Самодельная паровая турбина: Самодельная паровая турбина. DjVu

САМОДЕЛЬНАЯ ПАРОВАЯ ТУРБИНА | Газогенераторы МСД

ДЛЯ СРЕДНЕГО ВОЗРАСТА

Научный ред. проф. А. Зонненштроль. Ответств. редактор И. Нюренберг. Техредактор И. Семеновская. Корректор С. Локшина. Сдано в производство 22 V 1936 г. Подписано к печати 14/1Х 1936 г. Детиздат № 741. Индекс Д-7. Формат 62 х 917*6. 2 п. л. (1,45 авт. л.). Уполномоченный Главлита Б-26203. Тираж 50 ООО. Заказ 1991.

Фабрика детской книги изд-ва дет­ской литературы ЦК ВЛКСМ. Москва, Сущевский вал, д. 49.

При постройке всякой действующей модели очень серьезный вопрос — выбор двигателя. Двигатель дол­жен быть легким, мощным и действовать продолжи­тельное время.

Есть легкие двигатели, работающие сжатым возду­хом. Но их трудно изготовить, и неудобно иметь на модели большие баллоны. С маленькими баллонами двигатель работает недолго.

Резиномотор, который чаще всего ставится на раз­личные модели, тоже работает очень недолго, и от не­го можно добиться работы модели только в течение— самое большее — одной минуты. Если устроить ше­стереночную передачу, можно увеличить время дей­ствия резиномотора, но при этом сильно уменьшает­ся мощность.

Очень хороши для установки на модели электромо­торы, но не всегда удается решить вопрос с источни­ком тока. Гальванические элементы громоздки и не дают большой силы тока; аккумуляторы достать труд­но, и они так тяжелы, что, установив их, трудно добиться от модели хороших результатов. Можно пользоваться городским током, но при этом модель «связывается» проводами.

Конечно, при постройке моделей, идущих по рель­сам, например модели трамвая, аэропоезда или шаро — поезда, самый лучший двигатель для них — электро­мотор.

З

Для приведения в движение таких моделей можно пользоваться городским током, можно подвести к электромотору ток большой мощности, и модель бу­дет работать прекрасно.

Но, пользуясь городским током, нельзя осуществить постройку модели автомобиля или какого-нибудь суд­на. Тут уж поневоле приходится ставить двигатель с независимым питанием. Можно построить, напри­мер, поршневую паровую машину. Но по сравнению с электромотором поршневые паровые машины доволь­но трудно изготовить точно, не пользуясь токарным станком. Из-за неточного изготовления они расхо­дуют так много пара, что приходится ставить боль­шие котлы. Большой котел заставляет сильно увели­чивать размеры модели, утяжеляет ее, и при этом вы­ясняется, что мощность машины недостаточна.

Правда, для большой модели парохода вес котла не имеет особенного значения, но сухопутную модель с паровой машиной осуществить значительно труд­нее. А построить модель глиссера с поршневой паро­вой машиной невозможно: глиссер должен быть лег­ким, а машина его — мощной; тут большой котел ис­портит все дело.

За последние пятьдесят лет в «настоящей» технике поршневые паровые машины все быстрее вытесняют­ся. Другой паровой двигатель — турбина — прошел победный путь. Настоящие паровые турбины создали Карл-Густав-Патрик де-Лаваль в Швеции и Чарльз — Альджерно Парсонс в Англии. Турбины оказались мно­го выгоднее поршневых машин. Сейчас во всем мире нет ни одной мощной электростанции, на которой ге­нераторы электрического тока вращались бы поршне­выми паровыми машинами.

Основная разница между турбиной и поршневой машиной в том, что поршневая дает, как говорят инженеры, прямолинейно-возвратное движение, ко­торое нужно преобразовать в непрерывное враща­тельное, а турбина сразу обращает энергию пара

Рис. 1.

Во вращательное движение без дополнительных пе­редач.

Интересно, что первый двигатель, придуманный и осуществленный человеком, был ближе всего по кон­струкции именно к турбине. В самом деле, простей­шая турбина — это колесо с лопатками, на которые «дует» пар, а самый старый двигатель — водяное ко­лесо— тоже колесо с лопатками, приводимое в дви­жение струей воды.

