Turbina con compressori assiali.

[jmsdfsano]

Salve a tutti!

Sono nuovo.
Sono uno studente dell'istituto tecnico aeronautico di Forlì e sto portando avanti gli studi per diventare un pilota di linea; al quarto anno di scuola, il sogno da aviatore, sta svanendo... E mi sto appassionando molto alla meccanica/costruzione dei mezzi. Da piccolo mi sono sempre interessato dei motori, come si costruisce un aereo, una macchina... E cosi via.

E ormai un anno che mi sono messo in testa di costruire un motore a reazione, ovviamente in scala ridotta, da zero.
Dopo tre quattro mesi che mi guardo video, documentazioni, forum e cosi via, mi sono reso conto che le maggior parte di modellisti che si mettono a costruire motori a reazione, siano tutti del genere: turbine con compressori centrifughi. Non dico che siano semplici da costruire, ma il principio di funzionamento e semplice.

Quello che sto progettando e studiando tutt'ora e una turbina a gas o combustibile liquido, di dimensioni ridotte, (una 30/40ina di come) con flusso assiale.

Non e semplice costruire un motore di questo genere... Ma voglio provarci.

Quello che mi interessa sapere da voi, che sicuramente sarete piu bravi di me, sono: materiali, studi che devo condurre sui flussi dell'aria e qualche informazione sulla mecca ica.

Ho a disposizione un controllo numerico a 5 assi, da un mio amico, qualsiasi metallo, tornio, trapani a colonna... Tutto in pratica.

Iniziamo con le domande:

1. Vorrei sapere se le pale della ventola di ingresso vengono studiate con lo stesso metodo utilizzato per le eliche. Se si, vorrei sapere se l'angolo delle pale, che ovviamente decresce all'aumentare del raggio, decresce in modo costante a partire dall'asse di rotazione.
2. Come avviene lo studio del flusso nei compressori, mi spiego meglio: le palette dei rotori, nei compressori di alta pressione, hanno un angolo maggiore o minore rispetto ai compressori iniziali di bassa pressione?
3. Una domanda molto grande che m sono sempre chiesto: siccome l'albero motore (parlo anche in un motore di un jet di linea) sostiene i rotori, turbine e ventole, con quali supporti viene centrato/sostenuto? Intendo dire dove appoggia/ruota l'albero mtore?
4. Che metalli dovrei usare per realizzare camera di combustione, ruota della turbina, e coni di scarico.
5. Impianto di lubrificazione: come avviene?
6. Durante la combustione del gas o combustibile, i vaporizzatori all'interno della camera sono soggetti ad alte temperature?
7. Non so come fare/installare il motorino di avviamento. Lo so, molti motori da modellismo dinamico hanno il motorino sul compressore di entrata, sorretto con dei supporti, con sistema di sgancio ad alte velocita. Indovinate un po? Io voglio fare un impianto di accensione un po piu complesso, che lasci pulita la presa d'aria, e che lasci in bella vista la ventola di ingresso. Lo so, e banale... Ma mi voglio complicare la vita. Consigliatemi come posso impiantarlo e collegarlo all'albero! Io avevo pensato a un asse con ingranaggio conico collegato con l'albero verso il centro (l'asse passa per una paletta di uno statore) che poi si sgancia all'accensione del motore.
8. Come potrei lavorare con il cnc delle palette dei compressori delle dimensioni nell'ordine di qualche centimetro? ( faro in modo che compressori e statori sia o singolarmente smontabili dalla ruota.
9. L'albero motore subisce tanto le alte temperature della combustione?
10. L'alluminio lavorato con cnc, potrebbe andare bene per i compressori? E che metallo uso per le turbine?
11. Volevo fare due alberi motori coassiali, con la turbina ad alte velocita collegata ai compressori di alta pressione, e la turbina a bassa velocita con i compressori iniziali... Ma penso che lascio stare perche e veramente un casino.
12. Ho finito le domande.

Vi ringrazio per la collaborazione, e mi scuso per aver scritto cosi tanto! Ogni vostro aiuto mi sara prezioso.

Sano Kanta. Milano 07/01/2013

[mauryr]

Originalmente inviato da jmsdfsano

Salve a tutti!

Sono nuovo.
Sono uno studente dell'istituto tecnico aeronautico di Forlì e sto portando avanti gli studi per diventare un pilota di linea; al quarto anno di scuola, il sogno da aviatore, sta svanendo... E mi sto appassionando molto alla meccanica/costruzione dei mezzi. Da piccolo mi sono sempre interessato dei motori, come si costruisce un aereo, una macchina... E cosi via.

E ormai un anno che mi sono messo in testa di costruire un motore a reazione, ovviamente in scala ridotta, da zero.
Dopo tre quattro mesi che mi guardo video, documentazioni, forum e cosi via, mi sono reso conto che le maggior parte di modellisti che si mettono a costruire motori a reazione, siano tutti del genere: turbine con compressori centrifughi. Non dico che siano semplici da costruire, ma il principio di funzionamento e semplice.

Quello che sto progettando e studiando tutt'ora e una turbina a gas o combustibile liquido, di dimensioni ridotte, (una 30/40ina di come) con flusso assiale.

Non e semplice costruire un motore di questo genere... Ma voglio provarci.

Quello che mi interessa sapere da voi, che sicuramente sarete piu bravi di me, sono: materiali, studi che devo condurre sui flussi dell'aria e qualche informazione sulla mecca ica.

Ho a disposizione un controllo numerico a 5 assi, da un mio amico, qualsiasi metallo, tornio, trapani a colonna... Tutto in pratica.

Iniziamo con le domande:

1. Vorrei sapere se le pale della ventola di ingresso vengono studiate con lo stesso metodo utilizzato per le eliche. Se si, vorrei sapere se l'angolo delle pale, che ovviamente decresce all'aumentare del raggio, decresce in modo costante a partire dall'asse di rotazione.
2. Come avviene lo studio del flusso nei compressori, mi spiego meglio: le palette dei rotori, nei compressori di alta pressione, hanno un angolo maggiore o minore rispetto ai compressori iniziali di bassa pressione?
3. Una domanda molto grande che m sono sempre chiesto: siccome l'albero motore (parlo anche in un motore di un jet di linea) sostiene i rotori, turbine e ventole, con quali supporti viene centrato/sostenuto? Intendo dire dove appoggia/ruota l'albero mtore?
4. Che metalli dovrei usare per realizzare camera di combustione, ruota della turbina, e coni di scarico.
5. Impianto di lubrificazione: come avviene?
6. Durante la combustione del gas o combustibile, i vaporizzatori all'interno della camera sono soggetti ad alte temperature?
7. Non so come fare/installare il motorino di avviamento. Lo so, molti motori da modellismo dinamico hanno il motorino sul compressore di entrata, sorretto con dei supporti, con sistema di sgancio ad alte velocita. Indovinate un po? Io voglio fare un impianto di accensione un po piu complesso, che lasci pulita la presa d'aria, e che lasci in bella vista la ventola di ingresso. Lo so, e banale... Ma mi voglio complicare la vita. Consigliatemi come posso impiantarlo e collegarlo all'albero! Io avevo pensato a un asse con ingranaggio conico collegato con l'albero verso il centro (l'asse passa per una paletta di uno statore) che poi si sgancia all'accensione del motore.
8. Come potrei lavorare con il cnc delle palette dei compressori delle dimensioni nell'ordine di qualche centimetro? ( faro in modo che compressori e statori sia o singolarmente smontabili dalla ruota.
9. L'albero motore subisce tanto le alte temperature della combustione?
10. L'alluminio lavorato con cnc, potrebbe andare bene per i compressori? E che metallo uso per le turbine?
11. Volevo fare due alberi motori coassiali, con la turbina ad alte velocita collegata ai compressori di alta pressione, e la turbina a bassa velocita con i compressori iniziali... Ma penso che lascio stare perche e veramente un casino.
12. Ho finito le domande.

Vi ringrazio per la collaborazione, e mi scuso per aver scritto cosi tanto! Ogni vostro aiuto mi sara prezioso.

Sano Kanta. Milano 07/01/2013

Progetto estremamente ambizioso, buona fortuna!
Non posso rispondere alla maggior parte delle domande che hai fatto, ma una cosa posso dirla: se le turbine modellistiche utilizzano compressori centrifughi e' perche' a queste dimensioni sono piu' efficienti di quelli assiali. Questo non significa che una turbina a compressori assiali sia impossibile da realizzare, ma fin'ora non e' stata vista come la scelta piu' adatta dal punto di vista prestazioni / costi.
Per cui se hai intenzione di fare un motore utilizzabile, probabilmente questa non e' la strada giusta. Se invece lo scopo e' fare una riproduzione, o un oggettino "bello" e che magari sia capace almeno di autosostentersi (senza produrre spinta utile), allora ok.

Ora provo a rispondere ad alcune delle tue domande, fin dove arriva la mia limitata conoscenza:

3. Nelle turbine x aeromodelli si utilizzano dei cuscinetti ceramici lubrificati con il carburante (a cui e' aggiunto un 5% di olio x turbine) tramite appositi condotti diramati dalla linea del carburante.

4. Per camera di combustione e turbina vengono usate delle leghe inconel. Per il cono di scarico acciaio (non so quali specifiche tipologie)

7. Torno alla mia nota iniziale: si puo' certamente fare un sistema come quello che proponi, in effetti su motori grandi e' piu' o meno cosi' che funziona. Il problema e' che avrai un sacco di rogne in piu' che fare nel modo classico. Un altro sistema che puoi utilizzare e' l'avviamento ad aria compressa: un getto che va direttamente sulle palette del compressore e le fa girare. Sicuramente meno complesso di quello da te proposto. Come dicevo prima: cerchi praticita' e funzionalita' o altro?

10. L'alluminio va bene, ma devi farti 2 calcoli per assicurarti che la ruota realizzata sia in grado di sopportare l'accelerazione centripeta a cui viene sottoposta al regime di rotazione che intendi adottare. Sostanzialmente, il rischio e' che le palette si stacchino sotto al loro stesso peso, idem per la ruota della turbina.

11. Si complica il tutto all'ennesima potenza: gli alberi hanno bisogno di essere molto resistenti per poter innalzare gli rpm massimi rimanendo comunque al di sotto della frequenza di risonanza. Se ne hai 2 concentrici, la cosa diventa ancora piu' complicata.

Insomma, se riuscirai a completare una simile opera e il motore sara' capace di autosostenersi, tanto di cappello. Buona fortuna e i piu' sentiti auguri. Tienici informati dei progressi!!!

Ciao

[greg89]

Originalmente inviato da jmsdfsano

Salve a tutti!

Sono nuovo.
Sono uno studente dell'istituto tecnico aeronautico di Forlì e sto portando avanti gli studi per diventare un pilota di linea; al quarto anno di scuola, il sogno da aviatore, sta svanendo... E mi sto appassionando molto alla meccanica/costruzione dei mezzi. Da piccolo mi sono sempre interessato dei motori, come si costruisce un aereo, una macchina... E cosi via.

E ormai un anno che mi sono messo in testa di costruire un motore a reazione, ovviamente in scala ridotta, da zero.
Dopo tre quattro mesi che mi guardo video, documentazioni, forum e cosi via, mi sono reso conto che le maggior parte di modellisti che si mettono a costruire motori a reazione, siano tutti del genere: turbine con compressori centrifughi. Non dico che siano semplici da costruire, ma il principio di funzionamento e semplice.

Quello che sto progettando e studiando tutt'ora e una turbina a gas o combustibile liquido, di dimensioni ridotte, (una 30/40ina di come) con flusso assiale.

Non e semplice costruire un motore di questo genere... Ma voglio provarci.

Quello che mi interessa sapere da voi, che sicuramente sarete piu bravi di me, sono: materiali, studi che devo condurre sui flussi dell'aria e qualche informazione sulla mecca ica.

Ho a disposizione un controllo numerico a 5 assi, da un mio amico, qualsiasi metallo, tornio, trapani a colonna... Tutto in pratica.

Iniziamo con le domande:

1. Vorrei sapere se le pale della ventola di ingresso vengono studiate con lo stesso metodo utilizzato per le eliche. Se si, vorrei sapere se l'angolo delle pale, che ovviamente decresce all'aumentare del raggio, decresce in modo costante a partire dall'asse di rotazione.
2. Come avviene lo studio del flusso nei compressori, mi spiego meglio: le palette dei rotori, nei compressori di alta pressione, hanno un angolo maggiore o minore rispetto ai compressori iniziali di bassa pressione?
3. Una domanda molto grande che m sono sempre chiesto: siccome l'albero motore (parlo anche in un motore di un jet di linea) sostiene i rotori, turbine e ventole, con quali supporti viene centrato/sostenuto? Intendo dire dove appoggia/ruota l'albero mtore?
4. Che metalli dovrei usare per realizzare camera di combustione, ruota della turbina, e coni di scarico.
5. Impianto di lubrificazione: come avviene?
6. Durante la combustione del gas o combustibile, i vaporizzatori all'interno della camera sono soggetti ad alte temperature?
7. Non so come fare/installare il motorino di avviamento. Lo so, molti motori da modellismo dinamico hanno il motorino sul compressore di entrata, sorretto con dei supporti, con sistema di sgancio ad alte velocita. Indovinate un po? Io voglio fare un impianto di accensione un po piu complesso, che lasci pulita la presa d'aria, e che lasci in bella vista la ventola di ingresso. Lo so, e banale... Ma mi voglio complicare la vita. Consigliatemi come posso impiantarlo e collegarlo all'albero! Io avevo pensato a un asse con ingranaggio conico collegato con l'albero verso il centro (l'asse passa per una paletta di uno statore) che poi si sgancia all'accensione del motore.
8. Come potrei lavorare con il cnc delle palette dei compressori delle dimensioni nell'ordine di qualche centimetro? ( faro in modo che compressori e statori sia o singolarmente smontabili dalla ruota.
9. L'albero motore subisce tanto le alte temperature della combustione?
10. L'alluminio lavorato con cnc, potrebbe andare bene per i compressori? E che metallo uso per le turbine?
11. Volevo fare due alberi motori coassiali, con la turbina ad alte velocita collegata ai compressori di alta pressione, e la turbina a bassa velocita con i compressori iniziali... Ma penso che lascio stare perche e veramente un casino.
12. Ho finito le domande.

Vi ringrazio per la collaborazione, e mi scuso per aver scritto cosi tanto! Ogni vostro aiuto mi sara prezioso.

Sano Kanta. Milano 07/01/2013

hai anche qualche amico (o 30'000€) per il macchinario che bilancia?

[jmsdfsano]

Originalmente inviato da mauryr

Progetto estremamente ambizioso, buona fortuna!
Non posso rispondere alla maggior parte delle domande che hai fatto, ma una cosa posso dirla: se le turbine modellistiche utilizzano compressori centrifughi e' perche' a queste dimensioni sono piu' efficienti di quelli assiali. Questo non significa che una turbina a compressori assiali sia impossibile da realizzare, ma fin'ora non e' stata vista come la scelta piu' adatta dal punto di vista prestazioni / costi.
Per cui se hai intenzione di fare un motore utilizzabile, probabilmente questa non e' la strada giusta. Se invece lo scopo e' fare una riproduzione, o un oggettino "bello" e che magari sia capace almeno di autosostentersi (senza produrre spinta utile), allora ok.

Ora provo a rispondere ad alcune delle tue domande, fin dove arriva la mia limitata conoscenza:

3. Nelle turbine x aeromodelli si utilizzano dei cuscinetti ceramici lubrificati con il carburante (a cui e' aggiunto un 5% di olio x turbine) tramite appositi condotti diramati dalla linea del carburante.

4. Per camera di combustione e turbina vengono usate delle leghe inconel. Per il cono di scarico acciaio (non so quali specifiche tipologie)

7. Torno alla mia nota iniziale: si puo' certamente fare un sistema come quello che proponi, in effetti su motori grandi e' piu' o meno cosi' che funziona. Il problema e' che avrai un sacco di rogne in piu' che fare nel modo classico. Un altro sistema che puoi utilizzare e' l'avviamento ad aria compressa: un getto che va direttamente sulle palette del compressore e le fa girare. Sicuramente meno complesso di quello da te proposto. Come dicevo prima: cerchi praticita' e funzionalita' o altro?

10. L'alluminio va bene, ma devi farti 2 calcoli per assicurarti che la ruota realizzata sia in grado di sopportare l'accelerazione centripeta a cui viene sottoposta al regime di rotazione che intendi adottare. Sostanzialmente, il rischio e' che le palette si stacchino sotto al loro stesso peso, idem per la ruota della turbina.

11. Si complica il tutto all'ennesima potenza: gli alberi hanno bisogno di essere molto resistenti per poter innalzare gli rpm massimi rimanendo comunque al di sotto della frequenza di risonanza. Se ne hai 2 concentrici, la cosa diventa ancora piu' complicata.

Insomma, se riuscirai a completare una simile opera e il motore sara' capace di autosostenersi, tanto di cappello. Buona fortuna e i piu' sentiti auguri. Tienici informati dei progressi!!!

Ciao

Ciao mauryr!

Grazie del tuo aiuto!

La turbina in progettazione mi servirà per farlo solo funzionare, non ho intenzione di montarlo su modelli; e poi come dicevi te nelle note, non riuscirò mai a ottenere un efficienza elevata per poter generare spinta sufficiente sia per sistema, sia per il modello.

Grazie di cuore per le specifiche sui metalli che devo utilizzare.

Per le palette dei rotori e ventole farò lavorare paletta per paletta da un blocco unico di alluminio, a mò di stampo da modellismo, per poi andare a tagliarli col seghetto e levigarli, per poi cernierarli alla ruota. Devo trovare una forma ad incastro come vedi qui: Risultato della ricerca immagini di Google per http://www2.tech.purdue.edu/at/courses/aeml/powerplantimages/2blademounts.jpg

E poi, ancora, devo trovare un modo per attaccare gli statori, se fare una struttura su cui saldare tutte le palette o avvitare come vedi qui: Risultato della ricerca immagini di Google per http://2.bp.blogspot.com/_7vYReKuyvzQ/TRGk1cpJYKI/AAAAAAAAANY/xNX8dGfN6lI/s1600/Gas%252BGenerator%252BStator%252BBlades.JPG

oppure fare una struttura anulare coassiale nella quale avvitare/saldare le palette: Risultato della ricerca immagini di Google per http://www.sulzer.com/en/-/media/Media/Images/ProductsAndServices/AutoAeroTurbineComponents/Aero_Engine/vaneassemblies.jpg%3Fbc%3Dffffff%26mw%3D690

[jmsdfsano]

Originalmente inviato da greg89

hai anche qualche amico (o 30'000€) per il macchinario che bilancia?

Ciao greg89.

Ecco questo e un problemino un po grosso. Ho un amico che mi può aiutare a programmare un software per trovare sbilanciamenti. La struttura fisica non è cosi poi complicato da realizzare, guarda qui: Balancer

Ciao

[chrigui]

costano anche di meno di 30000k e la bilanciatura ancora di meno

[MuayAndy]

Cris ma esistono delle turbine già funzionanti?
Sai per caso qual'è il il loro peso / spinta? Hanno il "potenziale" aeromodellistico?

[chrigui]

per il momento un paio... non si sà come girano a parte qualche spezzone di video su you tube ma con evidenti problemi... potenziale..?!? devono superare le caratteristiche di ingombro , peso/spinta e affidabilità delle attuali...senza pensare al costo

[mauryr]

Originalmente inviato da jmsdfsano

Ciao mauryr!

Grazie del tuo aiuto!

La turbina in progettazione mi servirà per farlo solo funzionare, non ho intenzione di montarlo su modelli; e poi come dicevi te nelle note, non riuscirò mai a ottenere un efficienza elevata per poter generare spinta sufficiente sia per sistema, sia per il modello.

Grazie di cuore per le specifiche sui metalli che devo utilizzare.

Per le palette dei rotori e ventole farò lavorare paletta per paletta da un blocco unico di alluminio, a mò di stampo da modellismo, per poi andare a tagliarli col seghetto e levigarli, per poi cernierarli alla ruota. Devo trovare una forma ad incastro come vedi qui: Risultato della ricerca immagini di Google per http://www2.tech.purdue.edu/at/courses/aeml/powerplantimages/2blademounts.jpg

E poi, ancora, devo trovare un modo per attaccare gli statori, se fare una struttura su cui saldare tutte le palette o avvitare come vedi qui: Risultato della ricerca immagini di Google per http://2.bp.blogspot.com/_7vYReKuyvzQ/TRGk1cpJYKI/AAAAAAAAANY/xNX8dGfN6lI/s1600/Gas%252BGenerator%252BStator%252BBlades.JPG

oppure fare una struttura anulare coassiale nella quale avvitare/saldare le palette: Risultato della ricerca immagini di Google per http://www.sulzer.com/en/-/media/Media/Images/ProductsAndServices/AutoAeroTurbineComponents/Aero_Engine/vaneassemblies.jpg%3Fbc%3Dffffff%26mw%3D690

Credo che tu debba pensare di ottenere le ruote in un pezzo unico. Come ti dicevo prima, uno dei problemi da considerare e' la forza centripeta a cui sono soggette le palette. Se le fai ad incastro, per poter garantire la resistenza sufficiente devi aumentare il peso e, di conseguenza, aumenti la resistenza necessaria, etc etc.
Saldarle non so quanto sia fattibile senza le adeguate attrezzature industriali, ma qui sono piuttosto ignorante. Avendo una cnc a 5 assi credo che probabilmente ti convenga metter su il pezzo e tirar giu' la ruota finita, anche per una questione di semplicita' e ripetibilita' per esperimenti vari (probabilmente non funzionera' tutto subito e andranno fatti vari tweak).

Ciao

[j.p.fillon]

Ecco foto di una turbina con tre compressori assiali .
Il costruttore é un mio amico in Francia .
Ma! turbina pesante e spinta come una con compressore unico : 10 kili.
Ci sarebbe da sviluppare il progetto .Ma i costi sono piu importanti e sopratutto ,adesso .le turbine con compressori radiali raggiugono spinte quasi 1/1 .
Dunque ,progetto di studio ,come quelli col "afterburner"
ciao!
Jean-Pierre