Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og du accepterer, at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, job og tilbud m.m. via telefon og e-mail. I nyhedsbreve, e-mails fra Teknologiens Mediehus kan der forefindes markedsføring fra samarbejdspartnere.
rumfart på den anden måde cs banner bloghoved

CS Turbopumper - Del 4

Kære Læsere!

Endnu et afsnit i blogserien om CS's turbopumper kan lige sniges ind efter årsskiftet. Temaet i del 4 bliver at finde og analysere de realistiske konfigurationer af de mono-prop drevne turbopumper vi kom frem til i del 3.

Opsummering efter sidste blog er, at vi på den korte bane bygger en hydrogenperoxid-drevet mono-prop turbopumpe til en helt almindelig bi-propellant raketmotor. Den skal bruges til de allerførste små-skala forsøg. Den ser sådan her ud:

Illustration: CS

(illustration: uddrag fra NASA SP-8107, figure 10)

Den lille illustration af mono-prop turbopumpen kommer faktisk i et utal af forskellige konfigurationer. Vi skal have identificeret hvilke af nedenstående konfigurationer vi kan komme i nærheden af at fremstille.

(illustration: uddrag fra NASA SP-8107, figure 17) Her er syv mere eller mindre almindeligt brugte turbopumpekonfigurationer. Der findes naturligvis endnu flere kombinationer, men figuren indeholder dem vi skal bruge.

De har i hver især deres fordele og ulemper, men vi har faktisk muligheder for at lave turbopumper inden for alle tre kategorier! Lad os kaste os over single-shaft konfigurationen først, nærmere bestemt type (d).

Turbine between pumps - type (d)

Så tager vi lige fat i noget mere materiale fra CS strategiseminaret og tager et skridt tilbage i historien. Vi skal tilbage til midten af halvtredserne og rette blikket østover.

(Foto: Wikimedia Commons) S-75 Dvina luftværnsmissil (NATO: SA-2 Guideline) er et gammelt, men vidt udbredt luftforsvarsmissil, første gang operativt i 1955. Systemet er en to-trins konfiguration med et par tekniske paralleller til CS' tidligere Smaragd to-trins raket.

S-75 Dvina går under NATO benævnelsen SA-2 Guideline. Systemet var første gang operativt omkring 1955 og er blevet opgraderet og moderniseret i en uendelighed. Det er vist stadig en del af mange nationale forsvar rundt omkring i verden.

For god ordens skyld skal jeg gøre det lysende klart, at S-75 eksemplet kun er medtaget fordi at der er en relevant pointe for CS's civile og fredelige raketaktiviteter. Her er et link til et kort Youtube klip af en testaffyring på et faldskærmsmål, hvorefter vi lige hurtigt ser på hvad der faktisk sker under den første del af den flyvning. Jeg vil undlade at kommentere på det reguleringstekniske i de to flyvninger, da systemet og teknologien jo har rødder over halvtreds år tilbage i historien.

(Foto: privat foto, simhq.com) S-75 accelererer voldsomt hurtigt af sin startrampe, der faktisk er kortere end selve raketten.

(Foto: privat foto, simhq.com) Første trin er en faststof-motor med en brændetid på 3-4 sekunder. På det tidspunkt er raketten påstået gået supersonisk. Man bør lige lægge mærke til de rektangulære porte på raketten.

(Foto: privat foto, simhq.com) Når faststof-trinnet er ved at brænde ud, så starter anden-trinnet med udstødningen slippende ud af udstødningsportene, inden separation.

(Foto: privat foto, simhq.com) Anden-trinnet "sustaineren", der faktisk er et bi-prop system, overtager resten af flyvningen efter at første-trinnet er efterladt.

Den spændende og relevante del af af ovenstående billedserie er faktisk bi-prop motoren i anden-trinnet, her en forholdsvis moderne model kaldet S2.711-V1. Som man på perspektivet kan se, så er det en lille størrelse på omkring en meters højde og har en tørvægt omkring 45kg, med en single-shaft turbopumpe monteret øverst. Disse motorer har op gennem historien kørt på flere forskellige, mere eller mindre giftige propellanter, typisk med IRFNA (Inhibited Red Fuming Nitric Acid) som oxidizer og kerosinblandinger og andre organiske forbindelser som brændstof. Nogen af kombinationerne reagerer hypergolt med hinanden og kræver derfor ikke noget tændingssystem. Da motoren gjorde sin debut i 1955 var den krediteret med en trykkraft på omkring et ton. Bare ti år senere i 1965 var den blevet opgraderet til omkring tre tons, med en sea-level ISP på cirka 230.

(Foto: Wikimedia commons) S2.720-A2 er vist både den nyeste version, samt eksportversionen af S2.711-V2 motoren fra S-75'erens anden-trin, men de ligner hinanden på en prik og så er kvaliteten af de fundne S2.720-A2 billeder bedre. Desuden har disse motorer været solgt og reverse-engineered på kryds og tværs henover mange lande og været brugt både til militære og civile formål, så det er ikke lige nemt at holde styr på bevægelserne og versionerne. Hvorom alting er, så er motoren er en forholdsvis fiks lille sag på omkring en meters højde og en tørvægt på omkring 45 kg, med single-shaft turbopumpen øverst. Motoren er rimelig simpel med en del svejsede konstruktioner og alligevel er den stadig i stand til at trykke omkring tre ton. Hvis nogen kan finde mål på den, så byd gerne til med info. Det vides at selve anden-trinnet er 500mm i diameter. (klik på billedet og derefter gem, for at få fat i billede i 1428x2309 pixel opløsning, for de bedste detaljer)

Et nærmere kig på turbopumpen afslører en arbejdskvalitet, der ikke lige ved første indtryk giver indtryk af at være militær kvalitet, men det er åbenbart tilstrækkeligt til at man anslået har fremstillet mellem 6000 og 10000 af disse motorer på verdensplan. Turbopumpen er bygget således, at fuel og oxidiser bliver suget ind i hver deres pumpe-trin gennem de yderste lodrette tilslutninger. Efter at trykket er kommet op i centrifugalpumperne, så sørger opsamler-manifoldene for at guide propellanterne nedad i rørene og de rigtige steder hen. I midten mellem de to centrifugal-pumper sidder der så en simpel og noget større diameter "partial-admission" turbine. "Partial-admission" betyder, at kun en lille del procentdel af turbinebladene gennemblæses af drivgassen. Resten af tiden løber bladene bare "med rundt", hvilket selvfølgelig giver et lille effektivitetsdyk. Dette turbineprincip står noget i kontrast til "full-admission" turbiner i flymotorer, hvor alle turbineblade kontinuert afbøjer gas.

