Bygging av turbinmotor

[Jogeir Emil Gjersdal]

Hei,

Jeg tenkte å lage en tråd med bilder og litt beskrivelse av byggingen av turbinmotoren min.
Motoren startet som en Kamps Microturbine, men har fått endel endringer i retning KJ66 etterhvert.
Motoren ble påbegynt i 2021 og første prøvekjøring mai 2024.
Motoren gir nå en skyvkraft på 35N ved 105000 rpm. Jeg har planer om å bygge ny NGV da geometrien fra Kamps-tegningene ikke passer med bladgeometrien på KJ66-turbinhjulet som jeg nå har.



Jeg har ingen utdanning innen mekaniske fag - jeg har fagbrev som automatiker og bachelorgrad i automatiseringsteknikk. Mye av byggeprosessen har bestått i å lære maskineringsfaget.


Jeg var på modellflystevne på Notodden i 2002 da jeg var droneflyger i forsvaret. Der så jeg min første turbinmotor, synes og huske det var Jens og Rolf fra JeRo som hadde bygget seg en motor.
Dette var det kuleste jeg noen sinne hadde sett, og bestemte meg for at det der skal jeg også gjøre. Bok med tegninger ble kjøpt inn i 2003. Så kom livet dundrende med studier, jobb og familie.
Boken med tegninger og en kompressor fulgte med på flyttelasset alle årene, men lå aldri langt unna - Jeg bladde i boken jevnlig.


I 2021 var tiden inne og jeg startet med å lage deler til motoren. Det ble jobbet av-og-på frem til 2024 da første prøvekjøring fant sted. Siden 2024 har det vært mye forbedring og forskning. Bygging av dynamisk balanseringsmaskin, bygging av keramiske hybridlager, oppgradering av kompressor, turbinhjul, brennkammer, maskinering av ny diffuser osv.

Filosofien var hele veien at jeg kan heller tabbe meg ut med billige materialer, for så å lage skikkelige deler når kompetansen var på plass.
Det har vært en bratt og kostbar læringskurve, og Jeg kunne nok ha kjøpt mange ferdige turbiner fra butikken for samme sum. Men, på mange prosjekter er veien målet. For meg handler det mye om å skjønne hvordan ting fungerer. Det er også veldig godt å kjenne på mestring.

Jeg har en del bilder fra byggeprosessen som jeg vil dele etterhvert her. Jeg vil skrive litt om hver komponent og vise litt bilder i hver oppdatering.

Mvh
Jogeir Emil Gjersdal

[Jogeir Emil Gjersdal]

Så står jeg der da i 2021, med en kompressor og en bok med tegninger. I garasjen står det dreiebenk og fres fra jula som jeg kjøpte i 2011.
Hvor skal en begynne? Jeg har kompressoren, og da er det vel naturlig å lage akslingen som kompressoren skal sitte på.

Tegningene spesifiserer EN24T eller en M16 bolt i 12.9 stål, jeg har liggende et 16mm gjengestag i rustfritt. Det får holde i første omgang til mock-up.
Akslingen skal dreies mellom senter og slipes. Jeg lager en enkel medbringer og rigger opp vinkelsliper til sliping av aksling.






Dette går omtrent slik en kan forvente. Vinkelsliper er ikke noe til presisjonsarbeid, og ihvertfall ikke når den ikke er montert bedre enn du kan se på bildet.


Gjengene på akslingen skal være M6L og M8L - altså venstregjenger (links).
Dreiebenken min hadde ikke vendegir for matingen, så gjenger måtte lages med gjengesnitt.
Problemet med gjengesnitt på tynne akslinger i hardt stål viste seg å være at gjengeoperasjonen vridde akslingen (torsjon).
Det er også risiko for at gjengene ikke er konsentrisk med akslingen. Jeg opplevde begge deler på dette første forsøket.

Det ble aksling, og jeg fikk kompressoren til å henge fast.. målene på akslingen var omtrent korrekt, og det var godt nok som mock-up.



Ny aksling ble senere laget i 12.9 Bolt, men jeg slet med at dreiebenken aldri fungerte skikkelig - det var alltid noe som måtte repareres eller justeres. Lager i girkasse måtte byttes osv. Jeg forsøkte å lage vendegir til å henge på banjoen for venstregjenger, men det ble aldri skikkelig.

I 2022 kjøpte jeg meg ny dreienbenk, Holzmann ED750FD. (dere vil se den gamle benken i poster etter dette en stund)




Jeg har laget 3 akslinger etter dette fra M16x180 og M18x180 Bolt, og det var som en ny verden som åpnet seg med skikkelig verktøy.

Her er bilde av siste akslingen laget i 2025



Jeg går ikke inn i detaljer om maskinering i disse postene, dette er mer for å beskrive reisen.

Mvh
Jogeir Emil

[Jogeir Emil Gjersdal]

Akslingen er ferdig, neste logiske del må være turbinhjulet.


Jeg bruker 316L syrefast som beskrevet i boken.
Maks turtall med 316L er 85000 rpm. Ved turtall over dette så vil bladene strekke seg og begynne å skrubbe i NGV.

Jeg starter med å skjære ut et triangel av platen slik at jeg får spent platebiten opp i chucken.
Det blir borret et 8mm hull i senter.


Deretter sager jeg biten sekskantet og monterer platebiten på en aksling.
Jeg dreier så denne rund og dreier så profilen.


Etter disken er ferdig profilert så kutter jeg bladene med skjærfil.


Bladene vris til 37 grader



Og jobben med å forme bladene kan starte. Jeg bruker MYE tid med håndfil



utvendig profil går greit med fil, men innvendig slipes med dremel



Det blir laget to turbinhjul i 316 med forskjellig vinkel på blader i et forsøk på å øke thrust. Det første turbinhjulet ga 20N thrust ved 85000 rpm med lav eksostemperatur - rundt 500 grader.
Det andre turbinhjulet med mer vinkel ga 25N, men temperaturen steg til 650 grader. Turbinhjul #1 vil nok egne seg best for en gassgenerator i en turboprop motor.

Turbinhjul 2 blir grovslipt i jig




Jeg kjøpte et 66mm turbinhjul fra aliexpress og det gir pr. i dag 35N på 105000 rpm etter mye forskning på NGV, diffuser og bytte av kompressor.





Er det noen interresse for at jeg fortsetter å poste fra byggeprosessen? Gi lyd - hvis ikke jeg hører noe så stopper jeg.

[xilian]

Jeg er vel inhabil, men dette er jo beinrått!

[Lars N]

Ja, absolutt. Selv om vi er dårlige til å kommentere så er det moro å følge med på altså

[Jogeir Emil Gjersdal]

Neste post er shaft tunnel og diffuser.
Jeg tar komponenter hver for seg istedetfor kronologisk, da jeg jobbet med flere ting på en gang.
Dere ser to forskjellige dreiebenker i bildene under, og tilogmed en ferdig NGV



Tunnellen og diffuser blir laget av aluminium. Da jeg bare hadde 32mm emnebolt og 10mm plater liggende, så endte jeg opp med å bygge opp delene istedetfor å kjøpe emnebolt og plate i rett størrelse.


Bildet viser materiale til shaft tunnel


Og dette bildet viser materiale til diffuser. Det ble dreiet en dyp fasett på begge sider av sammenføyingen og sveist med AC-tig.



Diffuser ble maskinert på begge sider


Spor til guide vanes ble frest på CNC-router


Guide vanes ble kuttet på CNC-router og sveiset fast.


Ytterdiameter og radius mellom difuser cover og diffuser ble dreiet



Diffuser cover ble laget med tilsvarende radius.


Compressor inlet ble konstruert på samme måte med sammensveiste platebiter.

[Jogeir Emil Gjersdal]

Her er del 2 om diffuser, se forrige post for Diffuser nummer 1, diffuser cover, compressor inlet og shaft tunnel

Etter endel kjøring (15-20L diesel og parafin) og endel modifikasjoner, fant jeg ut at geomterien på diffuseren var optimal ved 140000 rpm... Vinkelen på lufta som forlater kompressorhjulet varierer med turtallet, og med en fast geometri så må en inngå kompromisser - hvilket turtall ønsker en at kompressoren skal ha høyeste effektivitet? Jeg nevnte tidligere at med nytt turbinhjul så steg temperaturen i motoren ganske mye.

Jeg laget en ny diffuser inspirert av geometrien til KJ66, men i helt annen stil. Jeg brukte altså vinkler, klaringer og areal fra KJ66, men annen layout.














Denne diffuseren sammen med ny kompressor senket temperaturen rundt 100 grader.
Jeg var ikke helt i mål, men bedre.

Jeg skriver ikke i kronologisk rekkefølge som nevnt, da det hadde blitt et forferdelig rot frem og tilbake..

Kjekt å få tilbakemelding at noen leser postene, og ikke bare AI-roboter som er innom for å lære seg å bygge jetmotor.

[Jogeir Emil Gjersdal]

Nozzle Guide Vanes - NGV

NGV ble konstruert i henhold til tegninger i boken.



Jeg laget en valse til å valse rør av 316 rustfritt stål.




Spor må skjæres til bladene. Dette var en trassig jobb med dremel. EDM-maskin (Electrical Discharge Machining) står på listen over ting jeg ønsker å lage i fremtiden.




Guide Vanes ble skjært ut, bøyd og sveist fast i innerring.







Blader ble dreiet etter sveising. Det var utfordrende å sveise tynne rustfrie plater uten å svi hele greia til bøvels. Neste gang må jeg skaffe meg regulator til bakgass for å unngå oksid / karbid på baksiden av sveisene.


Stålet be passivert etter sveising med elektrolyse i sitronsyre. I industrien er det flussyre som blir brukt, men jeg grøsser bare av tanken på å ha det stående i garasjen. Skumle greier for amatører.




Flens ble sveist på ytterring


Og til slutt ble NGV satt sammet og sveist.




Bildet viser NGV sammen med halvferdig turbinhjul. Det ble slipt en hel del mer på turbinhjulet etter dette blidet ble tatt.

[Jogeir Emil Gjersdal]

Brennkammer.
Det ble først laget et brennkammer i 0,7mm karosseriplate fra biltema i tråd med filosofien om å lage mock-up deler i billige materialer for å bygge kompetanse.

Lærdommen fra denne øvelsen var at jeg måtte bygge punktsveisemaskin, kjøpe platevalse og at endene i brennkammeret måtte spinnes i dreiebenk istedetfor hammerformes.







Etter denne øvelsen ble det laget former for spinning. Jeg gikk over på rustfritt stål, bygde punktsveisemaskin for å lage brennkammeret på ekte.













6mm rustfrie rør - sugerør i stål fra biltema.


0.5mm x 40 sprøytespisser sølvloddet til messingring

[Jogeir Emil Gjersdal]

Brennkammer nummer 2,
Det ble laget et KJ66 brennkammer for å teste om dette var bedre. Teknikken var som brennkammer nummer 1. Valsing, spinning på dreiebenk, punktsveising.






Dette brennkammeret er fortsatt i bruk pr.i dag feb 2026

[Jogeir Emil Gjersdal]

Her er en video av motoren

https://modellflystripa.no/turbin.mp4

[xilian]

Video fungerer ikke her? Hvordan er den lagt opp?

[Jogeir Emil Gjersdal]

Video fungerer ikke her? Hvordan er den lagt opp?

Den ligger på min egen server, modellflystripa.no.
Jeg har endret til en vanlig link istedenfor embedded video i posten over.

[Jogeir Emil Gjersdal]

Casing
Jeg laget en casing av en platebit fra en tørketrommel. Enden ble spunnet i dreiebenken uten radius. Dette gjorde konstruksjonen mindre stiv enn ønsket, og NGV flyttet litt på seg hele tiden.







Etter en stund var enden av casingen i såpass trist tilstand at det ble laget ny casing i 0.5mm rustfritt stål.







Denne casingen ble mye sterkere i bakenden pga. profilen på endelokket.

[Jogeir Emil Gjersdal]

Preload

Et kulelager har en bestemt klaring mellom lagerskåler og kuler fra produsent. Denne klaringen kan ikke være null fordi at når lageret blir varmt, vil klaringen bli mindre og lageret vil låse seg.
Det finnes forskjellige toleranseklasser og utførelser, og de første turbinmotorene brukte stållager med C3-klaring. Disse lagrene er ganske løse siden de har mindre diameter på kuler enn et standard kulelager. C3 tåler høyere turtall enn et standard kulelager.
Denne klaringen mellom lagerbane og kuler må elimineres. Til dette bruker vi forspenn med en fjør. Dette forspennet må være høyere enn maksimal aksial belastning. Forspennet vil presse kulene i lageret imot sidene i lagerbanene.

I tegningene til motoren min er det spesifisert 15N forspenn.
Jeg laget en fjør av rustfritt stål (316 tig tilsatstråd)




Jeg brukte DRO på fresen til å måle fjørkonstanten (vandring ved 15N) for å beregne hvor dyp lommen i tunnellen måtte være for å få rett forspenn.


En av mange fjører som ble laget.