Кроме того, если изучить принцип действия, а также конструктивные особенности подобных паровых генераторов, можно попытаться реализовать их своими руками, с помощью определенных средств. Однако, о данной возможности пойдет речь чуть позже.

Устройство и принцип действия

По своим конструктивным особенностям, котельные установки обладают достаточно схожей структурой. В их состав входит несколько рабочих узлов, которые принято считать определяющими — непосредственно сам , и турбина . Последние два составляющих образуют кинетическую связь между собой, а одной из разновидностей подобных систем является турбинный электрогенератор парового типа.

Если смотреть более глобально, то подобные установки представляют собой полноценные тепловые электростанции, пусть и меньших габаритов. Благодаря своей работе, они способны обеспечивать электричеством не только гражданские объекты, но и крупные промышленные отрасли.

Сам же паровых электрических генераторов сводится к следующий основным моментам:

• Специальное оборудование производит нагрев воды до оптимальных значений, при которых она испаряется, образуя пар.
• Получившийся пар поступает дальше, на роторные лопатки паровой турбины, что приводит сам ротор в движение.
• В результате мы получаем сначала кинетическую энергию, преобразованную из получившейся энергии сжатого пара. Затем кинетическая энергия переходит в механическую, что приводит к началу работы турбинного вала.

Электрический генератор, входящий в конструкцию таких паровых установок, является определяющим. Это объясняется тем, что именно электрогенераторы осуществляют переход механической энергии в электрическую.

Казалось бы, что может быть проще пара. Однако не все замечают, насколько он нам необходим. И речь тут не только о или . Пар – прекрасное очищающее и обеззараживающее средство, он проникает в самые тонкие щели, впитывается в глубины и , помогает гладить бельё, очищает под давлением ткани и механизмы. Иногда возникает необходимость собрать парогенератор своими руками. Самодельный прибор может прекрасно себя проявить при прочистке таких быстро загрязняющихся устройств, как фильтр от или, к примеру, . Сегодня в обзоре редакции HouseChief расскажем, что такое парогенератор, где его можно использовать, из каких элементов он состоит. Также в нашем обзоре простые инструкции по сборке агрегата своими руками, а также анализ возможных ошибок, которые могут допустить новички.

Читайте в статье

Виды парогенераторов и их применение в домашнем хозяйстве

Парогенераторы чаще всего используются для разморозки , обустройства , и парных. Простейший преобразователь пара обойдётся в разы дешевле, чем строительство полноценной с камнями. Для того чтобы начать пользоваться прибором, его просто нужно включить в сеть. Паропреобразователи используются для очистки сложного сетчатого или пористого оборудования, помогают эффективно отогревать двигатели автомобилей в зимнюю пору.

Если ещё не так давно можно было встретить мощные парогенераторы на твердотопливные генераторы, работающие на дровах, к примеру, генератор пара Перевалова, то сегодня большинство умельцев отдают предпочтение моделям, работающим от электричества. Ведь нет ничего проще, чем просто подключить прибор к . А найти старый чайник или пароварку для человека, поставившего перед собой цель − собрать прибор своими руками, не составит труда.

По мощности принято разделять приборы на промышленные и . Первые требуют подключения к специальным сетям с мощностью 380 В. А бытовые, как этого и следовало ожидать, работают от электророзетки на 220 В. Нагревать воду такая паровая печь может тоже по-разному. Рассмотрим основные типы таких систем:

1. Индукционные паропреобразователи . Подобное оборудование работает за счёт преобразования электромагнитного поля. Резервуары эти чаще всего используются на промышленных предприятиях, чаще всего . В этом случае получается достаточно лёгкий и чистый пар.
2. Электродная паровая печь . В таких печах нагревательным элементом выступает электрод. Пар тоже получается очищенным от примесей, в нём нет никаких примесей, а также разных взвесей.
3. Электрические . Устройство чем-то напоминает электрический чайник. Здесь тоже присутствует ТЭН. Мощность может быть разной, обычно от 4 кВт.
4. Печной . Работает за счёт нагрева теплоносителя. Это могут быть дрова, уголь.
5. Ультразвуковой . В этом случае устанавливается специальный ультразвуковой прибор, который производит колебания заданной частоты. В этом случае образуется своего рода испарина, которая выпаривается в воздух. Ультразвуковой парогенератор при желании можно тоже сделать своими руками.

