Роторно-лопастной двигатель. Начало.

[JohnDoe]

Применить керамику в основном для устранения необходимости охлаждения двигателя, то есть перейти к адиабатному двигателю, КПД которого будет очень близок к теоретическому термодинамическому КПД. Для этого керамика должна обладать термоизоляционными свойствами, очень низким коэффициентом температурного расширения, малым коэффициентом усадки при спекании и достаточной механической прочностью.

Это всё хорошо, и неоднократно обсуждалось, и здесь, на этом форуме, в том числе. Я, например, из этих обсуждений вынес одну проблему для применения керамики в ДВС. При повышении температуры деталей цилиндра падает степень наполнения, а следовательно мощность и т.д.
Но применение керамики для тех же целей в паровой машине даст как раз тот самый положительный эффект, про который Вы говорите.

 

[Bиктор]

То есть практически без колец и без лабиринтных уплотнений

Маленький коллектив, который в Украине строит не первый образец РЛД, пробовал поначалу обойтись только лабиринтными уплотнениями - это оказалось "морокой", ввиду плохого качества зазора в заказных деталях современной украинской промышленности... Плохо заводился и отвлекал этим от собственной программы работ по синхронизатору.

Виктор, могли бы Вы проиллюстрировать ту логику, с которой Вы из сложного явления утечек (зависимость от длины щели, от ее площади, от перепада давления до и позади щели...) - пришли к решающей роли скорости струек утечек по сравнению со скоростью звука?

 

[Bиктор]

"Агличане ружья кирпичем не чистют!" (Левша)
@ A.Г.К.
Уважаемый А.Г.К. я публично приношу мои извинения за то, что по своему "тугодумию" не понял Вашу весть о том, что "Русские телегу впереди лошади не ставют" 🙂
Я однако, и не спорил, что важно заняться рабочим процессом ДВС. 
Просто, действительно, есть какая-то инерция мысли:  если нет работоспособного механизма связи для красивой концепции РЛД, то важно... его заполучить.
Теперь, когда ясно, что идея синхронизатора лопастей РЛД ё-мобиля не единственна, и найдется еще к тому же и работоспособная, то можно и "упереть кулак в лоб" 🙂 (как бы думая)

Трагедия пророков в родном Отечестве не единична и не национальна. Такая же есть и в Германии.
Благодарю Вячеслава - он "наткнул меня" на тему duothermische Verbrennung, - с историей попытки фирмы Elsbett помочь москичевскому заводу АЗЛК с дизелем Elko, лет 20 назад.
Сегодня почитал об этой "опущенной" фирме и ее ДВС в немецком интернет-музее (фирму разорила... немецкая промышленность). 
За то, что экономичный мотор Елько был создан 25 лет назад с турбонаддувом и практически без системы охлаждения - а показатели его рабочего процесса до сих пор не превзойдены "фирмами-колоссами" (возможно, не потому, что не могут, а потому что - "низзя". Так решила, очень вероятно, влиятельнейшая "кучка"  моторостроителей, имеющая сговор и "подпитку" от производителей нефтепродуктов)
http://www.elsbett-museum.de/funktionsweise/funktion.html

Если будет интересно, то я смогу сущность немецкой статьи изложить, - мне кажется, что описанный там рабочий процесс  тоже на РЛД можно "прописать" 🙂

 

[Bиктор]

История мытарств АЗЛК с поиском нового мотора, закончилась ... тоже трагедией, так как по купленной у немцев лицензии "грозило" развернуться производство сверхэкономичного (и "простого как палка") дизеля Елько в России.

Эта история очень интересно описана Алексеем Джигурда
http://www.bvl.com.ua/?id=site&content=16&article=71
вторая страница -
http://www.bvl.com.ua/?id=site&content=16&article=71&page=2
и т.д (внизу есть переходы на следующую страницу)

 

[ingener]

При повышении температуры деталей цилиндра падает степень наполнения, а следовательно мощность и т.д.

