Как сделать крыльчатку для турбины
Как сделать паровую турбину
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:
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.
Subaru Impreza WRX STI Бескомпромиссный боец › Бортжурнал › Ремонт шариковой турбины Garrett своими руками!
Друзья, привет всем! Решил этому ремонту посветить отдельный пост. Хотя обычно я так не делаю. Но оно реально того стоит. Потому что тема животрепещущая и очень дорогостоящая! А именно, реально ли самому и недорого починить шариковую турбину Garret? Да и в принципе любую другую.
В сервисе, где я обслуживаю Субару мне сразу сказали, что они не чинятся. Мол только разве что покупать китайский картридж целиком, но он типа хреновый, дуть не будет, и давай-ка покупай новую турбину. Ну то, что там не шарят это мне было итак понятно. Конечно же эти турбины чинятся. Только вот в специализированной мастерской по ремонту турбин за ремонт моей турбины (Garrett GTX 3076R) требуют 30-35 тысяч. Новая турбина стоит 80 тысяч. А картридж с крыльчатками 45-50 тысяч. Короче как ни крути довольно дорого. Так что же делать?! Изучить вопрос досканально! И что же у нас получилось?
Я выяснил, что у шариковых турбин Garret есть всего 3 типа шариковых подшипников:
На турбины серии GARRETT с GT25 по GT35 (на рисунке отмечено как 3)
На турбины серии GARRETT с GT40 по GT42 (на рисунке отмечено как 2)
На турбины серии GARRETT GT45 и больше (на рисунке отмечено как 1)
GTX турбина либо просто GT это не важно. Они отличаются чисто крыльчаткой. Подшипники одни и те же.
И они продаются в виде запасных комплектов. Как на Али-Экспресс, так и в например Москве, в магазинах продающих запчасти для турбин. (Ищется элементарно) То есть например мне без проблем подходит подшипник от турбины Garrett GT28, и один из таких комплектов и было решено прикупить.
Его цена начинается от 6500 руб. на Али-Экспресс (только один подшипник). С маслостопорными колечками и прокладками чуть дороже, около 8000 руб. А Москве в наличии за 11000 руб.
Абсолютно такой же как и у меня подшипник. Бороздка одна немного в другом месте, но это ни на что не влияет.
Так в чём же проблема родного подшипника?
Как выяснилось, почти все оригинальные турбины Garrett на подшипнике ломаются от одного и того же. Трескается или плавится внутри обойма для шариков (сепаратор). Она сделана из специального тугоплавкого пластика, но всё же не выдерживает высокого EGT. Вторая обойма у них керамическая. И так же может просто лопнуть! Шарики высыпаются, турбина начинает люфтить, крыльчатки задираются, гнутся, ну и приехали.
У подшипника для замены обоймы для шариков производители делают либо из металла (латунь, медь). Либо как у меня из текстолита (материал из которого делают печатные платы для радиодеталей). Шарики делают либо стальные, либо керамические.
Турбина была вся в нагаре разной степени. Масло похоже уже давно немного подтекало со стороны вала у горячей части, и образовывало просто жуткий нагар!
Отдельно пришлось повозиться с валом турбины, что бы освободить его от части подшипника. Он был очень сильно запресован на валу. Выбить его нереально. Но я нашёл радикальное, но эффективное решение, которое помогло! Тоненьким плоским диском гравера я распилил этот цилиндр подшипника с двух противоположных сторон. Очень аккуратно, что бы не задеть вал. И снял его.
Так же, есть ещё одна хитрость, про которую если не знаешь вообще не понятно как вытащить старый подшипник из серцевины турбины! А именно, в отверстии маслоподачи турбины запресован штифт. Но он с внутренней резьбой в центре. Нужно вкрутить туда болтик нужного диаметра, поддеть и выдернуть его. Именно он удерживает шариковый подшипник турбины.
Вот его хорошо видно на этом фото, где турбина в разрезе. Он сверху, вставлен в отверстие маслоподачи.
Ну а дальше уже было дело техники. Маслостопорные колечки на валу я заменил на новые из набора.
Всё собираем обратно смазывая все детали маслом! Лишних деталей не оставляем 🙂
Вал вошёл в новый подшипник легко. Слегка только постукивал молоточком, пока он не вошёл до упора.
Картридж собран!
Турбина собрана! Но горячую и холодную часть пока сильно не прикручиваем, так как при установке потребуется регулировка.
При установке турбины обратно, нужно выставить горячую и холодную часть как нужно. Центральный картридж должен стоять вертикально, то есть шланг маслоподачи сверху, а маслослив внизу турбины. Что бы масло стекало вниз! Ну а холодную часть поворачиваем вокруг оси так как нужно, к пайпингам. Потом уже всё затягиваем крепко.
