Ідея практичного застосування енергії пари далеко не нова, використання парових турбін в промислових масштабах давно стало частиною нашого життя. Саме ці агрегати, встановлені на різних електростанціях і ТЕЦ, на 99% постачають електрикою наші будинки. Однак, деякі майстри-умільці примудряються впровадити принцип перетворення теплової енергії в електричну у себе вдома. Для цього використовується саморобна парова турбіна мінімальних розмірів і потужності. Про те, як її зібрати в домашніх умовах, і піде мова в даній статті.
Як працює парова турбіна? По суті, парові турбіни є складовою частиною складної системи, покликаної перетворити енергію палива в електрику, іноді - в тепло. На даний момент цей спосіб вважається економічно вигідним. Технологічно це відбувається наступним чином: • тверде або рідке паливо спалюється в парової котельні установці. У результаті робоче тіло (вода) звертається на пар; • отриманий пар додатково перегрівається і досягає температури 435 ºС при тиску 3.43 МПа. Це необхідно для того, щоб домогтися максимального ККД роботи всієї системи; • по трубопроводах робоче тіло доставляється до турбіни, де рівномірно розподіляється по соплам за допомогою спеціальних агрегатів; • сопла подають гострий пар на вигнуті лопатки, закріплені на валу, і змушує його обертатися. Таким чином, кінетична енергія розширюється пара переходить в механічний рух, це і є принцип дії парової турбіни; • вал генератора, що представляє собою «електродвигун навпаки», обертається ротором турбіни, внаслідок чого виробляється електроенергія; • відпрацьований пар потрапляє в конденсатор, де від зіткнення з охолодженою водою в теплообміннику переходить у рідкий стан і насосом знову подається в котел на прогрів.
Примітка. У кращому випадку ККД парової турбіни досягає 60%, а всієї системи - не більше 47%. Значна частина енергії палива йде з тепловтратами і витрачається на подолання сили тертя при обертанні валів. Нижче на функціональній схемі показаний принцип роботи парової турбіни спільно з котельною установкою, електричним генератором та іншими елементами системи:
Щоб не допускати зниження ефективності роботи, на валу ротора розташовується максимальний розрахунковий число лопаток. При цьому між ними і корпусом статора забезпечується найменший зазор допомогою спеціальних ущільнень. Простими словами, щоб пара «не крутився вхолосту» усередині корпусу, всі зазори мінімізуються. Лопатка сконструйована таким чином, щоб розширення пара тривало не тільки на виході з сопла, але і в її поглибленні. Як це відбувається, відображає робоча схема парової турбіни:
Слід зазначити, що робоче тіло, чий тиск після потрапляння на лопатки знижується, після робочого циклу в першому блоці не відразу потрапляє в конденсатор. Адже воно ще має достатнім запасом теплової енергії, а тому по трубопроводах пар відправляється в другій блок низького тиску, де знову впливає на вал за допомогою лопаток іншої конструкції. Як показано на малюнку, пристрій парової турбіни може передбачати кілька таких блоків: Для довідки. Швидкість обертання ротора генератора може досягати 30 000 об / хв, а потужність парової турбіни - до 1500 МВт.
Як зробити парову турбіну в домашніх умовах? Безліч інтернет-ресурсів публікує алгоритм, згідно з яким в домашніх умовах і з застосуванням невеликої кількості інструментів виготовляється міні парова турбіна з консервної банки. Крім самої банки знадобиться алюмінієвий дріт, невеликий шматочок жерсті для вирізання смужки і крильчатки, а також елементи кріплення. У кришці банки роблять 2 отвори і впаивают в одне шматочок трубки. З шматка жерсті вирізують крильчатку турбіни, прикріплюють її до смуги, зігнутою у вигляді букви П. Потім смугу прикручують до другого отвору, розташувавши крильчатку таким чином, щоб лопаті знаходилися навпроти трубки. Всі технологічні отвори, зроблені під час роботи, теж запаюють. Виріб потрібно встановити на підставку з дроту, заповнити водою зі шприца, а знизу розпалити сухе паливо. Імпровізований ротор парової турбіни почне обертатися від струменя пари, що виривається з трубки.
Зрозуміло, що така конструкція може служити лише прототипом, іграшкою, оскільки дана парова турбіна, зроблена своїми руками, не може використовуватися з якоюсь метою. Занадто мала потужність, а про якийсь ККД і мови не йде. Хіба що можна показувати на її прикладі принцип дії теплового двигуна. Міні-генератор електроенергії можна реально виготовити з старого металевого чайника. Для цього, крім самого чайника, потрібно мідна або нержавіюча трубка з тонкими стінками, кулер від комп'ютера і невеликий шматочок листового алюмінію. З останнього вирізається кругла крильчатка з лопатками, з якої буде зроблена парова турбіна малої потужності.
З кулера знімається електродвигун і встановлюється на одній осі з крильчаткою. Вийшло пристрій монтується в круглому корпусі з алюмінію, за розмірами він повинен підійти замість кришки чайника. У днищі останнього робиться отвір, куди упаюється трубка, а зовні з неї виконується змійовик. Як бачите, конструкція парової турбіни дуже близька до реальності, оскільки змійовик грає роль пароперегрівача. Другий кінець трубки, як неважко здогадатися, підводиться до імпровізованим лопаткам крильчатки.
Примітка. Найскладніша і трудомістка частина пристрою - це якраз змійовик. Виготовити його з мідної трубки легше, ніж з нержавійки, але вона довго не прослужить. Від контакту з відкритим вогнем мідний перегрівник швидко прогорить, тому краще зробити його своїми руками з нержавіючої трубки. Застосування парової турбіни Налив в чайник води і поставивши його на включений газ, можна переконатися, що при закипанні енергії виходить з трубки пара достатньо, щоб на виході електродвигуна з'явилася ЕРС. Для цього до нього варто підключити світлодіодний ліхтарик. Крім харчування для електричних лампочок, можливо й інше застосування парової турбіни, наприклад, для зарядки акумулятора стільникового телефону.
В умовах квартири або приватного будинку подібна міні-електростанція може здатися простою іграшкою. А ось опинившись в поході і взявши з собою турбований чайник з електрогенератором, ви зможете оцінити по достоїнству його функціональність. Можливо, в процесі вам вдасться знайти ще якесь призначення турбіни. Більше інформації про виготовлення похідного генератора з чайника можна дізнатися, подивившись відео:
Висновок На жаль, конструктивно парові машини досить складні і зробити вдома турбіну, чия потужність досягала хоча б 500 Вт, вельми скрутно. Якщо прагнути до того, щоб дотримувалася схема роботи турбіни, то витрати на комплектуючі і витрачений час будуть невиправданими, ККД саморобної установки не перевищить 20%. Мабуть, простіше купити готовий дизель-генератор.
