Роторно-лопастной двигатель. Начало.

[Bиктор]

Предложить для охлаждения СОЖ или еще лучше пар, это ж надо до такого додуматься, признаюсь, на меня это сильно подействовало.

Игорь Петрович, это "страшно" только до первого раза, - как у девственниц  🙂
СОЖ - не имеет никакого стереотипа. Если Вам удобно, можно в это понятие вкладывать только воду (немного смазывать может и она)...
Только параметрический фактор, - дозировка ингредиентов (эмульсии) определяет желаемый эффект, - как в случае ядов: малая дозировка превращает их (иногда) в лекарство 🙂

А пар - неплохо забирает тепло от горячих тел и неплохо переносит тепло к более холодным телам. Решающее конечно, в значении рабочей температуры рабочих органов. Для более высокой температуры я бы алюминиевые сплавы для лопастей не применял...

Согласитесь, что к РЛД нельзя подходить... как к "женщине вообще" (двигатель вообще).
При индивидуальном подходе к РЛД, как и к конкретной женщине, успех может зависеть от нахождения ее (его РЛД) персональной "эрогенной зоны", - места для впрыскивания, смазки, омывания... (далее - по "народной фантастике") 🙂

 

[Bиктор]

Потребуется снабдить каналы подвода/отвода СОЖ клапанами, иначе на этапе "всаса" из них СОЖ будет попадать в камеру двигателя. 

Зона всаса РЛД смещена от зоны действия "дырок" для СОЖ по ходу вращения. Или Вы имеете в виду "всас" в магистрали подачи СОЖ?
Про клапана - мне не очевидна их необходимость...
Выходную дырку/трубку для СОЖ можно сделать больше по площади, чем вбрызгивающую.
Я к тому, что остатки/капли СОЖ на поверхностях лопастей - желательны: как "запас на один оборот". Запас смазывающей и охлаждающей субстанции. На них будет действовать центробежная сила...
Мизерное накопление СОЖ в зоне впрыскивающей форсунки (прямой впрыск)... может быть "развеется" факелом форсунки.
Доля керосина - вероятно сгорит, а доля воды - станет микрокапельной составляющей - "рабочим телом", и превратится в пар под давлением, - если повезет, то и полезную работу совершит и предотвратит окислы азота ?
5% керосина в воде может быть приемлемым?

 

[Bиктор]

Плюс неизбежно возникающие при таком раскладе воздушные пробки в системе охлаждения

Тут "противоядие" есть - "бак разрыва струи" 🙂
То есть сам разрыв струи у нас УЖЕ есть: СОЖ пролетает сквозь "дырки" насквозь - вне стенок трубопровода.
С другой стороны статора надо просто дать ей стечь в "поддон"-бачок. Дальнейшую перекачку может обеспечить насосик, всасывающий со дна поддона-бачка и подающий СОЖ в обход корпуса по трубке опять к первой "дырке", где будет "поливать" мелькающие мимо лопасти через сужающийся или разбрызгивающий насадок, как у пожарников 🙂

 

[Bиктор]

плюс невозможность откачать из внутренней полости лопасти всю поданную туда СОЖ, что чревато дисбалансом(кол-во оставшейся в полости СОЖ будет неодинаковым у разных лопастей), остатки СОЖ в полости будут "гореть" на этапе расширения образовывая в ней нагар, который будет попадать в каналы, оседать на стенках внутренней полости, снижая теплообмен и т.д.

Откачка... может быть не нужна, все-таки?
Подбором позиции "поливающего" насадка и скорости подачи СОЖ можно, вероятно, найти благоприятное "ничтожество осадка" на поверхностях лопасти, как снаружи, так и внутри ее. Капиллярные силы на гладкой поверхности не держат много "скользской" эмульсии, имхо.
Другое дело - в канальцах уплотнящих элементов, - но там СОЖ и нужнее всего?
Про неравномерность центробежных сил, обусловленных капельками жидкости... стремно как-то думать  🙂
Симметричность лопастей РЛД обеспечивает им, с их большой (по сравнению с микрокапельками СОЖ) массой радиальную равномерность. Да и вибрации РЛД раз в 30 слабее, чем у наилучших поршневиков. Если она чуть и возрастет, то мы все еще способны "остаться счастливыми" 🙂
Кроме того, СОЖ-капельки находятся в движении, "ищут" под действием центробежной силы "лучшую жизнь", - т.е. НЕ ведут себя как неуравновешенная щека коленвала 🙂

