Паровая турбина: устройство, принцип работы и рекомендации по изготовлению. Установка турбокомпрессора своими руками Как сделать станину для ручной турбины

Турбонаддув - одно из самых остроумных и рациональных изобретений в истории человечества, поскольку основано на утилизации отходов - отработавших газов. Многие владельцы автомобилей ВАЗ не знают имени Альфреда Бюхи, изобретателя принципа турбонаддува, однако после удачной установки турбонаддува на свою Ладу, наверняка, с благодарностью думали о том человеке, который придумал некогда эту полезную в хозяйстве вещь.

Ставить или не ставить?

Хотя к установке турбонаддува на ВАЗ долгое время сохранялось скептическое отношение, турбированные вазы встречаются все чаще, неполадок в установке все меньше, а эффективность этого мероприятия - все очевиднее. Турбонаддув бензинового двигателя или «турбонаддув дизель» можно установить в автосервисе на любую модель ВАЗ. Как показывают тесты, при совершенно незначительном увеличении расхода топлива мощность и крутящий момент увеличиваются не меньше, чем на 35-40%.

Можно ли самостоятельно разобраться в тонкостях и установить турбину, не пользуясь услугами автосервиса? Безусловно, возможно все. Предлагаем вашему вниманию общую схему работ и некоторые рекомендации по вопросу, как установить турбонаддув своими руками.

Как сделать первый шаг?

Совет «учить матчасть» из любимого старого фильма здесь весьма и весьма актуален. Какой компрессор следует выбрать? Возьмем для примера самый маленький турбокомпрессор ТКР-7, оснащенный радиальной центростремительной турбиной и поставим цель повысить мощность мотора на 15-20%. Чтобы добиться результата, необходимо повысить давление в топливной системе в 1,2 раза. Более резкое, неожиданное повышение давления на впуске приведет к сокращению ресурса двигателя - прежде всего, износятся поршни и обгорят выпускные клапаны. Если 20% прироста мощности мало, придется модернизировать впускные клапаны.

Для регулирования количества отработавших газов, поступающих в турбокомпрессор, необходимо установить перепускной патрубок, который будет отводить часть газов мимо турбины. На впуске рекомендуется применить сменные дросселирующие шайбы.

Монтаж турбины: пошаговое описание

Турбину ТКР -7 можно установить на любую модель ВАЗ без серьезного изменения серийных узлов, кроме вазов 2108 и 2109. Для установки турбонаддува на эти модели необходимо модернизировать подвеску и тормозные систему. Чтобы поставить турбокомпрессор на ВАЗ - 2107, придется переместить аккумулятор в левую часть отсека.

С двигателя нужно снять воздушный фильтр и карбюратор. Приемный алюминиевый патрубок устанавливается на штатной площадке карбюратора, а штатная приемная труба удаляется. Конструкцию для прочности следует закрепить болтами. Газоотводящий патрубок устраняется на шпильки выхлопного коллектора через штатную прокладку. Приемная труба глушителя вводится снизу.

ТКР требуется смонтировать и закрепить на горизонтальный фланец патрубка. Затем в выпускной тракт ТКР нужно ввести цилиндрическую законцовку имеющего уплотнительное кольцо отводящего патрубка. Прямоугольный фланец патрубка необходимо закрепить на приемной трубе через медную прокладку.

Между патрубками впуска и выпуска и патрубком компрессора турбонаддува следует установить соединительные патрубок диаметром пятьдесят миллиметров и закрепить его пластиковыми хомутами. На выходе компрессора устанавливается еще один алюминиевый патрубок. При помощи штатных шпилек крепим карбюратор к горизонтальному фланцу патрубка через штатную прокладку.

Теперь находим прижимную пластину крышки головки блока, вторую справа и удаляем ее. На это место монтируем приводный кронштейн дроссельной заслонки. На специальном штуцере входного патрубка закрепляем газопровод гидровакуумного усилителя, подсоединяем датчики приборов. В последнюю очередь монтируется воздушный фильтр и присоединяем вентиляционную трубу картера.

После установки двигатель с турбонаддувом запускается без малейших затруднений. Его работа устойчива в любом диапазоне вращения. Форсаж возникает при 4000 оборотов в минуту и достигает запланированных в начале 20%.

Идея практического применения энергии пара далеко не нова, использование паровых турбин в промышленных масштабах давно стало частью нашей жизни. Именно эти агрегаты, установленные на различных электростанциях и ТЭЦ, на 99% снабжают электричеством наши дома. Однако, некоторые мастера-умельцы умудряются внедрить принцип преобразования тепловой энергии в электрическую у себя дома. Для этого используется самодельная паровая турбина минимальных размеров и мощности. О том, как ее собрать в домашних условиях, и пойдет речь в данной статье.

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.

Примечание. В лучшем случае КПД паровой турбины достигает 60%, а всей системы – не более 47%. Значительная часть энергии топлива уходит с теплопотерями и расходуется на преодоления силы трения при вращении валов.

Ниже на функциональной схеме показан принцип работы паровой турбины совместно с котельной установкой, электрическим генератором и прочими элементами системы:

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 сделать паровую турбину в домашних условиях?

Множество интернет-ресурсов публикует алгоритм, согласно которому в домашних условиях и с применением небольшого количества инструментов изготавливается мини паровая турбина из консервной банки. Помимо самой банки понадобится алюминиевая проволока, небольшой кусочек жести для вырезания полоски и крыльчатки, а также элементы крепежа.

В крышке банки делают 2 отверстия и впаивают в одно кусочек трубки. Из куска жести вырезают крыльчатку турбины, прикрепляют ее к полосе, согнутой в виде буквы П. Затем полосу прикручивают ко второму отверстию, расположив крыльчатку таким образом, чтобы лопасти находились напротив трубки. Все технологические отверстия, сделанные во время работы, тоже запаивают. Изделие нужно установить на подставку из проволоки, заполнить водой из шприца, а снизу разжечь сухое горючее. Импровизированный ротор паровой турбины начнет вращаться от струи пара, вырывающегося из трубки.

Понятно, что такая конструкция может служить лишь прототипом, игрушкой, поскольку данная паровая турбина, сделанная своими руками, не может использоваться с какой-то целью. Слишком мала мощность, а о каком-то КПД и речи не идет. Разве что можно показывать на ее примере принцип действия теплового двигателя.

Мини-генератор электроэнергии можно реально изготовить из старого металлического чайника. Для этого, кроме самого чайника, потребуется медная или нержавеющая трубка с тонкими стенками, кулер от компьютера и небольшой кусочек листового алюминия. Из последнего вырезается круглая крыльчатка с лопатками, из которой будет сделана паровая турбина малой мощности.

С кулера снимается электродвигатель и устанавливается на одной оси с крыльчаткой. Получившееся устройство монтируется в круглом корпусе из алюминия, по размерам он должен подойти вместо крышки чайника. В днище последнего делается отверстие, куда впаивается трубка, а снаружи из нее выполняется змеевик. Как видите, конструкция паровой турбины очень близка к реальности, поскольку змеевик играет роль пароперегревателя. Второй конец трубки, как нетрудно догадаться, подводится к импровизированным лопаткам крыльчатки.

Примечание. Самая сложная и трудоемкая часть устройства – это как раз змеевик. Изготовить его из медной трубки легче, чем из нержавейки, но она долго не прослужит. От контакта с открытым огнем медный перегреватель быстро прогорит, поэтому лучше сделать его своими руками из нержавеющей трубки.

Применение паровой турбины

Налив в чайник воды и поставив его на включенный газ, можно убедиться, что при закипании энергии выходящего из трубки пара достаточно, чтобы на выходе электродвигателя появилась ЭДС. Для этого к нему стоит подключить светодиодный фонарик. Помимо питания для электрических лампочек, возможно и другое применение паровой турбины, например, для зарядки аккумулятора сотового телефона.

В условиях квартиры или частного дома подобная мини-электростанция может показаться простой игрушкой. А вот оказавшись в походе и взяв с собой турбированный чайник с электрогенератором, вы сможете оценить по достоинству его функциональность. Возможно, в процессе вам удастся найти еще какое-нибудь назначение турбины. Больше информации об изготовлении походного генератора из чайника можно узнать, посмотрев видео:

Заключение

К сожалению, конструктивно паровые машины достаточно сложны и сделать дома турбину, чья мощность достигала хотя бы 500 Вт, весьма затруднительно. Если стремиться к тому, чтоб соблюдалась схема работы турбины, то затраты на комплектующие и потраченное время будут неоправданными, КПД самодельной установки не превысит 20%. Пожалуй, проще купить готовый дизель-генератор.

Установка турбины своими руками – это один из самых эффективных способов улучшить динамические и скоростные показатели вашего автомобиля. Благодаря установке турбокомпрессора (турбонаддува) вы сможете увеличить мощность своего транспортного средства, что будет чувствоваться практически сразу. Не существует таких водителей, которые не хотели бы хоть немного улучшить характеристики своего железного товарища.

Подобные желания и заставляют автомобилистов проводить установку нагнетателя на машину. Своими руками или нет – это зависит от вашего финансового положения и наличия свободного времени. Данная процедура не из дешевых, поэтому единственное, на чем вы сможете сэкономить, не подвергнув свое здоровье риску из-за покупки дешевых деталей, это услуги автомехаников. О том, как провести установку турбокомпрессора на ВАЗ, Шевроле или любой другой автомобиль, пойдет речь в нашей статье.

