TURBINE-II

Décembre-2016

Turbine-II bénéficie d’un retour d’expérience acquis du projet initial. L’ étage de sortie est donc totalement revu et corrigé pour pouvoir amener la turbine à l’autonomie…

Cette refonte totale est la conséquence directe d’un étage de sortie inadapté sur le plan thermique. J’ai utilisé de l’inox 303 pour la réalisation du stator (distributeur) de la turbine-I qui s’avère en fait incapable de tenir les contraintes thermiques qu’impose le démarrage. Je m’étais pourtant fixé un objectif raisonnable en ne visant que le ralenti mais déjà, à ce stade, les contraintes thermiques sont importantes (vous pouvez consulter les articles relatifs à la réalisation du stator).

TURBINE-II

L’utilisation d’un stator en acier super allié dédié aux micro-turbines du commerce demande des modifications importantes et bien que l’aspect général de ma turbine reste inchangé, ses dimensions s’en trouvent malgré tout augmentées. Je me remets maintenant à la table à dessin où je m’attèle à la conception d’un nouvel axe ainsi qu’à celle d’un nouveau moyeu et d’une nouvelle chambre de combustion pour les organes de première importance…

perçage du distributeur (Nozzle guide vane)

En cours de réalisation;

le moyeu, l’arbre, la chambre de combustion, les tubes à flamme, les injecteurs, la tuyauterie…

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20/01/2016 – La réalisation de la chambre de combustion n’est qu’en partie achevée. En effet, il reste à implanter le support de la bougie mais cette opération ne pourra se faire que lorsque le carter sera terminé. D’autre part, le nombre de trous et leur diamètre ne sont pas encore définitifs. Seuls les essais permettront de les déterminer.

En attendant, je me consacre à l’usinage de l’arbre…

acier dur usiné entre-pointes

La tuyère et le cône d’éjection sont en cours de réalisation…

échappement terminé

carter moteur en cours de réalisation

Turbine-II est maintenant prête pour les premiers tests statiques…

 

 

 

 

03-2017

Test réel du 03-2017

L’issue de ce test grandeur était prévisible car j’avais volontairement limité le nombre de trous pratiqués sur la chambre. Cet essai était censé valider l’étage de sortie et le moyeu plutôt qu’un hypothétique démarrage. L’absence de défaut au démontage de la turbine confirme donc mes choix.

Mes travaux se portent maintenant sur l’optimisation de la quantité d’air pénétrant dans la chambre en favorisant le refroidissement de la roue turbine.

Pour cela, je m’appuie sur une règle simple qui veut que le volume d’air absorbé à l’entrée de la turbine soit intégralement restitué à un détail près, le carburant (négligeable), la limite étant fixée par le col de l’entrée d’air. Il est donc important d’adapter l’étage d’entrée à l’étage de sortie.

Il en résulte que la somme des surfaces des trous pratiqués sur la chambre (parois intérieure et extérieure) correspond à la surface de l’entrée d’air au point le plus étroit (col). J’ai malgré tout appliqué un coefficient réducteur (0,90) de telle sorte qu’il autorise d’autres futurs réglages au cas où…

12 perçages diam. 2mm supplémentaires en zone de dilution

24 perçages diam. 1.5mm supplémentaires en zone de dilution

12 perçages diam. 1.5mm supplémentaires en zone de dilution

24 perçages diam. 1.5mm supplémentaires en zone de dilution

24 perçages diam. 1.5mm supplémentaires en zone1

Place au remontage et aux essais…

L’extinction de flamme ne s’étant pas produite, ce test me laisse donc penser que je peux encore ajouter des perçages ou les augmenter jusqu’à faire correspondre la surface de l’entrée d’air à la somme des surfaces des perçages pratiqués sur la chambre (coeff.1).

  • Les perçages supplémentaires (coeff.1) n’ont pas permis d’atteindre l’autonomie. L’étape suivante se focalise maintenant vers une contre-vérification du compresseur. À savoir, y-a-t-il suffisamment de pression pour permettre d’atteindre l’autonomie ?
  • La question qui suit immédiatement est aussi de savoir s’il y a suffisamment de carburant (pression et débit) pour enclencher le cycle…

La mesure confirme bien qu’une cartouche de propane est capable de fournir une pression suffisante pour permettre le démarrage. Le manomètre est déjà bloqué au premier quart d’ouverture de la vanne…

(J’ai omis de retirer la surface du moyeu de l’impeller à la surface de l’entrée d’air. Le coefficient Surface entrée d’air/ Surface perçages chambre est donc plus près de 1.1)

Je viens de réaliser un autre test avec une bouteille de propane de type Twiny. Cette fois, je ne peux plus incriminer un manque de pression ni même un débit insuffisant puisque la bouteille Twiny délivre du propane sous 4bars (détendeur fixe) et que le débit est plus que suffisant. Même avec de telles conditions, la turbine ne parvient toujours pas à l’autonomie…

J’en conclus qu’une micro-turbine de ce type ne peut pas fonctionner avec du gaz. Ce n’est pas une question de pouvoir calorifique mais de volume d’air nécessaire pour une combustion complète. La formule chimique du propane est C3H8 et celle du kérosène C10H22 voire C14H30 (C pour carbone, H pour hydrogène). Le propane a besoin de 4 parts d’air quand le kérosène en a besoin de 14. Cela veut dire que le kérosène développe une combustion complète alors que dans un même temps le propane en a besoin de trois fois plus d’air… https://fr.wikipedia.org/wiki/K%C3%A9ros%C3%A8ne

Je m’oriente maintenant vers une solution mixte, avec un circuit de propane pour le préchauffage de la chambre et un circuit de kérosène pour le régime établi. La préchauffe permet d’obtenir le point d’éclair du kérosène.

Circuit propane

Des tests d’étanchéité sont en cours tant sur le circuit propane que sur celui du kérosène…

De haut en bas, la canule du circuit de lubrification, celle du kérosène et celle du propane

turbine-II au 04-2017

vanne pointeau

Mes travaux se concentrent actuellement sur le banc d’essais car il est important d’intégrer l’aspect sécurité lié à l’utilisation d’un carburant liquide. J’ai développé pour cette étape cruciale mes propres raccords rapides de telle sorte que je puisse installer et déposer la turbine au gré des tests. La vanne de richesse est aussi une production maison sauf la vis pointeau prélevée sur un carburateur.

L’objet des prochains tests sera de vérifier que la micro-turbine démarre et parvienne à l’autonomie avec du kérosène sur un temps très court. Ces essais se dérouleront sans asservissement. La commande d’arrivée du propane comme celle du kérosène et du démarreur se fait à l’aide d’une radiocommande rc. La commande de la vanne pointeau est, quant à elle, manuelle. La pompe à kérosène assure sa mise en pression.