Турбина встала, поехал дунуть! И о да! Всё чётко, масло нигде не подтекает, дует как надо. Получил фактически новую турбину. Давление 2,2 бара. И кое-кому придётся проиграть мне теперь на драге. 🙂
Надеюсь мой отчёт будет кому-то полезен. Удачи всем в ремонте. До встречи на гонках!
А, да, и кстати, очень рекомендую качественные чехлы-тенты от производителя на любые автомобили.
Мой Субарь между гонками, и всю зиму стоит именно под таким чехлом. Двухслойный, с мягкой подкладкой.
Как выбрать и установить турбонаддув на автомобиль своими руками
Среди многочисленных автомобилистов мало найдётся таких, кто хоть раз не мечтал об усовершенствовании собственной машины, улучшении разгонной динамики или ощутимой прибавке мощности мотора. Существует масса способов достигнуть этой цели, но наиболее действенный — установка турбонаддува. Благодаря развитию рынка автомобильных запчастей появилась возможность турбирования практически любой модели авто, вплоть до устаревшей «классики» ВАЗ. Причём часть работ владелец способен выполнить своими руками и на этом сэкономить средства, поскольку тюнинг двигателя — мероприятие довольно затратное.
Что важно знать о турбонаддуве
Идею с внедрением турбонаддува в обычный двигатель внутреннего сгорания нельзя назвать новой. Она появилась ещё на заре автомобилестроения, в начале прошлого века. И только в 90-е годы турбомоторы пошли в массовое производство благодаря внедрению новых технологий, позволяющих всем узлам и деталям долго служить без ремонта.
Суть турбонаддува — в принудительном нагнетании воздуха в цилиндры за счёт создания на входе во впускной тракт зоны повышенного давления. Тогда при нажатии на педаль акселератора и открытии дроссельной заслонки в коллектор попадает гораздо больше воздуха, чем при атмосферном давлении, когда двигатель всасывает его самостоятельно. Соответственно, система питания увеличивает подачу горючего и в цилиндры направляется больший объём топливовоздушной смеси, за счёт чего мощность двигателя возрастает.
Разъяснение. Размер камеры сгорания — величина постоянная, поэтому на обычном моторе в неё помещается ограниченное количество смеси топлива с воздухом. Чтобы повысить мощность, нужно «впихнуть» в пространство камеры больший объём горючего. Единственный способ это реализовать — создать высокое давление для сжатия смеси, чтобы она занимала меньше места. Что и выполняет турбонагнетатель.
Существует несколько устройств, предназначенных для нагнетания воздуха в двигатель авто:
Все перечисленные агрегаты выполняют одну задачу, но делают это настолько по-разному, что лучше их рассмотреть по отдельности.
Принцип действия турбокомпрессора
Данный тип нагнетателя представляет собой отдельный агрегат, приводимый в движение ременной передачей от коленчатого вала, с системами смазки и охлаждения двигателя он никак не связан. Для сбрасывания лишнего давления, могущего возникнуть во впускном тракте в определённых режимах работы, к воздуховодам дополнительно подключается специальный клапан. Чаще всего на автомобилях применяется 2 типа компрессоров:
Справка. Как правило, для тюнинга машины своими руками используется первый вариант, поскольку «улитка» дешевле, меньше по размерам и проще в установке.
Из-за того, что производительность турбокомпрессора ограничена частотой вращения коленчатого вала, он способен создать давление не выше 0,7 Бар (номинальный напор — 0,5 Бар). Агрегат повышает мощность двигателя на 15—30% при максимальных оборотах собственного вала до 40 тыс. об/мин, а это довольно ощутимая прибавка. Вместе с тем компрессор обладает следующими достоинствами:
При работе турбокомпрессора ощущение «подхвата» возникает примерно от 2800 об/мин коленвала и выше. Реакция на педаль газа происходит без запаздывания, то есть, нет провала под названием «турбояма», свойственной другим нагнетателям. Но при высоких оборотах коленчатого вала (примерно от 5000 об/мин) производительности агрегата не хватает и прирост мощности не столь заметен.
Как функционирует газовая турбина
Говоря простыми словами, турбина представляет собой 2 «улитки» с крыльчатками, насаженными на общий вал. Первая, называемая горячей, встраивается в выхлопной тракт сразу после коллектора и приводится в действие отработанными газами. Вторая «холодная» улитка, вращаемая первой, нагнетает воздух для подачи в двигатель. На данный момент это наиболее распространённая конструкция, применяемая в серийном производстве машин.
