Роторно-лопастной двигатель. Начало.

[МаГент]

На полу-роторе лопастей не видно,кажется, никаких особенностей...
Кроме, применения хрупкого лака для изучения деформаций на поршнях

Думаю это масштабная модель, только для изучения деформаций.
Соображение относительно люфта. Если принять во внимание, что РЛД Лутца не производил мех работы, а работал лишь как компрессор, то понятно, что его синхронизатор был лишен своей главной функции - передачи мех момента на вал. Вся работа выполнялась внутри втулки с лопастями. Одна пара лопастей раздвигалась расширяющимися газами, а вся энергия тут же уходила на сжатие двух порций газа двумя другими парами лопастей. В такой ситуации возможно наличие люфта и не приводило к сильным ударам, а только к легкому "подталкиванию" втулки для занятия точной позиции под свечой, и при начальном запуске.

 

[Bиктор]

Могу предъявить для интересующихся геометрическую трактовку работы синхронизатора для 8-ми лопастного РЛД.

Размер синего кружочка относится к размеру зеленого кружочка как 4:1.
Это иллюстрирует, что справа - орбитальный эксцентрик, а слева - ось водила вала равномерного вращения.

Эксцентриситет быстро вращающегося орбитального "коленвала" изображен как бы двумя противофазными коленами: эсцентрик желтого цвета - для желтого водила блока лопастей, и на условно - на той же оси, - эксцентрик белого цвета, - для белого водила, - второго блока лопастей.

Из-за противофазности эксцентриков на быстрых орбитальных валах - длина плеч водил разного цвета [разных блоков лопастей] изменяется тоже в протифазном смысле:  если проекция плеча желтого водило удлиняется, то проекция эффективного плеча от белого водила укорачивается.

Из-за разности длин проекций [плеч] водил разных блоков - следует их разная мгновенная угловая скорость, а значит и разные скорости и ускорения для обоих блоков лопастей, несущих каждый по 4 лопасти.

 

[Bиктор]

На рисунках изображены две колонки геометрических изменений:
- слева - синхронизатор ДО поворота эксцентриков на 5°,
- а справа, - синхронизатор ПОСЛЕ поворота эксцентриков, - как желтого, так и белого их "колен".
Причем справа еще не показано удлинение/укорочение эффективного плеча 2-х водил соответственных блоков лопастей.

Размер "колена" - это и есть эксцентриситет на каждом орбитальном эксцентрике.
Напоминаю: условно эсцентрики для желтого и белого водил изображены на общей оси, - так как у обоих орбитальных эксцентриков угловая скорость равномерна, и они оба - одинаково удалены от оси вращения РЛД, - об этом сигнализирует одинаковая длина синих водил, на которых орбитально обращаются по отдельности с разной фазой начальной установки эсцентрики, служащие разным блокам лопастей.
Я остановился на том конструктивном варианте, где эксцентрики разных блоков лопастей находятся на собственных синих водилах, и притом с разных концов РЛД:  одно водило и эсцентрик - слева от камер РЛД, а другое водило и другой эксцентрик - справа от камер РЛД.
Но эти обстоятельства здесь не изображены, так как здесь преследуется не монтажная цель, а принципиальная цель:

-проследить различные изменения углов водил разного цвета соответственных блоков лопастей, относительно синих водил ВОМ [обращающихся в 4 раза медленнее, чем угловая скорость эксцентриков].

То есть, все водила представлены как бы одновременно на виде со стороны одного конца ВОМ, - одинарной линией разного цвета. Причем синье водила ВОМ - всегда одинаковые, они несут Эскцентрики [с разных сторон камер РЛД], а белое и желтое водила - длину свою меняют.
Для примера показано, на сколько удлиняется одно лопастное водило, - настолько же укорачивается другое водило.
При изменении этих эффективных плеч действия желтого и белого водил, - углы их относительно вала ВОМ разные, так как проекции плеч эксцентриков, левого и правого, - равные!

 

[Bиктор]

Здесь валы эксцентриков на орбите повернулись на каждом рисунке еще по 5° по часовой стрелке...

Крайний нижний рисунок показывает уже момент, когда эксцентрики в общей сложности проделали уже более 90°.

