Паровая турбина своими руками на 10 квт

Как сделать паровую турбину

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.

Домашняя ТЭЦ на микротурбине

Возможно ли дома иметь собственную надежную, компактную систему генерации тепла и электричества? Компания MTT Micro Turbine Technology BV (Нидерланды) на этот вопрос ответила утвердительно, создав установку EnerTwin на основе микротурбины, одновременно генерирующей 3 кВт электричества и 15 кВт тепла. Микро-ТЭЦ EnerTwin разработана для замены отопительных котлов для малого бизнеса и домашних хозяйств. Основное внимание уделяется низкой себестоимости, надежности, снижению уровня шума и низким эксплуатационным расходам.

Выглядит МикроТЭЦ как обычный бытовой прибор

Микро-ТЭЦ одновременно генерирует (когенерирует) тепловую и электрическую энергию в местах, где они обе востребованы. Как правило, основным потребителем энергии микро-ТЭЦ является система отопления. Электричество, в этом случае, становится побочным продуктом, производимым по очень низкой себестоимости. Основное преимущество микро-ТЭЦ в том, что энергия топлива используется практически полностью. В этом состоит основное отличие от обычных электростанций, где значительное количество тепла теряется в атмосферу. Кроме того, микро-ТЭЦ экономит на передаче электроэнергии от электростанций до конечных пользователей, за счет уменьшения потерь. Любое превышение выработки электроэнергии от микро-ТЭЦ можно экспортировать в электрическую сеть (в Европе, США и др.). Существуют специальные программы стимулирования для поставщиков электроэнергии. Например в Германии, для тех кто поставляет излишки генерируемой электроэнергии в сеть, дополнительно предоставляются льготы. Это делает преимущества когенерации еще большими.

Распределенная система генерации энергии на базе микро-ТЭЦ EnerTwin

Технология

EnerTwin система микро-ТЭЦ построена на основе микротурбины. Принцип работы заключается в следующем:

Основная схема рабочих узлов микро-ТЭЦ

  1. Окружающий воздух поступает и сжимается в компрессоре.
  2. Сжатый воздух предварительно нагревают в рекуператоре.
  3. В камере сгорания, добавляется тепло при сгорании топлива.
  4. Горячий сжатый газ расширяется в турбине, что обеспечивает механическую энергию для компрессора и генератора. «Инвертер» преобразует энергию, подаваемую генератором в напряжение и частоту электросети ( 230 ⁄50 Гц).
  5. Расширенный газ после турбины нагревает воздух, сжатый компрессором в рекуператоре (см.2).
  6. Остаточное тепло, оставшееся в выходном газе после рекуператора, поглощается в теплообменнике с водой.
  7. Горячая вода используется для центрального отопления и /или горячего водоснабжения.

Внутреннее устройство EnerTwin

Турбина

Газовые турбины известны своей высокой мощностью, низким весом и эксплуатационными расходами. Использование технологии турбонаддува, разработка которой финансировалась государством, приводит к низкой себестоимости производства. Газотурбинные компоненты оптимизировались для применения в турбогенераторе. Высокоскоростной турбогенератор при частоте вращения 240 тысяч оборотов в минуту имеет чистый электрический к.п.д. 15% (19% эффективность мощности на валу). Вместе с низкими затратами, это обеспечивает большой потенциал для экономически эффективных микро-ТЭЦ систем.

Новая концепция

При создании EverTwin компания применила нетрадиционный подход для разработки эффективного, очень малого газотурбинного двигателя. Этот проект основан на вращающейся камере сгорания в сочетании с эффективным компрессором.

Эффективность газовой турбины в значительной степени зависит от потерь из-за утечек потока, тепловых потерь и трения. Эти потери становятся еще существенней при попытках создать турбины микро-мощности, масштабируя обычные газовые турбины. При уменьшении турбины соотношение зазоров и размеров лопастей турбины уменьшается. Кроме того, при уменьшении размера (снижается число Рейнольдса) вязкие потери на трение становятся больше, чем в обычных турбогенераторах. В результате , существует фундаментальное ограничение на эффективность микротурбин с обычной конфигурацией.

Читайте также:  Пластиковый короб для труб в ванной купить

В концепции вращающейся камеры сгорания вышеуказанные масштабные эффекты не так заметны. Ключевой особенностью является монолитный ротор.

Монолитный ротор микротурбины

Монолитный ротор в разрезе

В основном , турбина состоит из одного ротора, в котором расположены центробежный компрессор, вращающаяся камера сгорания и реакционная турбина. У вращающейся камеры сгорания, компрессор не имеет диффузора и турбина не имеет лопаток.

Электрогенератор

Эффективный высокочастотный генератор на постоянных магнитах преобразует механическую энергию микротурбины в электроэнергию.
Генератор полностью интегрирован в ротор турбины, избегая затрат и потерь от дополнительных подшипников и муфт.

Уровень шума

Микротурбины излучают только высокочастотный шум, который может быть эффективно заглушен. По сравнению с обычными генераторами и турбинами, EnerTwin имеет очень низкий уровень шума.

Спецификация EnerTwin

  • Электрическая мощность (макс/мин) — 3,0 /1,0 кВт
  • Тепловая мощность (макс/мин) — 14,4 /5,0 кВт
  • Электрический КПД (макс/мин) — 15 /10 %
  • Максимальный суммарный КПД — 87% (зависит от параметров системы отопления, например температуры обратного трубопровода)
  • Скорость вращения ротора (макс/ мин) — 240 / 180 тысяч об/мин
  • Потребление газа (38.5 MJ/nm3, макс/мин) — 1,87 /0,84 nm3/h
  • Топливо — природный газ
  • Параметры системы отопления (подающая/обратная труба) — 80 ⁄60 °С
  • Шум — 55 dB(A) 1m
  • Размеры — 970 x 610 x 1120мм
  • Вес — 225 кг
  • Диаметр дымохода — 100мм
  • Электросеть — 230 В/50 Гц

Основное применение

По мнению разработчика основное применение микро-ТЭЦ:

  • Малые и средние предприятия;
  • Отрасли с относительно небольшим устойчивым требования тепла;
  • Конференц-залы;
  • Большие жилые дома;
  • Дома с бассейном и /или сауной;
  • Коттеджи;
  • Школы, спортивные школы, спортивные залы, студии и кружки;
  • Коммунальные здания;
  • Автозаправочные станции;
  • Гостиницы и рестораны;
  • Магазины;
  • Оздоровительные центры;
  • Дома престарелых;
  • Правительственные здания, такие как залы, полицейские станции, библиотеки.

Сертификация

В феврале 2013 года EnerTwin получили сертификат CE для полевых испытаний. Получение этого сертификата представляет собой важную веху в развитии EnerTwin. Сертификат был выдан по KIWA после всесторонних испытаний работы турбин на газообразном топливе и вопросам безопасности труда. Свидетельство KIWA действительно для всех стран Европейского Союза, а также в Норвегии, Хорватии, Турции и Швейцарии.

Европейский сертификат безопасности KIWA

Где посмотреть?

МТТ скоро будет участвовать на выставках:

  • Hannover Messe в Германии с 7 по 11 апреля 2014 года, павильон Holland Energy House, холл 27 G24
  • MCE в Милане с 18 по 21 марта 2014 г. в павильоне 5, стенд №. E02 10.

Как сделать электростанцию на дровах своими руками

Электростанция на дровах – один из альтернативных способов запитать электроэнергией потребители.

Такое устройство способно при минимальных затратах на энергоресурсы получить электричество, причем даже в тех местах, где вообще отсутствует подвод энергосетей.

Электростанция, используемая дрова может стать отличным вариантом для владельцев дачных участков и загородных домов.

Также существуют миниатюрные версии, которые подойдут для любителей длительных походов и времяпрепровождений на природе. Но обо всем по порядку.

Особенности

Электростанция на дровах – изобретение далеко не новое, но современные технологии позволили несколько улучшить разработанные раньше устройства. Причем для получения электроэнергии используется несколько разных технологий.

К тому же, понятие «на дровах» несколько не точное, поскольку для функционирования такой станции подойдет любое твердое топливо (дрова, щепа, паллеты, уголь, кокс), в общем все, что может гореть.

Сразу отметим, что дрова, а точнее процесс их сгорания, выступает только в качестве источника энергии, обеспечивающего функционирование устройства, в котором происходит генерация электричества.

Основными достоинствами таких электростанций является:

  • Возможность использовать самое разное твердое топливо и его доступность;
  • Получение электроэнергии в любом месте;
  • Использование разных технологий позволяет получать электроэнергию с самыми разными параметрами (достаточной только для обычной подзарядки телефона и до запитки промышленного оборудования);
  • Может выступать и в качестве альтернативы, если перебои подачи электроэнергии – обычное дело, а также основным источником электричества.

Классический вариант

Как уже отмечено, в электростанции на дровах используется несколько технологий для получения электричества. Классической среди них является энергия пара, или попросту паровой двигатель.

Здесь все просто – дрова или любое другое топливо сгорая, разогревает воду, в результате чего она переходит в газообразное состояние – пар.

Полученный пар подается на турбину генераторной установки, и за счет вращения генератор вырабатывает электроэнергию.

Поскольку паровой двигатель и генераторная установка соединены в единый закрытый контур, то после прохождения турбины пар охлаждается, снова подается в котел, и весь процесс повторяется.

Такая схема электростанции – одна из самых простых, но у нее имеется ряд существенных недостатков, одним из которых является взрывоопасность.

После перехода воды в газообразное состояние давление в контуре значительно повышается, и если его не регулировать, то высока вероятность порыва трубопроводов.

И хоть в современных системах применяются целый набор клапанов, регулирующих давление, но все же работа парового двигателя требуется постоянного контроля.

К тому же обычная вода, используемая в этом двигателе, может стать причиной образования накипи на стенках труб, из-за чего понижается КПД станции (накипь ухудшает теплообмен и снижает пропускную способность труб).

Но сейчас эта проблема решается использованием дистиллированной воды, жидкостей, очищенных примесей, выпадающих в осадок, или же специальных газов.

Но с другой стороны эта электростанция может выполнять еще одну функцию – обогревать помещение.

Здесь все просто – после выполнения своей функции (вращения турбины) пар необходимо охладить, чтобы он снова перешел в жидкое состояние, для чего нужна система охлаждения или попросту – радиатора.

И если разместить этот радиатор в помещении, то в итоге от такой станции получим не только электроэнергию, но еще и тепло.

Другие варианты

Но паровой двигатель – это только одна из технологий, которая используется в электростанциях, работающих на твердом топливе, причем не самая подходящая для использования в бытовых условиях.

Также для получения электроэнергии сейчас используются:

  • Термоэлектрогенераторы (использующие принцип Пельтье);
  • Газогенераторы.

Термоэлектрогенераторы

Электростанции с генераторами, построенными по принципу Пельтье – достаточно интересный вариант.

Физик Пельтье обнаружил эффект, который сводится к тому, что при пропускании электроэнергии через проводники, состоящие из двух разнородных материалов, на одном из контактов происходит поглощение тепла, а на втором – выделение.

Причем эффект этот обратный – если с одной стороны проводник разогревать, а со второй – охлаждать, то в нем будет образовываться электроэнергия.

Именно обратный эффект используется в электростанциях на дровах. При сгорании они разогревают одну половину пластины (она и является термоэлектрогенератором), состоящую их кубиков, сделанных из разных металлов, а вторая же ее часть – охлаждается (для чего используются теплообменники), в результате чего на выводах пластины появляется электроэнергия.

Но есть у такого генератора несколько нюансов. Один из них – параметры выделяемой энергии напрямую зависят от разницы температуры на концах пластины, поэтому для их выравнивания и стабилизации необходимо использование регулятора напряжения.

Второй нюанс заключается в том, что выделяемая энергия – лишь побочный эффект, большая часть энергии при сгорании дров просто преобразуется в тепло. Из-за этого КПД такого типа станции не очень высокая.

К достоинствам электростанций с термоэлектрогенераторами относятся:

  • Длительный срок службы (нет подвижных частей);
  • Одновременно вырабатывается не только энергия, но и тепло, которое можно использоваться для обогрева или приготовления пищи;
  • Бесшумность работы.

Электростанции на дровах, использующие принцип Пельтье, — достаточно распространенный вариант, и выпускаются как портативные устройства, которые способны лишь выделить электроэнергии для зарядки маломощных потребителей (телефона, фонаря), так и промышленные, способные запитать мощные агрегаты.

Газогенераторы

Второй тип – это газогенераторы. Такое устройство можно использовать в нескольких направлениях, в том числе и получение электроэнергии.

Здесь стоит отметить, что сам по себе такой генератор не имеет никакого отношения к электричеству, поскольку его основная задача – выработать горючий газ.

Суть работы такого устройства сводится к тому, что в процессе окисления твердого топлива (его горения), выделяются газы, в том числе и горючие – водород, метан, СО, которые могут использоваться в самых разных целях.

К примеру, такие генераторы раньше применялись на авто, где обычные двигатели внутреннего сгорания отлично работали на выделяемом газе.

По причине постоянного дрожания топлива данные устройства некоторые автомобилисты и мотоциклисты уже в наше время начали устанавливать на свои машины.

То есть, чтобы получить электростанцию, достаточно иметь газогенератор, двигатель внутреннего сгорания и обычный генератор.

В первом элементе будет выделяться газ, который станет топливом для двигателя, а тот в свою очередь будет вращать ротор генератора, чтобы получить на выходе электроэнергию.

К достоинствам электростанций на газогенераторах относится:

  • Надежность конструкции самого газогенератора;
  • Получаемый газ можно использоваться для работы двигателя внутреннего сгорания (который станет приводом для электрогенератора), газового котла, печи;
  • В зависимости от задействованного ДВС и электрогенератора можно получить электроэнергию даже для промышленных целей.

Основным недостатком газогенератора является громоздкость конструкции, поскольку она должна включать в себя котел, где происходят все процессы для получения газа, систему его охлаждения и очистки.

И если это устройство будет использоваться для получения электроэнергии, то дополнительно в состав станции должны также входить ДВС и электрогенератор.

Представители электростанций заводского изготовления

Отметим, что указанные варианты – термоэлектрогенератор и газогенератор сейчас являются приоритетными, поэтому выпускаются уже готовые станции для использования, как бытовые, так и промышленные.

Ниже приведено несколько из них:

  • Печь «Индигирка»;
  • Печь туристическая «BioLite CampStove»;
  • Электростанция «BioKIBOR»;
  • Электростанция «Эко» с газогенератором «Куб».
Читайте также:  Принцип работы ракетной печи

Обычная бытовая твердотопливная печь (сделанная по типу печи «Буржайка»), оснащенная термоэлектрогенератором Пельтье.

Отлично подойдет для дачных участков и небольших домов, поскольку достаточно компактна и ее можно перевозить в авто.

Основная энергия при сгорании дров идет на обогрев, но при этом имеющийся генератор позволяет получить также электроэнергию напряжением 12 В и мощностью 60 Вт.

Печь «BioLite CampStove».

Тоже использует принцип Пельтье, но она еще более компакта (вес всего 1 кг), что позволяет брать ее в туристические походы, но и количество энергии, вырабатываемой генератором – еще меньше, но ее будет достаточно зарядить фонарь или телефон.

Тоже используется термоэлектрогенератор, но это уже – промышленный вариант.

Производитель по заказу может изготовить устройство, обеспечивающие на выходе электроэнергию мощностью от 5 кВт до 1 МВт. Но это влияет на размеры станции, а также потребляемое количество топлива.

К примеру, установка, выдающая 100 кВт, расходует 200 кг дров в час.

А вот электростанция «Эко» — газогенераторная. В ее конструкции используется газогенератор «Куб», бензиновый двигатель внутреннего сгорания и электрогенератор мощностью 15 кВт.

Помимо промышленных уже готовых решений, можно отдельно купить те же термоэлектрогенераторы Пельтье, но без печки и использовать его с любым источником тепла.

Самодельные станции

Также многие умельцы создают самодельные станции (обычно на основе газогенератора), которые после продают.

Все это указывает на то, что можно и самостоятельно изготовить электростанцию из подручных средств и использовать ее для своих целей.

Далее рассмотрим, как можно сделать устройство самостоятельно.

На основе термоэлектрогенератора.

Первый вариант – электростанция на основе пластины Пельтье. Сразу отметим, что изготовленное в домашних условиях устройство подойдет разве что для зарядки телефона, фонаря или для освещения с использованием светодиодных ламп.

Для изготовления потребуется:

  • Металлический корпус, который будет играть роль печи;
  • Пластина Пельтье (отдельно приобретается);
  • Регулятор напряжения с установленным USB-выходом;
  • Теплообменник или просто вентилятор для обеспечения охлаждения (можно взять компьютерный кулер).

Изготовление электростанции — очень простое:

  1. Изготавливаем печь. Берем металлический короб (к примеру, корпус от компьютера), разворачиваем так, чтобы печь не имела дна. В стенках внизу проделываем отверстия для подачи воздуха. Вверху можно установить решетку, на которую можно установить чайник и т. д.
  2. На заднюю стенку монтируем пластину;
  3. Сверху на пластину монтируем кулер;
  4. К выводам от пластины подключаем регулятор напряжения, от которого и запитываем кулер, а также делаем выводы для подключения потребителей.

Работает все просто: разжигаем дрова, по мере нагрева пластины на ее выводах начнется генерация электроэнергии, которая будет подаваться на регулятор напряжения. От него же начнет и работать кулер, обеспечивая охлаждение пластины.

Остается только подключить потребители и следить за процессом горения в печке (подкидывать своевременно дрова).

На основе газогенератора.

Второй способ сделать электростанцию – это изготовить газогенератор. Такое устройство значительно сложнее в изготовлении, но и выход электроэнергии – значительно больше.

Для его изготовления потребуется:

  • Цилиндрическая емкость (к примеру, разобранный газовый баллон). Она будет играть роль печки, поэтому следует предусмотреть люки для загрузки топлива и очистки твердых продуктов горения, а также подвод воздуха (потребуется вентилятор для принудительной подачи, чтобы обеспечить более лучший процесс горения) и вывод для газа;
  • Радиатор охлаждения (может быть изготовлен в виде змеевика), в котором газ будет охлаждаться;
  • Емкость для создания фильтра типа «Циклон»;
  • Емкость для создания фильтра тонкой очистки газа;
  • Бензиновая генераторная установка (но можно просто взять любой бензиновый мотор, а также обычный асинхронный электродвигатель 220 В).

После этого все необходимо соединить в единую конструкцию. От котла газ должен поступать на радиатор охлаждения, а после на «Циклон» и фильтр тонкой очистки. И только после этого полученный газ подается на двигатель.

Это указана принципиальная схема изготовления газогенератора. Исполнение же может быть самым разным.

К примеру, возможна установка механизма принудительной подачи твердого топлива из бункера, который, кстати, тоже будет запитываться от генератора, а также всевозможных контролирующих устройств.

Создавая электростанцию на основе эффекта Пельтье, особых проблем не возникнет, поскольку схема простая. Единственное, следует принимать некоторые меры безопасности, поскольку огонь в такой печке практически открытый.

А вот создавая газогенератор, следует учитывать множество нюансов, среди них — обеспечение герметичности на всех соединениях системы, по которой проходит газ.

Чтобы двигатель внутреннего сгорания нормально работал, следует побеспокоиться о качественной очистке газа (наличие примесей в нем недопустимо).

Газогенератор – конструкция громоздкая, поэтому для него необходимо правильно подобрать место, а также обеспечить нормальную вентиляцию, если он будет установлен в помещении.

Поскольку такие электростанции не новь, и любителями они изготавливаются уже сравнительно давно, то и отзывов о них накопилось немало.

В основном, все они положительные. Даже у самодельной печи с элементом Пельтье отмечается, что она полностью справляется с поставленной задачей. А что касается газогенераторов, то здесь наглядным примером может выступить установка таких устройств даже на современных авто, что говорит об их эффективности.

Плюсы и минусы электростанции на дровах

Электростанция на дровах – это:

  • Доступность топлива;
  • Возможность получить электроэнергию в любом месте;
  • Параметры получаемой электроэнергии – самые разные;
  • Можно сделать устройство и самому.
  • Среди недостатков же отмечается:
  • Не всегда высокое КПД;
  • Громоздкость конструкции;
  • В некоторых случаях получение электроэнергии – лишь побочный эффект;
  • Для получения электроэнергии для промышленного использования нужно сжечь большое количество топлива.

В целом, изготовление и использование электростанций, работающих на твердом топливе – вариант, заслуживающий внимания, и он может стать не только альтернативой электросетям, но еще и помочь в местах, удаленных от цивилизации.


Микроэнергетический комплекс на базе влажно-паровой микротурбины

Микроэнергокомплекс на базе высокоэффективной микротурбины с электрической мощностью 5 – 30 кВт и тепловой мощностью 20 – 200 кВт, для систем автономного децентрализованного распределения и потребления тепла и электроэнергии

Создание микроэнергокомплекса на базе влажнопаровой турбины с электрической нагрузкой 5 – 30 кВт и тепловой мощностью 20 – 200 кВт, для систем автономного децентрализованного распределения и потребления тепла и электроэнергии.

Задачи

1. Повышение эффективности малой распределенной энергетики, разработка и создание полностью автоматизированных, простых, доступных и недорогих энергоустановок и комплексов на базе ВИЭ.

2. Снижение выбросов вредных веществ и повышение экологической безопасности производства и потребления энергии, и, как следствие, уменьшение пагубного влияния энергетического комплекса на окружающую среду.

Научная новизна

В результате анализа патентной и научно-технической документации выявлено, что в настоящий момент в энергетике применяются влажно-паровые турбины электрической мощностью не менее 100 кВт. Что касается диапазона вырабатываемых мощностей 30 – 100 кВт, то здесь доминируют автономные энергоустановки, в том числе когенерационные, базирующиеся на газопоршневых или газотурбинных агрегатах.

Главными особенностями влажно-паровой микротурбинной установки являются: вертикальное исполнение ее конструкции, малый расход пара, низкие начальные параметры (давление и температура) теплоносителя, а также возможность раздельного регулирования тепловой и электрической энергии. Перечисленные выше особенности и определяют новизну подхода к проектированию и конструктивному исполнению агрегата.

Основные характеристики микроэнергокомплекса (МЭК)

220 (однофазн.)

380 (трехфазн.)

Технические характеристикиМЭК электрической мощностью 5 кВтМЭК электрической мощностью 30 кВт
Вырабатываемая электрическая мощность, кВт530
Вырабатываемая тепловая мощность, кВт20200
Габаритные размеры влажно-паровой микротурбины (диаметр/высота), мм650/2200
Масса влажно-паровой микротурбины, кг600
Интервал изменения электр. нагрузки,%5 — 1005 — 100
Температура рабочей среды (воды), отпускаемая потребителю, °С40 — 8040 — 80
Потери тепла при эксплуатации, %не более 5не более 5
Время пуска из «холодного» состояния, мин.не более 10не более 10
Рабочее давление пара во влажно-паровой микротурбине, МПа0,60,6
Температура рабочего тела (пара) на входе во влажно-паровую микротурбину, °С160160
Расход рабочего тела (пара) на влажно-паровую микротурбину, кг/с0,030,1
Выходное напряжение, В
Частота выходного напряжения, Гц5050
Уровень шума на расстоянии 10 м, дБ60±560±5
КПД по выработке электроэнергиине менее 22
Коэффициент использования первичн. топлива, %не менее 70не менее 70

Принципиальная схема МЭКПринципиальная схема МЭК

Развернутая схема МЭК

1 – котел; 2 – автоматический воздуходоводчик; 3 – солнечные панели; 4 — соединительные гофры; 5 – насос; 6 – расширительная емкость; 7 – кран заправочный; 8 – парогенератор; 9 — теплообменник эжектора; 10 – регулирующий паровой клапан; 11 – эжектор; 12 – турбина; 13 – электрогенератор; 14 – конденсатор; 15 – система охлаждения; 16 — циркуляционный насос ; 17 – бак запасного конденсатаредактирование

Конструкция микротурбины

Конденсатор микротурбины

Отличительной особенностью разработанного конденсатора заключается в том, что он конструктивно совмещен с турбоагрегатом. Единая, корпусная конструкция позволяет обеспечить компактность и герметичность микротурбинной установки.

Генератор микротурбины

Высокая частота вращения (до 35 тыс. об/мин), повышенные требования к жесткости единого ротора стали определяющими факторами при выборе типа электрической машины влажно-паровой микротурбины. В результате анализа и сопоставления основных типов генераторов был выбран вентильный индукторный генератор.

Турбогенератор

Основные характеристики лопаточного аппаратаВеличина
Эффективная мощность турбины, Nе, кВт5
Диаметр на входе в раб. лопат.d1, м0,254
Диаметр на выходе из раб. лопат.d2, м0,214
Степень парциальности, ?0,064
Абсол. скорость на выходе из сопловой решетки, с1, м/с816,854
Выходная высота сопловых лопаток, l1, см1,0
Выходная высота рабочих лопаток, l2,см1,6
Число сопловых каналов , z12
Число рабочих лопаток, z256

Система пароприготовления

В системе пароприготовления с целью оптимизации используемого оборудования, было принято техническое решение, заключающееся в в применении совместном котла, парогенератора, выполняющего функции аккумулятора пара и солнечных водонагревательных коллекторов для покрытия части тепловой энергии, необходимой для нагрева рабочего тела.

Система автоматизации, диспечеризации

Содержит информацию по всему оборудованию МЭК:

  • значения всех контролируемых параметров;
  • информацию о положениях всех регулирующих органов;
  • информацию о состоянии (вкл. или откл.) насосов и компрессора;
  • сообщения о выходе значений параметров за допустимые пределы;
  • виртуальные средства для установки заданий для всех регуляторов;
  • виртуальные средства для дистанционного включения и отключения электроприводов насосов, компрессоров и регулирующих органов.

Система автоматизации

Основные отличительные характеристики микротурбинной установки:

  • вертикальная конструкция турбинной установки с центростремительной одновенечной проточной частью, парциальным подводом рабочего тела в едином корпусе с генератором и конденсатором, что позволило резко сократить массогабаритные, весовые показатели и площадь, необходимую для монтажа. Размеры (диаметр/высота (мм)/масса(кг): турбина 5 кВт — 485/1050/230, турбина 30 кВт – 800/1500/585;
  • в качестве генератора разработана высокооборотная (35000 об/мин) реактивная вентильно-индукторная электрическая машина, способная работать как в генераторном, так и в двигательном режиме, что позволяет снизить стоимость капитальных затрат и повысить эксплуатационную надежность турбогенератора;
  • в качестве опоры генератора в паровой турбине разработаны и применены отечественные воздушные газо-динамические подшипники, что позволило снизить потери на трение, полностью исключить применение смазочных материалов;
  • разработана комбинированная система пароприготовления на базе вакуумных солнечных коллекторов, котла-парогенератора и аккумулятора тепловой энергии. Система позволяет за счет солнечной энергии в летнее время (май-сентябрь для условий ЮФО) заменить до 35-40% первичного органического топлива в дневное время суток.
  • реализована схема отдельного регулирования электрической и тепловой энергии в диапазоне нагрузок 5-100%, что кардинально отличает влажно-паровую микротурбинную установку от газотурбинных и газопоршневых и позволяет её применение в любых климатических зонах;
  • коэффициент использования топлива – 84%. Возможно использование различных видов топлив;
  • уровень шумов от работающей турбины на расстоянии 5 м не превышает 55 дБ.

Внешний вид опытного образца МЭК

Научно-технические статьи, опубликованные по результатам НИОКР:

Указаны проблемы традиционной энергетики и необходимость перехода к распределенной. Описаны основные характеристики и преимущества разработанного микроэнергетического комплекса.

Описан микроэнергокомплекс (МЭК) малой мощности (5 — 30 кВт) предназначен для работы в качестве микро-ТЭЦ с целью обеспечения эффективного энергоснабжения, распределения электроэнергии.

В статье рассматривается система автоматизированного контроля и регулирования параметров (программно-технический комплекс) микроэнергетического комплекса электрической мощностью 5 кВт, предназначенного для снабжения децентрализованного потребителя тепловой и электрической энергией. Программно-технический комплекс обеспечивает управление, контроль, регулирование параметров, визуализацию технологического процессаи архивацию входных и выходных данных. Работа актуальна тем, что в ней рассматриваются способы управления микроэнергетическим комплексом, активно внедряющимся в энергетический автономный сектор и работающим на возобновляемых источниках энергии, которые обеспечивают «зеленой» энергией удаленные от энергосистемы жилые строения.

Паровая турбина: устройство, принцип работы и рекомендации по изготовлению

Применение пара на практике довольно известно в промышленных целях, поскольку паровые турбины уже давно используют данный принцип.

Именно такое оборудование работает на ТЭЦ и электростанциях. Правда, для некоторых мастеровых людей не составляет особой трудности сделать их аналоги скромных размеров в домашних условиях.

Принцип функционирования

Схема работы паровой турбины. (Для увеличения нажмите)

Дело в том, что паровая турбина по большому счету это часть специального механизма, основная задача которого преобразование энергии пара в электрическую или тепловую.

Технологически весь процесс выглядит следующим образом:

  1. При сжигании различных видов топлива в топке вода превращается в пар.
  2. При дальнейшем перегреве пара до 435 ºС и давлении 3.43 МПа пар по трубам передается на турбину, где при помощи особых частей происходит его равномерное распределение по соплам.
  3. С сопел пар подается на специальные лопатки изогнутой формы, что крепятся на валу, из-за этого они вращаются, в результате чего кинетическая энергия трансформируется в механическую.
  4. Вал генератора является «электродвигателем» наоборот и вращается при помощи ротора турбины, и это позволяет вырабатывать электричество.
  5. Далее пар в конденсаторе при контакте с холодной водой опять превращается в воду, которую насосы снова закачивают на разогрев.

Как соорудить мини-паротурбину своими руками

В Сети можно столкнуться с большим количеством вариантов, в которых рассматривается самодельный способ изготовления данного агрегата.

Для этих целей будет использоваться обычная консервная банка, проволока из алюминия, кусочек жести, и крепежные материалы.

Перечисленные материалы позволят сделать задуманное дома, не применяя для этих целей специальное оборудование и инструмент. Данная турбина будет наглядно демонстрировать превращение энергии пара в электричество.

Процесс изготовления

В крышке банки проделывается два отверстия, в одно из которых впаивается часть трубки. Берется жесть и вырезается крыльчатка турбины и крепится к П-образной полоске.

После этого крепится полоска на другое отверстие, крыльчатка закрепляется лопастями напротив трубки.

Сооружение крепят на проволочную подставку, берут шприц с водой и ее заполняют, а снизу зажигают сухое топливо. Из трубки будет вырываться струя пара, что приведет в движение импровизированный ротор.

Правда, мощности такой турбины ни на что не хватит, поскольку кпд ее очень низкий. Она может рассматриваться только в качестве макета для того, чтобы понять принцип работы оборудования.

Изготовление небольшого генерирующего устройства электроэнергии своими руками

Для этих целей вполне подойдет компьютерный кулер, из которого для изготовления крыльчатки будет сооружена маломощная турбина.

С кулера следует снять электрический двигатель и установить на одной оси с крыльчаткой.

Полученное устройство следует монтировать в круглом алюминиевом корпусе. За основу берется крышка чайника, а точнее ее диаметр.

В его дне проделывают отверстие, куда при помощи паяльника монтируется трубка, из которой делают змеевик. Противоположный конец трубки следует подвести к лопаткам крыльчатки, благодаря чему конструкция и работает.

Змеевик – это наиболее важная часть всего устройства. Для его изготовления лучше использовать проволоку из меди, правда с учетом малой толщины и постоянным перегревом она имеет небольшой срок эксплуатации. Поэтому, оптимально в устройство ставить нержавеющую трубку.

Функционирование самодельного парового оборудования и его особенности

Итак, мини-электрическая машина готова и можно приступать к ее проверке.

Залив воду в чайник и поставив его на плиту замечаем, что при закипании образуется пар, энергии которого хватит для зарядки мобильного телефона или работы светодиодной лампочки.

Характерно, что в домашних условиях подобная электростанция может использоваться, как игрушка, поскольку ввиду малой мощности электричества его не хватит для работы оборудования или бытовой техники.

[advice]Стоит отметить: если вы отправляетесь в многодневный поход и возьмете с собой данное оборудование, то по достоинству сможете оценить все плюсы, которые оно дает. Например, вы сможете подзарядить аккумулятор мобильного телефона, фотоаппарата или других гаджетов.[/advice]

К сожалению, дома сооружение паровой турбины, мощность которой будет порядка 500 Вт и более очень сложно и сопряжено с большими денежными затратами.

Смотрите видео, в котором опытный пользователь демонстрирует возможности и устройство паровой турбины, изготовленной своими руками:

Самодельная паровая турбина своими руками

Паровая турбина. Первые упоминания о паровых двигателях относятся к началу первого века до нашей эры. Относительно простой принцип действия сделал этот паровой двигатель основным для человечества на сотни лет. Попробуем изготовить простейшую модель паровой турбины своими руками.

Нам понадобится:
-Консервная банка. Я взял маленькую от томатной пасты.
-Жестяные крышки от банок большего диаметра.
-Жестяная полоска. Ее можно вырезать из боковины банки.
-Заклепки диаметром 3мм и длинной 7 и 14мм.
-Винт с гайкой М5.
-Алюминиевая проволока.
-Свечка. В место свечи лучше использовать таблетку сухого горючего или спиртовку.

Из крышек вырезаем два кружочка. Один подгоняем под размер банки, которая будет паровым котлом. Второй будет турбиной. Его размер выбираем на свое усмотрение, в зависимости от размера всей конструкции. Длинную заклепку, которая будет форсункой с одной стороны обстучать молотком и уменьшить диаметр до 0.6-0.7мм.

Делаем в крышке две дырки: под форсунку и под заливное отверстие. Заливное отверстие располагаем чуть с боку, чтобы турбина не мешала завернуть винт.

Припаиваем к крышке гайку и форсунку из заклепки. Эти заклепки делают из алюминия, по этому придется использовать либо универсальную паяльную жидкость, либо специальный флюс для пайки алюминия. Я использовал Ф59А.

Припаиваем крышку к банке. Надо заметить, что почти все современные консервные банки изготавливаются с дополнительным полимерным покрытием, по этому все детали перед пайкой необходимо зачистить шкуркой.

Изготавливаем турбину. Для этого делим кружок из жести сперва на 4 части, потом каждую четвертинку на 2 части, и наконец каждую дольку на пополам. Надрезаем дольки примерно до середины радиуса. Загибаем лопатки турбины плоскогубцами. В центр припаиваем головку заклепки.

Держатель турбины выгибаем из жестяной полоски в виде буквы П. Ширина подбирается чуть больше длины двух заклепок.

Впаиваем турбину в держатель так, чтобы она свободно вращалась. В качестве оси берем обрезанный центральный стержень заклепки.

Припаиваем держатель с турбиной к крышке над форсункой. Обязательно проверяем чтобы она не за что не цеплялась.

Варианты подставки могут быть любыми. Самое простое – выгнуть из алюминиевой проволоки.

Турбина готова к запуску. Заливать воду будет гораздо проще, воспользовавшись полиэтиленовым флаконом из под капель от насморка. Не стоит наливать воды больше половины объема нашего котла. В качестве уплотнительной шайбы идеально использовать шайбу, вырезанную из свинцовой оболочки кабеля. Можно использовать кожаную. Если нет ни того ни другого, достаточно взять стандартную и облудить.

Теперь осталось развести огонь и дождаться закипания воды. Пар будет под давлением вырываться из форсунки и крутить турбину.

Вид работающей турбины завораживает. Теперь появилось желание изготовить цивильный настольный вариант. Что-нибудь в стиле стим-панк.

Ссылка на основную публикацию