Создание ТМП - ключевая информация

Жду возможности изготовить ротор... #284

 

Во-первых, не следует путать направление действия центробежной силы и давления в вихревом потоке. Если элементарный фрагмент вихревого потока (молекула, по минимуму) движется по СПИРАЛЬНОЙ макротраектории (без учёта тепловых "шараханий"), то центробежная сила никак не может быть направлена радиально. А вот перепад давлений в вихре направлен именно радиально. И всю эту хрень я достаточно подробно просчитал в данной работе

 

Пока возникла пауза с изготовлением уменьшенной рабочей модели РТМП, продолжил работу над проточной частью диффузорного варианта ТМП диаметром 574 мм. Провёл предварительную склейку секторов в единое целое. Теперь ПЧ требует ещё механической доводки и последующего покрытия эпоксидным компаундом для получения глянцевой поверхности. Работы ещё очень много. И на всё это нужны время и деньги. Придётся ещё сделать горизонтальный разрез ПЧ на нижнюю и верхнюю половинки, чтобы проверить входы в диффузоры и сгладить оставшиеся там неровности. При этом откроется свободный доступ и для доводки поверхностей вихревой камеры. А затем они будут вновь склеены с использованием центрующей проставки. Далее необходимы точное изготовление и установка на ПЧ и турбину стальных колец, уплотняющих подвижный стык между ними за счёт минимизации зазора, а также - центрального фланца ПЧ с прижимным кольцом для установки на ось турбины. В итоге всё должно выглядеть примерно так, как показано в приложениях. Одна из картинок - фото нагнетательного короба (как вариант запуска), где видны раструб для подключения ресивера, отверстие для предохранительного клапана и один из пусковых клапанов для доступа воздуха после падения давления в ресивере и коробе

 

А вот так это выглядело перед испытаниями 1-й модели. Без нагнетательного короба
https://vk.com/club111765429?z=photo-111765429_410127411/wall-111765429_55

 

Для начала определимся - что будем называть "колесом". Есть два варианта устройства: ДИФФУЗОРНЫЙ, где "колесом", с оси которого снимается полезная нагрузка, является периферийная турбина (то, что показано в посте чуть выше), и РОТОРНЫЙ, где "колесом" является ротор, расположенный в центре вихревого потока. Принцип преобразования тепла в них один и тот же - перестроение теплового движения молекул из хаотического в направленный поток в условиях градиента окружной скорости потока, создаваемых при запуске. Здесь подчеркну особо: Затрата энергии при запуске требуется лишь кратковременно, именно для создания условий преобразования - воздушного потока, окружная скорость которого возрастает с периферии к центру по закону, близкому к экспоненте (вихря, проще говоря). Далее эти условия поддерживаются уже исключительно за счёт тепловой энергии самогО потока, скорость которого может достигать скорости звука, а возможно, и более, соразмерно со средней скоростью теплового движения. Когда созданы условия, поток уже не нужно "разгонять". Ведь молекулы изначально движутся с тепловыми скоростями, и это движение просто перенаправляется без дополнительных затрат энергии, только за счёт самОй геометрии потока, создающей статистическую анизотропию взаимодействия молекул. Это можно себе представить как "распрямление" тепловых траекторий молекул, словно пружинок, в направлении вращения по мере их перемещения к центру вихря, из условного концентрического слоя с меньшей в слой с большей окружной скоростью. Аналогично природным вихреобразованиям с высокой интенсивностью потока, где исходные условия возникают за счёт достаточно мощной конвекции (поэтому такие явления и наблюдаются сравнительно редко).

Остаётся только преобразовать кинетическую энергию этого потока в избыточное динамическое давление, непосредственно способное совершить полезную работу. В диффузорном варианте это делается с помощью, собственно, диффузоров и турбины ("колеса"), охватывающей блок диффузоров. В роторном - с помощью ротора, который в данном случае совмещает преобразование кинетической энергии с преобразованием динамического давления в полезную работу. В этом, кстати, я вижу существенное преимущество роторного варианта. Но первоначально пошёл по пути создания диффузорного чисто из технологических и экономических соображений. Так мне казалось быстрее. Дело новое, и сразу разглядеть оптимальные решения не так-то просто. Тем более, что именно в этом направлении никто больше не работает. Был один знакомый в Питере, но его уже давно нет в живых (конспирологические версии его гибели не усматриваю)

 

Есть такой, вот, эскиз ротора, который был бы нужен для полноценного прототипа ТМП. В идеале он должен быть изготовлен из отдельных деталей, предварительно обработанных и соединённых путём вакуумно-диффузионной сварки. Бешеных денег для этого не нужно, но и "на коленке" на сэкономленное с нынешней зарплаты инженера не сделаешь. Обычные НИОКР, если нашёлся бы серьёзный спонсор. Поэтому пока я и пошёл по компромиссному пути, о чём говорилось в постах #284 , #292 , в надежде получить хоть какой-то минимальный эффект, позволяющий выйти хотя бы просто на самовращение

 

Сварка - для обеспечения прочности. Скорость вращения ротора - 10000 об/мин, и напряжения от ц/б силы должны равномерно распределяться по стыкам лопаток с дисками. Прочности, жёсткости и герметичности заклёпочных или винтовых соединений будет недостаточно. Это ведь не какой-нибудь рядовой ц/б вентилятор. Ротор должен быть единым металлоизделием. И ВДС - не какая-то "космическая" технология. Она используется давно, и в Питере есть предприятия, где она применяется. А лопатки можно изготовить из дюралевой плиты как раз на фрезерном станке с программным управлением. Заготовка не такая уж большая. Да, процент отходов велик, но это ведь не массовое производство

 

Во-первых, скорость вихря вряд ли достигнет среднеквадратичной тепловой. Хаотическая составляющая молекулярного движения сохранится в значительной мере, поскольку его согласование происходит только по двум координатам в плоскости вращения + сопротивление элементов конструкции. Конечно, при этом должно происходить и выравнивание распределения тепловой энергии по всем 6-и степеням свободы. Но, скорее всего, скорость потока не превысит скорости звука.
Во-вторых, скорость вращения ротора (барабана) должна быть примерно в 3 раза меньше скорости потока. Это вытекает из геометрии устройства, из условия, что при определённом расходе воздуха, его соответствующей скорости относительно ротора на входе, окружная скорость на выходе равняется нулю. Остаётся только радиальная составляющая, переходящая в осевую, около 20 м/с. Это - при полной нагрузке. В режиме "холостого хода", когда тепловая энергия компенсирует лишь сопротивление в конструкции, порядка 80...90 % полной энергии вихря, скорость ротора увеличится примерно в пределах 10%, в результате чего снизится расход воздуха. Это очень похоже на работу асинхронного электродвигателя. Аналогия "скольжения" магнитного поля. Саморегулируемый процесс. По мере увеличения нагрузки повышается и приток энергии

 

К сожалению (а, может быть, и к лучшему), методом 3D-печати из пластика ротор уменьшенного прототипа РТМП изготовить не удаётся. Сама технология не позволяет выдержать необходимую геометрию изделия (мин. толщину стенок), 100%-но удалить материал поддержки. Да и прочность пластика оставляет желать лучшего. Так что, придётся всё же сделать ротор из металла, Д16. Это обойдётся, думаю, существенно дороже, чем 16500 р, даже при возможности изготовления "по знакомству", как я это пытаюсь сейчас организовать. Фрезерование и токарку, надеюсь, сделают за минимальную плату. Но без вакуумно-диффузионной сварки обойтись не получится. Пока даже не нашёл ещё, кто в Питере за неё возьмётся. Две организации уже отказались. Осталась надежда на Курчатовский институт. Подходящая установка у них есть, но смогут ли - пока жду ответа. Да и стоимость, наверное, маленькой не покажется, если и согласятся...
Но иначе - никак. Зато, если удастся сделать такой ротор, его качество позволит, думаю, получить более эффектный результат

 

Пока продолжается эта "тягомотина" в возможностью качественного изготовления ротора, нарисовал ещё одну красивую картинку. Схему воздушного потока, какой она должна быть в РТМП в идеале. Воздух условно движется как бы по каналам такой формы. Их сечение и форма отображают скорость (обратно пропорционально сечению) и направление потока. Понятно, что "каналов" как таковых не существует. Есть только каналы ротора и завихрители на входе. Тут даже не показана внешняя граница ротора. Она "угадывается" по концентрации линий в зоне максимальной скорости. Но ротор при этом вращается, а картина течения остаётся неподвижной.

Именно в зоне максимальной скорости и должно происходить основное "чудо" преобразования тепла, подобно перевороту изображения в фокусе линзы. В природных и техногенных воздушных вихрях эта зона тоже часто выделяется визуально, хотя там нет никаких условных линий. По концентрации пыли, тумана... Вот, как тут, к примеру

 

По щучьему велению что ли? Как тут ни исхитряйся "голь на выдумки", а выше головы не прыгнешь без технологий. И так уже чего только ни приходилось выдумывать, чтобы обойти технологические ограничения. Когда-то ещё в своей деревенской мастерской, к примеру, изготовил такой, вот, фрезерный станок для получистовой доводки алюминиевого диска. Самая первая попытка сделать диффузорный прототип "самостоятельно". И то диск изначально по моей просьбе тогда выточили на заводе, где работал. И даже материал помогли оплатить. Кстати, в техотделе того же Великолукского завода ещё в 2002-м году и оценили уже более "взрослый" прототип диффузорного ТМП в тогдашних 300 тыс.р. У меня ещё даже чертежи сохранились, частично выполненные на кульмане

 

Использовать явление поверхностного натяжения для получения "абсолютно гладкой" поверхности я уже пытался, покрывая стенки проточной части первой модели слоем эпоксидного состава. Поскольку эпоксидка при затвердевании практически не усаживается, она и даёт глянцевую поверхность. Правда, из-за переоценки текучести состава я не смог заполнить им всю проточную часть до начала загустевания. И пришлось его слить раньше, поэтому осталась без покрытия примерно половина площади диффузоров. Возможно, это тоже отрицательно сказалось на работоспособности устройства. Для новой диффузорной ПЧ запланирована аналогичная технология, только состав должен наноситься не путём заполнения и слива, а путём проливки при вращении ПЧ в наклонном положении. При этом имеется бОльшая свобода для доступа состава ко всем поверхностям и его удаления (кроме адгезионной плёнки)



Я и для ротора из пластика хотел применить тот же метод. Но с пластиком не прокатило. А дюралюминий лучше просто отполировать. Притом - в направлении потока. Возможно, на микроуровне это даст ещё эффект, похожий на "акулью кожу"

 

Проточная часть 1-й модели ТМП, покрытая эпоксидным глянцем. Как видим, растекание всё же получилось далеко не идеальным

 

Тогда для ротора можно использовать эп.состав максимальной прочности с тщательной подготовкой поверхностей, односторонним нанесением только на диски ротора и последующим спиртовым опрыскиванием во избежание наплывов на стыках деталей. Может быть, благодаря большому числу стыков (зо лопаток), это всё и выдержит токарную обработку в сборе, а также рабочие нагрузки. Но всё же очень хотелось бы найти исполнителя ВДС

 

И снова - ротор ТМП. Нужно как-то ускорить его изготовление.
Поскольку с выполнением глухих пазов сложной формы путём электроискровой обработки тоже всё очень сложно (навёл тут справки), попробую, пожалуй, самый низкобюджетный вариант, сочетающий достаточную прочность, точность геометрии и возможность качественной обработки поверхностей. Лопатки и план-шайбы со сквозными пазами мне друг поможет изготовить соответственно на фрезерном и лазерном оборудовании. Ну а токарная обработка и вовсе уже - не проблема. Осталось только подобрать самый надёжный клеящий состав. Скорее всего, он должен быть 2-компонентным (чтобы без усадки), специально предназначенным для склеивания алюминия. В сети пока не смог выбрать. Слишком много рекламы, не всему можно верить. Хорошо бы посоветоваться с опытными людьми

 

Скепсиса было предостаточно. Много было разговоров о спонсорстве с самыми разными людьми, начиная с одного моего друга, который сам и позвал меня в Питер. Типа, поработаешь у меня в компании конструктором, а по ходу дела подгоним финансирование. Но дальше того, что он повесил у себя в директорском кабинете на стену копию моего чертежа, дело так и не пошло. Тратить прибыль компании на личную роскошь - оно как-то привлекательнее, видимо

С тех пор много воды утекло, как говорится. Из той компании я давно уволился. Во многих местах пытался найти содействие. Даже с властью пытался контактировать, пока не дошло, что как раз ей эта тема - как кость в горле. А был момент, когда чуть было не нашёл поддержку в партии "Справедливая Россия", лично встречался с бывшим тогда советником по науке С.Миронова, и подали докладную записку на его имя. В общем, в итоге с помощью друзей удалось сделать только одну модель ТМП далеко не лучшего качества. Она показана в посте #654 А сколько всякой работы было проделано по теме параллельно начиная ещё с прошлого века! И всё - на чистом энтузиазме. Да, иногда удавалось найти и вполне существенную финансовую поддержку. Например, бывший работник ЗАО "Резонанс", коллега небезызвестного А.Фролова (с ним я тоже однажды виделся лично), оплатил изготовление пластиковой ПЧ #647 , которую я недавно наконец-то склеил в единое целое, но работы с ней ещё много, и она продолжается по мере возможности. Это обошлось более, чем в 100.000 р.

 

Для тех, кто любит сразу заглядывать на последнюю страницу темы, перепощу ссылку с первой страницы в качестве краткой предыстории проекта "Преобразование тепла" в дополнение к постам #292 , #463 , #521 и #677
А так же позволю себе добавить тут ссылку на группу ВК, где все материалы по теме представлены более широко, но достаточно компактно
https://vk.com/club111765429

 

С клеем пока нет определённости. Изучая этот вопрос, понял, что предпочтительнее специализированный эпоксидный клей именно для алюминия, содержащий хим.добавки, вступающие в реакцию с оксидной плёнкой, что увеличивает адгезию. Но конкретную марку выбрать трудно.
Изготовление деталей - дело техники и денег. Есть друг, на своём оборудовании готовый сделать лопатки и план шайбы согласно эскизам. Фрезерование и лазерная резка.

Нужно будет ещё изготовить диски и ось путём токарной обработки из того же Д16Т и стали. Купить материал. С токарными работами тоже, вроде бы, обещали помочь. Именно на эту технологию я сейчас и ориентируюсь. Но на всё это нужно свободное время, в рабочие дни. С этим у меня сейчас большая проблема. Свести бы концы с концами, чтобы просто быт поддерживать как-то...

 

Работа над проектом приостановлена за отсутствием материальных ресурсов. Если у кого-то есть возможность помочь, вот реквизиты для перечисления средств:
Номер карты Сбербанка
5336 6900 0982 3677
Для перечислений из-за рубежа - см. приложение

 

Обновляю реквизиты в соответствии с номером карты. Хотя это не принципиально. Данные, важные для перечислений, не изменились. По теме, к сожалению, никаких новостей пока нет, как и спонсорской поддержки