Воздушная турбина своими руками. Самодельный приводной нагнетатель на ваз своими руками

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

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:

При сжигании различных видов топлива в топке вода превращается в пар.
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.
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.
Вал генератора является «электродвигателем» наоборот и вращается при помощи ротора турбины, и это позволяет вырабатывать электричество.
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.

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.

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:

Паровая турбина – это тепловой двигатель, который преобразует тепловую энергию из пара в энергию механическую вращения вала. Посредством паропровода нагретый свежий пар, поступая из котла, подходит к паровой турбине, после чего значительная часть высвобожденной тепловой энергии превращается в механическую работу.

Работа паровой турбины

В турбинной установке находящейся в котле, три среды: вода, пар, а также конденсат образуют такой себе замкнутый цикл. В процессе преобразования, при этом, теряется лишь небольшое количество пара и воды. Это количество воды постоянно восполняется добавкой в установку сырой воды, которая проходит предварительно через водоочиститель. Там вода подвергается обработке химическими составами, необходимыми для удаления содержащихся в воде, не нужных примесей.

Принцип работы:

Отработавший пар с довольно-таки пониженными давлением и температурой попадает из турбины в конденсатор.
Там он встречает на пути систему различных трубок, по которым непрерывно прокачивается с помощью циркуляционного насоса охлаждающая вода. Берут ее преимущественно из рек, озер или прудов.
Соприкасаясь с холодной поверхностью трубка конденсатора, выработавший пар конденсируется, превращаясь тем самым, в воду (конденсат).
Непрерывно откачиваясь из конденсатора специальным насосом, конденсат через подогреватель попадает в деаэратор.
Оттуда насос передает его в паровой котел.

В установке имеется также турбонаддув и подогреватель. Его функцией является необходимость сообщить конденсату добавочное количество тепла. Современные паротурбинные установки преимущественно оборудованы несколькими подогревателями. К тому же, для подогрева питательной жидкости необходима, главным образом, теплота от пара, который отбирается из промежуточных ступеней самой турбины в пределах 15-30% от совокупного расхода пара. Это дает хорошее повышение КПД установки.

Современная паровая электростанция в действии

Тепло, отработанного в турбине пара поступает в конденсатор через трубки. Количество высвобождаемого тепла велико, и, следовательно, охлаждающая вода должна быть нагрета незначительно. В виду этого, расход у мощных паротурбинных установок очень велик. Иногда он достигает до 20000 м3/час. Особенно если мощность станции 100000 кВт. В этих случаях охлаждающая вода подается циркуляционным насосам из речки и после выполнения своей функции сливается снова в реку, только ниже места забора.

В паровых турбинах строение таково, что потенциальная энергия пара, пройдя процесс расширении в соплах, преобразуется в кинетическую энергию, способную двигаться с большой скоростью. Мощная струя пара подается на изогнутые лопатки, которые закреплены по окружности диска, насаженного на вал. Воздействие сильной струи пара на лопасти и приводит вал во вращение.

Чтобы преобразовать энергию пара в кинетическую, нужно обеспечить ему беспрепятственный выход из парогенератора, в котором он находится, по соплу, в пространство. При всем этом, давление пара необходимо выше, чем давление того самого пространства. Следует знать, что пар будет выходить с очень высокой скоростью.

Скорость выхода пара из сопла зависит от таких факторов:

От температуры и давления до расширения;
Какое давление присутствует в пространстве, в которое он вытекает;
Форма сопла, по которому вытекает пар, также влияет на скорость.

Вал турбины должен соединяться с валом самой рабочей машины. Какой она будет, зависит от области, в которой применяется рабочая машина. Это может быть энергетика, металлургия, приводы турбогенераторов, воздуходувные машины, компрессоры, насосы, водный и железнодорожный транспорт.

Устройство паровой турбины

Паротурбинная установка – является основным типом двигателей на современных тепловых и атомных электростанциях, которые вырабатывают 85 – 90% электроэнергии, потребляемой во всем мире.

Паровые турбины отличаются большой быстроходностью. Она преимущественно равна 3000 об. мин., и имеют при этом сравнительно малые габариты и массу. В современной промышленности сегодня выпускают турбоагрегаты различных мощностей, даже такие, где в одном агрегате при высокой экономичности свыше тысячи мегаватт.

Изобретен данный агрегат очень давно. В его создании принимали участие многие ученые. В России основоположником строительства паровых турбин принято считать Поликарпа Залесова, который внедрял данные сооружения на Алтае в начале девятнадцатого века.

Паровые турбины делятся на:

Конденсационные;
Теплофикационные;
Специального назначения;
Активные;
Реактивные;
Активно-раективные.

Наиболее распространенная – конденсационная турбина – работает с выпуском отработанного пара в конденсатор с глубоким вакуумом. От промежуточных ступеней ее турбин, как правило, берется некоторое количество пара в целях регенерации. Главное назначение конденсационных установок – выработка электроэнергии.

Строение паровой турбины

Паровые турбины строят в качестве стационарных конструкций, которые используют в основном на заводских силовых установках или электростанциях, и транспортных, необходимых для работы судовых котлов.

Независимо от принципа работы, суть происходящих действий будет оставаться неизменной – струя пара, вытекающая из сопла, будет направляться на лопатки диска, имеющегося на валу, и тот приводится в действие.

Паровые турбины различают по следующим характеристикам:

Оборотам;
Количеству корпусов;
Направлению движения струи пара;
Числу валов;
Расположению конденсационной установки;
Функциональности.

Паровые турбины обеспечивают длительную выработку механической энергии при температуре охлаждающей их воды до 330 С Цельсия. Также турбины должны выполнять продолжительную надежную работу с нагрузкой номинальной от 30 до 100%. Что необходимо для регулирования распределения электрической нагрузки. Самые распространенные конденсационные турбины обязаны обеспечивать длительное действие при температуре выхлопного процесса до 700 С.

Паровая электростанция: особенности работы установки

Система регулирования работы турбины при резком сбросе мощности и отключении ТГ от сети, должна ограничивать быстрый заброс частоты вращения ее ротора, и не допустить срабатывания датчика безопасности. Работа турбины допускает возможность мгновенного сброса электронапряжения до нуля. Также турбины должны давать возможность восстановить нагрузку до исходной, или любой другой цифры в регулировочном диапазоне, при скорости не менее 10% от номинальной мощности за секунду.

Обязательные режимы работы:

С отключенным подогревателем высокого давления;
С нагрузкой в рамках собственных нужд в пределах 40 минут после сброса;
На холостом ходу 15 минут после сброса электро- нагрузки;
Для проведения испытания на холостом ходу 20 часов после пуска турбины;
Срок службы рабочих турбин между ремонтами должен быть не менее 4 лет;
Новые агрегаты имеют гарантию в 5 лет;
Период работы на отказ у паровой турбины не менее 6000 часов;
Коэффициент готовности у установки не менее 0,98.

Паровая турбина имеет срок службы более 30 лет. Исключением являются лишь быстроизнашивающиеся детали и элементы.

Паровая турбина (видео)

Паровая турбина своими руками – агрегат, который является сердцем практически любой электростанции, работает по принципу превращения энергии из паровой в механическую. Однако такую машину вполне можно сделать и в домашних условиях. Конечно же это будет мини-устройство, и скорее всего ваша самодельная турбина будет газовая или воздушная, но такая модель так же пригодится в быту как и паровая турбина для ТЭЦ. Правильно разработанные схема, чертеж и рисунок помогут вам добиться положительного результата от самоделки.

Header>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.

На заре автомобилестроения инженеры решали вопрос увеличения мощности двигателей внутреннего сгорания, что называется, в лоб – увеличивали количество и размеры цилиндров. Однако практичность таких разработок даже во времена дешевой нефти была под большим вопросом. Нагнетатель воздуха позволил решить эту проблему своими руками.

1 Турбонагнетатели – с чем столкнулись инженеры?

Сложно это представить, но еще в 1909 году автомобиль с двигателем внутреннего сгорания установил рекорд скорости в 200 км/ч – достижение для тех времен невероятное. Еще сложнее представить объем двигателя, благодаря которому удалось разогнать авто до такой скорости – 28 литров! Даже речи быть не могло, чтобы запустить такие агрегаты в массовое производство, ведь их обслуживание своими руками было практически невозможным, ввиду огромных габаритов двигателя.

К счастью, дальнейшие разработки автомобильных инженеров велись в сторону уменьшения объема при сохранении мощностей, а также упрощения конструкции. Чтобы автомобиль стал массовым, следует дать возможность ремонтировать его своими руками – так размышляли первые автомобилестроители и были совершенно правы.

Благодаря появлению нагнетателя, удалось при сохранении всех параметров сходу увеличить мощность на целых 50 %! Сегодня опытному автомобилисту не составит труда своими руками установить одну из популярных систем турборежима.

Представить принцип работы такого устройства совершенно не сложно даже школьнику младших классов. Работу мотора обеспечивает постоянное сгорание топливно-воздушной смеси, которая поступает в цилиндры двигателя. В зависимости от возможностей двигателя и режимов его работы устанавливается оптимальное соотношение воздуха и топлива. В обычных условиях объем ТВС ограничен размерами цилиндра – внутрь камеры смесь попадает благодаря разрежению на такте впуска.

Нагнетатель воздуха позволяет подать внутрь цилиндра на впуске больше топливно-воздушной смеси. Больше ТВС – больше энергии при сгорании, больше мощность агрегата. Казалось бы, все просто, как дважды два, однако без нюансов не обошлось. Увеличение мощности двигателя таким способом повлекло целый ряд проблем. Главная из них – возрастание количества тепловой энергии при сгорании смеси, что в свою очередь влечет быстрое прогорание поршней, клапанов, поломку системы охлаждения. И далеко не всегда последствия удается ликвидировать своими руками.

Кроме того, с увеличением объема ТВС увеличивается и шанс детонации двигателя в буквальном смысле этого слова. Даже без детонации преждевременный износ агрегата гарантирован. Чтобы уменьшить негативные последствия для автомобиля (избежать их полностью не удается), принято использовать высокооктановое топливо, а также декомпрессию. В первом случае приходится своими руками платить немалые деньги, а во втором существенно снижается мощность.

2 Нагнетатель воздуха – как влить силы в двигатель?

С развитием автомобилестроения возникали и различные способы компрессии воздуха. Многие разработки уверенно дошли и до наших дней. Итак, разберемся, какие способы наддува существуют:

Механический – "отец" нагнетателей, возникший практически сразу же после появления ДВЗ. В действие такой наддув приводится коленвалом мотора.
Электрический – более современный вариант турбонаддува, в котором излишнее давление в цилиндрах создает электрический компрессор.
Турбонаддув – нагнетатель в такой системе работает от давления выхлопных газов и компрессора.
Комбинированный наддув – совмещение различных систем, чаще всего механической и турбо.

Как правило, такие системы серийно на автомобили не устанавливаются, что дает автолюбителям множество возможностей для тюнинга своими руками.

3 Механический турбонагнетатель воздуха – своими руками совершенствуем авто!

Наиболее эффективен режим турбо на впрысковых бензиновых двигателях. Моторы карбюраторного типа также могут работать с механическим нагнетателем, однако им необходима определенная доработка своими руками, в частности, установка жиклеров с увеличенным сечением и другие меры. В случае с инжекторным двигателем все сводится к новой прошивке.

Механический нагнетатель, работающий от коленвала двигателя, имеет несомненное достоинство – он работает абсолютно синхронно с агрегатом и в режиме турбо обеспечивает равномерную подачу воздуха в соответствии с оборотами мотора. Однако такое устройство будет отбирать для своей работы часть мощности движка.

Самыми распространенными вариантами построения механических нагнетателей, которые можно установить своими руками, являются три типа:

Центробежный аппарат – применяется как самостоятельно в виде компрессора, так и в комбинации с другими устройствами. Принцип работы достаточно прост – лопатки, вращающиеся на большой скорости, захватывают воздух и забрасывают внутрь корпуса, который имеет улиткообразную форму. На выходе из корпуса поток воздуха приобретает нужное для режима турбо давление. Невысокая стоимость устройства и возможность установки своими руками сделали его наиболее популярным. Однако в его работе хватает и сложностей, в частности, с техобслуживанием.
Нагнетатель ROOTS – представляет собой лопатки ротора, которые помещены в замкнутый корпус. Воздух захватывается на входе, за счет высокой скорости вращения лопаток воздух приобретает более высокое давление на выходе. Главный недостаток устройства такого типа – неравномерность подачи воздушного потока, что вызывает пульсацию давления в режиме турбо. Однако относительно тихая работа, надежность и компактность заставляют автомобилистов мириться даже с таким недостатком. При определенных навыках обращения с техникой вам не составит труда установить такой наддув своими руками.
Нагнетатель LYSHOLM – представитель винтового типа аппаратов. Принцип работы схож с предыдущим – поток воздуха создается роторами, которые вращаются на высокой скорости. Главное отличие этого типа нагнетателей – маленький зазор между винтами, что вызывает множество сложностей в проектировании и установке таких изделий. Встречаются они на автомобилях нечасто и стоят недешево. Устанавливать их своими руками не рекомендуется, лучше обращаться к специалистам по турбонаддуву.

4 Турбонагнетатель – универсальный наддув своими руками

Как для бензиновых, так и для дизельных двигателей возможно применение турбонагнетателя. Это устройство представляет собой комбинацию компрессора и турбины, которая использует давление выхлопных газов для работы. Последнее устройство создает ряд проблем – турбина должна выдерживать высокие температуры и огромную скорость вращения, а значит, материалы для ее изготовления должны быть сверхпрочными. Некоторую часть нагрузки с турбины снимает компрессор, что и позволяет комплексу в целом справляться со своей задачей.

Недостаток устройства заключается в некотором запаздывании режима турбо – необходимо время, чтобы после нажатия на педаль турбина раскрутилась до нужного количества оборотов.

Впрочем, современные агрегаты решают и эту проблему, в основном благодаря наличию дополнительных нагнетателей. В отличие от турбонагнетателя, никакого запаздывания после нажатия на педаль в случае с электрическим компрессором вы не почувствуете – устройство, которое чаще всего комбинируют с центробежной турбиной, начинает работать уже на малых и средних оборотах, а турбина подключается на высоких. Электрический нагнетатель воздуха достаточно прост в реализации – никаких сложных систем и устройств для его установки не потребуется, так что усовершенствовать авто своими руками с его помощью вполне осуществимо.

Турбонаддув - одно из самых остроумных и рациональных изобретений в истории человечества, поскольку основано на утилизации отходов - отработавших газов. Многие владельцы автомобилей ВАЗ не знают имени Альфреда Бюхи, изобретателя принципа турбонаддува, однако после удачной установки турбонаддува на свою Ладу, наверняка, с благодарностью думали о том человеке, который придумал некогда эту полезную в хозяйстве вещь.

Ставить или не ставить?

Хотя к установке турбонаддува на ВАЗ долгое время сохранялось скептическое отношение, турбированные вазы встречаются все чаще, неполадок в установке все меньше, а эффективность этого мероприятия - все очевиднее. Турбонаддув бензинового двигателя или «турбонаддув дизель» можно установить в автосервисе на любую модель ВАЗ. Как показывают тесты, при совершенно незначительном увеличении расхода топлива мощность и крутящий момент увеличиваются не меньше, чем на 35-40%.

Можно ли самостоятельно разобраться в тонкостях и установить турбину, не пользуясь услугами автосервиса? Безусловно, возможно все. Предлагаем вашему вниманию общую схему работ и некоторые рекомендации по вопросу, как установить турбонаддув своими руками.

Как сделать первый шаг?

Совет «учить матчасть» из любимого старого фильма здесь весьма и весьма актуален. Какой компрессор следует выбрать? Возьмем для примера самый маленький турбокомпрессор ТКР-7, оснащенный радиальной центростремительной турбиной и поставим цель повысить мощность мотора на 15-20%. Чтобы добиться результата, необходимо повысить давление в топливной системе в 1,2 раза. Более резкое, неожиданное повышение давления на впуске приведет к сокращению ресурса двигателя - прежде всего, износятся поршни и обгорят выпускные клапаны. Если 20% прироста мощности мало, придется модернизировать впускные клапаны.

Для регулирования количества отработавших газов, поступающих в турбокомпрессор, необходимо установить перепускной патрубок, который будет отводить часть газов мимо турбины. На впуске рекомендуется применить сменные дросселирующие шайбы.

Монтаж турбины: пошаговое описание

Турбину ТКР -7 можно установить на любую модель ВАЗ без серьезного изменения серийных узлов, кроме вазов 2108 и 2109. Для установки турбонаддува на эти модели необходимо модернизировать подвеску и тормозные систему. Чтобы поставить турбокомпрессор на ВАЗ - 2107, придется переместить аккумулятор в левую часть отсека.

С двигателя нужно снять воздушный фильтр и карбюратор. Приемный алюминиевый патрубок устанавливается на штатной площадке карбюратора, а штатная приемная труба удаляется. Конструкцию для прочности следует закрепить болтами. Газоотводящий патрубок устраняется на шпильки выхлопного коллектора через штатную прокладку. Приемная труба глушителя вводится снизу.

ТКР требуется смонтировать и закрепить на горизонтальный фланец патрубка. Затем в выпускной тракт ТКР нужно ввести цилиндрическую законцовку имеющего уплотнительное кольцо отводящего патрубка. Прямоугольный фланец патрубка необходимо закрепить на приемной трубе через медную прокладку.

Между патрубками впуска и выпуска и патрубком компрессора турбонаддува следует установить соединительные патрубок диаметром пятьдесят миллиметров и закрепить его пластиковыми хомутами. На выходе компрессора устанавливается еще один алюминиевый патрубок. При помощи штатных шпилек крепим карбюратор к горизонтальному фланцу патрубка через штатную прокладку.

Теперь находим прижимную пластину крышки головки блока, вторую справа и удаляем ее. На это место монтируем приводный кронштейн дроссельной заслонки. На специальном штуцере входного патрубка закрепляем газопровод гидровакуумного усилителя, подсоединяем датчики приборов. В последнюю очередь монтируется воздушный фильтр и присоединяем вентиляционную трубу картера.

После установки двигатель с турбонаддувом запускается без малейших затруднений. Его работа устойчива в любом диапазоне вращения. Форсаж возникает при 4000 оборотов в минуту и достигает запланированных в начале 20%.