Роторно-лопастной двигатель. Начало.

[Bиктор]

Разрешите предложить вниманию продолжение перевода по заявке РЛД инженера Пород?

В прикрепленном рар-файле теперь в дополнение к предыдущему материалу по уплотнениям, добавлен раздел, дотошно описывающий принудительную смазку 🙂

 

[Bиктор]

В догонку еще чертежи... по маслосмазке.

Подробный текст - в текстовом файле поста выше.

 

[Bиктор]

Ну и в заключение короткая добавка к описанию - что касается охлаждения РЛД по немецкому решению.

В текст теперь добавлено охлаждение и все вместе снова заархивировано.

Чертежи в вордовский файл я не добавлял, чтобы он не был слишком ёмким. Чертежи можно себе копировать-сохранять прямо из постов ветки...

 

[Bиктор]

Bиктор писал(а) Вчера :: 18:17:28:
А ведь на мотоциклетных примитивных моторчиках мальчишки из моей секции, умея только давить на педаль, -выигрывали гонки картингистов...

Нужно только помнить, что стартовали они "с кольцами" и экономичность для них была далеко не на первом месте.

На холодную стартовать с ситалловой парой и константным мини-зазором было бы также без проблем, как и продолжать езду на горячем 🙂
Я жду ответа на мой запрос, сделанный на маленькую немецкую фирму, собирающую авиамоторы, о возможности пробной серии ситалловых цилиндра и поршня.
Владелец проявил интерес, но попросил разрешения мои майлы с доводами отправить на обслуживающее их инженерное бюро.
Я согласился.
Может быть и вправду ответят?

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
Благодарю Вас за содержательную статью по сухому трению безмасляной смазки!  Что еще мешает поставить в РЛД медно-графитные уплотнения?

 

[Beatle]

@ Bиктор

Виктор, огромное спасибо за материал!) Он очень уместен.
Мы пока считаем и пытаемся для себя решить, куда идти. В принципе, когда будет что-то дельное - поделимся на форуме.

 

[JohnDoe]

Что еще мешает поставить в РЛД медно-графитные уплотнения? 

Как я уже писал - прижим за счёт распирающего действия газов, ИМХУ. Возможный путь решения также озвучил и даже отрисовал, хоть и не в 3Д( на работе есть только ФотоШоп). В перспективе отрисую сегодня/завтра.
Но что-то никто не высказался. :-?

 

[Ringer]

вот эта штука вроде-бы тоже похожа на роторно-поршневой?

 

[Bиктор]

Очень неприятная особенность ситаллов при обработке - образование сколов на кромках и микрощербинок на поверхностях

В такой формулировке мир очень многообразных видов ситаллов и их свойств, как-то искусственно низводится до обобщенного "ситалла, который скалывается".

Так утверждать, - без оговорок, - недопустимо!
Видимо, ссылки на инфо о ситаллах не всеми читаются...
http://osipyun.ru/Design-basics/Not-metal-materials-sitally/index.html

Чтобы немного расширить и уточнить представление о потребительских свойствах ситаллов, рискну еще раз непосредственно привести компактную информацию о них:

"Ситаллы представляют собой силикатное стекло, которому придана мелкокристаллическая (размер кристаллитов 0,02-1 мкм) структура, коренным образом изменяющая свойства материала. Они обладают повышенной прочностью, не имеют присущей стеклу хрупкости и термохрупкости и способны выдерживать ударные нагрузки. В отличие от стекла, которое с повышением температуры размягчается, ситаллы сохраняют твердость и прочность примерно до 600 "С. Подобно металлам они обладают отчетливо выраженной точкой плавления (1200-1400°С).

Механические свойства ситаллов колеблются в широких пределах в зависимости от исходных материалов, состава и технологии изготовления. Предел прочности их на растяжение 300-500 МПа, на сжатие 800-1200 МПа, ударная вязкость 0,002 МДж/м2.

