Роторно-лопастной двигатель. Начало.

[Bиктор]

Жорж, правильно я понял по ПуВРД с золотником ("Сатурна"), что введение пустотелого золотника сделало процесс движения массы газов "несколько возвратно-поступательным"?
Иначе, как я понял, нечем объяснить прирост тяги в такой конструкции в 2 и более раза.
Если Ваш ответ положителен, для меня это будет означать, что процесс приобрел вместе с золотником колебательные свойства (волновые)  - НЕстационарный характер 🙂
Пока нет еще ясности в таком случае, что именно будет общего у РЛД (с вынесенной камерой) и золотникового ПуВРД...
Упоминание в той ветке прототипа Ванкеля с вынесенной КС интригует поэтому. В сети искал - не нашел... У Вас нет?

На нижнем рисунке - схема эффектизации проточных машин путем включения в тракт "волнового ротора".
Я его для себя обозначал, как "револьверный барабан", в котором заряженные сгоревшими газами полости при его вращении поочередно включаются в "проточный тракт" рабочих газов. 
Туманно представлял такое применимым и для РЛД...

 

[RVD]

Зачем писать банальные справочные цифры в последнем посте, что лишь косвенно относится к написанному вами ранее?

Это была прелюдия. Конечно все цифры с ходу на память не приходят, но когда общаешься с людьми далекими от ДВС я чесно говорю, на особую привязку к точным цифрам мало обращаю внимания, так как от них в приватной беседе толку почти никакого, передается лишь общий смысл сказанного.

Но детонация, даже на холостом ходу вещь обычная, ведь в ней участвуют только те фракции топлива, которые обладают испаряемостью при комнатной температуре, а они в бензине есть всегда.

Я не закончил обосновывать невозможность применения двигателей с ограниченным теплоотводом (адиабатных двигателей),  которые предлагают местные форумчане  для РЛД, с целью убрать охлаждение лопастей, так как к ним в свою очередь очень сложно подвести и отвести охлаждающую жидкость. Короче люди ищут выход из тупика. Я популярно, не вдаваясь в тонкости объясняю, что приенение керамического покрытия в РЛД ничего не дает ... такова предыстория, или может быть Вы считаете, что дает ?
Так вот, в адиабатном двигателе, на момент открытия впускного клапана, камера сгорания: тарелки клапанов, головка блока, стенки цилиндров, огневая часть донышка поршня, имеют некую среднюю температуру. Вы говорите, что температура эта невысокая, я с таким утверждением не согласен. Уверен, что температура камеры сгорания высокая, какая ? Сейчас разберемся.

Максимальная температура горения дизтоплива находится на уровне бензиновых двигателей, и примерно составляет 2700-2800 К, на момент открытия выпускного клапана температура в цилиндре составит 1300 -1500 К, значит усредненная температура камеры сгорания 2000-2200 К. Вот в такую печку начинаем вталкивать воздух. Сам он туда войти не может, особенно при положени поршня вблизи ВМТ, и получается, что первая часть хода всасывания образно говоря пропадает, клапан впуска открыт, а воздух в горячую камеру войти не может. Единственно средство туда его впихнуть, наддув. Отработанный газ, выходя из цилиндра имеет минимум давления, но очень высокую температуру. Без покрытия керамикой выпускного канала, стержня клапана, лопаток турбины, газ со средней температурой под полторы тысячи градусов все сожгет на своем пути. Кроме того, поршневые кольца обычного типа на таких температурах не стоят, надо ставить специальные кольца, работающие практически всухую. Таким условиям соответствуют покрытия на кольца из бористого ферромолибдена (Fe Mo B) и лигированного корунда (Al2O3-Zr2O2-TiO2).  Такие кольца изготавливала фирма "Камминс", температурный предел, до 600 С.  - это не благо, а зло. Температура и теплонапряженность очень высокие, а вот высокий КПД под вопросом.

Еще подробнее ?

 

[ingener]

Что-то вы все завышаете:

Максимальная температура горения дизтоплива находится на уровне бензиновых двигателей, и примерно составляет 2700-2800 К, на момент открытия выпускного клапана температура в цилиндре составит 1300 -1500 К, значит усредненная температура камеры сгорания 2000-2200 К.

А как тогда чугунная турбина турбонаддува работает? И не только на дизелях, но и на бензинках, где температура выхлопа действительно выше?
Кроме того температура газа - это не температура стенок. Стенки, даже из керамики, охлаждаться будут. Но ровно настолько, чтобы не вызывать самовоспламенения. А эта температура давно известна - это температура изолятора свечи. Если не верите мне, сами поищите ее значение в интернете. Можно и по другому прикинуть температуру, допустимую для стенок рабочей камеры. Она не должна быть выше температуры адиабатического сжатия  воздуха при известной степени сжатия. При степени сжатия 12 воздух нагревается до около 800 градусов только за счет сжатия и при этом в некоторых двигателях не успевает самовоспламеняться, хотя там еще и свечи раскаленные есть.
И усреднять температуру нужно не только по циклу рабочего хода, но и по циклам продувки, всасывания и сжатия. Так намного меньше получается, но вас это почему-то не устраивает, хотя это и точнее. Так что не пугайте на пустом месте, а то еще люди испугаются не сделают новый двигатель.

Без покрытия керамикой выпускного канала, стержня клапана, лопаток турбины, газ со средней температурой под полторы тысячи градусов все сожгет на своем пути

А на моем Опеле нет никаких покрытий и все внутри покрыто серым нагаром. И ничего не горит уже 20 лет.  🙂 Хотя часто приходится ездить с полным открытием на высоких оборотах в гору на низких передачах и с плохим охлаждением.

 

[RVD]

" ingener"

Речь идет не о средней температуре стенки обычного двигателя, а только о температуре поверхостного слоя Адиабатного двигателя, толщиной в несколько ангстремм. Адиабатный двигатель вообще не имеет охлаждения, поэтому у него нет серого налета на выпускном коллекторе. Средняя температура его деталей намного выше тех двигателей, в которых идет обычный рабочий процесс. Поэтому лопатки турбокомпрессора также покрыты керамическим покрытием, они выдерживают температуру до 1550 градусов. В классическом двигателе предельная температура выпускных газов лимитируется предельно допустимой температурой лопаток турбины, если по Цельсию, то это 800 градусов (средняя температура), дальше лопаткам кирдык. Для справки "чугунная турбина" имеет только корпус из чугуна, лопатки турбины сделаны из жаропрочных и жаростойких сталей типа ЭИ765, ЭИ893. Кроме того турбокомпрессоры стараются делать тоже с охлаждением, но это не всегда возможно. Даже масло, которое смазывает подшипник турбокомпрессора, тоже участвует в охлаждении корпуса турбины, тепловой поток от лопаток сначала переносится на вал, а с него уже в масло.

 

[ingener]

Адиабатный двигатель вообще не имеет охлаждения ...

Ну, вы просто максималист. На практике-то кто будет теплоизолировать двигатель, даже если  его и называют адиабатным? Какое-то охлаждение все равно будет. Не будет только специальных систем охлаждения. И даже если на керамике будут ребра охлаждения, то все равно такой двигатель можно будет называть адиабатным, чтобы отличить его от двигателя с ребрами из хорошо теплопроводных материалов. Ведь основной функцией ребер на керамике может быть не охлаждение, а стабилизация размеров и формы рабочих камер.

Речь идет не о средней температуре стенки обычного двигателя, а только о температуре поверхностного слоя Адиабатного двигателя, толщиной в несколько ангстрем.

Бессмысленно говорить о температуре слоя в несколько ангстрем поверхности деталей из реальной керамики потому что теплопроводность даже самой теплоизолирующей керамики имеет величину на порядок выше  теплопроводности сжатых раскаленных газов, а ее объемная теплоемкость выше на два порядка. При таких обстоятельствах гораздо полезнее изучать температуру в слоях прилегающего к стенкам камеры газа, считая температуру стенок постоянной и однородной по глубине. Тем более, что никому не придет в голову делать лопасти из теплоизолирующей керамики. Из нее можно например сделать вкладку в вынесенную камеру сгорания.

