Lo más difícil de fabricar y lo más importante para la operación de la turbina es la etapa del compresor. Por lo general, se requiere una herramienta de mecanizado CNC precisa o un accionamiento manual para ensamblarlo. Afortunadamente, el compresor funciona a bajas temperaturas y puede imprimirse en una impresora 3D.
Otra cosa que suele ser muy difícil de reproducir en casa condiciones, esta es la llamada "hoja de boquilla" o simplemente GNV. Mediante prueba y error, el autor encontró una forma de hacerlo sin utilizar una máquina de soldar u otras herramientas exóticas.
Lo que se necesita:
1) Impresora 3D capaz de trabajar con hilo PLA. Si tiene uno costoso, como Ultimaker, esto es excelente, pero más barato, como Prusa Anet, también servirá;
2) Debe tener suficiente PLA para imprimir todas las partes. El ABS no es adecuado para este proyecto, ya que es demasiado blando. Probablemente pueda usar PETG, pero esto no ha sido probado, así que hágalo bajo su propio riesgo;
3) Una lata del tamaño apropiado (diámetro 100 mm, longitud 145 mm). Preferiblemente, la jarra debe tener una tapa extraíble. Puede tomar una lata normal (por ejemplo, de trozos de piña), pero luego deberá hacer una tapa de metal;
4) Chapa de hierro galvanizado. Un espesor de 0,5 mm es óptimo. Puede elegir un grosor diferente, pero puede tener dificultades para doblar o moler, así que prepárese. En cualquier caso, necesitará al menos una pequeña tira de hierro galvanizado con un espesor de 0.5 mm para hacer un espaciador para la carcasa de la turbina. Se adapta a 2 piezas Tamaño 200 x 30 mm;
5) Hoja de acero inoxidable para la fabricación de una rueda de turbina, rueda de GNV y carcasa de la turbina. Nuevamente, un espesor de 0.5 mm es óptimo.
6) Una barra de acero sólido para fabricar un eje de turbina. Precaución: el acero dulce simplemente no funciona aquí. Necesitará al menos un poco de acero al carbono. Las aleaciones duras serán aún mejores. El diámetro del eje es de 6 mm. Puede elegir un diámetro diferente, pero luego necesitará encontrar los materiales adecuados para la fabricación del cubo;
7) 2 piezas 6x22 rodamientos 626zz;
8) Boquillas de 1/2 "de 150 mm de largo y dos accesorios finales;
9) una máquina de perforación;
10) afilado
11) dremel (o algo similar)
12) Sierra para metal, alicates, destornillador, troquel M6, tijeras, vicio, etc.
13) una pieza de tubería hecha de cobre o acero inoxidable para atomizar combustible;
14) Un conjunto de pernos, tuercas, abrazaderas, tubos de vinilo y otras cosas;
15) quemador de propano o butano
Si desea arrancar el motor, también necesitará:
16) Tanque de propano. Hay motores de gasolina o queroseno, pero hacerlos funcionar con estos combustibles es un poco difícil. Es mejor comenzar con propano y luego decidir si desea cambiar a combustible líquido o si ya está satisfecho con combustible de gas;
17) Un manómetro capaz de medir una presión de varios mm de agua.
18) Tacómetro digital para medir la velocidad de la turbina
19) Arrancador. Para arrancar un motor a reacción, puede usar:
Ventilador (100 W o más). Mejor centrífugo)
un motor eléctrico (con una potencia de 100 W o más, 15,000 rpm; puede usar su dremel aquí).
Hacer el centro
El centro estará hecho de:
Tubo ramificado de 1/2 "de 150 mm de largo;
dos accesorios de 1/2 "para mangueras;
y dos rodamientos 626zz;
Con una sierra para metales, corte los árboles de Navidad de los accesorios y use un taladro para agrandar los agujeros restantes. Inserte los rodamientos en las tuercas y atorníllelas en la boquilla. El hub está listo.
Hacer un eje
La teoría (y la experiencia hasta cierto punto) dice que no hay diferencia si haces un eje de acero dulce, acero duro o acero inoxidable. Así que elija el que sea más accesible para usted.
Si espera obtener una tracción decente de una turbina, es mejor usar una varilla de acero con un diámetro de 10 mm (o más). Sin embargo, al momento de escribir, había un eje de solo 6 mm.
