Паровая турбина своими руками

Как выполнить паровую турбину

Идея использования на практике энергии пара далеко не нова, применение паровых турбин в масштабах промышленности давно стало частью нашей жизни. Собственно эти агрегаты, установленные на самых разных электрических станциях и ТЭЦ, на 99% снабжают электротоком наши дома. Однако, 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 дома, и пойдёт речь в этой публикации.

Как не прекращает работу паровая турбина?

В сущности, паровые турбины являются важной частью сложной системы, призванной изменить энергию топлива в электричество, порой – в тепло.

Сейчас такой способ считается рентабельным. Технологически это происходит так:

• твёрдое или жидкое горючее сжигается в паровой котельне. 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 достигнуть 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 заставляет его вращаться. 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, благодаря чему формируется электрическая энергия;
• отработанный пар проникает в конденсатор, где от соприкасания 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 практической схеме показан рабочий принцип паровой турбины одновременно с котельной, электрогенератором и прочими системными элементами:

Чтобы не позволять снижения рабочей эффективности, на роторном валу размещается максимальное расчетное количество лопаток. При этом между ними и корпусом статора обеспечивается минимальный просвет при помощи специализированных уплотнений. Обычными словами, чтобы пар «не крутился попусту» изнутри корпуса, все зазоры минимизируются. Лопатка сконструирована поэтому, чтобы увеличение 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, устройство 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. Частота вращения ротора генератора достигает 30 000 оборотов в минуту, а мощность паровой турбины – до 1500 МВт.

Как выполнить паровую турбину дома?

Много интернет-ресурсов публикует метод, по которому дома 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 также крепежные элементы.

В крышке банки выполняют 2 отверстия и впаивают в одно кусочек трубки. Из куска жести режут крыльчатку турбины, закрепляют ее к полосе, согнутой в виде буквы П. После полосу крепят к другому отверстию, разместив крыльчатку поэтому, чтобы лопасти пребывали напротив трубки. Все технологичные 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 вращаться от струйки пара, вырывающегося из трубки.

Ясно, что эта конструкция служит лишь прототипом, игрушкой, потому 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 выказывать 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 устройство устанавливается в круглом алюминиевом корпусе, 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, потому как полотенцесушитель роль играет пароперегревателя. Второй конец трубки, как несложно догадаться, подводится к импровизированным лопаткам крыльчатки.

Примечание. Очень сложная и сложная 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 приватного дома аналогичная мини-электростанция на первый взгляд покажется простой игрушкой. А вот очутившись в походных условиях и взяв с собой бездымоходный чайник с электрическим генератором, вы сумеете оценить по праву его практичность. 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 несчастью, конструктивно паровые машины довольно сложны и выполнить дома турбину, чья мощность достигала хотя бы 500 Вт, очень трудно. Если стремиться к тому, чтобы 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.

Рукодельная паровая турбина

При строительстве всякой работающей модели очень серьезный вопрос — выбор мотора. Мотор обязан быть не тяжёлым, мощным и действовать длительное время.
Есть легкие двигатели, работающие сжатым воздухом. Однако их тяжело сделать, и некомфортно иметь на модели большие балоны. С небольшими баллонами мотор не прекращает работу непродолжительное время.
Резиномотор, который очень часто ставится на самые разнообразные модели, тоже не прекращает работу очень непродолжительное время, и от него можно достигнуть работы модели только на протяжении — наибольшее — одной минуты. Если устроить шестереночную передачу, можно сделать больше время действия резиномотора, однако при этом станет намного меньше мощность.
Очень хороши для установки на модели электрические моторы, однако не всегда получается разрешить вопрос с источником тока. Гальванические детали громоздки и не дают большой силы тока; аккумуляторы достать тяжело, и они так тяжелы, что, установив их, тяжело достигнуть от модели положительных результатов. Можно пользоваться городским током, однако при этом модель «связывается» проводами.
Разумеется, при строительстве моделей, идущих по рельсам, к примеру модели трамвая, аэропоезда или шаро-поезда, самый хороший мотор для них — электрический мотор.
Для приведения в движение подобных моделей можно пользоваться городским током, можно подвести к электрическому мотору ток высокой мощности, и модель будет работать очень хорошо.
Но, пользуясь городским током, нельзя выполнить постройку автомобильной модели или какого-либо судна. Здесь уж невольно приходится устанавливать мотор с независимым питанием. Можно выстроить, к примеру, поршневую паровую машину. Однако в отличие с электрическим мотором поршневые паровые машины очень сложно сделать точно, не пользуясь токарным станком. Из-за неточного изготовления они тратят так много пара, что приходится устанавливать большие котлы. Большой котел заставляет сильно повышать размеры модели, утяжеляет ее, и при этом обнаруживается, что мощность машины недостаточна.
Правда, для большой модели парохода вес котла не имеет необыкновенного значения, но сухопутную модель с паровой машиной выполнить существенно сложнее. А выстроить модель глиссера с поршневой паровой машиной нереально: глиссер обязан быть не тяжёлым, а машина его — мощной; здесь большой котел повредит все дело.
За последние пятьдесят лет в «реальной» технике поршневые паровые машины все быстрее вытесняются. Другой паровой мотор — турбина — прошёл победный путь. Реальные паровые турбины создали Карл-Густав-Патрик де-Лаваль в Швеции и Чарльз-Альджерно Парсонс в Англии. Турбины оказались много выгодно поршневых машин. Сейчас по всему миру нет ни одной мощной электрические станции, на которой резервные электростанции электротока вращались бы поршневыми паровыми машинами.
Главная разница между турбиной и поршневой машиной в том, что поршневая даёт, как говорят инженеры, прямолинейно-возвратное движение, которое необходимо изменить в постоянное вращательное, а турбина сразу обращает энергию пара во круговое движение без добавочных передач.
Примечательно, что первый мотор, придуманый и осуществленный человеком, был ближе всего по конструкции собственно к турбине. В действительности, самая простая турбина — это колесо с лопатками, на которые «дует» пар, а самый устаревший мотор — водяное колесо — тоже колесо с лопатками, приводимое в движение струи воды.
И паровая турбина была придумана раньше поршневой машины. Итальянский инженер Джованни Бранка в собственной книге о машинах, вышедшей больше трехсот лет тому назад, во второй половине 20-ых годов семнадцатого века, описывает необычную толчею. Она должна приводиться в движение струёй пара, ударяющей на лопатки колеса (рис. 1). Разумеется, турбину Бранка выполнить нельзя было вследствие того, что она расходовала бы очень много пара, но идея Бранка оказалась воплощенной в современных паровых турбинах.
Современные паровые турбины строятся очень больших мощностей. Ленинградский механический завод им. Сталина выстроил уже турбины мощностью более 65 ООО конских сил, а в скором времени специализированный Харьковский турбогенераторный завод будет отпускать турбины мощностью практически в 300000 конских сил. Никакой другой мотор не в состоянии развить такую огромную мощность в одной машине.
И для большинства моделей прекраснее всего делать собственно паровые турбины. Если взглянуть на чертежи простой одноколесной турбины, поршневой машины и электрического мотора, сразу заметно, что турбина легче всех. Но не только у нас в Союзе, но и за рубежом модели с паровыми турбинами практически не возводились. Почему? Так как при видимой простоте, оказывается, достаточно тяжело сделать прекрасное колесо турбины. Ненужно же считать турбиной детскую игрушку, показанную на рис. 2. Эта «турбина» только сама себя вертит, а привести в движение какую-то модель ей не всилах.
Значит, затрудненность задачи в том, чтобы создать подобную конструкцию колеса турбины, которую легко было бы сделать в мастерской юного техника.
Нам получилось разрешить задачу эту. Двадцативосьмилопастное колесо нашей турбины можно создать меньше чем за два часа.
Наиболее удобно устанавливать турбину на модели судов: на вал ее можно без разных передач насадить гребной винт. Ее разрешено устанавливать и на разные прочие модели. Она занимает совсем мало места и расходует намного меньше пара, чем поршневая машина аналогичный мощности.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ТУРБИНЫ
Готовая собранная турбина показана на фото 3 и 4. На одном фото она показана со стороны трубки, подводящей пар, а на другом — со стороны выступающего конца оси. Очень важное во время изготовления турбины — точно и бережно все сделать лопатки.
Рис. 3. Фото турбины со стороны трубки, подводящей пар.
Рис. 4. Фото турбины со стороны оси. По двум сторонам заметны концы трубок, в которые впаяны сопла. На конец оси навита и припаяна проволока из меди, чтобы выполнить толще ось.
Производится колесо турбины так. В первую очередь заготовляются все лопатки; к ним поперек припаиваются по две проволочки, и лопатки изгибаются. После вырезаются два кружка (диска). В них прокалываются отверстия по толщине проволочек, припаянных к лопаткам, и проволочки одной стороны готовых лопаток закладываются в первую очередь в отверстия одного диска, а потом проволочки обратной стороны лопаток поэтапно вдеваются в отверстия второго диска. Остается придвинуть диски очень плотно к лопаткам, вставить и припаять ось, откусить выступающие концы проволочек, и колесо готово.
На рис. 5 показан разрез колеса турбины. Там видно размещение лопаток и места отверстий для сборки.
В первую очередь из жести от консервных банок или из тонкой латуни заготовьте лопатки: вырежьте 28 полосок 7X17 мм. Попытайтесь вырезать их как можно точнее.
Положите одну из полосок на обрезок фанеры и заколотите 9 гвоздиков без шляпок так, как показано на рис. 6 (слева). Эта фанерка — сборочный шаблон лопаток.
Все лопатки должны плотно входить между гвоздями. Вдвиньте одну лопатку в шаблон и наложите на нее два обрезка медной звонковой проволки без изоляции (рис. 6, внизу). Диаметр звонковой проволки — 0,8 мм. Две проволочки легонечко припаяйте к лопатке и вытащите ее из шаблона. Точно также заготовьте все лопатки, и в силу того, что они все созданы в одном и том же шаблоне, они получаются совсем похожими.
Из иного обрезка фанеры выпилите по рис. 6 (внутри и с правой стороны) второй шаблон. На этом шаблоне изогните все лопатки и беритесь за диски колеса.
Диаметр колеса турбины — 50 мм. Для него необходимо вырезать два диска диаметром по 50 мм и очень точно пробить в них отверстия для сборки. В первую очередь вычертите диск в настоящую величину на бумажном листе, поделите окружность его на 28 частей и проведите 28 радиусов. После начертите еще две окружности — первую радиусом 16 мм и Рис. в. вторую радиусом 23 мм.
Точки пересекания таких окружностей с проведенными 28 радиусами дадут места проколов для проволочек лопаток.
Для выхода пара из колеса на двоих дисках необходимо выполнить вокруг оси отверстия. Но лучше не вырезать отверстия совсем, а исключительно прорезать две стороны и отогнуть. Места и фигуры таких отверстий заметны на рис. 5. Их тоже вычертите на бумажном листе.
Готовый чертеж наложите на листок жести или тонкой латуни и, удерживая рукой, чтобы он не сдвинулся, отметьте острым шилом центр, все отверстия для сборки лопаток и углы выходных отверстий пара.
Центр и отверствия для проволочек бережно проткните шилом. Тонким, узким зубилом прорубите выходные отверстия пара и отогните «дверки» их. Места загибов показаны на рис. 5 пунктиром.
Два готовых диска наденьте на ось — толстую отлично закаленную иглу — и вставьте все лопатки. Когда соберете, припаяйте диски к оси, после откусите выступающие концы проволочек, оставив концы длиной по 1,5 — 2 мм; концы проволочек большего радиуса можете загнуть, чтобы прижать диски очень плотно к лопаткам.
Готовое колесо турбины поместите в кожух. Размеры его показаны на рис. 7. Конструкция кожуха так проста, что ее можно не описывать.
Загнутые края кожуха ему дают жесткость. На фото турбины видно, что на концы кожуха напаяны треугольные «косынки». Это сделано тоже для увеличения жесткости.
Если ось будет вращаться в стенках кожуха турбины, отверстия в сжатые сроки возрастут, и колесо турбины станет болтаться. Необходимо выполнить специализированные подшипники. Мы их выполнили, как и на всех других собственных моделях, проволочными. Наверните на ось голую звонковую медную проволоку по 5-6 витков со всех сторон. Эти проволочные спиральки снимите с оси, оберните узкими полосами жести и пропаяйте. Подшипники, получившиеся в жестяных трубочках, наденьте на ось и припаяйте к кожуху турбины. Оба подшипника заметны на фото 3 и 4.
На рис. 7 и фото 8 турбина показана с вынутыми соплами. В нашей турбине сопла легко вытянуть для очищения и опять установить на место. Это немаловважно, так как диаметр отверстий сопел приходится выбирать эксперементальным путем и вынимать сопла приходится неоднократно. На фото 8 видно, что выполнить это несложно. С одной стороны кожуха прорежьте отверстия овальной формы и припаяйте зажимы, увлекательные длинную ключевую трубку. С другой стороны кожуха просверлите два отверстия точно по диаметру тонких трубок с соплами. При подобной конструкции сопла ставятся всегда в теже самые места, и вынимать их безопасно.
Рис. 8. Фото турбины с вынутыми соплами. Овальные вырезы созданы исключительно с этой стороны, чтобы вошли сопла.
Однако, разумеется, перед тем как готовить зажимы для сопел и прорезать отверстия в кожухе, необходимо сделать самые сопла. Собственно, сопла — это капсюли от примусных горелок. Они впаяны каждый в тонкую трубку, эти две трубки впаяны в третью, толстую, а по центру толстой трубки впаяна четвертая, подводящая пар из котла.
Готовый провод труб с соплами виден на фото 9. Трубки, подводящие пар, сверните и спаяйте из жести или латуни. Ключевую трубку сделайте длиной в 70 мм; диаметр ее — 6 мм. Диаметр трубки, подводящей пар, — тоже 6 мм; длина ее не важна. Длина трубок, в которые впаяны сопла, — 25 мм, диаметр их — 4 мм. Капсюли спилены и впаяны таким образом, чтобы струйки пара выходили, как показано на рис. 10. Это самое лучшее положение мы нашли эксперементальным путем.
Испробовать работу турбины, дуя в провод труб, не получается до той поры, пока не расширены отверстия капсюлей, — чрезмерно малюсенькое давление воздуха способны мы создать.
Но сразу СИЛЬНО расширять отверстия сопел тоже опасно. Правда, чем больше выходные отверстия пара, тем крепче струйки, а это означает, мощнее турбина, но может случиться, что котел не будет давать столько пара, сколько необходимо его для крепких струй. Если котел большой, он даёт много пара, а если такой маленький, как у нас, необходимо быть вдвойне осторожным — так расширите отверстия, что пар будет итти большими струями, но с небольшим давлением; при этом турбина плохо не прекращает работу.
Разумеется, с большим котлом наша турбина может дать намного большую мощность, чем с котлом, который мы для нее сделали. Но мы добивались того, чтобы вес всей установки был как можно меньше, и не решались выполнить емкость котла больше 170 куб. см. Имея готовые цельнотянутые медные трубки, можно намного увеличить паропроизводитель-ность нашего котла, но об Рис. ю этом чуть далее.
Готовый котел со спиртовкой показан на фото И, а его габариты — на рис. 12.
Рентабельная форма котла — цилиндр. Но цилиндрический котел круглого сечения занимает очень много места. Мы экономили любой сантиметр, тем более в высоту, и выполнили сечение котла эллиптическим. При этом был риск, что котел раздует давлением пара. Первое тестирование показало, что мы беспокоились не зря. Понадобилось установить внутренние проволочные стяжки, связывающие крышку с днищем (рис. 13), и припаять обрезки велосипедных спиц по двум сторонам котла. Для увеличения поверхности нагрева, а это означает и для ускорения парообразования, в дно котла впаяны патрончики от мелкокалиберной винтовки, по 9 штук со всех сторон.
Большое внимание обратите на впайку стенок находящихся по бокам котла. Прекраснее всего заложить их, а потом в месте соединения с котлом провести вокруг медную проволоку и хорошенько пропаять. Прокладка проволки со всей серьезностью укрепляет котел.
Сухопарник — простой обрезок патрона охотничьего ружья. Водоналивное отверстие — гайка и штепсельное гнездо. Водомерное стекло — трубка из стекла посередине с 2-мя соединительными резиновыми трубками по концам.
Патрончики лучше впаяйте внутри до свертывания котла, иначе в дальнейшем тяжело пробираться между ними паяльником, да и чище выходит, если впаивать их внутри. Сухопарник можете спаять из жести или выбрать обычный наперсток оптимального размера.
Из старого штепселя вывинтите гнездо с гайкой. Гайку припаяйте к котлу. Рис. 13. В прорезь гнезда заложите
обрезок проволки и припаяйте ее, залив одновременно отверстие гнезда. Проволочка даст вам возможность завинчивать гнездо, обращенное нами в пробку, без помощи отвертки.
На гнездо наденьте свинцовую или резиновую шайбочку, чтобы плотно закрывать отверстие котла. Готовое водоналивное отверстие с пробкой показано на фото 14. Там же видно и водомерное стекло.
Для водомерного стекла попытайтесь достать обрезок трубки внутренним диаметром не меньше 5-6 мм. Тонкие трубки обманывают: водный уровень в них всегда выше водного уровня в котле. С подобным стеклом можно, понадеявшись на его показания, распаять котел.
Снизу и сверху котла впаяйте коротенькие трубки и с ними соедините трубку из стекла при помощи 2-ух небольших обрезков резиновой трубки. Это
Рис. 14. Фото котла со стороны водомерного стекла и водоналивного отверстия.
Рис. 16. Фото готовой спиртовки. Слева пробочка, которой затыкается отверстие трубки после протягивания главного фитиля.
очень обычное водомерное стекло, но не прекращает работу оно безотказно. Места соединений обвяжите звонковой проволокой.
Размеры спиртовки заметны на рис. 15 и фото 16. При подобной конструкции, — когда бак со спиртом отдельно, — он мало нагревается, и нет риска, что вспыхнет весь спирт. Трубки для фитилей — патрончики мелкокалиберной винтовки со спиленными донышками. Фитили таких трубок закладываются отдельно от главного фитиля, идущего из бака по толстой трубке. Они только контактируют с основным фитилем.
Рис. 17. Фото котла снизу. Заметны отверстия для трубок с фитилями, а по краешкам отверстия, подводящие воздух.
Когда котел и спиртовка готовы, изогните из жести П-образную часть подставки котла, отлично видную на фото 17. Внутри отверстия подставки ставятся трубки спиртовки, а боковые отверстия созданы для подвода воздуха к фитилям спиртовки снизу. Высоту данной части рассчитайте по спиртовке таким образом, чтобы концы трубок фитилей получились на расстоянии ориентировочно 30 мм от дна котла.

РЕГУЛИРОВКА ТУРБИНЫ
Сейчас можете проверить работу турбины. Налейте в котел на % воды. В спиртовку налейте спирт. Ког да фитили отлично пропитаются спиртом, можете поджигать. Вода в котле закипает быстро — в 2-3 минуты. Пока закипает вода, соедините трубку сухопарника с впускной трубкой турбины. Большого труда не составит объединить котел с турбиной резиновой трубкой. Давление пара в котле не очень велико, и трубка не раздувается. Потом, когда целиком установите турбину на какую-то модель, сумеете сменить трубку из резины самодельной, спаянной из латуни или жести.
Как только закипит вода, пар станет вырываться из сопел и завертит турбину; на холостом ходу она крутится с большой скоростью — в пару тысяч оборотов за минуту.
Но как узнать, можно ли расширить отверстия сопел, или они как раз хороши для этого котла? Узнать это несложно. Дайте турбине поработать 1,5 — 2 минуты, а потом, не гася огня под котлом, снимите трубку из резины, подводящую пар к турбине. Если при этом пар вырвется из трубки с большой силой, значит давление в котле очень велико для того, чтобы пара хватило на отверстия большего размера. Тогда вытащите сопла из турбины, осторожно расширьте отверстия иглой, опять вставьте обратно и снова испытайте турбину. Если турбина стала работать лучше, опять пробуйте через 1,5 — 2 минуты снять трубку, подводящую пар, и, если судить по тому, с какой силой вырвался сейчас пар из трубки, решите, можно ли еще повышать отверстия сопел. Такое тестирование необходимо сделать пару раз.
Только помните, что нельзя повышать отверстия сопел до той поры, пока из снятой с турбины трубки пар не станет итти с маленькой силой. Какое-то давление должно быть в котле, иначе выйдет не усиление работы турбины, а наоборот, она станет работать слабее.
Если все же после одного из расширений сопел турбина станет хуже работать, не переживайте, — это легко поправить. Осторожно запаяйте отверстия и опять проткните их иглой. При этом попытайтесь выполнить отверстия такими, чтобы они были немного поменьше, чем в заключительный раз. Турбина, выстроенная нами, прекраснее всего не прекращает работу при диаметре отверстий сопел в 0,8 мм. Мы узнали диаметр отверстий, вставив в них проволоку 0,8 мм. Она плотно пришла в отверстия. Также можете выполнить и вы.
Чуть-чуть переделав этот котел, можно существенно повысить давление пара, который он даёт. Можно, как и в реальных котлах, применить говоря иначе «перегрев пара». Для этого необходима медная цельнотянутая трубка внутренним диаметром в 4-5 мм и длиной около 200 мм. Впаяйте ее в сухопарник, потом изогните и проведите под дном котла, как показано на рис. 18. Пар в данной трубке будет разогреваться огнями спиртовки, температура его сильно повысится — и давление возрастет. Если сделаете котел с перегревом пара, отверстия сопел можете расширить до 1 мм.
Всего сорок лет тому назад, во второй половине 90-ых годов XIX века, было сделано официальное тестирование первого в мире судна с паровой турбиной. Это была «Турбиния», выстроенная одним из изобретателей паровой турбины — Чарльзом Парсонсом. «Турбиния» развила невиданную для судов того времени скорость — около 60 км в час. С той поры не только на всех новых больших судах стали ставить паровые турбины, однако даже заменили турбинами поршневые машины многих устаревших судов.
Но тогда как машины, паровозы, самолеты легко развивали скорость более 100 км в час, суда стояли на последнем месте и не добирались до 100-километровой скорости. При этом даже для хода судов со скоростью в 60 км в час доводилось ставить на них турбины чудовищных мощностей. Только лет двадцать тому назад французский инженер Реми предложил новый вид судна.
А дело все в том, что вода в несколько раз плотнее воздуха. Благодаря этому «расталкивать» воду в несколько раз сложнее, чем воздух. А так как значительная часть судна помещается в водной массе, значительная часть мощности турбины тратится на преодоление сопротивления воды.
Реми предложил другой выход: не расталкивать воду, а итти по самой водной поверхности, скользить по ней. Для этого Реми выстроил совсем плоскодонное судно и даже винт его установил не в водной массе, а над судном, в воздухе. Авиационный мотор вращал пропеллер. Однако не в одном плоском дне был секрет Реми. Главное, ориентировочно на середине дна был уступ, говоря иначе «редан». Днище судна было ступенчатым. Ступенька — редан — оказала значительную помощь. Когда судно разгонялось, его нос поднимался, вода давила на ровное дно, выпирала его на поверхность, и практически все судно выходило из воды. Только кончик редана да конец кормы были в водной массе, а практически все судно — в воздухе. Судно на самом деле скользило по воде.
По-французски «глиссэ» значит «скользить». Благодаря этому Реми именовал собственное скользящее по воде судно «глиссер» — скользитель.
Многие полагают, что глиссер — это судно с воздушным винтом. Это ошибочно. Все дело только в конструкции днища: если есть редан на дне, значит глиссер. А глиссеры бывают мелководные — с воздушными винтами — и морские — с водяными. Так как глиссер скользит по самой водной поверхности, он может итти по самым очень маленьким речкам. Здесь, разумеется, нельзя устанавливать водяной винт: он запутается в тине, в водорослях, будет цеплять за днище, — приходится устанавливать воздушный винт. А в глиссерах, рассчитанные на работу в море, лучше всего поставить водяные винты, так как водяные винты работают лучше воздушных.
Для нашего Союза глиссеры — важнейшие суда. У нас много очень маленьких речек, по которой мы организовываем быстрое сообщение при помощи глиссеров. Глиссеры могут развозить почту, пассажиров; именно оснащенные глиссеры с насосами могут прибывать тушить пожары; на быстрых глиссерах комфортно оберегать наши границы.
В большинстве случаев на глиссерах ставят авиационные или автомобильные моторы, либо просто так называемые «подвесные». Подвесные моторы с водяными винтами ставят на небольшие глиссеры взамен руля.
Мы попробовали установить нашу небольшую паровую турбину на маленький корпус глиссера. Вышла довольно неплохая модель паротурбинного глиссера. Для производства корпуса необходим только картон, чуть-чуть фанеры и краска на маслянной основе.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ КОРПУСА
внешний вид нашего глиссера показан на фото 19. Там видно, что верх глиссера создан современнейшей, отлично обтекаемой формы. Только крепкий нагрев спиртовкой изнутри и выход отработавшего в турбине пара заставили выполнить много окон для выхода пара, притока чистого воздуха и вентиляции.
Для того чтобы глиссер отлично выходил на редан, дно его от редана к носу должно иметь угол 4-5° с прямой линией, проведенной от редана к кончику кормы (рис. 20). Общий вес глиссера с водой, спиртом — в «полной готовности» — обязан быть ориентировочно 500 г. Если есть тонкая авиационная фанера, толщиной в 1 мм, корпус можно создать из нее. Разные добавочные установки, к примеру батарейка с лампочкой или небольшая динамомашина, утяжелят глиссер и не дадут ему развить достаточную скорость. Разумеется, если не бежать за высокой скоростью хода, можно установить на глиссер прожектор.
Производится корпус так. На рис. 21 на сетке нанесены центральный лонжерон (сверху), обводы днища (внизу, внешняя линия) и обводы палубы (внизу, внутренняя линия). В силу того, что рисунки нанесены на сетку, их легко перерисовать в настоящую величину. Необходимо лишь расчертить бумажный лист клетками со сторонами в 1 см и на эту сетку бережно срисовать рис. 21, следя за тем, чтобы все линии шли точно также, как у нас на рисунке. Можно не делать сетку именно, а взять продающуюся бумагу в клетку и срисовать на нее; на продающейся бумаге сторона клетки равна 5 мм, — значит, следует считать 4 клетки бумаги за одну.
Когда сделаете чертеж в настоящую величину, с него через копировальную бумагу переведите на фанеру рисунок центрального лонжерона и обводы палубы. (Не забывайте, что обводы палубы — это внутренняя линия рис. 21, внизу.) Эти две части необходимы лишь как шаблоны для грамотного изготовления корпуса; их можно создать из какой угодно фанеры, лучше толще. Также переведите на хорошую 3-миллиметровую фанеру прямую часть днища глиссера от редана до кормы — от поперечной линии нижнего чертежа по наружным обводам до кормы. На хороший картон переведите дно глиссера от такой же поперечной линии по наружным обводам до носа. Когда переведете данную часть, удлините ее с правой стороны на 10 мм. Дальше узнаете, для чего это.
Все части вырежьте и соберите так. На центральный лонжерон прибейте сверху фанерный шаблон обводов палубы (рис. 22). Снизу, на собственное место, прибейте 2-мя гвоздями фанерное дно от редана до кормы. После к этому днищу приклейте столярным или, лучше, каким-нибудь влагоустойчивым клеем небольшую древесную планочку таким образом, чтобы она вышла наравне с реданом лонжерона и по ширине была бы точно равна ширине днища здесь. К данной планочке приклейте конец заготовленной картонной части днища, изогните ее точно по центральному лонжерону и зафиксируйте на нем 2-3 гвоздями. Вот сейчас ясно, для чего нужно было вырезать переднюю часть днища: она должна покрыть планочку — редан. Сейчас между днищем и шаблоном палубы появилось место для бортов и кормы.
Для кормы выпилите дощечку толщиной в 10 мм, приклейте и прибейте ее к днищу. Место этой доски показано пунктиром на чертеже лонжерона (рис. 21), видно на чертеже обводов днища и палубы (тот же рисунок, внизу) и на рис. 22. Борты вырежьте из картона. Несколькими гвоздями закрепите их к шаблону палубы, а в соединительных местах бортов с днищем нужно наклеить полосы материи или бумаги. Эти полосы заметны на наших фото. Ходовая часть корпуса готова. Окрасьте ее с наружной стороны голубой краской на масляной основе, но шаблонов не вынимайте до той поры, пока краска не просохнет, иначе корпус сильно покоробится.
Когда краска просохнет, выдерните все гвоздики, объединяющие дно и борты с центральным лонжероном и шаблоном палубы. Шаблоны выньте из корпуса, однако не разъединяйте их: они еще потребуются. Отверстия, оставшиеся в корпусе от гвоздей, залейте краской на масляной основе и выкрасьте корпус внутри. После первой покраски лучше опять заложить шаблоны в корпус, а когда краска просохнет, вытянуть их и окрасить вторично. Шаблоны больше не требуются.
Верхние части корпуса тоже клеятся из картона; их весь вид показан отдельно на фото 23. На рис. 24, сверху, дан чертеж половины стенки размещенной сбоку кабины, внутри — крыша, внизу — носовая часть палубы. Эти чертежи также срисуйте на клетчатую бумагу со стороной клетки в 1 см. Пунктир, идущий полукругом на чертеже обводов палубы (рис. 21, внизу), демонстрирует, до каких пор доходит кабина.
На индивидуальном фото верхних частей корпуса видно, что к носовой части палубы приклеены прямоугольники, а к кабине — картонные полосы по всей длине. На 2-ух фото модели со снятым верхом заметны картонные полосы, приклеенные внутри корпуса. К корпусу приклеены только находящиеся снизу части таких полосок, вверху они чуть отогнуты, и в щели между ними и корпусом ставятся выступающие части палубы и кабины. При таком способе соединения без особых проблем снимать с корпуса верх и опять устанавливать его на место.

УСТАНОВКА КОТЛА И ТУРБИНЫ
Готовый глиссер с установленным котлом и турбиной показан на фото 25. По этому фото легко разобраться во всех деталях установки. Однако, для большей ясности, взгляните еще на фото 26, где модель показана без котла, с одной турбиной. Видите, вдоль днища идет полоска жести с загнутыми вверх краями. А дело все в том, что для выхода глиссера на редан центр тяжести его должен быть на расстоянии % расстояния от конца кормы до редана (рис. 27). Чтобы легко было установить самую тяжёлую часть — котел с водой — в необходимом месте, нужно иметь шанс легко перемещать его. На фото 11 и 14 видно, что котел стоит на проволочных ножках. Эти ножки туго входят между загнутыми краями полосы жести, прибитой к днищу, и предоставляют возможность, перемещая котел, найти положение, при котором центр тяжести оказывается там, где необходимо. Разумеется, выбор места установки котла необходимо сделать на совсем законченном глиссере, с водой в котле, спиртом в спиртовке, перед самым испытанием. На фото 26 видно, что турбина, как и котел, крепится на полоске жести. Ее вал обязан быть наклонен.

ГРЕБНОЙ ВИНТ
Размер и форма винта показаны на рис. 28. Изгиб лопастей, или «шаг», винта необходимо выбрать при испытании глиссера. Заблаговременно это нельзя установить, так как шаг зависит от мощности турбины. Если турбина создана тщательно и отлично выбраны диаметры отверстий сопел, шаг винта может быть большим. Если турбина не даёт высокой мощности, шаг приходится брать поменьше.
Для вала большого труда не составит взять велосипедную спицу. Ниппель спицы разрежьте надвое, одну половину навинтите плотно до конца нарезки, после наденьте винт и заверните его второй частью ниппеля. Данная установка позволит просто менять винт да и сделает легче в последующем сборку всего глиссера.
Сквозь корпус глиссера пропустите трубку, в которой будет вращаться вал винта. Это — дейдвудная труба (рис. 29). Дейдвудную трубу сверните из жести, вовнутрь ее с двоих кончиков вложите и впаяйте спиральные проволочные подшипники, скрученные на спице. Вал винта установите таким образом, чтобы он сформировал с днищем угол в 6° (рис. 30). Из жести вырежьте полоску 35 X 100 мм. В самом центре ее сделайте отверстие по наружному диаметру дейдвудной трубы. Прогните полоску у отверстия, как показано на рис. 29 и фото 31, где глиссер показан снизу. Дейдвудную трубу припаяйте к данной полоске, а полоску прибейте к днищу глиссера.
Чтобы конец вала с винтом не болтался, установите еще на корме жестяную пластинку с проволочной стойкой и спиральным подшипником — спайдерный крепеж. Конструкция спайдерного крепежа весьма понятна по отдельному фото 32, где конец кормы показан снизу. После финальной установки винта на вал внутри корпуса у конца дейдвудной трубы наденьте небольшую шайбочку и припаяйте 2-3 витка проволки, чтобы вал винта не имел возможности выйти наружу. Вовнутрь его не пускает винт, упирающийся в спайдерный крепеж.
Конец вала винта соедините с валом турбины не жестко, а стальной проволочной спиралькой от «конструктора». Подобное соединение нужно: оно позволяет не так тщательно ставить турбину. Все равно, если даже оси винта и турбины не будут продолжать одна иную, пружинка очень хорошо передаст вращение валу винта.
Во время изготовления дейдвудной трубы нужно в виду иметь вот что. Так как внутренний конец дейдвудной трубы выйдет меньше уровня осадки глиссера в водной массе — ниже ватерлинии, — ничто не помешает воде пройти сквозь щели подшипника вовнутрь дейдвудной трубы, а потом и вовнутрь глиссера. Чтобы этого не случилось, перед впайкой второго подшипника в дейдвуд-ную трубу заполните ее густым маслом или вазелином. Отлично еще, рассчитав, в какую сторону будет вращаться винт, так навернуть спирали подшипников, чтобы вал винта «выгонял» воду, вращаясь в подшипниках, словно винт в гайке.

УСТАНОВКА РУЛЯ
Сейчас осталось последнее дело — сделать и установить руль. Размеры его показаны на рис. 33.
Там же и на фото 32 и 34ки. Главное, чтобы руль устанавливался в разных положениях. Благодаря этому ручка его идет по «гребенке» — толстой проволоке с неглубокими пропилами. К V-образной полоске жести припаяйте спиральный подшипник, а, чтобы руль не поднимался и не опускался, с двух сторон подшипника к оси припаяйте упоры — несколько витков проволки. Высота руля рассчитана таким образом, чтобы обезопасить винт от повреждений. Модель можно без зазрения совести устанавливать на стол.
Напоследок, все готово. Налейте воду в котел, спирт в спиртовку, зажгите фитили и дайте воде вскипеть. Через пару минут пар вырвется из отверстий сопел, турбина завертит винт все быстрее и быстрее, глиссер медленно сдвинется с места и пойдёт, набирая скорость.
Если нальете в котел 150 куб. см воды, глиссер будет итти больше 10 минут.
Во время изготовления всякой модели не забывайте, что успех работы решает аккуратность облицовки каждой части. В модели, как и в реальной машине, нет несущественных деталей. Все главное.

Паровая турбина: рабочий принцип 3 разновидностей агрегата

Паровая турбина приносит в наши дома свет и тепло Паровая турбина – это тепловой мотор, который видоизменяет энергию тепла из пара в энергию механическую вращения вала. При помощи паропровода нагретый свежий пар, поступая из котла, подходит к паровой турбине, после этого большая часть высвобожденной энергии тепла преобразуется в механическую работу.

Работа паровой турбины

В турбинной установке находящейся в котле, три среды: вода, пар, и также конденсат создают такой себе закрытый цикл. В процессе изменения, при этом, теряется лишь минимальное количество пара и воды. Это кол-во воды регулярно восполняется добавкой в установку сырой воды, которая проходит заранее через фильтр для очистки воды. Там вода обрабатывается химическими составами, нужными для убирания находящихся в водной массе, не необходимых примесей.

Рабочий принцип:

• Отработавший пар с достаточно-таки пониженными давлением и температурой проникает из турбины в конденсатор.
• Там он встречает на пути систему разных трубок, по которой постоянно прокачивается при помощи насоса циркуляционного охлаждающая вода. Берут ее в основном из рек, озер или водоемов.
• Соприкасаясь с холодной поверхностью трубка конденсатора, выработавший пар конденсируется, превращаясь таким образом, в воду (конденсат).
• Постоянно откачиваясь из конденсатора специализированным насосом, конденсат через подогреватель проникает в деаэратор.
• Оттуда насос передает его в паровой котел.

В установке есть также турбонаддув и подогреватель. Его функцией считается необходимость сообщить конденсату добавочное кол-во тепла. Современные паротурбинные установки в основном оснащены несколькими подогревателями. К тому же, для подогрева питательной жидкости нужна, в основном, теплота от пара, который отбирается из промежуточных ступенек самой турбины в границах 15-30% от совокупного расхода пара. Это даёт прекрасное увеличение КПД установки.

Современная паровая электростанция в действии

Тепло, отработанного в турбине пара поступает в конденсатор через трубки. Кол-во высвобождаемого тепла велико, и, поэтому, охлаждающая вода должна быть нагрета несущественно. В виду этого, расход у мощных паротурбинных установок весьма велик. Порой он может достигать до 20000 м3/час. Тем более если мощность станции 100000 кВт. В данных случаях охлаждающая подается вода циркулярным насосам из речки и после выполнения собственной функции сливается опять в реку, только ниже места забора.

Действие крепкой струйки пара на лопасти приводит вал во вращение в паровых турбинах

В паровых турбинах строение такое, что возможная энергия пара, пройдя процесс расширении в соплах, превращается в кинетическую энергию, способную перемещаться с высокой скоростью. Мощная струйка пара подается на изогнутые лопатки, которые закреплены по окружности диска, насаженного на вал. Действие крепкой струйки пара на лопасти и приводит вал во вращение.

Чтобы изменить энергию пара в кинетическую, необходимо обеспечить ему свободный выход из парогенератора, в котором он находится, по соплу, в пространство. Плюс ко всему, давление пара нужно больше, чем давление того самого пространства. Необходимо знать, что пар будет выходить с очень большой скоростью.

Скорость выхода пара из сопла зависит от подобных факторов:

• От температуры и давления до увеличения;
• Какое давление есть в пространстве, в которое он вытекает;
• Форма сопла, по которому вытекает пар, также оказывает влияние 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, нагнетатели воздуха, насосы, водный и ЖД транспорт.

Устройство паровой турбины

Паротурбинная установка – считается главным типом двигателей на современных тепловых и атомных электрических станциях, которые вырабатывают 85 – 90% электрической энергии, потребляемой по всему миру.

Вид и устройство паротурбинной установки

Паровые турбины выделяются большой быстроходностью. Она в основном равна 3000 об. мин., и имеют при этом сравнительно небольшие размеры и массу. В сегодняшней промышленности сегодня выпускают турбоагрегаты разных мощностей, даже такие, где в одном агрегате при высокой экономности более тысячи милионов ватт.

Изобретен этот аппарат издревле. В его создании участвовали многие ученые мужи. В Российской Федерации основоположником строительства паровых турбин в большинстве случаев считают Поликарпа Залесова, который внедрял данные строения в Алтайском крае в начале девятнадцатого столетия.

Паровые турбины разделяют на:

• Конденсационные;
• Теплофикационные;
• Специализированного назначения;
• Оживленные;
• Реактивные;
• Активно-раективные.

Самая популярная – конденсационная турбина – не прекращает работу с выпуском отработанного пара в конденсатор с глубоким вакуумом. От промежуточных ступенек ее турбин, в основном, берется определенное количество пара в целях регенерации. Основное назначение конденсационных установок – выработка электрической энергии.

Строение паровой турбины

Паровые турбины возводят в качестве неподвижных конструкций, которые применяют по большей части на фабричных силовых установках или электрических станциях, и транспортных, нужных для работы судовых котлов.

независимо от рабочего принципа, сущность происходящих действий останется неизменной – струйка пара, вытекающая из сопла, будет направляться на лопатки диска, имеющегося на валу, и тот приводится в действие.

Паровые турбины отличают по следующим свойствам:

• Оборотам;
• Количеству корпусов;
• Направлению движения струйки пара;
• Числу валов;
• Размещению конденсационной установки;
• Практичности.

Паровые турбины предоставляют долгую производство механической энергии при температуре охлаждающей их воды до 330 С Цельсия. Также турбины должны исполнять продолжительную хорошую работу с нагрузкой номинальной от 30 до 100%. Что нужно для регулирования распределения электрической нагрузки. Самые популярные конденсационные турбины обязаны давать долгое действие при температуре выхлопного процесса до 700 С.

Паровая электростанция: специфики работы установки

Система регулирования работы турбины при резком сбросе мощности и отключении ТГ от сети, должна лимитировать быстрый заброс скорости вращения ее ротора, и не позволить срабатывания датчика безопасности. Работа турбины не исключают вероятность мгновенного сброса электронапряжения до нуля. Также турбины должны предоставляет возможность возобновить нагрузку до исходной, или любой иной цифры в регулировочном диапазоне, при скорости не меньше 10% от номинальной мощности за секунду.

Паровые турбины применяют по большей части на фабричных силовых установках или электрических станциях

Обязательные рабочие режимы:

• С отключенным подогревателем большого давления;
• С нагрузкой в рамках своих нужд в границах 40 минут после сброса;
• На холостом ходу 15 минут после сброса электро- нагрузки;
• Для проведения проверки на холостом ходу 20 часов после пуска турбины;
• Служебный срок рабочих турбин между ремонтами обязан быть не меньше 4 лет;
• Новые агрегаты имеют гарантию в пять лет;
• Период работы на отказ у паровой турбины не меньше 6000 часов;
• Показатель готовности у установки не меньше 0,98.

Паровая турбина имеет служебный срок больше тридцати лет. Как исключение из правил лишь быстроизнашивающиеся детали и детали.

Паровая турбина (видео)

Паровая турбина собственными руками – аппарат, который считается сердцем почти что любой электрические станции, действует по принципу превращения энергии из паровой в механическую. Однако такую машину вполне можно создать и дома. Разумеется это будет мини-устройство, и быстрее всего ваша рукодельная турбина будет газовая или воздушная, однако данная модель также пригодится в обиходе как и паровая турбина для ТЭЦ. Правильно разработанные схема, чертеж и рисунок смогут помочь вам достигнуть хорошего результата от самоделки.

�� ПАРОВАЯ МИНИТУРБИНА Проект походного генератора Игорь Белецкий