Роторно-лопастной двигатель. Начало.

ingener

Здорово все это!
Создание нового поршневого двигателя обходится в сотни миллионов рублей, РЛД потребует не меньших затрат.
Новые поршневые двигатели обходятся так дорого потому что в этой области все уже истоптано и для того, чтобы превзойти конкурентов, действительно нужно потрудиться.
Вам потребуется изготовить новый двигатель, снять испытательный бокс, нанять инженеров испытателей и мотористов.
Изготовить - само собой. А нанимать-то зачем? Зачем платит какому-то дяде, который будет отсиживать положенное время на работе? Автору нужно самому послушать, как работает его двигатель.
Написать программу испытаний.
Зачем? В ходе испытаний ее все равно придется корректировать. Программу писать нужно только когда нанимаются посторонние люди.
"Препарировать" двигатель для установки датчиков, обкатать двигатель и снять с него характеристики.
Само собой, как же отказаться от такого удовольствия.
После этого потребуется специалист по рабочему процессу и не только он. По данным индицирования можно будет что-то говорить и решать в какую сторону двигаться.
Это уже другой этап. Первый этап - это создание двигателя, принципиально превосходящего конкурентов. Поэтому он сразу, даже несмотря на некоторые оплошности в изготовлении, должен превосходить существующие. Иначе никакого смысла его делать. Поэтому я против создания РЛД с трущимися уплотнениями. Как ни крути, его термодинамика и химия горения останутся такими же, как и у поршневых двигателей. Выигрыш можно получить только в снижении массы конструкции, чего трудно добиться от первого экземпляра без тщательной отработки на многочисленных прототипах. А КПД и выхлоп запросто могут оказаться заметно хуже поршневых именно из-за неотработанности двигателя. И что потом с ним делать? Как доказать, что он лучше? Тут действительно нужны миллионы.
Затем начнётся отработка рабочего процесса, для чего потребуется изготовление нескольких вариантов поршней лопастей, впускных каналов и т. д.
Если будут получены приемлемые данные по токсичности и расходу топлива тогда можно будет дорабатывать механизм синхронизации.
Это второй этап.
В современных системах конечно можно смоделировать газодинамику но это весьма приближенно, отработка двигателей ведётся на реальных двигателях.
Нет, моделирование газодинамики целесообразно только для очень дорогих объектов. В случае с РЛД дешевле заказать несколько вариантов двигателя и на основе их испытаний построить графики, чем оплатить работу инженера-программиста, который получит эти графики на компьютере. Причем верить им все равно можно будет с натяжкой. Расчет прочности, тепловых нагрузок - вот это необходимо до создания первого образца.
Всех на грешную землю, хватит витать в облаках.
Какие облака? Для изготовления первого двигателя вместе со стендом потребуется не более 400 000 рублей. (Конечно же если есть доступ непосредственно к станочникам  ;) )Такое удовольствие могут позволить себе все, кому по карману подержанный джип.
 

Beatle

Make it
Откуда
Moscow
@ А.Г.К

Спасибо! =)
Главное двигаться в нужном направлении.
Тут нетипичен процесс во многом будет. В целом, с вами согласен: труда еще... море и маленький вагон.

@ provocator
Ох, если я не ошибаюсь, то заявку можно править. Это что-то 300 р. Или около того.
Благо сейчас нашлись люди, которые готовы и с патентом помочь. Посмотрим, что я там написал не так и где мог ошибиться. Если будет что-то критичное, то внесем изменения. И спасибо!

@ hab

Это механизм ё. Только неуравновешенный и с простыми шестернями.

Всех на грешную землю, хватит витать в облаках.
Никто в облаках не витает. =)

Что-то мне сегодня все весь день удачи желают. Буду счастливым человеком.

@ ingener
Убедили. Сегодня займусь анализом бесконтактных уплотнителей.
 

ingener

Здорово все это!
Убедили. Сегодня займусь анализом бесконтактных уплотнителей.
Только я вас предупреждал - на сегодняшний день обычные серийные подшипники качения на оборотах, требуемых для бесконтактных уплотнений, сильно теряют ресурс и нагрузочную способность. А у подшипников скольжения с масляным клином резко растет трение.  ;) Особенно это критично для вашей схемы с удвоенными оборотами выходного вала. Даже для модифицированной схемы ё-мобиля с ее сниженными в 2 или 4 раза оборотами выходного вала это имеет существенное значение.
Нужно срочно искать информацию по подшипникам турбореактивных двигателей.

Кстати, у авиамоделистов, строящих модельные ТРД, где проблема оборотов стоит даже острее, чем в настоящих ТРД, есть наработки по улучшению скоростных свойств подшипников. Они в основном заключаются в удалении сепаратора, увеличении количества шариков за счет проточки одного бортика (чтобы можно было вставить много шариков), применении керамических шариков и небольшом преднатяге подшипников.
Ролики к сожалению на больших оборотах не катятся.  :(
 

Beatle

Make it
Откуда
Moscow
@ ingener

Есть каталог подшипников. Он у меня есть. Там, все, всех видов.
Почитаю. Посмотрим, что там сказано.
 
G

georgka

@ ingener

В посте #1004 "что-то слышится родное" удалое, свидетельствующее об отсутствии опыта в создании и доводке техники. Как можно создать "принципиально превосходящее" без привлечения специалистов? Кто Вас допустит к работе на аттестованном, сертифицированном стенде, который ещё нужно приспособить под Ваш двигатель - испытание ведет бригада специалистов по инструкции, отражающей программу испытаний (автор может присутствовать в кабине испытателей и слушать доносящийся звук работающего двигателя)? И прочая, прочая. О существовании изнашиваемых, изнашивающих, теплозащитных и термобарьерных покрытиях Вы, кажется, не слышали...
Нужно срочно искать информацию по подшипникам турбореактивных двигателей... Кстати, ... они в основном заключаются в ... за счет проточки одного бортика ..., применении керамических шариков и небольшом преднатяге подшипников. Ролики к сожалению на больших оборотах не катятся.
Авиационные подшипники выпускаются теми же заводами, что и "тракторные". Только с отбором и контролем по авиационным ЕТУ100, иногда - из теплостойких материалов.
Подшипники без бурта - радиально-упорные подшипники, выпускающиеся давно и серийно. От Вас зависит число шариков и их материал, тип сепаратора или его отсутствие.
Под "преднатягом" Вы, конечно, подразумеваете предварительную осевую нагрузку шариковых подшипников, работающих в паре, и без которой они не работают на высоких частотах вращения.
Роликовые подшипники обидятся на Вас, если под "большими оборотами" вы подразумеваете частоты вращения ниже 35000 об/мин (как минимум)...
 

ingener

Здорово все это!
Кто Вас допустит к работе на аттестованном, сертифицированном стенде, который ещё нужно приспособить под Ваш двигатель - испытание ведет бригада специалистов по инструкции, отражающей программу испытаний (автор может присутствовать в кабине испытателей и слушать доносящийся звук работающего двигателя)? И прочая, прочая.
Если бы я изготавливал и испытывал двигатель, то я бы туда не пошел, если бы даже пригласили. Ну, может быть разок и сходил бы, чтобы просто посмотреть. Я бы обошелся просто асинхронным двигателем, нагрузочным реостатом и "аттестованным, сертифицированным" обыкновенным электрическим счетчиком. И работал бы у себя дома, в гараже (он у меня достаточного размера), в комфорте и уюте, в домашних тапочках. А жена бы мне кофе с сыром приносила. Выделяющееся при ресурсных испытаниях тепло использовал бы для обогрева своего дома зимой, чтобы керосин зря не пропадал. И еще бы разок свозил свое изделие на пункт техосмотра автомобилей, чтобы выхлоп понюхать.  :)
Имхо, этого вполне достаточно для принятия решения о финансировании разработки настоящего двигателя и неоднократной проверки различных его вариантов на различных крутейших стендах. Всему свое время.

Роликовые подшипники обидятся на Вас, если под "большими оборотами" вы подразумеваете частоты вращения ниже 35000 об/мин (как минимум)...
А вот это интересно. Где бы про это почитать? Именно такие обороты я считаю большими.

Все-таки консольно нагруженный кривошипом выходной вал на 35000 об мин с роликовыми подшипниками мне кажется подозрительным.
В РЛД с бесконтактными уплотнениями нагрузки от инерционных сил лопастей (особенно из нержавейки) будут настолько большими, что нагрузки от давления газов можно даже не считать. И вес подшипников шатунов по этой причине тоже должен быть минимальным, хотя там скорости будут значительно ниже. Вот туда ролики или иголки могут пойти, если сильных перекосов не будет.
 
G

georgka

этого вполне достаточно для принятия решения о финансировании разработки настоящего двигателя и неоднократной проверки различных его вариантов на различных крутейших стендах.
В этом Вы глубоко заблуждаетесь... Если не абсолютно... Самое трудно преодолимое слово в Вашем тексте - "БЫ".
По рабочим частотам вращения роторов "больших" ГТД (ТРД, ТВД, ТвРД и т.д) размерностью до 2000кВт (даН), характерных для Вашей оборотности, масса материалов, включая технические описания,  выложена открыто в Сети. Пользуйтесь.
 

ingener

Здорово все это!
По рабочим частотам вращения роторов "больших" ГТД (ТРД, ТВД, ТвРД и т.д) размерностью до 2000кВт (даН), характерных для Вашей оборотности, масса материалов, включая технические описания,  выложена открыто в Сети. Пользуйтесь.
Хм...
Там специфика несколько другая. Там даже вес шариков считается большой проблемой, создающей большие нагрузки. А в РЛД вместе с такими же оборотами нагрузки будут до 100 раз выше. Причем нагрузки от вала, самого согнутого этими нагрузками. Так что не все оттуда можно взять.
В этом Вы глубоко заблуждаетесь... Если не абсолютно... Самое трудно преодолимое слово в Вашем тексте - "БЫ".
Не обращайте на меня внимания. Я вообще многое делаю не так.  :)
 

Bиктор

Моя интерпретация Вашего текста - зависит и от Вас
будут настолько большими, что нагрузки от давления газов можно даже не считать.
Это в расчетах на прочность, как я понял?

Однако, если я не ошибаюсь, считать инерционные нагрузки надо совместно с силами от газов уже потому, что они у РЛД направлены встречно (в момент горения).
Я веду к тому, что эффективный крутящий момент - определяется именно из разницы сил рабочих газов и сил инерции лопастей, имхо.

Как и в поршневике, эта разница на высоких оборотах приводит к загибанию внешней скоростной характеристики (ВСХ - кривая мощности и крутящего момента в зависимости от оборотов) и к ее выполаживанию:  разница стремится уменьшиться с оборотами...

А насчет доступности испытаний собственного двигателя в гараже хорошо рассказано здесь:
http://www.drive2.ru/cars/zaz/968/968/x3x3xx52/journal/288230376151875845/#post
В основе нагрузочного стенда - электрогенератор. Сигналы выведены на экран компьютера...
 

Вложения

ingener

Здорово все это!
Однако, если я не ошибаюсь, считать инерционные нагрузки надо совместно с силами от газов уже потому, что они у РЛД направлены встречно.
Это чтобы при сбросе газа от максимальных оборотов сразу получить превышение расчетных нагрузок?  :)

Хотя это не принципиально. Сразу двигатель не развалится, а на ресурсе сильно не скажется.
 

OXOTHuK

Я люблю считать!
Откуда
г. Снежинск
Анимация результата статического расчёта РЛДВС с синхронизатором Макса: http://www.youtube.com/watch?v=nC8sUffmyVE
Зубчатое зацепление в момент максимального сближения лопастей не нагружено касательным усилием, только радиальное (встречное движение).
Теперь выполняю динамический анализ конструкции при вспышке (импульс давления), исходные - скорость горения смеси 20 м/с, диагональ лопасти около 70 мм, тогда время нарастания до 5 МПа 0,0035 сек., Дальше не знаю как будет вести себя давление, поэтому до 0,5 сек. оно константа и спад до 0 на 1 сек. Если кто знает, как примерно оно себя должно вести во времени, прошу поделиться.
 

