Kratos I, 127mm gasturbine (eigen ontwerp)

Beste Gasturbine-bouwers,

Zoals ik in mijn andere KJ66 draadje al had aangekondigd, ga ik zelf een gasturbine ontwerpen en bouwen.
De motor zal een stuk groter zijn dan de KJ66. Hij krijgt namelijk een 127 mm compressor.
Een toepassing voor de motor heb ik nog niet. Dit zal later wel komen(misschien een boot, motor of zelfs een auto).
Ik ga me eerst richten op de gasturbine daarna lijkt het me ook leuk om een freepower bouwen.

Omdat ik de gehele motor zelf ga ontwerpen zal ik er ook aan moeten rekenen.
Daarom ben ik opzoek geweest naar boeken o.i.d., maar ik kon heel weinig vinden over de berekeningen
van bijvoorbeeld een keildiffusor. Weten jullie waar ik goede informatie kan vinden?

Tekeningen
De tekeningen ben ik aan het maken in Inventor 2012 en zal ik hier uploaden zodat iedereen er gebruik
van kan maken.

Compressor
Deze gasturbine zal gebruik maken van compressor met een exducer van 127 mm. De inducer heeft een
diameter van 91,1 mm. Deze compressor heb ik via ebay gekocht en is al het goed is het een Garrett, een
typenummer heb ik niet.




Diffuser
Ik ben al een beetje begonnen met tekenen. Echter liep ik spaak bij de diffuser.
Ik wil een keildiffuser maken. De hoeveelheid en de hoeken van de wiggen is natuurlijk erg belangrijk.
Na veel zoekwerk heb ik niets gevonden over het doorrekenen van een keildiffuser.
Het zal te maken hebben met de weerstand, drukopbouw en uiteindelijke flow. Kan iemand mij hier mee helpen?
Hoe hebben jullie de diffuser doorgerekend?

Lagers
De lagers zijn natuurlijk een heel belangrijke onderdelen die heel veel te verduren krijgen.
Na wat research gedaan te hebben, heb ik bijna geen (betaalbare)lagers kunnen vinden die geen gebruik
maken van een kooi. Daarom wil ik zelf bestaande lagers gaan verbouwen. Ik kwam op dit idee na het kijken
van dit filmpje:


Na wat draaiwerk is het aardig gelukt. Ik heb gebruik gemaakt van een oud SKF 6202 C4 lager, dit heb ik
uitgedraaid en weer geassembleerd met de juiste hoeveelheid stalen kogels.
Om het lager te testen heb ik dit 2 uur met een axiale belasting laten draaien op 2000 RPM. Het lager loopt
nog steeds zeer soepel. Kortom; de eerste test is gelukt, meerdere zullen volgen.


Verbrandingskamer
Bij het ontwerpen van de verbrandingskamer is het gatenpatroon natuurlijk van belang.
Nou levert dit hetzelfde probleem op als bij de diffusor, ik weet niet hoe je dit kunt berekenen.
Hoe doen de gasturbine-experts dit? Berekenen jullie dit of gaat dit op gevoel/ervaring?

Turbine
Het turbinewiel ga ik zelf maken. Ik ben van plan om het turbine wiel uit een Inconel plaat te maken en dan
te buigen(zoals frema dat zo mooi doet). Om een beetje 'feeling' te krijgen zal ik eerst een RVS proefmodel maken.
Moet ik bij het ontwerpen van het turbine wiel er op letten dat ik hem om ga bouwen naar een freepower?

Foto's
Ik ben net begonnen met de tekeningen, ze zijn dus nog lang niet af. Toch alvast wat foto's als 'voorproefje'.


Komende twee weken heb ik tentamens en zal ik waarschijnlijk niet met updates komen, maar daarna gaat het project echt van start.(ik moet nog wel een goede naam verzinnen)

 

SUCCES,

Ik ga het zeker volgen ben erg benieuwd hoe het ontwerpen je zal vergaan.

Denk dat iemand als Frema als hij er de tijd voor heeft je op weg kan helpen met wat tips.

Ik teken ook met inventor, echt geweldig programma.

Groet,

Rob

 

Hee Patrick,

dat gaat weer een geweldig project worden.
Onmdanks dat ik niet "in de bouw" van deze motoren zit volg ik het wel op de voet.

Succes.

Berto.

 

Grappig,

zo ene heb ik ook nog liggen:



Alleen die is 108mm geloof ik, en ik vond die al groot. Ik kan me dus voorstellen hoe groot degene is die jij hebt

nog veel verstand heb ik er niet van P lol) maar dit is wat mijn gevoel zegt:

- Bij het tekenen van mijn vortex/keil diffusor heb ik de tekeningen van wren aangehouden wat betreft de hoeken. De lijnen heb ik dusdanig doorgetrokken naar buiten. Als eerste diff lijkt me dit een prima keuze, gewoon opschalen en proberen.

- Je lagers gaan niet werken vrees ik. Je hebt ze op 2000 rpm getest, dat is peanuts t.o.v. de 100k rpm die jij gaat draaien vermoed ik. Lagers moeten met uiterste precisie gemaakt worden, anders beschoren ze geen lang leven denk ik..

- Je verbrandingskamers is te lang denk ik zoals je m nu op de afbeelding hebt. Volgens mij is dit ook iets wat je op gevoel moet gaan doen. Ik zou gaan kijken naar overeenkomsten tussen de KJ66 en Wren 54 en dan opschalen.

- Als je Freepower wilt, is je turbinewiel HEEL belangrijk. Er moet namelijk nog genoeg "gas" doorgelaten worden naar het (toekomstige) freepower wiel. De hoek van je 1e wiel is daardoor minder scherp dan bij de thrust versie. Doe je dat niet, dan stijgt de temperatuur in de 1st stage enorm (en wordt te veel) terwijl je 2nd stage nauwelijks toeren maakt. Lees daarvoor DIT stukje even door.

Zie:


Ben benieuwd wat de andere er van denken.

veel succes ermee.


Gr. Rik

 

Bedankt voor de reacties!

@rik

Hartelijk bedankt voor de informatie, hier kan ik veel mee!

Om even terug te komen op de lagers.
Er zijn mensen (zoals cvetko) die hun lagers op deze manier maken. Het zou dus mogelijk moeten zijn.

Zoals je al zei, de eerste test van 2000 toeren is peanuts.
Toch hoeft dit lager geen 100.000 toeren aan zoals in de kleine gasturbines wel het geval is.
Doordat de diameter veel groter is, zijn te toeren lager.
Het maximale toerental bereken ik door uit te gaan van de maximale tipsnelheid.

Even een snel rekensommetje:
Laten we zeggen dat de KJ66 maximaal op 100.000 toeren draait. De tipsnelheid is dan 345 m/s.(ofwel 1244 km/h)
Als ik uit ga van deze maximale tipsnelheid dan zou de 127mm gasturbine op een maximaal toerental komen van 51.900 toeren. De toeren van de 127mm zijn dus heel wat lager dan die van de KJ66.

Als volgende test wil ik hem axiaal belasten bij een toerental van ongeveer 20.000 RPM. Hier moet ik nog wel een testopstelling voor maken. Hoe ik deze toeren ga bereiken weet ik alleen nog niet.

 

Ik ben weer bezig geweest met de tekeningen.
Wat vinden jullie van het diffuserontwerp?
Hij is nu rond 210, is dit groot genoeg? (hier heb ik nog iets van liggen) Wat vinden jullie van de hoeken?

Wat denken jullie van de verbrandinskamer?(gelet op gatenpatroon en hoeveelheid verdampinsbuizen)

 

knap werk hoor doe het je niet na

 

Je hoeken lijken me ok, bijna identiek aan de hoek die ik heb gebruikt (niet dat dat ideaal is, maar het is een begin ). Ik denk dat je punt de helft er dichter bij mag, de afstand lijkt wat groot op t eerste gezicht. Sterker nog, deze zou ik gelijk houden ipv opschalen.

Je turbine lijkt me naar verhouding wel wat lang te worden.

vanwaar de vlakjes aan de acherdeksel? is de bevestiging niet eenvoudiger te maken?

Hoe denken anderen hier over?

Gr. Rik

 

Mijn tentamens zijn nu voorbij, dus is er weer tijd voor de hobby!

Ik ben weer verder met te tekeningen. Morgen of overmorgen zal ik alles duidelijk neer zetten, maar voor nu even een sneak-preview.




@ rik

De achtervlakjes zijn voor het bevestigen van de brandstofleidingen. (waarschijnlijk ga ik dit wel veranderen.

 

Haha patrick,

hier ook tentamens voorbij, dus hobby-time
Ik bedoelde inderdaad dat je alles zo eenvoudig mogelijk moet tekenen. Je moet het ook nog maken he

Gr. Rik

 

En weer een update!

Ik ben weer bezig geweest met de tekeningen, en zijn er enkele onderdelen binnen gekomen.
De motor heeft de griekse naam 'Kratos I' gekregen. Hopelijk doet hij zijn naam eer aan.

De foto's:
Het wordt uiteindelijk een freepower gasturbine, echter heb ik in de tekening (voor de grap) er een stuwconus ingezet.






Van de 3d tekeningen zullen uiteindelijk 2d tekeningen gemaakt worden.
Ik ben hiermee begonnen. Deze zijn echter nog lang niet af.
Een voorproefje:
Download Kratos I.pdf

Foto's van de onderdelen en materialen:
Aluminium(dural) 450x240x28


Staal ∅30*550 voor de as (42CrMo4, treksterkte 1300 MPa)


Bougie NGK LFR5B, deze heeft een draadlengte van maarliefst 26mm.