Это в ДВС на малых оборотах падает. А на высоких оборотах не успевает упасть. А если бы и упала, то для конструктора это только плюс. При этом только нужно слегка увеличить рабочий объем и геометрическую степень сжатия. А за счет увеличения степени расширения автоматически повысится термодинамический КПД. Если при этом удастся не сильно увеличить потери на трение, то и общий КПД может вырасти.
Это когда у готового двигателя падает наполнение, а мощности хочется больше, то тогда да, это проблема.

Но применение керамики для тех же целей в паровой машине даст как раз тот самый положительный эффект, про который Вы говорите.

Ну, проблемы кочегаров и расхода угля нас мало интересуют.  🙂

 

[Bиктор]

ingener писал(а) Сегодня :: 02:30:17:
Применить керамику в основном для устранения необходимости охлаждения двигателя, то есть перейти к адиабатному двигателю, ... Для этого керамика должна обладать термоизоляционными свойствами, очень низким коэффициентом температурного расширения, малым коэффициентом усадки при спекании и достаточной механической прочностью. 

Тут на ум пришел материал "ситалл" - дешевое кристаллическое стекло (pyrokeram). "Все в нем хорошо", даже легче чугуна, но... хрупок как чугун 🙁    Ну и износостоек, и тверд...!!  Только алмазами и обрабатывать.
Я не к тому, что чугунные поршни хуже.
Я к тому, что ситалл в РЛД плохо работает на изгиб и растяжение.

 

[Bиктор]

JohnDoe писал(а) Сегодня :: 03:18:07:
ingener писал(а) Сегодня :: 02:30:17:
Применить керамику в основном для устранения необходимости охлаждения двигателя

Гениальный Elsbett, участвовавший в молодости в авиамоторе ЮМО 207 и зарождении концепции камеры в поршне "а ля МАN",  а в старости работавший снова над схемой дизеля со встречными поршнями (схематичный аналог "встречных лопастей" РЛД), - "губил" проблему в корне:  его дизелек Elko, (см.фото выше) - вообще НЕ производил значительной отдачи тепла в корпус (был БЕЗ водяного охлаждения). И все это - в чугунном исполнении...

Правда, он умер ДО окончания своих изысканий для литрово-рекордного дизеля с кольцевыми окнами газообмена (см. рис. - вместо колец - манжета)
В моторчике Елько "теплоизоляция" стенок у него решалась не керамикой, а ... вихрем с двумя температурными зонами: горячей и холодной.
Впрыск, естественно производился в горячую зону.
К тому же горение происходило очень "мягко",  выхлоп был малошумным, а форсунка имела единственное отверстие диаметром около ... 1мм! (на любое вязкое или некачественное топливо).
Экологичность можно было уже более 25 лет назад достигать растительным маслом в качестве топлива (в нем нет серы и оно, в отличие от солярки, способно в природе само разлагаться, - не загрязняя)

 

[ingener]

Тут на ум пришел материал "ситалл" - дешевое кристаллическое стекло (pyrokeram).

Зачем ситал? Тем более у нас этим словом почти любую керамику обозвать можно.

Для поршней и головок цилиндров уже давно и успешно применяется нитрид кремния. (правда пока только в экспериментальных двигателях). Делается из песка и воздуха. Еще из этой керамики делают сменные наконечники резцов для обработки прочных сталей. Технология настолько проста, что пока только ленивые не делают поршни из нитрида кремния. Правда пока дороговато, потому что в штучных экземплярах.

Кстати, на профильном форуме ё-мобиля:
http://forum.mobilyo.ru/viewtopic.php?f=37&t=389&start=190
Тоже предлагают оба шатуна на один коленвал завести, чтобы избавиться от прегруженной гремящей шестерни. Так что не только у дураков мысли сходятся.  :-[ И еще там намекают, что на "боевом" моторе так и сделано, а мультипликация с гремящими шестернями - для дезинформации конкурентов. Так что на текущий момент никаких проблем с синхронизатором нет. Намекают, что в настоящий момент двигатель все же работает на стенде и нарабатывает ресурс. А все причастные воды в рот набрали потому что сами ждут результатов ресурсных испытаний.

 

[Bиктор]

нитрид кремния. ... Делается из песка и воздуха

🙂 Так и я же об этом:  (кристаллические) стёкла делаются из песка с добавками (как и шихты обычного, так же дешевого стекла).
Нитриды - один из них, видимо...
(Гугль по слову "ситаллы" дружелюбно дает таблицу из множества их видов, со свойствами "под заказ", в частности с нулевым терморасширением).
http://web.ru/db/msg.html?mid=1164637&uri=text%2Fpart3-1-2.html

Простоту точного литья лопастей РЛД для неленивых Вы можете описать? Стеклоплавильня нужна, как минимум...

Но как быть с  "чугунной хрупкостью" материала ? Расчитывать преимущественно на сжатие?
Плотность у него далеко не чугунная, а ... как у алюминия 🙂 А некоторые виды  пеношлакоситаллов легче воды (плавают).

 

[ingener]

Простоту точного литья лопастей РЛД для неленивых Вы можете описать?
Но как быть с их повальной "чугунной хрупкостью" ?

Все тут написано:
http://www.innovbusiness.ru/projects/view.asp?r=1039

 

[Bиктор]

Читал недавно, что в плунжерной паре топливного насоса высокого давления предусматривается зазор  около 0,003мм.
А на практике эти пары подбирают (в пределах допусках)  с еще меньшими зазорами. Разумеется без всяких уплотнительных колец!

Это факт технологических возможностей.

Другое дело, что двигателисты имеют опыт с термическими расширениями и поводками от неравномерности нагрева.
То есть, в сознании "классиков" сидит противоречие:  ДВС это не топливный насос, НЕ-ЛьЗЯ проектировать зазор между поршнем и цилиндром в 3/1000 миллиметра!!

А в сознании технологов стеклозаводов... такого противоречия нету. Конечно, если завод выпускает стеклянные изделия с последующей кристаллизацией материала (ситаллы, шлакоситаллы, пеноситаллы).

Почему НЕТ?!  Да потому, что они ЗНАЮТ, что ситаллы легко сделать с нулевым или даже отрицательным коэффициентом термического расширения.  Хоть горячий ситалл, хоть холодный, - размеры изделия не изменятся. ЗНАНИЯ - СИЛА!

НЕТ, ... это надо себе ПОЗВОЛИТь представить...
Без такого ЖЕЛАНИЯ - представления не сменяют друг друга.
Почему бы не представить себе ситалловый цилиндр и ситалловый поршень с зазором 0,002 на каждую сторону?

Просто НАДО ЗАБЫТь о термическом расширении...
Ситалл обрабатывается и льется как чугун, легок как алюминий, не боится термоударов... Надо ли еще что-нибудь для ДВС?

Надо малую износостойкость поверхности, коррозийную стойкость против воды кислот и щелочей? - Возьмите ситалл!

Надо бессмазочное скольжение? "Смочите"  ситалл влажным воздухом!

Хотите адиабатное расширение сгоревших газов - попробуйте прозрачный/зеркалящий вид ситалла...

Надо высокую твердость? - Возьмите в проект ситалл!
Надо чтобы не было задиров как у стали - ситалл...

Надо рабочий диапазон температур от - 50[ch186] до 1100[ch186]?
Так возьмите же ситалл наконец!

Поискал в интернете признаки активности стеклозаводов.

Они, за неимением другого спроса выпускают ситалловые листы... для пола, для стен зданий, и делают трубы котельных...  Был бы ситалл дорогим - не клали бы его под ноги! Он от массового стекла отличается микродобавками и катализаторами для кристаллизации, да тепловыми затрами на период созревания кристаллов (готовые изделия около 30 часов в печи)
Другие льют изделия для светотехники, фар, прожекторов...

Есть ли у производственников стеклозаводов проблемы с высокой точностью изделий?
Не знаю... от миллионов бутылок никто не требовал термостойкости и микронных допусков к размерам. Хотя линзы любого размера и чистоты поверхности - пожалуйста!

"Керамические" полированные плиты для кухонь - делают из ситалла. Ничто не расширяется, не трескается (если не бить зубилом и молотом)...

КАК надо "упереться рогом", чтобы заставить стеклозавод сделать поршень и цилиндр из чугуна ситалла без уплотнений с зазорами 0,003?  Пока не знаю...

Конечно, меня лично продолжает при этом интересовать торообразный "цилиндр" и лопасти Роторно-Лопастного Двигателя...  🙂
Разъемный тор... сложнее ли он, чем линза того же диаметра?
Делали первые астрономы и линзы "у себя в гараже", но нас, имхо, может устроить и ширпотреб с качеством тора/лопасти на класс ниже.

 

[henryk]

поршень с зазором 0,002 на каждую сторону?

http://www.freepatentsonline.com/6416058.pdf

-мой друг из Франции придумал и сделал много интересных уплотнений,в том числе и с регулируемым зазором\доли микрона!\.

 

[RVD]

Извините Виктор, но Вы просто бредите, причем не во сне, а наяву. Вас бы на производство к "конкурентам" направить, ох и понаворочали бы Вы там делов, и   диверсантов им не надо.

 

[henryk]

http://www.youtube.com/watch?v=foP-SYEYGTA

=у меня от высокой температуры "бред" ещё сильнее...

 

[Индюк]

Читал недавно, что в плунжерной паре топливного насоса высокого давления предусматривается зазороколо 0,003мм.
А на практике эти пары подбирают (в пределах допусках)с еще меньшими зазорами. Разумеется без всяких уплотнительных колец!

Это факт технологических возможностей.

Это  скорее факт организационных возможностей. Там  каждая деталь с допуском 10-15 мкм тупо обмеряется и сортируется на несколько десятков групп, а потом на сборке оказываются детали одной группы. И некому в голову не придёт шлифовать их сточностью до долей микрона.
Если вы закажите тысячу своих деталей их соберут без проблем. а несколько - никогда.

 

[Bиктор]

Это скорее факт организационных возможностей. Там каждая деталь с допуском 10-15 мкм...

  Я цитировал из специальной книжки по топливной аппаратуре:  о плунжерной паре. На одну сторону зазор указан в среднем 1,5 микрометра. Я подумал, что на обе стороны будет удвоенная средняя величина: 0,003мм. Неверно? Цитата из книжки прикладывается... Речь не о 10-15 мкм.  Так же и не о долях микрометра, - только доли миллиметра!

тупо обмеряется и сортируется на несколько десятков групп, а потом на сборке оказываются детали одной группы.

Ну это и я имел в виду: сортировки на группы и подбор лучших пар.

И некому в голову не придёт шлифовать их сточностью до долей микрона.

Видимо, исчезли высокие требования?  Неужели и на "военных заводах" так? Я ходил по цехам завода Бош, - там почему то и до долей микрона делают. Почему? Может быть диверсанты они ? 🙂

Если вы закажите тысячу своих деталей их соберут без проблем. а несколько - никогда.

С этим соглашусь без оговорок.

 

[Bиктор]

Извините Виктор, но Вы просто бредите

Цитирую людей, которые занимаются и сегодня... телeскопами.
Им по жизни очень важно свойство ситаллов (конечно, не любых) ничтожной реакции на температурные перепады:

"В наши дни лучшим материалом для зеркал является астрономический ситалл СО-115М. Его коэффициент температурного расширения для ночных температур не более ± 1* 10-7 1/°С. Стержень длиной 1000 мм из cиталла при нагревании на 1 °С увеличится на 0,0001 мм, а при нагревании на 100 °С — на 0,01 мм. Это в десятки раз меньше, чем у других стекол, и в сотни раз меньше, чем у металлов.

Сошлифовывается ситалл примерно вдвое медленнее, чем самое ходовое стекло К8, но полируется хорошо и почти без царапин."

Игорь Петрович, я Вас извиняю 🙂  Ловки Вы... с больной головы - на здоровую. Пока "мираж, под названием роторно-волновой" - не стал явью, - он является тоже б... наяву.
Роторно-лопастной двигатель - реальная машина с техническими компромиссами. Бескромиссному RVD до него надо еще долго "вслед" к реальности идти.
Впрочем, - успехов Вам с борьбе с "ветряными мельницами" !

 

[RVD]

Виктор, все хорошо в меру.

Стоимость плунжерных пар соизмерима со стоимостью всего двигателя, так стоит ли овчинка выделки, в данном случае, думаю что нет. Как одна из самых продвинутых технологий при финишной операции  плунжеров, обдувка плунжерной пары абразивным порошком, распыляемым воздухом, Вы что будете свое стекло тряпочками натирать ?

Теперь о "нулевых" зазорах приведенных материалов. Вся проблема ДВС в том, что детали  двигателей испытывают не только тепловые нагрузки, но еще и механические. Совокупность этих двух вещей очень часто сводит усилия  изобретателей на нет. Кроме этого, в  РЛД есть еще переменные по величене центробежные силы (соответственно и переменный зазор), от которых Вы никогда не избавитесь, так как именно это обстоятельство  в РЛД  иметь место быть. В Ванкеле роль температурного компенсатора отводится апексам, которые и  при весе в 15 то грамм умудряются на статоре вырезать цельные куски поверхности.

 

 

[ingener]

"В наши дни лучшим материалом для зеркал является астрономический ситалл СО-115М. Его коэффициент температурного расширения для ночных температур не более ± 1* 10-7 1/°С. Стержень длиной 1000 мм из cиталла при нагревании на 1 °С увеличится на 0,0001 мм, а при нагревании на 100 °С — на 0,01 мм. Это в десятки раз меньше, чем у других стекол, и в сотни раз меньше, чем у металлов.

Так то для зеркал...
А легированная стальная палка при нагреве на 100 градусов удлиняется приблизительно на 1 мм. Люминевая - на 2 мм. И это не мешает применять люминевые поршня в стальных цилиндрах. Потому что при диаметре 100 мм изменение зазора при нагреве на 100 градусов всего 0,1 мм. Величины такого порядка при наличии уплотняющих колец не представляют проблемы, хотя и должны конечно учитываться.

А если и поршень и цилиндр делать из нитрид-силиконовой керамики (как делают все нормальные люди) с коэффициентом линейного расширения около 3*10-6, то при диаметре поршня 100 мм и разнице температур поршня и цилиндра даже 200 градусов (что очень много), изменение зазора составит всего 0,06 мм (или 0,03 на сторону). Механическими деформациями деталей из керамики можно пренебречь из-за сумасшедшего модуля упругости керамики. Зазоры в роликовых подшиниках валов необходимо выбрать небольшим предварительным натягом. (Это даже немного увеличивает срок службы подшипников.) Если даже сделать зазор между поршнем и цилиндром с запасом, около 0,1 мм на сторону, то на оптимальных оборотах потери от просачивания газов будут не больше потерь от трения в кольцах. И спрашивается - а нафига тогда морока с кольцами, с их износом и ограничениями, ведущими к ухудшению параметров двигателя?

 

[Bиктор]

Стоимость плунжерных пар соизмерима со стоимостью всего двигателя

Это наверное от уезда к уезду по-разному. На заводах топливной аппаратуры Bosch, автоматы день и ночь шлифуют изделия совсем без подобной "патетики". У них даже "соц.обязательство" рядом с образцом ТА написано: - "Наша цель - 0 отказов" (на практике мол, еще 1-1,5 отказа на миллион километров есть)