Пароочистители

Как устроены парогенераторы

Прежде чем приступать к поиску деталей и ревизии в , важно понять, что собственно нам необходимо искать. Парогенератор своими руками можно собрать из хлама – проверено на себе. Рассмотрим устройство классического парогенератора: любой агрегат работает на воде, соответственно, нам будет необходима ёмкость или бак. Кстати, лучше всего, чтобы ёмкость имела превышенную прочность и термоизоляцию. Некоторые умельцы используют для сборки парогенератора обыкновенный газовый баллон. По сути, парогенератор можно сделать даже из металлической фляги.

Комментарий

" Если вы планируете использовать в качестве ёмкости для парогенератора газовый баллон, то необходимо провести процедуру его очистки от газа. Для этого необходимо крайне аккуратно и осторожно снять вентиль, выпустить из баллона остатки газа, залить его водой, повторить процедуру несколько раз. И только после этого приступать к распиливанию корпуса.

Кроме того, необходимо найти, подобрать, собрать или позаимствовать нагревательный элемент. В этом нам помогут вышедшие из строя старые бытовые приборы, к примеру, электрический .

Для успешной реализации проекта необходимо подготовить чертежи парогенератора, собранного своими руками. Здесь важно учесть и рассчитать мощность и необходимый объём ёмкости. Также потребуется паровой и водяной насос. Особенно если необходимо сделать паровую пушку для бани своими руками. Помните, чтобы устройство проработало долгое время, необходимо обеспечить постоянную подачу холодной воды, что, кстати, будет дополнительно охлаждать всю систему. Для того чтобы и , можно установить специальные датчики. Если вы планируете подключать прибор к централизованной системе подачи воды, то необходимо предусмотреть наличие патрубка.

Кроме того, не забывайте, что в любой системе обязательно необходимо сливать воду и прочищать ТЭНы. Поэтому необходимо обеспечить кран для слива, а также постоянный доступ к нагревательным элементам.

Как сделать своими руками парогенератор для бани из газового баллона

Такой тип сборки наиболее популярен среди умельцев. Во-первых, сам по себе баллон выполнен из качественного листового железа. Найти такой практически невозможно. Металл выдержит практически любую температуру, он устойчив к перепадам давления. Как сделать парогенератор своими руками из газового баллона, можно посмотреть в этом видео.

Какие инструменты и материалы нужны для работы

Сварные швы баллона выдерживают достаточное давление. Металл не боится коррозии, устойчив к высоким температурам. Подготовка баллона состоит из важных этапов: освобождение от остатков газа и паров (о чём мы говорили выше), спил верхней части и обработка торцов.

Совет! Заранее подготовьте все расходные материалы: металлические листы, пластины, датчики для замера давления, патрубки, шаровые краны, переходники.

Выбор и подготовка ёмкости для парогенератора

Почему именно газовый баллон – поясняем. Диаметр его основания универсален и подходит для подбора нагревательного элемента от обычного электрочайника. ТЭНом в этом случае служит нагревательное дно. Что уже само по себе является новаторским решением, так как экономит деньги и время на монтаж иной нагревательной системы.

Комментарий

Руководитель бригады ремонтно-строительной компании "Дом Премиум"

"Размер ёмкости выбирается исключительно от планируемого объёма пара. Если сделанный аппарат выдаёт количество меньше необходимого, то ему придётся работать непрерывно, на пределе возможностей, из-за чего часто будет возникать необходимость его ремонта.

Перед началом монтажных работ баллон необходимо освободить от воды и высушить! Все сварочные работы следует проводить только после того, как вы полностью убедились в отсутствии любых газовых паров. Принюхайтесь, баллон должен быть полностью свободен от запаха пропана.

Установка нагревательных элементов

Нагревательные элементы – важнейший компонент любого парогенератора. Главное правило, если вы используете ТЭНы, а не нагревательную поверхность как таковую (некоторые модели электрочайников имеют ТЭН под дном), они не должны касаться ни днища, ни стенок.

Расстояние важно выдерживать, в противном случае дно может прогореть и повредиться. Мы советуем использовать как минимум две изолирующие шайбы со специальными термостойкими силиконовыми прокладками. Не забудьте предусмотреть клапаны для слива и подачи воды. В некоторых конструкциях для обеспечения нагнетания жидкости используют дополнительную ёмкость, как правило, большего объёма, либо подключают её к централизованным сетям.

Комментарий

Руководитель бригады ремонтно-строительной компании "Дом Премиум"

"Ёмкость располагается выше преобразователя, чтобы обеспечить естественное давление. Обычно для долива воды в дне рабочей ёмкости делают специальную трубку. Как раз она, напротив, должна быть ниже уровня ТЭНов.

Выбор ТЭНа зависит от объёма воды и планируемой нагрузки на агрегат. Выбирать устройство по мощности следует из расчёта на каждые 10 л жидкости 3 кВт ТЭН.

Монтаж дополнительных элементов

Для надёжной фиксации кранов и автоматики используются специальные крепёжные элементы. Они располагаются в верхней части парогенератора. Это заправочный, сбрасывающий давление и шаровой кран, а также сгоны.

Все эти элементы должны быть подобраны самым тщательным образом, так как они отвечают на обменные процессы баллона. Неправильная установка, не в том порядке либо не на той высоте может привести к некачественной работе оборудования.

Доработка клапанов

Если вы используете газовый баллон, то, скорее всего, у вас остался латунный клапан, который вполне может использоваться в работе парогенератора. Его легко можно превратить в шаровой вентиль. Для этого клапан разбирается, вынимается штырь, нарезается на него резьба, вкручивается вентиль. Такая конструкция потребуется для отбора потоков пара.

Проверка безопасности работы парогенератора

Главным условием работы парогенератора является правильный нагрев и подача воды. Для этого на каждом этапе важно контролировать процесс. Именно поэтому большинство самодельных парогенераторов снабжено специальными автоматическими системами контроля.

Важно организовать контрольную цепь: при нагнетании определённого давления отключается нагревательный элемент.

Особенности сборки твердотопливного парогенератора для дома на дровах или угле

Для сборки классического используются металлические трубы разного диаметра. Это чем-то напоминает слоистый торт с самым широким слоем внизу, это и будет загрузочной камерой.

Некоторые мастера говорят, что КПД буржуйки намного выше КПД электрических парогенераторов. Но это не так. Просто сборка такого котла менее затратная. Следующий слой – резервуар для воды, он располагается непосредственно над топкой. К ней приваривается переходник с трубой, по которому пар будет поступать в . Если вы хотите узнать подробнее о том, как сделать твердотопливный парогенератор своими руками, посмотрите это видео.

Монтаж парогенератора

Монтаж парогенератора, особенно в помещениях с потенциально большим количеством людей, ( или сауны), должен производиться под контролем специалистов. В этом случае крайне не рекомендуется использовать самодельные установки, в частности парогенераторы без функции самоотключения. Такие устройства необходимо подбирать исходя из мощности прибора и типа нагрузки на него. Обычно мощность находится в пределах 10-30 мА. Кроме того, не забывайте, что парогенератор – это тоже электрический прибор, и он должен подключаться с использованием заземляющего контура.

Как самому сделать парогенератор для самогонного аппарата – нюансы

Ни для кого не секрет, что производство пара – неотъемлемая часть работы самогонного аппарата. Обычно для таких целей используют стеклянные, а лучше всего эмалированные ёмкости, посуда должна быть достаточно вместительная. Самый простой путь − использовать для этих целей старую скороварку. Причин для этого две: ёмкость уже обладает необходимой герметичностью, кроме того, нет необходимости искать нагревательный элемент.

Если вы внимательно смотрели фильм Аркадия Данелия про самогонщиков, то наверняка помните, что аппарат снабжён специальными штангами, подающими жидкость в паропреобразователь. Для контроля над температурой обычно устанавливается штатный . Как изготовить своими руками парогенератор для самогонного аппарата, можно увидеть на схеме.

Самогонные аппараты МАГАРЫЧ

Как сделать своими руками парогенератор для мойки двигателя – нюансы

Очень часто паровые машины используются на профессиональных . Пар обеспечивает эффективное очищение от грязи и микробов. Такие машины − одни из самых шумных в штате подобных специальных устройств (из-за работающего компрессора).

Обычно это агрегат на колёсах, чем-то напоминающий пылесос, к нему подаётся вода. Оператор работает чем-то наподобие пистолета. В этом случае пар подаётся под достаточным давлением. А вот самодельный парогенератор для авто вполне можно использовать для продува двигателя, обогрева шлангов.

парогенератор для мойки автомобиля

Основные причины поломки парогенераторов

Парогенератор – это устройство, и, как и любой агрегат, он выходит из строя. Среди самых часто встречающихся неисправностей: перекал ТЭНов, прожог корпуса, а также потеря целостности шлангов, подающих воду.

Важно! Во время самостоятельной сборки прибора важно учитывать последовательность установки элементов и их точное расположение. Несмотря на простую конструкцию агрегата, это мощный инструмент, связанный с риском для жизни.

Работа с агрегатом требует большой осторожности. В вашу привычку во время работы должно войти правило контроля за давлением в ёмкости. В случае превышения допустимых показателей его необходимо стравливать. Кроме того, не оставляйте прибор включённым в помещении, где находятся дети. Это опасно. При работе с оборудованием не допускайте его холостого хода без воды. Процесс поступления охлаждённой жидкости должно быть непрерывным. Это убережёт ТЭНы от перекаливания, а прибор − от перегрева.

Перед работой и включением аппарата проверьте герметичность как самого резервуара (их может быть один или два), так и соединительных и контролирующих , шлангов и подающих систем. Иногда банальное отсутствие воды в сети может привести к порче прибора. Проконтролируйте исправность подающего и ограничительного оборудования и блока самоотключения. Среди других причин поломки можно назвать:

1. Низкое качество воды.
2. Неправильно подобранную мощность ТЭНа.
3. Накипь на нагревательных элементах.

Совет! Бороться с накипью поможет уксус или лимонная кислота. Для этого достаточно развести воду в пропорции 1 чайная ложка порошка на литр воды, прокипятить её в ёмкости.

1. Отсутствие подачи жидкости во время работы.

Оставляйте свои вопросы и комментарии ниже под статьёй. Мы будем рады получить актуальные советы, которые пригодятся нашим читателям.

Описание:

Стоит ли вспоминать о первых отечественных паровых моторах (см. справку) в наш век высоких технологий? Несомненно. Ведь паровые моторы сейчас находят свое применение в энергетике.

Мини-ТЭЦ с паровыми моторами – реальность XXI века

И. С. Трохин , инженер ВИЭСХ Россельхозакадемии, преподаватель МОПК НИЯУ «МИФИ»

Стоит ли вспоминать о первых отечественных паровых моторах (см. справку) в наш век высоких технологий? Несомненно. Ведь паровые моторы сейчас находят свое применение в энергетике.

В последнее время в промышленности и жилищно-коммунальном хозяйстве все более осознается целесообразность комбинированного производства электрической и тепловой энергии на паровых мини-теплоэлектроцентралях (мини-ТЭЦ) (рис. 1), располагаемых в непосредственной близости от потребителя.
Это связано с постоянным удорожанием электроэнергии, учащением случаев возникновения аномальных шквальных ветров и заморозков, приводящих к снижению надежности линий электропередачи (обрывову проводов) централизованного электроснабжения.

Котельная как источник тепловой и электрической энергии

Потребители, имеющие собственные котельные, иногда дополняют их электрогенераторными установками (электроагрегатами) с паровыми двигателями (обычно турбинами) и электрогенераторами мощностью от нескольких сотен киловатт до единиц мегаватт. Таким образом котельные, реконструируемые в мини-ТЭЦ, становятся источниками как тепловой, так и электрической (рис. 1, трехфазная линия А–В–С) энергии.

В зависимости от тепловой мощности паровой котельной для выработки 1 МВт (100 %) тепловой энергии требуется 17–40 кВт (1,7–4 %) электроэнергии . Абсолютное давление пара в котлах, разрешенное органами Ростехнадзора, обычно не превышает 0,7–1,0 МПа (здесь и далее – абсолютное).

Промышленным потребителям или для пароводяных теплообменников (бойлеров для получения горячей воды) требуется пар с более низким давлением – 0,12–0,6 МПа. Поэтому электроагрегаты с паровыми турбинами включают параллельно редукционным устройствам или взамен их (рис. 1). Тогда вместо бесполезного дросселирования пара турбинами будет совершаться полезная работа по приводу электрогенераторов. Отработавший пар в этом случае направляется в бойлер, после чего конденсируется, а конденсат через систему очистки перекачивается насосом обратно в котел.