Ситаллы являются превосходными диэлектриками и обладают высокой стойкостью против химических агентов, превосходя в этом отношении пластики, коррозионно-стойкую сталь и титановые сплавы. Они устойчивы против действия самых сильных щелочей и кислот (за исключением плавиковой).

Плотность ситаллов 2,5 - 3 кг/дм3, удельная теплоемкость 0,8 Дж/(кг-°С), теплопроводность (2,4-2,8) 10_S Вт/(м-°С). Модуль нормальной упругости (7-15) 10т1 МПа. Микротвердость (7-12) 103 МПа. Коэффициент линейного расширения в зависимости от химического состава и строения ситалла колеблется от 30-Ю-6 до 0 1/°С. Таким образом, имеется возможность изготовлять изделия, не меняющие линейных размеров с изменением температуры и, следовательно, не подверженные тепловым напряжениям. Есть ситаллы с отрицательным коэффициентом линейного удлинения до -8-Ю-6 1/°С, размеры которых уменьшаются с повышением температуры.

Ситаллы с малым коэффициентом линейного расширения отличаются высокой термомеханической стойкостью (изделия из таких ситаллов, нагретые до 800 -900 °С, можно безопасно погружать в холодную воду). Это свойство делает ситаллы особенно пригодными для изготовления деталей, подверженных действию высоких температур и тепловых ударов.

Большим преимуществом ситаллов является дешевизна и практическая неограниченность сырьевых ресурсов. Ситаллы изготовляют из горных пород: магнийалюмосиликатов, каль-цийалюмосиликатов, кальциймагнийалюмоси-ликатов (петроситаллы) или из металлургических и топливных шлаков (шлокоситаллы).

Процесс изготовления изделий из ситаллов заключается в следующем. Из шихты необходимого состава готовят стекло, из которого в жидком или пластичном состоянии формируют изделия методом литья, прессования, экструзии. Изделия подвергают ступенчатой термообработке (первая ступень при 500 - 700 °С, вторая при 900-1100 °С), в результате которой материал приобретает кристаллическую структуру.

В состав стекла вводят нуклеаторы - вещества, образующие центры кристаллизации. Раньше в качестве нуклеаторов применяли коллоидные частицы Си, Ag, Аи, которые становились зародышами кристаллизации в результате облучения изделия проникающей радиацией (фотокерамы). Сейчас дорогой фотохимический процесс исключен; в качестве нуклеаторов применяют сульфиды железа, окись титана, фториды и фосфиды щелочных и щелочно-земельных металлов.

На последней стадии термообработки изделие равномерно закристаллизовывается. Содержание кристаллической фазы доходит до 95%, изменение размеров изделия при кристаллизации не превышает 2 %.

Закристаллизованные изделия можно подвергать механической обработке с помощью твердосплавного, боразонного и алмазного режущего инструмента, а также ультразвуковой обработке.

Сочетание высокой прочности, вязкости, твердости, термо- и химостойкости, малой плотности, а также широкие возможности формоизменения и применения производительных методов формообразования - все это делает ситаллы перспективным конструкционным материалом. По механическим свойствам ситаллы близки к чугунам и могут во многих случаях заменить последние, выгодно отличаясь от них малой плотностью, гораздо более высокой твердостью и теплостойкостью. Однако следует учитывать их низкую теплопроводность.

Из ситаллов изготовляют детали химической аппаратуры, насосов, теплообменников, трубопроводы, емкости, резервуары, матрицы, фильеры, детали радиоаппаратуры, электрических машин и приборов.

Подшипники скольжения из ситаллов могут работать при умеренных нагрузках и частотах вращения до 500 рад/с без смазки.

В строительстве ситаллы используют как облицовочный материал; в общем машиностроении возможен' перевод на ситаллы многих конструкционных деталей.
"
Для РЛД стОит применять этот замечательный конструкционный материал, - особенно там, где нужна дешевизна, а не аэро-космические цены других видов керамики!

