Kratos I, 127mm gasturbine (eigen ontwerp)

Eindelijk heb ik weer vakantie en knutseltijd is dus weer aangebroken!
Ik heb een brandstofpomp gekocht voor de motor.



De pomp word aangestuurd door deze PWM regelaar.



Ook ben ik begonnen met het turbinewiel. Dit is het eerste ‘probeersel’ waarvan ik twee bladen heb geslepen. Het slijpen doe ik met een bandschuurmachine.







Naar mijn idee moeten de bladen nog iets dunner geslepen worden. Wat vinden jullie er van?

 

Naar achteren van het blad kan het dunner, maar aan het begin dik houden. (zaag een blad van een prop halverwege door en je ziet de vorm die je dient aan te houden..)
Ik zie (mogelijk is het beeld vertekend) niet echt een profiel in het blad. Let ook op, dat het profiel wat zichtbaar is, representatief is voor de rest van het blad. Vaak wil de laatste paar mm van tip/ blad (vanwege de slijpband die iets kantelt), juist aan de tip meer weghalen.. krijg je dus opeens een dun tipje terwijl de rest van het blad aanzienlijk dikker is. (en anders van profiel).
Maar al zou je het zo laten en alle bladen op dezelfde manier doen.... de motor zal toch wel draaien. Mijn eerste wieltjes waren zeker niet perfect en zagen er niet uit, maar de motortjes draaiden toch prima.

Gebruik wel een masker bij het slijpen en zagen... Inconel is echt troep en wil je niet in je ogen mond en neus/longen hebben. (mogelijk ter overvloede, maar er zijn niet zoveel turbinewiel bouwers meer over om dit actueel te houden)

 

Update!!

Hoog tijd om dit topic even af te stoffen!

Zoals jullie in dit topic gelezen hebben was ik al een heel eind op weg met de productie van de gasturbine. Op turbinewiel na was de gasturbine klaar voor de eerste test.

Het turbinewiel heb ik gemaakt op de manier die Martin enkele pagina’s terug heeft laten zien.
De ‘pressure-side’ van het turbineblad is gefreesd met een 35mm frees. Waarna de ‘suction-side’ met de een bandschuurmachine in vorm is geslepen. Na twee dagen achter de bandschuurmachine te hebben gestaan was het eindelijk klaar, maar wat een monnikenwerk .
Helaas heb ik niet veel gedetailleerde foto’s van het turbinewiel en het slijpen maar die houden jullie tegoed.

De pressure side van het turbineblad is gefreesd.



Daarna de bladen geboden met een hoek van 31 graden. Alle bladen heb ik gecontroleerd met een malletje om er zeker van te zijn dat je hoeken gelijk zijn.



Het turbinewiel gebalanceerd en gemonteerd.



Voor de eerste test moest natuurlijk de motor op een bok gezet worden om vervolgens alle randapparatuur aan te sluiten. De Bosch 044 brandstofpomp wordt aangestuurd door een standaard PWM regelaar. Dit is een vrij eenvoudig systeem maar werk goed genoeg.
De temperatuurmeting is ook vrij simpel, gewoon een thermokoppel en een goedkope thermometer. Daarnaast wil ik graag de compressordruk en de brandstof druk meten maar de juiste maat tap(3/8 NPT) wacht ik nog steeds. De eerste test zal dus even zonder moeten.
Naast de temperatuur en de drukken zijn ook de toeren van belang. Bij de KJ66 maak ik gebruik van een laser toerenteller. Deze moet je deze met de hand vasthouden en laat je bij het starten nou net beide handen nodig hebben. Bij de eerste test dus geen drukmeters en geen toerenteller :s.

Motor met Fuel, Gas en Oil aansluitingen.



Gehele testopstelling (testbok is op deze foto nog niet vast gemaakt aan de grond)



Brandstof pomp met filter



Pwm regelaar met daarachter de thermometer



En als alles klaar staat is het moment aangebroken; de eerste test!
Test 1
De eerste test ging niet helemaal volgens plan. Het gas verwarmde de verbrandingskamer en met behulp van een compressor toerde de motor op. Toen de brandstofpomp begon met pompen, pompte hij veel te snel een gigantische hoeveelheid brandstof naar binnen. Dit resulteerde in een hele grote flame out. Conclusie; brandstofpomp is veel te sterk en een restrictie in de leiding is noodzakelijk.

Test 2
Na een kraantje geplaatst te hebben in de brandstofleiding, kon test 2 beginnen.
Bij het toevoeren van brandstof ging het weer fout, weer een gigantische flame out waarbij de lager begonnen te koken. Dus motor weer uitelkaar, alles grondig inspecteren, en natuurlijk de lagers vervangen.

Test 3
Eindelijk een filmpje; (sorry voor het schokkerige beeld)


Bij de derde test heb ik de brandstofpomp nog meer afgeknepen. Toch was er weer sprake van een flame out.
Even een paar dingen op een rij gezet;
• De lagers maken veel lawaai. Ik heb keramische besteld hopelijk lost dat het op.
• Door de hitte van de motor is het NGV het een beetje krom getrokken en het turbinewiel is gaan aanlopen. Dit kun je in het filmpje zien aan de ‘vonkjes’ bij de uitlaat.
• Bij het optoeren van de motor begon hij enorm te brommen, het leek wel een pulsejet!
Misschien is het NGV te gesloten, als ik binnenkort te kamerdruk kan meten kan ik hier denk ik meer over zeggen.
• Bij mijn KJ66 (en ook bij gasturbines van anderen) geven de sticks een mooi patroon op de voorkant van de verbrandingskamer. Dit patroon is bij de Kratos niet te zien, zou dit misschien betekenen dat de sticks te kort zijn? Dat zou misschien ook de flame outs verklaren.



• Flame outs, waar zouden deze worden veroorzaakt? Het lijkt met niet dat de brandstofpomp nu nog het probleem is. Misschien zijn de sticks te kort of start ik met een veel te laag toerental.
Volgende test zal ik proberen om de motor een hoger toerental te geven.
• Het laatste punt is iets vreemds wat ik niet kan verklaren. De verbrandingskamer is niet overal even warm geworden. Op de foto is duidelijke te zien dat tussen vijf en tien uur de verbrandingskamer veel minder heet is geworden dat de rest. Hebben jullie een idee waardoor dit wordt veroorzaakt?




Ik ben blij dat na bijna 3 jaar de motor eindelijk een kleine brul heeft gegeven, maar er is nog wel flink wat werk aan de winkel!


.

 

Geweldig mooi resultaat Patrick,wiel mooi geslepen ,het rvs is goed hitte bestendig zo te zien,ga zo door en als je nog eens wat rvs nodig hebt weet je me te vinden!
groet Rene.

 

Bedankt Rene!
Het turbinewiel kan de hitte inderdaad goed aan, zelfs beter dan ik had verwacht.
Wellicht heb ik binnenkort nog wat rvs nodig voor een nieuwe verbrandingskamer, maar tegen die tijd mail ik je wel.

Ik heb ook een brushless startmotor gekocht, deze zal met de hand op de compressormoer gedrukt worden.
Hopenlijk zijn 'hung-starts' dan verledentijd.

 

Ziet er mooi uit.
Ik kijk al een tijdje mee, en volg ook AgentJayZ op youtube (AgentJayZ - YouTube). De schaal is wat verschillend, maar zelfde idee

betreft de verschillende temperaturen: Ik weet niet precies hoeveel sticks je gebruikt, en hoe het spray-patroon is, maar daar zou het in kunnen zitten.

Het lijkt me dat verschillen in hitte wordt veroorzaakt door verschil in ontbranding van de brandstof.
Wat je in full-scale ziet is dat er moet bij een deel van de brandstof injectoren ook een ontstekeingsmechanisme zit. De brandstof in alle kamers (maar dat gaat hier niet helemaal op) ontvlamt dan via buizen vanuit die specifieke kamers.

Wellicht kan je ook kijken naar de lucht toevoer. verschil in hitte kan ook worden veroorzaakt door de verhouding brandstof/zuurstof. een evenredige verdeling/toevoer van zuurstof zou de basis moeten zijn voor een evenredige hitteverdeling. maar ja, zou moeten zijn...

 

@puredevotion

AgentJayz volg ik ook, hij maakt super interessante filmpjes.

Wat betreft het vlammenpatroon; Ik ga de gaten iets buigen zoals in de KJ66.
Daarna hoop ik met de nieuwe startmotor(is nog onderweg) beter/sneller te kunnen starten. Vervolgens ga ik de motor langer 'self-sustain' laten draaien om daarna te kijken wat het vlammenpatroon doet. De eerste tests waren immers heel kort, wellicht was de ontbranding nog niet helemaal gelijk verdeeld over de kamer.

 

hallo Patrick
ja je bent echt op de goede weg hoor
ik hoor de motor namelijk al mooi optoeren
dat brom is te veel brandstof, tenminste dat denk ik
je turbine wiel en stator staan volgens mij te dicht
want je wil niet weten hoeveel lucht de compressor bij 1 omwenteling kan geven
nog een beetje voorzichtiger je brandstof doseren
probeer de motor ook hoger in toeren te krijgen voor dat je brandstof geeft
je kamer is goed , die doet het wel
je krijgt em wel goed , daar heb ik wel vertrouwen in
en proficiat met je maiden
je flikt het het toch maar mooi
Mvg,
martin.

 

Hoi martin,

De brandstoftoevoer is heel kritisch heb ik gemerkt. Ik heb een extra regelventieltje waarmee ik de brandstof kan knijpen, deze kan ik dus dichter zetten.

Het optoeren met de compressor werkt niet, daarom heb ik een startmotor besteld.
Met deze brushless motor verwacht ik dat ik je motor naar circa 15k kan optoeren.

De compressor levert inderdaad een gigantische hoeveelheid lucht. Deze lucht moet natuurlijk wel goed door het NGV en de turbine gaan. De doorlaatbaarheid van het NGV en de turbine speelt hierbij een belangrijke rol. Ik dacht dat dit te beïnvloeden is door bijvoorbeeld het NGV meer open te maken. Maar wat voor rol speelt de afstand tussen het NGV en de turbine? Hoe merk je dat dat niet goed is? Veranderd hierdoor de keteldruk?

EDIT:
Ik heb even de tekeningen bekeken; de afstand tussen de NGV bladen en de turbine bladen is 10mm. De spleet tussen het NGV en het turbinewiel is 4mm.

 

is het misschien mogelijk om aan de kant van de compressor een lek te maken?
en ook op het huis van de turbine?
ik heb wel eens een motor hier gehad die wou niet goed lopen
ik heb toen een paar boutjes uit de achterkant van het turbine huis gedraaid
en dat ging al een stuk beter
toen wist ik waar ik het moest zoeken
jou motor is veel groter natuurlijk
maar heb je een foto voor mij waar je het vlam patroon( verkleuring ) van de brandkamer kan zien
de zijkant is genoeg
meestal kun je hierdoor al een heleboel zien ,wat goed of slecht is
Mvg,
martin

 

De eerste start was een hele hete start, daardoor is de verbrandingskamer heel heet geworden. Er is dus weinig vlampatroon te zien is op de verbrandingskamer.
maar een paar foto's:

 

ok dank je Patrick
nee dan is de motor dus nog niet op druk gekomen
totaal geen patroon te zien
ik dacht dat ik hem op hoorde toeren , en dat ie zelf ook wou blijven lopen
ik denk niet dat je deze motor met de kj moet vergelijken
dit is totaal anders
ik monteer altijd ringen rond de brandkamer
die zijn verschuifbaar
als ik een kamer ontwikkel , dan schuif ik net zo lang tot ik het beste resultaat heb
ik maak ook sleufgaten in de kamer , en dek die gedeeltelijk af
door het schuiven kan je de lucht regelen
werkt misschien bij jou ook wel
je moet soms ook wel eens gaten tegen de luchtstroom in zetten , om op die plek wat rust in de kamer te creeren

 

De motor toerde wel degelijk op, en draaide eventjes self-sustain.
Ik denk dat het meer een 'hung' start was.

Die ringen zijn een goed idee. Die ga ik ook eens maken.
Waar maak je die sleuven? In de voorkant van de verbrandingskamer?

Ik kan niet wachten tot ik alle onderdelen binnen heb! Mijn vingers jeuken verschrikkelijk

 

de sleufgaten maak ik in de buitenkamer
voor , midden ,achter
en dan gebruik ik twee ringen voor 1 sleufgat
op die manier kan je gaten opschuiven en groter of kleiner maken

 

ik heb nog even nagedacht Patrick
ik zou nog niets aan ngv of turbine wiel veranderen
wat je zou kunnen doen is aan de voorzijde van de buitenkamer meer kleine gaten er bij boren
ik denk namelijk dat er te veel lucht door de sticks gaat

 

Niet alleen moet ik dit draadje afstoffen, de motor heb ik ook moeten afstoffen.(shame on me)

Na een lange tijd het veel te druk gehad te hebben met studeren, tentamens en andere verplichtingen heb ik eindelijk weer eens tijd gehad om mijn handen vies te maken.

Een tijdje geleden had ik een elektrische startmotor besteld omdat de compressor(6 bar) simpel weg niet genoeg power heeft. De motor komt dan niet op een fatsoenlijk toerental om te starten.De brushless start motor kan de turbine naar circa 15k toeren brengen om dan vervolgens zelf verder op te toeren. Althans, dat was het idee…

De motor zit voorop zoals iedereen gewend is, echter zit er geen fancy bendix koppeling op maar kan de motor in zijn geheel naar voren bewegen. Lekker simpel en voor de eerste tests waarschijnlijk goed genoeg. Over de motor zit een 3D-geprinte behuizing aangezien de motor vrij warm wordt en ik hem met de hand naar voren en naar achter schuif.

De gehele test opstelling


Startmotor verscholen achter de kunststof behuizing





Overzicht test opstelling


Mooi thermokoppeltje



Voor de eerste ‘elektrische’ test heb ik ook het turbinewiel iets verder ‘open’ gezet.

Resultaat? Niets, nada, noppes. (afgezien van een spectaculaire flame-out)
Ondanks het hoge vermogen van de elektra-motor is hij niet in staat om de motor in een korte tijd naar een fatsoenlijk toerental te brengen. àls hij dan uiteindelijk een hoog toerental bereikt slaat hij uit wegens oververhitting van de startmotor :s. Dit schiet dus niet op.

Na wikken en wegen kwam ik eigenlijk op een heel simpel idee. Als 6 bar luchtdruk niet genoeg is om de motor aan te slingeren dan is 230 bar dat misschien wel!
Kortom een duikfles gehaald en met een slang verbonden aan de inlaat-bel. Ondertussen ook even het turbinewiel en het NGV aangepast zodat ze nog meer ‘open’ of ‘doorlatend’ zijn. Daarna nog een extra leiding gemaakt naar het achterste lager zodat die beter gekoeld en gesmeerd word.





Resultaat? Eindelijk een echt lopende motor! Uitlaattemperatuur van circa 750C en een kamerdruk van 1,5 tot 2 bar. De test was vrij kort op laag vermogen omdat de rotor beter gebalanceerd moet worden. Ik durfde de lagers niet verder te mishandelen.

Het lijstje met dingen die verbeterd moeten worden;
- Beter balanceren!
- Nieuw NGV, door meerdere hot-starts is deze niet meer de oude
- Beter passende inlaat-bel
- Iets meer koelende lucht bij de astunnel(nog niet echt een idee hoe ik dat ga doen).

 

Hallo allemaal,

Na een tijd lang niets aan de motor gedaan te hebben heb ik wederom een paar dagen vrij kunnen maken om te sleutelen!
Helaas door mijn studie heb ik erg weinig tijd om te knutselen maar soms lukt het om het te combineren.
Afgelopen maanden bijvoorbeeld een vak gevolgd waarbij er meerdere fysische domeinen met de computer gesimuleerd worden. (COMSOL Multiphysics)
Dat is natuurlijk een buitenkansje om aan de gasturbine te werken. Na de docent overtuigt te hebben hoe leuk het bouwen van gasturbines is, heb ik een klein deel van de verbrandingskamer mogen simuleren als eindopdracht.
In de simulatie word de turbulente stroming(CFD) en de thermische processen gesimuleerd. Mocht ik later ooit nog tijd hebben(en een betere computer) dan wil ik ook de chemische processen erin verwerken.

De volgende foto's laten zien hoe het er ongeveer uitziet;

De snelheid van de lucht in de verbrandingskamer


De temperatuur van de verbrandingskamer.

Wanneer je zo'n simulatie maakt vallen er ineens dingen op die verbeterd kunnen worden. Er ontstaat een vrij grote drukval langs de astunnel, dit kan beter!

De lokale druk binnen de verbrandingskamer.

Na het computeren is het natuurlijk tijd om de handen vies te maken. Zoals in de vorige posts al aangegeven was werd het tijd voor een nieuw NGV. Gelukkig had ik nog reserve schoepjes en strips die laser gesneden zijn door Rene. Het oorspronkelijk ontwerp was niet optimaal, het NGV was te 'dicht' waardoor de temperatuur te hoog opliep. In het nieuwe NGV zijn de schoepjes iets ingekort waardoor de temperaturen lager zullen zijn. Helaas heb ik geen foto's van het nieuwe NGV, die houden jullie nog tegoed.

Naast het uitgebrande NGV was me nog iets opgevallen bij de demontage van de motor. De achterkant (vlak voor het achterste lager) van de as was erg warm geworden, waarschijnlijk komt dit doordat het brandstof/olie mengsel vlam heeft gevat.
Dit mengsel moet de lagers koelen en smeren niet verhitten . Dat kan natuurlijk nooit lang goed gaan. Daarom heb ik een extra olie naald aangebracht vlak voor het achterste lager en in plaats van een brandstof/olie mengsel spuit ik daar nu pure olie doorheen. Dit betekent wel dat er nu een extra pomp nodig is om de olie te verpompen. Het is natuurlijk geen permanente oplossing om pure olie op die manier te verstoken maar ik kan wel de oorzaak achterhalen. Daarna kan ik gaan nadenken over een èchte oplossing.

Na het monteren van het NGV en het nieuwe smeersysteem was het natuurlijk direct tijd om te testen.
De test-opstelling is, op de duikfles na, niet veranderd.



En dan vlammen maar!


Hoewel de test kort was(mede om de relatie met de buren goed te houden) heeft de motor wel goed gedraaid.
De temperaturen zijn acceptabel en nu is het tijd om de lagers en het smeersysteem te verbeteren.
Komende maanden zullen er waarschijnlijk weinig updates komen aangezien ik dan ga beginnen met afstuderen. (maar daar ga ik ook gasturbines bouwen dus ik zal niet stil zitten )

 

blijft knap zelf een gasturbines bouwen.