Идея использования энергии пара на практике отнюдь не нова; использование паровых турбин в промышленных масштабах давно стало частью нашей жизни. Именно эти агрегаты, установленные на различных электростанциях и ТЭЦ, обеспечивают электричеством 99% наших домов. Однако некоторым умельцам удается реализовать принцип преобразования тепловой энергии в электрическую в домашних условиях. Для этого используется самодельная паровая турбина минимальных размеров и мощности. В этой статье мы поговорим о том, как собрать его в домашних условиях.
Как работает паровая турбина?
По сути, паровые турбины являются частью сложной системы, предназначенной для преобразования энергии топлива в электричество, а иногда и в тепло.
В настоящее время этот метод считается экономически выгодным. Технологически он работает следующим образом:
- В паровой котельной сжигают твердое или жидкое топливо. Рабочая среда (вода) превращается в пар;
- Образующийся таким образом пар перегревается и достигает температуры 435 ° C при давлении 3,43 МПа. Это необходимо для достижения максимальной производительности всей системы;
- Рабочая жидкость по трубопроводам подводится к турбине, где с помощью специальных агрегатов равномерно распределяется к форсункам;
- сопла подают острый пар на изогнутые лопасти, прикрепленные к валу, и приводят его во вращение. Таким образом, кинетическая энергия расширяющегося пара преобразуется в механическое движение, это принцип работы паровой турбины;
- Вал генератора, «реверсивный двигатель», вращает колесо турбины, и вырабатывается электричество;
- Дымовой газ поступает в конденсатор, где он конденсируется охлажденной водой в теплообменнике и возвращается насосом в котел для отопления.
Внимание. В лучшем случае паровая турбина имеет КПД 60%, а эффективность всей системы не превышает 47%. Большая часть энергии топлива теряется в виде тепла и используется для преодоления сил трения, создаваемых валами.
На следующей функциональной схеме показано, как паровая турбина работает с котельной, электрогенератором и другими компонентами системы:
Чтобы избежать снижения эффективности, максимальное расчетное количество лопастей размещается на валу ротора. Благодаря этому минимально возможный зазор между ними и корпусом статора обеспечивается специальными уплотнениями. Проще говоря, все зазоры сведены к минимуму, чтобы пар не «простаивал» внутри корпуса. Лопатка устроена так, что пар расширяется не только на выходе из сопла, но и в его полости. Как это происходит, можно увидеть на схеме работы паровой турбины:
Следует отметить, что рабочий орган, давление в котором падает при достижении лопаток, не сразу попадает в конденсатор после рабочего цикла в первом блоке. Тем не менее, у него все еще есть достаточный запас тепловой энергии, поэтому пар по трубопроводу подается во второй блок низкого давления, где он снова воздействует на вал с помощью лопаток другой конструкции. Как показано на рисунке, паровая турбина может иметь более одного из этих узлов:
1 — подача перегретого пара; 2 — блок рабочее пространство; 3 — крыльчатка с лопатками; 4 — вал; 5 — отвод отработанного пара в конденсатор.
Для справки. Частота вращения ротора генератора может достигать 30 000 об / мин, а мощность паровой турбины — до 1 500 МВт.
Как сделать паровую турбину в домашних условиях?
Многие интернет-ресурсы публикуют алгоритм, по которому в домашних условиях с помощью нескольких инструментов можно сделать консервную мини-паровую турбину. Помимо самой банки вам понадобится алюминиевая проволока, небольшой кусок жести, чтобы разрезать полосу и ротор, а также крепеж.
Сделайте 2 отверстия в крышке банки и припаяйте к одному из них кусок трубки. Вырежьте ротор турбины из куска жести и прикрепите его к U-образной штанге, затем прикрутите штангу ко второму отверстию, расположив рабочее колесо так, чтобы лопасти прилегали к трубе. Технологические отверстия, образовавшиеся в процессе эксплуатации, также герметизируются. Поместите продукт на проволочную подставку, залейте его водой из шприца и подожгите дно сухим горючим. Самодельный ротор паровой турбины начнет вращаться от струи пара, бьющей из трубы.
Очевидно, что такая конструкция может служить только прототипом, игрушкой, потому что эту самодельную паровую турбину нельзя использовать ни для каких целей. Мощность слишком мала, а о производительности не может быть и речи. Если только это не может быть использовано в качестве примера, чтобы показать, как работает тепловая машина.
Мини-электрогенератор можно сделать из старого металлического чайника. Для этого, помимо чайника, вам понадобится трубка из меди или нержавеющей стали с тонкой стенкой, компьютерный кулер и небольшой кусок алюминиевого листа. Из последнего вырезается круглый ротор с лопастями, который будет использоваться для создания паровой турбины малой мощности.
Электродвигатель снимается с радиатора и устанавливается на одной оси с ротором. Созданное таким образом устройство закреплено в круглом алюминиевом корпусе, размеры которого должны соответствовать месту крышки чайника. В нижней части последнего проделано отверстие, к которому припаивается трубка, а с внешней стороны из нее сделана катушка. Как видите, конструкция паровой турбины очень близка к реальности, поскольку змеевик действует как пароперегреватель. Другой конец трубки ведет к импровизированным лопастям ротора, как нетрудно догадаться.
Внимание. Самая сложная и трудоемкая часть устройства — катушка. Это легче сделать из медной трубки, чем из нержавеющей стали, но долго это не продержится. От контакта с открытым огнем медный пароперегреватель быстро прогоркнет, поэтому лучше сделать это своими руками из трубы из нержавеющей стали.
Применение паровой турбины
Налив в чайник воду и поставив на газ, можно убедиться, что при закипании энергии выходящего из трубки пара хватит на мощность электродвигателя, и появится ЭДС. Для этого стоит подключить к нему светодиодный фонарик. Помимо питания электрических лампочек, можно использовать паровую турбину для других целей, например, для зарядки аккумулятора сотового телефона.
В квартире или частном доме такая мини-электростанция может показаться обыкновенной игрушкой. Но если вы окажетесь в кампании и возьмете турбинный чайник с электрогенератором, вы сможете оценить его функциональность. Возможно, кстати, вы найдете для турбины другую мишень. Подробнее о изготовлении кемпингового генератора из чайника вы можете узнать, посмотрев это видео:
Заключение
К сожалению, паровые машины довольно сложны по конструкции, и сделать в домашних условиях турбину, мощность которой достигала бы не менее 500 Вт, довольно сложно. Если стремиться соблюдать схему турбины, затраты на комплектующие и потраченное время не будут оправданы, КПД самодельной машины не превысит 20%. Купить готовый дизель-генератор наверное проще.
