Идея практического применения энергии пара далеко не нова, использование паровых турбин в промышленных масштабах давно стало частью нашей жизни. Именно эти агрегаты, установленные на различных электростанциях и ТЭЦ, на 99% снабжают электричеством наши дома. Однако, некоторые мастера-умельцы умудряются внедрить принцип преобразования тепловой энергии в электрическую у себя дома. Для этого используется самодельная паровая турбина минимальных размеров и мощности. О том, как ее собрать в домашних условиях, и пойдет речь в данной статье.
В сущности, паровые турбины являются составной частью сложной системы, призванной преобразовать энергию топлива в электричество, иногда – в тепло.
На данный момент этот способ считается экономически выгодным. Технологически это происходит следующим образом:
Примечание. В лучшем случае КПД паровой турбины достигает 60%, а всей системы – не более 47%. Значительная часть энергии топлива уходит с теплопотерями и расходуется на преодоления силы трения при вращении валов.
Ниже на функциональной схеме показан принцип работы паровой турбины совместно с котельной установкой, электрическим генератором и прочими элементами системы:
Чтобы не допускать снижения эффективности работы, на валу ротора располагается максимальное расчетное число лопаток. При этом между ними и корпусом статора обеспечивается наименьший зазор посредством специальных уплотнений. Простыми словами, чтобы пар «не крутился вхолостую» внутри корпуса, все зазоры минимизируются. Лопатка сконструирована таким образом, чтобы расширение пара продолжалось не только на выходе из сопла, но и в ее углублении. Как это происходит, отражает рабочая схема паровой турбины:
Следует отметить, что рабочее тело, чье давление после попадания на лопатки снижается, после рабочего цикла в первом блоке не сразу попадает в конденсатор. Ведь оно еще располагает достаточным запасом тепловой энергии, а потому по трубопроводам пар отправляется во второй блок низкого давления, где снова воздействует на вал посредством лопаток другой конструкции. Как показано на рисунке, устройство паровой турбины может предусматривать несколько таких блоков:
1 – подача перегретого пара; 2 – рабочее пространство блока; 3 – ротор с лопатками; 4 – вал; 5 – выход отработанного пара в конденсатор.
Для справки. Скорость вращения ротора генератора может достигать 30 000 об/мин, а мощность паровой турбины – до 1500 МВт.
Множество интернет-ресурсов публикует алгоритм, согласно которому в домашних условиях и с применением небольшого количества инструментов изготавливается мини паровая турбина из консервной банки. Помимо самой банки понадобится алюминиевая проволока, небольшой кусочек жести для вырезания полоски и крыльчатки, а также элементы крепежа.
В крышке банки делают 2 отверстия и впаивают в одно кусочек трубки. Из куска жести вырезают крыльчатку турбины, прикрепляют ее к полосе, согнутой в виде буквы П. Затем полосу прикручивают ко второму отверстию, расположив крыльчатку таким образом, чтобы лопасти находились напротив трубки. Все технологические отверстия, сделанные во время работы, тоже запаивают. Изделие нужно установить на подставку из проволоки, заполнить водой из шприца, а снизу разжечь сухое горючее. Импровизированный ротор паровой турбины начнет вращаться от струи пара, вырывающегося из трубки.
Понятно, что такая конструкция может служить лишь прототипом, игрушкой, поскольку данная паровая турбина, сделанная своими руками, не может использоваться с какой-то целью. Слишком мала мощность, а о каком-то КПД и речи не идет. Разве что можно показывать на ее примере принцип действия теплового двигателя.
Мини-генератор электроэнергии можно реально изготовить из старого металлического чайника. Для этого, кроме самого чайника, потребуется медная или нержавеющая трубка с тонкими стенками, кулер от компьютера и небольшой кусочек листового алюминия. Из последнего вырезается круглая крыльчатка с лопатками, из которой будет сделана паровая турбина малой мощности.
С кулера снимается электродвигатель и устанавливается на одной оси с крыльчаткой. Получившееся устройство монтируется в круглом корпусе из алюминия, по размерам он должен подойти вместо крышки чайника. В днище последнего делается отверстие, куда впаивается трубка, а снаружи из нее выполняется змеевик. Как видите, конструкция паровой турбины очень близка к реальности, поскольку змеевик играет роль пароперегревателя. Второй конец трубки, как нетрудно догадаться, подводится к импровизированным лопаткам крыльчатки.