Corte el hilo M6, por un lado, con una longitud de 35 mm. Luego, debe cortar la rosca desde el otro extremo de la varilla para que cuando la varilla se inserte en el cubo (los cojinetes se apoyan contra el extremo de la boquilla se aprietan con las tuercas que hizo de los accesorios de la manguera) y cuando las tuercas de seguridad se atornillan al extremo de la rosca en ambos lados, entre Las tuercas y los cojinetes dejan un pequeño espacio libre. Este es un procedimiento muy complicado. Si el hilo es demasiado corto y el juego longitudinal es demasiado grande, puede cortar el hilo un poco más. Pero si el hilo parece demasiado largo (y no hay ningún espacio longitudinal), será imposible arreglarlo.
Como opción, los ejes de la impresora láser tienen exactamente 6 mm de diámetro. Su desventaja es que su límite es de 20-25000 rpm. Si desea mayores revoluciones, use barras más gruesas.
Impresión 3D de ruedas de turbina y matrices de GNV
Para la fabricación de una rueda de turbina, o más bien sus palas, se utilizan matrices de prensa.
La forma de la cuchilla se vuelve más lisa si presiona la cuchilla no a la forma final en un paso (pasaje), sino a alguna forma intermedia (1ra pasada) y solo entonces a la forma final (2da pasada). Por lo tanto, hay un STL para ambos tipos de moldes. Para el primer pase y para el segundo.
Aquí están los archivos STL para las ruedas NGV y los archivos STL para las matrices de ruedas de turbina:
Fabricación de impulsores
Este diseño utiliza 2 tipos de ruedas de acero. A saber: rueda de turbina y rueda de GNV. El acero inoxidable se utiliza para su fabricación. Si estuvieran hechos de material ligero o galvanizado, apenas serían suficientes para mostrar cómo funciona el motor.
Puede cortar discos de una lámina de metal y luego perforar un agujero en el centro, pero lo más probable es que no llegue al centro. Por lo tanto, taladre un agujero en la lámina de metal y luego pegue la plantilla de papel para que coincida el agujero en el metal y el lugar para el agujero en la plantilla de papel. Corte el metal según el patrón.
Puede encontrar y descargar las plantillas a continuación:
patrón de rueda de turbina
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plantilla de álabe de turbina
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Taladre agujeros auxiliares. (Tenga en cuenta que los agujeros centrales ya deben estar perforados.También tenga en cuenta que la rueda de la turbina tiene solo un orificio central).
También sería bueno dejar un poco de margen al cortar metal y luego rectificar el borde de los discos con una máquina de perforación y un afilador.
En este punto, podría ser mejor hacer varios discos de respaldo. Además, quedará claro por qué.
Formación de cuchillas
Los discos picados son difíciles de encajar en la matriz. Use alicates para rotar las cuchillas ligeramente. Los discos con cuchillas pretorsionadas son mucho más fáciles de formar matrices. Sujete el disco entre las mitades de la prensa y apriételo en un vicio. Si las matrices se lubricaron previamente con aceite de máquina, todo será mucho más fácil.
El vicio es una prensa bastante débil, por lo que lo más probable es que necesites golpear el nudo con un martillo para comprimirlo aún más. Use algunos cojines de madera para no romper los troqueles de plástico.
La formación en dos etapas (usando matrices de primer paso y matrices de segundo paso para finalizar el formulario) definitivamente ofrece mejores resultados.
Hacemos un soporte
El archivo del documento con la plantilla para el soporte está aquí:
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Corte la pieza de una hoja de acero inoxidable, taladre los agujeros necesarios y doble la pieza como se muestra en las fotografías.
Hacemos un juego de separadores de metal.
Si tiene un torno, puede hacer todos los espaciadores en él. Otra forma de hacer esto es cortar varios discos planos de una lámina de metal, colocarlos uno encima del otro y apretarlos firmemente con pernos para obtener una parte tridimensional.
Use aquí una hoja de acero suave (o galvanizado) de 1 mm de espesor.
Los documentos con plantillas para espaciadores están aquí:
Necesitará 2 discos pequeños y 12 grandes. La cantidad se da para una lámina de metal de 1 mm de espesor. Si está usando más delgado o más grueso, necesitará ajustar la cantidad de discos para obtener el grosor total correcto.
Corte discos y taladre agujeros. Gire los discos del mismo diámetro como se describe anteriormente.
Soporte lavadora
Como la arandela de soporte sostiene todo el conjunto de GNV, debe usar material más grueso aquí. Puede utilizar una arandela o lámina de acero adecuada (negra) con un grosor de al menos 2 mm.
Patrón para una lavadora:
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Montaje del interior de GNV
Ahora tiene todos los detalles para ensamblar NGV. Instálelos en el cubo como se muestra en las fotografías.
La turbina necesita algo de presión para su funcionamiento normal. Y para evitar el flujo libre de gases calientes, necesitamos la llamada "carcasa de la turbina". De lo contrario, los gases perderán presión inmediatamente después de pasar por el GNV. Para un funcionamiento adecuado, la carcasa debe corresponder a la turbina + un pequeño espacio. Dado que nuestra rueda de turbina y la rueda de GNV tienen el mismo diámetro, necesitamos algo para proporcionar el espacio libre necesario. Esto es algo: el espaciador de la carcasa de la turbina. Es simplemente una tira de metal que se envuelve alrededor de una rueda de GNV. El grosor de esta hoja determina la cantidad de espacio libre. Use 0.5 mm aquí.
Simplemente corte una tira de 10 mm de ancho y 214 mm de largo de una hoja de cualquier acero de 0,5 mm de espesor.
La carcasa de la turbina en sí será una pieza de metal, a lo largo del diámetro de la rueda de GNV. O mejor un par de piezas. Aquí tienes más libertad para elegir el grosor. La carcasa no es solo una tira, ya que tiene orejas de fijación.
El archivo de documentación con la plantilla para la carcasa de la turbina está aquí:
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Deslice el espaciador de la carcasa sobre las cuchillas de GNV. Asegure con alambre de acero. Encuentre una manera de arreglar el espaciador para que no se mueva cuando retire el cable. Puedes usar soldadura.
Luego retire el cable y enrolle la cubierta de la turbina en el separador. Use el alambre nuevamente para envolverlo firmemente.
Haz lo que se muestra en las fotos. La única conexión entre el NGV y el cubo son los tres tornillos M3.Esto limita el flujo de calor desde el GNV caliente hacia el cubo frío y evita que los cojinetes se sobrecalienten.
Compruebe si la turbina puede girar libremente. De lo contrario, alinee la carcasa de NGV cambiando la posición de las tuercas de ajuste en los tres tornillos M3. Varíe el GNV hasta que la turbina pueda girar libremente.
Hacer una cámara de combustión
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Pegue esta plantilla en la parte superior de la lámina de metal. Taladre agujeros y corte el molde. No hay necesidad de usar acero inoxidable. Enrolla el cono. Para asegurarse de que no se despliegue, dóblelo.
La parte frontal de la cámara está aquí:
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Use este patrón nuevamente para hacer un cono. Use un cincel para hacer ranuras de cuña, y luego enrolle en un cono. Sujete el cono con una curva. Ambas partes se mantienen juntas solo por fricción del motor. Por lo tanto, no necesita pensar en cómo solucionarlos en esta etapa.
Impulsor
El impulsor consta de dos partes:
disco de cuchilla y carcasa
Este es el impulsor de Kurt Shrekling, que he modificado mucho para que sea más tolerante con los desplazamientos longitudinales. Preste atención al laberinto, que impide el retorno del aire debido a la contrapresión. Imprima ambas partes y pegue el recubrimiento sobre el disco de la cuchilla. Se pueden obtener buenos resultados usando epoxi acrílico.
Estator compresor (difusor)
Esta parte tiene una forma muy compleja. Y cuando se pueden fabricar otras piezas (al menos teóricamente) sin el uso de equipos de precisión, esto no es posible. Peor aún, esta parte tiene el mayor efecto sobre la eficiencia del compresor. Esto significa que el hecho de que todo el motor funcione o no depende en gran medida de la calidad y precisión del difusor. Por eso ni siquiera intentes hacerlo manualmente. Hazlo en una impresora.
Para la conveniencia de la impresión 3D, el estator del compresor se divide en varias partes. Aquí están los archivos STL:
Imprime en 3D y ensambla como se muestra en las fotografías. Tenga en cuenta que una tuerca de tubería de 1/2 "debe estar unida a la caja central del estator del compresor. Se usa para mantener el manguito en su lugar. La tuerca se asegura con 3 tornillos M3.
Plantilla donde perforar agujeros en la tuerca:
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También preste atención al cono de protección térmica hecho de papel de aluminio. Se utiliza para evitar el ablandamiento de las piezas de PLA debido a la radiación térmica del revestimiento de combustión. Puede usar cualquier lata de cerveza aquí como fuente de papel de aluminio.
Necesitará una lata con una longitud de 145 mm y un diámetro de 100 mm. Mejor si puedes usar un frasco con tapa. De lo contrario, deberá instalar NGV con un cubo en el fondo de la lata, y tendrá problemas adicionales con el montaje del motor para el mantenimiento.
Corta un fondo de la lata. En la otra parte inferior (o mejor en la tapa), corte un agujero redondo de 52 mm. Luego corte su borde en sectores, como se muestra en las fotografías.
Inserte el conjunto de GNV en el orificio. Envuelva los sectores firmemente con alambre de acero.
Haga un anillo con un tubo de cobre (diámetro externo 6 mm, diámetro interno 3.7 mm). O mejor, puede usar tubos de acero inoxidable. El anillo de combustible debe quedar ajustado contra el interior de la lata. Soldarlo.
Taladre las boquillas de combustible. Estos son solo 16 piezas de agujeros de 0,5 mm distribuidos uniformemente sobre el anillo. La dirección de los agujeros debe ser perpendicular al flujo de aire. Es decir necesita perforar agujeros en el interior del anillo.
Tenga en cuenta que la presencia de los llamados "puntos calientes" en el escape del motor depende casi exclusivamente de la calidad del anillo de combustible. Agujeros sucios o desiguales, y al final obtienes un motor que simplemente se destruye a sí mismo cuando intentas arrancarlo.La presencia de puntos calientes depende mucho menos de la calidad del revestimiento de lo que otros intentan decir. Pero el anillo de combustible es muy importante.
Verifique la calidad del rocío de combustible quemándolo. Las lenguas de fuego deben ser iguales entre sí.
Cuando termine, instale la boquilla de combustible en el cuerpo de la lata.
Todo lo que tienes que hacer en esta etapa es juntar todas las piezas. Si las cosas van bien, no habrá problema.
Cubra la tapa de la lata con sellador resistente al calor, puede usar pegamento de silicato con relleno resistente al calor. Puede usar polvo de grafito, polvo de acero, etc.
Después de ensamblar el motor, verifique si su rotor gira libremente. Si es así, haga una prueba de fuego preliminar. Use un ventilador potente para soplar a través de la entrada de aire o simplemente gire el eje con dremel. Encienda ligeramente el combustible y encienda la corriente en la parte trasera del motor. Ajuste la rotación para permitir que la llama entre en la cámara de combustión.
PAGA ATENCIÓN: en este momento no estás intentando arrancar el motor! El único propósito de una prueba de fuego es calentarlo y ver si se comporta bien o no. En este punto, puede usar una botella de butano, que se usa comúnmente para quemadores de manos. Si todo está bien, puede ir al siguiente paso. Sin embargo, es mejor sellar el motor con sellador de horno (o cola de silicato llena con una pequeña cantidad de polvo resistente al calor).
Puede arrancar el motor ya sea soplando aire o girando su eje con algún tipo de arranque.
Esté preparado para grabar varios discos de GNV (y posiblemente turbinas) cuando intente arrancar. (Esta es la razón por la cual se recomendó realizar varias copias de seguridad en el paso 4.) Una vez que se sienta cómodo con el motor, puede iniciarlo sin ningún problema en cualquier momento.
Tenga en cuenta que actualmente el motor puede servir principalmente para fines educativos y de entretenimiento. Pero este es un motor turborreactor totalmente funcional que puede girar a cualquier velocidad deseada (incluidas las autodestructivas). Siéntase libre de mejorar y modificar el diseño para cumplir sus objetivos. En primer lugar, necesitará un eje más grueso para lograr mayores revoluciones y, por lo tanto, tracción. Lo segundo que debe intentar es envolver la superficie externa del motor con una tubería de metal, una línea de combustible y usarla como evaporador para combustible líquido. Aquí es útil un motor con una pared exterior caliente. Otra cosa a considerar es el sistema de lubricación. En el caso más simple, esto puede tomar la forma de una pequeña botella con una pequeña cantidad de aceite y dos tubos: un tubo para aliviar la presión del compresor y dirigirlo al cilindro, y el otro tubo para dirigir el aceite del cilindro bajo presión y dirigirlo a la viga trasera. Sin lubricación, el motor solo puede funcionar de 1 a 5 minutos, dependiendo de la temperatura del GNV (cuanto mayor sea la temperatura, menor será el tiempo de funcionamiento). Después de eso, debe lubricar los rodamientos usted mismo. Y con el sistema de lubricación adicional, el motor puede funcionar durante mucho tiempo.