Исходя из вышеуказанного, вы, наверное, уже успели догадаться, что турбонаддув или турбина – это неплохой способ увеличить мощность двигателя вашего автомобиля, не увеличивая при этом его «аппетит». Теперь давайте разберемся с устройством турбины.

Так выглядит конструкция турбины автомобиля

Хотелось бы отметить, что используя турбину, вы окажете пользу для окружающей среды. Эта польза состоит в том, что работа механизма основывается на использовании выхлопных газов, из которых турбина потребляет энергию.

Попадая на крыльчатку турбины, отработанные газы заставляют ее раскручиваться. Это и приводит в движение располагающиеся на том же валу лопасти компрессора.

К преимуществам турбокомпрессора стоит отнести:

• возможность увеличения мощности двигателя от 25 до 40 процентов;
• оказание пользы для окружающей среды;
• установить агрегат можно практически на любой автомобиль;
• выполнять данную операцию можно без помощи специалистов.

Благодаря вращательным движениям лопастей в цилиндрах двигателя начинает нагнетаться воздух. Это и обогащает топливную смесь под искусственным наддувом. В результате сгорания обогащенного топлива мощность двигателя увеличивается.

Единственным минусом данной системы , кроме ее стоимости, является сильное нагревание, что происходит в результате сгорания большого количества топлива и нагнетаемого кислорода. Результатом такого перегрева может стать и взрыв турбины, но разработчики сумели решить данную проблему. Все оказалось довольно просто – установка интеркуллера на турбокомпрессор, который играет роль обычного радиатора.

Как выбрать турбокомпрессор

Для получения желаемого результата нужно знать, какую мощность двигателя вы хотите иметь. Для этого также нужно выбрать правильную турбину, ведь она должна подходить под модель вашего автомобиля.

Важно! Монтаж турбины будет зависеть от объема «движка» и от типа нагнетателя. Например, установка турбины ТКР-7 позволит добиться увеличения количества лошадиных сил, путем повышения уровня давления в патрубках топливной системы.

При достижении слишком высокого давления вы рискуете повредить двигатель, а вернее, выпускные клапана. Существует специальный патрубок в турбине, отвечающий за регулировку выхлопных газов, попадающих в турбонаддув. Дело в том, что при работе не все отработанные газы будут попадать в турбину – некоторая часть будет проходить мимо турбокомпрессора.

Если вы используете свое транспортное средство исключительно в пределах города, то вам подойдет турбина К16-2467, монтаж и эксплуатация которой отличается своей простотой. Только это касается дизельных двигателей, для бензиновых авто такой вариант не особо подходит (крыльчатка не предназначена для такого температурного режима). Также вашему вниманию предлагается неплохой вариант – IHI RHF55. Турбина, которая сможет прослужить вам на протяжении длительного периода, обеспечивая быстрое и надежное движение. Изготовлено для двигателей «Исузу».

Посетив любой из автомагазинов своего города, вы сможете выбрать подходящий для вас вариант уже на месте. При этом новая деталь в сочетании с правильным уходом сможет прослужить не один десяток лет. Разумеется, есть и такие мастера, которые изготавливают турбины собственноручно, но специалисты рекомендуют не экономить на детали. Лучше сэкономьте деньги на установке турбокомпрессора, ведь сделать это вы сможете и самостоятельно.

Важно! Выбирая турбину, ищите возможные компромиссы между стоимостью, издаваемой мощностью и устойчивостью к быстрым нагреваниям. Эти качества и послужат основными характеристиками вашего авто в будущем.

Подготовка к установке турбины

Желательно изначально продумать все этапы данной операции, поскольку для этого требуется особая подготовка. Если вы не являетесь новичком, то установка турбокомпрессора в домашних условиях не станет для вас очень сложной процедурой. В противном случае, готовьтесь к трудностям, которые обязательно возникнут.

Перед тем, как приступить к установке нагнетателя, нужно очистить поверхность двигателя от скопившейся пыли и грязи. Позаботьтесь о том, чтобы частицы пыли не попали в трубопроводы турбины для подачи масла. Помимо этого, многие специалисты рекомендуют провести замену масла и фильтрующих элементов (воздушный и масляный).

Пошаговая установка турбокомпрессора

Серьезные ошибки при установке турбокомпрессора, вероятно, может привести к поломке агрегата, что чревато дополнительным финансовым затратам.

Конструкция турбокомпрессора включает в себя две специальные детали, именуемые улитками. Их задача заключается в нагнетании воздуха в рабочие цилиндры (улитка-компрессор) и переработке и выводе отработанных газов (улитка-турбина). Итак, приступим к установке.

Шаг 1. Извлеките воздушный фильтр и карбюратор. Перед снятием их необходимо почистить.

Шаг 2. Если ваше авто оснащено катализатором, проведите его диагностику на наличие неисправностей.

Шаг 3. Обработайте при помощи тряпки с бензином все воздушные патрубки и систему вентиляции картера.

Шаг 4. Проведите чистку всех каналов, подающих воздух. Если в них будут остатки песка или грязи, то это плохо повлияет на работу нагнетателя.

Шаг 5. Установите турбину и надежно ее закрепите.

Шаг 6. Используйте специальные пластиковые хомута для фиксации патрубков выхода отработанных газов и нагнетания.

Шаг 7. Запустив турбинный вал вручную, залейте в агрегат немного масла. Воспользуйтесь для этого специальный шприц. Ни в коем случае не прекращайте прокручивать ротор турбины.

Шаг 8. Запустите двигатель и дайте ему немного времени поработать на минимальных оборотах. Затем оцените результаты своей работы.

Важно! Запуск двигателя можно производить только после того, как предварительный осмотр не показал наличие каких-либо неполадок. Длительность работы не должна превышать отметку в двадцать секунд, после чего нужно снова провести визуальный осмотр.

После сравнения приложенных усилий для проворачивания ротора до и после запуска можно смело эксплуатировать обновленный автомобиль.

Правила эксплуатации автомобиля с турбонаддувом

После успешной установки турбины владельцев ожидают перемены в лучшую сторону. Еще бы, ведь помимо увеличения мощности стального коня он станет употреблять топлива на порядок меньше. Примерно 20-30 процентов несгоревшего топлива не выбрасывается наружу, как это делается в обычных автомобилях, а повторно используется. Таким образом, загрязнение окружающей среды происходит в гораздо меньших объемах.

Для того чтобы ваш протюнингованный автомобиль смог прослужить дольше, нужно соблюдать определенные правила:

• обязательно прогревайте двигатель перед каждым выездом, а после поездки давайте ему поработать определенное время на минимальных оборотах;
• приобретайте исключительно качественное турбинное масло. Дешевые аналоги навредят вашему автомобилю;
• регулярно проводите замену фильтрующих элементов.

Видео – Установка турбокомпрессора своими руками

Применение пара на практике довольно известно в промышленных целях, поскольку паровые турбины уже давно используют данный принцип.

Именно такое оборудование работает на ТЭЦ и электростанциях. Правда, для некоторых мастеровых людей не составляет особой трудности сделать их аналоги скромных размеров в домашних условиях.

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.

Как соорудить мини-паротурбину своими руками

В Сети можно столкнуться с большим количеством вариантов, в которых рассматривается самодельный способ изготовления данного агрегата.

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

В крышке банки проделывается два отверстия, в одно из которых впаивается часть трубки. Берется жесть и вырезается крыльчатка турбины и крепится к П-образной полоске.

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.

Изготовление небольшого генерирующего устройства электроэнергии своими руками

Для этих целей вполне подойдет компьютерный кулер, из которого для изготовления крыльчатки будет сооружена маломощная турбина.

С кулера следует снять электрический двигатель и установить на одной оси с крыльчаткой.

Полученное устройство следует монтировать в круглом алюминиевом корпусе. За основу берется крышка чайника, а точнее ее диаметр.

В его дне проделывают отверстие, куда при помощи паяльника монтируется трубка, из которой делают змеевик. Противоположный конец трубки следует подвести к лопаткам крыльчатки, благодаря чему конструкция и работает.

Змеевик – это наиболее важная часть всего устройства. Для его изготовления лучше использовать проволоку из меди, правда с учетом малой толщины и постоянным перегревом она имеет небольшой срок эксплуатации. Поэтому, оптимально в устройство ставить нержавеющую трубку.

Функционирование самодельного парового оборудования и его особенности

Итак, мини-электрическая машина готова и можно приступать к ее проверке.

Залив воду в чайник и поставив его на плиту замечаем, что при закипании образуется пар, энергии которого хватит для зарядки мобильного телефона или работы светодиодной лампочки.

Характерно, что в домашних условиях подобная электростанция может использоваться, как игрушка, поскольку ввиду малой мощности электричества его не хватит для работы оборудования или бытовой техники.

Стоит отметить: если вы отправляетесь в многодневный поход и возьмете с собой данное оборудование, то по достоинству сможете оценить все плюсы, которые оно дает. Например, вы сможете подзарядить аккумулятор мобильного телефона, фотоаппарата или других гаджетов.

К сожалению, дома сооружение паровой турбины, мощность которой будет порядка 500 Вт и более очень сложно и сопряжено с большими денежными затратами.

Смотрите видео, в котором опытный пользователь демонстрирует возможности и устройство паровой турбины, изготовленной своими руками: