O mais difícil de fabricar e o mais importante para a operação da turbina é o estágio do compressor. Geralmente, é necessária uma ferramenta de usinagem CNC precisa ou acionamento manual para montá-lo. Felizmente, o compressor funciona a baixas temperaturas e pode ser impresso em uma impressora 3D.
Outra coisa que geralmente é muito difícil de reproduzir em casa condições, essa é a chamada "lâmina do bico" ou simplesmente NGV. Por tentativa e erro, o autor encontrou uma maneira de fazer isso sem usar uma máquina de solda ou outras ferramentas exóticas.
O que é necessário:
1) Impressora 3D capaz de trabalhar com rosca PLA. Se você tem um caro, como o Ultimaker, isso é ótimo, mas mais barato, como o Prusa Anet, também fará o truque;
2) Você deve ter um PLA suficiente para imprimir todas as peças. O ABS não é adequado para este projeto, pois é muito macio. Provavelmente você pode usar o PETG, mas isso não foi testado, faça-o por seu próprio risco;
3) Uma lata do tamanho apropriado (diâmetro 100 mm, comprimento 145 mm). De preferência, o frasco deve ter uma tampa removível. Você pode pegar uma lata comum (digamos, de pedaços de abacaxi), mas precisará fazer uma tampa de metal;
4) Chapa de ferro galvanizado. Uma espessura de 0,5 mm é ideal. Você pode escolher uma espessura diferente, mas pode ter dificuldade em dobrar ou lixar, portanto esteja preparado. De qualquer forma, você precisará de pelo menos uma tira curta de ferro galvanizado com uma espessura de 0,5 mm para criar um espaçador para o revestimento da turbina. Se encaixa 2 peças. Tamanho 200 x 30 mm;
5) Chapa de aço inoxidável para a fabricação de uma roda de turbina, roda de GNV e carcaça da turbina. Novamente, uma espessura de 0,5 mm é ideal.
6) Uma haste de aço sólida para a fabricação de um eixo de turbina. Cuidado: o aço macio simplesmente não funciona aqui. Você precisará de pelo menos um pouco de aço carbono. Ligas duras serão ainda melhores. O diâmetro do eixo é de 6 mm. Você pode escolher um diâmetro diferente, mas precisará encontrar os materiais certos para a fabricação do cubo;
7) 2 peças 6x22 rolamentos 626zz;
8) bicos de 1/2 "de 150 mm de comprimento e dois acessórios de extremidade;
9) uma máquina de perfuração;
10) Afiado
11) dremel (ou algo semelhante)
12) Serra para metal, alicate, chave de fenda, matriz M6, tesoura, vício, etc.
13) um pedaço de tubo de cobre ou aço inoxidável para atomizar combustível;
14) Um conjunto de parafusos, porcas, braçadeiras, tubos de vinil e outras coisas;
15) queimador de propano ou butano
Se você deseja iniciar o mecanismo, também precisará de:
16) tanque de propano. Existem motores a gasolina ou querosene, mas fazê-los funcionar com esses combustíveis é um pouco difícil. É melhor começar com propano e depois decidir se você deseja mudar para combustível líquido ou se já está satisfeito com combustível;
17) Um manômetro capaz de medir uma pressão de vários mm de água.
18) Tacômetro digital para medir a velocidade da turbina
19) Starter. Para iniciar um mecanismo a jato, você pode usar:
Ventoinha (100 W ou mais). Melhor centrífuga)
um motor elétrico (com uma potência de 100 W ou mais, 15.000 rpm; você pode usar seu dremel aqui).
Faça o hub
O hub será composto de:
Tubo de derivação de 1/2 "com 150 mm de comprimento;
dois acessórios de 1/2 "para mangueiras;
e dois rolamentos 626zz;
Com uma serra, corte as árvores de Natal dos acessórios e use uma broca para aumentar os orifícios restantes. Insira os rolamentos nas porcas e enrosque as porcas no bico. O hub está pronto.
Faça um eixo
A teoria (e a experiência até certo ponto) diz que não faz diferença se você faz um eixo de aço macio, aço duro ou aço inoxidável. Portanto, escolha o que for mais acessível para você.
Se você espera obter tração decente de uma turbina, é melhor usar uma haste de aço com um diâmetro de 10 mm (ou mais). No entanto, no momento da escrita, havia um eixo de apenas 6 mm.