Таким образом, котельная становится выгодным источником тепловой и электрической энергии с высоким коэффициентом полезного использования теплоты сгорания топлива (80–85 % и более).

Если потребителю не нужно большое количество тепла, а только горячая вода, например, в летнее время, то мини-ТЭЦ оснащают еще абсорбционными холодильными машинами, работающими на отработавшем в турбине паре. Такие машины обеспечивают требуемое охлаждение воды, которая поступает в систему холодоснабжения для кондиционирования помещений потребителя.

Для круглогодичного бесперебойного электроснабжения потребителей, в т. ч. оборудования мини-ТЭЦ (насосов, дымососов, освещения, систем автоматики и др.), необходима безостановочная ее работа. Это возможно, например, если электроэнергию генерировать совместно с выработкой теплоты, необходимой для обеспечения потребителей горячей водой.

На площадках действующих котельных создаются и мини-ТЭЦ с увеличенной тепловой мощностью. Например, заменяются устаревшие котлы с давлением насыщенного пара 1,4 МПа на котлы с давлением перегретого пара 4,0 МПа и температурой 440 °С. При тех же габаритах котлов электрическая мощность такой мини-ТЭЦ становится значительно больше.

Однако следует обратить внимание на тип используемого в современных мини-ТЭЦ парового двигателя 1 . Это маломощная паровая турбина, которая обычно имеет одноступенчатую конструкцию, поскольку работает при малых перепадах давлений. Ротор, как вращающаяся часть турбины, состоит из ступицы, которая насаживается на вал, и набора профилированных лопаток (лопаточный венец). Лопатки изготавливаются из специальных сплавов и являются ответственными и дорогими элементами турбины. Паровинтовые турбины тоже имеют профилированный ротор, только по типу винта Архимеда.

Еще со времен паровых машин более простым и дешевым рабочим органом, по сравнению с турбинной лопаткой, является поршень.

Сравнение характеристик электро-генераторных установок с паровой турбиной и паровым мотором

Некоторые конструкции паровых машин и моторов прошлого столетия были не такими уж несовершенными, как считается. Представим себе электрогенераторную установку с паровой машиной или мотором и современным электрогенератором. Поскольку паровые машины, как правило, имели весьма низкие частоты вращения вала (до 300 об/мин), а современные электрогенераторы работают при частотах 1000–3000 об/мин, то для воображаемой установки необходим еще мультипликатор.

Сравним такую установку с современной паротурбинной. Сделаем это корректно: при соизмеримых давлениях и температурах пара на входе в эти двигатели и соизмеримых противодавлениях пара на выходе. Тогда становится видно (табл. 1), что удельный расход пара на единицу вырабатываемой электроэнергии, а следовательно, и КПД у некоторых паромашинных или паромоторных установок вполне соизмерим с удельным расходом пара в современных турбоустановках, мощность которых даже в 5 раз больше!

С ростом частоты вращения вала паровой машины или мотора, при прочих равных условиях, происходит рост КПД за счет сокращения продолжительности впуска пара в цилиндр и, следовательно, уменьшения времени соприкосновения пара со стенками цилиндра, что ведет к снижению теплопотерь в двигателе.

При частотах вращения 750–1500 об/мин и мощностях, по крайней мере, до 1200 кВт современные немецкие паровые моторы Spilling и чешские PM-VS имеют расход пара 2 в 1,3–1,5 раза меньший, чем у паровых турбин, превосходящих их по мощности более чем в 5 раз! При одинаковых с турбинами мощностях, паровые моторы еще более эффективны, поскольку в сравнительно большем двигателе легче сделать более совершенные парораспределительные механизмы.

Российская инновация

Российские специалисты предложили идею: переделать современный поршневой двигатель внутреннего сгорания (ДВС) в паровой мотор и приспособить его для работы в мини-ТЭЦ. Поскольку стоимость ДВС ниже стоимости паровой турбины, то при условии незначительных доработок в конструкции мы получим более дешевый приводной двигатель: паровой мотор на базе серийного ДВС.

Специалистами объединенной научной группы 3 «Промтеплоэнергетика», возглавляемой В. С. Дубининым, старшим научным сотрудником кафедры «Конструкция двигателей летательных аппаратов» МАИ, разрабатываются паропоршневые двигатели (ППД) – современные паровые моторы одностороннего давления. Последнее означает, что при работе мотора пар, поступающий в цилиндр, давит на поршень только с одной стороны, как и у исходного ДВС.

В базовом ДВС переделке, по сути, подлежит только механизм топливоподачи на газодинамически-клапанный или золотниково-клапанный узел подачи и выпуска пара (ноу-хау). ППД могут работать в широком диапазоне давлений свежего пара – от 0,5 до 4,0 МПа при его температурах до 440 °С. По частоте вращения коленчатого вала ППД могут развивать до 3000 об/мин!

ППД имеет циркуляционную систему смазки с «сухим» картером, как у ДВС тепловозов и дизельных электростанций. При такой системе масло, в основном, не задерживается во внутренних полостях двигателя, а прокачивается через них под давлением, очищается и затем снова поступает в двигатель.

В ППД, соединенном с электрогенератором, пар подается от котла, а выхлоп осуществляется в пароводяной теплообменник (рис. 2, обозначения синего цвета). Управление ППД обеспечивается по сигналам от системы автоматизированного управления. Кроме одного или нескольких ППД и электрогенераторов, агрегат имеет в своем составе: блок возбуждения, управления и защиты БВУЗ электрогенератора, состоящий, в свою очередь, из блоков возбуждения и управления БВУ, защитной автоматики БЗА, системы управления БСУ.

На рис. 2 приведен вариант электроагрегата с асинхронным электрогенератором, поэтому для его работы блок возбуждения БВ снабжен конденсаторами. Распределительное устройство электрически связывает электроагрегат с потребителями электроэнергии. Пунктирной линией (рис. 2) показаны электрические связи от других генераторов в случае многодвигательного агрегата.

Паровой мотор, в отличие от турбины, всегда может обеспечивать прямой привод электрогенератора. Турбине, как правило, для этого требуется редуктор, т. к. для обеспечения приемлемого расхода пара она должна работать при высоких частотах вращения.

Паровой турбине требуется и система охлаждения, а это – дополнительный расход воды и потери энергии. ППД вполне достаточно теплоизолировать, а охлаждать не требуется, т. к. температура в его цилиндрах в 5–6 раз ниже, чем у исходного ДВС.

Ресурс до капитального ремонта паровых турбин (30 000–50 000 ч) определяется, в основном, ресурсом лопаток из дорогостоящих сплавов, а у паровых моторов (более 50 000 ч, согласно ) – гораздо большим ресурсом более дешевых узлов шатунно-поршневой группы.

Паровые моторы, как паровые поршневые машины, обладают высокой надежностью. А ресурс до капитального ремонта ППД может быть выше, чем у исходных ДВС (30 000–100 000 ч), т. к. пар при работе двигателя, в отличие от горючей смеси, не взрывается, а расширяется и плавно давит на поршень.

Для технического обслуживания турбин необходим высококвалифицированный персонал. Паровые моторы, как близкие по типу к ДВС, могут обслуживаться специалистами более низкой квалификации, а их ремонт можно производить прямо на месте эксплуатации.

Применение источника бесперебойного питания

Чтобы вырабатывать ток с частотой, в соответствии с требованиями 4 ГОСТ 13109–97 на сетевую электроэнергию (в нормальном режиме – 50±0,2 Гц), паротурбинный электроагрегат ПТЭА (рис. 2, обозначения красного цвета) должен работать с источником бесперебойного питания ИБП или параллельно с сетью централизованного электроснабжения.

Паротурбинный электроагрегат вырабатывает электоэнергию с относительно грубой стабилизацией частоты переменного напряжения. С помощью агрегата выпрямления напряжения АВН получается постоянное напряжение. Затем агрегат инвертирования АИН, снабженный высокостабильным задающим генератором частоты, обеспечивает преобразование постоянного напряжения в переменное с высокой точностью стабилизации частоты.

Блок аккумуляторных батарей АБ служит для кратковременного резервного электропитания АИН в случае выхода из строя турбоэлектроагрегата или на время аварийного включения резерва.

Самостабилизация частоты вращения вала двигателя

Все поршневые двигатели, в том числе и паровые, обладают свойством самостабилизации частоты вращения вала, чего нельзя сказать о турбинах. Это открытие В. С. Дубинина является революционным 5 . Его реализация позволяет обеспечивать поддержание частоты вращения вала первичного двигателя с такой точностью, что приводимый электрогенератор способен вырабатывать электроэнергию с частотой 50±0,2 Гц, как требуется по стандартам в области качества электроэнергии. Для сравнения, дизельные электростанции могут вырабатывать электроэнергию с более грубой точностью поддержания частоты (в установившемся режиме работы – 50±0,5 Гц).

Самостабилизация осуществляется без организации обратных связей при импульсной подаче или выработке рабочего тела (пара) через равные промежутки времени. Такой процесс, по сути, аналогичен работе анкерного механизма и маятника в механических часах. В нашем случае это ППД с источником пара и задающий генератор импульсов подачи пара.

Точку зрения относительно преимуществ паровых поршневых двигателей над турбинами для мини-ТЭЦ разделяют и зарубежные специалисты. Так, в 2005 году на Американском совете по энергоэффективной экономике Майкл Мюллер из Центра передовых энергетических систем Рутгерского университета США отметил в своем докладе «Возвращение паровой машины» , что малоразмерные паровые поршневые двигатели, в отличие от турбин, надежно и экономично работают даже на влажном паре и при умеренных частотах вращения.

Следует все же отметить, что подавляющее большинство паровых моторов пока несколько уступают турбинам по массовым и габаритным характеристикам. Однако, как показывает многолетний опыт эксплуатации, в частности, моторов Spilling, эти показатели не являются первостепенными, на фоне ряда неоспоримых достоинств поршневых двигателей.

Переоборудование водогрейных котельных в паровые мини-ТЭЦ

А что же делать с водогрейными котельными? Как их переоборудовать в паровые мини-ТЭЦ? Такие котельные целесообразно оснащать дополнительными паровыми котлами с переводом на них базовой части тепловой нагрузки или полностью заменять ими водогрейные. Паровые котлы дороже водогрейных, но эксплуатационные затраты на их содержание ниже и они могут надежно работать с более высоким ресурсом.

Экологические вопросы эксплуатации мини-ТЭЦ

Экологические показатели сжигания топлива в современных паровых котлах весьма неплохие. Реализация известной отечественной технологии сжигания твердых топлив (уголь, отходы углеобогащения, шлам, древесные и растительные отходы и т. д.) в высокотемпературном циркулирующем кипящем слое (патент на полезную модель RU 15772) дает возможность обеспечить работу котла с весьма низкими выбросами в атмосферу. Экологические показатели работы котлов с такими топками удовлетворяют самым жестким требованиям Ростехнадзора.

В заключении необходимо заметить, что электрогенерирующие агрегаты с паровыми моторами как нельзя лучше подходят для экологически чистых солнечных электростанций (табл. 2), в том числе и мини-ТЭЦ, в которых для получения пара используются котлы не с топками, а с солнечными коллекторами. Получается поистине экологически чистая электростанция, работающая на солнце, воде и паре!

Итак, можно сделать следующие выводы:

• паромоторные мини-ТЭЦ энергоэффективнее паротурбинных. Для них удельный расход пара в электроагрегатах на выработку электроэнергии в 1,3–1,5 раза меньше, чем в паротурбинных мини-ТЭЦ, особенно при электрических мощностях до 1200 кВт.
• ресурс до капитального ремонта у современных паровых моторов для мини-ТЭЦ, по крайней мере, не ниже, чем у паровых турбин лопаточного и винтового типов.

Литература

1. Бурносенко А. Ю. Мини-ТЭЦ с паровыми турбинами для повышения эффективности промышленно-отопительных котельных // Новости теплоснабжения. 2009. № 1.
2. Micro and small-scale CHP from biomass (up to 300 kWe). OPET RES-e NNE5/37/2002 // OPET Finland: http://web.archive.org/web/20070208002554/
   http://akseli.tekes.fi/opencms/opencms/OhjelmaPortaali/ohjelmat/DENSY/en/Dokumenttiarkisto/Viestinta_ja_aktivointi/Julkaisut/OPET-RES/TechnologyPaper2_chp_70404.pdf.
3. Дубинин В. С. Обеспечение независимости электро- и теплоснабжения России от электрических сетей на базе поршневых технологий: монография. М., 2009.
4. Шкарупа С. О. Использование точечного преобразования для аналитического описания переходного процесса в тепловом двигателе дискретного действия // Динамика сложных систем. 2010. № 2.
5. Muller M.R. The Return of the Steam Engine // ACEEE Summer Study on Energy Efficiency in Industry. New York (USA). July 19–22, 2005. http://quasiturbine.promci.qc.ca/Presse/SteamMuller050721.pdf.

1 Исторически сложилось, что термин «паровой двигатель» распространяется на все конструкции двигателей, работающих на паре. В литературе иногда ошибочно отождествляют паровой двигатель и паровую машину. Паровая машина - это поршневой паровой двигатель.

3 В группу входят специалисты Московского авиационного института, Всероссийского института электрификации сельского хозяйства, Московского энергетического института, Московского института энергобезопасности и энергосбережения, Королёвского колледжа космического машиностроения и технологии.

4 С 2013 года вместо ГОСТ 13109-97 будет введен ГОСТ Р 54149-2010.

5 Отметим, что В.С. Дубинин разработал в 1980-х годах теорию самостабилизации только для одноцилиндрового поршневого двигателя и подтвердил ее экспериментально. А в 2009 году молодой инженер С. О. Шкарупа применил эту теорию для случая многоцилиндровых поршневых двигателей, с какими и приходится иметь дело на практике.

И в кратчайшие сроки можно изготовить простейший паровой генератор. Такое устройство способно генерировать электроток практически из любого топлива, в ход пойдет все, что горит. Это могут быть палочки, твердый спирт, свечка, кора с деревьев, сухая трава и прочее. Подобный генератор можно взять с собой, отправляясь в туристический поход. От него можно зарядить мобильный телефон или зажечь пару светодиодов для освещения.
Двигатель является однопоршневым, с золотником.

Материалы и инструменты для сборки:
- кусок трубки от телевизионной или радиоантенны, диаметром не мене 8 мм;
- небольшая трубка для создания поршневой пары (можно купить в магазине сантехники);
- медная проволока (диаметр 1.5 мм, можно найти в катушках или купить);
- гайки, болты и шурупы;
- свинец для изготовления маховика (можно найти в старых автомобильных аккумуляторах, рыболовных снастях или купить);
- бруски из дерева;
- спицы от велосипеда;
- фанера или текстолит для создания подставки;
- трубка;
- банка из под оливок или подобная.

Процесс изготовления парового генератора:

Шаг первый. Принципиальная схема генератора
На схеме можно увидеть, как работает механизм. То есть это кривошип, который через шатун соединен с поршнем. Также в системе предусмотрен клапан (золотник), который открывает и закрывает один из двух каналов. Когда поршень находится в нижней мертвой точке, золотник открывает канал и в цилиндр поступает пар под давлением. Достигая верхней мертвой точки, золотник перекрывает подачу пара, и открывает цилиндр для выпуска пара наружу, поршень затем опускается. Возвратно-поступательные движения по классике преобразуются кривошипом во вращение вала генератора.

К третьему куску нужно прикрепить металлическую шайбу, после высыхания нужно также все зафиксировать холодной сваркой. Когда сварка высохнет, сверху швы нужно обработать эпоксидной смолой для максимальной прочности и герметичности.

Шаг третий. Изготовления поршня и шатуна
Поршень изготавливается из болта диаметром 7 мм. Для этого его нужно закрепить в тисках и намотать сверху медную проволоку, всего понадобится сделать порядка 6-ти витков, в зависимости от диаметра проволоки. Затем проволока пропитывается эпоксидной смолой. Лишний край болта можно отрезать. Далее, когда смола высохнет, понадобится поработать наждачной бумагой, чтобы подогнать поршень под диаметр цилиндра. В итоге поршень должен двигаться легко, но при этом не должен пропускать воздух.

Для крепления шатуна на поршне нужно сделать специальный кронштейн, он делается из листового алюминия. Ее нужно выгнуть в виде буквы «П», на краях сверлятся отверстия, диаметр отверстия должен быть таким, чтобы в него можно было выставить велосипедную спицу. Кронштейн приклеивается к поршню.

Шаг четвертый. Золотник и треугольник
Треугольник нужно вырезать из листа металла, в нем сверлится три отверстия. Что касается поршня золотника, то его длина составляет 3.5 мм, нужно добиться его свободного перемещения в трубке золотника. Длина штока может быть разной, здесь все зависит от маховика.

Подпорки лучше всего делать из брусков, они подбираются индивидуально. Что касается кривошипа поршневой тяги, то он должен быть 8 мм, а кривошип золотника составляет 4 мм.