Содержание:
Проблема наличия автономного источника электропитания для удовлетворения хотя бы каких-то ограниченных, наиболее важных потребностей, решаться может по-разному. Самое простое решение – приобретение генераторной установки с бензиновым или дизельным приводом. Все шире используются солнечные батареи, за которыми, безусловно, большое будущее. Еще один источник – использование ветровой энергии: ветряки в малых населенных пунктах стали встречаться все чаще.
Мини генератор своими руками – паровая электростанция для дачи или полевых условий
Но все эти альтернативные источники пока что еще весьма дороги, и у каждого есть свои недостатки: высокие цены на горючее, необходимость сложного обслуживания, серьезная зависимость от текущих погодных условий и т.п. Поэтому народные умельцы находятся в постоянном поиске каких-то самостоятельных решений. И, кстати, не только в нашей стране – самобытных мастеров немало по всему миру. В рамках этой публикации мы увидим реализацию идеи миниатюрной паровой электростанции, задуманной и собранной бразильским мастером Professor Pardal.
В этой идее примечательно следующее – из расходных материалов для электростанции требуется только вода и практически любое доступное твердое топливо, а сама конструкция в основном выполнена из материалов, что порой валяются в виде хлама в сарае или недороги в приобретении на какой-то барахолке. А плюс к тому, установка способна не только обеспечивать электроэнергией, достаточной для локального освещения, для зарядки гаджетов и даже для просмотра LCD-телевизора — она одновременно является и вполне функциональной мини-печкой, дающей возможность приготовления пищи и обогрева.
Изготовление паровой мини электростанции своими руками
Материалы и инструменты для изготовления паровой мини электростанции
Буквально несколько слов о принципе выработки электроэнергии – чтобы проще было понять конструкцию.
Если не брать в расчет солнечные или химические батареи, по львиная доля всей электроэнергии получается по схожему принципу – это превращение механического движения в электрический ток. Достигается это вращением обмоток генератора в магнитном поле (или, наоборот, роль статора играет обмотка, а вращается магнитное поле).
Значит, первым делом необходимо найти возможность привести во вращение ротор генератора, то есть для этого придется затратить какую-то внешнюю энергию.
На тепловых электростанциях это достигается нагревом воды с переходом ее в парообразное состояние. А нагретый пар, расширяясь на выходе из котла, обладает колоссальным энергетическим потенциалом – он способен вращать лопасти паровых турбин, которые, в свою очередь, передают этот крутящий момент на генерирующую установку. Разогрев же воды достигается за счет сжигания твердых, жидких или газообразных теплоносителей.
Вывод: чтобы соорудить миниатюрное подобие тепловой электростанции необходимо:
- Создать какой-то котел, в котором будет получаться и накапливаться водяной пар.
- Иметь в наличии какую-то турбину, где поток выходящего пара будет преобразовываться во вращательное движение.
- Обзавестись устройством – генератором, в котором вращательное движение ротора приведет к получению на выходе нужной разности потенциалов (напряжения).
Для сборки своего варианта мастер использовал следующее:
- Для котла – ненужный баллон от фреона. Его вместительность около 13 литров, а стенки толщиной 1.5 мм способны выдерживать давление в пределах 3 атмосфер.
Мнение эксперта:
Афанасьев Е.В.
Главный редактор проекта Stroyday.ru. Инженер.
Внимание – для фреонов разных марок могут использоваться и различные по толщине стенок и предельному давлению баллоны. Поэтому – это нужно уточнять уже «по месту». Как правило, на баллоне указаны параметры предельно допустимого давления.
- Для топочной камеры котла – металлическая бочка на 200 литров. Как мы увидим, она будет применяться не полностью.
- В качестве турбины будет выступать старый пневматический ударный гайковерт. Вполне можно поискать на барахолке и приобрести недорого.
- Роль генератора мастер доверил двигателю постоянного тока, снятый со списанной беговой дорожки.
Кроме того, потребуются некоторая «мелочевка» сантехнического плана – все это станет понятным по ходу изложения.
* * * * * * *
Инструменты – «болгарка» с отрезными и шлифовальными кругами, сварочный аппарат со всем необходимым, ключи, отвёртка, маркер и линейка (рулетка) для разметки.
Стенки как у баллона, так и у бочки не отличаются большой толщиной, поэтому оптимальным вариантом было бы наличие сварочного полуавтомата. Но и с ручной дуговой можно справиться, если имеется опыт, или потренировавшись для начала на обрезках схожей толщины.
Изготовление паровой мини электростанции своими руками – пошагово.
Итак, переходим к показу практического этапа создания автономного источника электроэнергии.
| Иллюстрация | Краткое описание выполняемых операций |
|---|---|
| Начинается рабочий процесс с подготовки баллона от фреона. Он безусловно, должен быть пустым. Емкость с выпущенным давлением можно резать или варить спокойно, в отличие от других газовых баллонов – риска воспламенения нет, так как фреон не является огнеопасным. | |
| Для начала срезаются пучки для переноски. Их необходимо срезать очень аккуратно, «под корешок», не повредив баллон и не испортив самих ручек – они в дальнейшем еще пригодятся. |
|
| Вместе с ручками срезается и выпускной патрубок – он находится в аккурат между ними. | |
| Это отверстие, оставшееся после обрезки патрубка, необходимо заглушить. | |
| Самое простое и надежное решение – забить в отверстие стальной болт с близким диаметром, до упора в головку… | |
| …а затем обварить головку по периметру, прихватив ее тем самым к стенке баллона. | |
| И здесь, и далее при выполнении сварных швов они обязательно очищаются от шлака и проверяются на качество сварки. Баллон вскорости становится паровым котлом, то есть все швы должны быть гарантированно герметичными и способными выдерживать избыточное давление. |
|
| Для следующей операции потребуется стальная труба диаметром 57 или 76 мм, длиной чуть более диаметра баллона. У мастера таковой под рукой не нашлось, поэтому в ход пошли старые автомобильные амортизаторы – показаны на иллюстрации. |
|
| С каждого из них на отрезном станке удаляется по внешнему «стакану». | |
| Срезанный стакан и станет искомой трубой. Если станка нет, при должной аккуратности и хорошей фиксации заготовки эту задачу вполне можно выполнить и обычной «болгаркой». |
|
| Однако длины каждого из стаканов – недостаточно для нужной детали. Придется из двух отрезков сваривать одну трубу. | |
| Торцы труб зачищаются, на них выполняется фаска, а затем стык по периметру обваривается сплошным швом. Пропуски и прожиги – недопустимы! | |
| Теперь необходимо прорезать отверстия в стенках баллона, так, чтобы труба прошла насквозь через него, примерно по центру его длины. Для этого сначала труба приставляется к намеченному месту (проще всего и точнее будет ориентироваться на сварной шов, опоясывающий баллон)… |
|
| …и маркером намечается контур будущего отверстия. | |
| Прорезать аккуратное отверстие сравнительного небольшого диаметра можно по-разному. Кто-то предпочитает маленькую «болгарку» с наполовину сточенным отрезным кругом. У кого-то неплохо получается эта операция с использованием электрического лобзика с пилкой по металлу. В демонстрируемом примере мастер решил прожечь нужный проем с помощью ручной дуговой сварки, выставив высокий ток. |
|
| Действовать нужно аккуратно, не спеша, чтобы края отверстия получились ровными. | |
| Такая же операция повторяется и на противоположной стороне баллона. В итоге должно получиться примерно вот так – два отверстия, симметрично расположенные на противоположных сторонах окружности. |
|
| Подготовленный отрезок трубы заводится с одной стороны в прорезанной отверстие, так, чтобы он вышел наружу с противоположной стороны. Достаточно будет выхода в 5÷8 мм – этого хватит для сварки. | |
| После этого выполняется сварка этого соединения – сплошным швом по окружности с теми же требованиями, о которых говорилось выше. | |
| Один конец трубы вварен в баллон. | |
| Затем такой же узел проваривается и на противоположной стороне. После приваривания излишек трубы срезается «болгаркой». Получается теперь, что через баллон, не нарушая его герметичности, проходит труба. Она будет служить и дымоходом, и теплообменником при нагреве воды. Кроме того, по мере прогрева этой трубы будет возникать эффект «ракетной печи», когда в верхней трети канала станут активно выгорать выделяемые при горения топлива газы. Теплоотдача в таких схемах получается очень эффективной – пламя будет подниматься выше поверхности бака даже при небольшой закладке топлива. |