(Foto: Wikimedia commons) Hvis man studerer billedet i fuld opløsning, så vil man se en masse svejsede forstærkninger og svejsede dele. Det er svært at blive imponeret af kvaliteten af håndværket, men det virker tilsyneladende på de op mod 6000-10000 motorer der er anslået fremstillet af denne type. Det øverste "skæve" rør sidder på udstødningssiden af turbinen og udstødningsrøret sender den brugte turbopumpe-drivgas ud nede ved raketdysen.

Det der er smart her er, at "partial-admission" turbinen nemt kan omsluttes af et simpelt to-delt turbinehus. Hele konstruktionen omkring turbinehuset ville blive meget mere kompliceret, hvis det havde været en "full-admission" turbine. Det er også meget simpelt at placere et kugleleje i hver sin del af huset, lige på hver side af turbinen, så man får en roterende konstruktion med en super kort og stiv aksel. Når den her turbopumpe-aksel først er afbalanceret, så vil sådan en kort og stiv aksel være næsten umulig at få til at gå i resonnanssvingninger. Herligt!

(Foto: Wikimedia commons) "Partial-admission" turbinen fra en god vinkel. Den lodrette dåse nederst til højre er gas-generatoren. Derfra ledes højtryksgas ind til turbinehjulets højre side gennem de forholdsvis lille rør. Turbinen udvinder kinetisk energi ved at afbøje gassen så meget som muligt, hvilket forklarer vinkelen på "udstødningsmanifoldet" på venstre side af turbinen. Den ekspanderede gas ledes bort, gennem et større udstødningsrør uden for meget modstand, og blæses over bord i samme udstødningsplan som hovedmotoren.

Der er (mindst) én ting, der saboterer hele ideen om at bygge en variant af denne super simple turbopumpe: Det store turbinehjul. Den her turbopumpe bruger en aksial turbine, lidt i stil med dem man ser i moderne flymotorer. Det er ikke så svært at designe den og udregne geometrien. Det findes der helt almindelige procedurer for. Det er fremstillingen der ender med at blive stopklodsen. Principielt ville jeg helst benytte en "lost-wax vacuum investment casting process" udført med Inconel 713 eller 718 (typiske turbinehjuls-legeringer) og så støbe hele akselen med turbinehjulet i et stykke, hvorefter den i en drejebænk kan efterbearbejdes for lejer og pasninger i én operation. Det kræver desværre bare en SLS 3D-printer og et velvilligt støberi til at fremtrylle sådan et rå-emne. SLS-printningen og specielt støbeprocessen koster kassen og kan ikke lade sig gøre uden en usædvanlig stor sponsor-velvilje.

(Foto: www.advrider.com) Et aksialt turbinehjul, som det kunne se ud i turbopumpen, dog med alt for lange turbineblade. Det er den her stump, med sine turbineblade, der stikker en kæp i hjulet på dette turbopumpe-koncept. Det er så pokkers svær at fremstille den slags uden støbning.

Et tvivlsomt alternativ til støbning kunne være maskinering i en 5-akset fræser, da turbinebladene ikke bliver så lange endda. Det er bare ikke til at få rå-emne "skiver" af Inconel 713/718 i diametre over 150mm. Man kan nedgradere til at bruge rustfri stål, men så skal man ned under 500°C i indløbstemperatur på turbinen for ikke at risikere at centripetalkraften slynger blade og skive fra hinanden. Det er lige netop der turbinelegeringer, som Inconel og andre superlegeringer, kan køre både varmere og hurtigere uden at springe i luften. Koldere gas giver også mindre ydelse, så der skal også kompenseres med en forøget mængde gasgennemstrømning for at få samme nytteeffekt ud på akselen.

Sidst, men ikke mindst, er det noget af en ulempe at man så skal bolte eller på anden måde fastgøre turbinehjulet på akselen. Det kan godt lade sig gøre, men der er mange fine fejlkilder skjult i den process, som man nemt ville kunne omgå ved at støbe hele emnet i ét stykke og så efterbearbejde det.

Konklusion: Et single-shaft design (partial admission turbine-between-pumps) er mægtigt spændende, men vi kan ikke løfte fremstillingsopgaven på nuværende tidspunkt. Konfigurationen er dog top-kandidat til en flight-pumpe, såfremt vi kan få løst de fremstillingsmæssige udfordringer og har korrekt dimensionerede pumpehjul liggende klar, til at holde det rigtige fuel/oxidizer forhold.

Offset turbine - type (e)

Denne type turbopumpe kan potentielt løse et semi-alvorligt luksusproblem omkring turbine-effektiviteter. Problematikken har rod i densiteterne af de forskellige medier i henholdsvis pumpe- og turbinesektionerne, hvor densiteterne af arbejdsmedierne kan oversættes stort set direkte til komponentdiametre.

Der er en lille omtrentlig tommelfingerregel fra gasturbineverdenen, som holder specielt godt når man kigger på turbojet motorer: Det største aksiale kompressor-hjul (gælder både aksiale og radiale kompressorer) og det største turbine-hjul på samme aksel, roterende med samme omdrejningshastighed, har stort set samme diameter.

Det hænger sammen med at både kompressor og turbine gennemstrømmes af samme gasformige medium, godt nok med forskellige temperaturer, men med en densitetsforskel på maksimalt en faktor fire. Når vi kigger på turbopumper, så kan densitetsforholdet mellem turbinegassen og de flydende propellanter nemt vokse til en faktor 1000, hvorefter der pludselig kan blive meget stor forskel på pumpe- og turbineelementer. Hvis man lige kigger på S-75 turbopumpen ovenfor, så er diameterforskellene ret tydelige.

Groft ridset op, uden ret meget forklaring, så er der en optimal kombination af en turbines periferihastighed U og arbejdsgassens absolutte afgangshastighed C_0, hvor den slipper turbinebladene på turbinebladenes afgangsside, hvilket betyder rigtigt meget for turbineeffektiviteten. Den faglige term er Turbine Velocity Ratio.

Turbopumper til raketmotorer er nok den diametrale modsætning til kraftværksteknologi. I store gas- og dampturbiner på kraft-varmeværker bruger man rask væk 15 aksiale kompressortrin og mange turbinetrin, for at få systemeffektiviteten så højt op som muligt. Jo flere trin man har, jo mindre belastning (kompressions-/ekspansionsforhold) er der på hvert trin, og jo bedre bliver effektiviteterne. I turbopumperne bruger man så få trin som overhovedet muligt for både at holde vægt og kompleksitet nede. Det er almindeligt at acceptere et betydeligt effektivitetstab for at slippe afsted med et turbinetrin mindre, for både vægt og svingningsdynamiske fordele. Man går også rask væk med til turbineekspansionsforhold på omkring ti, hvilket kun kan lade sig gøre med nogle ret eksotiske supersoniske turbinedesigns.