G_VAL

Гридин Валерий GridinVal@yandex.ru
Откуда
Москва
Для Beatle!
Привет, Я здесь не часто. Этой темой занимаюсь давно.
Несколько слов по существу, Ваше решение хорошее. 
НО считаю несколько поспешным Ваш вывод о несостоятельности схемы с двумя синхронизаторами с торцов, конечно придется тащить вал через центр камеры но преимущества тоже есть: симметричность, возможность частично уравновесить ВАШ эксцентрик, не будет проблем с жестким соединением вала рычагов с лопастями, поскольку в соосной схеме нельзя жестко соединить внутренний вал с дальней парой лопастей, придется «развязать» то есть поставить муфту в месте соединения вала рычага с внутренним валом лопасти, а это по моему черевато…
Например, я в своих патентах крепил лопасти так …
Мне кажется не надо боятся удалить лопасть от вала на 50-60 мм, то есть увеличить плечо лопасти, это конечно повлияет на увеличение момента инерции и уменьшение скорости вращения, но в этом есть и некоторые положительные стороны, например, сектор основания лопасти будет шире, в результате силы противоположного направления не будут ломать ее и саму лопасть можно выполнить меньшим диаметром, а это значит что такая лопасть перестанет бояться детонации и при этом, если нет контакта лопасти с поверхностью в качестве рабочего процесса можно выбрать HCCI.
Поясню, - главное  отличие РЛД от поршневика - более длинный ход лопасти, (в два раза больше) и конечно большее плечо рычага, следовательно, потеря на трение при контакте с камерой тоже немалое, зато появилась возможность убрать уплотнительные кольца и подать в камеру водичку.
Конечно можно уменьшить трение, выбирая разные материалы колец, масло и прочее, но, во первых, масло при вращении в кольцевой камере попадет в выхлопную и там сгорит, во вторых если масло будет в камере, то проблема с охлаждением останется, так как закатать масло внутрь лопасти и охлаждать им - это извините фантастика.
Водичка или водичка + спирт не только охладят камеру и лопасти, но и создадут уникальные условия в секторе сжатия смеси для работы по  циклу HCCI (а может это и не цикл – не важно).
Немного проясню, - если применить водичку для непосредственного охлаждения лопастей и камеры и при этом не применять уплотнительные кольца и если между лопастью и камерой будет не более 15-20 микрон, степень сжатия можно легко догнать до 50-60 и добиться самовоспламенения без детонации при этом камера и лопасти практически не будут нагреваться так как горение смеси будет проходить при более низких температурах.
Учитывая, что в этой, кольцевой конструкции под действием центробежных сил водичка будет легко покидать камеру через выхлопное отверстие и при этом она не смешивается с маслом – эта схема наиболее подходит для реализации самовоспламенения при повышенном давлении.
Я считаю, что этому движку не будет равных при создании привода генератора того, над чем работают Ё-шники.
При этом от него следует ожидать более высокого КПД, простота выполнения, евро – 5, компактность и прочее...
Далее - ранее я тоже любил квадратное сечение лопастей, сейчас только круглой или округлой формы, - эллипс или круг – все равно, и дело не только в меньшей потере тепла, просто при сборке с торца лопасти можно надеть алюминиевый чехол и посадить его на ребра лопасти, например вот так …
 

Вложения

G_VAL

Гридин Валерий GridinVal@yandex.ru
Откуда
Москва
Для Beatle!
Привет, Я здесь не часто. Этой темой занимаюсь давно.
Несколько слов по существу, Ваше решение хорошее. 
НО считаю несколько поспешным Ваш вывод о несостоятельности схемы с двумя синхронизаторами с торцов, конечно придется тащить вал через центр камеры но преимущества тоже есть: симметричность, возможность частично уравновесить ВАШ эксцентрик, не будет проблем с жестким соединением вала рычагов с лопастями, поскольку в соосной схеме нельзя жестко соединить внутренний вал с дальней парой лопастей, придется «развязать» то есть поставить муфту в месте соединения вала рычага с внутренним валом лопасти, а это по моему черевато…
Например, я в своих патентах крепил лопасти так …
 

Вложения

G_VAL

Гридин Валерий GridinVal@yandex.ru
Откуда
Москва
Мне кажется не надо боятся удалить лопасть от вала на 50-60 мм, то есть увеличить плечо лопасти, это конечно повлияет на увеличение момента инерции и уменьшение скорости вращения, но в этом есть и некоторые положительные стороны, например, сектор основания лопасти будет шире, в результате силы противоположного направления не будут ломать ее и саму лопасть можно выполнить меньшим диаметром, а это значит что такая лопасть перестанет бояться детонации и при этом, если нет контакта лопасти с поверхностью в качестве рабочего процесса можно выбрать HCCI.
Поясню, - главное  отличие РЛД от поршневика - более длинный ход лопасти, (в два раза больше) и конечно большее плечо рычага, следовательно, потеря на трение при контакте с камерой тоже немалое, зато появилась возможность убрать уплотнительные кольца и подать в камеру водичку.
Конечно можно уменьшить трение, выбирая разные материалы колец, масло и прочее, но, во первых, масло при вращении в кольцевой камере попадет в выхлопную и там сгорит, во вторых если масло будет в камере, то проблема с охлаждением останется, так как закатать масло внутрь лопасти и охлаждать им - это извините фантастика.
Водичка или водичка + спирт не только охладят камеру и лопасти, но и создадут уникальные условия в секторе сжатия смеси для работы по  циклу HCCI (а может это и не цикл – не важно).
Немного проясню, - если применить водичку для непосредственного охлаждения лопастей и камеры и при этом не применять уплотнительные кольца и если между лопастью и камерой будет не более 15-20 микрон, степень сжатия можно легко догнать до 50-60 и добиться самовоспламенения без детонации при этом камера и лопасти практически не будут нагреваться так как горение смеси будет проходить при более низких температурах.
Учитывая, что в этой, кольцевой конструкции под действием центробежных сил водичка будет легко покидать камеру через выхлопное отверстие и при этом она не смешивается с маслом – эта схема наиболее подходит для реализации самовоспламенения при повышенном давлении.
Я считаю, что этому движку не будет равных при создании привода генератора того, над чем работают Ё-шники.
При этом от него следует ожидать более высокого КПД, простота выполнения, евро – 5, компактность и прочее...
Далее - ранее я тоже любил квадратное сечение лопастей, сейчас только круглой или округлой формы, - эллипс или круг – все равно, и дело не только в меньшей потере тепла, просто при сборке с торца лопасти можно надеть алюминиевый чехол и посадить его на ребра лопасти, например вот так …
 

Вложения

G_VAL

Гридин Валерий GridinVal@yandex.ru
Откуда
Москва
И еще, под лопастью вода должна свободно двигаться под действием центробежных сил, поясню, - в квадратной камере движение воды затруднительно и перед остановкой движка она еще долго может оставаться в камере, а это недопустимо при морозах.
Я знаю многие не принимают водичку и спирт, а зря, при морозе, если камера холодная воду и спирт можно не применять или использовать чистый спирт, перед остановкой двигателя, если заранее прекратить подачу воды в камеру она быстро освободится от воды и не замерзнет в холода.
Пополнять воду нет необходимости, если ее не доводить до кипения.
Beatle
Если Вы считаете, что сможете подкорректировать формулу в любую сторону, не уверен (есть опыт) Вам не разрешат вставить ни одного нового слова (признака), удалить – пожалуйста.
Что касается Ваших надежд на реализацию проекта, то мне кажется, надо начать с создания своей фирмы, для этого двух человек достаточно, (как говорят в народе – были бы кости, мясо нарастет) но если желающих будет больше  - еще лучше, далее почти официально можно заказать изготовление деталей прототипа, главное знать возможности предприятия. Соваться на мелкие ООО нет смысла, я пытался,  там допуск меньше полтинника не дают.
Самое главное выполнить качественно корпус, лопасти и соединения, все остальное потребует меньших затрат.
Пытаться самим спроектировать технологию нет смысла, лучше послушать совета производителя, знаю, что на некоторых  предприятиях допуски вполне приемлимы (до 1 микрона) и качество изготовления тоже, единственная проблема – загруженность мощностей.
По поводу подшипника, - я советовался со своими конструкторами, 5 микрон подшипник качения обеспечивает, это к тому случаю, если лопасти будут применяться без уплотнительных колец и охлаждаться непосредственно.
 

alrod

Я люблю строить самолеты!
У меня вот ночная мысль (по этому не судите строго) ::) -
В сихронизаторе "Макса-Ванкеля" (идея очень красива) центр симетрии смещён по отношению к оси вращения вала. Не будет ли это проблемой для мечтательных 30000 об\мин? Центробежные силы и всё такое...  :-/
Я вот подумал, а не закрутить ли кривошип каждой лопасти на отдельной шестерёнке Ванкеля сдвинутой на 180 градусов?
На патент не претендую... ::)
 
Вверх