|
| Для топочной камеры котла от металлической бочки отрезается ее верхняя часть, примерно на треть высоты. | |
| Затем к верхней плоскости бывшей бочки примеряется баллон с вваренной трубой. Так, как он и будет стоять в готовой конструкции. | |
| По установленному баллону намечается маркером контур, но не по вертикальной проекции, а с таким расчетом, чтобы баллон «провалился» под плоскость крышки бочки примерно на одну треть. То есть с отступом от границ проекции внутрь примерно на 30 мм. | |
| Контур будущего «гнезда» для баллона намечен. | |
| По контуру делается вырез с помощью «болгарки» — вот он в готовом виде. | |
| В вырезанное «гнездо» укладывается баллон, при необходимости проводится корректировка границ окна. | |
| Затем баллон приваривается к бочке по периметру по линии их соприкосновения, сплошным герметичным швом. | |
| Вот так это соединение будет выглядеть снизу, со стороны топки. | |
| Теперь необходимо приварить срезанные ранее рукоятки баллона слева и справа от дымоходного канала. Они уже будут не для переноски, естественно, но зато из них получается весьма неплохая конфорка, куда можно поставить при необходимости чайник или кастрюлю для приготовления пищи. | |
| Ручки привариваются к стенке баллона. Здесь герметичность не нужна, поэтому можно обойтись и без сплошного шва – достаточно будет парочки качественных прихваток. | |
| На стенке бочки снизу намечается вырез шириной примерно 300 мм, и высотой – около 200 мм. Большая точность здесь не принципиальна. | |
| По намеченной границе вырезается фрагмент. А получившееся окно – не что иное, как загрузочное окно топочной камеры и канал для поступления воздуха в зону горения. |
|
| Далее, на баллоне проделываются три отверстия: одно побольше (диаметром порядка 15 мм), по центру, и два поменьше (достаточно 5÷6 мм), слева и справа и несколько ниже относительно первого. Для получения подобных отверстий очень удобно использовать коническое ступенчатое (пирамидальное) сверло. |
|
| К первому, большому отверстию будет привариваться муфта с внутренней резьбой ½ дюйма. | |
| Примерка муфты по месту ее будущего расположения. | |
| Для обеспечения выхода пара и подачи его на турбину потребуется вот такой штуцер с «ершом». | |
| Его место – на левом малом отверстии. | |
| Чтобы была возможность контролировать давление пара в котле, нужен манометр. А, соответственно, под него необходимо предусмотреть соответствующую муфту (гайку) с нужным внутренним диаметром и шагом резьбы. | |
| Эта муфта будет устанавливаться на правое малое отверстие. | |
| После подбора и «примерки» обе муфты и штуцер привариваются на свои места. На этом пока что «корпусные» работы заканчиваются – пора переходить к более сложному «оборудованию» мини-электростанции. |
|
| Итак, в роли паровой турбины будет выступать вот такой старый пневматический ударный гайковерт. Он способен создавать мощный крутящий момент под действием сжатого воздуха. Надо полагать, от потока пара также будет вращаться. | |
| Однако, в «чистом виде» задействовать гайковерт нет смысла – его следует немного «доработать», упростить. Поэтому сначала выполняется разборка прибора – откручиваются винты и снимается задняя крышка. | |
| Прямо под крышкой, за прокладкой, сзади расположена пневматическая турбина – двигатель. Ее необходимо аккуратно извлечь наружу. | |
| Сам по себе пневматический двигатель никаких изменений претерпевать не будет. Можно лишь убедиться в его целостности и работоспособности. | |
| А вот дальше расположен механизм получения ударного вращающего момента. Вот он нас и интересует – его вынимают из корпуса полностью вместе со шпинделем гайковерта. Дело в том, что вращение от двигателя в гайковерте не передается напрямую на рабочий шпиндель – он не связан с передаточной муфтой жестко, прокручивается в ней. А сама эта передаточная муфта со шлицами (хорошо видна на иллюстрации – по центру, более светлого цвета) передает крутящий момент на молотковый механизм, собранный в обойме. И уже молотки, воздействуя на фигурные выступы на шпинделе, передают ударно-вращательное движение ему. |
|
| Такое усложнение для наших текущих целей не требуется – это и неоправданные потери усилия пневмопривода, и абсолютно ненужное для генератора ударное усилие. Нам необходимо обычное стабильное вращение с постоянной угловой скоростью. Поэтому от этого промежуточного звена следует избавиться. Для этого производится разборка механизма – снимается стопор, извлекаются молотки, шпиндель выводится из молотковой обоймы. |
|
| А затем «голый» шпиндель после этого просто вставляется в ту самую передаточную муфту… | |
| …и прихватывается к ней электросваркой. | |
| Получилось вот что: теперь это одно целое, и вращение с пневматического двигателя будет передаваться непосредственно на шпиндель, что нам и требуется. | |
| Далее – выполняется обратная сборка гайковерта. | |
| Еще один нюанс: мастер срезал фрагмент корпуса гайковерта над бывшей молотковой обоймой. Это в целях лучшего охлаждения всего устройства и свободного выхода отработанного пара. | |
| Чтобы гайковерт всегда находился во включенном положении, клавишу включателя можно после нажатия зафиксировать тонкой проволокой. Или, например, обычной пластиковой стяжкой, что будет даже удобнее. | |
| Обратите внимание – в этой модели на рукоятке имеется второй канал, закрытый металлической заглушкой. Мастер решил использовать это обстоятельство для крепления гайковерта на корпусе мини-электростанции. | |
| Он прихватил сваркой эту гайку м верхнему ободу бочки, так, чтобы ось шпинделя гайковерта оказалась в горизонтальном положении. Если такой гайки на имеющейся в распоряжении модели нет – придется подумать о креплении каким-то иным способом, например, через привариваемый к бочке кронштейн. |
|
| Готовится к установке и генератор – двигатель постоянного тока, ранее стоявший на беговой дорожке. У него имеется штатный кронштейн, просто надо будет подумать, как его закрепить на корпусе бочки. |
|
| Шкив с двигателя снимается, он не нужен – нам требуется «голый» шпиндель. | |
| Достигнуть идеальной соосности расположения гайковерта и двигателя (турбины и генератора электростанции) в рассматриваемых условиях практически невозможно. Поэтому решено сделать вал, передающий вращение, гибким, из отрезка поливочного армированного шланга. Один конец шланга сначала слегка разогревается … |
|
| … а затем плотно насаживается на шпиндель двигателя. | |
| Аналогично поступают и с противоположным концом гибкого вала, насаживая его на шпиндель гайковерта. | |
| Примеряется оптимальное расположение пока еще не закреплённого электродвигателя. Решено для удобства его фиксации сначала прихватить сваркой к бочке стальную пластину. |
|
| Сначала приварена пластина… | |
| … а затем к ней прихвачены сваркой и кронштейны электродвигателя. Вся кинематическая часть будущей электростанции установлена. |
|
| Необходимо довести до готовности котел. Во-первых, для за дивной горловины должна быть изготовлена заглушка, плотно, герметично закрывающая ее. Для удобства закручивания и открывания мастер приварил к заглушке маховик-перекладину. |
|
| Во-вторых, устанавливается и затягивается ключом манометр. Надо постараться установить его так, чтобы его циферблат был хорошо виден – это облегчит визуальный контроль за процессом работы установки. |
|
| Штуцер на рукоятке пневматического гайковерта и штуцер, вваренный в баллон котла, соединяются гибким термостойким шлангом высокого давления. В разрыве этого шланга обязательно устанавливается кран, с помощью которого можно будет подавать пар на турбину, управлять скоростью вращения, останавливать подачу при необходимости. Все соединения шланга на штуцерах фиксируются хомутами с тщательным из затягиванием. |
|
| По сути – сборка мини электростанции завершена. Можно переходить к проверке ее работоспособности – загружать топливо, разжигать огонь, заливать воду и т.п. Мастер решил применить самодельные топливные брикеты. Для их изготовления он нарезает полосами шириной примерно в 50 мм гофрированный картон от старых упаковок. |
|
| Затем эти полосы сворачиваются «улиткой» … | |
| … пока не наберется «шайба» диаметров примерно в 150÷200 мм. Чтобы брикет не распускался, его фиксируют тонкой проволочкой. |
|
| Готовый брикет. | |
| Так как своего дна у топливной камеры нет, брикет или иное топливо лучше будет укладывать на какой-то поддон. Мастер изготовил его из донной части такого же баллона от фреона. | |
| Уложенный на поддон брикет сверху поливается маслом, например, остающимся после жарки. Можно использовать и масляную отработку из гаража. | |
| Такая пропитка обеспечивает и быстрый розжиг, и длительное горение брикета. | |
| Поддон с разгоревшимся брикетом через загрузочное окно устанавливается под котлом. | |
| Еще один момент: для качественного поддува воздуха, без которого горение будет невозможным, по периметру основания вырезаны отверстия – они хорошо заметны на этой иллюстрации. | |
| Горение брикета постепенно активизируется, и можно набрать в котел воды. Для этого сначала выкручивается заглушка. | |
| Затем с помощью воронки в баллон заливается вода. Емкость бака – около 13 литров, но заливают не под завязку, а порядка 7÷8 литров, чтобы было пространство для расширения пара, и чтобы разогретая, увеличившаяся в объёме вода не попадала в выходной штуцер. После заливки ставится и накрепко закручивается заглушка. |
|
| Пламя от корящего брикета – все выше. По показаниям манометра давление в баллоне возрастает. Его нельзя доводить выше максимально допустимого. На месте мастера я бы еще оснастил, в целях безопасности, этот самодельный котел еще и предохранительным клапаном, рассчитанным, например, на 1,5÷2 атмосферы. Так будет спокойнее – человек может отвлечься, задремать и т.п., и это порой заканчивается печально… |
|
| Для проверки работоспособности созданной мини электростанции мастер для начала подключает к выводам генератора (двигателя) светодиодную лампу. | |
| Плавно открывается кран – и начинается вращение турбины, передающееся на генератор. Светодиодная лампа почти мгновенно загорается. | |
| Если попробовать принудительно приостановить вращение передаточного вала – лампа сразу откликается понижением яркости свечения. | |
| Но если отпустить вал в свободное вращение – светильник опять разгорается на полную! Система работает! |
|
| Теперь нужно усложнить задачу, чтобы проверить возможности электростанции на более серьезные действия. Для этого матер подключает к ней инверторный преобразователь питания, выдающий на выходе 127 вольт переменного тока. (Дело происходит, напомним, в Бразилии, где используется именно такое сетевое напряжение. В наших условиях, безусловно, применяется инвертор с выходом на 220 вольт). |
|
| Сначала включаем инвертор питания без нагрузки – индикаторы сигнализируют, что на выходе подается искомое переменное напряжение. | |
| Пробуем включить LCD-телевизор… | |
| Телевизор запустился и нормально работает на «дармовой» электроэнергии! Между тем, из трубы котла вырываются языки пламени, и этим можно воспользоваться, поставив на конфорку чайник или сковородку для приготовления ужина. |
|
| В демонстрируемом примере мастер на этом огне очень быстро приготовил себе большую миску попкорна. | |
| И теперь он сидит довольный, наслаждаясь и попкорном, и телепередачей, и чувством гордости за свою самоделку. |
* * * * * * * *
Безусловно, кто-то обязательно скажет, что и идея, и ее реализация — «сырые», далеки от совершенства. Но зато какое открывается поле деятельности для совершенствования и модернизации! А сам подход превращения валяющегося под ногами мусора в полезную электрическую и тепловую энергию заслуживает всяческого внимания! Кстати, при отдыхе на природе, на рыбалке, в полевых условиях или на даже при отсутствии иных источников энергии на даче подобная конструкция способно резко поднять качество досуга. Во всяком случае, за зарядку гаджетов, освещение и приготовление пища можно будет не беспокоиться.
А автора продемонстрированной идеи – немало смелых разработок в различных областях. Для примера – еще одна паровая электростанция, но несколько иного принципа работы.