Теперь желтое водило (правого блока лопастей) уже изображено не выше белого водила (левого блока лопастей), а ниже его.
Соответсвенно тенденции их угловой скорости тоже сменились...

 

[Bиктор]

Если есть вопросы - отвечу!

Поскольку ставилась цель увидеть индивидуальные изменения угловых скоростей левого и правого блока лопастей, - введена еще одна не существенная абстракция:

- вращение ВОМ не показано, как будто бы синее водило вала равномерного вращения стоит на месте.
- В реальности оно поворачивается в 4 раза медленнее, чем эксцентрики на орбитальных "трехлепестниках",
- и при этом вращается в противоположную сторону, нежели вращение эксцентриков, сидящих на не проскальзываемых "трехлепестниках", катящихся по своим индивидуальным квази-циклоидным профилям, тоже имеющим фазное смещение функций.

Ловлю себя на том, что рассказывать такие нюансы - сложнее, чем само функционирование синхронизатора, - по сути очень простого, имеющего малое число элементов.
Сложно только при сборке правильно расставить сдвиги фаз углов этих немногочисленных элементов...
Это потребует еще дальнейших пояснений - как собирать синхронизатор для его правильной работы.

 

[Bиктор]

Выяснилось, что ранее опубликованный график движения оси лопасти, в котором было якобы попятное движение в некоторых зонах, - это сообщение ошибочно!

Доработал таблицу Ехсель и устранил некоторые неточности в ней.

Графики движения лопастей выглядят теперь реалистично - и удовлетворительно ·)

Красного цвета лопасть изображена с присущей ей угловой шириной 22,5° , как и парная ей желтая лопасть [условно отстающая]!
Красная [опережающая] колеблется между двух соседних желтых лопастей, смонтированных с постоянным углом между собой в 90°...

Первая иллюстрация показывает укрупненно поворот трехлепестника с экцентриком на протяжении 720° - это вращение показано на горизонтальной оси.

При этом на вертикальной оси - показано угловое перемещение лопастей внутри корпуса РЛД (это смещение в 4 раза медленнее, чем вращение эксцентрика на водиле).

На втором рисунке - то же самое, только вращение лопастей показано дольше, - а именно на протяжении полу-оборота в статоре [один полный 4-х тактный цикл]...
Эту иллюстрацию пришлось уменьшить - чтобы поместить на ветку форума...

На крайнем снимке с экрана - тот же график с приближением - через каждые 2° поворота вала равномерного вращения [тонкие синии линии под постоянным углом отображения] и неравномерного движения лопастей.

Обращает на себя внимание особенность РЛД в зоне "мертвых точкек", ДО и ПОСЛЕ - то есть в тех положениях, где объем между лопастями приобретает другую тенденцию [если до того объем сокращался, то после этого положения - он же увеличивается].
А именно, - скорость движения лопастей разного цвета - разная, относительно неподвижного корпуса... [вследствие их разного ускорения "перед ВМТ" и "после ВМТ"]

 

[Bиктор]

Поэкспериментировал с формой лопастей, - с целью облегчения массы консольной части...
Эта консольная масса лопастей - вредная, усиливает инерционные силы, но в ней очень мало нагружен материал [он не "работает"].

На первом рисунке - масса удалена из средней части лопасти.  Каждая лопасть приобрела некоторое сходство с "ласточкиным хвостом"
На первом же рисунке - геометрическая модель действия синхронизатора на блоки лопастей [на белый блок лопастей - половинка синхронизатора слева от камер, а на желтый блок лопастей - половинка синхронизатора справа от камер].

Каждая половинка синхронизатора отнесена к разным концам одного общего вала [синхронизирующего обе половинки механизма связи] равномерного вращения.

Светло-голубыми стрелками показано угловое положение двух эксцентриков, размещенных в полу-синхронизаторах слева и справа от рабочей зоны.
Эти эксцентрики здесь можно условно интрепретировать так, как будто они непосредственно сдавливают с двух сторон лопасти разного цвета [белая лопасть под действием левого эксцентрика догнала желтую лопасть, расположенную слева, а желтая замедленно подпирается своим эксцентриком справа]


На втором рисунке - другое экспериментальное изменение формы лопастей, - но тоже направлено на уменьшение доли массы консольных частей лопастей...
В этом варианте - лишняя масса с конца лопастей снята не в середине каждой лопасти, а преимущественно по консольным краям.
Лопасть начинает напоминать "зубило"

Такое решение потребовало занять увеличившееся межлопастное пространство... той же массой, но... прикрепленной НЕ к лопастям, а к некоторому элементу, вращающемуся как и вал отбора мощности - равномерно.

Эти массы, как и все равномерно вращающиеся водила и вал, - имеют синий цвет, - они могут быть закреплены внутри к тонкостенной синей обечайке, - первоначально задумывавшейся для общего цилиндрического уплотнительного элемента для всех камер/лопастей одновременно...

На втором рисунке блоки лопастей отображены не в момент сжатия камер, а в промежуточном положении - в момент пролета от одной "мертвой точки" до другой!



На крайнем рисунке - то же самое, но в одной из "мертвых точек"...
Справа видна наблюдаемая камера, одна из восьми - в момент ее сжатия.
Незадолго до этого момента смесь вытесняется в небольшое свободное пространство между смежными лопастями...
Форма синего элемента между лопастями [имеющего равномерную скорость] такова, что смесь поочередно вытесняется то слева, то справа в общее пространство.
Края синего элемента - не имеют плавного закругления, - эти "заостренные" края сильно турбулизуют рабочую смесь перед началом сгорания...

Зеленый "косой крест" на крайнем рисунке - символическое угловое положение двух водил блокой лопастей (водила переменной угловой скорости тоже размещены с разных концов ВОМ).  "Косой крест" постоянно меняет угловое положение своих ветвей, - то он правильный, то перекашивается в другую сторону и так - циклично...

Хотелось бы прочесть или услышать суждения коллег по поводу этих способов облегчения консолей лопастей... 

 

[МаГент]

Очень интересные иллюстрации. Рад, что обратного движения лопастей больше нет.

Форма синего элемента между лопастями [имеющего равномерную скорость] такова, что смесь поочередно вытесняется то слева, то справа в общее пространство.

Полагаю, что не совсем так. Смесь сжимается симметрично справа и слева и так же симметрично потом расширяется. На мой взгляд.
Относительно формы поршней, я думаю сначала нужно определиться с геометрией КС и с величиной СС. Некоторое время назад вы показывали рисунок с завихряющей камерой. На крайнем рисунке RLD-romashka8-WMT.jpg будут образовываться 2 встречных вихря. Если это вы считаете важным, то есть смысл продумать детали на этом этапе.

 

[МаГент]

Обращает на себя внимание особенность РЛД в "мертвых точках", - то есть в тех положениях, где объем между лопастями приобретает другую тенденцию [если до того объем сокращался, то после этого положения - он же увеличивается].
А именно, - скорость движения лопастей разного цвета - разная, относительно неподвижного корпуса.

Думаю это впечатление складывается ошибочно в результате неточной интерпретации графика peremes4-lop-excel2.jpg. Полагаю, что вы определяете расстояние (и скорость) между лопастями по перпендикуляру к синей линии. Правильно будет определять расстояния откладывая отрезки строго по вертикали (параллельно оси У). Тогда это впечатление пропадает.
Впрочем, если на графиках учтена асимметрия ходов (о которой я недавно говорил), то возможно некоторая несинхронность движения лопастей возможна.

 

[Bиктор]

Полагаю, что не совсем так. Смесь сжимается симметрично справа и слева и так же симметрично потом расширяется. На мой взгляд.

Геннадий обратите внимание, на крайний рисунок с графиками перемещения цветных блоков лопастей:
- отображенный красной линией и желтой линией подходят и отходят к синей прямой линии равномерного вращения в несколько разное время на минимальное расстояние.
Стало быть и степень вытеснения слева и справа от синего межлопастного элемента идущего синхронно с ВОМ - будет разная в одно и тоже время. 
Различие во времени конечно не большое...

 

[Bиктор]

Относительно формы поршней, я думаю сначала нужно определиться с геометрией КС и с величиной СС.

Определиться, имхо, - самое трудное!
Из опытов Костина и Андрея с перепускным межцилиндровым  каналом они определили, что тангенциально закручивающий вихрь канал - способствует более полному сгоранию,

а короткий канал - турбулизующий смесь, "дул в середину" смежной полости, - он способствовал повышению скорости сгорания и таким образом, - повышению мощности.

На крайней геометрии полости между лопастями, Вы правы, - "дутье в середину" служит другой цели, нежели вихрь.
Я думаю, имеется аналогия с рассказом Андрея...

Как думаете, можно наверное форму лопастей соответственно "приспособить" к полости между лопастями, если нам нужны будут три тангенциальных входа в эту среднюю камеру  - для подкрутки вихря?

Величина геометрической СС по соотношению углов, - сжатом и раскрытом состоянии смежных лопастей, - условно принята 14.
Фактически она уменьшится - под влиянием объема полости...
специально еще не проверял, - сколько СС получится в данном отображении.
Размером полости - можно влиять на "степень усадки СС"...

 

[Bиктор]

Думаю это впечатление складывается ошибочно в результате неточной интерпретации графика peremes4-lop-excel2.jpg. Полагаю, что вы определяете расстояние (и скорость) между лопастями по перпендикуляру к синей линии

Да нет, не так, имхо...
Размеры между лопастями и их расстояние от синей линии равномерного вращения - я тоже, как и задумывалось, откладываю вверх вертикально, - то есть параллельно левой вертикальной оси - оси для отображения вращения внутри статора!

Наверное все-таки относительная крутизна подхода или отхода линий лопастей от синей линии - точно отображает характер изменения их взаимной скорости:
- если сравнить для какого-то определенного угла эксцентриков [на нижней горизонтальной оси] отрезки по вертикали от синей линии вверх - к красной лопасти, и вниз - к желтой лопасти,
- то мы видим, насколько отличается вверх скорость красной лопасти от равномерного вращения синей линиий,
- и также видим, насколько вниз отличается скорость желтой лопасти от более быстрой равномерной скорости вала [синей линии].

Но и субъективное впечатление
- чем быстрее движется лопасть, тем она "тоньше поперек талии",
- это впечатление случайно тоже верное

Вы настаиваете на том, что углы между черными касательными к скорости - синей линиии, равны по обе стороны от синей линии?
На мой взгляд, углы касательных к скорости разные... как и ускорения в те же мгновения 

 

[Bиктор]

Впрочем, если на графиках учтена асимметрия ходов (о которой я недавно говорил), то возможно некоторая несинхронность движения лопастей возможна.

В принятом мной синхронизаторе - именно такой случай.
Посмотрите снова на иллюстрации к посту 4099.
Желтая и белая линии - отображают индивидуальные водила для желтого и красного блока лопастей...

Они изменяют свою длину в противофазе.
Когда эффективная длина одного водила увеличивается,  эффективное плечо другого водила уменьшается...

Это влияет на индивидуальный характер скорости углового отклонения каждого водила лопастей от равномерной скорости вращения синего водила (трехлепестника с эксцентриками по обеим концам РЛД, синхронизированных в этом синхронизаторе только через один толстый ВОМ)

 

[МаГент]

степень вытеснения слева и справа от синего межлопастного элемента идущего синхронно с ВОМ - будет разная в одно и тоже время. 
Различие во времени конечно не большое...

Согласен...

Вы настаиваете на том, что углы между черными касательными к скорости - синей линиии, равны по обе стороны от синей линии?
На мой взгляд, углы касательных к скорости разные... как и ускорения в те же мгновения

Настаивать я конечно не смею, но давайте попробуем немного подробнее взглянуть. Если посчитать расстояние в делениях сетки от концов отложенных отрезков до синей линии на рис Raznye-ugly-kasatelnyx.jpg (193 KB | 1 ), то увидим, что для желтого графика это будет 7 и 2 деления, а для красного 6 и 1 деление. Разница между обоими равна 5. С точки зрения геометрии это должно означать, что наклон касательных (т.е. скорость движения) у этих графиков к синей линии примерно одинаков. Полагаю.

Это влияет на индивидуальный характер скорости углового отклонения каждого водила лопастей от равномерной скорости вращения синего водила (трехлепестника с эксцентриками по обеим концам РЛД, синхронизированных в этом синхронизаторе только через один толстый ВОМ)

Согласен...

 

[Bиктор]

Кто может подсказать, - как правильнее делать паз во втулке, для надежного удержания лопастей?

Интуитивно я предполагаю, чтобы не вызвать концентрации напряжений НИ во втулке, НИ в комле лопасти, - "уши ласточкиного хвоста" должны бы быть примерно в середине толщи втулки...
Верно ли это?  Не прослабнет ли втулка против скручивания оставшегося нетронутым материала?

 

[А.Г.К]

Установи у себя хотя бы Солид Воркс 2007. Построй модель и при помощи подпрограммы Космос нагрузи свой паз. Программа всё покажет.

 

[МаГент]

прослабнет ли втулка против скручивания оставшегося нетронутым материала?

По сравнению с целой втулкой понятно, что сопротивление втулки снизится. Второй вопрос достигнет ли снижение критических величин? Это зависит от многих факторов, прежде всего от характера нагрузки и удельной прочности. В целом ваш паз выглядит нормально. Учитывая, что приводились примеры, когда лопасть крепилась простым болтом, прочности соединения хватит за глаза. Но у такого способа повышенные требования к точности изготовления. Малейшая неточность - и либо будет болтаться либо не вставится.
Солид конечно полезен для определения концентраций напряжений, но как любой инструмент, требует понимания при использовании...
Литературное отступление... Когда был студентом, все считали на логарифмических линейках, а концу уже появились первые калькуляторы... забавно было видеть курсовые, в которых скажем диаметры валов высчитывались с восемью знаками после запятой...

 

[Bиктор]

Я учусь как раз на Солид Ворксе 2013
Для одной детали [консоли лопасти] уже пробовал оценивать напряжения и деформации, а для сборной детали - блока лопастей, - еще не пробовал. Какие наши годы?!

Согласен с Геннадием, проверку можно сделать и инструментальную, но понятие в собственной голове - немаловажная вещь...
Я тоже вспоминал про успешное применение болтового крепления лопасти ко втулке.
Но там вариант был с толстой лопастью [45°] и с пазухами достаточной глубины по бокам огневых поверхностей.
А мной рассматриваетеся 8-лопастной биротор, - с более узкими лопастями [по 22,5°].

Сомнения возникли, когда вспомнил "мощь комля" крепления турбинной лопатки, по сравнению с пером лопатки... ГТД.
Конечно, там обороты и ЦБ сила не в пример больше...

 

[Bиктор]

По сравнению с целой втулкой понятно, что сопротивление втулки снизится

Современные станки по чертежам  в Солиде, например, могут блок лопастей действительно  изготовить из единой болванки...

Я имел одну предварительную беседу с мастером по таким станкам.  Он сказал, что до автоматической обработки чертежей самими станками Солид еще не дозрел, - нужен промежуточный интеллект мастера [хотя бы для рационального подбора режущих инструментов и последовательности их смен].
Но меня интересует и технологичность и ремонтопригодность:  замена лопастей на втулке - весьма желательна, на мой взгляд.
Для надежности закрепления - в таком "ласточкином хвосте" можно наверное предусмотреть еще дополнительный клинышек - между дном паза и низом комля лопасти... чтоб она не болталась ни гу-гу

 

[МаГент]

предусмотреть еще дополнительный клинышек - между дном паза и низом комля лопасти

Это разумно, при этом паз нужно сделать клиновидным. Правда все это снижает точность расположения таких поршней. А это критично.

Есть ли у Вас соображения, как следует с газодинамических позиций улучшить форму 

Виктор, с точки зрения оптимизации весовой и объемной эффективности РЛД наличие дополнительных элементов между поршнями и излишне толстые поршни неразумно. Почему не сделать амплитуду качаний немного побольше, а толщину лопастей поменьше. Возрастет "литраж", можно снизить обороты или диаметры. Снизится инерционная нагрузка. Если это сложно, то вернуться к "широкому" и тонкостенному поршню (как на рис  RLD-synx-lop-forma0.jpg ). Тогда (в обоих вариантах) камера может быть сформирована между двумя элементами, а не тремя, и организовать закручивание вихря намного проще.
К стати удобно будет крепить болтом в середине между "ребер" лопасти.