- Паровые электрогенераторы
- Введение
- Особенность парового котла
- Водородное отопление: миф или реальность?
- Назначение
- Основные причины поломки парогенераторов
- Устройство и принцип действия
- Функции прибора
- Критерии выбора
- Обзор моделей
- Целесообразность эксплуатации
- В чем же особенности данного оборудования
- Критерии выбора
- Особенности сборки твердотопливного парогенератора для дома на дровах или угле
- Походный паровой генератор своими руками
- Недостатки парогенераторов
- Выбор электрогенератора
Паровые электрогенераторы
Введение
Рассмотрим энергоснабжение предприятий и других объектов, потребляющих одновременно тепловую и электрическую энергию. Таких, например, как предприятия пищевой промышленности, которые расходуют пар низких параметров для тепловой обработки продуктов и электроэнергию для холодильных установок. Другой пример – лесопереработка, где пар необходим для сушильных камер, а электроэнергия для распиловки брёвен. Или тепличные хозяйства и многое, многое другое. И, конечно, тепло- и электрообеспечение объектов ЖКХ, особенно небольших посёлков, включая объекты министерства обороны, перебои в электроснабжении которых часто приводят к остановкам котельных.
Известно, что совместное производство тепловой и электрической энергии более экономично, чем раздельное. При небольшой величине потребления совместное производство тепловой и электрической энергии может производиться на малых тепловых электростанциях (МТЭС). Чаще всего на малых ТЭС химическая энергия топлива преобразуется в тепловую с помощью паровых котлов. Затем заключённая в водяном паре тепловая энергия преобразуется в механическую с помощью паровых агрегатов – турбин, винтовых или поршневых машин.
Оставшаяся после агрегата тепловая энергия в зимнее время используется на отопление и технологические нужды, а в летнее время может использоваться на технологические нужды или для получения холода с помощью абсорбционных холодильных машин.
Такая схема может использоваться и на нефтедобывающих предприятиях, попутный газ которых не пригоден для работы газовых двигателей, но успешно сгорает в топке котла.
Удельный расход пара (количество килограммов пара, необходимое для производства 1 кВт∙ч механической энергии) для паросиловых установок не зависит от их типа, а зависит только от параметров поступающего в них пара и параметров пара на выходе из этих установок.
В поршневых паровых машинах весь поступивший в них пар совершает работу, а через турбины малой мощности и винтовые паровые машины часть поступившего пара проходит, не совершая работы. В связи с этим соотношение полученных от этих агрегатов механической работы и тепловой энергии сместится в сторону увеличения количества теплоты.
В табл. 1 показан удельный расход пара различными агрегатами. В ней собраны данные по поршневым паровым машинам (ППМ) и паровым турбинам серии ОР, выпускавшихся до 1950 г., а также по турбоагрегатам и винтовым паровым машинам (ВПМ), которые выпускаются в настоящее время.
К сожалению, данных о паропоршневых двигателях у автора нет.
Для сравнения экономичности агрегатов, использующих пар различных начальных параметров, фактический удельный расход пересчитан для пара со следующими параметрами:
— давление пара на входе в агрегат – 1,2 МПа
— температура пара на входе в агрегат – 260 °С
— давление пара на выходе из агрегата – 0,3 МПа
Таблица 1. Сравнительные характеристики паровых агрегатов малой мощности.
агрегата
агрегата
МПа
°С
на выходеиз агрегата,
МПа
кг/кВт•ч
СК-500
Данные табл. 1. показывают, что удельный расход пара у поршневых машин, потребляющих пар низких параметров, примерно вдвое ниже, чем у турбин, потребляющих пар тех же параметров.
Особенность парового котла
Схема перевода парового котла в водогрейный режим.
Структура верхней части такого устройства, как парогенератор, состоит из барабана, в который при помощи насосов попадает вода. Внизу конструкции помещены опускные трубы разного диаметра, которые не подвержены нагреванию. По такой трубопроводной системе жидкая среда из барабанной установки попадает в коллекторы. Они, как правило, находятся в нижнем секторе котла.
К барабану от коллекторной установки идет подъемный трубопровод. Он создает поверхности нагревания, которые находятся в горячей зоне выгорания топлива. Парогенератор оснащен трубопроводной системой, которая функционирует по технологии соединяющихся сосудов. В теплых трубах располагается смесь из воды и пары с очень низким уровнем плотности. В результате этого она поднимается в сепараторную установку.
Здесь пар и вода разделяются, после чего жидкость оказывается в барабанном отделе котла. Сначала пар перемещается в паропровод, а далее – в специальные нагреватели. После этого он разогревается до необходимых параметров, и его давление увеличивается. В самом конце пар попадает в паровую турбину.
Водородное отопление: миф или реальность?
Генератор для сварочных работ – это на данный момент единственное практическое применение электролитическому расщеплению воды. Использовать его для отопления дома нецелесообразно и вот почему. Затраты энергоносителей при газопламенных работах не так важны, главное, что сварщику не нужно таскать тяжеленные баллоны и возиться со шлангами. Другое дело – отопление жилища, где каждая копейка на счету. И тут водород проигрывает всем существующим ныне видам топлива.
Серийные сварочные генераторы стоят немалых денег, поскольку в них используются катализаторы процесса электролиза, в состав которых входит платина. Можно сделать водородный генератор своими руками, но его эффективность будет еще ниже, чем у заводского. Получить горючий газ вам точно удастся, но вряд ли его хватит на обогрев хотя бы одной большой комнаты, не то что целого дома. А если и хватит, то придется оплачивать баснословные счета за электричество.
Чем тратить время и усилия на получение бесплатного топлива, которого не существует априори, проще смастерить своими руками простой электродный котел. Можете быть уверены, что так вы израсходуете гораздо меньше энергии с большей пользой. Впрочем, домашние мастера – энтузиасты всегда могут попробовать свои силы и собрать дома электролизер, с целью провести эксперименты и убедиться во всем самолично. Один из подобных экспериментов показан на видео:
Назначение
Подобного рода агрегаты имеет смысл использовать в тех отраслях современной промышленности или бытовой сферы, где наблюдается достаточное большое количество парообразований, которые можно использовать в качестве преобразователя в электроэнергию. Именно генераторы парового типа получили широкое использование в котельных установках, где они образуют некую тепловую электростанцию вместе котлом и турбиной.
Такие агрегаты позволяют существенно экономить на своей эксплуатации, а также снизить затраты на получение электрической энергии. Именно поэтому, паровые установки зачастую считаются одними из основных рабочих узлов многих электростанций.
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.
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.
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 клапанов, 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:
- Низкое качество воды.
- Неправильно подобранную мощность ТЭНа.
- Накипь на нагревательных элементах.
- Отсутствие подачи жидкости во время работы.
Дровяной парогенератор – прекрасная альтернатива электрическим, в том случае если вы располагаете дополнительным участком
Если соблюдать все вышеназванные рекомендации, то прибор, пусть даже собранный своими руками, прослужив вам верой и правдой много лет. А в завершение статьи предлагаем посмотреть видео о том, как работает парогенератор.
Watch this video on YouTube
Оставляйте свои вопросы и комментарии ниже под статьёй. Мы будем рады получить актуальные советы, которые пригодятся нашим читателям.
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 котел, электрический генератор 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 принцип действия 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.
Это описание одной установки парового типа. Если требуется выделение большего количества энергии, то используется совокупность нескольких установок, объединенных вместе.
Подобное решение должно приниматься строго индивидуально, в зависимости от типов объекта, а также параметров требуемой мощности энергии. Только при таком грамотном подходе можно избежать убыточности в данном вопросе.
Функции прибора
Первоначальной задачей утюга с паровой станцией была именно глажка белья. Глажка позволяет разгладить многочисленные складки, с которыми обычным утюгом сложно разобраться. Парогенератором легко навести стрелки на брюки, при этом следов от глажки на самой одежде не остаётся.
Но, в отличие от утюга, функции парогенератора на этом не ограничиваются. Им можно легко дезинфицировать и освежать верхнюю одежду вместо того, чтобы сдавать её в химчистку.
Возможность вертикального отпаривания позволяет с помощью парогенератора освежить и прогладить шторы, не снимая их с гардины.
К некоторым устройствам в комплекте идут специальные насадки. Используя их, можно пройтись парогенератором по кафелю, полам (в том числе и коврам), мебели: поверхности будут не только очищаться от загрязнений, но и одновременно обеззараживаться.
Перечислить все функции невозможно, так как их ограничивает только ваша фантазия. Применить его можно даже при снятии старых обоев.
Однако не каждый парогенератор способен обеспечить выполнение всех функций (всё так же упирается в стоимость), поэтому важно правильно определиться с целью покупки устройства, чтобы выбрать для себя оптимальный вариант
Критерии выбора
Использование крупногабаритного оборудования, вроде турбоагрегата или мини-ТЭС, оправданно только лишь в случае его использования для электроснабжения крупных объектов (котельных и прочее).
- Мощность номинальная электрическая и тепловая;
- Скорость вращения роторов двух основных узлов конструкции (турбины и генератора);
- Род тока, обычно такое оборудование рассчитано на трехфазный ток, соответственно выходное напряжение будет также трехфазным;
- Величина давления пара в сжатом и свободном состоянии.
Совокупность электрогенератора и паровой турбины может называться еще турбогенератором. Но в данном случае будет подразумеваться, что используется синхронный генератор.
Обзор моделей
Калужский турбинный завод производит и поставляет в разные страны оборудование для обеспечения объектов разной величины электричеством. В частности паровые турбины отечественного производства Турбопар. Техника такого рода предлагается в различных исполнениях, диапазон мощностей составляет 100-1000 кВт. Ротор генератора и турбины вращается с одинаково высокой скоростью – 3000 об/мин. Охлаждение генератора – воздушное. Давление пара не превышает 0,8 МПа.
По стоимости техника такого рода довольно высока, равно как и ее обслуживание. Если рассматривать полнофункциональную мини-теплоэлектростанцию, то речь идет о суммах в несколько миллионов рублей.
С помощью оборудования этого рода можно обеспечить электроэнергией крупные объекты, как промышленного, так и гражданского целевого использования. Компания «Силовые машины» предлагает турбогенераторы в разных исполнениях.
Например, устройство серии ТА, в частности, модель ТАП-6-2 рассчитана на мощность 6 МВт. КПД такой машины составляет 98%, частота вращения – 3000 об/мин.
Целесообразность эксплуатации
Купить турбинный паровой электрогенератор для домашнего пользования, конечно, можно, только затея эта окупится через десятки лет, если не через сотни, так как стоимость такого оборудования высока, равно как вес и габариты. Поэтому в быту лучше обойтись устройством, работающим на жидком топливе, а турбинный генератор на пару эксплуатировать для энергоснабжения крупных объектов промышленности или сельского хозяйства.
Электрогенераторы для установок котельных сегодня пользуются большой популярностью, так как, начиная с определенных значений мощности, оборудование этого типа проявляет высокую степень производительности. А в домашних условиях при желании, а также при наличии определенных знаний и опыта можно попытаться сделать паровой компактный электрогенератор своими руками. Только если для крупногабаритной техники промежуточным звеном выступает паровая турбина, то в домашних условиях для привода генератора в движение используется двигатель. Однако в этом случае придется решить задачу подключения бойлера.
Как видно, задача по созданию парового генератора не из легких. А на выходе пользователь не получит желаемого уровня КПД ввиду небольших нагрузок на систему. Поэтому, взвесив все «за» и «против» все же лучше эксплуатировать технику по назначению.
И только при наличии твердой уверенности в успехе и опыта в решении подобных задач следует переходить к конструированию парового генератора. В качестве отличного подспорья станут расчеты, на основании которых пользователь сможет определиться с ответом на вопрос, действительно ли подобный механизм оправдает себя в работе.
Таким образом, использование турбинных электрогенераторов, а также мини-ТЭС на базе такой техники сегодня весьма востребовано. Обслуживание крупных объектов, в частности, обеспечение их электроснабжения имеет свои преимущества, а также недостатки. Учитывая высокую стоимость подобной техники, следует для начала рассчитать предполагаемую эффективность ее функционирования.
В быту парогенератор не используется ввиду крупных габаритов оборудования, а также его высокой цены и стоимости обслуживания. Производители изначально рекомендуют применять такую технику, начиная с определенных значений мощностей. Недаром ведь большинство устройств выпускается в исполнении от 100 и выше кВт. Только такие модели позволят увидеть эффективность от эксплуатации паровых турбинных электрогенераторов.
В чем же особенности данного оборудования
ПГЭ – это оборудование автономного типа, способное преобразовывать энергию любого вида (механическая, тепловая и др.) до электрической.
Отличительной особенностью такого оборудования является простота его конструкции и принцип работы. Такой генератор электричества, независимо от его видов состоит из мотора, установленного на раме конструкции, который сжигает топливо и генератора. Через механическую передачу вращающийся момент передается от двигателя к генератору.
Немаловажным фактором, влияющим на большую популярность подобных установок, является высокий уровень коэффициента полезного действия, близкого к 98%.
Существует несколько видов установок, классификация которых базируется нескольких основных факторах:
Для того чтобы оборудование выполняло все возложенные на него функции и его эксплуатация в результате была целесообразной, чрезвычайно важно правильно выбрать установку. При этом специалисты рекомендуют учитывать такие факторы:
- Мощность
- Скорость, с которой вращается генератор
- Разновидность тока
- Показатель давления образованного пара на турбину
С учетом всех показателей, паровая установка обеспечит помещение необходимым количеством недорогой электрической энергии.
Критерии выбора
На сегодняшний момент существует достаточно широкий выбор всевозможных электрических генераторов, работающих на пару, поэтому нужно крайне внимательно подходить к вопросу выбора.
Чтобы данный выбор был обдуманным и взвешенным, надо обращать внимание на следующие показатели:
Мощность паровой установки (тепловая и электрическая)
Нужно также обратить внимание на то, с какой скоростью происходит вращение роторов генератора и турбины. Тип применяемого тока — здесь речь идет об однофазном или трехфазном виде установок
В большинстве случаев, используется именно трехфазная система. Показатели давления пара не только в сжатом виде, но и в свободном состоянии.
Внимательное отношение к данным критериям позволит существенно упростить выбор, тем самым помогаю потребителю получить нужный ему агрегат. Чтобы было более наглядно, рассмотрим несколько моделей паровых электрогенераторов, пользующихся наибольшим спросом.
Особенности сборки твердотопливного парогенератора для дома на дровах или угле
Для сборки классического котла на дровах используются металлические трубы разного диаметра. Это чем-то напоминает слоистый торт с самым широким слоем внизу, это и будет загрузочной камерой.
Устройство парогенератора с топкой на твердотельном топливе
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 банное помещение. Если вы хотите узнать подробнее о том, как сделать твердотопливный парогенератор своими руками, посмотрите это видео.
Watch this video on YouTube
Походный паровой генератор своими руками
Из инструментов будут необходимы: ножовка, наждак, паяльник, эпоксидная смола, холодная сварка, суперклей, дрель.
Процесс изготовления парового генератора:
Шаг первый. Принципиальная схема генератораНа 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.
Во второй трубке нужно сделать отверстие диаметром 4 мм, оно должно находиться по центру. Третью трубку нужно перпендикулярно приклеить ко второй, для этого используется суперклей. Когда клей высохнет, сверху все замазывается холодной сваркой.
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 шатунаПоршень 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.
Шатун треугольника изготавливается подобным образом, но здесь с одной стороны будет кусок спицы, а с другой трубка. Длина такого шатуна составляет 75 мм.
Шаг четвертый. Золотник и треугольникТреугольник 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.
Ниже можно увидеть, как будет выглядеть двигатель, если его немного доработать. Бачок теперь имеет индивидуальную площадку, а также блюдечко, на которое кладется сухое горючее. Авто рекомендует в качестве источника тепла применять примус или спиртовую горелку, которую можно сделать своими руками. Все элементы можно покрасить на свой вкус.
Недостатки парогенераторов
- Для парогенератора нужно место – и для хранения, и для размещения на доске или столе во время глажения. Трудно запросто перенести парогенератор с места на место: например, вам надо погладить одну вещь – и прямо у себя в спальне на столе, на кровати и т.п. Для таких случаев надо иметь утюг.
- Парогенераторы, в отличие от утюгов, не бывают беспроводными (точнее, с парогенератором утюг соединяется специальным очень прочным шлангом, по которому и подается пар).
- Парогенераторы шумят при работе: когда кипятят воду, когда турбина подает пар в шланг.
- Парогенераторы дороги, но, с другой стороны, на них такой разброс цен (как и на утюги), что стоимость недорогой паровой станции идентична или даже может быть ниже стоимости продвинутого утюга.
- Утюг нельзя поставить «на пятку» — только на станцию, для многих это непривычно.
- Больше деталей, которые могут сломаться.
- К парогенератору могут понадобиться расходники – например, специальный фирменный картридж для воды. Надо сразу уточнять при покупке, реально ли найти такой в продаже и по возможности купить про запас.
Выбор электрогенератора
При использовании ППМ для привода электрогенератора в составе агрегата в настоящее время существует три способа получения электроэнергии необходимого качества. Все три способа требуют регулирования паровой машины таким образом, что при изменении нагрузки на неё частота вращения агрегата находилась в заданных пределах.
Первый – это использование генераторов постоянного тока с регулированием частоты вращения агрегата в некотором, довольно широком диапазоне. Полученная электроэнергия может использоваться непосредственно в том виде, в каком она получена, либо преобразуется с помощью частотного преобразователя в одно- или трёхфазный переменный электрический ток необходимой частоты.
Второй – использование генераторов переменного тока с регулированием частоты вращения агрегата в некотором диапазоне. Полученный переменный ток может быть выпрямлен, а затем преобразуется с помощью частотного преобразователя (ЧРП) в одно- или трёхфазный переменный электрический ток необходимой частоты.
Третий – использование генераторов переменного тока с точным регулированием частоты вращения агрегата, когда на зажимах генератора получается электрическая энергия необходимого качества.
Следует помнить, что применение ЧРП значительно, в 2-3 раза, повышает стоимость агрегата именно за счёт стоимости ЧРП. Вместе с тем агрегаты, в которых используются частотники, имеют более простую, не требующую высокой точности систему управления частотой вращения.
Для регулирования частоты вращения машины при изменении нагрузки на неё используются несколько методов.
Качественный – предполагает изменение давления пара перед цилиндрами. Этот способ регулирования с помощью дросселя наименее экономичный, хотя и наиболее простой.
Количественный – изменение величины отсечки, т.е. изменение величины угла поворота коленчатого вала, во время которого происходит впуск пара в цилиндры. Необходимо иметь возможность изменять отсечку в пределах от 10° до 180° угла поворота коленчатого вала после ВМТ. Такой широкий диапазон регулирования не позволяет использовать технические решения, которые применяются в настоящее время в ДВС с изменяющимися фазами газораспределения.
Следует обратить внимание на то, что с увеличением величины отсечки мощность машины растёт медленнее, чем расход пара. Это значит, что машины с малой величиной отсечки экономичнее, чем машины с большой (0,32 и выше) величиной отсечки
Однако у машин с маленькой величиной отсечки возникают проблемы с регулированием частоты вращения в режиме частичных нагрузок.
Это заставляет использовать для впуска пара в ППМ золотниковое парораспределение. При этом золотники могут быть использованы только на впуск пара, а выпуск пара будет осуществляться через клапаны. Возможно использование золотников как на впуск, так и на выпуск пара. В обоих случаях требуется использование отдельных механизмов, управляющих впуском и выпуском пара. В машинах с золотниковым парораспределением следует использовать двухконтурную систему смазки машины. Это вызвано тем, что в механизме парораспределения возможна конденсация пара и попадание конденсата в систему смазки. Потому необходимо разделить системы смазки коленчатого вала и механизма парораспределения.
Количественный метод регулирования наиболее точный, но и наиболее сложный. При частоте вращения машины выше 250 об./мин. этот метод реализуется с помощью двух последовательно расположенных золотников во впускных каналах каждого цилиндра.
Существует и комбинированный метод регулирования, называемый регулированием изменением противодавления. Он сочетает достаточную точность регулирования и невысокую сложность.
Источник