Кратко про особенности турбин:
Справка. Для устранения турбоямы на машинах применяется комбинация из двух нагнетателей — компрессора и турбины. Первый добавляет крутящего момента на низких оборотах коленвала, а вторая подхватывает на высоких.
В силу своей конструкции и принципа работы газовые турбины страдают такими недостатками:
Как и в случае с компрессором, для сброса излишков давления на впускном тракте устанавливается автоматический клапан. С его помощью развиваемое давление можно регулировать, например, уменьшить, когда на машине стоит штатный неподготовленный мотор.
Принцип работы турбонаддува — видео
Об электрических турбонагнетателях
В последнее время на рынке автозапчастей появились электрические нагнетающие устройства, декларируемые как самые дешёвые и простые агрегаты, обеспечивающие значительную прибавку к мощности. По факту это кусок трубы со встроенной крыльчаткой, вращаемый электродвигателем. Согласно инструкции, нагнетатель нужно установить на воздухозаборном патрубке и подключить к бортовой сети автомобиля через реле (идёт в комплекте).
Практическое тестирование подобных устройств с использованием стенда показало прибавку всего 1—2 л. с., что абсолютно не ощущается водителем. Причины следующие:
Справка. Давление воздуха величиной 1 Бар считается очень высоким. Для сравнения: мощные вентиляционные установки, обслуживающие большие торговые центры, развивают напор около 3000 Па или всего 0,3 Бар. Компрессор турбодвигателя даёт 0,7 Бар, а турбина — до 2 Бар. Маленький электрический моторчик с крыльчаткой не обеспечит и десятой доли необходимого давления, хотя производительность у него приемлемая.
В продаже встречаются и другие типы электрических нагнетателей, внешне похожих на турбокомпрессор, но с приводом от электродвигателя. Эти устройства способны развивать требуемое давление, но при этом отбирают львиную долю энергии, вырабатываемой генератором. В то время как традиционные турбины крутятся от потока газов, чья энергия не используется на обычных машинах.
Отсюда напрашивается вывод: электрические турбонагнетатели пока не представляют интереса для любителей тюнинга, так что покупать их бессмысленно.
Разрушение мифа об электрических турбинах — видео
Плюсы и минусы турбирования ДВС своими руками
Главное достоинство, ради которого автомобилисты решаются на подобный тюнинг, — это прирост мощности силового агрегата. Никакими другими средствами вы не добьётесь такого увеличения, как при установке турбонагнетателя. Причём реализовать бюджетный вариант наддува компрессором можно своими руками, потратив деньги только на оборудование.
Примечание. Когда мотор развивает большее усилие, появляются дополнительные возможности для тюнинга авто. Например, установка колёсных дисков увеличенного диаметра не ухудшит ездовые качества машины.
Второй плюс турбирования состоит в снижении расхода топлива. Теоретически вы получаете повышенную мощность при неизменном потреблении горючего, хотя на практике дело обстоит иначе. Как говорят любители тюнинга, очень трудно ездить в прежнем спокойном режиме и не «наваливать», когда двигатель способен на большее. По факту расход бензина возрастает из-за активного стиля езды.
Теперь о недостатках:
Установка турбонагнетателя имеет смысл, если вам нужно повышение мощности и скорости автомобиля. Для повседневной езды на работу или перевозки грузов такие кардинальные изменения не нужны, достаточно содержать машину в хорошем техническом состоянии. Не забывайте, что любая неосторожность в обращении с турбированным двигателем может привести к его поломке и капитальному ремонту.
Совет. Если вы владелец автомобиля ВАЗ и хотите установить нагнетатель за относительно небольшие деньги, то лучше начать с компрессора. Его инсталляция не потребует серьёзных доработок мотора и топливной системы, а с монтажом вы справитесь сами. Чтобы поставить турбину, придётся привлечь специалистов для переделки двигателя и перепрошивки контроллера.
Последний аргумент в пользу турбирования — это предусмотренный законодательством РФ налог на каждый дополнительный кВт мощности силовой установки автомобиля. Инсталляция наддувных агрегатов позволяет нарастить мощь мотора при неизменном ежегодном платеже в пользу государства.
Инструкция по установке турбокомпрессора на ВАЗ
Весь комплекс работ выполняется в несколько этапов:
В качестве примера предлагается рассмотреть тюнинг 16-клапанного мотора ВАЗ 2112—2114, поскольку эти автомобили достаточно распространены на территории бывшего СССР. На двигателях с 8 клапанами работы ведутся в таком же порядке, только компрессор ставится в другом месте — впереди блока цилиндров.