(illustration: NASA SP-8110, figure 13) Den teoretiske isentropiske effektivitet af forskellige turbinetrin, som funktion af forholdet mellem periferihastighed U og arbejdsgassens absolutte afgangshastighed C_0 i udgangsplanet på turbinebladene. Da store ekspansionsforhold over ganske få turbinetrin altid giver en meget høj C_0, så er den eneste måde at prøve at opnå en bare nogenlunde anstændig turbineeffektivitet, at få periferihastigheden så højt op som praktisk muligt. Eller sagt på en anden måde, så har en langsomtgående turbine en elendig effektivitet, ligegyldigt hvordan den ser ud.

Jagten på en bare anstændig turbineeffektivitet, i form af en høj periferihastighed, afføder et andet problem. Det er stadig en begrænset mængde arbejdsgas der skal til at drive en turbine, så når diameteren på turbinehjulet kommer rigtigt højt op, så bliver turbinebladene meget korte. Selv på ret store full-admission turbinehjul kan bladhøjden komme helt ned omkring 4 mm, hvilket anses for det absolutte minimum. Turbinebladene skal jo stadig køre med en lille afstand til selve huset, så lækage-tabene går hurtigt hen og påvirker turbineeffektiviteten, når en del af gassen passerer harmløst gennem gabet og ikke afsætter energi i turbinebladene. Partial-admission turbinerne har så relativt mindre lækagetab på grund af de lange turbineblade, men mister det vundne i tabene forbundet med at dreje inaktive blade rundt.

Der er altså en hel masse potentielle problemer med velocity-ratio problematikken og meget store diametre turbinehjul i kompakte turbopumper. Løsningen man kom op med er: Gearede turbopumper.

(illustration: www.herorelics.org/NASA) Rocketdyne Mark III turbopumpen er en gearet konstruktion, for at komme problemerne til livs med velocity-ratio'en og densitetsforskellene på de henholdsvis flydende og gasformige arbejdsmedier. Udvekslingsforholdet mellem pumpeakselen og turbineakselen er 4,885. Diameteren på turbinehjulet er kommet langt ned og hastigheden kan sættes så højt op som man mener forsvarligt, så velocity-ratio'en bliver høj nok til at opnå en god turbineeffektivitet.(bladhøjden på første turbinetrin er nu stadig meget meget lille)

Så elegant som dette gearede turbopumpe design er, lige så stort et fremstillingsmæssigt mareridt er det i CS sammenhæng. Vi kan ikke fremstille den slags huse, flere forskellige akseler og alle de præcisionstandhjul. Der er godt nok fordele i sådan et turbopumpedesign, men jeg kan ikke retfærdiggøre indsatsen det kræver at designe og fremstille sådan et mesterværk.

Ovenstående design er strøget fra listen over potentielle kandidat-konfigurationer, men der har til gengæld i den forløbne uge vist sig en ny åbning, så off-set turbine turbopumper er ikke helt afskrevet alligevel. Jeg har fået diskret tilsagn om materiel støtte, hvis behovet skulle opstå. Gearkasserne vil kræve nogle mindre ændringer og tilføjelser for at kunne køre som turbopumpegearkasser, men de kører rutinemæssigt med 90.000 RPM på højhastighedsakselen, er gode for omkring 75kW kontinuert overført effekt og vejer omkring 6 kg. Det er ikke nogen dårlige specifikationer at have liggende i baggrunden som back-up løsning til et senere tidspunkt.

Turbines in parallel - type (g)

Variationer af type (g) bliver vores konfigurationer i denne indledende fase af turbopumpeudviklingen. Der er rigtigt mange ting der taler til fordel for denne konfiguration, som vi nok skal få kigget på.

Vi kan starte med gasforsyningen til turbinerne i de to pumper. Såfremt gastrykket er konstant, uafhængigt af masseflow, så er de to pumper fuldstændigt uafhængige i operation. Afgangstrykforholdet på fuel/ox og fuel/ox blandingsforholdet forbliver nogenlunde konstant over hele arbejdsområdet, uafhængigt af hvor meget effekt man tilfører pumperne, der vil følges ad grundet den fælles gasgenerator. Man kan altså skrue op og ned for gasgenerator trykket til pumperne uden at blandingsforholdet ryger helt i hegnet og måske smelter en motor. Komponentdiametre for pumper og turbiner kan også designes ret frit, således at de matcher hinanden bedst muligt. Så behøver man i praksis kun én gasgenerator med op og flyve, med kun et sæt kompleksitet, tilhørende gasgeneratoren. Det er et fornuftigt flight-setup, men da vi stadig er i de indledende øvelser omkring turbopumper, så skal vi have lavet en lille smule om på konceptet.

En variant af type (g) konfigurationen, som er lang mere velegnet til jordbaseret udvikling og eksperimentering. Ved at have to separate og uafhængige gasgeneratorer, så er de to pumper nu totalt afkoblede fra hinanden. Afgangstryk, masseflow og dermed fuel/ox blandigsforholdet fuldt ud variabelt. Det er mægtigt nyttigt til at optimere raketmotorer og turbopumper med.

Nu må vi så se i øjnene at vi nærmest ikke har lært at kravle endnu, når det kommer til turbopumper. Forhåbentligt lærer vi hurtigt at karte hen over gulvet, så vi kan begynde at øve os på at stå op på to ben. Vi skal simpelthen bruge et koncept, der kan give os en masse hurtige relevante erfaringer med at pumpe flydende væsker.

Så er vi ved at have barberet konceptet turbopumper så langt ned i kompleksitet, som man nærmest kan forestille sig, men det er noget i den her stil vi skal bruge for at lære at pumpe noget som helst.

Vi står stadig med problemet i at det er svært at få fat i aksiale turbinehjul. Eller rettere, det er muligt at købe dem som komponenter fra microgasturbine-verdenen, men udvalget er meget begrænset og det bliver meget svært at opskalere. En noget mere alsidig og lovende vej at gå er at få fat i kommercielt tilgængelige radiale turbinehjul fra turboladere. Moderne turboladere turbinedesigns er, i brændstoføkonomiens og emissionernes hellige navn, blevet ret avancerede og er tilgængelige i et utal af størrelser. De er masseproducerede, så priserne for "råmaterialerne" er nogenlunde spiselige. De kommercielle turboladere til rigtigt store lastbiler og entreprenørmaskiner er også store nok til store raketter. Jeg har set almindelige kommercielt tilgængelige turboladere med en aksel-effekt på omkring 300kW.

(foto: Wikimedia Commons) En større moderne turbolader. De er efterhånden blevet forholdsvis effektive rent aerodynamisk, så de er ikke noget helt skidt udgangspunkt. De fås også store nok til selv store raketter, da deres aksel-effekt kan være over 300kW.