И паровая турбина была придумана раньше порш­невой машины. Итальянский инженер Джованни Бранка в своей книге о машинах, вышедшей больше трехсот лет тому назад, в 1629 году, описывает ори-

5

Гинальную толчею. Она должна приводиться в движе­ние струей пара, ударяющей на лопатки колеса (рис. 1). Конечно, турбину Бранка осуществить не­льзя было потому, что она расходовала бы слишком много пара, но идея Бранка оказалась воплощенной в современных паровых турбинах.

Современные паровые турбины строятся огром­ных мощностей. Ленинградский механический завод им. Сталина построил уже турбины мощностью свыше 65 ООО лошадиных сил, а скоро специальный Харьков­ский турбогенераторный завод будет выпускать тур­бины мощностью почти в 300 ООО лошадиных сил. Ни­какой другой двигатель не в состоянии развить та­кую огромную мощность в одной машине.

И для многих моделей луч­ше всего делать именно па­ровые турбины. Если посмо­треть на чертежи простой од­ноколесной турбины, порш­невой машины и электромо­тора, сразу видно, что турби­на проще всех. Но не только у нас в Союзе, а и за грани­цей модели с паровыми тур­бинами почти не строились. Почему? Потому что при кажущейся простоте, оказы­вается, очень трудно изгото­вить хорошее колесо турби­ны. Нельзя же считать турби­ной детскую игрушку, пока­занную на рис. 2. Эта «турбина» только сама себя вертит, а привести в движе­ние какую-нибудь модель ей не под силу. Значит, трудность задачи Рис. 2. в том, чтобы разработать
такую конструкцию колеса турбины, которую легко было бы изготовить в мастерской юного техника.

Нам удалось разрешить эту задачу. Двадцативось — милопастное колесо нашей турбины можно сделать меньше чем за два часа.

Особенно удобно ставить турбину на модели судов: на вал ее можно без всяких передач насадить гребной винт. Ее можно ставить и на всякие другие модели. Она занимает очень немного места и расходует го­раздо меньше пара, чем поршневая машина такой же мощности.

Как сделать паровую турбину ☛ Советы Строителей На DomoStr0y.ru

Содержание

• Как работает паровая турбина
• Как сделать паровую турбину в домашних условиях
• Применение паровой турбины
• Что в итоге

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.

Как работает паровая турбина?

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:

• твердое или жидкое топливо сжигается в паровой котельной установке. В результате рабочее тело (вода) обращается в пар,
• полученный пар дополнительно перегревается и достигает температуры 435 ºС при давлении 3.43 МПа. Это необходимо для того, чтобы добиться максимального КПД работы всей системы,
• по трубопроводам рабочее тело доставляется к турбине, где равномерно распределяется по соплам с помощью специальных агрегатов,
• сопла подают острый пар на изогнутые лопатки, закрепленные на валу, и заставляет его вращаться. Таким образом, кинетическая энергия расширяющегося пара переходит в механическое движение, это и есть принцип действия паровой турбины,
• вал генератора, представляющего собой «электродвигатель наоборот», вращается ротором турбины, в результате чего вырабатывается электроэнергия,
• отработанный пар попадает в конденсатор, где от соприкосновения с охлажденной водой в теплообменнике переходит в жидкое состояние и насосом снова подается в котел на прогрев.

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.

Как сделать паровую турбину в домашних условиях?

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.

Применение паровой турбины

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:

Что в итоге?

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.

Самодельная паровая турбина

Этот раздел взят из книги «Мальчик Механик Том. 1», производства Popular Mechanics Co.. Также доступны с Амазонки: 700 Чем заняться мальчикам.

Приобретите немного латуни толщиной около 3/16 дюйма и площадью 4 дюйма; 53 стальные ручки шириной не более 1/4 дюйма у черенка; два эмалированных или оловянных блюдца или кастрюли диаметром по внутренней части около 4-1/2 дюйма; два запорных крана с отверстиями 1/8 дюйма; один вал; несколько кусков латуни толщиной 1/4 дюйма и несколько 1/8 дюйма. машинные винты.