Zaagfrees, de zaagfrezen die we hadden liggen waren erg oud en beschadigt.
Daarom heb ik een nieuwe gekocht, daarvoor heb ik ook een houdertje gedraaid.
De zaagfrees heb ik nodig om het turbinewiel te maken. Met het 'test'-wiel van RVS ben ik al een klein beetje begonnen.



@Rik
Uiteraard moeten alle onderdelen zo eenvoudig mogelijk zijn. Daarom wordt de CC achterdeksel (met die vlakjes) niet uit één deel gemaakt. De vlakjes kunnen natuurlijk gewoon erop getiglast.
Om de motor zelf inelkaar te kunnen tiggen moet ik nog wel even opzoek naar een tigapparaat.

 

Weer een update!
Om het compressor wiel passend te maken moet er een stuk worden afgedraaid.
Wanneer je dit niet zou doen zal het compressor wiel gaan aanlopen.
Om het wiel nauwkeurig te kunnen afdraaien heb ik een as gedraaid.



Hier kan de compressor worden op gemonteerd(de as mag uiteraard niet uit de draaibank gehaald worden). Vervolgens kan de compressor worden afgedraait.



En dit is het resultaat:

 

Weer een update!

Voor het lassen van de verbrandingskamer heb ik een tig-lasapparaat gekocht.
Het is een goedkoop apparaat, maar last verbazingwekkend goed.



Ook ben ik begonnen met het maken van de as. Dit leverde echter een probleem op bij het langs-draaien, doordat de as erg lang is gaat hij trillen. Een trillende as kan natuurlijk niet nauwkeurig gedraaid worden. Om de trillingen tegen te gaan moet je dan gebruik maken van een meelopende bril. Deze had ik niet en daarom heb ik er één moeten maken.
Het frame is gemaakt van stalen strip 70*15(had ik nog liggen). De 'glijlagers' zijn gemaakt van brons.
Hij werkt goed en houd de as mooi stabiel.



Nadat de bril af was, en goed werkte, ben ik verder gegaan met het draaien van de as.
Deze heb ik nu overmaats gedraait.



Ik heb veel materiaal aluminium besteld, hopelijk komt dit snel binnen en kan ik echt gaan beginnen met bouwen.

 

Hallo

Voor informatie en berekeningen moet je de boeken van Thomas Kamps een kijken en in het boek van Schreckling over de TK 50 worden ook keidiffusers genoemd

Eric

 

ja ,maar die kun je tegenwoordig ook anders maken die diffusors.
als er problemen mee zijn ,dan hoor ik het wel Patrick

 

Waar bestel jij je materiaal eigenlijk?
Ik heb laatst alu voor mijn KJ66 Turbine bij metaalwinkel.nl gehaald... erg aardige lui daar, maar verschrikkelijk duur!
Dus als je een leuk adresje hebt, hoor ik het graag!

 

aluminium

Ik koop regelmatig materiaal bij een mevrouw in amsterdam die heeft een tuin huis vol allerlei materialen. Keurig gesorteerd echt een walhallah voor ons hobbyisten.
En voor echte hobby prijsjes
Ze woont in Amsterdam en heet Aat Muller, adverteerd ook op Marktplaats

Gr. Rob

 

CMD aluminium, redelijke prijs, snel geleverd.
informeer er eens zou ik zeggen.

Gr. Rik

 

Het alu heb ik gekocht in duitsland. www.metallstore.de - Ze leveren verschillende types aluminium voor een goede prijs. Het nadeel van alu kopen vanuit iemands achtertuin is dat je niet precies weet wat voor legering het is, soms is dat wel van belang.
Voor de astunnel maak ik gebruik van 7075-T6 omdat dit een hard soort alu is.
De andere onderdelen maak ik voornamelijk gebruik van 2011 alu vanwege de verspaanbaarheid.

De laatste tijd heb ik het behoorlijk druk gehad en heb ik dus niet heel veel aan de gasturbine kunnen werken. Toch heb ik wel wat kunnen doen.
Om astunnel af te maken had ik een vaste bril nodig. Omdat ik deze niet had, heb ik er zelf een gemaakt. Foto komt nog.

Het maken van de astunnel was een hoop werk. Er moet veel verspaand worden. Gelukkig verspaant dit 7075-T6 alu wel erg goed. De kleine astunnel die er naast ligt is van een kj66(ter vergelijking).
Ik ben zeer tevreden met het resultaat, het is een kunstwerkje opzich.







Voor het maken van de compressordeksel heb ik een radiusbeitel nodig.
Deze wil zelf gaan maken. De beitel moet wel gehard worden.
Hiervoor heb ik een 'hardingsoven' gemaakt van een pan, vergiet en een luchtpomp.



Met de oven kan ook aluminium gesmolten worden. Ik heb voor de grap wat afval aluminium gesmolten en in een leuk vormpje gegoten.

 

Dat aluminium heb je heel erg mooi afgedraaid zeg

complimenten, ben benieuwd naar de rest!

Gr. Rik