Ювелирное обозрение

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:

Заключение

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.

Наверное, ни один автолюбитель не откажется увеличить мощность двигателя своей машины. Сделать это можно разными способами. Некоторые из них трудоёмкие, некоторые — не очень. Сегодня речь пойдёт об увеличении мощности мотора относительно лёгким способом: установкой турбонаддува своими руками.

Что такое турбокомпрессор и из чего он состоит

Механический турбокомпрессор для легкового автомобиля

Если коротко, турбокомпрессор — это устройство для нагнетания сжатого воздуха в цилиндры двигателя.

Схема стандартного механического компрессора для легковых автомобилей

А теперь разберёмся с этим устройством подробнее.

Схема движения воздуха и выхлопных газов в механическом компрессоре

Мотор работает, потому что в нём постоянно горит топливно-воздушная смесь, подаваемая в цилиндры. Оптимальное соотношение топлива и воздуха в этой смеси зависит от типа двигателя. Размеры цилиндров тоже важны: именно они ограничивают объём подаваемой смеси. Турбокомпрессор устраняет это ограничение. Во время такта впуска он подаёт в цилиндры больше воздуха, дополнительно обогащая смесь. Сгорая, она выделяет гораздо больше энергии, увеличивая мощность двигателя на 20–40%. Турбокомпрессоры бывают двух типов:

Механический турбокомпрессор использует энергию выхлопных газов: они подаются на крыльчатку турбины, заставляя её вращаться. На том же валу располагаются лопасти компрессора, которые и создают необходимый поток воздуха, нагнетаемого в цилиндры.

Электрические турбокомпрессоры появились относительно недавно. Они не используют в работе выхлопные газы. Давление эти устройства нагнетают с помощью отдельных компактных электрических компрессоров.

Достоинства и недостатки компрессора в автомобиле

На первый взгляд может показаться, что никаких проблем из-за установки турбонаддува возникнуть не должно. Но это не так. Это устройство имеет несколько минусов, а в особо тяжёлых случаях может представлять реальную опасность для водителя. Достоинства турбины очевидны:

• мощность двигателя увеличивается на 20–45% (степень увеличения мощности зависит как от объёма и типа двигателя, так и от модели компрессора);
• механический компрессор повторно использует выхлопные газы, а следовательно, приносит пользу окружающей среде;

А теперь переходим к минусам.

• так как топливно-воздушная смесь становится более обогащённой, температура её горения увеличивается. Двигатель нагревается сильнее, в результате чего быстрее прогорают поршни и клапаны, быстрее изнашивается система охлаждения;
• двигатель с перегревшимся компрессором может взорваться. В буквальном смысле слова;
• даже если ничего из перечисленного выше не случилось, использование турбокомпрессора значительно сокращает срок службы любого двигателя;

Подготовка к установке турбонаддува своими руками

• сначала необходимо определиться с моделью турбокомпрессора. Его следует выбирать исходя из типа двигателя, его объёма, а также из мощности, которую автовладелец планирует получить после установки;
• проверяются (и в случае необходимости — заменяются) масляный и воздушный фильтры;
• далее необходимо проконтролировать уровень и качество масла в двигателе и состояние маслопроводов. Ни в коем случае нельзя допускать попадания грязи в масляную магистраль при работающем компрессоре;
• проверяется состояние катализатора. Если планируется использовать механический компрессор, забитый катализатор может создать в топливной системе избыток отработанных газов, что приведёт к перегреву турбокомпрессора;
• также следует проверить состояние воздушных патрубков. Если в них много грязи, их обязательно следует промыть в керосине;

Как установить турбонагнетатель

Сначала перечислим всё, что потребуется для работы.

Инструменты и расходные материалы

1. Комплект накидных ключей.
2. Комплект рожковых ключей.
3. Комплект хомутов для воздушных патрубков.
4. Отвёртка плоская.
5. Турбокомпрессор.
6. Отрезок тонкой проволоки диаметром 2 мм.
7. Ёмкость с турбинным маслом.
8. Ёмкость с керосином.
9. Ветошь.