 

[Bиктор]

газы проникшие в канавку кольца и оказывающие прижимающее действие будут частично или полностью компенсироваться давлением газов со стороны выемок.
Мысли/критика?

Извините, Вячеслав, мне оказалось затруднительно понять "изюм", за счет чего разгружается кольцо/кольца от давления газов?
Я когда-то видел серии решений с той же целью в сети. Я подумал, что проблема уже решена...

 

[Bиктор]

спасибо за материал!) Он очень уместен

Буду рад, если те готовые решения еще кому-нибудь облегчат борьбу с сомнениями 🙂

 

[georgka]

Для РЛД стОит применять

Всё это замечательно, но в авиации все принято проверять. Даже доверяя. Замечательные материалы иногда обладают "вывихами" по одному-двум параметрам - далеко не определяющими на первый взгляд, которые ставят крест на его допуске в авиационную конструкцию.
Сделав ставку на непроверенный материал, можно "провалить" хорошую конструктивную идею.
Почему не сделать ЦПГ классического ДВС из ситалла и не погонять. Может где-то уже были попытки? Этот материал появился много лет тому назад, но... В чугунное и алюминиевое лобби не верю!

 

[Bиктор]

Для "гаражного" РЛД из ситалла может оказаться ближе технология... литьевого ситалла в стоматологии, разработанного Седуновым уже 20 лет назад.

СтОит оглядеться, нет ли у Вас под боком такой лаборатории, в которой после литья... зубных протезов, Вам отольют ситалловые лопасти 🙂
А.А.Седунов (1991) отмечает, что с учетом специфики требований к изделичм для ортопедической стоматологии синтез ситаллов осуществляют с использованием химически чистых оксидов, карбонатов, фосфатов и сульфатов:
LiCo3; Al2O3;  SiO2;  K2CO3;  Li2SO4;  Li3PO4.

Изменение размеров упомянутого http://ortoped-dent.ru/protezi-litevogo-sitalla.php вида изделий после формования (и в результате кристаллизации) составляет только доли одного процента, - в отличие от других керамик!
Есть надежда на точную отливку лишь с небольшой доводкой размеров...

 

[Bиктор]

В чугунное и алюминиевое лобби не верю! 

🙂 

Ситаллы для авиадвигателей кто-то должен сначала заказать, чтобы проверить пригодность параметров. Интересно, что ответят мне немцы по паре цилиндр-поршень из ситалла.

А "букет" реальных свойств ситалло-технологи задают по "нюансам всех каприз" заказчиков...

Но никто ведь еще не отменял ИНЕРТНОСТь, как в материалах, так и в "духе".
Что раскупается без новаций - то и выпускаться будет без новаций?  Например, какой-то шлюпочный мотор модели 1876г  😱

 

[georgka]

Я говорю о принципе, о подходе. Для насторожки, как обмен "грустным" опытом.
Работу можно провести хоть на первом двигателе Отто, если дипломатично заинтересовать изготовителя деталей "взаимно выгодными условиями". 🙂

 

[Bиктор]

о принципе, о подходе. Для насторожки, как обмен "грустным" опытом.

Спасибо, Жорж!

Я вот хотел бы у Вас спросить совета, как знающего струйные двигатели. Ваш опыт вероятно полезен, хотя речь-таки о РЛД...
Виктор возбудил интерес к вынесенной камере сгорания в РЛД, за что ему благодарен.
Но вот все-таки маловато информации.
Мои представления механистически ограничены приблизительным рабочим процессом, как он происходит в импульсных реактивных (видел давно описание постройки модельного импульсного). Там есть обратные клапана, как непременное условие для направленности реакции струи.

У нас в РЛД с внешней камерой отдаленно картина похожая?
Но нет лепестковых клапанов...

Представим... 680 раз в секунду циклично "подбегает" очередной дискретный сжатый заряд к окну внешней камерки РЛД. 
Она ОЧень горячая - сгорание без проблем...
Я никак не могу представить "коммутацию" волн давления в КС и "возврат сгоревших газов" в расширительную камеру между лопастями...
Даже если газы будут, - входя и выходя через некий "порог" КС длиной 1см 680 раз "туда" и 680 раз "оттуда",  - "лететь" со средней скоростью под 14м/сек, им еще далеко до звуковой скорости (кстати, какова скорость звука в газах, раскаленных до 1000[ch186]?)
Значит, газам остается достаточно времени на горение, затухание?

Но главный вопрос:  какая там будет смесь газов, каково их давление на момент прихода следующей порции заряда через несколько миллисекунд после предыдущей?

Это как-то уже сильно смахивает на импульсный реактивный, - нет?
Кстати, а в чем был Ваш "грустный" опыт?

 

[georgka]

Да-а... Подготовлюсь и частично отвечу чуть позже.

 

[ingener]

Это как-то уже сильно смахивает на импульсный реактивный, - нет?

Нет, плохо напоминает.

(кстати, какова скорость звука в газах, раскаленных до 1000[ch186]?)

Чуть меньше 500 м/с.

Представим... 680 раз в секунду циклично "подбегает" очередной дискретный сжатый заряд к окну внешней камерки РЛД. 
Она ОЧень горячая - сгорание без проблем...

Свежая порция смеси выдавливается из промежутка между сближающимися лопастями со скоростью около 0,7 от скорости звука - около 350 м/с при текущих параметрах смеси  в камеру с линейными размерами около 20 мм в течении около 70 мкс, где уже находятся горящие газы. При этом за время выдавливания свежей смеси в камеру сгорания она пройдет путь около 25 мм, то есть соизмеримый с размерами камеры сгорания и полностью перемешаться не успеет. Процесс горения очень напоминает процесс горения в камере сгорания турбореактивного двигателя после завихрителя/удержателя пламени. Характерная черта - интенсивное перемешивание свежей смеси с уже сгоревшей. Скорость струи свежей смеси 350 м/с на порядок выше скорости горения 30 м/с. А время выдавливания свежей смеси 70 мкс меньше времени горения 2000 мкс. Протекает горение при гораздо большем чем в ТРД давлении и температуре. И давление и температура могут быть подняты выше максимальных значений в поршневых двигателях при минимальном образовании окислов азота за счет того, что концентрация свободных ионов кислорода сильно разбавляется уже сгоревшими газами, где она гораздо ниже. И тем не менее за время прохода щели между лопастями мимо камеры сгорания свежая смесь еще не успеет перемешаться со старой и только начнет гореть. Затем часть газов из камеры сгорания (преимущественно "старая" часть) переходит в пространство между расходящимися лопастями, окончательно догорает там и совершает рабочий ход.
А свежая смесь в это время продолжает перемешиваться в камере сгорания со старой и гореть, готовясь стать "старой" к времени впрыска новой порции смеси. Причем время горения за счет интенсивного перемешивания с раскаленными газами значительно сокращается по сравнению с временем горения в поршневых двигателях, где свежая смесь в процессе горения перемешивается сама с собой. И значительно сокращается количество окислов азота. А уж говорить о несгоревшей смеси и СО при раскаленных стенках и неограниченном времени горения, не приходится.

 

[Bиктор]

Свежая порция смеси выдавливается из промежутка между сближающимися лопастями со скоростью около 0,7 от скорости звука - около 350 м/с при текущих параметрах смеси в камеру с линейными размерами около 20 мм в течении около 70 мкс, где уже находятся горящие газы. 

Вот тут коммуникационная труба в мою сторону "забита" моими топорщащимися представлениями:
- топорщится мысль о том, что в замкнутом объеме КС, уже/еще ГОРЯЩИЕ газы мгновенно изменяют состояние газов, в частности, - давление в КС ВЫШЕ, чем в подводимой порции просто сжатой смеси...

- У завихрителя в незамкнутом, полагаю, объеме, упомянутого Вами, проточность ОТКРЫТА в обе стороны?