Vi risikerer at rende ind i føromtalte problematik omkring komponentdiametre. Radiale turbinehjul fra kommercielle turboladere ligger ret højt i deres velocity-ratio, i forsøget på at jagte gode turbineeffektiviteter, så de skal køre meget stærkt. Det betyder, at hvis vi fjerner kompressorhjulet og kompressorhuset fra en kommerciel turbolader, og beholder lejekernen, turbinehjulet og turbinehuset, så vil det erstatningspumpehjul, der kommer på, blive af væsentligt mindre diameter end turbinehjulet. Alternativt kan vi undlade at køre med alt for små pumpehjul og så køre langsommere på akselen og turbinen, med effektivitetstabene associeret med en lav turbine velocity-ratio. Det er en afvejning vi må tage hen af vejen.

Hvordan kommer vi i gang med CS turbopumpeforsøg og udvikling?

En af de vigtigste ting er at vi er lidt snu omkring hvordan vi griber turbopumpeudviklingen an. En af de første grundpiller er, at undgå at lave de mest åbenlyse fejltagelser, som andre i branchen allerede har lavet tidligere. Vi tager jo trods alt fat på en teknologi pionerene gik løs på for over 60 år siden.

Første skridt i at undgå de mest åbenlyse faldgruber er dermed: Litteratur.

(illustration: CS) Jeg har lige lavet en oversigt over relevant litteratur for vores turbopumpeudvikling. Der er naturligvis meget mere end listet her, som kun lige er relevant i vores snævre kontekst, men NASA har været så venlige at koge rigtigt mange essentielle ting ned i en række "monogrammer" omkring alt rumraket-relateret. Der er i alt omkring 130 rapporter og anslået 12000 sider om nærmest alt indenfor emnerne "Space vehicle structures", "Guidance and control", "Environment" og "Chemical propulsion". Der er rigtigt mange guldæg nedfældet af de gamle NASA ingeniører.

Den næste ting nødvendig for at komme i gang med udviklingen: En plan

(illustration: CS) Den præliminære udviklingsplan for CS turbopumper består af tre trin med stigende komplektistet. Ideen er en step-by-step udvikling, hvor vi hvert skridt får styr på en del af den nødvendige teknologi og herefter bygger på dette fundament i kampen frem mod næste udviklingstrin.

Ovenstående plan siger meget kort fortalt følgende:

  1. Trin: Få styr på hydrogen-peroxid mono-prop katalysatoren. Få styr på noget forsøgshardware, hvor effektiviteten ikke er ret højt på prioritetslisten. Få styr på grundliggende pumpe-impeller design og fremstilling. Slutteligt, lær at pumpe postevand.

  2. Trin: Opskalér hardwaren. Få styr på segl-teknikkerne og hold de forskellige medier ordentligt adskilt inden i pumpen. Begynd at køre noget stress- og performance test på pumpehardwaren. Lær at pumpe alkohol, RP-1 (kerosin) og hydrogenperoxid. For underholdningens skyld kan man muligvis begynde at lege med praktiske forsøg i motorer. Altså: Lær det absolutte minimum af det grundliggende der skal til, for at få ting i luften.

  3. Trin: Opskalér hardwaren endnu engang, til den størrelse hvor turbopumperne alene kan få jorden til at ryste og raffinér dem til et niveau, hvor de kan forsyne en motor med en trykkraft på 10 ton og opnår en høj nok driftsikkerhed til, at man seriøst tør begynde at overveje en mand i spidsen af raketten. Tag alle erhvervede erfaringer op til dette punkt og ret dem alle mod at knække den sidste alvorligt hårde nød: Lær at pumpe LOX.

Hvis alt går så nemt, som det hurtigt kan komme til at se ud på papir, så har vi efter trin 3 og som den første amatørorganisation i verdenshistorien, sparket døren ind til det meget fåtallige og eksklusive selvskab, der behersker turbopumpeteknologien. Når ydelsen så er kommet ordentligt op på både motorer og turbopumper, så bliver der lige pludselig meget vide rammer for hvad vi kan sende op, ud, rundt eller måske endda i kredsløb. Så bliver vi i sandhed en lille-put rumfartsnation, til andres store forundring og beundring.

Den tredje og sidste nødvendighed for at komme i gang med udviklingen er: Hardware

(Foto: CS) Tre styks helt nye GT1241 automotive turboladere venligst doneret til turbopumpeprojektet. Kompressorhjul og kompressorhus mangler, hvilket ikke er nogen ulempe for turbopumpeprojektet.

Der er som optakt til turbopumpeudviklingsprojektet venligst blevet doneret tre identiske, helt nye, små GT1241 automotive turboladere. Tre eksemplarer giver mulighed for repetérbarhed, samtidig med at vi kan tillade os at springe en enkelt eller to i luften undervejs i udviklingen, uden at blive slået tilbage til start. Det er godt nok de næst-mindste turboladere i GT-serien og de kører rasende stærkt, men de er et fornuftigt udgangspunkt. Pumpehjulene bliver meget små og effektiviteten bliver ikke særligt høj på så små komponenter, men til gengæld bliver det logistisk og økonomisk småt, nemt og hurtigt at arbejde med. Vi skal jo i princippet bare hitte ud af om der er nok substans i konceptet til at retfærdiggøre en opskalering til næste udviklingstrin.

Efter endnu en marathon-blog mener jeg at have fået samlet op på hele historikken, tankegangen og baggrunden for et CS turbopumpe udviklingsprojekt, så læserne begynder at være op omgangshøje med det nuværende punkt i udviklingen. Vi har en plan, noget litteratur og noget hardware. Der mangler stadig et par elementer, i form af man-power og økonomi, men det kan jeg først komme lidt nærmere ind på når vi for alvor skal til at bygge teststande og hardware.

Jeg kan afsløre at de nuværende pågående aktiviteter samler sig omkring hydrogenperoxid- og katalysatorforsøg i Søren Lund Kristensens laboratorier og at Christian Behrens-Thomsen, i samarbejde med velvillige sponsorer, er ved at køre en gang 3D metalprint i stilling, som eksperimentelle fremstillingsmetoder. Der er altså en hel del der har rørt sig i baggrunden, mens at jeg har samlet op på al historikken og overvejelserne bag udviklingsprojektet, og der er rigeligt materiale i det til kommende blogs. Der er også indikationer på at sponsorering af turbomaskineri designsoftware og CAD software går på plads først i det kommende år.

Jeg synes at prospektet for CS turbopumper ser rimeligt lovende ud. Jeg mener klart at vi kan bygge dem, med overskud og overbevisning. Hvad mener i?

Velkommen til et fantastisk raket-år!

