| Начинается рабочий процесс с подготовки баллона от фреона. Он безусловно, должен быть пустым. Емкость с выпущенным давлением можно резать или варить спокойно, в отличие от других газовых баллонов – риска воспламенения нет, так как фреон не является огнеопасным. | |
| Для начала срезаются пучки для переноски. Их необходимо срезать очень аккуратно, «под корешок», не повредив баллон и не испортив самих ручек – они в дальнейшем еще пригодятся. | |
| Вместе с ручками срезается и выпускной патрубок – он находится в аккурат между ними. | |
| Это отверстие, оставшееся после обрезки патрубка, необходимо заглушить. | |
| Самое простое и надежное решение – забить в отверстие стальной болт с близким диаметром, до упора в головку… | |
| …а затем обварить головку по периметру, прихватив ее тем самым к стенке баллона. | |
И здесь, и далее при выполнении сварных швов они обязательно очищаются от шлака и проверяются на качество сварки. Баллон вскорости становится паровым котлом, то есть все швы должны быть гарантированно герметичными и способными выдерживать избыточное давление. | |
| Для следующей операции потребуется стальная труба диаметром 57 или 76 мм, длиной чуть более диаметра баллона. У мастера таковой под рукой не нашлось, поэтому в ход пошли старые автомобильные амортизаторы – показаны на иллюстрации. | |
| С каждого из них на отрезном станке удаляется по внешнему «стакану». | |
| Срезанный стакан и станет искомой трубой. Если станка нет, при должной аккуратности и хорошей фиксации заготовки эту задачу вполне можно выполнить и обычной «болгаркой». | |
| Однако длины каждого из стаканов – недостаточно для нужной детали. Придется из двух отрезков сваривать одну трубу. | |
| Торцы труб зачищаются, на них выполняется фаска, а затем стык по периметру обваривается сплошным швом. Пропуски и прожиги – недопустимы! | |
Теперь необходимо прорезать отверстия в стенках баллона, так, чтобы труба прошла насквозь через него, примерно по центру его длины. Для этого сначала труба приставляется к намеченному месту (проще всего и точнее будет ориентироваться на сварной шов, опоясывающий баллон)… | |
| …и маркером намечается контур будущего отверстия. | |
| Прорезать аккуратное отверстие сравнительного небольшого диаметра можно по-разному. Кто-то предпочитает маленькую «болгарку» с наполовину сточенным отрезным кругом. У кого-то неплохо получается эта операция с использованием электрического лобзика с пилкой по металлу. В демонстрируемом примере мастер решил прожечь нужный проем с помощью ручной дуговой сварки, выставив высокий ток. | |
| Действовать нужно аккуратно, не спеша, чтобы края отверстия получились ровными. | |
| Такая же операция повторяется и на противоположной стороне баллона. В итоге должно получиться примерно вот так – два отверстия, симметрично расположенные на противоположных сторонах окружности. | |
Подготовленный отрезок трубы заводится с одной стороны в прорезанной отверстие, так, чтобы он вышел наружу с противоположной стороны. Достаточно будет выхода в 5÷8 мм – этого хватит для сварки. | |
| После этого выполняется сварка этого соединения – сплошным швом по окружности с теми же требованиями, о которых говорилось выше. | |
| Один конец трубы вварен в баллон. | |
| Затем такой же узел проваривается и на противоположной стороне. После приваривания излишек трубы срезается «болгаркой». Получается теперь, что через баллон, не нарушая его герметичности, проходит труба. Она будет служить и дымоходом, и теплообменником при нагреве воды. Кроме того, по мере прогрева этой трубы будет возникать эффект «ракетной печи», когда в верхней трети канала станут активно выгорать выделяемые при горения топлива газы. Теплоотдача в таких схемах получается очень эффективной – пламя будет подниматься выше поверхности бака даже при небольшой закладке топлива. | |
Для топочной камеры котла от металлической бочки отрезается ее верхняя часть, примерно на треть высоты. | |
| Затем к верхней плоскости бывшей бочки примеряется баллон с вваренной трубой. Так, как он и будет стоять в готовой конструкции. | |
| По установленному баллону намечается маркером контур, но не по вертикальной проекции, а с таким расчетом, чтобы баллон «провалился» под плоскость крышки бочки примерно на одну треть. То есть с отступом от границ проекции внутрь примерно на 30 мм. | |
| Контур будущего «гнезда» для баллона намечен. | |
| По контуру делается вырез с помощью «болгарки» — вот он в готовом виде. | |
| В вырезанное «гнездо» укладывается баллон, при необходимости проводится корректировка границ окна. | |
| Затем баллон приваривается к бочке по периметру по линии их соприкосновения, сплошным герметичным швом. | |
| Вот так это соединение будет выглядеть снизу, со стороны топки. | |
Теперь необходимо приварить срезанные ранее рукоятки баллона слева и справа от дымоходного канала. Они уже будут не для переноски, естественно, но зато из них получается весьма неплохая конфорка, куда можно поставить при необходимости чайник или кастрюлю для приготовления пищи. | |
| Ручки привариваются к стенке баллона. Здесь герметичность не нужна, поэтому можно обойтись и без сплошного шва – достаточно будет парочки качественных прихваток. | |
| На стенке бочки снизу намечается вырез шириной примерно 300 мм, и высотой – около 200 мм. Большая точность здесь не принципиальна. | |
| По намеченной границе вырезается фрагмент. А получившееся окно – не что иное, как загрузочное окно топочной камеры и канал для поступления воздуха в зону горения. | |
| Далее, на баллоне проделываются три отверстия: одно побольше (диаметром порядка 15 мм), по центру, и два поменьше (достаточно 5÷6 мм), слева и справа и несколько ниже относительно первого. Для получения подобных отверстий очень удобно использовать коническое ступенчатое (пирамидальное) сверло.  | |
| К первому, большому отверстию будет привариваться муфта с внутренней резьбой ½ дюйма. | |
| Примерка муфты по месту ее будущего расположения. | |
| Для обеспечения выхода пара и подачи его на турбину потребуется вот такой штуцер с «ершом». | |
| Его место – на левом малом отверстии. | |
| Чтобы была возможность контролировать давление пара в котле, нужен манометр. А, соответственно, под него необходимо предусмотреть соответствующую муфту (гайку) с нужным внутренним диаметром и шагом резьбы. | |
| Эта муфта будет устанавливаться на правое малое отверстие. | |
| После подбора и «примерки» обе муфты и штуцер привариваются на свои места. На этом пока что «корпусные» работы заканчиваются – пора переходить к более сложному «оборудованию» мини-электростанции. | |
Итак, в роли паровой турбины будет выступать вот такой старый пневматический ударный гайковерт. Он способен создавать мощный крутящий момент под действием сжатого воздуха. Надо полагать, от потока пара также будет вращаться. | |
| Однако, в «чистом виде» задействовать гайковерт нет смысла – его следует немного «доработать», упростить. Поэтому сначала выполняется разборка прибора – откручиваются винты и снимается задняя крышка. | |
| Прямо под крышкой, за прокладкой, сзади расположена пневматическая турбина – двигатель. Ее необходимо аккуратно извлечь наружу. | |
| Сам по себе пневматический двигатель никаких изменений претерпевать не будет. Можно лишь убедиться в его целостности и работоспособности. | |
А вот дальше расположен механизм получения ударного вращающего момента. Вот он нас и интересует – его вынимают из корпуса полностью вместе со шпинделем гайковерта.  А сама эта передаточная муфта со шлицами (хорошо видна на иллюстрации – по центру, более светлого цвета) передает крутящий момент на молотковый механизм, собранный в обойме. И уже молотки, воздействуя на фигурные выступы на шпинделе, передают ударно-вращательное движение ему. | |
| Такое усложнение для наших текущих целей не требуется – это и неоправданные потери усилия пневмопривода, и абсолютно ненужное для генератора ударное усилие. Нам необходимо обычное стабильное вращение с постоянной угловой скоростью. Поэтому от этого промежуточного звена следует избавиться. Для этого производится разборка механизма – снимается стопор, извлекаются молотки, шпиндель выводится из молотковой обоймы. | |
| А затем «голый» шпиндель после этого просто вставляется в ту самую передаточную муфту… | |
| …и прихватывается к ней электросваркой. | |
Получилось вот что: теперь это одно целое, и вращение с пневматического двигателя будет передаваться непосредственно на шпиндель, что нам и требуется. | |
| Далее – выполняется обратная сборка гайковерта. | |
| Еще один нюанс: мастер срезал фрагмент корпуса гайковерта над бывшей молотковой обоймой. Это в целях лучшего охлаждения всего устройства и свободного выхода отработанного пара. | |
| Чтобы гайковерт всегда находился во включенном положении, клавишу включателя можно после нажатия зафиксировать тонкой проволокой. Или, например, обычной пластиковой стяжкой, что будет даже удобнее. | |
| Обратите внимание – в этой модели на рукоятке имеется второй канал, закрытый металлической заглушкой. Мастер решил использовать это обстоятельство для крепления гайковерта на корпусе мини-электростанции. | |
| Он прихватил сваркой эту гайку м верхнему ободу бочки, так, чтобы ось шпинделя гайковерта оказалась в горизонтальном положении. Если такой гайки на имеющейся в распоряжении модели нет – придется подумать о креплении каким-то иным способом, например, через привариваемый к бочке кронштейн.  | |
| Готовится к установке и генератор – двигатель постоянного тока, ранее стоявший на беговой дорожке. У него имеется штатный кронштейн, просто надо будет подумать, как его закрепить на корпусе бочки. | |
| Шкив с двигателя снимается, он не нужен – нам требуется «голый» шпиндель. | |
| Достигнуть идеальной соосности расположения гайковерта и двигателя (турбины и генератора электростанции) в рассматриваемых условиях практически невозможно. Поэтому решено сделать вал, передающий вращение, гибким, из отрезка поливочного армированного шланга. Один конец шланга сначала слегка разогревается … | |
| … а затем плотно насаживается на шпиндель двигателя. | |
| Аналогично поступают и с противоположным концом гибкого вала, насаживая его на шпиндель гайковерта. | |
| Примеряется оптимальное расположение пока еще не закреплённого электродвигателя. Решено для удобства его фиксации сначала прихватить сваркой к бочке стальную пластину.  | |
| Сначала приварена пластина… | |
| … а затем к ней прихвачены сваркой и кронштейны электродвигателя. Вся кинематическая часть будущей электростанции установлена. | |
| Необходимо довести до готовности котел. Во-первых, для за дивной горловины должна быть изготовлена заглушка, плотно, герметично закрывающая ее. Для удобства закручивания и открывания мастер приварил к заглушке маховик-перекладину. | |
| Во-вторых, устанавливается и затягивается ключом манометр. Надо постараться установить его так, чтобы его циферблат был хорошо виден – это облегчит визуальный контроль за процессом работы установки. | |
| Штуцер на рукоятке пневматического гайковерта и штуцер, вваренный в баллон котла, соединяются гибким термостойким шлангом высокого давления. В разрыве этого шланга обязательно устанавливается кран, с помощью которого можно будет подавать пар на турбину, управлять скоростью вращения, останавливать подачу при необходимости.  Все соединения шланга на штуцерах фиксируются хомутами с тщательным из затягиванием. | |
| По сути – сборка мини электростанции завершена. Можно переходить к проверке ее работоспособности – загружать топливо, разжигать огонь, заливать воду и т.п. Мастер решил применить самодельные топливные брикеты. Для их изготовления он нарезает полосами шириной примерно в 50 мм гофрированный картон от старых упаковок. | |
| Затем эти полосы сворачиваются «улиткой» … | |
| … пока не наберется «шайба» диаметров примерно в 150÷200 мм. Чтобы брикет не распускался, его фиксируют тонкой проволочкой. | |
| Готовый брикет. | |
| Так как своего дна у топливной камеры нет, брикет или иное топливо лучше будет укладывать на какой-то поддон. Мастер изготовил его из донной части такого же баллона от фреона. | |
Уложенный на поддон брикет сверху поливается маслом, например, остающимся после жарки. Можно использовать и масляную отработку из гаража. | |
| Такая пропитка обеспечивает и быстрый розжиг, и длительное горение брикета. | |
| Поддон с разгоревшимся брикетом через загрузочное окно устанавливается под котлом. | |
| Еще один момент: для качественного поддува воздуха, без которого горение будет невозможным, по периметру основания вырезаны отверстия – они хорошо заметны на этой иллюстрации. | |
| Горение брикета постепенно активизируется, и можно набрать в котел воды. Для этого сначала выкручивается заглушка. | |
| Затем с помощью воронки в баллон заливается вода. Емкость бака – около 13 литров, но заливают не под завязку, а порядка 7÷8 литров, чтобы было пространство для расширения пара, и чтобы разогретая, увеличившаяся в объёме вода не попадала в выходной штуцер. После заливки ставится и накрепко закручивается заглушка. | |
Пламя от корящего брикета – все выше. По показаниям манометра давление в баллоне возрастает. Его нельзя доводить выше максимально допустимого. На месте мастера я бы еще оснастил, в целях безопасности, этот самодельный котел еще и предохранительным клапаном, рассчитанным, например, на 1,5÷2 атмосферы. Так будет спокойнее – человек может отвлечься, задремать и т.п., и это порой заканчивается печально… | |
| Для проверки работоспособности созданной мини электростанции мастер для начала подключает к выводам генератора (двигателя) светодиодную лампу. | |
| Плавно открывается кран – и начинается вращение турбины, передающееся на генератор. Светодиодная лампа почти мгновенно загорается. | |
| Если попробовать принудительно приостановить вращение передаточного вала – лампа сразу откликается понижением яркости свечения. | |
| Но если отпустить вал в свободное вращение – светильник опять разгорается на полную! Система работает! | |
Теперь нужно усложнить задачу, чтобы проверить возможности электростанции на более серьезные действия. Для этого матер подключает к ней инверторный преобразователь питания, выдающий на выходе 127 вольт переменного тока. (Дело происходит, напомним, в Бразилии, где используется именно такое сетевое напряжение. В наших условиях, безусловно, применяется инвертор с выходом на 220 вольт). | |
| Сначала включаем инвертор питания без нагрузки – индикаторы сигнализируют, что на выходе подается искомое переменное напряжение. | |
| Пробуем включить LCD-телевизор… | |
| Телевизор запустился и нормально работает на «дармовой» электроэнергии! Между тем, из трубы котла вырываются языки пламени, и этим можно воспользоваться, поставив на конфорку чайник или сковородку для приготовления ужина. | |
| В демонстрируемом примере мастер на этом огне очень быстро приготовил себе большую миску попкорна. | |
И теперь он сидит довольный, наслаждаясь и попкорном, и телепередачей, и чувством гордости за свою самоделку. |
принцип работы, устройство, кпд, схема
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.
В результате рабочее тело (вода) обращается в пар;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.
Вот как сделать свой собственный генератор парового двигателя дома
DIY
DIY
IE Originals
IE Originals
IE Originals
IE Originals
IE Originals
IE Originals
9000 IE Originals IE Originals IE Originalles 9000 IE IE OriginallesЕсли видеоплеер не работает, вы можете нажать на эту альтернативную ссылку на видео.
Хотите сделать свою собственную низкотехнологичную поршневую паровую турбину? Затем следуйте этому простому руководству, чтобы сделать его более или менее полностью из металлолома.
Источник: Great Inventions/YouTubeКак вы понимаете, прежде чем начать, вам понадобятся некоторые инструменты и материалы.
Необходимые материалы и оборудование
- Банка газировки
- Старая консервная банка
- Старые магниты
- Старый двигатель постоянного тока
- Старый шприц
- Старая электроника с индукционной катушкой
- Резиновая трубка
- Дерево
- Некоторые виды топлива
- Основные инструменты (гаечный ключ, отвертки и т. д.)
- DEKOPRO Сварочное оборудование и защитное оборудование
- Различные гайки и болты
д.)Со всем снаряжением в руках пришло время приступить к этой замечательной маленькой постройке.
Шаг 1: Подготовьте генератор
Первый шаг — взять старый двигатель и полностью его разобрать. Сделав это, возьмите угловую шлифовальную машину и отрежьте ротор, как показано на видео.
Затем возьмите старый болт и приварите его к открытому концу ротора. После завершения отрежьте головку болта. Затем добавьте гайку к болту, а затем отрежьте небольшой отрезок стального стержня квадратного профиля от болта и гайки, как показано на рисунке.
Источник: Great Inventions/YouTubeЗатем смешайте двухкомпонентный клей и приклейте несколько маленьких магнитов к квадратному металлическому отрезку, как показано на рисунке. Проверьте вращение штока двигателя, он должен свободно вращаться. Если нет, отрегулируйте соответственно.
Сделав это, просверлите два отверстия в торцевой пластине двигателя и прикрепите возвратно-поступательный рычаг к основному двигателю, как показано на рисунке.
Шаг 2: Изготовление поршня
Затем возьмите старый шприц и просверлите в поршне ряд отверстий. Подсоедините возвратно-поступательный рычаг к поршню, как показано в видео-инструкции. Приклейте на место по мере необходимости.
Сделав это, возьмите банку из-под пива или газировки и осторожно просверлите отверстие в верхней части. Слейте жидкость и убедитесь, что кольцо не повреждено. Вклейте короткий отрезок узкой металлической трубы в отверстие в банке.
Самые популярные
Источник: Great Inventions/YouTubeЗатем возьмите доски и разрежьте их на две небольшие деревянные пластины, чтобы установить генератор. Вырежьте два куба из дерева, чтобы установить главный двигатель. Сделайте это, используя два отверстия, которые вы просверлили ранее.
Сделайте еще одну точку крепления, чтобы закрепить шприц, и при необходимости прикрепите его к креплению. Проверьте действие возвратно-поступательного рычага, выдвигая и нажимая на поршень в шприце.
Это должно включить двигатель.
Шаг 3: Соберите динамо-машину
Затем возьмите наше старое электрическое устройство, содержащее индукционную катушку, и освободите катушку от устройства. Установите его вокруг открытого ротора старого двигателя.
Источник: Great Inventions/YouTubeЗатем возьмите отрезок хирургической трубки и подсоедините ее к носику шприца. Приклейте другой конец трубки к металлическому носику, который вы ранее прикрепили к банке с газировкой.
Затем просверлите небольшое отверстие в верхней части шприца, чтобы пар выходил из системы.
Источник: Great Inventions/YouTubeПосле этого подключите проводку индукционной катушки, как показано на видео. Удлините проводку там, где это необходимо, чтобы позже собирать электроэнергию.
Шаг 4: Добавьте источник тепла
Затем возьмите старую жестяную банку, вырежьте монтажный паз в верхней части, чтобы установить банку с газировкой, и решетку с одной стороны, чтобы управлять источником тепла.
Установите жестяную банку на основное основание генератора, а затем закрепите банку с газировкой по мере необходимости.
После этого подключите электрическую вилку и преобразователь переменного тока к генератору, чтобы можно было отключать питание и преобразовывать его для питания электрических устройств и т. д.
Источник: Great Inventions/YouTubeСделав это, добавьте немного топлива в основной котел. Подойдет все, что горит, но хорошо работают разжигатели или таблетки Esbit.
Сделав это, наполните банку с газировкой водой и подожгите топливо по мере необходимости. Это превратит жидкость в банке с газировкой в пар, активируя поршень шприца и приводя в действие генератор.
Эй, вуаля, у тебя волшебная сила!
Если вам понравился этот проект, возможно, вам понравятся и другие примитивные штуковины. Как насчет того, чтобы, например, сделать собственный открытый гидрогенератор?
For You
More Stories
diyБывший инженер НАСА отомстил ворам с помощью блестящих бомб
Лукия Пападопулос| 29.
01.2023
diyКак фотограф дикой природы создал процветающую экосистему на своем заднем дворе
Лукия Пападопулос| 24.12.2022
ie originalsРазгадка тайн Пирамид: Путешествие сквозь время и культуру
Интересная инженерия| 07.04.2023
В вашем будущем паровая энергетика?
Скип Гебель | |
| Выпуск №43 • 19 января/февраля97 |
Если вы считаете, что пар устарел, подумайте вот о чем: почти столетие назад паровые машины и корабли достигли таких скоростей и эффективности, которых до сих пор трудно достичь даже с современными двигателями внутреннего сгорания.
Пар — одна из самых мощных и самых опасных форм независимой энергии. Он настолько мощный, что здесь, в Tiny Power, производителях паровых двигателей, по крайней мере раз в неделю нам звонит кто-то, кто собирается спасти мир с помощью пара.
Обычно требуется всего несколько минут разговора, чтобы понять, что звонящему нужно больше узнать об основах паровой техники.
Эта статья является попыткой ответить на некоторые из многих вопросов, которые люди задают о Steam. И я думаю, что первый вопрос: может ли это спасти мир, по крайней мере, в том, что касается ваших личных потребностей в энергии? Это зависит от.
Для первоначальных инвестиций в этот наиболее трудоемкий вид домашнего электроснабжения вы, вероятно, могли бы купить дизельный генератор и 5-10 тысяч галлонов топлива без существенных изменений в вашем образе жизни. Если вы планируете сжигать древесину, вы должны знать, что газификация древесины и сжигание ее в двигателе внутреннего сгорания является очень авторитетной наукой. Это может быть более практичным приложением для вас.
Если вам нужно большое количество контролируемого тепла, скажем, для обогрева большого дома, курятника или даже печи, паровые установки превосходны тем, что отработанное тепло (выхлоп) парового двигателя даст вам избыточное количество тепла.
БТЕ для игры.
Что такое пар?
Что такое пар? «Вода сошла с ума от жары» — хороший ответ, как и любой другой. Вода действительно превратится в пар в вакууме, если ее температура будет поддерживаться на уровне 40 градусов по Фаренгейту. И наоборот, при давлении 3200 фунтов на дюйм. на квадратный дюйм и температуре около 720 градусов, пар становится «сверхкритическим» и фактически имеет такую же плотность, как вода. Современные паровые системы работают при таком давлении, потому что пар, являющийся «сверхлучистым» газом, поглощает и отдает тепло намного быстрее, чем вода.
Только «сухой» пар производит полезную работу. Пар представляет собой сухой, прозрачный газ без вкуса. Мутное вещество, которое вы видите из чайника, на самом деле является просто водяным паром и не может быть использовано для наших нужд, потому что, если вы можете его увидеть, вся работа уже сделана.
Один из небольших высококачественных паровых двигателей производства компании автора Tiny Power, Inc. |
Когда вода превращается в пар, вы можете повысить температуру газа и сохранить в нем больше энергии/работы. Мы называем это «перегретым» паром, и хотя это желательное условие, оно редко используется на небольших паровых установках.
Что мы хотим делать с паром, так это извлекать из него работу. Работу лучше всего описать как движение или изменение скорости массы. Для выполнения работы требуется энергия. Сообщать энергию массе — это одно, а передавать и использовать эту энергию — совсем другое. Вода в виде пара является отличной средой для передачи энергии.
Вода – практичное, безопасное и эффективное неорганическое химическое вещество, которое легко поглощает и передает энергию. Чтобы понять, как это происходит, попробуйте мыслить разностями, т. е. разницей температур, разницей давления или, точнее, разницей объема. Когда пар переходит из одного объема в другой, совершается работа. Примером этого является опускание поршня в цилиндре, что создает дополнительное пространство или объем (расширение).
Поскольку происходят объемные изменения, должны также происходить изменения температуры и давления. Это законы природы, которые вы не можете изменить. У нас есть единицы для измерения свойств массы. Как правило, давление измеряется в фунтах на квадратный дюйм, объем – в кубических футах, а температура – в градусах по Фаренгейту. (Ребята, я еще не в метрике.)
А пока позвольте представить вам британскую тепловую единицу (БТЕ). Это единица измерения в Соединенных Штатах, которая похожа на калорию в метрической системе. Это не что иное, как единица тепла. Одна БТЕ – это количество тепла, необходимое для нагревания одного фунта воды на один градус по Фаренгейту. И наоборот, если фунт воды падает на один градус, он высвобождает одну БТЕ.
При сгорании любого топлива выделяется энергия в виде тепла, и это тепло может быть измерено либо в БТЕ, либо в калориях. Мы будем использовать BTU. Примером может служить древесина дуба, которая имеет 6-11 тысяч БТЕ на фунт. Рассматривайте это как потенциальную энергию или энергию, ожидающую своего появления.
При окислении (сгорании) он высвобождает энергию, и если мы производим пар с этой энергией, мы можем использовать пар для передачи этой энергии куда-то еще для выполнения полезной работы.
| Паровой катер Санта-Крус II , Эхо-Лейк, Калифорния |
Другими источниками БТЕ могут быть горячие источники или солнечные батареи. Помните, что мы ищем разницу температур; чем выше мы можем поднять температуру воды, тем больше работы мы можем получить из воды. К сожалению, чем меньше разница температур, тем больше должен быть объем воды. Например, один фунт пара при температуре 800 градусов совершает определенную работу; чтобы произвести тот же объем работы при 400 градусах, нужно гораздо большее количество воды.
Итак, мы берем один фунт воды с температурой от 60 до 212 градусов и потребляем 152 БТЕ. (212 – 60 = 152) Теперь добавляем еще одну БТЕ и все это превращается в пар при атмосферном давлении.
Верно? Неправильный!
Поднять температуру воды легко; замена воды на пар — совсем другое дело. Чтобы изменить физическое состояние материи, требуется много энергии. Помните, здесь это не пропадает даром; скорее хранится.
Для преобразования одного фунта воды из воды с температурой 212 градусов в пар с температурой 212 градусов (все еще один фунт по весу) при атмосферном давлении требуется еще 970 БТЕ. Если мы все это вместим, как в котле, то получим перепад давления (внутри и снаружи). Этот фунт воды при температуре 212 градусов занимал всего 0,2 кубических фута. Пар при температуре 212 градусов и атмосферном давлении (или 14,7 фунта на квадратный дюйм) займет 27 кубических футов.
Теперь, если этому пару не позволяют расширяться в эти объемы, потому что он содержится, мы получаем увеличение давления. Именно это давление мы будем использовать для выполнения нашей работы.
Какой тип котла?
Емкость, в которой мы будем делать наш пар, называется бойлером.
Есть в основном три типа котлов.
Котел жаротрубный. Это самая старая, самая простая и самая стабильная выработка пара. Он же и самый опасный (склонен взрываться). Поэтому больше не об этом. Забудь, нада, никак и т.д. Наклей себе на мозг эту наклейку: В галлоне воды динамитная шашка .
Водяная трубка. Это более эффективный, безопасный, распространенный, простой в сборке и т. д. В основном, конструкция включает ряд труб, которые выходят из барабана вниз и окружают камеру сгорания (топку). Затем пар отводится из верхней части барабана, где по трубе направляется по назначению. (См. рис. 1.)
Рис. 1. Водотрубный котел |
Типичным примером этих типов является котел для отопления дома. Большие корабли и электростанции также используют эти конструкции. У нас есть такой на нашем 23-футовом пароходе, который работает на дровах, и он работает довольно хорошо.
Позвольте мне вставить здесь, что если вы сжигаете твердое топливо (древесину или уголь), вы всегда будете присматривать за котельной . Если не можете, просто отбросьте эту идею. Если можете, будьте готовы к вечному блаженству.
Базовая компоновка показана на рисунке. Ни в коем случае не используйте эту иллюстрацию для проектирования собственного котла. Если вам пришлось учиться, читая эту статью, вы не можете, не будете и не будете строить один из них. Помните, смерть окончательна (и болезненна).
Существует множество утвержденных, сертифицированных и хорошо протестированных планов. Steam — определенно «доработанная» наука. Если вы заглянете в желтые страницы, вы найдете сертифицированных котловщиков, которые сделают работу правильно. Технически вы нарушаете закон, строя несертифицированный котел.
Однотрубные или испарительные котлы . На сегодняшний день это самый эффективный, легкий и безопасный котел. Его легко и недорого построить.
Они лучше всего работают при непрерывной, устойчивой работе. Однако при небольшом запасе мощности они чувствительны к колебаниям запасов топлива и воды, не говоря уже о нагрузках. Наиболее распространенными вариантами являются портативные пароочистители. Современные мотели используют вариант в качестве водонагревателей.
Большой пароход |
В основном они состоят из одного непрерывного бухта труб или труб различной конфигурации. Отсюда и название «Монотрубка». Если мы сможем обеспечить точный контроль подачи топлива/воды, то у нас будет идеальный домашний котел. Газовые и жидкие виды топлива являются идеальным видом топлива для однотрубных двигателей, поскольку их легко регулировать. И да, существуют утвержденные конструкции монотрубок, и профессионал может построить их довольно дешево.
Факты горения
Для сжигания определенного количества топлива требуется определенное количество воздуха — не больше и не меньше.
Также требуется достаточное количество места для сжигания. Недостаточно воздуха, и вы получите неполное сгорание. Слишком много воздуха, и вы нагреваете воздух.
Кроме того, если мы слишком быстро встретим воздух с топливом, мы получим слишком жаркое пламя. Это плохо, потому что при температуре выше 1800 градусов азот в воздухе и некоторые другие химические вещества начинают окисляться. Мало того, что это ядовито, это еще и пустая трата энергии.
Место для горения важно, потому что слишком мало, и мы погасим пламя. Держите зажженную свечу так, чтобы пламя коснулось кубика льда, и если вы присмотритесь, то увидите невидимый слой газа, изолирующий пламя от поверхности. Этот слой представляет собой несгоревшие газы, такие как окись углерода, и возникает из-за того, что температура поверхности была ниже температуры воспламенения горючих газов. Правило таково: пламя не должно касаться металла.
Кроме того, слишком много места, и мы можем потерять наши коэффициенты излучения.
Вообще говоря, котел получает 60-70% передачи энергии от лучистой энергии, а не от горячих газов.
| Паровой трактор половинной шкалы |
Идея состоит в том, чтобы аккуратно соединить воздух и топливо и дать им достаточно места или времени для выполнения своих задач. Существуют установленные формулы для всех этих факторов, и ваш производитель котлов будет знать, что делать, как только вы сообщите ему о своих потребностях.
Огромный крутящий момент
Теперь, когда у нас есть пар, давайте воспользуемся им. Мы извлекаем работу из пара, позволяя ему расширяться в контролируемой среде, такой как поршень в цилиндре или сопло в турбине.
Турбины хорошие, и у меня есть одна, но в домашних масштабах они очень неэффективны. Это просто вопрос физики и затрат. Я знаю, что есть много людей, которые будут спорить с этим, но если они смогут придумать эффективную домашнюю турбину и продать ее по разумной цене, я куплю ее.
Итак, мы застряли с поршневым (поршневым) двигателем. Мужаться. Они работают, они долговечны и существуют уже давно. Паровые двигатели тихие, тяжелые, долговечные и, если они современные, просты в обслуживании (в наших более крупных моделях используются герметичные шарикоподшипники).
Вы можете найти множество бывших в употреблении двигателей на старых верфях, нефтеперерабатывающих заводах, древних фабриках, шахтах и железных дорогах. Или можно купить новый.
Паровые двигатели можно сравнить с быстродействующим гидравлическим цилиндром с автоматическим клапаном. Баран соединен с кривошипом, который вращается и дает полезную работу. Важно отметить, что большинство паровых двигателей предназначены для подачи пара с обеих сторон поршня, что делает их «однотактными». Это также заставляет поршневые двигатели создавать огромный крутящий момент практически на любых оборотах. Вы можете рассчитать этот крутящий момент, взяв квадратные дюймы поршня, умножив это значение на среднее давление в цилиндре и умножив это число на длину хода, измеренную в футах, деленную на 2.
Примером может быть: Одноцилиндровый двигатель имеет диаметр цилиндра 3 дюйма и ход поршня 4 дюйма, и он работает при 100 фунтах среднего цилиндра или «среднего» давления. Трехдюймовый поршень имеет приблизительно 7 квадратных дюймов (3 x 3 x 0,7854) и ход 0,33 фута. (4/12). 7 х 0,33 = 2,31. Умножьте это на давление в 100 фунтов x 2,31 = 231 и разделите это на 2, и вы получите крутящий момент в 115,5 футо-фунтов. В действительности, однако, имеет место трение и потери эффективности.
Эффективность измеряется тем, сколько пара/воды потребляет двигатель для выполнения определенного объема работы. Обычно это измеряется в фунтах пара/воды на лошадиную силу в час. На английском языке это означает, что на каждую лошадиную силу, произведенную за один час, через двигатель проходит определенное количество пара/воды.
Наш цех работает уже 18 лет и производит 4000 ватт в час. Он потребляет около 250 фунтов воды (превратившейся в пар) за один час. 750 ватт считается одной лошадиной силой, а если подсчитать потери эффективности, то получается около 47 фунтов на лошадиную силу в час (250 фунтов разделить примерно на 5,3 лошадиных силы).
Иными словами, на каждую лошадиную силу, производимую двигателем, мы испаряли 47 фунтов воды в пар и пропускали его через двигатель.
Есть двигатели, которые намного эффективнее, но они стоят гораздо больше, чем вы хотите платить. Эффективность — это хорошо, но если топливо бесплатное, какая вам разница? Потому что чем меньше дров вы сжигаете, тем меньше вам приходится рубить. За 10 дней я израсходовал столько же, сколько дрова, и для меня это слишком много работы.
Все это возвращает нас к вопросу, чем пар отличается от других видов независимой энергии? Потому что, если вам нужно большое количество тепла, выхлоп двигателя даст вам именно это.
Паровые двигатели и котлы обычно наиболее эффективны при полной настройке, все клапаны открыты, полный огонь и т. д., так что это подводит нас к следующему вопросу:
AC против постоянного тока
В домашних условиях электричество является наиболее распространенным форма энергии. Таким образом, паровой двигатель/генератор оказывается наиболее практичным применением.
Генераторы бывают переменного или постоянного тока, и оба имеют свое применение. В магазине Tiny Power наша Winco мощностью 4 кВт — это переменный ток. К сожалению, переменный ток требует точного контроля скорости в виде тонкого регулятора и тяжелого маховика. Я бы посоветовал большинству людей вместо этого использовать DC. DC проще в изготовлении, управлении и, самое главное, его можно хранить. Вырабатывая электричество постоянного тока и сохраняя его, паровая система может работать на максимальной мощности в течение короткого периода времени (наиболее эффективно), а не простаивать весь день (неэффективно). Это практично, потому что вы можете заранее включить электричество, а затем заняться своими делами.
| Этот пароход с типичной силовой установкой использовался в фильме Maverick |
Я управлял паровой электростанцией постоянного тока мощностью 1 кВт в качестве туристической достопримечательности здесь, в Брэнсоне, штат Миссури, какое-то время и влюбился в высокое напряжение постоянного тока.
В системе работало освещение и двигатели на 120 вольт. Единственным недостатком является то, что постоянный ток сильно влияет на контакты и переключатели. Вы должны купить те дорогие выключатели и выключатели, которые рассчитаны на постоянный ток
Пар для домашнего электроснабжения
Tiny Power предлагает 13 различных моделей двигателей и аксессуаров, и мы обслуживаем в основном любителей, таких как бывшие машинисты и пароходщики по всему миру. Однако наше сердце по-прежнему стремится к самодостаточности.
Я сам нахожусь в процессе создания еще одной компании, занимающейся использованием пара в качестве домашнего источника энергии. Я не выпущу ее на рынок, пока система не станет надежной, эффективной и доступной по цене.
На следующем рисунке показана практическая концепция системы парогенератора в домашних условиях. Это не настоящий план, и я не несу ответственности за тех, кто использует его как таковой. Для тех людей, которые думают, что они собираются использовать свою дровяную печь для производства пара, пожалуйста, сделайте следующее: включите меня в свое завещание, отправьте детей жить к бабушке, честно предупредите соседей и расплатитесь за свою собственность на берегу океана.
в Аризоне.
Начнем с потребностей. Нашему дому потребуется 2400 Вт/час электроэнергии в сутки. Поскольку мы получаем от батареи только 75% того, что в нее вкладываем, нам нужно вложить 3200 ватт/час (2400 / 0,75 = 3200). Несмотря на то, что 750 ватт = 1 лошадиная сила, генераторы, ремни и т. д. неэффективны. Безопасная цифра — это 30% потерь, поэтому 3200 ватт при КПД 70 % = 4266 ватт (3200 / 0,70 = 4571). Округляем до 4600. Наша потребность в мощности составляет 4600 ватт/час, деленное на 750, что составляет 6,1 лошадиных сил (4600 / 750 = 6,1).
Используя 47 фунтов пара на час лошадиных сил, потребляемых нашим двигателем, мы берем 6,1 и умножаем на 47, и мы получаем 286,7 или в основном требуется 287 фунтов пара/воды.
Мы скажем, что для превращения воды в пар при нашем рабочем давлении 120 фунтов на квадратный дюйм потребуется 1200 БТЕ на фунт воды/пара. Таким образом, требуется 287 фунтов пара/воды x 1200 БТЕ = 344 400 БТЕ (287 x 1200).
Наш котел имеет КПД 70 %, поэтому 344 400 БТЕ, деленные на 70 %, дают нам цифру 49.
Фактически требуется 2000 БТЕ (344 400 / 0,70 = 492 000).
Наша древесина имеет теплотворную способность 7 000 БТЕ на фунт, поэтому нам нужно 70,3 фунта древесины (492 000 / 7 000 = 70,3). Давайте распределим нагрузку на два часа, и мы увидим, что мы будем сжигать 35,2 фунта дров в час (70,3 / 2 = 35,2), или около 35 фунтов. Чтобы представить это в перспективе, это здоровенная охапка дерева.
Помните, что это цифры «реального мира», и они резко отличаются от того, что придумает какой-нибудь так называемый «образованный» тип с розовыми руками.
| >Нажмите на это изображение, чтобы просмотреть полную версию страницы (111K). Используйте кнопку НАЗАД вашего браузера, чтобы вернуться на эту страницу. |
Если вы будете следовать иллюстрации на рисунке 2, обратите внимание на направление потока топлива и воды. Это однотрубная конструкция, в которой будут использоваться электрические насосы и воздуходувки, что обеспечивает простоту управления.
Он будет сжигать древесный газ из «варочных котлов», которые нагревают древесину до температуры воспламенения, но лишают ее кислорода. Этот несгоревший газ затем смешивается с нагретым воздухом и сжигается в основании котла. Дымовые газы проходят по трубам воды, а затем по воздухонагревателю и выходят из выхлопной трубы.
Вода будет поступать во внешний змеевик, набирать тепло, поступать в теплообменник (пароохладитель) и в сепаратор. Пар будет выходить из верхней части сепаратора во внутренний змеевик, который действует как пароперегреватель. Чрезмерно горячий пар будет проходить через пароохладитель, высвобождая некоторое количество БТЕ в поступающую воду. Теперь «закаленный» пар направится к двигателю, где и сделает свою работу. Выхлопные газы двигателя попадают в змеевик, который находится внутри большого резервуара, и отдают оставшееся тепло воде. Сделав это, наш пар сконденсируется в воду и прокачивается через вакуумный насос, который выбрасывается в «горячий колодец».
С этого момента он перекачивается обратно в котел через питательный насос высокого давления, чтобы начать все сначала.
Получение образования
Я не могу не подчеркнуть важность получения образования, прежде чем начинать возиться. У крупных лесопильных заводов обычно есть силовая установка, а инженеры — люди близкие по духу, которым всегда хочется похвастаться своим «детищем». Совершите поездку по старым кораблям или нефтеперерабатывающим заводам и не бойтесь задавать вопросы. Вы получите от кого-то больше, если будете задавать вопросы, чем пытаться рассказать им то, что знаете.
Высшее образование — это посещение шоу парового клуба. Их буквально тысячи каждый год. Скорее всего, вы находитесь менее чем в часе езды от одного из них. Обязательно приводите детей. Шоу, безусловно, семейное дело. Любой магазин для хобби должен быть в состоянии сказать вам, где он находится в этом районе.
Также ознакомьтесь с различными доступными публикациями. Есть несколько журналов о паровых машинах.