Подготовка ВАЗ 2112 к тюнингу
Удобное преимущество компрессора перед турбиной — минимальное количество подготовительных работ. Что должно быть сделано:
Совет. Если автомобиль активно эксплуатируется более 3 лет, то катализатор наверняка находится в плачевном состоянии. Чтобы не покупать дорогостоящий элемент, поменяйте его на пламегаситель с нулевым сопротивлением потоку газов.
Чтобы добиться идеальной работы компрессора, желательно снизить степень сжатия в цилиндрах, то есть, увеличить объём камер сгорания. Тогда в них поместится больше топливной смеси и энергия от её сжигания тоже увеличится. Есть несколько способов на выбор:
Если вы решитесь на кардинальные доработки мотора, то попутно поставьте облегчённые клапаны и шатуны, а также тюнинговые распределительные валы. Эти мероприятия помогут силовому агрегату стабильнее работать на высоких оборотах и продлить ему срок службы.
Закупка комплекта оборудования
На данный момент в торговой сети либо интернет-магазине несложно отыскать установочный набор (так называемый КИТ-комплект) для любой модели из семейства ВАЗ, в том числе для 2112. Один из популярных производителей, продающий элемента тюнинга на российском рынке, — бренд Autoturbo. Ориентировочная цена набора — 27 тыс. руб. Этот же турбо — комплект подходит для 16-клапанных моторов ВАЗ 2110, 2114 и ВАЗ 2170 «Приора». Он состоит из таких деталей:
Внимание! Тщательно выбирайте КИТ-комплект под вашу модель авто, проверяйте диаметры воздушных патрубков. Крепёжные элементы из набора ВАЗ 2112 16V отличаются от деталей для той же машины с кондиционером и ГУР.
Чтобы не пришлось менять датчик массового расхода (ДМРВ) на ДАД и ДТВ (датчики абсолютного давления и температуры воздушного потока), необходимо купить перепускной клапан Blow Off для сброса излишков воздуха обратно во впускной тракт, когда компрессор «дует» на холостых оборотах. Иначе ДМРВ зафиксирует этот поток, а контроллер станет подавать лишнее топливо в цилиндры без всякой нужды. Во время езды клапан станет сбрасывать избыточное давление в атмосферу, издавая характерный шипящий звук при резком закрывании дроссельной заслонки.
Справка. Приблизительная стоимость клапана Blow Off от известного бренда GReddy Style составляет 3600 руб.
Автолюбителям, желающим видеть на приборной панели степень наддува, рекомендуется дополнительно приобрести манометр с датчиком, чтобы поставить его перед глазами в удобном месте. Для монтажа турбокомпрессора понадобятся такие инструменты:
Хотя разбирать двигатель в процессе установки не придётся, болгарка и дрель пригодятся для подгонки крепёжных кронштейнов, которые зачастую становятся не идеально.
Порядок монтажа компрессора
Для установки нагнетателя не нужно разбирать мотор, сливать масло или антифриз. Но кое-что из навесного оборудования демонтировать придётся:
Суть монтажа состоит в том, чтобы прикрепить сам турбокомпрессор к задней стенке двигателя с правой стороны (по ходу движения) и организовать ременную передачу от коленчатого вала, как показано на схеме. Этот привод будет общим для генератора и нагнетателя, а устанавливается он на дополнительных кронштейнах, оснащённых роликами. Конструкция последних идентична натяжным роликам механизма ГРМ.
Распакуйте детали КИТ-комплекта и приступайте к монтажу в следующем порядке:
Примечание. Если вы купили манометр с датчиком для контроля давления, то их тоже нужно установить, подключив к воздуховоду со стороны нагнетания.
После установки соберите демонтированное навесное оборудование и приступайте к запуску. Чтобы всё прошло гладко, для данной процедуры рекомендуется пригласить мастера — настройщика, поскольку у вас нет специального оборудования для работы с контроллером ВАЗ 2112. Он поможет выставить оптимальную величину давления турбонаддува и при необходимости откорректирует прошивку.
Как ставится компрессор на ВАЗ 2112 16V — фото
Видео по установке турбонагнетателя
Инсталляция турбокомпрессора — задача непростая, требующая серьёзного подхода. Не торопитесь и не жалейте времени для правильного монтажа, иначе вы не получите ожидаемого результата, а то и навредите собственному мотору. После запуска не пытайтесь сходу «выдавить» всю мощь, поездите 2–3 дня в сдержанном режиме. За этот промежуток времени раскроются все слабые места ходовой части и трансмиссии, например, может выйти из строя подгулявший ШРУС или ступичный подшипник. После удачной обкатки можно продолжать тюнинг автомобиля — ставить новые диски, высокопроизводительные форсунки и прямоточный выхлоп.