Jacob Larsen er et af flere medlemmer af Copenhagen Suborbitals, der skriver på denne blog.
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Imponerende grundighed Jacob, det kan jeg li. Flot flot. Med den vedholdenhed du lægger for dagen plus lidt spons, er jeg egentligt ikke i tvivl om at du nok skal nå i mål på et tidspunkt, og så hjælper det jo også at have den luksus ikke at skulle arbejde mod en deadline :-)

  • 9
  • 0

Jo, absolut. Specielt efter næste blog har jeg tænkt mig at prøve at mobilisere hver eneste kompetente kemiker og kemiingeniør i en fælles front mod en helt specifik problemstilling.

Mere om det efter næste blog, hvor jeg ridser baggrunden for problemstillingen op.

  • 7
  • 0

Hej Jacob

Super blog!

Hvilke diameter skal du op på før dette kunne være interessant?

Har google størrelser på både 30cm og 45cm på rounded bars af Inconel 718

Og hvad er grunden til du vil vente til 3. trin med at pumpe LOX

Mvh
Morten

  • 2
  • 0

Takker.

Vi skal nok op omkring de 300mm. Nu har jeg ikke undersøgt det til bunds, men min favoritleverandør havde kun inconel "skiver" (tykkelse typisk 10, 20, 30mm etc.) op til en diameter på 127mm.

En af de afskrækkende ting ved inconel er at det koster det blege. Det ville være fedt hvis man kunne få fat i "skiver", mens hele længder i de diametre ville vælte hvilket som helt budget.

Under alle omstændigheder lader vi lige aksiale inconel-turbiner ligge her i første omgang. Vi skal have styr på nogle andre grundliggende ting og systemer først, men hold endelig øjnene åbne derude. Hvis der er nogen der falder over en leverandør af inconel "skiver" i størrelserne omkring ø300mm, så har vi helt sikkert masser af hestekræfter til en stor elegant single-shaft "turbine-between-pumps" turbopumpe i fremtiden.

Der er (mindst) to gode grunde til at vente med at lære at pumpe LOX, til alt andet virker:

Den første er at det bliver meget udfordrene at få segl/pakninger til at holde tilstrækkeligt tæt ved kryogene temperaturer. Vi skal nok helt op omkring primære kulpakninger med sekundære dobbelte heliumtryksatte labyrintsegl, for ikke at pumpe for meget LOX de forkerte steder hen. Det er virkelig ikke for børn, men til gengæld har jeg efterhånden noget erfaring med kulpakninger og nogle leverandører til dem.

Den anden ting er problemer med krympning af alle komponenter i kulden. Alle materialer trækker sig ret meget i en gennemkold turbopumpe og man risikerer at ting går fast. CS har prøvet frosne ventiler før og NASA gjorde det nærmest forleden med opsendelsen af Orion. Den kom også først afsted dagen efter at de havde tøet nogle bundfrosne hængende ventiler op.

Jeg vil helst gerne have så få problemstillinger tilbage i pumperne som muligt, når LOX'en kommer ind fra sidelinjen og præsenterer sit helt eget sæt udfordringer.

  • 4
  • 0

Inconel? Jeg kan ikke lade være med at tænke, at det måske er en bro, der ligger lidt for langt væk. I skulle ikke gerne bruge jeres krudt på noget der er for besværligt og for dyrt - og måske endda alt for godt til anvendelsen.

Til gengæld synes jeg springet fra V2 - teknik med svejst jern til russisk '50 er teknik er helt fremragende. Bare det at have en reference til Alexei Isayev er da også noget... og der er noget smukt ved russisk teknologi i al sin brutale enkelthed. Gad vide om de brugte inconel i deres turbine? Hint: Nej.

Det er forøvrigt ikke alt for svært at finde ud af. På nettet er der nogen der sælger udrangerede eksemplarer - den billigste jeg fandt gik til 1000 £. Med så mange fremstillede eksemplarer, og russernes tendens til at opmaganisere frem for at skrotte, skulle det nok være muligt at finde noget. I behøver bare at disassemble peroxid - turbinen for at lære noget.

Kan man forøvrigt ikke klare sig med en højtemperatur aluminium legering? Hvis du søger på "lost PLA" vil du finde masser af videoer hvor folk står i garagen og støber emner ud fra normale FDM - printede emner. De bruger ganske vist coladåser som råmateriale, men nøjagtigheden bliver god - det er f.eks let at skelne printersporene på det færdige emne. Jeg har for sjovs skyld prøvet at printe et turbinehjul på en Makerbot 2, og resultatet blev overraskende godt.

Så... lidt mere styr på råmatrialet, støbesand/emnecoating og en lidt bedre ovn og støbeteknik, så tror jeg I har noget brugbart.

Og vel og mærke noget der ikke smadrer bankkontoen.

  • 2
  • 0

Kan man forøvrigt ikke klare sig med en højtemperatur aluminium legering?

Jeg er enig i at Inconel vejen lyder noget dyr (bearbejdning af det materiale er vel heller ikke for sjov). Aluminium har vel bare den trælse egenskab at flydespændingen styrtdykker så snart det bliver lidt mere end "håndlun". Se evt. her. Det er godt nok 6061 alu og der findes sikkert noget der er bedre.
Findes der godt nok ikke andet materiale der er:
Til at købe for penge.
Til at bearbejde uden alt for meget besvær.
Kan holde til LOX temperatur uden at blive "glas sprødt"
Holde til de "bekedne" temperaturer fra H2O2 gasgenerator?

  • 0
  • 0

Det er en god diskussion at tage fat på, specielt på et forum hvor så mange mennesker samlet set udgør en enorm videns- og erfaringsbase.

Vi kan jo starte ud med mit motiv: Jeg har fra egen erfaring at disse inconel legeringer bare virker og at de forsvinder fuldstændigt fra listen over potientielle bekymringer. Den liste prøver jeg at holde så kort som muligt.

Det betyder ikke at der ikke er andre gode eller endda bedre alternativer. Jeg kender dem måske bare ikke og derfor er den samlede viden og erfaring, i kombination med dette forum, så vigtig en kilde til problemløsning. Når al informationen så er kommet på bordet og vendt og drejet, så skal der jo altid i sidste ende tages en beslutning, men jo mere solidt et beslutningsfundament, jo bedre en beslutning.

Aluminiums trækstyrke styrtdykker ved høje temperaturer. Derfor holder jeg aluminium langt ude på et sidespor, indtil kilderne til alternativer løber tør. Vi skal altså bruge nogle rimeligt høje temperaturer for at få noget nytteeffekt ud af gasgeneratoren og turbinen.

Jeg er enig i at russernes lidt grove tilgang til tingene, i den tekniske korrekte tidsperiode, giver en af de bedste kombinationer af fremstillingsvenlighed, teknisk kompleksitet og ydelse. De brugte nok ikke inconel i deres turbopumpe turbiner, da mono-prop drivmidlet til gasgeneratoren (isopropyl nitrat) i dets rene form reagerer og producerer gastemperaturer omkring 1200°C. De har nok blandet noget i til at sænke forbrændingstemperaturen, men jeg tror ikke de er gået helt ned til at bruge almindelig stål eller rustfri som turbinemateriale.