Примечание. Самая сложная и трудоемкая часть устройства – это как раз змеевик. Изготовить его из медной трубки легче, чем из нержавейки, но она долго не прослужит. От контакта с открытым огнем медный перегреватель быстро прогорит, поэтому лучше сделать его своими руками из нержавеющей трубки.
Налив в чайник воды и поставив его на включенный газ, можно убедиться, что при закипании энергии выходящего из трубки пара достаточно, чтобы на выходе электродвигателя появилась ЭДС. Для этого к нему стоит подключить светодиодный фонарик. Помимо питания для электрических лампочек, возможно и другое применение паровой турбины, например, для зарядки аккумулятора сотового телефона.
В условиях квартиры или частного дома подобная мини-электростанция может показаться простой игрушкой. А вот оказавшись в походе и взяв с собой турбированный чайник с электрогенератором, вы сможете оценить по достоинству его функциональность. Возможно, в процессе вам удастся найти еще какое-нибудь назначение турбины. Больше информации об изготовлении походного генератора из чайника можно узнать, посмотрев видео:
К сожалению, конструктивно паровые машины достаточно сложны и сделать дома турбину, чья мощность достигала хотя бы 500 Вт, весьма затруднительно. Если стремиться к тому, чтоб соблюдалась схема работы турбины, то затраты на комплектующие и потраченное время будут неоправданными, КПД самодельной установки не превысит 20%. Пожалуй, проще купить готовый дизель-генератор.
Турбонаддув - одно из самых остроумных и рациональных изобретений в истории человечества, поскольку основано на утилизации отходов - отработавших газов. Многие владельцы автомобилей ВАЗ не знают имени Альфреда Бюхи, изобретателя принципа турбонаддува, однако после удачной установки турбонаддува на свою Ладу, наверняка, с благодарностью думали о том человеке, который придумал некогда эту полезную в хозяйстве вещь.
Хотя к установке турбонаддува на ВАЗ долгое время сохранялось скептическое отношение, турбированные вазы встречаются все чаще, неполадок в установке все меньше, а эффективность этого мероприятия - все очевиднее. Турбонаддув бензинового двигателя или «турбонаддув дизель» можно установить в автосервисе на любую модель ВАЗ. Как показывают тесты, при совершенно незначительном увеличении расхода топлива мощность и крутящий момент увеличиваются не меньше, чем на 35-40%.
Можно ли самостоятельно разобраться в тонкостях и установить турбину, не пользуясь услугами автосервиса? Безусловно, возможно все. Предлагаем вашему вниманию общую схему работ и некоторые рекомендации по вопросу, как установить турбонаддув своими руками.
Совет «учить матчасть» из любимого старого фильма здесь весьма и весьма актуален. Какой компрессор следует выбрать? Возьмем для примера самый маленький турбокомпрессор ТКР-7, оснащенный радиальной центростремительной турбиной и поставим цель повысить мощность мотора на 15-20%. Чтобы добиться результата, необходимо повысить давление в топливной системе в 1,2 раза. Более резкое, неожиданное повышение давления на впуске приведет к сокращению ресурса двигателя - прежде всего, износятся поршни и обгорят выпускные клапаны. Если 20% прироста мощности мало, придется модернизировать впускные клапаны.
Для регулирования количества отработавших газов, поступающих в турбокомпрессор, необходимо установить перепускной патрубок, который будет отводить часть газов мимо турбины. На впуске рекомендуется применить сменные дросселирующие шайбы.
Турбину ТКР -7 можно установить на любую модель ВАЗ без серьезного изменения серийных узлов, кроме вазов 2108 и 2109. Для установки турбонаддува на эти модели необходимо модернизировать подвеску и тормозные систему. Чтобы поставить турбокомпрессор на ВАЗ - 2107, придется переместить аккумулятор в левую часть отсека.
С двигателя нужно снять воздушный фильтр и карбюратор. Приемный алюминиевый патрубок устанавливается на штатной площадке карбюратора, а штатная приемная труба удаляется. Конструкцию для прочности следует закрепить болтами. Газоотводящий патрубок устраняется на шпильки выхлопного коллектора через штатную прокладку. Приемная труба глушителя вводится снизу.
ТКР требуется смонтировать и закрепить на горизонтальный фланец патрубка. Затем в выпускной тракт ТКР нужно ввести цилиндрическую законцовку имеющего уплотнительное кольцо отводящего патрубка. Прямоугольный фланец патрубка необходимо закрепить на приемной трубе через медную прокладку.
Между патрубками впуска и выпуска и патрубком компрессора турбонаддува следует установить соединительные патрубок диаметром пятьдесят миллиметров и закрепить его пластиковыми хомутами. На выходе компрессора устанавливается еще один алюминиевый патрубок. При помощи штатных шпилек крепим карбюратор к горизонтальному фланцу патрубка через штатную прокладку.
Теперь находим прижимную пластину крышки головки блока, вторую справа и удаляем ее. На это место монтируем приводный кронштейн дроссельной заслонки. На специальном штуцере входного патрубка закрепляем газопровод гидровакуумного усилителя, подсоединяем датчики приборов. В последнюю очередь монтируется воздушный фильтр и присоединяем вентиляционную трубу картера.
После установки двигатель с турбонаддувом запускается без малейших затруднений. Его работа устойчива в любом диапазоне вращения. Форсаж возникает при 4000 оборотов в минуту и достигает запланированных в начале 20%.
Люди начали использовать пар в качестве движущей силы еще в самом начале нашей эры. Двигатели, которые устроены по этому принципу, становятся частями многих приборов и машин, пригодных для различных нужд как в промышленности, так и дома. Но теперь, благодаря научно-техническому прогрессу, каждый с помощью нехитрых инструментов и материалов (которые есть в любом магазине хозяйственных товаров) может понять, как делается турбина своими руками. Итак, вот какие элементы вам понадобятся:
Итак, после того как все материалы и инструменты собраны, можно приступать к работе. Прежде всего возьмите две крышки и вырежьте из них круги. Они будут разного размера: один равен по диаметру горлышку банки, которая в будущем изделии станет одной из самых важных частей - паровым котлом; параметры второго выбирайте, исходя из того, какого размера турбину вы хотите получить. Но это только первый этап. Далее будет видно, как изготавливается турбина своими руками.
Теперь нам понадобятся алюминиевые заклепки. Возьмите одну из них (ее размер должен быть равен четырнадцати миллиметрам) и с помощью молотка, обстукивая равномерно со всех сторон, сделайте форсунку. Диаметр полученного изделия будет достигать 0,6 миллиметров. После этого возьмите ту крышку, которая будет закрывать паровой котел, и сделайте в ней пару отверстий: одно для форсунки, другое - заливное. Причем второе нужно сделать как можно ближе к краю, чтобы после не возникло проблем с Стоит помнить, что турбина своими руками делается непросто, но в результате получается очень полезное в хозяйстве приспособление.
При помощи паяльника соедините с крышкой гайку и форсунку. Во время пайки второй детали следует использовать флюс для алюминия или универсальную паяльную жидкость, например, с маркировкой Ф59А. После этого припаяйте к банке крышку, предварительно выполнив наждачной бумагой очистку поверхностей, которые будут соединены, от полимерного покрытия. Осталось сделать совсем немного, и у вас будет красоваться своими руками сделанная в домашних условиях.
Далее нужно взять второй круг, из которого мы будем изготавливать собственно турбину. Для этого его нужно разделить сначала на четыре одинаковых сектора, а после каждый из них разметить на две части и повторить эту операцию с деталями. Итак, получилось шестнадцать лопастей. Но они еще не готовы. Каждую из деталей нужно подрезать вдоль до середины радиуса и загнуть с помощью плоскогубцев в одну сторону. В центре данной конструкции будет припаяна головка заклепки. Как видите, турбина своими руками изготавливается хоть и долго, но не так уж сложно.
Теперь нужно взять полоску жести. Из нее будет сделан держатель для турбины. Для этого необходимо согнуть этот материал в форму буквы «П». При этом проследите, чтобы ширина детали была равна длине двух заклепок или превышала ее. После этого нужно впаять турбину в держатель таким образом, чтобы ее лопасти могли максимально свободно вращаться, а осью стал основной стержень заклепки. Турбина, своими руками сделанная, почти готова, осталось только выполнить пару простых операций: присоединить друг к другу держатель и паровой котел из банки, а также сделать подставку для всей этой конструкции из Внимание: проследите, чтобы лопасти при вращении не цеплялись за другие детали изделия.
Итак, вот как пользоваться паровой турбиной. Для начала нужно с помощью полиэтиленового флакона наполнить банку водой до половины. После следует закрыть отверстие в крышке, чтобы ликвидировать утечку пара. Осталось только нагреть воду с помощью одного из вышеперечисленных способов, чтобы простой механизм заработал. Газовая турбина своими руками делается точно так же, только вместо воды нужно будет использовать, как следует из названия, один газ. Но это нужно делать с большой осторожностью и желательно воспользоваться помощью профессионала.
Инструкция
Сам шаговый двигатель надежно закрепите на подставке таким образом, чтобы его вал находился в горизонтальном положении.
К каждому из проводов, выходящих из двигателя, подключите по два диода. Один из диодов подключите анодом к проводу, катодом к плюсовой шине питания. Другой диод подключите катодом к проводу, анодом к минусовой шине питания. Сами диоды возьмите рассчитанные на ток не менее 2 А.
Подвергните турбину воздействию ветра. Измерьте напряжение на выходе выпрямителя. Зашунтируйте выпрямитель электролитическим емкостью в 200 мкФ, рассчитанным на напряжение, в четыре раза превышающее измеренное. Соблюдайте полярность при подключении этого конденсатора.
К выходу выпрямителя подключите импульсный стабилизатор, изготовленный по любой из известных схем. Его входное напряжение должно быть равно снимаемому с выпрямителя, а выходное - тому, которое требуется.
Установите ветровую турбину с генератором в таком месте, где она подвергнуться воздействию слишком сильного ветра (он может разрушить ее). Убедитесь, что место ее установки защищено молниеотводом. Также в месте расположения турбины не должно быть людей и домашних животных, чтобы они не получили травму от ее разрушения при сильном ветре.
Подключите к выходу импульсного стабилизатора нагрузку. В ее качестве, в зависимости от мощности генератора и напряжения на выходе стабилизатора, можно использовать, например, светодиодный светильник, радиоприемник, мобильный телефон. Не используйте в качестве нагрузки дорогие приборы, которые жалко испортить подачей питания с неправильными параметрами (напряжение, пульсации). При желании, также подключите зарядное устройство для небольших аккумуляторов. Это позволит иметь некоторый запас энергии, который будет использоваться при отсутствии ветра.
Первые сведения об устройствах, приводимых в действие силой пара, относятся к началу первого века до нашей эры. С тех пор паровые двигатели претерпели немало изменений, постоянно совершенствуясь. Простота принципа действия сделала паровую машину незаменимой в различных отраслях хозяйства. Сделать паровую турбину можно самостоятельно.
Вам понадобится
Инструкция
При помощи паяльника прикрепите к крышке форсунку и гайку. При пайке алюминиевой форсунки используйте универсальную паяльную жидкость или флюс для пайки алюминия (например, Ф59А). Припаяйте крышку к корпусу банки, предварительно очистив наждачной бумагой соединяемые поверхности от полимерного покрытия.
Приступайте к изготовлению турбины. Разделите жестяной круг вначале на четыре равных части, затем каждую часть пополам и еще раз пополам. У вас должно получиться шестнадцать лопастей. Получившиеся лепестки подрежьте вдоль до половины радиуса. При помощи плоскогубцев загните получившиеся лопатки турбины. В центр этой конструкции припаяйте головку заклепки.
Из полоски жести согните держатель турбины в виде буквы «П»; ширину его сделайте несколько больше длины двух заклепок. Впаяйте турбину в держатель так, чтобы она имела возможность свободно вращаться. При этом осью будет центральный стержень заклепки.
Держатель с турбиной припаяйте к крышке над форсункой, проверив, чтобы вращающиеся детали конструкции ни за что не цеплялись. Из куска алюминиевой проволоки изготовьте подставку для получившейся конструкции. Турбина готова к работе.
Залейте в котел воду, воспользовавшись для этого полиэтиленовым флаконом. Уровень воды не должен превышать половины объема котла. Закройте отверстие для заливки воды, используя уплотнительную шайбу, которую сделайте из свинцовой оболочки кабеля. Разведите огонь (для этого подойдет обычная свеча) и дождитесь, когда закипит вода. Пар под давлением будет вырываться через форсунку и приведет в движение турбину.
Одним из основных элементов так называемой паротурбинной установки является турбина. Это снабженный лопатками тепловой двигатель, в ходе работы которого энергия нагретого и сжатого пара превращается в кинетическую энергию, заставляющую крутиться вал. Действующую модель паровой турбины можно смастерить своими руками из доступных материалов.
Вам понадобится
Инструкция
Приготовьте жестяную банку, которая будет играть роль парового котла. Убедитесь, что банка цела и не имеет повреждений. Обработайте пассатижами края банки, чтобы на них не осталось заусенцев.
В жестяной крышке просверлите два отверстия. Первое понадобится для крепления форсунки, а во второе вы будете заливать жидкость. Для удобства монтажа конструкции выполните заливное отверстие ближе к краю крышки.
Оборудование автомобиля турбонаддувом можно отнести к одному из самых серьезных и затратных видов тюнинга. Такая операция позволяет сразу же получить заметное увеличение мощности мотора, что придется по душе большинству автолюбителей. Именно поэтому автовладельцы принимают решение установить на свой автомобиль турбонагнетатель. Единственное, что может остановить автолюбителя в такой ситуации – это цена самой турбины и ее инсталляции в автомобиль. И если экономия на качестве запчастей (то бишь нагнетателя) довольно сомнительный шаг, то установка турбонаддува своими силами поможет значительно сократить расходы на такой вид тюнинга.
Внешний вид турбины
Так как установка турбины довольно ответственный и трудоемкий процесс, мы рекомендуем продумать все детали заранее. У опытных автомобилистов сложностей, скорее всего, не возникнет, чего нельзя сказать о новичках. Начинать нужно с главного – выбора самой турбины. Она должна подходить (а еще лучше специально выпускаться) для конкретной марки и модели авто. Весь дальнейший процесс монтажа по большому счету зависит именно от вашего изначального выбора.
Внимание! Выбирая турбонагнетатель, следует учитывать такие его характеристики, как порог наддува, тепловыделение, мощность и прочие свойства. Кроме того, нужно помнить что тут, как и везде, нужно знать меру – все характеристики должны быть сбалансированы.
Также перед тем как приступать непосредственно установке турбонаддува на мотор автомобиля, нужно проверить (а лучше заменить) воздушный и масляный фильтры, сменить масло, проверить состояние всех патрубков маслопровода. Очень важно чтобы в процессе эксплуатации турбины никакие частички пыли и грязи не попали масляные магистрали нагнетателя.
Кроме того, следует проверить:
Все эти проверки — непустая трата времени. Трещины, разрывы и засоры в системе смазки, выхлопа или подачи воздуха могут привести не только к поломке самой турбины, а и к капитальному ремонту всего силового агрегата.
Комплект турбонаддува для автомобиля ВАЗ
Итак, если вы решили установить турбонаддув своими руками, проводить процедуру нужно в следующем порядке:
8-клапанный мотор ВАЗ с установленным турбонаддувом
Когда процесс монтажа закончен можно переходить к тестированию системы на работоспособность. Снимаем с цилиндров высоковольтные провода и прокручиваем мотор стартером. Если при этом давление масла в норме (гаснет лампа-индикатор на приборной панели), значит система работает нормально и можно запускать мотор. Первый раз двигателю нужно дать поработать минут 15 на холостых.
Обкатка мотора, на который только установили турбину, длится полторы – две тысячи километров. В этот период ни мотор, ни систему наддува нельзя поддавать серьезным нагрузкам. Давление в турбине не должно превышать 0,5 бар. Кроме того, чтобы система прослужила долгое время без поломок нужно очень тщательно следить за состоянием масляного и воздушного фильтров, воздуховодов и маслопровода. И главное: прежде чем заглушить мотор, дайте ему поработать несколько минут на холостых – это даст турбонаддуву охладиться. Надеемся, что турбина, установленная своими руками, добавит драйва и динамики вашему автомобилю, а с вашего лица не будет сходить счастливая улыбка.