- Там изменение состояния газов в результате нагрева отзовется только "звуковым давлением" - БЕЗ такого аккумулирования давления, как это имеет место быть в замкнутой КС РЛД ?

Если НЕТ противодействующего ДАВЛЕНИЯ из КС новому заряду, тогда и все остальное, имхо, может быть...

Как удостовериться, однако, что свежий заряд вообще какую-нибудь скорость/поползновение в сторону внешней КС получит?
Или - в какой момент КС впустит в себя очередную из 680 порций низкого давления?

 

[JohnDoe]

мне оказалось затруднительно понять "изюм", за счет чего разгружается кольцо/кольца от давления газов?

Как обещал вчерне отмоделил в 3Д. На рисунке жёлтым и зелёным показанны кольца с выборками из которых состоит одно "большое" кольцо. Как можно заметить выборки "тонких" колец не совпадают. Серым цветом показан поршень с канавкой в которой установленны кольца, кирпичным стенка/гильза цилиндра. Красными стрелками пояснено действие газов. Газы, проникая в канавку через зазоры прижимают кольца к стенке цилиндра. Они же, действуя со стороны выборки уменьшают этот прижим. Подбором/расчётом кол-ва/величины/етц. выборок можно добиваться необходимого значения прижимающей силы газов. Это значение будет определятся разницей площади внутренней поверхности кольца и суммы площадей выборок. Кольцо может быть и сплошным, просто иметь проточку, открытую сверху(к КС), необходимой глубины(в разрезе оно будет напоминать колёса подвижного состава ЖД, т.е. диск с ребордой) и т.д.

Я когда-то видел серии решений с той же целью в сети. Я подумал, что проблема уже решена... 

Согласно книги "Орлов П. И.
Основы конструирования: Справочно-методическое пособие. В 2-х кн. Кн. 1/Под ред. П. Н. Учаева. – Изд.3-е, испр. – М.:Машиностроение, 1988. – 560с.:ил."
(Страницы 499-507) существуют кольца с кольцевыми выборками, но в ДВС оные не ставятся "т.к. это увеличивает опасность закоксовывания колец из-за проникновения продуктов сгорания в зазор между кольцом и стенкой цилиндра." В данной вариации эта проблема стоит менее остро, ИМХУ, т.к. продуктам сгорания есть куда деться.
ЗЫ. чуть позже вклинюсь в разговор по ситаллам 😉

 

[JohnDoe]

В состав стекла вводят нуклеаторы - вещества, образующие центры кристаллизации...в качестве нуклеаторов применяют сульфиды железа, окись титана, фториды и фосфиды щелочных и щелочно-земельных металлов.

Я уже предлагал в этом разделе в ветке "Керамика в цилиндре" использовать графит/углерод в смеси с "жидким стеклом", как выяснилось сие уже применялось(см.пост Манилова). А что если графит применить в качестве "нуклеатора" в ситалле? Не то ли это, что нам надо?! Нет данных по такому вопросу?
Опять же вспомнил заметку из "НиЖ". На этот раз сообщение о выращивании искуственных алмазов(углерод 😉 ) без высокого давления.

"...Пары ацетона(годится и этиловый спирт!) в смеси с водородом пропускают над кремниевой пластинкой нагретой до 500-800С[sup]0[/sup]. На кремнии со скоростью 30 микрометров/час(!) растёт плёнка из мельчайших кристаликов алмаза..."

Разработчик - Японский индустриальный университет близ Токио(?). Опубликованно было в New scientist №1497, 1986 год. Может англоговорящие порыщут подробности. А то уже рисуется фиерическая картина  ;D
После отливки в гараже, в процессе "закалки" ситаловых поршня и гильзы "поливаем" их смесью "водки с водородом"! Глядишь, образуется на них алмазная плёнка, а это решение кучи проблемм: с прочностью/износостойкостью и так всё ясно= ресурс будет ого-го, коэфф.трения алмаз-алмаз - 0,1, без смазки!, со смазкой вообще 0,05! и т.д.
😀