Генератор твердотопливный паровой

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

@Илеус, Да, да, с этой турбиной как и с биографией самого Теслы я довольно подробно знаком. Просто сделать эту турбину у меня нет пока возможности, поэтому и использовал доставшуюся на халяву автомобильную турбину.
Однако, хочу заметить, что использование именно пара для данной турбины имеет ряд особенностей которые не учли указанные вами экспериментаторы. Дело в том что на выхлопе их турбины нет вакуума, а это сильно снижает мощность турбины и не позволяет использовать эффект резкого уменьшения объёма на выхлопе при конденсации пара, а именно на данный эффект я возлагаю большие надежды . Для их случая полученная мощность будет действительно вычисляться из разности энтальпий пара до и после турбины, вот что получается:
Вход: Р=10 бар, Т=180 С, Н=2777 кДж/кг;
Выход: Р=1 бар, Т=100 С, Н=2676 кДж/кг;
Итого: ΔН=101 кДж/кг, вот и вся энергия из одного кг пара, а ведь на одно только его испарение надо потратить порядка 2500 кДж/кг.
Я бы использовал данную турбину в своей схеме, где после турбины был какой-никакой но вакуум, тогда, я думаю, возможны варианты. Сам Тесла говорил, что энергия разлита вокруг нас и стоит только создать точку с нулевой энергией и она сама со всех сторон потечёт к ней стараясь её заполнить. Вот я и думаю что конденсация это частный пример возможного варианта создания данной точки. Конденсировать можно не только пар, но и например тот-же воздух и он тоже со всех сторон с бешеной силой устремится на заполнение той пустоты которая образуется из-за изменения объёма при конденсации. Но для воздуха этот процесс слишком сложный, хотя и не невозможный. У воды проблема в огромной теплоте парообразования, я перебрал кучу различных веществ в надежде найти идеальное рабочее вещество для турбины, но то зависимость температура-давление насыщ. паров неподходящая, то плотность паров огромная, то ядовиты, то супер дорогой, короче вернулся опять к воде. А сейчас ситуация вообще сложная - не до экспериментов, вот только читаю что другие делают.

 

Турбину, которую сделал этот человек, очень легко воспроизвести и она работает, способна генерировать энергию. Работает как и все прочие паровые турбины на тепловых и атомных кстати станциях. Получить обратно теплоту, затраченную на испарение воды это заманчивая мысль, но осуществить в реальном цикле это смогли только на заре двигателестроения. Например двигатель Ньюкомена был т. н. атмосферическим "вакуумным", он работал на конденсации пара низкого давления и его КПД был не самым блестящим. А вот КПД турбинки на видео вместе с паровым котлом находится скорее всего в интервале от 25 до 30%, что очень хорошо для обычного прикладного применения. Особенно привлекает простота воспроизведения и долгий срок службы, ведь трущихся деталей всего 2.

 

Воздух жать - греть - расширять. Двс показывает как это можно применить в поршневой давилке и расширялке.
А турбореактивные как это делается с турбокомпрессором и турборасширятелем.

Воздух это смесь паров азота и кислорода закипевших на местной горячей планете. Можно пользовать пока не сконденсились.

Граждане почему-то с радостью готовы делать теплообменник огонь-пар-воды но при этом похоже боятся делать теплообменник огонь-пар-азота+пар-кислорода. Или горячий пар кислорода быстро окислит тонкий металл теплообменника ? А на паре воды он тянет дольше ?

 

У некоторых из этих граждан имеется высшее экономическое, финансовое, инженерное теплофизическое и энергетическое образование. Я думаю что именно по этой причине до сих пор газовые турбины не заняли господствующее положение в сфере энергетики большой, хотя в малой энергетике свое место они находят, например в локальной генерации трудятся в США именно небольшие турбогенераторы. Но они работают на магистральном газе, а питать их теплотой сгорания опилок, горбыля и прочего мусора не получится. Именно по причине того что хочется сжигать не газ, за который надо платить, а бесплатные отходы внимание привлекают двигатели внешнего сгорания, а не внутреннего.

 

Я Вам предлагаю подумать и описать температурные условия работы труб в теплообменнике рабочее тело (воздух)/газы от сгорания горючего, материал теплообменника, длину труб и их массу. Например на совсем невысокую температуру 600 градС, есть недорогие марки стали, способные долго работать под нагрузкой при такой температуре, причём я указываю температуру стали, а не температуру рабочего тела, она, понятное дело, будет ниже. Теплообмен между газами потребует очень больших размеров теплообменника, а аэродинамические потери в нём будут громадными. С водой гораздо проще, свободного кислорода она не содержит это во-первых и её теплоёмкость и теплопроводность гораздо выше, значит теплообменник получится вменяемых размеров, а трубы прослужат долго, обычно это срок 100 или 200 000 часов.
Получается что паровая машина гораздо более реальна, именно поэтому она существует уже больше 200 лет и существовать будет дальше. Теплоту конденсации в режиме когенерации можно очень легко утилизировать и в этом случае КПД агрегата становится близким в 100%. а ведь для стационарных агрегатов вообще и для автономщиков в частности интересна именно когенерация, особенно для живущих в таёжной области. Ленинградская область относится именно к ней.
Сварщики вон котлы водяные монстрячат вовсе без конденсации и меряются между собой КПД этих приборов.

Они почему-то думают что КПД котла зависит от горелки, хотя на самом деле оно зависит от полноты сгорания топлива и полноты теплообмена. А когда им пишешь про конденсацию - грязно ругаются потому что их котлы не сжигают топливо полностью и на выходе имеют в конденсате дёготь, смолу и прочую муть.

Это говорит о том что в глазах незатейливого производителя и такого же потребителя лишние 20% КПД вовсе ни к чему, им главное чтобы аппарат был как можно дешевле, а это получается при максимально низкой материалоёмкости. Т. е. этот критерий важнее критерия снижения КПД, повышение которого при использовании воздуха вовсе не очевидно ещё. Пока это только идея даже не обсчитанная.

 

Именно так я себе представлял расклад. Спасибо.

 

Эти сказки про великую радость когенерации в автономии идут похоже от обитателей квартир. Без опыта личного автономного проживания. Им действительно подают в городах электро и тепло от когенерирующих теплоэлектросистем крупных и централизованых.

В нормальной экономной автономии расход топлива на добычу электроэнергии намного меньше расхода на отопление. Ну при кпд добычи около 0.2. Который получается при использовании обычного дешевого (до войны так особенно) двс на гретом паре азота. Конечно при кпд добычи 0.02 как у плохой паромашины или паровоза на гретом паре воды уже количество выбрасываемого тепла от добычи электроэнергии будет примерно годно на отопление.
Но еще вылезет вторая проблема - при зимовке в ледяном мордоре батарейки автономной системы заряжаются относительно редко и их и хочется заряжать пореже. Обычно это делается где-то раз через 1 или 2 дня. Или еще реже в более многоимущем случае. А для отопления нужен поток теплоэнергии и достаточно равномерный и сообразный погоде. Делать еще и теплоакумулятор для буферизации потерь тепла от добычи электроэнергии на двое суток и более это вообще ужас - на тонны воды например. Или надо делать очень тяжкий дворец чтобы в нем при протопке единицы часов через два+ дня зимой температура менялась на начальные градусы. И во время жутко мощной протопки тоже.
В городах разруливанием проблем когенерации занимаются специально оплачиваемые граждане, а в автономии пилотировать систему когенерации придется хозяину лично за счет своего времени.

 

На самом деле в настоящей автономии обязательно присутствует ещё сад и огород, если их нет то это демиавтономия. Мало того, эти сад и огород в настоящей автономии полагается кормить азотом и фосфором, которые выделяют животные, в том числе человек, в этом состоит сермяжная правда кругооборота говна в природе. Сегодня говно - а завтра уже картошка. Туда же очень правильно закачивать углекислоту, которую тоже выделяют люди и паровой например мотор. Закачивать туда выхлоп ДВС не лезет ни в какие ворота ибо нехаляльный этот выхлоп.

К чему это я? А к тому что огородники непременно ставят теплицу. К чему это я снова? А к тому что весной теплицу надо греть непременно, а иногда и летом тоже надо греть. А ещё её надо досвечивать фитолампами. Вот куда нужно направлять весенний как_бы_избыток тепла. Растения уверенно стартуют, уверенно растут и уверенно плодоносят. Сюда же можно отнести и усадебный пруд например с амурами, они травоядные, любят например ряску и траву всякую. Его, пруд этот, тоже можно греть чтобы сезон нагульный у рыбы длился дольше. Физик Нернст разводил карпов, когда его спросили почему именно карпов, а не куриц например или кроликов, он ответил что не собирается из своего кармана греть небо.
Как же он был прав, этот Нернст!

 

Как там с генератором у автора? Что показывает практика?

 

Здесь отвечу. Я вижу что ваши спецы по турбинам в турбине Теслы вообще ничего не поняли. Дело в том что в обычной турбине пар непосредственно давит на лопатку, крайне желательно перпендикулярное направление давления по отношению к поверхности лопатки. В этом случае давление пара имеет решающее значение для эффективности этого устройства. А турбина Тесла использует совсем иной физический принцип - вязкое трение рабочего тела в тонком пограничном слое Прандтля. Здесь имеет значение скорость движения рабочего тела и его вязкие свойства. Сопло безусловно нужно потому что в сопле как раз формируется поток рабочего тела той или иной скоростью. В приведенной ссылке автор инкарнации турбины соорудил сопло Лаваля, он не сразу понял что его нужно делать, но когда понял то сделал и получил прирост эффективности. Т. е. давление конвертируется в сопле в скорость и по этой причине турбине Тесла не нужно быть многоступенчатой, ее ступени это центростремительное спиралевидное движение пара вдоль диска от периферии к центру. Сколько оборотов в этой спирали столько ступеней у турбины.
Что касается скорости вращения то никакой катастрофы со скоростью нет. Промышленной практике давно известны способы балансировки валов, а валы турбин вообще самобалансирующиеся, об этом можно почитать в инете. Также существуют в природе керамические высокотемпературные высокооборотные подшипники, также существует магнитный/электромагнитный подвес вала турбины, также существуют лепестковые газодинамические подшипники, в которых вал висит на воздушной подушке. Я привел видео, на котором реальная турбина Тесла паром крутит электрогенератор, выдавая 2,5 кВт электричества: Ее параметры известны и катастрофы с КПД никакой нет. Для когенерации в стационарном применении самое то. А стирлинги можно по всякому тереть, вот только до ума их никак не доведут.

 

КПД подсчитан по результатам теста: "Первый тест проводили с давлением перед соплами 1,1 бар. В данном тесте рабочее напряжение составило ~13 В, ток ~11,9 А, что составляет мощность ~154,7 Вт. Перепад давления составил ~4,5 мм водяного столба, внутренний диаметр выхлопной трубы - 57 мм, температура в точке отбора давления -33 С, при такой температуре и атмосферном давлении удельная плотность воздуха составляет примерно 1,45 кг/м3, удельный объем - 0,55 м3/кг. Соответственно, весовой расход воздуха составил ~125 кг/ч, объемный ~47,5 м3/ч. Относительный эффективный КПД турбины составил примерно 47-48%. (Это не полный КПД системы, это отношение кинетической энергии струи к механической энергии на валу турбины) " http://www.teslatech.com.ua/index.php?option=com_content&view=article&id=46&Itemid=47

 

Я вам привёл факт, что Стирлинги серийно производятся и продаются. К этому добавлю, что стирлинги серийно производились ещё в XIX веке. А вы мне не можете привести такой факт про турбину Тесла. Так что я не знаю, что вы понимаете под "доведением до ума".

У Стирлингов тоже внутренний КПД порядка 50%. Но вы этот КПД потом умножите на КПД термодинамического цикла, КПД топки, КПД генератора. Без перегрева я сразу могу сказать, что КПД Карно для вашей турбины с давлением на входе в 1,1 ати и на выходе 0 ати составит (120-100)/(120+273)= 5%. Т. е. ожидаемый КПД системы = 1,4%.

(данные о давлении пара есть хотя бы тут http://thermalinfo.ru/publ/gazy/neorganicheskie_gazy/fizicheskie_svojstva_vodjanogo_para_na_linii_nasyshhenija/27-1-0-34)

Т. е., без перегрева сразу нечего ловить. Перегревать можно где-нибудь до 500С на практике, иначе у вас твердотопливный котёл прогорит - вы не сможете его регулировать. Единственный метод защиты котла - это не греть его до предельной температуры металла. Т. е., если у вас котёл из нержавейки (предел 650С), то греть его можно где-нибудь до 400-500С, чтобы оставался запас на погрешности управления. Цифру запаса 150С я взял, честно говорю, с потолка, но нам нужна реальная инженерная работа, а не розовые мечты. Этот запас у вас всё равно будет. Дай Бог, если он будет не больше 150С. Я сейчас так слёту не посчитаю, какой КПД цикла с перегревом (и так на вас кучу времени уже потратил сегодня). Попробую прикидочно. Разделяю мысленно цикл на две отдельных тепловых машины - одна работает с насыщенным паром, другая занимается только перегревом. Вы подведёте примерно 2МДж на кипячение килограмма воды и 400кДж на догрев до 500С. Тепло догрева вы будете в среднем подводить при (500+100)/2 = 300С. Подача тепла в среднем при 300С, сброс при 100С, КПД Карно = (300-100)/(300+273)=35%, количество тепла 400кДж. Второй цикл соответствует кипению воды - КПД 5%, количество тепла = 2000 кДж. Складываем эти цифры со своими весами:

(400*35%+2000*5%)/(400+2000) = 10%.

Я грубо посчитал и вам может быть непонятно. На самом деле надо брать интеграл или считать КПД цикла по методикам, принятым в теплотехнике. Этим я не буду заниматься. Вам нужна эта турбина - вы и должны быть уверены, что она будет хорошо работать.

Я не Бог и мог ошибиться, но с вероятностью 90% я не ошибся и КПД цикла у вас будет примерно 10%. Далее умножаем на реалистичные КПД компонентов системы: турбина 0,5, котёл 0,7, генератор 0,8 и получаем 2,8%. Далее можете посчитать расход топлива и заплакать (я это всё проделал уже очень и очень давно).

Теперь сравниваем с заявленным КПД реально существующего и серийно производимого стирлинга от Висманн. Он равен 15% (это КПД системы). В эту цифру я верю, потому что я просчитывал и стирлинги тоже. Или с КПД серийного бензогенератора в 20% (в него я не так сильно верю, но почему бы и нет).

Откуда берётся разница между 2,8% теслы и 15% стирлинга? Оттуда, что турбина должна быть многоступенчатой, каковой она и является на всех без исключения паровых электростанциях, и ступеней в ней должно быть много (десятки). То есть, с точки зрения термодинамики наш Украинский коллега даже не приступал к конструированию: идёт отработка одной ступени. Т. е., радуясь цифре 50%, вы пребываете в иллюзорном мире, без всяких преувеличений.

Дальше. Есть ещё одна мааааленькая проблемка. Когда вы перегреете пар, у вас и подшипники тоже нагреются. На больших электростанциях, если я правильно понимаю, подшипники вынесены за пределы горячей зоны. В автомобильном турбонаддуве подшипники скольжения охлаждаются интенсивным потоком масла, именно поэтому некоторые турбированные двигатели нельзя сразу глушить после поездки. Всеразличные магнитные подвесы и газовые опоры - это тоже очень сложная и дорогая технология. Вам тоже придётся чем-то подобным этим заняться и это не будет так уж просто.

Когда у вас в системе появится масло, появится и возможность его утечки в пар. Теоретически можете попробовать смазывать подшипники водой, но тогда может возникнуть кавитация и коррозия.

И т. д., и т. п.

 

Откуда вы знаете в каком мире я пребываю? Турбины Тесла также производят серийно, но то что мне известно это то что их производят как насосы для перекачки жидкостей, в том числе загрязненных. Такие насосы давно производят в США. Наш украинский мастер проводит большую работу по изучению идейного наследства Тесла, среди прочего он сконструировал и изготовил двигатель внутреннего импульсного сгорания на основе турбины. Вы считаете резинового коня в сферическом вакууме потому что 1,1 бар это было испытательным давлением для микротурбины, а не номинальным режимом. Можете посмотреть на его сайте другие материалы, их там уже довольно много набралось, это все реальные железки, реальные давления, реальные цифры. Очень большой КПД мне не нужен потому что я не собираюсь строить мотор для транспортного средства, мне достаточно генерирования электричества приблизительно 1 кВт, если при этом котел будет генерировать 20-30 кВт тепла я не сильно огорчусь. По поводу ступеней вы сильно заблуждаетесь и природу этого заблуждения я описал уже, описание этого вашего заблуждения вы оставили без комментария чему я не удивляюсь, это показательно. Также меня не удивляет ваше мнение о подшипниках, я уже писал про керамические подшипники, их изготавливают из карбида кремния и их рабочая температура слегка за 1000 градусов, но эта температура им не грозит потому что подшипники также можно вынести из зоны больших температур, мало того, подшипники находятся в этой турбине именно в области небольших температур, потому что они в центре, через него происходит выхлоп отработанного пара. Я вижу что вы вообще даже не вдумываетесь в конструктив этой турбины, но беретесь придумывать, вернее галлюцинировать мне миры в которых я якобы обитаю. Керамика нужна потому что частота вращения турбины велика и поэтому шарики или ролики будут сильно нагреваться. О газовых опорах я не писал, я писал о газодинамических лепестковых подшипниках, вы по диагонали читаете и перпендикулярно комментируете, я понимаю почему. Меня может интересовать мнение человека, который потратил пару минут на то чтобы хотя бы узнать что такое эти подшипники и как они устроены, а устроены они также примитивно как и сама турбина Тесла. Я вам о них написал, можете посмотреть, а можете мимо пройти, мне это совершенно все равно. Масло появится в системе только если вы его туда накапаете, но я вам это сделать в моей турбине не позволю, капайте в свой стирлинг. Ваша писанина о паровых моторах скушна и уныла, читающему вообще становится странно что они почему-то существуют, видимо потому что вы ранее недоглядели за человечеством, в результате оно добывает энергию исключительно из паровых турбин даже на атомных станциях, а стирлинги совершенно незаслуженно, по вашему мнению, презирает. Распишите КПД паровых машин конструкторам например Белоярской АЭС.

http://podarihit.ru/kupit-bloknot-kak-upravljat-vselennoj.html

 

Вот когда будут их производить для когенерации, тогда и будет предмет для разговора. Пока его нет.

Что вы мне привели в качестве экспериментальных данных, то я и посчитал. Остаётся открытым вопрос, будет ли на номинальном режиме КПД турбины в 50% или он упадёт, скажем, до 5%.

Это слова. Доказательством является расчёт и его у вас нет. Если у вас вдруг будет расчёт киловаттной ТТ (или, лучше, результат испытаний), который покажет достижимость КПД системы в 10%, то позовите меня - я посмотрю на него повнимательнее. Тогда, может, я и брошу свои стирлинги. А пока - по стирлингам у меня есть расчёт, который обещает 22% для 4-киловаттной установки, я предполагаю, что такую установку можно сделать и меня это вполне устраивает.

Осталось, чтобы и ваши единомышленники не огорчились КПД системы в 3,3-5%. А то вдруг после расчёта стоимости эл. энергии окажется, что это невыгодно и данная установка неконкурентоспособно. Во всяком случае, мне КПД в 5% не интересен. Это только лес переводить, мне лес жалко. 10% тоже мало, но я понимаю, что это близко к пределу возможного, поэтому на это можно посмотреть. По хорошему, нужен КПД хотя бы в 20%.

В целом я всего лишь развёрнуто ответил на ваши предложения. Если мой ответ не был полезен, извините. Я могу быть в чём-то неправ, например, я плохо знаю про сверхзвук, но если мы расходимся в целях, то это не так уж и важно. Я ни в коем случае не стремлюсь никому навязать своё скучное мнение