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https://www.baronerosso.it/modellismo_articoli/show/566/la-turbina-jmb-t-150-dfi.html
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La Turbina JMB T-150 DFI
L'evoluzione della turbina T-120, realizzata da Mauro Bizzotto.
| Pubblicato su Modellistica International Novembre 2004. Per concessione dell'Editore e dell'Autore | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Amici turbinari e non, ancora un grande saluto dal JPL di Bassano del Grappa. Come anticipato, eccomi qua a darvi ulteriori informazioni sullo sviluppo della T150 DFI. Ho notato con piacere che parecchi lettori seguono con interesse lo sviluppo di questo argomento. Ciò mi stimola sempre più a scambiare con voi varie opinioni che spesso creano un tam tam di conoscenze e informazioni che fanno crescere i risultati del lavoro in maniera entusiasmante. Bando ai preamboli e veniamo al dunque. Allora, come vi dicevo, gli sviluppi e le prove sulla T150 DFI sono continuati alla grande mostrando attendibilità e resistenza di tutto il sistema. Rispetto alla T120 ci sono state notevoli modifiche in vari punti del motore. Questo per ottenere un corretto bilanciamento termodinamico (temperatura, spinta e consumi) ed aerodinamico il quale, grazie all’utilizzo del nuovo compressore, deve essere adattato al meglio per sfruttare tutte le energie in gioco, ottimizzare il lavoro di compressione ed espansione, per arrivare infine alla combustione. Il compressore utilizzato è sempre un Garrett con diametro esterno di 70 mm., ma il diametro d’ingresso è di 54 mm., ingrandito rispetto a quello della T120 che era di 49,5 mm. Ciò comporta un interessante aumento della portata d’aria elaborata e quindi della spinta. Si passa perciò da una portata di 0,32 kg./sec. della T120 a 0,4 kg./sec. della T150. Comunque se la spinta aumenta, aumenta anche il rischio di pompaggio (Surging) del compressore, un fenomeno aerodinamico che crea vibrazioni direi mortali per la turbina, nonché aumenti di temperatura che portano al conseguente spegnimento della stessa. |
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Già presente nei primi test, il surging mi ha imposto di modificare la foratura della camera di combustione per compensare l’aria primaria e di diluizione, come pure il diametro d’uscita dell’ugello di scarico per arrivare infine a rivedere la geometria del distributore della turbina, anch’esso modificato nel numero e nella forma delle pale. E proprio durante la stesura di queste righe ho testato una nuova camera di combustione a 10 bruciatori che sembra dia risultati molto incoraggianti (consumo abbassato e temperature più uniformi), anche se la presenza di fuliggine mi indica di modificare i parametri di avviamento. Anche l’alloggiamento dei cuscinetti ha subito qualche variazione ottenendo così un supporto che, oltre a garantire un corretto funzionamento degli stessi, perdona qualche lieve squilibrio che potrebbe essere presente in giranti non sempre accuratamente bilanciate. Ricordo (comunque) che è buona cosa bilanciare il più possibile le giranti in questione in quanto, essendo di massa notevole (la turbina con l’alberino pesa 375 gr.), fanno sentire con un sibilo assordante il loro anomalo funzionamento quando sono in rotazione. Nel nostro caso la tolleranza ottimale si aggira nell’ordine dei 3-8 milligrammi, valore che non sempre si riesce ad ottenere con i bilanciatori solitamente usati per la revisione dei turbocompressori, ma solo facendo prestare particolare attenzione a chi fa il bilanciamento, si riesce a raggiungere lo scopo. Faccio notare che le giranti utilizzate nei turbocompressori per autovetture hanno un grado di bilanciamento 10 volte superiore a quelle utilizzate nei turbocompressori per camion. Quindi, attenzione a chi vi esegue il lavoro !! |
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A tale proposito, la prossima puntata sull’argomento sarà interamente dedicata al bilanciatore che è stato messo a punto, grazie anche ai suggerimenti e alla collaborazione dell’amico Luigi Celi di Terni. Ma avremo modo di vederlo più nel dettaglio. Tornando alla lista delle modifiche apportate alla T150 DFI, si aggiungono i tubi di fiamma realizzati in Inconel 600, un po’ difficile da reperire ma, telefono alla mano, ho trovato una ditta che gentilmente mi ha spedito una campionatura di questo tubo da F 6x0,52 elettrosaldato. Devo dire che la differenza si vede notevolmente. Le temperature più critiche sono proprio sopportate da questi bruciatori che, se fatti in acciaio inox, col tempo e in caso di una cattiva combustione (soprattutto se in eccesso di ossigeno) tendono a consumarsi. Tutto ciò si riflette sulla regolarità di funzionamento della turbina stessa. L’utilizzo di leghe specifiche per questo scopo mostra un’ottima resistenza alla ossidazione e alla temperatura; infatti con più di 5 ore di funzionamento l’aspetto dei tubi di fiamma appare in perfetta forma... Evviva !!! |
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Riguardo ai materiali, ci sarebbe la possibilità di realizzare il condotto di scarico, e ugello annesso, in lamierino di titanio da 4/10; anche altri componenti strutturali, se fatti in magnesio e titanio, comporterebbero una notevole riduzione del peso della turbina, che arriverebbe a 2 Kg finali. Comunque reperibilità, lavorazione e costi di questi metalli non sono facilmente accessibili a tutti. Infine i cuscinetti. Pur mantenendo gli stessi della T120, questi continuano a lavorare egregiamente, tanto che l’opzione dei cuscinetti ceramici per il momento è accantonata. Quelli attuali in acciaio, a contatto obliquo a 15°, sebbene siano lievemente più rumorosi, riescono a lavorare anche a regimi proibitivi, purché siano sempre ben lubrificati. Pensate che per pura verifica ho provato a spingerli fino al regime di 126.000 g/min. ottenendo una spinta di 15,6 kg., e non hanno mostrato alcun deterioramento. Attualmente e durante tutti i test, il regime massimo di lavoro è di 123.000 g/min. Sono d’accordo con voi che non dureranno 30/40 ore, ma sinceramente dubito che anche il modello sul quale sarà montata possa volare per lo stesso tempo. Come accennato la volta scorsa, anche la centralina di controllo è stata una svolta decisiva. Una ECU che mi permettesse di gestire tutti i parametri vitali, quali quelli di avviamento, funzionamento normale e spegnimento, era quello che mi serviva. Alla fine ho optato per l’ultima versione, la 5.00A della ECU JetTronics, la stessa che gestisce le turbine della JetCat, ma espressamente realizzata per le turbine autocostruite. Senza nulla togliere alle altre ECU in commercio, questa JetTronics si adatta perfettamente non solo alla gestione della turbina, ma offre varie possibilità per la ricerca di nuovi metodi di gestione con dispositivi alternativi che poi ho sperimentato al banco... E qui viene il bello. |
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Il sistema DFI (Direct Fuel Ignition) ossia la partenza diretta a kerosene senza l’utilizzo del propano iniziale era un obiettivo direi raggiunto del mio programma di studi. Durante le prime considerazioni iniziate a febbraio 2004, il dilemma per questo tipo di accensione era se optare per il sistema a pressione o a temperatura. Il primo offre sicuramente una fiamma pilota più diffusa, temperatura più alta di innesco combustione, ma richiede un sistema di iniezione più sofisticato, con pompa di accensione a parte nonché un atomizzatore che, a mio avviso, può facilmente ostruirsi a causa dei residui carboniosi della combustione primaria. Quindi vista la complessità del sistema, ho optato per quello a temperatura ossia, riscaldando il kerosene fino al suo punto di infiammabilità (flash point) e iniettandolo in maniera opportuna senza particolari pressioni, si innesca una fiamma pilota utile al nostro scopo. Preparato una specie di simulatore e dopo aver costruito un prototipo del sistema (vedi foto), ho iniziato le prove già ottenendo risultati soddisfacenti. Anche se ho notato che l’aggiunta di olio nel kerosene, per esigenze di lubrificazione, abbassa naturalmente il punto di infiammabilità richiedendo così una notevole corrente di preriscaldo per l’innesco della fiamma. Ma con l’aggiunta di un po’ di benzina tutto torna a funzionare regolarmente. Ho deciso pertanto di applicare l’intero sistema alla T150 che dopo la prima prova già si è dimostrato un sistema valido di partenza senza l’utilizzo di gas. Dai test fino ad ora condotti, la partenza col sistema DFI non presenta lingue di fuoco allo scarico, tanto meno temperature di avviamento elevate (la massima raggiunta è stata di 600° C con una T1 di 27° C). L’implementazione di questo sistema è adattabile, direi, a tutti i tipi di ECU purché abbiano il parametro della temperatura minima regolabile. Naturalmente il sistema DFI potrebbe essere applicato (con leggere modifiche) a tutti i tipi di turbine fatte in casa; ...dico "fatte in casa" in quanto chi se la costruisce la può aprire quando vuole, mentre su quelle commerciali c’è il vincolo della garanzia della casa costruttrice, che cessa qualora si mettano le mani sul prodotto. In altri tipi di turbine non ho ancora testato la funzionalità del sistema, ma non sono mancati gli amici che si sono offerti di "correre il rischio del gioco". In futuro avremo altri dati importanti. |
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Un ultimo test che manca è senz’altro quello delle basse temperature e cioè, provare il sistema nei mesi invernali, per valutare l’aumento del preriscaldo da dare al kerosene per un corretto avviamento. Nel frattempo vorrei iniziare gli studi per il post-bruciatore; avete letto bene, un postbruciatore, per un utilizzo adeguato e sicuro, senza che questo spari lingue di fuoco che non sarebbero affatto sicure sia per i turbinari che per i campi di volo. Staremo a vedere. Intanto come riassunto di queste righe vi allego la scheda tecnica e alcuni grafici caratteristici che evidenziano le prestazioni della T150 DFI. Ma della T120 che ne è stato? Beh come vedete dalla foto le variazioni sul tema non mancano. Basti guardare l’insolito lavoro del nostro amico Giovanni Merluzzi di Torino. Tutto avrei pensato, ma che la mia turbina finisse in uno scafo, proprio no! Eppure Giovanni sta arrivando al traguardo con questo lavoro da pioniere che, senza entrare nei dettagli, ha lo scopo di puntare veramente in alto... Vi terrò informati. Devo dire comunque che in uno scafo le problematiche della stabilità durante la navigazione veloce non sono state sottovalutate da Giovanni e quindi sta dotando lo scafo con un particolare sistema di stabilizzazione che, per il momento si riserva di descrivere in dettaglio prima di un vero collaudo che dovrebbe avvenire entro qualche mese, lago permettendo. Invitiamo quindi Giovanni a mettere qualche riga su Modellistica International così da renderci partecipi della sua genialità. Sempre della T120 anche i primi turboalberi per elicotteri dovrebbero essere completati entro qualche mese. A tale proposito sentiremo Graziano Cecchini di Pesaro il quale sta ultimando un elicottero con rotore da 2 metri di diametro interamente costruito da lui (ingranaggi compresi). A conti fatti la T120 fornirebbe una potenza all’albero di circa 10-11 Kw. |
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Naturalmente, in tutto il cammino descritto in queste 3 puntate, non sono mancati i grattacapi, che meriterebbero di essere descritti solo per far capire meglio i risultati fino ad ora raggiunti. Ma credo che alla fine interessi di più sapere il succo del discorso. Per concludere, un ultimo suggerimento. Ho notato in questi due anni di esperienza che chi ha lavorato bene e a disegno, ha ottenuto ottimi risultati; quello che consiglio è di non cambiare o utilizzare componenti diversi da quelli elencati nei miei disegni in quanto, se volete per esempio cambiare il compressore o la turbina, bisognerebbe rifare lo studio termodinamico e aerodinamico per verificarne il corretto funzionamento. Si rischia quindi di arrivare al banco prova con un motore che potrebbe dare infiniti problemi, o addirittura non funzionare per niente. Comunque, se questo viene fatto a scopo di sperimentazione, ...avete tutto il mio appoggio morale e tecnico. ...Guai se mancassero queste persone !!! Con questo è tutto, alla prossima con il bilanciatore, e un grande saluto a tutti. Per tutte le informazioni, disegni T120 ed altro, potete sempre contattarmi tramite e-mail: m.bizzotto@tiscalinet.it |
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