Projekt jettmotor

In thrust we trust

av: David Peter

Inledning!

Denna sida är skapad för att skänka lite inspiration till dig som läsare att själv kanske försöka dig på ett liknande projekt.
Det låter kanske besvärligare än vad det egentligen är att bygga en jettmotor.Men det är mycket givande då man lär sig mycket om hur de fungerar. Det sätt som kommer att beskrivas på denna sida är väll egentligen det enklaste och snabbaste sättet att bygga en egen liten gasturbin på. Men jag börjar från början och förklarar lite lätt hur en jettmotor fungerar. Själva principen bakom motorn är i själva verket mycket enkel. En kompressor suger in luft i motorn och komprimerar denna. Den komprimerade luften passerar en brännkammare som i sin tur med hjälp av bränsle värmer upp luften. Den varma luften expanderar och tvingas vidare genom en turbin. Turbinen och kompressorn som suger in luften i motorn är sammankopplade med en axel. Så när turbinen snurrar allt fortare så gör även kompressor det och suger således in mer och mer luft till brännkammaren. Får man väll igång reaktionen så är det bara mata på med bränsle så fortgår reaktionen till brännslet är slut.


Turboladdaren!

Det första man måste göra är att leta upp ett turboaggregat som man tycker är passande för projektet. Man kan egentligen använda vilket aggregat som helst, men själv ville jag ha ett så stort som möjligt. Detta av den enkla anledningen att större är roligare. Så själv letade jag upp en mycket stor turbo i USA. Det är en förövrigt en Garret turbo som suttit på en mycket stor 16weeler lastbil. Jämfört med en turboladdare från en 16 liters Volvo motor så är den dubbelt så stor. Vad man ska tänka på när man väljer en stor turbo är att det vid start krävs extremt mycket energi för att få upp den i självgångsvarvtal. Och eftersom jag ville ha el-start på min motor så fick detta faktum sätta gränsen för hur stor turbo jag skulle köpa. Något annat att tänka på om man köper en begagnad turbo är att man ska rycka i axeln för att kontrollera att det inte är för mycket glapp i denna. Glapp i axeln kan skapa vibrationer samt ökar oljeförbrukningen.

Brännkammaren!

När man väll fått tag i en turbo så kan man börja byggandet . Själva motorn består av två delar. Dels turboladdaren och dels en brännkammare. Turboladdaren är ju redan klar i sig, så den behöver vi inte modifiera så mycket. Det man nu ska koncentrera sig på är tillverkningen av brännkammaren. Inuti brännkammaren sitter det ytterligare ett rör som kallas för flammhållare och som i stort sett fungerar som en Bunsenbrännare. Flammhållaren har hål borrade i sig för att luften från kompressorn och brännslet ska kunna blandas ordentligt och möjliggöra så effektiv förbränning som möjligt. Det finns ingen exakt ritning på hur flammhållaren ska se ut men det ska vara ganska så stora hål längst ner på den där bränslet sprutas in. Men det kan vara bra om lufthålen inte sitter exakt framför bränslemunstycket då luften kan blåsa ut flamman när varvtalet ökar. Placera hellre hålen strax ovan eller under munstycket. Man får helt enkelt prova sig fram till den optimala placeringen. Ett litet tipps är att blåsa med en lövblås i luftintaget till brännkammaren samtidigt som man har tänt flammhållaren och ger lite gas. På detta enkla sett kan man få en uppfattning om huruvida lågan kommer att blåsas ut av luftflödet eller inte. Var noga med säkerheten när du genomför dessa test.

Oljan!
Oljan är ju givetvis oerhört viktig när man sysslar med gasturbiner. De extremt höga varvtalet samt temperaturerna gör att man bara skulle kunna köra turbinen utan olja i några sekunder tills det att den skär. Dom flesta turboladdarna använder sig av ett glidlager istället för vanliga kullager. Glidlager är att föredra då man ska hantera höga varvtal. Glidlager har ju till skillnad från ett vanligt kullager inte några rörliga delar, utan låter turbinaxeln rotera i ett fast lager av oljebrons där man pressar in oljan mellan lagret och axeln. I min gasturbin så har jag använt mig av Mobile 1 som smörjning. Denna olja är dock lite tjock och kräver att jag förvärmer motorn för att få upp oljans temperatur och således sänker viskositeten i oljan. När oljan är för kall och tjock så går det inte att varva upp turbinen då friktionen av oljan blir för stor. Kommer nästa säsong att byta till en annan olja. På bilden ovan kan man se hur oljan leds in med den bruna slangen som går via oljetryck-givaren som sitter mellan kompressorn och turbinen. Jag har ordnat så att jag kan reglera oljetrycket, men jag brukar låta det ligga på ca 3 kilo. Vad man även ska tänka på med oljan är att den ska kunna lämna turbon helt utan motstånd. Som man kan se nedan så är returslangen mycket grövre än vad tillförselslangen är. Detta har med kylningen av lagret att göra samt att oljan vid för högt tryck pressas ut ur lagret och in i själva motorn. Oljan kan där fungera som oönskad bränsle vilket kan leda till en så kallad ”Run away” Det vill säga att turbinen plötsligt börjar varva upp trotts att man slutat gasa. I detta ögonblick då man hör att varvtalet bara stiger och stiger okontrollerat så är det just ”Run away” som man vill göra. Samma sak kan hända om olja ligger i botten på brännkammaren. När den oljan blir tillräckligt varm kommer den att fungera som ett extra bränsle. Är oljetrycket lite för högt i förhållande till varvtalet så brukar man kunna se att det ryker om avgaserna. Det är även viktigt att när man har kört turbinen ett tag så ska man varava ner den försiktigt så att den hinner kyla av sig. Man ska aldrig gå från max varv till avstängning. Detta kan leda till att turbinen slår sig. När man stängt av turbinen så är det bra om man kan låta oljepumpen gå i ett par minuter så att oljan hinner kyla ner lager och axel. Att låta oljan kyla sig och turbon lite är även bra eftersom olja som blir överhettad under längre tid bildar Cox. Detta vill vi absolut inte ha i vårt lager då detta blir som små gruskorn. Jag rekommenderar för övrigt någon form av oljefilter. Detta ökar livslängden på lagret.


Bränsle!
Vad gäller bränsle så har jag än så länge bara kört turbinen på Gasol. Detta mest eftersom det är enkelt samt att jag slipper en bränslepump för att spruta in ett flytande bränsle då jag genom kranen på Gasoltuben kan reglera hur mycket bränsle jag släpper in. Den förbrukar dock stora mängder gasol, så det är inte så kostnads effektivt. Till sommaren kommer jag gå över till att enbart använda en liten mängd gasol som tänd och pilotlåga, och istället spruta in diesel över den lilla gasol lågan. Diesel har mycket högre energidensitet än vad gasol har och kommer därför att vara mycket drygare.

Dysan!
Det vill säga den förträngning i motorns avgasutsläpp är avgörande för hur mycket dragkraft du kan pressa ut ur din motor. Själv blev jag lite förvånad över hur känslig motorn är för trånga dysor. Om dysan är för liten så kommer motorn inte att vilja varva upp ordentligt. Om den däremot är för stor så kommer varvningen inte att utgöra något problem utan istället så får du minskad dragkraft. Dysans uppgift är att accelerera gaserna till så hög hastighet som möjligt och på så sett öka reaktionskraften. Om du ska sätta din motor på något som du ska driva framåt så måste du pröva dig fram till en dysa som tillåter en välvarvande motor samt maximalt med dragkraft.

Efterbrännkammare!
Har än så länge bara provat en provisorisk efterbrännkammare på turbinen. Men den levererade en ganska kraftig effekt ökning. Så det kommer att experimenteras en del ytterligare med detta till kommande säsong. Funktionen av en efterbrännkammare är enkel. En hel del av luften som passerar genom brännkammaren gör detta enbart för att kyla ner motorn. Det är den luft som passerar utanför flammhållaren. Denna luften förbrukas inte och passerar oanvänd genom motorn. En efterbrännkammare sitter efter turbinhjulet och är egentligen bara ett rör med dysa där man sprutar in extra bränsle för att utnyttja den oanvända luften. Luften upphettas då ytterligare vilket leder till expansion av luften som i sin tur leder till en ökad reaktions effekt. Efterbränkammare är oerhört bränsle krävande.

El-start!

På bilden ovan kan man se hur el-starten är konstruerad. Längst fram sitter en liten pneumatisk kolv. Framför kolven sitter en i ett stålrör inbyggs startmotor av samma sort som används då man startar modellmotorer. Det har dock gjorts lite modifieringar på motorn så att den får så små mått som möjligt samt ökar luftgenomströmningen i startmotorn som då fungerar som kylning för starmotorn. Dessa startmotorer är inte avsedda för kontinuerlig gång och kan utan kylning lätt bli överhettade. När man trycker på startknappen så pressar kolven in startmotorn till kompressorn och startmotorn börjar snurra. Startmotorn i sig kan inte pressa upp turbinen i tillräckligt högt varvtal av sig själv. Så samtidigt som man varvar upp turbinen elektriskt så måste man tillföra turbinen lite extra energi genom att ge lite gas. El-start är ju givetvis ingen nödvändighet för att kunna starta sin motor. Ett annat alternativ är att man blåser med en lövblås i luftintaget vid kompressorn. Den kommer då att varva upp till nära självgångsvarvtalet. Man möter även med att ge mer gas tills det att man märker att varvtalet inte sjunker då man tar bort blåsen.

Tändning!
Det finns lite olika varianter på hur man kan tända sin motor. Själv valde jag löda ett tändsystem av bilelektronik. Detta tyckte jag verkade enklast då alla delar redan finns att få tag på både billigt och enkelt. På själva brännkammaren monterade jag sedan ett tändstift som levererar gnistan till tändning. När jag slår på brytaren för tändning så levererar elektroniken 100 pulser i sekunden till tändstiftet. Man kan även manuellt tända motorn efter turbinhjulet. Men måste då låta en svag luftström passera motorn så att luft/bränsle blandningen blir rätt för lågan att leta sig ner i brännkammaren. Det brukar smälla till rätt mycket när man tänder på detta sett.

Mätare!
På bilden ovan kan du se hur jag monterat mina mätare. De mätare jag använder för att hålla koll på motorn är mätare för Oljetryck, Oljetemp, Volt samt lufttryck bakom kompressorn.



Filmklipp

 

Lycka till!
Med denna information hoppas jag att jag lyckats stimulera din fantasi och gett dig lite information om hur gastrubiner fungerar. Tänk bara på säkerheten om du bestämmer dig för att experimentera med gasturbiner. Blandningen av rödglödgad metall, höga varvtal samt brandfarliga ämnen kan leda till skador om man inte är mycket försiktig.