Идея использования на практике энергии пара далеко не нова, применение паровых турбин в очень больших масштабов давно стало частью нашей жизни. Именно такие аппараты, установленные на самых разных электрических станциях и ТЭЦ, на 99% снабжают электротоком наши дома. Но тем не менее, некоторые мастера-умельцы умудряются внедрить принцип изменения энергии тепла в электрическую в своем доме. Для этого применяется рукодельная паровая турбина очень маленьких размеров и мощности. Про то, как ее собрать в домашних условиях, и пойдёт речь в этой статье.
Как работает паровая турбина?
В сущности, паровые турбины являются важной частью трудной системы, призванной изменить энергию топлива в электричество, порой – в тепло.
На этот момент данный способ считается рентабельным. Технологически это происходит так:
- твёрдое или жидкое горючее сжигается в паровой котельной. В результате рабочее тело (вода) обращается в пар;
- получившийся пар дополнительно перегревается и может достигать температуры 435 ?С при давлении 3.43 МПа. Это нужно для того, чтобы достичь самого большого КПД работы всей системы;
- по трубопроводам рабочее тело транспортируется к турбине, где одинаково делится по соплам при помощи специализированных агрегатов;
- сопла подают острый пар на изогнутые лопатки, закрепленные на валу, и вынуждает его вертеться. Подобным образом, кинетическая энергия расширяющегося пара переходит в механическое движение, это и есть рабочий принцип паровой турбины;
- вал генератора, представляющего собой «электрический двигатель наоборот», крутится ротором турбины, в результате чего формируется электрическая энергия;
- отработанный пар проникает в конденсатор, где от касания с охлажденной водой в теплообменном аппарате переходит в состояние жидкости и насосом опять подается в котел на прогрев.
Примечание. Как максимум КПД паровой турбины может достигать 60%, а всей системы – не больше 47%. Большая часть энергии топлива уходит с потерями тепла и тратится на преодоления силы трения во время вращения валов.
Ниже на практичной схеме показан рабочий принцип паровой турбины одновременно с котельней, электрогенератором и прочими системными элементами:
Чтобы не дозволять снижения рабочие эффективности, на роторном валу размещается максимальное расчетное количество лопаток. При этом между ними и корпусом статора обеспечивается минимальный просвет при помощи специализированных уплотнений. Примитивными словами, чтобы пар «не крутился попусту» в середине корпуса, все щели минимизируются. Лопатка сконструирована так, чтобы расширение пара продолжалось не только на выходе из сопла, но также и в ее углублении. Как это происходит, отображает рабочая схема паровой турбины:
Нужно сказать, что рабочее тело, чье давление после проникания на лопатки уменьшается, после рабочего цикла в первом блоке не сразу проникает в конденсатор. Ведь оно еще располагает достаточным запасом энергии тепла, а поэтому по трубопроводам пар отправляется во второй блок малого давления, где опять действует на вал при помощи лопаток другой конструкции. Как показано на рисунке, приспособление паровой турбины может учитывать несколько подобных блоков:
1 – подача перегретого пара; 2 – пространство для работы блока; 3 – ротор с лопатками; 4 – вал; 5 – выход отработанного пара в конденсатор.
Для справки. Частоту вращения ротора генератора достигает 30 000 оборотов в минуту, а мощность паровой турбины – до 1500 МВт.
Как выполнить паровую турбину в домашних условиях?
Много интернет-ресурсов публикует метод, по которому в домашних условиях и с использованием минимального количества инструментов делается мини паровая турбина из консервной банки. Кроме самой банки потребуется проволока из алюминия, маленький кусочек жести для вырезания полосы и крыльчатки, и еще крепёжные элементы.
В крышке банки выполняют 2 отверстия и впаивают в одно кусочек трубки. Из куска жести режут крыльчатку турбины, крепят ее к полосе, согнутой в виде буквы П. Потом полосу крепят к другому отверстию, разместив крыльчатку так, чтобы лопасти пребывали напротив трубки. Все специальные отверстия, созданные в ходе работы, тоже запаивают. Изделие необходимо установить на подставку из проволки, наполнить водой из шприца, а снизу распалить сухое горючее. Импровизированный ротор паровой турбины начнет вертеться от струйки пара, вырывающегося из трубки.
Ясно, что эта конструкция может послужить лишь прототипом, игрушкой, так как эта паровая турбина, выполненная собственными руками, не может применяться с какой-нибудь целью. Очень мала мощность, а о каком-нибудь КПД и речи не идет. Разве что можно проявлять на ее примере рабочий принцип теплового мотора.
Мини-генератор электрической энергии можно по настоящему сделать из старого металлического чайника. Для этого, помимо самого чайника, понадобится медная или нержавеющая трубка с тонкими стенками, кулер от компьютера и маленький кусочек листового алюминия. Из последнего вырезается круглая крыльчатка с лопатками, из которой будет выполнена паровая турбина небольшой мощности.
С кулера снимается электрический двигатель и ставится на одной оси с крыльчаткой. Получившееся приспособление устанавливается в круглом корпусе из алюминия, по размеру он должен подойти взамен крышки чайника. В дно последнего выполняется отверстие, куда впаивается трубка, а с наружной стороны из нее делается полотенцесушитель. Как можно заметить, конструкция паровой турбины очень близка к реальности, так как полотенцесушитель играет роль пароперегревателя. Второй конец трубки, как несложно додуматься, подводится к импровизированным лопаткам крыльчатки.
Примечание. Очень сложная и сложная в работе часть устройства – это как раз полотенцесушитель. Сделать его из медной трубки легче, чем из нержавеющей стали, однако она долго не будет служить. От контакта с открытым огнём медный перегреватель быстро прогорит, благодаря этому лучше выполнить его собственными руками из нержавеющей трубки.
Использование паровой турбины
Налив в чайник воды и поставив его на включеный газ, можно удостовериться, что при закипании энергии выходящего из трубки пара достаточно, чтобы на выходе электрического двигателя возникла ЭДС. Для этого к нему стоит присоединить светодиодный фонарик. Кроме питания для электрических лампочек, возможно и другое использование паровой турбины, к примеру, для зарядки аккумулятора мобильного телефона.
В условиях квартиры или приватизированного дома аналогичная мини-электростанция на первый взгляд покажется примитивный игрушкой. А вот очутившись в походных условиях и взяв с собой бездымоходный чайник с электрическим генератором, вы сумеете оценить по праву его функциональность. Возможно, в процессе у вас получится найти еще какое-нибудь назначение турбины. Больше информации об изготовлении походного генератора из чайника узнать можно, посмотрев видео:
Заключение
К большому сожалению, конструктивно паровые машины довольно сложны и сделать дома турбину, чья мощность достигала хотя бы 500 Вт, очень трудно. Если стремиться к тому, чтоб соблюдалась рабочая схема турбины, то расходы на комплектующие и затраченное время будут неоправданными, КПД самодельной установки не превысит 20%. Пожалуй, легче приобрести готовый дизель-генератор.
