Паротурбинные установки своими руками: Паротурбинную установку купить купить Б/У в Желтых Водах

Подбор паровых и газовых турбин

Выбор типа турбинной установки определяется следующими факторами: имеющейся площадью для размещения оборудования, типом используемого топлива, необходимой мощностью, наличием источника водоснабжения.

В условиях ограниченной площади важным параметром является отношение мощности к единице объема оборудования, МВт/м³, позволяющее оценить необходимую площадь для размещения основного и вспомогательного оборудования. Для газотурбинных блоков отношение мощности к единице объема, МВт/м³, существенно выше, чем для паротурбинных, т.к. паротурбинная установка требует наличия энергетического котла, конденсатора, наличия системы охлаждения оборотного или проточного типа.

Газотурбинные установки небольшой мощности, примерно до 30 МВт могут поставляться пекеджорами таких установок в блочно-модульном исполнении максимальной заводской готовности, не требуя строительства здания для размещения котельного оборудования и самой паровой турбины. Общая масса оборудования газотурбинных установок при той же мощности также будет существенно ниже по сравнению с паротурбинной установкой.

Основным ограничением применения газовых турбин является максимальная единичная мощность газотурбинной установки, не превышающая 570 МВт, в то время как для паровых турбин максимальная единичная мощность достигает 1200-1400 МВт.

Все паровые турбины требуют высокого качества питательной воды, особенно работающие на сверхкритических параметрах, установленных в блоке с прямоточными парогенераторами. В прямоточных парогенераторах испарение и перегрев воды происходят за один проход через поверхности теплообмена. В связи с этим повышаются требования к качеству воды и затрудняется удаление солей и шлама из прямоточных парогенераторов, в отличие от парогенераторов барабанного типа, где за счет многократного прохождения между верхним и нижним барабанами возможна эффективная периодическая и непрерывная продувка.

Парогенераторы прямоточного и барабанного типа для паротурбинных блоков 300-1200 МВт имеют существенные габариты и высоту, требуют для своего размещения строительства специальных зданий большой высоты. Паровые турбины таких блоков размещаются в отдельном цехе.

Паротурбинные установки всех типов требуют наличия системы циркуляции охлаждающей воды, для конденсации отработавшего в турбине пара. Охлаждение циркуляционной воды вызывает необходимость строительства градирен в случае замкнутой системы охлаждения, что увеличивает площадь строительства и приводит к росту капитальных затрат.

Указанные сложности ограничивают возможности применения паровых турбин при отсутствии необходимой площади для размещения оборудования и также увеличивают капитальные затраты по сравнению с газотурбинными блоками.
Считается, что стоимость строительства 1 кВт установленной мощности для газотрубинных и парогазовых блоков составляет около 1 500 евро, включая стоимость проектирования, монтажа и самого оборудования.

Неоспоримым преимуществом паротурбинных блоков является большой ресурс оборудования, 50 лет и более, а также более низкие эксплуатационные затраты по ремонту и обслуживанию по сравнению с газотурбинными блоками.
Преимуществом газотурбинных установок является компактность и более низкие капитальные затраты, отсутствие парогенератора, системы хим. водоподготовки. Существенную долю эксплуатационных затрат газовых турбин может составлять замена воздушных фильтров КВОУ, устанавливаемых на входе в компрессорную часть газовой турбины.

Недостатком газовых турбин является сравнительно небольшой ресурс проточной части, лопаток турбины и камеры сгорания. Стоимость ремонта и замены выработавших свой ресурс компонентов газовой турбины могут составлять значительную долю от стоимости самой турбины.

---

Паротурбинные электростанции на аэростатах — Энергетика и промышленность России — № 01-02 (93-94) январь 2008 года — WWW.EPRUSSIA.RU

http://www.eprussia.ru/epr/93/6891.htm

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 01-02 (93-94) январь 2008 года

У большинства людей солнечная электроэнергетика ассоциируется, прежде всего, с солнечными фотоэлектрическими батареями.

Однако уже много лет используются теплообменные элементы с селективным светопоглощающим покрытием. Образующие его вещества обладают свойством поглощать практически всю падающую на них солнечную энергию (до 97%) при крайне незначительном собственном тепловом излучении (3‑4%). Если изолировать такой элемент от охлаждения наружным воздухом, то за счет обычного (неконцентрированного!) солнечного освещения поверхность элемента способна нагреться до 200о С и более.

Возможность получения столь высоких температур открывает широкие возможности для создания солнечных паровых «котлов» и на их основе – паротурбинных энергетических установок. Иначе говоря, подобные преобразователи солнечного излучения можно использовать для получения водяного пара с параметрами, позволяющими организовать эффективный термодинамический цикл в обычной паровой турбине. Коэффициент полезного действия такой солнечной паротурбинной установки составляет 15‑20% – то есть сопоставим с кпд фотоэлектрических батарей.

Преобразователь энергии – баллон

Понятно, что для солнечной паротурбинной установки требуются принципиально иные конструктивные решения, чем для водонагревательной. В 2002 году был выдан российский патент № 2184322 на солнечную аэростатную электростанцию с паровой турбиной. В этой установке преобразователем солнечной энергии в тепловую является заполненный водяным паром баллон аэростата. Оболочка баллона выполнена двухслойной.

Внешняя ее часть прозрачна и пропускает солнечное излучение. Внутренняя покрыта селективным поглощающим слоем и разогревается солнечным излучением до 150‑180о С. Воздух между слоями оболочки является теплоизолятором, уменьшающим потери тепла. Температура пара внутри баллона составляет 130‑150о С, давление – равно атмосферному.

Водяной пар нагревается при контакте с поглощающей оболочкой. Для водяного пара при атмосферном давлении на уровне моря температура насыщения равна 100о С, поэтому водяной пар внутри баллона при температуре 130‑150о С оказывается перегретым.

Если в перегретом водяном паре распылять воду, она испаряется. Именно таким простым и эффективным способом происходит генерация пара внутри баллона. Из баллона пар по гибкому паропроводу подается в паровую турбину и, выходя из турбины, превращается в конденсаторе в воду. Из конденсатора вода насосом вновь подается внутрь баллона, распыляется в нем и испаряется при контакте с перегретым водяным паром.

Горячего водяного пара, находящегося в баллоне, достаточно для бесперебойной работы паровой турбины в темное время суток. Из‑за расхода пара и охлаждения баллона за ночь подъемная сила аэростата уменьшится всего на 10‑20%, что мало повлияет на его высоту. В дневное время в результате нагрева солнечным излучением запас пара будет восполняться. Мощность турбогенератора можно изменять в течение суток в соответствии с нуждами потребителя. При диаметре баллона свыше 100 м подъемной силы водяного пара, находящегося внутри баллона, достаточно для подъема конструкции в воздух.

Возможны несколько типов солнечных аэростатных электростанций в зависимости от способа их размещения.

Наземные и морские станции

При наземном базировании аэростат с баллоном диаметром 200‑300 метров может располагаться на высоте нескольких сотен метров над поверхностью земли, при этом силовая паротурбинная установка будет расположена на земле, а пар из баллона в турбину подаваться по гибкому паропроводу.

Опыт сооружения подобных установок на Тайване показал, что оптимальной конструкцией теплообменника парового «котла» с точки зрения кпд является совокупность гибких трубчатых экранов, на поверхность которых нанесено поглощающее покрытие. По трубчатым экранам с помощью газодувки (компрессора низкого давления) прокачивается водяной пар из баллона, и он нагревается при контакте со светопоглощающей поверхностью экрана.

Работа системы клапанов экранов организована таким образом, что пар движется только по каналам, освещенным солнцем. Водяной пар, находящийся внутри баллона, изолирован от наружного воздуха многослойной пленочной теплоизоляцией, обладающей при малой массе высокой теплоизолирующей способностью. Такая оболочка является термическим полупроводником, через который «закачивается» тепловая энергия внутрь баллона. Потери тепла за счет теплообмена с атмосферным воздухом составляют не более 10% за сутки.

Пленочная теплоизолирующая оболочка прикреплена к каркасу из капроновых или углепластиковых канатов. Подобная конструкция рассчитана на ураганный ветер со скоростью до 50 м/с. При диаметре баллона 200‑300 метров паротурбинная установка способна выдавать среднесуточную электрическую мощность в 1000‑5000 кВт.

Так как продолжительность светового дня меняется в зависимости от времени года, среднесуточная мощность опытной модели солнечной аэростатной электростанции на юге Тайваня с июня по декабрь изменялась в 1,5 раза. Для более высоких широт этот показатель, естественно, будет выше. Поэтому подобные электростанции наземного базирования эффективны для размещения в районах, где в году не менее трехсот солнечных дней. Это побережье Средиземного моря, районы Северной Африки, Ближнего и Среднего Востока, Средней Азии, Каспийского моря, Забайкалье, Монголия, Западный Китай, Австралия, Юго-Восточная Азия и др.

Проблемы защиты

Существует, однако, обстоятельство, которое может помешать широкому распространению солнечных аэростатных электростанций наземного базирования. Дело в том, что их баллоны чрезвычайно уязвимы с военной точки зрения. В баллон диаметром 200‑300 метров трудно промахнуться при стрельбе из любого оружия, а попадание в него даже ружейной пули хотя и не приведет к немедленному прекращению работы электростанции, но чревато весьма неприятными последствиями. Именно опасность военного конфликта ввиду напряженных отношений с Китайской Народной Республикой привела к замораживанию тайваньской программы развертывания солнечных аэростатных электростанций.

Одним из решений проблемы военной безопасности солнечных аэростатных электростанций является их морское базирование на якорных платформах. К платформе канатом крепится аэростат, внутренняя часть которого соединена гибким паропроводом с паровой турбиной, размещенной на платформе. Вырабатываемая электроэнергия по кабелю передается на сушу. Платформа представляет собой компактную конструкцию диаметром около десяти метров, она собирается на берегу в заводских условиях и буксиром транспортируется к месту базирования.

В горах над облаками

Профессор Пекинского университета Ван Ли предложил размещать аэростатные электростанции в высокогорных районах, выше облачного слоя, где их работа не будет зависеть от погодных условий. Транспортировать электростанции к местам установки предлагается по воздуху грузовым дирижаблем. Размещение 10000 солнечных аэростатных электростанций в высокогорных районах Тибета не только полностью обеспечит электроэнергией этот пока еще отсталый район, но и позволит поставлять электроэнергию в соседние провинции Китая.

Выше облачного слоя на высоте 5‑7 км от поверхности земли (моря) электростанции можно размещать, и не забираясь в горы. При этом силовая паротурбинная установка может располагаться как внизу, так и в люльке аэростата. При наземном расположении паротурбинной установки баллон с паром может соединяться с паровой турбиной гибким паро­проводом длиной около 7000 м. Опыта изготовления подобных паропроводов пока нет.

Одним из вариантов может быть трубчатая конструкция из мягких оболочек и мягкой теплоизоляции. В качестве материала несущей оболочки возможна армированная стеклоткань, применяемая в настоящее время в воздуховодах большого диаметра и работающая при температурах от -70о С до +650о С. Для пароизолирующей оболочки возможно применение полиамидной пленки (допустимая температура +180о С). Масса такого гибкого паро­провода длиной 7000 м составит всего 15% от массы оболочки баллона.

Питательную воду внутрь баллона можно подавать каскадом насосов. При подвесном размещении паротурбинная энергоустановка крепится в люльке аэростата, а электроэнергия по кабелю передается вниз.

При теплофизических расчетах такой электростанции было обнаружено замечательное свойство. Оказалось, что при температуре наружного воздуха -30о С на высоте 5‑7 км количество тепла, отдаваемое нижней, не освещенной Солн­цем поверхностью баллона за счет воздушного охлаждения, равно количеству тепла, поглощаемому верхней поверхностью баллона от Солнца.

Благодаря этому обстоятельству возможно применение компактного и легкого водно-воздушного конденсатора для конденсации водяного пара, выходящего из турбины. Масса силовой установки в этом случае не превысит 30 тонн, что не вызовет проблем для ее крепления к баллону аэростата.

Летучий отопитель

Проблема крепления привязных аэростатов к поверхности земли была решена еще в первой половине прошлого века, и они широко использовались для защиты городов от авиации противника во время Второй мировой войны.

В настоящее время в США разрабатывается воздушная система релейной связи на базе привязных дирижаблей. Компания Platforms Wireless International создает дирижабль для эксплуатации на высотах от 3 до 10,5 км. С наземной базой он будет соединяться кабелем-тросом диаметром 2,5 см. В России привязные аэростаты производятся в Долгопрудненском конструкторском бюро автоматики.

Электростанции высотного базирования могут быть размещены в любом регионе планеты. Основным препятствием для их размещения является авиация. Однако самолеты летают не где попало, а в четко ограниченных воздушных коридорах. Уместно вспомнить, что зоной, запрещенной для полета самолетов, является и воздушное пространство над городами.

Поэтому за счет высотных аэростатных энергоустановок можно обеспечить потребности в тепловой энергии (отопление и горячее водоснабжение) такого мегаполиса, как Москва. Потребность города в природном газе в этом случае уменьшится в два раза, освещенность территории – всего на 3%.

Спрос на подобную продукцию на мировом рынке практически неограничен и прибыли компаний – производителей солнечных аэростатных электростанций будут сопоставимы с прибылями нефтедобывающих компаний.

Также читайте в номере № 01-02 (93-94) январь 2008 года:

• Знаковое изобретение

  Компания Wayne Kerr представила на рынке революционное изобретение. Знаковым электротехническим изобретением, появившимся на рынке в начале января, можно выделить производство 3 новых линеек измерителей RLС компанией Wayne Kerr. Первые 2 линейки (65…

• «Лукойл» станет владельцем ТГК-8

  Для финансирования покупки ТГК-8 контролируемый топ-менеджерами «Лукойла» ИФД «Капиталъ» разместил корпоративный заем на 1,25 миллиардов долларов. Облигации являются конвертируемыми: их обеспечением выступают акции «Лукойла» в количестве…

• Россия перешла на «Евро-3»

  С января в нашей стране начал действовать стандарт «Евро-3» для автомобилей. Теперь машины «низкого класса» нельзя ни производить в России, ни привозить из-за рубежа. Автомобили, которые все-таки смогут пробраться на территорию страны, прос…

• ОАО «МОЭК»: чтобы столице было тепло

  Генеральный директор ОАО «Московская объединенная энергетическая компания» Александр Ремезов (на фото) провел пресс-конференцию, посвященную актуальным вопросам деятельности МОЭК. Основными темами пресс-конференции стали размещение до…

• Блиц

  Администрация Сочи выделила земельный участок для строительства подстанции «Грушевая поляна». ПС планируется ввести в строй к июню 2009 года. Объект включен в федеральную целевую программу «Развитие Сочи как горно-климатического курорта (. ..



Смотрите и читайте нас в

Паровая энергия в вашем будущем?

Скип Гебель
Выпуск № 43 • Январь/февраль 1997 г.

Если вы считаете, что пар устарел, подумайте вот о чем: почти столетие назад паровые машины и корабли достигли таких скоростей и эффективности, которых до сих пор трудно достичь даже с современными двигателями внутреннего сгорания.

Пар — одна из самых мощных и самых опасных форм автономной энергии. Он настолько мощный, что здесь, в Tiny Power, производителях паровых двигателей, по крайней мере раз в неделю нам звонит человек, который собирается спасти мир с помощью пара. Обычно требуется всего несколько минут разговора, чтобы понять, что звонящему нужно больше узнать об основах паровой техники.

Эта статья является попыткой ответить на некоторые из многих вопросов, которые люди задают о Steam. И я думаю, что первый вопрос: может ли это спасти мир, по крайней мере, в том, что касается ваших личных потребностей в энергии? Это зависит от.

Для первоначальных инвестиций в этот наиболее трудоемкий вид домашнего электроснабжения вы, вероятно, могли бы купить дизельный генератор и 5-10 тысяч галлонов топлива без существенных изменений в вашем образе жизни. Если вы планируете сжигать древесину, вы должны знать, что газификация древесины и сжигание ее в двигателе внутреннего сгорания является очень авторитетной наукой. Это может быть более практичным приложением для вас.

Если вам нужно большое количество контролируемого тепла, скажем, для обогрева большого дома, курятника или даже печи, паровые установки превосходны тем, что отработанное тепло (выхлоп) парового двигателя даст вам чрезмерное количество тепла. БТЕ для игры.

Что такое пар?

Что такое пар? «Вода сошла с ума от жары» — хороший ответ, как и любой другой. Вода действительно превратится в пар в вакууме, если ее температура будет поддерживаться на уровне 40 градусов по Фаренгейту. И наоборот, при давлении 3200 фунтов на дюйм. на квадратный дюйм и температуре около 720 градусов, пар становится «сверхкритическим» и фактически имеет такую ​​же плотность, как вода. Современные паровые системы работают при таком давлении, потому что пар, являющийся «сверхлучистым» газом, поглощает и отдает тепло намного быстрее, чем вода.

Только «сухой» пар производит полезную работу. Пар представляет собой сухой, прозрачный газ без вкуса. Мутное вещество, которое вы видите из чайника, на самом деле является просто водяным паром и не может быть использовано для наших нужд, потому что, если вы можете его увидеть, вся работа уже сделана.

Одна из небольших высококачественных паровых машин производства компании автора Tiny Power, Inc.

Когда вода превращается в пар, вы можете повысить температуру газа и сохранить в нем больше энергии/работы. Мы называем это «перегретым» паром, и хотя это желательное условие, оно редко используется на небольших паровых установках.

Что мы хотим делать с паром, так это извлекать из него работу. Работу лучше всего описать как движение или изменение скорости массы. Для выполнения работы требуется энергия. Сообщать энергию массе — это одно, а передавать и использовать эту энергию — совсем другое. Вода в виде пара является отличной средой для передачи энергии.

Вода – практичное, безопасное и эффективное неорганическое химическое вещество, которое легко поглощает и передает энергию. Чтобы понять, как это происходит, попробуйте мыслить в терминах дифференциалов, т. е. разницы в температуре, разнице в давлении или, точнее, разнице в объеме. Когда пар переходит из одного объема в другой, совершается работа. Примером этого является опускание поршня в цилиндре, что создает дополнительное пространство или объем (расширение). Поскольку происходят объемные изменения, должны также происходить изменения температуры и давления. Это законы природы, которые вы не можете изменить. У нас есть единицы для измерения свойств массы. Как правило, давление измеряется в фунтах на квадратный дюйм, объем – в кубических футах, а температура – ​​в градусах по Фаренгейту. (Ребята, я еще не в метрике.)

А пока позвольте представить вам британскую тепловую единицу (БТЕ). Это единица измерения в Соединенных Штатах, которая похожа на калорию в метрической системе. Это не что иное, как единица тепла. Одна БТЕ – это количество тепла, необходимое для нагревания одного фунта воды на один градус по Фаренгейту. И наоборот, если фунт воды падает на один градус, он высвобождает одну БТЕ.

При сгорании любого топлива выделяется энергия в виде тепла, и это тепло может быть измерено либо в БТЕ, либо в калориях. Мы будем использовать BTU. Примером может служить древесина дуба, которая имеет 6-11 тысяч БТЕ на фунт. Рассматривайте это как потенциальную энергию или энергию, ожидающую своего появления. При окислении (сгорании) он высвобождает энергию, и если мы производим пар с этой энергией, мы можем использовать пар для передачи этой энергии куда-то еще для выполнения полезной работы.

Паровой катер Санта-Крус II , Эхо-Лейк, Калифорния

Другими источниками БТЕ могут быть горячие источники или солнечные батареи. Помните, что мы ищем разницу температур; чем выше мы можем поднять температуру воды, тем больше работы мы можем получить из воды. К сожалению, чем меньше разница температур, тем больше должен быть объем воды. Например, один фунт пара при температуре 800 градусов совершает определенную работу; чтобы произвести тот же объем работы при 400 градусах, нужно гораздо большее количество воды.

Итак, мы берем один фунт воды с температурой от 60 до 212 градусов и потребляем 152 БТЕ. (212 – 60 = 152) Теперь добавляем еще одну БТЕ и все это превращается в пар при атмосферном давлении. Верно? Неправильный!

Поднять температуру воды легко; замена воды на пар — совсем другое дело. Чтобы изменить физическое состояние материи, требуется много энергии. Помните, здесь это не пропадает даром; скорее хранится.

Для преобразования одного фунта воды из воды с температурой 212 градусов в пар с температурой 212 градусов (все еще один фунт по весу) при атмосферном давлении требуется еще 970 БТЕ. Если мы все это вместим, как в котле, то получим перепад давления (внутри и снаружи). Этот фунт воды при температуре 212 градусов занимал всего 0,2 кубических фута. Пар при температуре 212 градусов и атмосферном давлении (или 14,7 фунта на квадратный дюйм) займет 27 кубических футов.

Теперь, если этому пару не позволяют расширяться в эти объемы, потому что он содержится, мы получаем увеличение давления. Именно это давление мы будем использовать для выполнения нашей работы.

Какой тип котла?

Емкость, в которой мы будем делать наш пар, называется бойлером. Есть в основном три типа котлов.

Жаротрубный котел. Это самая старая, самая простая и самая стабильная выработка пара. Он же и самый опасный (склонен взрываться). Поэтому больше не об этом. Забудь, нада, никак и т.д. Наклей себе на мозг эту наклейку: В галлоне воды динамитная шашка .

Водопровод. Это более эффективный, безопасный, распространенный, простой в сборке и т. д. В основном, конструкция включает ряд труб, которые выходят из барабана вниз и окружают камеру сгорания (топку). Затем пар отводится из верхней части барабана, где по трубе направляется по назначению. (См. рис. 1.)

Рис. 1. Водотрубный котел

Типичным примером этих типов является котел для отопления дома. Большие корабли и электростанции также используют эти конструкции. У нас есть такой на нашем 23-футовом пароходе, который работает на дровах, и он работает довольно хорошо. Позвольте мне вставить здесь, что если вы сжигаете твердое топливо (древесину или уголь), вы всегда будете присматривать за котельной . Если не можете, просто отбросьте эту идею. Если можете, будьте готовы к вечному блаженству.

Базовая компоновка показана на рисунке. Ни в коем случае не используйте эту иллюстрацию для проектирования собственного котла. Если вам пришлось учиться, читая эту статью, вы не можете, не будете и не будете строить один из них. Помните, смерть окончательна (и болезненна).

Существует множество утвержденных, сертифицированных и хорошо протестированных планов. Steam — определенно «доработанная» наука. Если вы заглянете в желтые страницы, вы найдете сертифицированных котловщиков, которые сделают работу правильно. Технически вы нарушаете закон, строя несертифицированный котел.

Однотрубные или испарительные котлы . На сегодняшний день это самый эффективный, легкий и безопасный котел. Его легко и недорого построить. Они лучше всего работают при непрерывной, устойчивой работе. Однако при небольшом запасе мощности они чувствительны к колебаниям запасов топлива и воды, не говоря уже о нагрузках. Наиболее распространенными вариантами являются портативные пароочистители. Современные мотели используют вариант в качестве водонагревателей.

Большой пароход

В основном они состоят из одного непрерывного бухта труб или труб различной конфигурации. Отсюда и название «Монотрубка». Если мы сможем обеспечить точный контроль подачи топлива/воды, то у нас будет идеальный домашний котел. Газовые и жидкие виды топлива являются идеальным видом топлива для однотрубных двигателей, поскольку их легко регулировать. И да, существуют утвержденные конструкции монотрубок, и профессионал может построить их довольно дешево.

Факты горения

Для сжигания определенного количества топлива требуется определенное количество воздуха — не больше и не меньше. Также требуется достаточное количество места для сжигания. Недостаточно воздуха, и вы получите неполное сгорание. Слишком много воздуха, и вы нагреваете воздух.

Кроме того, если мы слишком быстро встретим воздух с топливом, мы получим слишком жаркое пламя. Это плохо, потому что при температуре выше 1800 градусов азот в воздухе и некоторые другие химические вещества начинают окисляться. Мало того, что это ядовито, это еще и пустая трата энергии.

Место для горения важно, потому что слишком мало, и мы погасим пламя. Держите зажженную свечу так, чтобы пламя коснулось кубика льда, и если вы присмотритесь, то увидите невидимый слой газа, изолирующий пламя от поверхности. Этот слой представляет собой несгоревшие газы, такие как окись углерода, и возникает из-за того, что температура поверхности была ниже температуры воспламенения горючих газов. Правило таково: пламя не должно касаться металла.

Кроме того, слишком много места, и мы можем потерять наши коэффициенты излучения. Вообще говоря, котел получает 60-70% передачи энергии от лучистой энергии, а не от горячих газов.

Паровой трактор половинной шкалы

Идея состоит в том, чтобы аккуратно соединить воздух и топливо вместе и дать им достаточно места или времени для выполнения своих задач. Существуют установленные формулы для всех этих факторов, и ваш производитель котлов будет знать, что делать, как только вы сообщите ему о своих потребностях.

Огромный крутящий момент

Теперь, когда у нас есть пар, давайте воспользуемся им. Мы извлекаем работу из пара, позволяя ему расширяться в контролируемой среде, такой как поршень в цилиндре или сопло в турбине.

Турбины хорошие, и у меня есть одна, но в домашних масштабах они очень неэффективны. Это просто вопрос физики и затрат. Я знаю, что есть много людей, которые будут спорить с этим, но если они смогут придумать эффективную домашнюю турбину и продать ее по разумной цене, я куплю ее.

Итак, мы застряли с поршневым (поршневым) двигателем. Мужаться. Они работают, они долговечны и существуют уже давно. Паровые двигатели тихие, тяжелые, долговечные и, если они современные, просты в обслуживании (в наших более крупных моделях используются герметичные шарикоподшипники).

Вы можете найти множество бывших в употреблении двигателей на старых верфях, нефтеперерабатывающих заводах, древних фабриках, шахтах и ​​железных дорогах. Или можно купить новый.

Паровые двигатели можно сравнить с быстродействующим гидравлическим цилиндром с автоматическим клапаном. Баран соединен с кривошипом, который вращается и дает полезную работу. Важно отметить, что большинство паровых двигателей предназначены для подачи пара с обеих сторон поршня, что делает их «однотактными». Это также заставляет поршневые двигатели создавать огромный крутящий момент практически на любых оборотах. Вы можете рассчитать этот крутящий момент, взяв квадратные дюймы поршня, умножив это значение на среднее давление в цилиндре и умножив это число на длину хода, измеренную в футах, деленную на 2. Примером может быть: Одноцилиндровый двигатель имеет диаметр цилиндра 3 дюйма и ход поршня 4 дюйма, и он работает при 100 фунтах среднего цилиндра или «среднего» давления. Трехдюймовый поршень имеет приблизительно 7 квадратных дюймов (3 x 3 x 0,7854) и ход 0,33 фута. (4/12). 7 х 0,33 = 2,31. Умножьте это на давление в 100 фунтов x 2,31 = 231 и разделите это на 2, и вы получите крутящий момент в 115,5 футо-фунтов. В действительности, однако, имеет место трение и потери эффективности.

Эффективность измеряется тем, сколько пара/воды потребляет двигатель для выполнения определенного объема работы. Обычно это измеряется в фунтах пара/воды на лошадиную силу в час. На английском языке это означает, что на каждую лошадиную силу, произведенную за один час, через двигатель проходит определенное количество пара/воды.

Наш цех работает уже 18 лет и производит 4000 ватт в час. Он потребляет около 250 фунтов воды (превратившейся в пар) за один час. 750 ватт считается одной лошадиной силой, а если подсчитать потери эффективности, то получается около 47 фунтов на лошадиную силу в час (250 фунтов разделить примерно на 5,3 лошадиных силы). Иными словами, на каждую лошадиную силу, производимую двигателем, мы испаряли 47 фунтов воды в пар и пропускали его через двигатель.

Есть двигатели, которые намного эффективнее, но они стоят гораздо больше, чем вы хотите заплатить. Эффективность — это хорошо, но если топливо бесплатное, какая вам разница? Потому что чем меньше дров вы сжигаете, тем меньше вам приходится рубить. За 10 дней я израсходовал столько же, сколько дрова, и для меня это слишком много работы.

Все это возвращает нас к вопросу, чем пар отличается от других форм независимой энергии? Потому что, если вам нужно большое количество тепла, выхлоп двигателя даст вам именно это.

Паровые двигатели и котлы, как правило, наиболее эффективны при полной настройке, все клапаны открыты, полный огонь и т. д., так что мы переходим к следующему вопросу:

переменный ток против постоянного тока

В домашних условиях чаще всего используется электричество. форма энергии. Таким образом, паровой двигатель/генератор оказывается наиболее практичным применением.

Генераторы бывают переменного или постоянного тока, и оба имеют свое применение. В магазине Tiny Power наша Winco мощностью 4 кВт — это переменный ток. К сожалению, переменный ток требует точного контроля скорости в виде тонкого регулятора и тяжелого маховика. Я бы посоветовал большинству людей вместо этого использовать DC. DC проще в изготовлении, управлении и, самое главное, его можно хранить. Вырабатывая электричество постоянного тока и сохраняя его, паровая система может работать на максимальной мощности в течение короткого периода времени (наиболее эффективно), а не простаивать весь день (неэффективно). Это практично, потому что вы можете заранее включить электричество, а затем заняться своими делами.

Этот пароход с типичной силовой установкой использовался в фильме Maverick

Я управлял паровой электростанцией постоянного тока мощностью 1 кВт в качестве туристической достопримечательности здесь, в Брэнсоне, штат Миссури, какое-то время и влюбился в высокое напряжение постоянного тока. В системе работало освещение и двигатели на 120 вольт. Единственным недостатком является то, что постоянный ток сильно влияет на контакты и переключатели. Вы должны купить те дорогие выключатели и выключатели, которые рассчитаны на постоянный ток

Steam for home power

Tiny Power предлагает 13 различных моделей двигателей и аксессуаров, и мы обслуживаем в основном любителей, таких как бывшие машинисты и пароходщики по всему миру. Однако наше сердце по-прежнему стремится к самодостаточности.

Я сам нахожусь в процессе создания еще одной компании, занимающейся использованием пара в качестве домашнего источника энергии. Я не выпущу ее на рынок, пока система не станет надежной, эффективной и доступной по цене.

На следующем рисунке показана практическая концепция системы парогенератора в домашних условиях. Это не настоящий план, и я не несу ответственности за тех, кто использует его как таковой. Для тех людей, которые думают, что они собираются использовать свою дровяную печь для производства пара, пожалуйста, сделайте следующее: включите меня в свое завещание, отправьте детей жить к бабушке, честно предупредите соседей и расплатитесь за свою собственность на берегу океана. в Аризоне.

Начнем с потребностей. Нашему дому потребуется 2400 Вт/час электроэнергии в день. Поскольку мы получаем от батареи только 75% того, что в нее вкладываем, нам нужно вложить 3200 ватт/час (2400 / 0,75 = 3200). Несмотря на то, что 750 ватт = 1 лошадиная сила, генераторы, ремни и т. д. неэффективны. Безопасная цифра — это 30% потерь, поэтому 3200 ватт при КПД 70 % = 4266 ватт (3200 / 0,70 = 4571). Округляем до 4600. Наша потребность в мощности составляет 4600 ватт/час, деленное на 750, что составляет 6,1 лошадиных сил (4600 / 750 = 6,1).

Используя 47 фунтов пара на час лошадиных сил, потребляемых нашим двигателем, мы берем 6,1 и умножаем на 47, и мы получаем 286,7 или в основном требуется 287 фунтов пара/воды.

Мы скажем, что для превращения воды в пар при нашем рабочем давлении 120 фунтов на квадратный дюйм потребуется 1200 БТЕ на фунт воды/пара. Таким образом, требуется 287 фунтов пара/воды x 1200 БТЕ = 344 400 БТЕ (287 x 1200).

Наш котел имеет КПД 70 %, поэтому 344 400 БТЕ, деленные на 70 %, дают нам цифру 49. Фактически требуется 2000 БТЕ (344 400 / 0,70 = 492 000).

Наша древесина имеет теплотворную способность 7 000 БТЕ на фунт, поэтому нам нужно 70,3 фунта древесины (492 000 / 7 000 = 70,3). Давайте распределим нагрузку на два часа, и мы увидим, что мы будем сжигать 35,2 фунта дров в час (70,3 / 2 = 35,2), или около 35 фунтов. Чтобы представить это в перспективе, это здоровенная охапка дерева.

Помните, что это цифры «реального мира», и они резко отличаются от того, что может придумать какой-нибудь так называемый «образованный» тип с розовыми руками.

>Нажмите на это изображение, чтобы просмотреть полную версию страницы (111K). Используйте кнопку НАЗАД вашего браузера, чтобы вернуться на эту страницу.

Если вы будете следовать иллюстрации на рисунке 2, обратите внимание на направление потока топлива и воды. Это однотрубная конструкция, в которой будут использоваться электрические насосы и воздуходувки, что обеспечивает простоту управления.

Он будет сжигать древесный газ из «варочных котлов», которые нагревают древесину до температуры воспламенения, но лишают ее кислорода. Этот несгоревший газ затем смешивается с нагретым воздухом и сжигается в основании котла. Дымовые газы проходят по трубам воды, а затем по воздухонагревателю и выходят из выхлопной трубы.

Вода будет поступать во внешний змеевик, набирать тепло, поступать в теплообменник (пароохладитель) и в сепаратор. Пар будет выходить из верхней части сепаратора во внутренний змеевик, который действует как пароперегреватель. Чрезмерно горячий пар будет проходить через пароохладитель, высвобождая некоторое количество БТЕ в поступающую воду. Теперь «закаленный» пар направится к двигателю, где и сделает свою работу. Выхлопные газы двигателя попадают в змеевик, который находится внутри большого резервуара, и отдают оставшееся тепло воде. Сделав это, наш пар сконденсируется в воду и прокачивается через вакуумный насос, который выбрасывается в «горячий колодец». С этого момента он перекачивается обратно в котел через питательный насос высокого давления, чтобы начать все заново.

Получение образования

Я не могу не подчеркнуть важность получения образования, прежде чем начинать возиться. У крупных лесопильных заводов обычно есть силовая установка, а инженеры — люди близкие по духу, которым всегда хочется похвастаться своим «детищем». Совершите поездку по старым кораблям или нефтеперерабатывающим заводам и не бойтесь задавать вопросы. Вы получите от кого-то больше, если будете задавать вопросы, чем пытаться рассказать им то, что знаете.

Высшее образование — это посещение шоу парового клуба. Их буквально тысячи каждый год. Скорее всего, вы находитесь менее чем в часе езды от одного из них. Обязательно приводите детей. Шоу, безусловно, семейное дело. Любой магазин для хобби должен быть в состоянии сказать вам, где он находится в этом районе.

Также ознакомьтесь с различными доступными публикациями. Есть несколько журналов о паровых машинах. Все они имеют большой раздел объявлений. Мы настоятельно рекомендуем один из них под названием The Steam Show Directory, в котором перечислены более 500 паровых шоу в этой стране и Канаде.

Добро пожаловать в братство.

Для дальнейшего чтения

Живой пар
P.O. Box 629
Traverse City, MI 49685
(паровые двигатели всех видов, также в Интернете)

Model Engineer
4314 W. 238th St.
Torrance, CA 90505
(журнал по изготовлению моделей Premier, включая игрушечные паровые двигатели)

Modeltec
P.O. Box 1226
St. Cloud, MN 56302
(Все виды рабочих моделей — паровые, газовые двигатели, двигатели горячего воздуха и т. д.)

Пароход
Rt. 1, Box 262
Middlebourne, WV 26149
(Для ценителей пароходов, все размеры, отличное чтение!)

Альбом Iron Men
P.O. Box 328
Lancaster, PA 17608
(Старые паровые тракторы и стационарные двигатели, большие объявления)

Engineers & Engineers
1118 N. Raynor Ave.
Joliet, IL 60435
(загружены старыми двигателями и оборудованием, большие объявления)

Справочник паровых и газовых выставок
P.O. Box 328
Lancaster, PA 17603
(перечисляет все шоу в Канаде и США. Обязательно)

Как работает паровая турбина?

Большая часть электроэнергии в Соединенных Штатах производится с помощью паровых турбин — по данным Министерства энергетики США, более 88 процентов энергии в США производится с помощью паротурбинных генераторов на центральных электростанциях, таких как солнечные теплоэлектростанции, угольные и атомные электростанции. Предлагая более высокую эффективность и низкую стоимость, паровые турбины стали неотъемлемой частью многих американских энергетических отраслей.

Первая паровая турбина

Первая современная паровая турбина была разработана сэром Чарльзом А. Парсонсом в 1884 году. Эта турбина использовалась для освещения выставки в Ньюкасле, Англия, и производила всего 7,5 кВт энергии. Теперь паротурбинные генераторы могут производить более 1000 МВт энергии на крупных электростанциях. Хотя со времен Parsons мощность генерации значительно увеличилась, конструкция осталась прежней. Но каким бы интуитивным ни был дизайн Парсонса, он не так прост, как движение пара по лопастям. Он был основан на втором законе термодинамики и теореме Карно (), которая утверждает, что чем выше температура пара, тем выше КПД электростанции. Давайте углубимся в то, как пар помогает питать большинство электростанций страны.

Как из пара извлекается столько энергии?

Возвращаясь к школьной физике, вода кипит при 100°C. В этот момент молекулы расширяются, и мы получаем испарившуюся воду — пар. Используя энергию, содержащуюся в быстро расширяющихся молекулах, пар обеспечивает поразительную эффективность производства энергии.

Учитывая высокую температуру и давление пара, неудивительно, что были случаи несчастных случаев из-за неправильного использования или установки предохранительных клапанов. Один из самых громких инцидентов произошел на АЭС «Три-Майл-Айленд». Все сводилось к нарастанию давления пара, когда перестали работать насосы, подающие воду к парогенераторам.

Как работает паровая турбина?

Проще говоря, паровая турбина работает, используя источник тепла (газ, уголь, атомную энергию, солнечную энергию) для нагрева воды до чрезвычайно высоких температур, пока она не превратится в пар. Когда этот пар проходит мимо вращающихся лопастей турбины, он расширяется и охлаждается. Таким образом, потенциальная энергия пара превращается в кинетическую энергию вращающихся лопаток турбины. Поскольку паровые турбины генерируют вращательное движение, они особенно подходят для привода электрических генераторов для выработки электроэнергии. Турбины соединены с генератором с осью, которая, в свою очередь, производит энергию через магнитное поле, производящее электрический ток.

Как работают лопасти турбины?

Лопасти турбины предназначены для управления скоростью, направлением и давлением пара, проходящего через турбину. В крупных турбинах к ротору прикреплены десятки лопастей, обычно в разных наборах. Каждый набор лопастей помогает извлекать энергию из пара, сохраняя при этом оптимальное давление.

Этот многоступенчатый подход означает, что лопасти турбины снижают давление пара очень небольшими приращениями на каждой ступени. Это, в свою очередь, снижает усилия на них и значительно улучшает общую мощность турбины.

Важность гибкого управления вращающимися турбинами

Поскольку через паровые турбины проходит так много энергии, необходимы механизмы управления, которые могут регулировать их скорость, управлять потоком пара и изменять температуру внутри системы. Поскольку большинство паровых турбин используются на крупных электростанциях, требующих нагрузки по требованию, возможность регулировать поток пара и общую выработку энергии является необходимостью.

Как системы управления Petrotech могут повысить эффективность вашего паротурбинного генератора

Изобретение паровой турбины изменило нашу способность производить энергию в больших масштабах.