И вообще, если на керамическом двигателе сделать ребра воздушного охлаждения, то работать они будут не намного менее эффективно, чем силуминовые. Потому что основное тепловое сопротивление все равно получается на границе с воздухом, а не в теле материала. Только на "адиабатном" керамическом двигателе площадь ребер нужно будет сделать намного меньше. Ровно такую, какая нужна для нужного теплового режима.

 

[RVD]

Ну, вы просто максималист.
 

" ingener"

  Мой максимализм не при чем.

Этими вещами занимались крупнейшие государственные и частные компании: 40 лет в Японии, 25 лет в США, у нас, в отраслевых институтах тоже лет 20, но только тогда, когда все этого уже наелись. Все так и было, никаких радиаторов, воздушного или водяного охлаждения, трение колец о гильзу осуществлялось практически всухую: что для Стирлинга, что для Адиабатного двигателя. Все это было, и сейчас это все, или почти все, на свалке истории. Частичное покрытие керамикой поршней осталось, его толщина обычно не превышает 0.4 мм, только для того, чтобы на форсированных режимах поршни не начали плавиться.

В остальном советую самому разобраться.

 

[Bиктор]

Все это было, и сейчас это все, или почти все, на свалке истории

Как обычно, смахивает на максималисткий нигилизм 🙂

Внедрению керамик в ДВС еще препятствует только отсутствие знаний, - как свойств многочисленных керамик, так и незнание того, какую керамику КУДА в ДВС лучше применить.
Ну и дороговизна препятствует, как материалов, так и метода "тыка" в экспериментальных работах.

Сказанное, имхо, не относится к хорошо изученными и прогнозируемым свойствам рецептур варки и кристаллизации ситаллов.
В ситаллах обойден крупный недостаток других керамик: их не обязательно спекать из порошков, с присущей спеканию дороговизне устранения неточностей размеров в массовом производстве, каковым и является двигателестроение.

Формование изделий (роторно-лопастного ДВС) из будущего ситалла возможно альтернативными способами: литьем, горячим прессованием - до кристаллизации и финишной обработки.
Это дает ситаллам преимущества в массовом производстве перед другими керамиками, которым "несть числа".

Трудность у людей, имхо - обычная и человеческая:  "запрягание извилин" в новые знания о новых материалах для нового двигателестроения 🙂

 

[Beatle]

@ Bиктор

Виктор, признайтесь: Вам какой-то производитель ситаллов платит за рекламу. =)

 

[Bиктор]

Виктор, признайтесь: Вам какой-то производитель ситаллов платит

Просто я давно к ним присматриваюсь и удивляюсь, как вяло практики обращаются к новому 🙂
RVD прав, говоря, что схема РЛД не подходит... для старого набора материалов и старых технологий смазки, охлаждения и т.д.
С другой стороны - не следует быть в плену у абстрактных понятий, рассуждая о непрактичности "адиабатного двигателя".

Адиабатный процесс превращения тепла в механическую работу - идеальный процесс, - без подвода и отвода тепла во время этого преобразования.
А адиабатный мотор - реальный, - с кажущейся "полной" термоизоляцией при рабочем ходе.

 

[Beatle]

@ Bиктор

Всему своё время, Виктор.
И не все так просто, как кажется.
Керамика в тронковом ДВС не пошла действительно по адекватным причинам. Хотя... по началу все думали, что это будет успех - никак иначе.

Наиболее верный путь - путь эволюционный.
Я именно поэтому хочу попробовать со временем использовать торлон. В отличии от ситаллов у него есть 1 явное преимущество: он уже работал в ДВС. Точно так же думают и другие люди.
Если бы у меня был лишний лям, я бы провел испытания ситаллов, но этого ляма нет... приходится идти проверенным путем.