@Peter
Kan du linke til et par eksempler på hvad du har fundet? Det lydre ret spændende.

Inconel'en er da rimeligt dyr, men det kunne nok være en udgift der var til at overkomme, hvis man virkelig besluttede sig for at gå ned af den vej. Én listepris, på en enkelt ø127x25mm Inconel 718 "skive" (som må være den absolut dyreste kilopris man kan finde) var på lige omkring 1800kr. Ja, det er da rasende dyrt for en listepris, men man kan være meget heldig med effekterne af interessen omkring raketprojekterne og sponsoraftaler. Dette er jo bare et eksempel på en enkelt tilfældig leverandør.

En af de andre måder man kan være heldig på, er at få lov til at komme med på en ledig plads på et af "juletræerne" støberierne plejer at lave til denne slags emner. Hvis man har tid til at vente på at støberiet kører et batch inconel, så kan man også der være rigtigt heldig med at komme med, når man er en frivillig non-profit raketorganisation.

Bring bare info og erfaring til bordet, så vi kan få vendt og drejet alle mulighederne, for en endelig sagligt begrundet beslutning.

PS. Turbinematerialet i turboladere er næsten også nød til at være nikkel-legeringer. I moderne benzinbiler er udstødningstemperaturene meget høje og de skal holde i tusindvis af timer. Selv har jeg også prøvet at køre store dieselturboladere ved gastemperaturer over 1000°C. Det er altså lavet solidt!

  • 1
  • 0

Det kunne være en mulighed. Jeg har faktisk set et enkelt aksial turbinetrin i en ældre og ret stor marineturbo. Det eneste problem var bare, så vidt jeg husker, at turbinehjulet og akselen var en støbning. Det var lidt samme ide jeg havde tænkt mig at bruge.

  • 0
  • 0

Er de GT1241 i har fået helt specielle mht opbygning hvor kompressor er en selvstændig enhed? Passer selve turbineopbygningen dårligt mht at få en fornuftig virkningsgrad ud af den gas som en H2O2 gas generator kan give? Hvis man kan få en færdig turbine er det måske lidt nemmere end at skulle starte helt fra bunden.
Hvor stor effekt får man ud af turbiner der sidder i lidt større standard motorer (traktor / lastbil størrelse som er lavet i relativ stort styktal)?
Hvad koster sådanne turboer evt. i brugt udgave som kan renoveres? Der hvor jeg vil hen er om det er smart at satse på 5 akset bearbejdning på inconel, som evt. endda skal specialstøbes, hvis man kan få en færdig enhed til ~10k. Ved den færdige enhed kunne man "nøjes" med at bruge sine kræfter på pumpedel og gasgenerator (meget stor opgave i sig selv). Pumpedelen bliver svær at lave, men den kræver vel ikke inconel. Her kan vel bruges standard rustfri eller stærk alu legering som ikke koster det store og er let tilgængelig.

Nu skal vi jo ikke glemme at turbopumpe er et sideprojekt, men hvad vil du anslå en turbopumpe vil komme til at koste til 100kN motoren? Du vælger selv om det skal være ud fra færdigkøbt turbine eller helt fra bund med støbning og bearbejdning. Jeg ved godt at det måske er et uretfærdig spørgsmål på nuværende tidspunkt, men man bliver vel nødt til at tænke lidt over det når nu man vil køre sideprojektet.

  • 0
  • 0

Hej Benny,

Jeg tror vi måske alligevel har snakket en lille smule forbi hinanden. Planen er netop at bruge umodificeret de turbinehjul og akseler der sidder i turboladerne. Kompressorhjulet sidder bare på med en god glidepasning og en møtrik. På den måde omgår vi indledningsvis fuldstændigt snakken om aksiale turbinehjul og deres fremstillingsproblemer. Den anden snak om aksiale turbinehjul, til en turbine-between-pumps single-shaft konfiguration er et senere udviklingstrin, der måske har sin berettigelse, hvis vi kan få løst fremstillingsproblemerne. Desuden kan det være at turboladere modificeret med et pumpehjul virker så godt, at vi ender med at blive ved den teknologi, i stedet for at tage slæbet med at udvikle en single-shaft pumpe. Desuden har du fuldstændigt ret i at det er langt simplere, også rent materiale og fremstillingsmæssigt, at sætte vores eget pumpehjul på turboladerakselen. Der bliver nogle problematikker omkring segl på et senere udviklingsstadie, men det må vi tage til den tid.

Angående aksel-effekt, så har jeg taget fat i en middelstor tilfældig turbolader, i Garretts mere moderne afdeling. Her er Her er GTX4508R turboens compressor map

I punktet 119lbs/min og kompressionsforhold 4,4 bruger kompressorhjulet 196,22kW. Dertil kommer at indgangstrykket, og dermed densiteten af gassen, er forholdsvis lav. I forbrændingsmotorer er luftmasseflowet gennem turbinen maksimalt det samme som luftmasseflowet gennem kompressoren. Dertil kommer også at nytteffekten på turbinehjulet (blandt andet) er direkte proportionalt med luftmasseflowet gennem det.

Den pointe jeg prøver at komme frem til er, at vi kan bryde reglerne for forbrændingsmotorer når vi bruger en selvstændig hydrogenperoxid gasgenerator. Der er ikke noget der (teoretisk set) forhindrer os i at køre varm gas ved 40 bar ind i turbinen. Derved bliver densiteten af gassen (og dermed masseflowet) meget højt, hvilket resulterer i en enorm forøget akseleffekt.

Hvis vi tager ovenstående eksempel i en ultra-grov og primitiv kontekst, så betyder en faktor 10 forøgelse af trykket, en faktor 10 forøgelse af densiteten, der igen er ensbetydende med en faktor 10 forhøjelse af masseflowet gennem turbinen, hvilket i sidste ende betyder en faktor 10 forøgelse af nytteeffekten fra turbinen. Såfremt ovenstående turboladers interne mekanik ville overleve forsøget, så ville den md forbehold levere i underkanten af 2MW. Det er så meget mere end vi skal bruge til en 10-ton motor med et kammertryk på 15 bar.

Lad mig dog lige holde på hestene og minde om at en turbopumpe til en 10-ton klasse motor er allersidste trin på udviklingsplanen. Vi har meget meget langt endnu før vi står der. Det har faktisk slet ikke været på tale at der skal turbopumper på Spica, men det gør det nu immervæk nemmere at sætte dem på en dag, skulle fristelsen blive for stor, hvis den færdige pumpe faktisk passer nogenlunde til raketten.

Turboladere i denne størrelse koster i omegnen af 20000kr, hvis man skal ud og købe den, men nærmere på hvad hele projektet kommer til at koste, så har du ret i at det er et uretfærdigt spørgsmål, og at jeg simpelthen ikke kan svare på det. Der er simpelthen for mange variabler på dette tidlige tidspunkt. Men planen er at turbopumpeprojektet, som et selvstændigt sideprojekt, skal have sin egen økonomi. Det er ikke fair hvis et sideprojekt belaster hovedprojektet og jeg tror også at turbopumperne er spændende nok til at der er nogen der har lyst til at støtte det særskilt.

Det bliver meget nemmere at forklare hvad der skal bruges penge til, når den første teststand er designet med sensorer og måleudstyr. Når komponenterne er fundet, så er det også meget nemmere at forklare hvor meget det kommer til at koste at komme godt i gang.

  • 2
  • 0

SpaceX 3D printer motorerne til Dragon 2 i Inconel. Det er måske værd at finde ud af hvad en sådan printning koster. Man køber jo ikke printeren, men får nogle til at printe det.

Man kan for meget små penge 3D printe stål, som hævdes at kunne klare op til 831 grader: http://www.shapeways.com/materials/steel - de klarer emner op til 762 × 393 × 393 mm

  • 0
  • 0

Aluminiums trækstyrke styrtdykker ved høje temperaturer. Derfor holder jeg aluminium langt ude på et sidespor, indtil kilderne til alternativer løber tør.

Javel, det er rigtigt. Men samtidig leder aluminium varmen godt, så måske er det bare et spørgsmål om at have masse nok der kan absorbere varmen. Et godt lag AlO2 isolerer også, og det smelter altså først ved 2000 grader C. Der er heller ingen grund til at få sådant et turbinehjul til at ligne en lastbil - turbo, der skal kunne køre 10000 timer uden problemer og med høj effektivitet. Det må da godt ligne noget fra en gammel vandmølle, hvis det er nemmere at fremstille... <grin>

Jeg kan ikke rigtig glemme PM's springvand. Han var inde på noget af det rigtige - hvis noget er godt nok så behøver det ikke at være bedre. Det skal heller ikke være for dyrt, for så har I ikke råd til at eksperimentere. Den bedst designede racerbil går i stykker lige når den passerer mållinjen.

I øvrigt tror jeg der er problemer nok foreløbig med at lave en catpack der virker hver gang - hvis I da ikke vil fjerne stabilisatoren. Indtil det virker, kan vi jo diskutere inconel, men et oplagt forsøg var da at teste en catpack og lade "udstødningen" ramme noget støbt aluminium.

  • 0
  • 0

Der er skam allerede ved at blive kigget på 3D printning til katalysatordelene.

3D metalprintning kan virkelig mange spændende ting. En af de ting, det dog ikke kan klare, er et fornuftigt overfladefinish. Overfladen bliver "bumpet" eller "ru", hvilket skal fjernes ved polering eller efterbearbejdning. Det er bare ikke nemt på turbinehjul.

Det er derfor jeg hælder til støbning af turbinestumper. Overfladerne kræver ingen efterbearbejdning.

  • 0
  • 0

Rettelse: Der er ved at blive kigget på flere forskellige katalysatorteknikker, heriblandt nogen katalysatordele fremstillet ved 3D printning.

  • 0
  • 0

Det lyder rigtigt godt det hele, Jacob! Glæder mig til de følgende blogs og projektets videre forløb. Behøver jeg at sige at dine blogs ikke bare er velskrevne men også særdeles lærerige og informative for en sidelinie raketnørd som mig?

Jeg er rigtig glad for at se at problemet med H2O2 gasgenerator teknikker tages op af folk der virkelig ved noget om sagen. Det vil være særdeles betryggende om man kan fortsætte med at arbejde med højstabiliseret H2O2 frem for det livsfarlige alternativ.

Og hvem ved måske det ender med at "naboen" kommer til at stå for en del af teststanden til nogle tests da H2O2 er lettere at pumpe end LOX? Som stor fan af stereospace vil det være meget fint med mig!

I alle tilfælde: Denne kombination af konkret realisme (Nexø og Spica) sammen med et flerårigt studieprojekt (turbopumper) er en rigtig god måde at krydre CS bloggen.

  • 3
  • 0

Man kan for meget små penge 3D printe stål, som hævdes at kunne klare op til 831 grader: http://www.shapeways.com/materials/steel - de klarer emner op til 762 × 393 × 393 mm

Spændende, men det er stål blandet med bronce så gad vide hvor stærkt det er?

Den bedst designede racerbil går i stykker lige når den passerer mållinjen.

I øvrigt tror jeg der er problemer nok foreløbig med at lave en catpack der virker hver gang - hvis I da ikke vil fjerne stabilisatoren. Indtil det virker, kan vi jo diskutere inconel, men et oplagt forsøg var da at teste en catpack og lade "udstødningen" ramme noget støbt aluminium.

Det med racerbilen er rigtigt, men målet her er ikke at komme højest, men at komme op i 100km og uskadt ned. Derfor skal designet helst ikke presses helt til grænsen for CS når ikke at lave 100 turbopumper for at finde ud af nøjagtig hvor grænsen er.
At lade udstødningen fra en catpack ramme noget støbt alu giver ikke så meget mening. Med H2O2 er det let at beregne temperaturen og flydespændingen er et tabelopslag. At alu ikke smelter er en ting, men noget andet er om det holder til centrifugalkraften når det sidder på et hjul der spinner 50-100K RPM og er varmet op til >500 grader. Svaret er nok desværre nej.

Det vil være særdeles betryggende om man kan fortsætte med at arbejde med højstabiliseret H2O2 frem for det livsfarlige alternativ.

Enig i at det skønneste vil være at fortsætte med højstabiliseret H2O2. Håber Kanstrups forslag med en roterende varmeveksler overvejes så termisk dekomponering evt. kan bruges.

Og hvem ved måske det ender med at "naboen" kommer til at stå for en del af teststanden til nogle tests da H2O2 er lettere at pumpe end LOX? Som stor fan af stereospace vil det være meget fint med mig!

Ethanol og H2O2 er også en kombination jeg syntes der kunne være interessant hvis der skal pumpe på, men om det er realistisk at kunne køre den kombination uden CAT ved jeg ikke, men det kunne være sjovt at høre om der er nogen der har en ide om det kunne have gang på jord.

  • 1
  • 0

At alu ikke smelter er en ting, men noget andet er om det holder til centrifugalkraften når det sidder på et hjul der spinner 50-100K RPM og er varmet op til >500 grader. Svaret er nok desværre nej.

Hmm. OK, jeg vidste heller ikke der blev sigtet efter 50k RPM...

Her er et site der omhandler Redstone A-7 turbopumpen. De har "noget" monteret foruden på peroxid- impelleren:

http://heroicrelics.org/info/redstone/a-7-...
Klik på billederne for en stor version!