 

[Bиктор]

остатки СОЖ в полости будут "гореть" на этапе расширения образовывая в ней нагар, который будет попадать в каналы, оседать на стенках внутренней полости, снижая теплообмен

Горацию кто-то сказал, что "все относительно".
Вспомним любимые некоторыми нашими друзьями моторы Ванкеля.
Там летит "МАСЛО на прогар" - маслом "отапливают атмосферу", так же как с применением двухтактников!

Если "погуглим" на предмет СОЖ, то увидим множество разных вещей.  Зачем же выбирать наихудшие для нашего случая? Давайте пока остановимся на маленькой доле керосина в воде?

 

[JohnDoe]

Зона всаса РЛД смещена от зоны действия "дырок" для СОЖ по ходу вращения

Но ведь "в зоне действия дырок" двигатель всё равно что-то делает? Или сжимает смесь/воздух или выпускает отработавшие газы, так ведь? И в том и в том случае в каналы ОЖ, если у них отсутствуют клапана, или иные перекрывающие канал устройства, будет попадать либо смесь/воздух, либо отработанные газы, создавая газовые пробки. Или, если давление ОЖ будет превышать давление в "цилиндре" оная будет попадать в "цилиндр". В любом случае лопасть, перекрывающая канал, когда-нибудь уйдёт и канал будет открыт в "цилиндр" 😉

 

[Bиктор]

Эмульсии штука конечно хорошая, но их довольно непросто получить, ещё труднее сохранять их "эмульсионность". Т.е. пока двигатель крутится, то они будут более-менее сохранять свои свойства(за счет перемешивания/взбалтывания вызванного циркуляцией СОЖ). Но стоит двигателю "покурить" часик-два пойдёт расслоение (вода и нефтепродукты жидкости несмешиваемые).

"Горацио, мой друг..." 🙂
Гугль, гугль, гугль...
СОЖ-эмульсии производятся и поставляются тоннами, а хранятся до использования (без поддержания перемешиванием) - до 3-х месяцев!!

Есть и СОЖ - НЕ эмульсионные, - высокомолекулярные жидкости типа "Конвекс".
Они, видимо, дороже, но.. НЕ ДЫМЯТ, и охлаждают лучше, чем водно-масляная эмульсия.
Но я пока все еще за дешевизну: ВОДА+мало КЕРОСИНА.

Эмульсия - как раз понятие для нерастворимых жидкостей, которые "перемешиваются в лоб".
В простейшем случае - перемешивание яйца с водой и др. освоили наши замечательные женщины, - миксером на кухне.
В серьезном случае - есть гомогенизаторы: - плунжерные нососы, "распыляющие" нерастворимую жидкость в ... другую жидкость. Такие насосы ведь не новость для двигателистов? Он может быть и "на борту" - в картере мотора для нашего СЛА...
Пополнение расходного объема (воды, керосина) по истечению одного полета, - рутина почти такая же, как дозаправка топливом.

 

[Bиктор]

Но ведь "в зоне действия дырок" двигатель всё равно что-то делает? Или сжимает смесь/воздух или выпускает отработавшие газы, так ведь? 

Вот как раз это допущение ошибочно! Посмотрите на рисункок или анимацию http://ekoteh.narod.ru/rbe_new/rotor_valve/page05.html
Там надписи зон СТОЯТ на месте, а межлопастные камеры по очереди подходят к "обслуживающей зоне". Пусть они также по очереди проходят и под "охлаждающим водопадом" в "промежности НМТ"?
РЛД имеет четкую "зонность функций" на "статоре".
В той зоне, которая на рисунке выше, обозначена зоной для подачи СОЖ розовым эллипсом, - в этой зоне не происходит вообще ничего полезного!
Это зона между выхлопной трубой и зоной впускного отверстия для "воздушного заряда" по рабочему циклу.
(Взгляните еще раз на анимации РЛД на сайте псковичей, или харьковчан).
Как раз здесь изображено сближение двух смежных лопастей ("НМТ"), лежащих диаметрально против камеры сжатия/вспышки.
В этой зоне между лопастями - только остатки выхлопных газов, которые неизбежно остаются в "мертвом объеме" до предела сближенных лопастей.

В нашем случае, струя СОЖ, "пролетающая насквозь" не только натыкается и омывает ВСЕ поверхности каждой очередной лопасти как автомобиль на станции автоматической мойки, но и ВЫДУВАЕТ остаток сгоревших газов между лопастями.
Полезность такой "очистки" трудно отрицать, с точки зрения улучшения качества смены "воздушного заряда".
Да и охладится пространство между лопастями, - мотор "вкусит озон дождя", как после грозы 🙂
Для ясности, представим, что описываемая зона статора находится в "картере" РЛД, в который, как и в обычном поршневике, не чуждается малых количеств вонючего газа. Но "вентиляция картера" - рутинная тема, - там все, как обычно.

Нижняя часть корпуса-статора, разрывы в потоке СОЖ, как и сами трубки и перекачной насосик, - все это находится в "поддоне картера" (в котором совсем не обязательно должен иметь место коленвал и др.). Не стоит опасаться какого-то перелива, недолива, воздушной пробки, пузырей и др. "галлюцинаций" 🙂
Опасаться стоит только расслоения эмульсии, охотно происходящей в центрифугах и центробежных насосах.
Резюм:  насосик должен быть НЕ центробежного типа, а лучше осевой или винто-"шнековый".

 

[JohnDoe]

"Горацио, мой друг..."

"Да, Гамлет..." 🙂 На сём мои познания в "Вильяме, понимаете, нашем Шекспире" заканчиваются.

СОЖ-эмульсии производятся и поставляются тоннами, а хранятся до использования (без поддержания перемешиванием) - до 3-х месяцев!!

Возможно. Это обсуждалось уже как-то в ветке про паровой ероплан братьев Беслер http://www.reaa.ru/cgi-bin/yabb/YaBB.pl?num=1290274940 Оттуда я вынес, что без применения каких-то весьма специфичных и, соответственно, крайне недешёвых присадок нифига не получается. Были ссылки на завод, в Подмосковье что-ли, который делает водо-топливные эмульсии для применения в дизелях. Были там и описания опытов форумчан, в частности Томми Версачи(если не напутал с транскрипцией) сжигал смесь из отработки и воды... Керосин и соляра близнецы-братья/сёстры и проблемы смешивания с водой у них схожи. ИМХУ.

В серьезном случае - есть гомогенизаторы: - плунжерные нососы, "распыляющие" нерастворимую жидкость в ... другую жидкость.

Это да, имеет место быть, только возникает проблемма усложнения системы(отдельный бак для воды, отдельный для керосина и т.д.) Что не очень гуд. ИМХУ.

Такие насосы ведь не новость для двигателистов?

Не знаю, наверное. Я ж не двигателист, я - "сочувствующий" 😉

 

[JohnDoe]

Как раз здесь изображено сближение двух смежных лопастей ("НМТ"), лежащих диаметрально против камеры сжатия/вспышки.
В этой зоне между лопастями - только остатки выхлопных газов, которые неизбежно остаются в "мертвом объеме" до предела сближенных лопастей.

Угу. Только площадь контакта лопастей с ОЖ в данной точке мала до слёз, скока тепла мы успеем отвести от лопастей? Или одновременно предполагается "прострелить" лопасть ОЖ ещё и через внутренную полость?
Насчёт очистки от газов согласен - полезно.

 

[Bиктор]

отдельный бак для воды, отдельный для керосина и т.д

Согласен, дорогой Горацио! (Мой Шекспир тоже тут же заканчивается)

Простой подсчет/опыт покажет, надеюсь, что над картером может быть помещен непосредственно (или в него встроен), как расходный "бак" емкостью... в 50 грамм керосина/соляры, так и 0,5 литра воды - ... для одного дня полетов.

Ведь "капельный расход" из таких капельниц не должен пугать нас?
Промышленно производимая СОЖ использует гомогенизаторы большой производительности. Ну и распыление там производится на молекулярном, видимо, уровне.
Я "эксплуатировал" в молодости гомогенизатор ... на молочном заводе. Он там "дробил" жирные молекулы молока, до необходимой "степени помола". Болезнь у него была - уплотнять штоки плунжеров - молоко не должно было там выдавливаться в зал с красивыми женщинами 🙂
"А у нас" ... в "картере", плунжерный "гомогенизаторчик" может "плавать" на дне СОЖ.  В его "вход" только надо капать дополнительные керосин/соляру, когда их доля в водной эмульсии снизится (раз в неделю/месяц?)

 

[Bиктор]

Только площадь контакта лопастей с ОЖ в данной точке мала до слёз, скока тепла мы успеем отвести от лопастей? Или одновременно предполагается "прострелить" лопасть ОЖ ещё и через внутренную полость?

ВЫ сказали это, дорогой Гораций!
ВСЕ "простреливается насквозь" со "страшной силой брандспойта"... как снаружи лопасти, так и с внутренней! Возможно Вы не видели как СОЖ льется "ниагарскими водопадами" в современных автоматических металлообрабатывающих "комнатах" за стеклом?  Вот примерно так, как-то и с мотором... (с выносом абразивов из полости статора, если они там вдруг появятся/образуются)
Будем надеяться на лучшее (отвод тепла, "смазку" на один акт/оборот)?

 

[JohnDoe]

Возможно Вы не видели как СОЖ льется "ниагарскими водопадами" в современных автоматических металлообрабатывающих "комнатах" за стеклом?

В современных автоматах видел, по телевизору, а вот в каком-нить 16К20 "времён Очакова и покоренья Крыма" наблюдал. Когда на них работал, недолго правда, после армии.
Вода, вот пакость(!), имеет гнусную привычку образовывать накипь на горячих поверхностях, а сие есть некислый абразив. Оно нам надо, в цилиндре? Или придётся волшебный дистилят заливать(который тут же им быть перестанет, впитав все гадости из цилиндра и т.д.) или/и городить системы очистки воды "на борту".
Тоже проблемма, ИМХУ. Что по этому поводу говорит современная наука?! 😉

 

[JohnDoe]

Будем надеяться на лучшее (отвод тепла, "смазку" на один акт/оборот)? 

+1

 

[Bиктор]

Оно нам надо, в цилиндре? Или придётся волшебный дистилят заливать(который тут же им быть перестанет, впитав все гадости из цилиндра и т.д.) или/и городить системы очистки воды "на борту".
Тоже проблема

Согласен... после "накачки и шприцевания" женщин тоже бывают "закономерные неожиданности" 🙂
Я тоже не специалист, ни в женщинах, ни в кислой воде...

А вот дистиллят (в моей окрестности) продается на каждой заправочной станции - недорого.
Один химик профессор рассказывал, что вода - изумительна по количеству газов и ядов, которые в ней могут быть накоплены...
Нам останется только цивилизованно/регулярно соблюдать "менопаузы" и сливать из картера наше бесплатное "удобрение" - желательно не в соседский огород?

 

[Bиктор]

Вода... имеет гнусную привычку образовывать накипь на горячих поверхностях

Да, конечно, особенно, содержащая много натрий-калиевых солей. Эти соли-то нам и не могут понравиться.

Ваш ход мысли, с кипящей/бурлящей/испаряющейся микрокапелькой воды - лучше всего характеризует испарительное охлаждение тех поверхностей, где это происходит.
Ну а о пользе пара, как составляющей рабочего тела, нынче не говорит только слишком ленивый 🙂
Этот Ваш образ кипящей воды наводит на еще одну мысль.
Известно, что в дизелях НЕ сгорает та часть топлива/соляры, которая "прилипла" к "слишком холодным" стенкам головки или поршня.
В нашем случае, на 95 микрокапель воды приходится 5 микрокапель керосина/соляры. Они "сбегают" с лопастей на статор под действием центробежной силы.
Так вот, кипящие микрокапельки или микроструйки ВОДЫ - это может быть лучшее, что надо, чтобы ОТОРВАТь микрокапельки КЕРОСИНа/соляры от стенок и включить их в "аэрозольный кругооборот" тепла, - по крайней мере, полезно это в моменты горения штатно впрыснутой смеси/топлива (эмульсии чего-то с чем-то)?

 

[Bиктор]

Впервые вижу рождение нового жанра - народная фантастика

Игорь Петрович, этот жанр мог быть заложен и с Вашим участием.

Вы где-то писали, что колец/уплотнителей у РЛД много больше, чем у... "обычного". С тем резоном, что якобы в РЛД много больше механических потерь от трения уплотнителей по статору.
Об относительности Вашего высказывания Вы не позаботились.
Не вспомнили об отсутствии в РЛД потерь на газораспределительный механизм...
Не вспомнили, что сравнивать описываемый РЛД надо не с одноцилиндровым поршневым ДВС, а с 8-ми цилиндровым - в котором уплотнительных элементов, ну отнюдь не мало!

Но это пожалуй, мелкие "разночтения" по РЛД 🙂
Я уважаю Вас за приверженность к Вашему собственному опыту. А забывчивость есть и у меня. Это бывает хорошо, когда - "кто старое помянет, тому зуб - вон"...

В главном Вы правы, - проще коленвала, купающегося в масле, и имеющего потери преимущественно на трение жидкостного слоя в шейках, - уже не придумать... даже если у него много "колен" и много веса 😉.
Весовая экономия РЛД на цилиндрах и коленах (тяжелого коленвала) должна конечно "оплачиваться" - меньшим ресурсом или более "частым ремонтом".
На Западе мне бросилась в глаза тенденция - НЕ ремонтировать простые вещи, а заменять целиком. Затраты на ремонтный персонал не всякие богатые могут себе позволить. РЛД я бы отнес к такой категории - подлежащий целиковой замене (ну в перспективе). Это ведь не многокилограммовый судовой двигатель - где ценность повторного, после ремонта, использования весьма высока.
А китайцы скоро и нас отучат от "святости понятия ремонтопригодности" или большого ресурса... Тут решает экономика, а не... люди 🙂  Если для СЛА нужны более компактные и легкие ДВС, то они когда-то будут, по тенденции, - "одноразовыми шприцами" (немного преувеличил, но с тенденцией "не поспоришь")

 

[Bиктор]

Нет пока альтернативы простому как палка классическому поршневому двигателю. В рассматриваемой конструкции поршни охлаждаются практически только всасываемой смесью. Перегрев им гарантирован

Уважаемый Свеаборг, согласитесь что в многопоршневом, или не дай Бог, многовальном (в пародиях на ЮМО) ДВС, - просты, как палка, только - шатуны. И только! 🙂

В таком русле высказывания о простоте, можно возразить, что проще (мужской) "палки" - то "пустое место", где эта палка отсутствует (но туда регулярно "входит и выходит").

Наша природа, однако, (если пошарить в штанах) подводит нас и к мысли о большей простоте шариков, по сравнению с "палкой".
Попробуйте представить шарики вместо палок - шатунов/толкателей! 🙂

Что касается условий охлаждения "внутренностей" РЛД, то Вы, вероятно, поспешили с выводом.
Вы приняли во внимание, вероятно, только тот макет в "ё-карном бабае".  Но ведь вариаций РЛД больше, чем у макета Прохорова (РЛД известен был задолго до того).

Я недавно прочел о принудительном охлаждении треугольного ротора двигателя Ванкеля... проточным воздухом.
http://www.der-wankelmotor.de/Motoren/UAV/uav.html

Суть там не ясна,  но на фото тех английских экземпляров показана снаружи существенных размеров воздуходувка, приделанная к Ванкелю.
Вот это - да, - "народная фантастика" для теплонагруженного компактного ДВС (авторство цитаты - у RVD)!
Ведь теплоемкость и теплоотводящая способность воздуха, как охладителя, во много раз меньше душа из СОЖ...
Видимо, для Ванкеля эта затея с воздухом все еще лучше, чем прокачивать колоссальное количество масла через ротор и огромный радиатор, которое тоже много хуже отводит тепло, по сравнению с водой/эмульсией.
Такой Ванкель станет действительно по совокупности систем легче, несмотря на обязательный редуктор - если останется работоспособным...

 

[Bиктор]

Простое применение простым шарикам - катиться по округлым с плавной траекторией канавкам.

Ясно, что контактная линия единичного шарика тоже "не блещет" большой площадью контакта.

НО... применение шариков в волновых редукторах с большим диапазоном передаточных отношений и относительно огромной нагрузочной способностью, отнесенной к суммарному весу редуктора,, - обозначает тенденцию: заставить работать не столько объем/массу/вес машин, сколько развитую рабочую поверхность.
Иначе говоря, "толстые щеки тяжелого коленвала" исходят из представления о полезности использованного ОбъЕМА, а шарико-волновые редукторы - показывают тенденцию к использованию ПЛОщАДИ многих (параллельных) контактных канавок под "шарики, которые еще проще палки".
Налицо осознание того, что конструкцию и материал можно значительно "заизвилить", нежели заметно утяжелить.
Заметна тенденция: "от КУБА к КВАДРАТУ" 🙂

На рисунке входной вал редуктора с барабаном 2 и канавкой 4 с одним периодом "качаний" (влево-вправо) за один оборот посредством простейших, но многих волн шариков, реализует понижение угловой скорости на выходной вал и барабан 1, с многопериодными качаниями волны шариков влево-вправо за один его оборот по канавке 3.
Важно, что в конструкции обязателен сепаратор 5 (могущий быть неподвижным), находящийся МЕЖДУ кулачковыми поверхностями с канавками. Он - имеет прорези 6. Он же - "ахиллесова пята" - обычно малоресурсный...

Здесь "армия шариков" трудится "индивидуально и сообща", чтобы их суммарная контактная площадь с дорожками была соизмеримой с контактной нагрузочной площадью мощных многоступенчатых зубчатых передач. Примечание, - передач с недостижимымо большим коэффициентом редукции (зубчатые  передачи с такими коэффициентами не существуют).

В нашем случае, если мы хотим откликнуться на тенденцию "вместо КУБА - КВАДРАТы", и приспособить для РЛД более легкий и простейший синхронизатор из шариков, бегающих между коаксиальными барабанными поверхностями, - мы должны в этом случае, скорее всего, отказаться от функции редукции (не факт, что это лучше), и сделать одинаковое число синусоидальных периодов как на ведущем валу, так и на легкой обечайке "поверх" него, соединенной непосредственно с фланцем полуоси нужной пары лопастей...

 

[Bиктор]

В свете изложенного выше, в сознании "начинает брезжить" "рассвет волнового синхронизатора" - не тянущего на "дубовость простого коленвала" по надежности и коэффициенту полезного действия 🙂

На рисунке - туманные контуры догадок, каким мог бы быть "РЛД из трех деталей", легкий, "как две консервы, приделанные по бокам" статора с лопастями, например, тороидальной схемы 🙂
Будет ли он "китайским" одноразовым двигателем, или российским, - зависит немного и от нас... 
Заинтересованность конструкторов в "извилинах шариковых дорожек" приветствуется!

На крайнем рисунке - "волговский" двигатель. Конечно, и РЛД "в обвеске" будет менее компактным, но все же...
красным цветом - та мизерная полезная доля объема, в которой собственно производится энергия газов...
Розовым показан "простой как палка" шатун...
Таких цилиндров - не один (не как палка) 🙂

Может быть, все-таки повернемся лицом к простым шарикам для РЛД? 🙂