Газотурбинная мини-тэц на дровах, угле и всем, что горит

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

Тема электроэнергии из всего что горит не всем интересна.

 

Мало у кого получается собрать че-нить полезное.

Вот мысля про газожидкостную систему - там сильно все проще по поршням и механике.
Два гидроакумулятора - в них по половине жижи типа воды. Ну и как положено пожатый воздух. Между ними мелкая малооборотная водяная турбина (гидродвигатель) и генератор. Если один нагреть костром - давление возрастет и вода потечет через турбину - будет крутиться генератор и генерить. Потом нагретое выпускается в атмосферу - вода течет обратно.

Еще варианты - на расширяемых жидкостях. Но там имхо все как-то сложнее - вмеру дешевые и прилично расширяющеся жидкости в хозбыт деревенских температурах (и при терпимых давлениях) это например диоксид углерода или диоксид серы. Т. к. сжимаемость у них достаточно малая в жидком виде - то давления будут большие, а перепады объема малые - возможно понадобится редуктор повышающий перед генератором.

Но кпд у таких систем наверное будет сравним с текущими термоэлектрогенераторами - только что конструкция ремонтопригодная в деревне.

Зато жидкостями имхо намного проще снимать тепло из топки где че-нить горит через типовой трубчатый теплообменник.

 

Эффективный теплообменник, работающий в циклическом режиме, сложно организовать технически, кстати в этом одна из причин почему до сих пор нет в продаже стирлингов.

Поршни и механику можно взять готовые: компрессор продаётся в магазине, детандер это четырёхтактный двигатель, например от бензинового генератора, только с переделанной головкой цилиндра. Там нужно чтобы период срабатывания клапанов был не один раз за два оборота коленвала, а за каждый оборот и впускной клапан должен открываться не в сторону поршня а в сторону магистрали высокого давления.

Теплообменник не имеет особых отличий например от перегревателя пара в котлах, по моим прикидкам для двух киловатной машины габариты теплообменника будут 0,6 м вдлинну и 0,4 м диаметром.

 

Какой покупать ? Производительность, ресурс, давление на выходе ?

 

По прикидкам, если в качестве детандера использовать двигатель объёмом 350 см3
температура нагрева воздуха в теплообменнике 550 град цельсия
давление за компрессором 5 атмосфер
при оборотах детандера 1500 об/мин
производительность компрессора 0,35 кг/мин
полезная механическая мощность на выходе системы составит 750 вт.
Подойдет небольшой бытовой компрессор для покраски или пневмоинструмента.


Не плохо бы проверить кем либо ещё эти оценки.

 

После компрессора воздух нагретый - его надо охлаждать перед подачей в теплообменик ?

Имхо если 20 цельсиевых воздух быстро (адиабатически) сжать в 5 раз - у него температура будет 600 цельсиевых. Тогда в теплобменнике 550 градусов цельсия он будет только остывать.

А если охлаждать вышедшее из компрессора опять до 20 градусов - это же потери энергии, потраченой на сжимание.

Бытовые компрессоры обычно охлаждаются и весьма прилично чтобы ресурс был побольше - из них обычно уже достаточно холодный воздух выходит - так что тута потери гарантированые.

В типовом турбовинтовом двигателе самолетном - компрессор сжимает, потом без промежуточного охлаждения догревается сгоревшим топливом и подается на расширение в турбинный кусок двигателя. И то тама кпд весьма средний - может даже меньше поршневого из-за меньшего сжатия.

Так что как тута с отдельным вынесеным компрессором и охлаждением сжатого получать кпд аж целых 30 процентов - плохо понятно.

В автодвс всякие интеркулеры между компрессором и цылиндерами охлаждают сжатое чтобы больше кислорода влезало в цылиндер за такт и выжать больше мощщу с той же возимой железяки.

 

А с ресурсом у него как ? Может сжимать без замены на следующий хотя бы 10 000 часов с типовым техобслуживанием каждые 100..500 часов ? Или он подойдет только для макетирования, а потом уже искать компрессор с требуемым ресурсом.

 

При адиабатическом сжатии в компрессоре до 5 атмосфер температура поднимаетса с 30 до 180 градусов и охлаждать воздух совсем нельзя а наоборот нужно нагреть его в теплообменнике до 550 градусов.

 

Обычно в компрессорах заявляют рабочее давление порядка 10 очков, а нам достаточно и 5 поэтому и ресурс будет побольше.


И конечно же речь идёт о макете.

 

У меня считалось так - есть объем 1 и его сжимают в 5 раз до 0.2.
По адиабатическому процессу pV^k=const
для двухатомных азота и кислорода k=7/5
10^5*1^(7/5)=10^5 const=10^5
P=const/V^(k) P= 10^5/(0.2)^(7/5) ~= 10^6 т. е. давление в 10 раз больше (пока горячий).

PV/T=const const=10^5*1/300 = 333
T = PV/const T= 10^6*0.2/333 = 600 кельвинов - 327 цельсиевых. Это меньше 600 но таки больше 180 существенно.

Чтобы в горячем состоянии было 5 атмосфер надо давить меньше 5 раз по объему получается.

Так в бытовых компрессоров сжатие указывается для остывшего до исходной температуры газа ? Во сколько раз в цилиндре давят ? Или там давят пока давление в накопителе до срабатывания реле дойдет, а механика давит до чего-то выше давления остывшего газа в накопителе ?

Чтобы после сжатия без остывания газ удерживать - надо весь компрессор теплоизолировать, а ему будет плохо при температурах выш 200 градусов. Типовые смазочные масла еле выдерживают около 220 градусов. Какого типа компрессор предлагается использовать для сжатия без охлаждения и какой ресурс будет ?

 

Чтобы сжать воздух адиабатически до 5 атмосфер нужно его сжать по объёму в 3,2 раза при этом его температура повысится с 27 до 178 градусов цельсия.

Охлаждение головки цилиндра компрессора конечно нужно сохранить для его нормальной работы. Остывание воздуха за время нахождения в цилиндре будет незначительным.

Сжатый воздух по теплоизолированной трубе поступает в теплообменник для дальнейшего нагрева.

 

Следующий механический вопрос - вот горячий воздух с давлением 5 ат пошел в подогреватель. Там подогрелся и повысил давление еще больше. А как после этого туда компрессор еще затолкает что-то с давлением 5 ат ? Или надо ставить газоинерциальные импульсные направляющие аппараты Теслы чтобы обратно в сторону компрессора газу было трудно двигаться ?

 

Как вы говорите "газоинерциальные импульсные направляющие аппараты Теслы чтобы обратно в сторону компрессора газу было трудно двигаться", нет всё проще, обратных клапанов не надо, В теплообменнике газ нагревается и расширяется при постоянном давлении и сразу поступает детандер. Давление и температура в теплообменнике будет определятся полезной нагрузкой и итенсивностью горения в топке. Автомат должен следить за давлением или оборотами (в зависимости от задачи и регулировать заслонку топки.

 

Дык того - если взять двух цилиндровый поршневой аппарат - в одном сжимать - в другом детандировать. Или это и получится двигатель Стирлинга в итоге ?

Объемы цилиндров должны быть разные - где-то на величину расширения после нагрева ? С178 до 550 градусов это где-то раза в 1.8 получается расширение при том же давлении ?

Есть по слухам готовые ступенчатые поршневые компрессоры с разными объемами цилиндров и промежуточным холодильником. Вот вместо холодильника промежуточного подать сжатый газ в печку на догрев. А направление потока поменять на обратное - чтобы меньший цилиндр сжимал, а в большом расширялось.

 

Советским юным техникам предлагалось делать паровые машинки с качающимся цилиндром - там качание цилиндра и обезпечивает газораспределение. Но наверное трение повышеное из-за длинного поршня и как-то надо смазывать цилиндр и плиту поворотную - маслонасос ставить ?