  • 0
  • 0

Nå, der er pause i NFL play off, så der er lige tid til at blogge lidt :-)

Så det fremgår af overskriften, så har jeg 3 ting på hjertet.

1) Først, tak for en god blog Jacob. Jeg synes det er vildt spændende og vil derfor også gerne tilbude noget man-power. Jeg er ikke kemi ing, men vi kan evt ta en snak offline, hvis du er interesseret i at høre om kompetencer.

2) Fra mit tidligere job, der kender jeg flere som arbejder på et mindre værksted i lufthavnen i Roskilde, hvor de overhauler Garrett TPE331'er. Turbinehjulet i sådan en fætter er ca den størrelse du leder efter og de bliver smidt i skrot kassen, når de er løbet ud for flyvetimer. Kan godt være det kræver lidt overtalelse nu, efter de for nogen år siden havde besøg af et udenland haverikommision. Der var en som havde solgt et skrottet hjul han havde fået, med fine nye falske papirer, og den separerede efter en del 1000 ekstra timer. Går ikke ud fra dine test skal være mange 100 timer, og heller ikke fuld temp eller RPM.
http://en.wikipedia.org/wiki/Garrett_TPE33...
Jeg tænker på det røde hjul.

3) Det lyder som om det er pumpe delen, som bliver første (største?) udfordring. Ville det så ikke være hurtigere at komme igang ved at teste pumpen med en el motor??? Og evt en gearkasse. Eller snakker vi for store effekter, til at det er praktisk?? De små 200Kw som du snakker om, burde være "nemt" at finde. De 2MW et lidt størrer bæst, men det findes. Kan være vi kan låne en af FLS. Så vidt jeg ved, så har de op til 5MW, bl.a. til kværnen i de cement fabrikker de bygger....
Her en lille 2Mw. Applikation ukendt, men den driver en pumpe, ser det ud til. Og vejer vel ca det samme som SPICA kommer til :-)
https://www.youtube.com/watch?v=ReHFrI0EClA

  • 0
  • 0

Der er lige en røverhistorie jeg skal have manet i jorden. Efter at have kæmpet mig gennem de 488 sider i H2O2 håndbogen, så er jeg kommet frem til to ting:

  1. Hydrogenperoxid dampe er kun eksplosive under ganske bestemte forhold af lavt tryk og høj temperatur. Denne tilstand er ikke ret sandsynlig, da vi altid har hydrogenperoxiden under tryk, samt prøver at holde den så kold som muligt, for at holde det stabilt.

  2. Stabilisatorens eneste formål er at forlænge hyldelevetiden af hydrogenperoxid. Hyldelevetiden bliver hævet med omkring en faktor ti. Ellers er der ikke andre effekter, udover at stabilisatoren har det med at forgifte katalysatormaterialer.

  • 2
  • 0

Er det den propelformede del af LOX impelleren du mener, Peter?

Det er en helt udramatisk "inducer". Det er en speciel "forpumpe" der hjælper med at undertrykke kavitation i pumpehjulet. NASA SP-8052 (refereret i figur ovenfor) omhandler ikke andet.

  • 0
  • 0

aaaah! TPE331 er næsten lige så ikonisk som Rolls Royce Dart. Jeg bliver helt nostalgisk her. :-)

  1. Manpower: Mange tak. Der kommer en helt officiel hververunde efter næste blog, når jeg har fået nedfældet præcist hvilke kvaliteter og kompetancer projektet får brug for. Til gengæld skal selvstændigt initiativ aldrig tages ilde op, så lad os klart tage en snak. Tag fat i mig efter fyraften på 29 918 272.

  2. Et turbinehjul fra TPE331'eren er ikke helt i skoven hvad angår størrelsen på en turbine-between-pumps single-shaft konfiguration. Det ville være spændende nok at kigge nærmere på et på et senere tidspunkt. Efter de lidt uheldige omstændigheder du beskriver, så lyder det også som om det kommer til at kræve lidt diplomati at få et med udenfor hegnet, så det er nok en god ide ikke at have for travlt. Der er rigtigt mange heste selv i første trin alene, men hvis man kører partial-admission, så begynder vi så småt at komme ned i de rigtige størrelsesordner. Jeg tror forresten selv jeg har haft æren af at besøge selvsamme værksted indenfor hegnet, for mange år tilbage.

  3. Vi tester de første pumpehjul direkte i den modificerede turbolader. Der er næste lige så meget besvær associeret med at integrere et nyt pumpehjul på en gearkasse for tests. Jeg vil helst heller ikke bruge andet end turbo-kernen, da sådan en lille bitte turbine kommer til at køre rigtigt rigtigt stærkt.

I følgende kompressormap ved 10lbs/min og et kompressionsforhold på 2,6 så bruger kompressorens impeller 9,05kW (ved 220000 RPM). Det kan være at vi kan gå op på tryk og masseflow, for at hæve effekten ud af turbinen, men vi kommer aldrig til at køre bare halvt så stærkt med flydende pumpemedier. Det betyder, at vi må bide i det sure æble og finde os i noget ekstra tab i turbinen, grundet den dårligere velocity-ratio. Dårligere effektivitet er heldigvis ikke ensbetydende med at det ikke virker alligevel.

  • 1
  • 0

Tilbage lige omkring starten af nullerne hørte jeg første gang om en ekstra turbine efter turboen på nogle lastbiler til forbedring af økonomien (TERS) Termisk Energi Recovery System.
Der blev efter hukommelsen talt om ca 10% ekstra effekt på svinghjulet, (ca 30kw) trods der må have været lidt pumpe tap.
På nogle af dem var denne energi lagt direkte på svinghjulet hvorfor de må være gearede resulterende i et lavere omdrejningstal til pumben -Hvis man på den måde kan få turbine og gear i en enhed ville det så ikke være at foretrække fremfor de høje omdrejninger på pumben?

  • 0
  • 0

Jeg tror de opgav ideen ikke alt for mange år senere. Nu har jeg ikke fulgt med i den teknologi, men der var vist problemer med driftsikkerheden og så er mere moderne turboer begyndt at udnytte udstødningsgassen mere effektivt.

Eksisterer TERS systemet stadig på moderne lastbiler?

  • 0
  • 0

Jeg tror nok de fleste er gået over til turbogeneratorer istedet for at trække direkte ind på svinghjulet.
Et par af de steder jeg har læst om emnet er det fordi turboteknologien er ved at være meget effektiv at man gør det.
En af grundene til det er at få udstødningstrykket langt nok op til at kunne recirculere udstødningsgassen ind på tryksiden af kompressoren. Det meste materiale jeg har fundet er mellem 5 og 10 år gammelt, men her er lidt af det nyere:
http://ricardo.com/Documents/Downloads/Sof...
http://www.voith.com/en/products-services/...

  • 0
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten