вот винтовые компрессоры уже лучше. Изучив учебник по расчетам и проектированию винтового компрессора, приходит ясность и понимание как в действительности работает эта машина. Степень повышения давления у винтовых зависит от числа зубьев, например роторы с зубьями 3/5 дают степень повышения давления 3-3,5. Роторы с количеством зубьев 4/5 дают повышение давления 4-4,5, роторы с зубьями 7/8 дают 7-8. Поэтому не нужно изобретать заново этот компрессор, всё уже  при думали, изучили методику расчетов и расписали её в книге. Там целая куча нюансов. Утечки есть не только через плоские щели, есть еще утечки через треугольные щели, а так же есть защемленный объем в конце сжатия. И когда начинаешь снижать площадь сечения, например, треугольной щели, то растет линия контакта между роторами, а значит растет площадь щели между роторами. То есть один показатель делаешь лучше, другой становится хуже. Так же в книге обозначены основные профили винтов, соотношения длины к диаметру и еще много чего. Так же есть графики испытаний различных компрессоров и их К.П.Д. в сравнении. У нагнетателей РУТСа кпд низкий, у роторно-пластинчатых еще ниже, а у винтовых машин кпд выше чем у всех остальных машин, но ниже чем у поршневой.
Теперь о давлениях. Если проанализировать графики работы серийно-выпускаемых компрессоров (например немецких), можно увидеть предельные давления (перепады давлений) на которые способны винтовые компрессоры, а так же обороты, расход воздуха, подачу сжатого газа и потребляемую мощность.
Это очень полезная информация для создания двигателя. Колоссальную работу уже сделали исследовательские институты в СССР и фирмы производители винтовых машин по всему миру. Я только собрал информацию и проанализировал ее.
Так вот маслозаполненые компрессоры могут работать с перепадом давления до 15 бар, но из них не сделаешь двигатель. А сухие компрессоры работают с перепадом давления до 8 бар. То есть степень сжатия у компрессора - 4, и еще в 2 раза он может дожать в момент нагнетания (в нагнетательном патрубке). Как это происходит можно увидеть на графике давления в учебнике.
Конечно перепад давления в 8 бар это мало для двигателя. Но кто мешает сделать 2-е ступени сжатия и 2-е ступени расширения? Я на практике с одной ступенью сжатия получил 8 бар давления в камере сгорания (при горении стехиометрической смеси). Если добавить еще одну малую ступень дожатия, то давление в КС будет 32-35 бар. А это уже двигатель. Ну и в довершение турбонаддув с нагнетанием в 1 бар избытка, при этом давление к КС возрастет до 64-70 бар.
Сразу скажу, что бы не было вопросов, жаровой трубы не будет. КС имеет водяную рубашку охлаждения и возможно напыленный изнутри термобарьер в виде диоксида циркония. И по конструкции будет похожа на КС для жидкотопливных ракетных двигателей. Только так можно будет держать такие давления и температуры.
 

KV531

rotormotors.ru
Откуда
Симферополь
У любого ГТД, между прочим, тоже многоступенчатый компрессор и турбина. КПД одной осевой ступени компрессора 0,9. Ступеней минимум 8 штук, а то и больше. Умножите 0,9 само на себя 8 раз и получите кпд всего компрессора 0,4. Так что прогнозирую вполне приличные характеристики у роторно-винтового двигателя. Правда омрачает добавлять еще по одной ступени компрессора и детандера. Мотор получится в 2 раза тяжелее и дороже, но по другому никак. По расчетам получилось на 1 кг массы - 2 л.с. Сравнивал этот показатель с другими двигателями:
- моторы легковых авто  -  1кг/1л.с.   (при 50% мощности есть ресурс);
- моторы грузовых авто  - 1кг/0,5л.с.   (при 90% мощности есть ресурс);
- мотор АШ-82   -  1кг/2л.с.   (при 90% мощности ресурс 1200ч);
- Двигатели танковые ЧТЗ:
В-59УМС - 1кг/0,55л.с.
2В-06-2 - 1кг/0,56л.с.
В-84МС - 1кг/0,84л.с.
В-58-7МС - 1кг/0,65л.с.   У всех ресурс около 1000 ч.
- Двигатели танковые газотурбинные
ГТД-1000  - 1кг/1,05 л.с.
ГТД-1250  - 1кг/1,19 л.с. (возможно это показатель вместе с трансмиссией, ресурс межремонтный 300 ч, общий .....?)
- мотор ROTAX 912   -  1кг/1,666 л.с.   ( ресурс 2000ч);
- двигатели гидроциклов бомбардир   - 1кг/2,3л.с.   (при 70% мощности ресурс 700ч);
- мотор РМЗ-500   - 1кг/1,56л.с.   ( ресурс до 1000ч);
- танковые дизельные оппозиты 5ТДФ и 6ТД-1
примерно 1кг/0,85л.с.   ( ресурс 1000ч);

На фоне этого роторно-винтовой двигатель   -  1кг/2л.с.   (при 90% мощности ресурс 20000ч); Ресурс высокий из-за бесконтактной работы и гидродинамических подшипников, так же многотопливность из-за непрерывного горения в отдельной камере сгорания, и надежность в виду малого количества подвижных деталей.

Выше по удельным характеристикам:
- двигатели NASCAR   -  1кг/3,17л.с.   (ресурс примерно 200-300ч);
- двигатели F1   -  1кг/8л.с.   (ресурс 400км!!! - 2-3ч);
- вертолетный турбовальный ТВ3-117   -  1кг/8,1л.с.   (ресурс 7500ч);
- двигатели турбированных драговых машин (не на нитрометане)   -  1кг/6л.с.   (ресурс до 100ч, 90% мощности выдают не больше 15сек, далее оплавление поршней и выпускных клапанов);

Где то в приведенных цифрах могут быть неточности, но незначительные. В целом видна картина по всем моторам. Думаю что РВД вполне конкурентоспособен в широкой области применения. Не способен тягаться с поршневыми гоночными моторами и авиационными газотурбинными. В остальном секторе РВД привлекательный мотор, и даже завышенная цена оправдывается высокой надежностью и моторесурсом.
 

KV531

rotormotors.ru
Откуда
Симферополь
Парни привет. Давно меня не было на форуме. Проект двигателя стоял на месте. Никак не мог решить две основные проблемы своего мотора:
- охлаждение.
- уплотнение.
Два года думал, считал... Получилось что традиционная система охлаждения, как мы ее знаем, нихрена не справится. Тепловая напряженность слишком высокая на входе в расширительную машину, а геометрия деталей слишком точная, зазоры малые. Градиент температур в стенке будет слишком большой, что приведет к необратимой деформации огневых стенок, даже если напылять термобарьер в виде диоксида циркония, то это тоже особо не спасет. На острых кромках винтов будет перегрев. Пустотелые валы будут стоить очень дорого, да и керамическое покрытие быстро растрескается и осыпется.
По поводу уплотнений были тоже мысли: сделать на некоторых возможных поверхностях винтов лабиринтные канавки, которые быстро засрутся коксом, а остальные поверхности винтовых роторов уплотнятся ударной волной от сверхзвукового истечения газа в щель, так сказать самозапирание щели. Это я насмотрелся советских видеороликов научнообразовательных по сверхзвуковым течениям))))
Но расчитывать на эти явления утопия) Тем более что сверхзвуковое истечение будет только в зоне высоких давлений (узкая зона). Короче газ сифонит во все щели и давление выше 10 бар в КС поднять не получится при 7000 об/мин.
Поэтому я решил применить подачу воды в компрессор. Не просто впрыск, а лить её туда из шланга.
Посчитал примерно необходимое количество воды на один оборот роторов. Поставил шестеренчатый насос, который будет давать строго определенную подачу воды на оборот ротора, ни больше ни меньше. Пропорция будет сохраняться во всем диапазоне оборотов. Получилось следующее:
Рабочий объем компрессора 800 см.куб.
Объем подаваемой воды на один оборот 50 см.куб. То есть в компрессор летит воздушноводяная смесь в соотношении 750/50 см.куб.
Этого количества воды вполне достаточно что бы прекрасно охладить роторы и уплотнить их. По аналогии с гидродинамическими подшипниками. Только там масляная пленка заменяет тела качения, а тут водяная пленка заменяет "поршневые кольца/апексы". Водяная пленка - пишу условно. Винты воду молотят в клочья, все рабочие полости винтов заполнены насыщенной водной аэрозолью, но в щелях происходит запирание.
Далее воздушноводяная смесь поступает в центробежный сепаратор, вода отделяется и идет в РМ, а воздух идет в камеру сгорания. Затем раскаленные газы идут в РМ и проталкивают ту же воду туда же. Таким образом уплотняется и охлаждается расширительная машина. На выхлопе опять стоит сепаратор, отделяет воду и возвращает ее на впуск через радиаторы охлаждения.
Понятно что такая система будет иметь потери воды при испарении, так же увеличатся тепловые и гидравлические потери у двигателя. Но я сейчас рассматриваю применение мотора не в авиации. Преимущественное направление это быстроходные катера, драговые и дрифтовые спортивные авто.
При массе мотора 200 кг, можно снять 1300 л.с. из которых 300 л.с. отдать на гидравлические потери. При этом ресурс и надежность мотора будут на порядки больше чем поршневые. У поршневых высокофорсированных с мощностью 1000+, ресурс 2-3 часа. Часто даже посреди заезда сгорают.
С предложенной системой охлаждения можно повышать давление в КС до 200 бар и температуру до 3000 град.С.
На сегодняшний день имею такие цыфры по замерам: обороты малого газа 4500-4800, давление в КС без наддува 20 бар. Наддув сделаю 3 бар избытка, в итоге в КС получу 80 бар при полной загрузке мотора. Расчетные максимальные обороты 24000 об/мин. Ожидаемая мощность 1000л.с.
Это решение позволит точить роторы из кованной заготовки (максимум прочности), уйти от дорогостоящих керамических покрытий. Вопросы эррозии и коррозии валов решаемы. Размер и масса системы охлаждения пока не обсуждается. Тут есть много вариаций, на драговых авто даже сухой лед применяют. Сейчас главное отработать сам мотор. Потом буду думать как градирню компактной сделать.
Так же решается вопрос о нагарообразовании. Кокс просто смоет водой.
Так же водятой туман будет попадать в КС снижая температуру горения, тем самым уменьшая выбросы оксидов азота, тот же водяной туман будет попадать в турбину нагнетателя охлаждая ее.
Может частично тут реализуется паросиловой цикл, про который была дискуссия на данном форуме. Хотя меня сейчас это мало интересует.
В приложении фото мотора, на нем видно новый шестеренчатый насос нш50-10. Двигатель сейчас на доработке. Подробные фото мотора были на сайте rotormotors.ru. Там же и видео пробных запусков.
Жду жесткой критики уважаемые форумчане!!!

IMG-3f647d4b7108ff6a1b0cfcc9b1c796e5-V.jpg
 

KV1237542

Я люблю строить самолеты!
Не помню начало ветки. А с каким коэфф. Избытка воздуха работаете?
Может побольше альфу меньше тепла. Машинка будет проще.
Сделать КС как в ГТД.? Не надо воду гонять по кругу.
А к спиральным компрессорам не присматривались?
 

KV531

rotormotors.ru
Откуда
Симферополь
Я выхожу на стехиометрию. Коэф. избытка воздуха 1, если я правильно понимаю. Если делать как в ГТД то получится мизерные давления и мизерная мощность. И если лопатки турбины можно нагреть до 1000 град.С., То винтовые роторы нельзя греть больше 150-200 гррад.С. Видите ли зазоры маленькие. Я зажат в рамки особенностью машин винтовых. И я хочу огромные мощности, поэтому вижу только впрыск воды и камеру сгорания не от ГТД, а от ракетного жидкотопливного двигателя. Там и термобарьер напылен и дополнительно пристеночное охлаждение керосином делается. Но и давления и температуры совершенно другого уровня. Я к ним стремлюсь. Я не пытаюсь сделать экономичный мотор. Я хочу мотор с высокой удельной мощностью свыше 1000 сил, надежный, ресурсный и доступный по цене.

К спиральным присматривался. Ко всем присматривался, но остановился на винтовых.
 
Последнее редактирование:

KV531

rotormotors.ru
Откуда
Симферополь
В драговых и дрифтовых моторах с высокой степенью наддува топливные карты настраивают таким образом, что идет перелив топлива для охлаждения поршней и выпускных клапанов. Если настройщик малоопытный, то сжигает мотор прямо на стенде. В россии грамотных настройщиков на пальцах персчитать можно. Так что на расход топлива там особо не смотрят, про лодочные двухтактники вообще молчу. Плюс бензин 100-й, иногда с впрыском метанола во избежании детонации. Так же угол опережения зажигания заваливают к ВМТ, что бы мотор не порвало высокими давлениями, таким образом переводя изохорный процесс в изобарный (что собственно и делал Ибадуллаев). По расчетам примерным расход топлива в роторно-винтовом моторе будет между 4-х тактным и 2-х тактным поршневыми, думаю около 300 гр.*л.с./час. Что вполне приемлемо для спортивной техники.
А вот вопрос ресурса и надежности там стоит остро. Каждая команда везет с собой на соревнования запасной мотор, если не два. И после заездов моторы на капиталку. Это дорогое удовольствие. В бесконтактном моторе будет ресурс. Всего две вращающиеся детали дадут надежность. Непрерывное горение снимет вопросы с качеством топлива и детонацией. А разной комбинацией турбокомпрессоров можно получить различные полки крутящего момента и степени повышения наддува. И похрен что воду доливать придется после заездов, бензин тоже доливают. Это не проблема.
А в морском исполнении ваапще с водой нет проблемов: холодную воду зачерпнул за бортом, через мотор прогнал и за борт выплюнул. Даже отложения солей не будет если промыть пресной водой перед хронением (как в лодочных двухтактниках).
 

RVD

От поршня к гипо-зпитрохоидам всех видов..
М-да... изохорный процесс говорите, тыща сил на выходе !? и на стехиометрию выходите ?! Вот это я понимаю, зачем к чему вам мелочиться. 😎

Давайте на пять тыщ поспорим, что сделаете ?
 

KV1237542

Я люблю строить самолеты!
Ну с заботой водой и Стирлинг на торпеде экспериментальный 0.5кг /л.с.
Отличный холодильник задаром
 

KV531

rotormotors.ru
Откуда
Симферополь
М-да... изохорный процесс говорите, тыща сил на выходе !? и на стехиометрию выходите ?! Вот это я понимаю, зачем к чему вам мелочиться. 😎

Давайте на пять тыщ поспорим, что сделаете ?
Я просил критику, а не стёб. Вы, я так понимаю, господин всемизвестный Седунов? Сколько вы свой вяленький волновой мотор из керамики делаете уже? Лет 10? И еще 100 лет делать будете и не сделаете. Потому как там ошибок от начала и до конца. И с горением и с охлаждением и с тем же уплотнением и с механикой. Вот и решайте вопросы. А с меня смеяться не надо. Я за пол года со своим скромным опытом сделал больше чем вы за 10 лет. И сюда пришел к уважаемым людям за критикой и советами. Излагаю результаты своих исследований. И смеяться надо мной не надо. То что вы меня не уважаете это понятно, мне плевать. Уважайте хотя бы себя, и не опускайтесь так низко.
 
Вверх