Установка турбонаддува

Как соорудить мини-паротурбину своими руками

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

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.

Флюгер для увеличения тяги

Этот усилитель в отличие от предыдущего может вращаться вокруг дымохода. Принцип работы устройства заключается в его реагировании на воздушные потоки, в результате чего от любого дуновения ветра усилитель тяги принимает соответствующее направление. В специальные решетки задувается воздух, что создает постоянное разряжение в трубе.

Демонстрируемое изделие может работать при любых погодных условиях. Оно реагирует даже на небольшое дуновение ветерка. Изобретенное приспособление улучшает КПД котла горения, примерно на 20%. Если установить его на трубу, то не нужно будет делать дымоход очень длинным, можно сократить его видимую над крышей часть.

Устройство турбокомпрессора.

• Турбина с крыльчаткой.
• Воздушный центробежный насос.
• Компрессор.
• Жесткая ось, которая их связывает.
• Подшипники, кольца, клапаны, уплотнения и другие мелкие детали.

Не всегда эти неисправности относятся к проблемам турбокомпрессора, иногда это может быть что то другое, например нужно произвести ремонт глушителя своими руками.

Отработанные газы вырываются из двигателя и попадают на крыльчатку турбины. Она превращает их энергию из кинетической в механическую, а насос через воздушный фильтр подает свежий воздух в компрессор, который сжимает его и отправляет в двигатель. Весь этот процесс помогает увеличить мощность двигателя на 20-50%!, повышая эффективность и скорость сжигания топлива.

Какие бывают неисправности турбокомпрессора и как их распознать?

1. Ваш двигатель внезапно как-будто утратил мощность.
2. Из выхлопной трубы вырывается дым черного или темно-синего цвета.
3. Увеличился расход масла.
4. Изменился звук работы мотора и турбокомпрессора.

Все это свидетельствует о том, что пора убедиться имеется ли у вас в наличии ремкомплект турбокомпрессора и проверить исправность не только турбокомпрессора, но и, в первую очередь, мотора автомобиля и всех его навесных агрегатов. Не пренебрегайте этим советом, потому что качественно обслуживаемый и нормально работающий двигатель обеспечивает безотказную работу турбокомпрессора на протяжении долгих лет.

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.

Установка турбонаддува на ВАЗ своими руками

В связи с этим, существует непреодолимое желание поднять мощность отечественных автомобилей именно с использованием турбонагнетателя. Больше скажем, это вполне возможно, только рентабельность и целесообразность этой затеи под большим сомнением. Обратимся к цифрам, чтобы не быть голословными.

Нам ведь не нужен двигатель, который будет работать только на высоких оборотах? Мы же хотим получать удовольствие и от вождения не только на гоночном треке на своей шестерке или ВАЗ 2107? Тогда придется в корне переделывать весь двигатель. И вот почему. Турбированные двигатели Subaru WRC или Mitsubishi Evolution начинают работать уже с 2000 оборотов в минуту, то есть их объем таков, что необходимое давление турбины должно обеспечить нормальное сгорание 10-12 кг воздуха в минуту для того, чтобы на выходе получить 210-240 сил. Полуторалитровый мотор ВАЗ, любой конструкции, будь то 2103 или 21093, потребует сумасшедшего давления в камере сгорания, чтобы выдать высокий крутящий момент хотя бы на средних оборотах.

«Сумасшедшее давление», значит примерно 2 бара. Это при условии адекватной подачи топлива, которое обеспечило бы сгорание 12 кг воздуха в минуту. Естественно, что полуторалитровый мотор, тем более с хиленькими ВАЗовскими комплектующими, на такое не способен, а значит, прирост в крутящем моменте будет на уровне 3-7%. На лошадиных силах это скажется примерно в том же диапазоне. Следовательно, турбонаддув на ВАЗ поставить можно. Но толку от этого не будет никакого, или же нужно полностью менять все характеристики двигателя, начиная от степени сжатия, заканчивая объемом двигателя и конструкцией ГРМ и питания.

Устройство паровой турбины

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

Вид и устройство паротурбинной установки

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.

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.

Принцип работы автомобильного турбокомпрессора

Турбокомпрессор является сложным устройством, используемым в целях увеличения мощностных характеристик двигателя благодаря большему количеству воздуха, который подается в цилиндры. Принцип работы турбокомпрессора сводится к следующему:

• при попадании в мотор топливовоздушной смеси происходит ее сгорание, которая затем выходит через выхлопную трубу. В начале выпускного коллектора установлена крыльчатка, крепко соединенная с другой крыльчаткой, расположенной уже во впускном коллекторе;
• поток выходящих из двигателя выхлопных газов раскручивает крыльчатку, находящуюся в выпускном коллекторе, которая в свою очередь приводит в движение крыльчатку, установленную на впуске;
• так, в мотор поступает большее количество воздушной массы, а значит, в него подается и больше топлива. Как известно, чем больше сгорает топливной смеси, тем мощнее становится двигатель. Задача автомобильного турбокомпрессора как раз и состоит в том, чтобы поставлять в силовой агрегат больше воздуха для сжигания большего количества топлива, за счет чего и достигается значительная прибавка мощности.

Активный принцип

Так как кинетическая энергия тела пропорциональна квадрату скорости его движения, то даже тела с очень малой массой, но движущиеся с большими скоростями могут обладать большой кинетической энергией. С другой стороны, кинетическая энергия чрезвычайно быстро уменьшается при уменьшении скорости движения тела. По закону сохранения энергии всякое тело, движущееся с некоторой скоростью и задержанное в своем движении должно отдать при этом всю ту энергию, которую нужно было затратить, чтобы сообщить ему скорость, с которой оно двигалось.

При ударе струи о плоскую поверхность, перпендикулярную направлению движения струи, можно предположить два возможных случая:

а) Поверхность закреплена неподвижно; тогда кинетическая энергия задержанной в своем движении струи частично превратится в тепловую энергию, а частично будет расходоваться на отбрасывание частиц жидкости в стороны и в обратном направлении, на образование вихрей в струе и на разрушение поверхности. Никакой полезной работы при этом не будет совершено вследствие неподвижности поверхности.

б) Поверхность может перемещаться (рис 6,а); тогда кинетическая энергия частично превратится в работу перемещения поверхности, которую можно полезно использовать, а частично будет затрачена бесполезно (как и при неподвижной поверхности).

Очевидно, что в паровой турбине потеря энергии, то есть та часть энергии, которая не превращается в полезную работу, должна быть минимальной; кроме того, струя пара не должна повреждать поверхностей лопаток, на которые она направлена. Достигнуть этого при ударном действии струи нельзя; фурма лопаток турбины должна быть выбрана такой, чтобы струя пара, выходящая из сопла, плавно вступала на лопатки и передавала им наибольшую возможную часть своей энергии.

Путем расчета и опытов было найдено, что поверхности тела, на которую направлена струя, следует придать такую форму, чтобы направленная на него струя совершала поворот и меняла направление своего движения на прямо противоположное (рис. 6,б).

Законы механики так объясняют взаимодействие между струей и предметом. На предмет (лопатку) действует со стороны движущейся криволинейно струи центробежная сила; она распределена по поверхности лопатки, оказывает на нее давление и заставляет перемещаться и совершать работу.

На (рис. 7) изображена полукруглая лопатка. Предположим, что на нее направлена струя пара. Каждая частица пара действует на лопатку с силой, равной центробежной силе и направленной по нормали к поверхности лопатки, то есть по линии, соединяющей центр А полуокружности лопатки с центром тяжести частицы. Рассмотрим три такие частицы а, b, и с. Центробежные силы Р, возникающие от частиц а и с, по законам механики можно разложить на силы Р₁, напралвенные вертикально, и на силы Р₂, направленные горизонтально. Вертикальные силы Р₁ направлены во взаимно противоположные стороны и, будучи равными по величине, взаимно уничтожаются, то есть не оказывают влияния на движение лопатки.

Горизонтальные силы Р₂ становятся тем больше, чем ближе частица расположена к точке В, в которой Р₂=Р₁, а Р₁=0. Сумма сил Р₂ представляет собой ту силу, которая заставляет перемещаться лопатку вправо; помножив эту силу на путь, пройденный лопаткой, мы получим полезную работу, совершенную струей пара. При каких условиях эта работа будет максимально малой, мы рассмотрим ниже

На практике струя обычно направлена под некоторым углом к направлению движения лопаток (рис. . Профили лопаток не представляют собой полуокружностей; они образуются отрезками кривых и прямых линий так, чтобы было обеспечено безударное вступление струи пара и высокое использование ее скорости.

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.

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 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.

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.

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.

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:

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.

Заключение

Электрогенераторы турбинного типа пользуются определенной популярностью среди множества промышленных предприятий и электростанций. Однако, прежде чем приобретать подобные устройства, необходимо произвести точный расчет целесообразности их использования, чтобы предприятие работало не в убыток себе.

Что касается применения на бытовом уровне, то в этом нет абсолютно никакой необходимости. Кроме того, это технически и практически невозможно, т.к. габариты данных установок очень велики, не говоря уже об их стоимости. Вопрос изготовления своими руками также достаточно спорный, в силу объективных причин сложности конструкции.

Владельцам же предприятий, которые намереваются использовать паровые установки, можно дать один совет: приобретите сначала генератор небольшой мощности, чтобы можно было оценить на практике эффективность его использования. Неслучайно ведь, что производители выпускают агрегаты от 100 кВт, подразумевая такой рациональный подход.