 

[ingener]

Этими вещами занимались крупнейшие государственные и частные компании: 40 лет в Японии, 25 лет в США, у нас, в отраслевых институтах тоже лет 20, но только тогда, когда все этого уже наелись.

Есть хороший практический пример - ни на одном серийно выпускаемом авиамодельном двигателе "из коробки" нельзя выиграть соревнования. Всегда требуется доработка в кустарных условиях. В двигателях есть такие вещи, которые на этапе внедрения просто недоступны крупным корпорациям. А после того, как они становятся доступными, появляются новые такие вещи, создаваемые в основном руками и мозгами энтузиастов. Поэтому когда речь идет о новшествах, ссылаться на опыт крупных корпораций просто неуместно. Они всегда (или по крайней мере в большинстве случаев) плетутся в хвосте технического прогресса. Для того, чтобы они что-то внедрили, это что-то должно сначала появиться в удобном для практической реализации виде.

"В остальном советую самому разобраться."  🙂

 

[Bиктор]

приходится идти проверенным путем

Проверенным путем ... кустарной технологии... можно прийти в тот же тупик, в который пришел Хольцберг, автор торлона 🙂

Но я хорошо понимаю Ваш мотив:  торлон - очень легкий.
Почти ... как вспененный в выборочных местах ситалл 🙂

Эти материалы осталось, имхо, "поженить"...
Хольцберг закладывает в исходную смолу композитную "солому" - стекло и углеволокна в нужном направлении... (прохоровцы для ёмобиля так же делают с полипропиленом - сдабривают его базальто-ситалловыми волокнами).

Осталось придумать, как заставить ситалловые детали РЛД работать на растяжение 🙂

 

[Bиктор]

И не все так просто, как кажется.

Разумеется...
Задумчивает, однако, почему немецкие эксперты-производственники оценили себестоимость РЛД для ё-мобиля только в 800 евро?
Пиарное видео РЛД мы все видели, но каким он будет в действительности у Прохорова?  Неужто без новаций в материалах?!

Представьте себе (без "лямов"), во сколько же должен мини-РЛД  "гаражного" изготовления обойтись любителю СЛА?

О дешевизне говорил и Михаил Вигриянов (правда, он "ставил" не на ситаллы, поэтому и разочаровался в материалах и металлотехнологиях для своего РЛД)

 

[ingener]

В ситаллах обойден крупный недостаток других керамик: их не обязательно спекать из порошков, с присущей спеканию дороговизне устранения неточностей размеров в массовом производстве, каковым и является двигателестроение.

Не так уж он и обойден. Все равно требуется спекание после прессования или литье при довольно высоких температурах, которые предъявляют довольно строгие требования к матрицам.
А вот реакционно спеченный нитрид кремния можно формовать, заливая разбавленный водой порошок при комнатной температуре в пористые формы, например из гипса. И потом при реакционном спекании он тоже практически не имеет усадки. Технология - проще некуда. Зато у нитрида кремния намного выше прочность на изгиб, чем у любого ситалла. И намного выше предельная рабочая температура. А если брать не реакционно спеченный нитрид кремния, а горячепрессованный, то у него прочность даже при комнатной температуре на уровне хорошо легированных сталей при вдвое меньшем удельном весе. а при повышении температуры его прочность растет, а не падает как у металлических сплавов. Кроме того прочность на сжатие у горячепрессованного нитрида кремния в десятки раз выше чем у самых лучших сталей, что делает его просто незаменимым в подшипниках качения и шестернях.
так что я не вижу у ситаллов преимуществ, которые бы оправдывали его более низкую удельную прочность. Кроме того, цена у порошка нитрида кремния всего 300 руб/кг, а у порошка двуокиси циркония - основы высокотемпературной керамики для камер сгорания,  всего 40 руб/кг. С учетом того, что керамики требуется вдвое меньше по весу и производство деталей из нее практически безотходное, то материал получается не дороже качественных сталей по цене 50-100 руб/кг. А на обработке получается сплошная экономия. А при массовом производстве цена порошков может еще на много уменьшиться.
Цены на керамические порошки можно посмотреть тут:
http://rusthim.ru/dvuokis_cirkoniya_40ru

 

[Beatle]

@ ingener

Вы не правы: гоночные моторы доводятся серьёзными организациями. В гаражных условиях сейчас практически невозможно сделать мотор по-настоящему гоночным.
Все технологии и методы так же опробованы. Кроме того в регламент гонок включены пункты и требования к двигателям, к примеру:
1) Поршень должен изготовлен из сплава алюминия с процентным содержанием алюминия не менее 90% и т.д.
2) Покрытие может быть только: такое, такое, такое и толщиной не более.
И т.д.
Крупные компании располагают любым техническим оборудованием и возможностями для внедрения практически любых технологий.  Но нужно понимать, что есть такая штука, о которой инженеры всегда забывают. Штука эта называется рынок. А рынок - это куча всего. Своя наука его рассматривает. Не все товары и технологии рынку нужны. Все же миром движет бизнес, а не технический и научный прогресс - они лишь слуги бизнеса.

@ Bиктор

Всему своё время, Виктор. Я не знаю, что будет завтра, но при этом имею план действий. Посмотрим.

 

[Bиктор]

Все равно требуется спекание после прессования или литье при довольно высоких температурах, которые предъявляют довольно строгие требования к матрицам.

Виктор, соглашусь только с поправками:
Ситалл в принципе сначала варят, как обычное стекло. Исходно, таким образом, нет речи о спекании из порошков, имхо.
Полузаготовки для дальнейшего формования должны быть нагреты (или сразу после плавки остужены) всего лишь до 650[ch186] - этой температуры достаточно, чтобы высокую позучесть еще аморфного ситалла направить в формы или в матрицы.

Требования к формам и матрицам - да, строгие.
Но формы эти могут быть уже из готового жаростойкого ситалла (прошедшего кристаллизацию) - жутко изностостойкие и с НУЛЕВЫМ коэффициентом расширения:  - не реагирующие собственными деформациями на высокую температуру прессуемых аморфных еще ситаллов или ... спекаемых порошков.

Именно ситалловые формы дают надежду на чистоту и точность с мизерными допусками изделий, - практически готовых к сборке 🙂
Я не против, однако, чтобы и другие керамики спекались в точных и температуро-независимых ситалловых (непористых) матрицах.

 

[Bиктор]

С учетом того, что керамики требуется вдвое меньше по весу и производство деталей из нее практически безотходное, то материал получается не дороже качественных сталей по цене 50-100 руб/кг. А на обработке получается сплошная экономия.

Удивлен низкими ценами, неожиданно!
Остается узнать от Вас, как Вы спекли первую лопасть РЛД 🙂

 

[Bиктор]

заливая разбавленный водой порошок при комнатной температуре в пористые формы, например из гипса. И потом при реакционном спекании он тоже практически не имеет усадки. Технология - проще некуда.

Будьте добры, очеркните подробнее о Вашем представлении реакционного спекания деталей РЛД!
Если это-таки нагрев, то пористый гипс может, имхо, "повести" в размерах.
Как же тут обойтись дешевой доводкой размеров высокопрочного изделия?

 

[Bиктор]

в регламент гонок включены пункты и требования к двигателям, к примеру:
1) Поршень должен изготовлен из сплава алюминия с процентным содержанием алюминия не менее 90% и т.д.
2) Покрытие может быть только: такое, такое, такое и толщиной не более.
И т.д.

Вот так вот тостосумы и организуют спонсируемые ими же гонки?  С дискриминацией новаций  :-[
Не удивительно, что даже дизель Эльсбета в повторных гонках на экономичность уже не имел права участвовать...  Глушить новации маленьких фирм, не дать им себя-любимых- толстосумов позорить.
Пиар гонок направлен на рекламу тех, кто заплатил (за свою рекламу), а не улучшил технику?

 

[Beatle]

@ Bиктор

Виктор, 3-4 учебника по маркетингу вам помогут понять рынок.
И не стоит что-то себе выдумывать.