Corte a rosca M6, de um lado, com um comprimento de 35 mm. Em seguida, é necessário cortar a linha da outra extremidade da haste para que, quando a haste for inserida no cubo (os rolamentos encostem na extremidade do bico, eles sejam apertados com as porcas que você fez nos encaixes das mangueiras) e quando as porcas de fixação forem parafusadas na extremidade da linha nos dois lados, entre porcas e rolamentos deixam uma pequena folga. Este é um procedimento muito complicado. Se a linha for muito curta e a folga longitudinal for muito grande, você poderá cortá-la um pouco mais. Mas se o segmento parecer muito longo (e não houver espaço longitudinal), será impossível corrigi-lo.
Como opção, os eixos da impressora a laser têm exatamente 6 mm de diâmetro. Sua desvantagem é que seu limite é de 20 a 25.000 rpm. Se você deseja rotações mais altas - use barras mais grossas.
Impressão 3D de roda de turbina e matrizes NGV
Para a fabricação de uma roda de turbina, ou melhor, de suas pás, as prensas são usadas.
A forma da lâmina fica mais suave se você pressionar a lâmina não na forma final em uma etapa (passo), mas em alguma forma intermediária (1ª passagem) e somente então na forma final (segunda passagem). Portanto, existe um STL para ambos os tipos de moldes. Para o 1º passe e para o segundo.
Aqui estão os arquivos STL para as rodas NGV e os arquivos STL para as matrizes das rodas da turbina:
Fabricação do impulsor
Este design usa 2 tipos de rodas de aço. Nomeadamente: roda de turbina e roda de GNV. O aço inoxidável é usado para sua fabricação. Se eles fossem feitos de material leve ou galvanizado, mal seriam suficientes para mostrar como o motor funciona.
Você pode cortar discos de uma folha de metal e fazer um furo no centro, mas provavelmente não entrará no centro. Portanto, faça um furo na folha de metal e cole o gabarito de papel para que o orifício no metal e o local do orifício no gabarito de papel coincidam. Corte o metal de acordo com o padrão.
Você pode encontrar e baixar os modelos abaixo:
padrão de roda de turbina
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modelo de lâmina de turbina
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Faça furos auxiliares. (Observe que os orifícios centrais já devem ser perfurados.Observe também que a roda da turbina possui apenas um orifício central.)
Também seria bom deixar uma pequena margem ao cortar metal e depois moer a borda dos discos usando uma furadeira e apontador.
Nesse ponto, talvez seja melhor criar vários discos de backup. Além disso, ficará claro o porquê.
Formação da lâmina
É difícil encaixar discos cortados no molde. Use um alicate para girar as lâminas levemente. Discos com lâminas pré-torcidas são muito mais fáceis de formar matrizes. Segure o disco entre as metades da impressora e aperte-o em um torno. Se as matrizes foram pré-lubrificadas com óleo de máquina, tudo será muito mais fácil.
O vício é uma prensa bastante fraca, então é provável que você precise acertar o nó com um martelo para comprimir ainda mais. Use algumas almofadas de madeira para não quebrar as matrizes de plástico.
A formação em dois estágios (usando matrizes de 1ª passagem e matrizes de 2ª passagem para finalizar o formulário) fornece resultados definitivamente melhores.
Nós fazemos um apoio
O arquivo do documento com o modelo para o suporte está aqui:
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Corte a peça em uma chapa de aço inoxidável, faça os furos necessários e dobre a peça, como mostrado nas fotografias.
Fazemos um conjunto de espaçadores de metal
Se você tem um torno, pode fazer todos os espaçadores nele. Outra maneira de fazer isso é cortar vários discos planos de uma folha de metal, colocá-los um em cima do outro e prendê-los firmemente com parafusos para obter uma peça volumosa.
Use aqui uma chapa de aço macio (ou galvanizado) com 1 mm de espessura.
Os documentos com modelos para espaçadores estão aqui:
Você precisará de 2 discos pequenos e 12 grandes. A quantidade é dada para uma folha de metal com 1 mm de espessura. Se você estiver usando mais fino ou mais grosso, será necessário ajustar o número de discos para obter a espessura total correta.
Corte discos e faça furos. Gire os mesmos discos de diâmetro como descrito acima.
Arruela de suporte
Como a arruela de suporte segura todo o conjunto do GNV, você deve usar material mais espesso aqui. Você pode usar uma arruela ou chapa de aço adequada (preta) com uma espessura de pelo menos 2 mm.
Padrão para uma arruela:
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Montagem do interior do GNV
Agora você tem todos os detalhes para montar o GNV. Instale-os no cubo, como mostra as fotografias.
A turbina precisa de alguma pressão para operação normal. E para impedir o fluxo livre de gases quentes, precisamos do chamado "revestimento da turbina". Caso contrário, os gases perderão pressão imediatamente após a passagem pelo GNV. Para uma operação adequada, a carcaça deve corresponder à turbina + um pequeno espaço. Como nossa roda de turbina e roda de GNV têm o mesmo diâmetro, precisamos de algo para fornecer a folga necessária. Isso é algo - o espaçador da carcaça da turbina. É simplesmente uma tira de metal envolvida em uma roda de GNV. A espessura desta folha determina a quantidade de folga. Use 0,5 mm aqui.
Basta cortar uma tira de 10 mm de largura e 214 mm de comprimento de uma chapa de qualquer aço com 0,5 mm de espessura.
A carcaça da turbina em si será um pedaço de metal, ao longo do diâmetro da roda de GNV. Ou melhor, algumas peças. Aqui você tem mais liberdade para escolher a espessura. O invólucro não é apenas uma tira, pois possui orelhas de fixação.
O arquivo de documentação com o modelo para o alojamento da turbina está aqui:
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Deslize o espaçador da carcaça nas lâminas do GNV. Prenda com fio de aço. Encontre uma maneira de fixar o espaçador para que ele não se mova ao remover o fio. Você pode usar solda.
Em seguida, remova o fio e enrole a cobertura da turbina no espaçador. Use o fio novamente para enrolar firmemente.
Faça como mostrado nas fotos. A única conexão entre o NGV e o hub são os três parafusos M3.Isso limita o fluxo de calor do GNV quente para o cubo frio e evita o superaquecimento dos rolamentos.
Verifique se a turbina pode girar livremente. Caso contrário, alinhe a carcaça do GNV alterando a posição das porcas de ajuste nos três parafusos M3. Varie o GNV até que a turbina possa girar livremente.
Fazendo uma câmara de combustão
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Cole este modelo em cima da folha de metal. Faça furos e corte o molde. Não há necessidade de usar aço inoxidável. Enrole o cone. Para garantir que não se desdobre, dobre-o.
A frente da câmera está aqui:
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Use esse padrão novamente para fazer um cone. Use um cinzel para fazer fendas em cunha e depois role para um cone. Aperte o cone com uma dobra. Ambas as peças são mantidas juntas apenas por atrito do motor. Portanto, você não precisa pensar em como corrigi-los nesse estágio.
Impulsor
O impulsor consiste em duas partes:
disco e revestimento da lâmina
Este é o impulsor de Kurt Shrekling, que foi bastante modificado por mim para ser mais tolerante com deslocamentos longitudinais. Preste atenção ao labirinto, que impede o retorno do ar devido à contrapressão. Imprima as duas partes e cole o revestimento no disco da lâmina. Bons resultados podem ser obtidos usando epóxi acrílico.
Estator do compressor (difusor)
Esta parte é de forma muito complexa. E quando outras peças podem ser feitas (pelo menos teoricamente) sem o uso de equipamentos de precisão, isso não é possível. Pior ainda, esta parte tem o maior efeito na eficiência do compressor. Isso significa que o fato de todo o mecanismo funcionar ou não depende muito da qualidade e precisão do difusor. É por isso que nem tente fazê-lo manualmente. Faça isso em uma impressora.
Para conveniência da impressão 3D, o estator do compressor é dividido em várias partes. Aqui estão os arquivos STL:
3D imprima e monte como mostrado nas fotografias. Observe que uma porca de tubo de 1/2 "deve ser conectada à caixa central do estator do compressor. Ela é usada para manter a luva no lugar. A porca é presa com 3 parafusos M3.
Modelo onde fazer furos na porca:
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Preste atenção também ao cone de proteção térmica, feito de papel alumínio. É usado para impedir o amolecimento das peças do PLA devido à radiação térmica do revestimento de combustão. Você pode usar qualquer lata de cerveja aqui como fonte de papel alumínio.
Você precisará de uma lata com 145 mm de comprimento e 100 mm de diâmetro. Melhor se você pode usar um frasco com tampa. Caso contrário, você precisará instalar o GNV com um cubo na parte inferior da lata e terá problemas adicionais com a montagem do motor para manutenção.
Corte um fundo da lata. No outro fundo (ou melhor na tampa), faça um furo redondo de 52 mm. Em seguida, corte sua borda em setores, como mostrado nas fotografias.
Insira o conjunto do GNV no orifício. Enrole os setores firmemente com fio de aço.
Faça um anel com um tubo de cobre (diâmetro externo 6 mm, diâmetro interno 3,7 mm). Ou melhor, você pode usar tubos de aço inoxidável. O anel de combustível deve encaixar-se firmemente no interior da lata. Solde-o.
Perfure os bicos de combustível. São apenas 16 peças de orifícios de 0,5 mm distribuídos uniformemente sobre o anel. A direção dos orifícios deve ser perpendicular ao fluxo de ar. I.e. você precisa fazer furos no interior do anel.
Observe que a presença dos chamados "pontos quentes" no escapamento do motor depende quase exclusivamente da qualidade do anel de combustível. Buracos sujos ou irregulares e, no final, você obtém um mecanismo que simplesmente se destrói quando você tenta iniciá-lo.A presença de pontos quentes depende muito menos da qualidade do revestimento do que outros estão tentando dizer. Mas o anel de combustível é muito importante.
Verifique a qualidade do spray de combustível queimando-o. As línguas de fogo devem ser iguais uma à outra.
Quando terminar, instale o bico de combustível no corpo da lata.
Tudo o que você precisa fazer nesta fase é juntar todas as peças. Se as coisas correrem bem, não haverá problema.
Revista a tampa da lata com selante resistente ao calor, você pode usar cola de silicato com material de enchimento resistente ao calor. Você pode usar pó de grafite, pó de aço e assim por diante.
Após a montagem do motor, verifique se o rotor gira livremente. Nesse caso, faça um teste preliminar de incêndio. Use um ventilador poderoso para soprar pela entrada de ar ou simplesmente gire o eixo com a dremel. Ligue levemente o combustível e acenda a corrente na parte traseira do motor. Ajuste a rotação para deixar a chama entrar na câmara de combustão.
PRESTE ATENÇÃO: neste momento você não está tentando ligar o motor! O único objetivo de um teste de incêndio é aquecê-lo e ver se ele se comporta bem ou não. Nesse ponto, você pode usar uma garrafa de butano, comumente usada para queimadores de mão. Se estiver tudo bem, você pode ir para o próximo passo. No entanto, é melhor selar o motor com selante de forno (ou cola de silicato preenchida com uma pequena quantidade de pó resistente ao calor).
Você pode dar partida no motor soprando ar ou girando seu eixo com algum tipo de partida.
Esteja preparado para gravar vários discos NGV (e possivelmente turbinas) ao tentar iniciar. (É por isso que foi recomendado que você faça vários backups na etapa 4.) Depois de se familiarizar com o mecanismo, você pode iniciá-lo sem problemas a qualquer momento.
Observe que, atualmente, o mecanismo pode servir principalmente para fins educacionais e de entretenimento. Mas este é um motor turbojato totalmente funcional que pode girar para qualquer velocidade desejada (incluindo as auto-destrutivas). Sinta-se livre para melhorar e modificar o design para atingir seus objetivos. Primeiro de tudo, você precisará de um eixo mais grosso para obter rotações mais altas e, portanto, tração. A segunda coisa a tentar é envolver a superfície externa do motor com um tubo de metal - uma linha de combustível e usá-la como um evaporador para combustível líquido. Um motor com uma parede externa quente é útil aqui. Outra coisa a se pensar é o sistema de lubrificação. No caso mais simples, isso pode assumir a forma de uma pequena garrafa com uma pequena quantidade de óleo e dois tubos - um tubo para aliviar a pressão do compressor e direcioná-lo para o cilindro, e o outro tubo para direcionar o óleo do cilindro sob pressão e direcioná-lo para a viga traseira. Sem lubrificação, o motor pode funcionar por 1 a 5 minutos, dependendo da temperatura do GNV (quanto maior a temperatura, menor o tempo de operação). Depois disso, você precisa lubrificar os rolamentos. E com o sistema de lubrificação adicionado, o motor pode funcionar por um longo tempo.