Выложите два круга на 3/16 дюйма. из латуни, один диаметром 3-1/2 дюйма, а другой диаметром 2-3/4 дюйма. Внешний круг соответствует размеру готового латунного колеса, а внутренний круг указывает глубину, на которую щели надо вырезать. Отметьте место, где должно быть просверлено отверстие для вала, а также найдите отверстия для сверления, как показано на A, рис. 1. После того, как отверстие для вала и отверстия A просверлены в диске, его можно использовать в качестве шаблона для сверление боковых пластин C.

Обод диска разделен на 53 равные части и проведены радиальные линии от обода к линии B, обозначающие глубину прорезей. Прорези в диске вырезаются ножовкой по радиальным линиям. Небольшие тиски удобны для удержания диска при вырезании пазов.

При вырезании диска из черновой латуни следует оставлять достаточный запас для опиливания до истинной линии. Прорези должны быть оставлены в их грубом состоянии, так как они лучше удерживают ручки, которые используются для лезвий. Ручки вставляются в пазы и закрепляются достаточно надежно, вставив обычные штифты внутрь ручек и отломив их по краю, как показано на рис. 4.

Когда все ручки закреплены, предоставляются два куска металла, каждый примерно 1 дюйм в диаметре и 1/32 дюйма толщиной, с 3/8 дюйма. отверстие в центре для заполнения деталей, которые сначала помещаются вокруг отверстия вала между диском и боковыми пластинами C, рис. 1. Затем боковые пластины закрепляются с помощью 1/8-дюймового крепежные винты, используя по две гайки на каждом винте. Гайки должны находиться на стороне, противоположной впускным клапанам. Отверстие вала также может быть квадратным, может использоваться квадратный вал, а концы закруглены для подшипников.

Корпус диска состоит из двух тарелок из эмалированного железа, рис. 2, скрепленных болтами с тонким куском асбеста между ними для обеспечения герметичности. 3/4 дюйма. у края одного из блюдец прорезано отверстие для выхлопа. Если желательно вывести выхлоп за пределы кожуха, в отверстие можно вставить тонкую трубу на 1/4 дюйма. В трубе просверливаются отверстия как внутри, так и снаружи корпуса, и вставляются штифты, как показано на рис. 5. Припой проходит вокруг внешнего штифта, чтобы предотвратить утечку пара. В самой нижней точке блюдца или кожуха 1/8-дюймовый. отверстие просверлено для стока воды. Деревянная заглушка подойдет вместо запорного крана.

Если можно достать металлическую посуду из толстого материала с хорошим покрытием из олова, то сделать корпус будет намного проще, чем если использовать эмалированную посуду. Отверстия легко просверливаются, и детали плотно прилегают друг к другу. Все швы и поверхности вокруг фитингов можно пропаивать.

Форсунки состоят из двух запорных кранов с диаметром 1/8 дюйма. отверстие. Они соединены с 3/8-in. подающая труба. Форсунки должны быть установлены под углом 20 град. с лицевой стороны диска. Форсунка или запорный кран дадут лучшие результаты, если выпускной конец расположен параллельно поверхности диска под углом 20 градусов. Между соплом и лопастями должно быть пространство 1/16 дюйма, чтобы обеспечить достаточный зазор, рис.

3.

Подшипники изготовлены из 1/4-дюйм. латуни и прикручен к корпусу болтами, как показано, с резьбой 1/8 дюйма. крепежные винты и гайки. На каждый винт следует надеть по две гайки. Шкив изготавливается путем надевания куска стальной трубы на вал двигателя и закрепления его крепежными винтами и гайками, как показано на рис. 6. Если вал квадратный, свинец должен проходить в сегменты.

Ведомый вал должен иметь длинный подшипник. Шкив на этом валу сделан из кусков дерева, сколоченных вместе, а его окружность вырезана спиральной пилой. Фланцы привинчиваются к шкиву и крепятся к валу, как показано на рис. 7.

Подшипники изготовлены из дубовых блоков, облицованных толстой жестью или листовым железом для рабочей поверхности. Движение передается от двигателя на большой шкив тонким, но очень хорошим кожаным ремнем.

Дорогая, я уменьшил паровую турбину: мы могли бы пить из моря с помощью этой миниатюрной машины, напечатанной на 3D-принтере

Ученые из GE Global Research (GRC) работают с Министерством энергетики США над созданием сверхэффективной опреснительной машины, ладонь руки.
Это инновационное решение включает в себя усадку паровой турбины, изначально предназначенной для выработки электроэнергии. Это также прекрасный пример того, что GE называет магазином GE, идеи о том, что обмен идеями между компаниями может быстро привести к прорыву.

В случае успеха система может снизить стоимость опреснения воды на целых 20 процентов. Это положило бы начало преодолению стоимостного барьера, препятствующего строительству большего количества систем опреснения.

Большие газовые турбины могут быть длиной с здание. Изображение предоставлено: GE Reports

Мини-опреснительная установка сочетает в себе 3D-печать с глубокими знаниями GE в области турбомашин и гидродинамики. Ученые GE Даг Хофер и Виталий Лиссянски использовали их для уменьшения размера паровой турбины, вырабатывающей электроэнергию, которая обычно едва помещается в школьном спортзале.

Не так давно Лиссянски, инженер-химик из лаборатории энергетических систем в GE Global Research, болтал с руководителем своей лаборатории о новых идеях опреснения воды. Этот тип «светской беседы» происходит тысячу раз в день в GRC.

Их лаборатория решает множество технических проблем, связанных с промышленными предприятиями GE, включая энергетику и водоснабжение, нефть и газ, авиацию и транспорт, и они быстро нашли возможное решение.

Это привело их к Хоферу. В качестве старшего главного инженера по авиационным системам в GRC и специалиста по паровым турбинам он входил в состав другой группы исследователей GE, работавшей над проектом по нефти и газу, направленным на улучшение производства сжиженного природного газа (СПГ) в малых масштабах. Ключевая часть проекта была сосредоточена на использовании 3D-печати для миниатюризации турбодетандера, смоделированного по образцу паровой турбины GE. (Турбодетандер — это машина, которая расширяет сжатый газ, чтобы его можно было использовать для работы.

)

Хофер был идеальным руководителем. Он руководил аэродинамической группой паровых турбин в компании Power and Water, а восемь лет назад перешел в GRC. Немногие люди в мире обладают таким опытом и знаниями в области технологии паровых турбин, как Даг. «В традиционных паровых турбинах пар конденсируется и превращается в воду, — говорит он. «Мы подумали, что, возможно, тот же принцип можно применить к опреснению воды».

Единственная разница, как объяснил Хофер, будет заключаться в использовании потоков, проходящих через турбину, для замораживания рассола или соленой воды вместо конденсации пара в воду, как в паровой турбине. Замораживание рассола естественным образом разделит соль и воду, превратив соль в твердое вещество, а воду в лед.

Мини-турбина, напечатанная на 3D-принтере. Изображение предоставлено: GE Reports

Лиссянски и Хофер сравнили записи, и сегодня они работают над новым проектом с Министерством энергетики США, чтобы проверить свою новую концепцию опреснения воды.

Сегодняшняя реальность такова, что 97,5% потенциальных запасов чистой питьевой воды в мире по существу остаются неиспользованными, запертыми в соленых океанах и непригодными для потребления человеком. Это происходит в условиях растущей глобальной нехватки воды. По данным Организации Объединенных Наций, от нехватки воды страдают 1,2 миллиарда человек, или пятая часть населения мира.

Не пощадили даже Соединенные Штаты. Калифорния, которая имеет одну из самых длинных береговых линий в стране, граничащих с океаном, страдает от серьезного кризиса нехватки воды.

Технология, вдохновленная миниатюрной паровой турбиной, может помочь изменить все это. И нет оснований полагать, что это невозможно. Достижения в области миниатюризации снова и снова оказывали большое влияние.

Например, применение закона Мура в мире полупроводников уменьшило размер компьютерных чипов, что позволило создать мобильные телефоны, обладающие большей вычислительной мощностью, чем целая комната мейнфреймов-суперкомпьютеров, которые были самыми современными всего несколько десятилетий назад.

No related posts.