Последовательность операций при установке турбонаддува

• открывается капот автомобиля, снимается карбюратор и воздушный фильтр;

Воздушный фильтр автомобиля откручивается и снимается

Воздушные патрубки машины снимаются и очищаются керосином

Трубки воздушных каналов двигателя очищаются проволокой

Турбокомпрессор устанавливается на систему подачи воздуха

Патрубки входной и выхлопной систем фиксируются хомутами

Масло в турбокомпрессор заливается с помощью воронки

Видео: монтаж турбонаддува на ВАЗ 2109

Важные моменты работы с турбированным двигателем

• чтобы турбированный двигатель служил долго, его перед каждой поездкой следует тщательно прогревать на низких оборотах как минимум в течение 2 минут;
• масло, заливаемое в турбокомпрессор, должно быть качественным. Да, оно стоит дорого, однако экономия в этом случае ни к чему хорошему не приведёт;
• необходимо регулярно контролировать состояние как воздушных, так и масляных фильтров автомобиля, так как даже незначительное загрязнение этих элементов может нанести двигателю непоправимый ущерб;
• следует помнить, что турбированный двигатель нуждается в обкатке. Его нельзя подвергать серьёзным нагрузкам до тех пор, пока он не пройдёт как минимум 2 тыс. километров. Всё это время давление в компрессоре не должно превышать отметку в 0.6 бар;
• мотор с компрессором не стоит глушить сразу. Лучше дать ему возможность поработать на холостых оборотах как минимум одну минуту. Это остудит турбину;

Несмотря на ряд минусов, после установки турбокомпрессора водителя ждут перемены к лучшему. У мотора не только увеличится мощность, но и серьёзно снизится «прожорливость», так как в турбированной машине около 30% несгоревшего бензина не выбрасывается в атмосферу, а используется повторно. Так что при соблюдении вышеперечисленных мер предосторожности водитель не только сможет ездить быстрее, но ещё и неплохо сэкономит.

Популярные публикации

Последние комментарии

Если немного забежать вперед по теме – то получается, что сейчас все турбированные двигатели используют механические компрессоры воздуха, у такого подхода есть много плюсов и много минусов. Но недавно многие компании стали задумываться над электро турбинами, которые не будут использовать отработанные газы авто, а также не будут иметь механических подключений и приводов, а нагнетать воздух будет электродвигатель, который будет «питаться» от бортовой системы …

Задумка неплохая! Ведь можно избежать многих минусов механических систем, особенно турбин которые работают от отработанных газов, такие как:

2) Охлаждение турбины

3) Смазка моторным маслом

5) НУ и конечно же ресурс

Если подвести черту, можно понять что механические системы, далеки от идеала. Конечнокомпрессоры которые работают от приводов, будут надежнее. Однако и у них есть минусы, это тот же привод который использует для работы обычный ремень, который со временем изнашивается.

В общем, подумали разработчики и поняли, что механику можно заменить на электрику! Или нельзя?

Принцип строения

Нужно отметить, что сейчас некоторые немецкие производители имеют в строении своих моторов такие нагнетатели. И ставятся они как вы поняли, в системе забора воздуха. Первыми применили такие нагнетатели компании Mercedes, BMW и AUDI.

Принцип здесь прост – ставится мощный «вентилятор», который создает давление примерно от 0,5 атмосферы (а возможно и более). Запитан от электро системы автомобиля, он нагнетает в двигатель дополнительный кислород необходимый для увеличения мощности. С настройками подачи топлива, можно добиться существенного прироста – около 20 – 30 %.

Электро турбину стоит настраивать и на определенные обороты, например на холостых она должна работать медленнее, а на высоких оборотах соответственно быстрее. Получается чуть ли не идеальная система! Но в чем же подвох, где минусы? И знаете, они есть.

Минусы электрического варианта

Многие мои читатели думают – что сделать такую систему очень просто, нужно взять какой-нибудь кулер и вставить его в патрубок забора воздуха и вот оно счастье! Такие «чудо-кулеры» продаются, как правило в китайских интернет магазинах, про такие типы поговорим ниже.

Однако ребята тут не все так просто. В нормальном (на холостых) режиме, атмосферный двигатель 1,6 литра потребляет примерно 300 – 400 литров воздуха за час работы. А на больших оборотах скажем в 4000 – 5000 умножаем эту цифру на 4 – 5, то есть 1200 – 1600 литров. Просто представите этот объем! Если вычислить минутное потребление 300/60 = 5 литров в минуту, или 20 при больших оборотах.

Так вот – электро турбина должна увеличивать эту цифру, а не тормозить ее! Если вы поставите слабый двигатель, он не будет нагнетать нужное давление, а создаст эффект «воздушной пробки», то есть он своими лопастями будет тормозить приток воздуха в двигатель – мешать нормальному проходу.

А теперь представьте, какой нужен электрический вариант двигателя для нагнетания такого объема! Повторюсь для повышения производительности нужно хотя бы 6 – 7 литров воздуха на холостых, и 25 на высоких и это для 1,6 литрового варианта, для больших объемов нужно больше.

Если провести аналогию с немецкими производителями, то там применяется как минимум бесколлекторный 0,5 КВт электромотор, который вращается с бешенными оборотами, может достигать до 20 000 и его способности к давлению составляют от 1 до 5 атмосфер.

Для более мощных автомобилей, применяются более мощные двигатели до 0,7 КВт.

Как становится понятно штатный генератор может и не потянуть такое потребление электричества, поэтому его заменяют на более мощный, либо ставят дополнительный.

А как известно высокое потребление энергии просто тормозит генераторы, а значит и увеличивает торможение двигателя, что скажется на его отдаче, понижается КПД.

Однако, проведенные эксперименты выявили рост производительности, примерно на 20 – 30% это существенно. Но из-за сложности и дороговизны устройств, применение на автомобилях пока не имеет массового производства.

Например, механические компрессоры намного дешевле и производительнее. Иногда разница в цене может достигать 5 – 7 раз.

Пару слов о китайских электро турбинах

Буквально 2 года назад, «автоинтернет» просто взорвался от электрических турбин из Китая. Предлагалась небольшая «штуковина», которая устанавливалась в разрыв шланга воздухозабора, которая якобы нагнетала воздух с давлением в двигатель, обещанное увеличение мощности аж до – 15%! Сам двигатель представлял из себя непонятный кулер, ни потребление электричества, ни обороты, ни прокачиваемый воздух – показателей не было. Если разобрать его даже визуально, то становится понятно – что это кулер на подобии продвинутых компьютерных, ну что он может увеличить? НИЧЕГО! Так что просто не покупаем – это РАЗВОД.

Сейчас конечно на тех же китайских сайтах начинают появляться другие электро турбины, многие сделаны даже в форме улитки – аля механический компрессор. Но опять же нет ни показателей давления, ни потребления, ни перекачки воздуха. Думайте, прежде чем покупать. Смотрим познавательный ролик.

Можно ли сделать электро вариант своими руками

Гипотетически можно, причем многие такое устанавливают на свой автомобиль. Лично я также задумывался над установкой на свой авто, но цена меня остановила.

Вам нужно решить рад пунктов:

1) Однозначно установка мощного генератора, что на иномарку уже дорого.

2) Мощный и компактный электромотор, желательно бесколлекторный именно он отдает большие обороты при оптимальном потреблении энергии. Лично я видел такие для компактных моделей, однако мощностью от 0,5 Квт стоит также не дешево.

3) Крыльчатка и корпус. Также нужно сделать самому либо купить, для максимального нагнетания воздуха. Также непростая задача.

4) Ну и конечно стабилизатор или инверторы, для питания электромотора.

Задачи не простые, на некоторые иномарки нет мощных генераторов, так что сделать очень сложно!

Но многие умельцы, в гараж устанавливают на свои автомобили, прирост мощности действительно можно достичь до 20 – 30 %.

Причем многие ставят дополнительный датчик потребления воздуха в патрубок перед турбиной, он «видит» прокачиваемый объем и автоматически регулирует большую подачу топлива (подает значения в ЭБУ), для обогащения топливной смеси. Так что прошивка может и не понадобиться.

Если подвести итог, получается – электро турбина на авто, это возможно, даже скажу больше ее можно сделать своими руками, однако не все так просто и часто «игра не стоит свеч». Ведь вам нужно переделать не только электро систему автомобиля, но и систему подачи топлива, возможно нужна прошивка ЭБУ.

Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов