Перейти к содержанию
Паровичкофф

Выхлопная паровая турбина.

Рекомендуемые сообщения

В теме о котле для транспортного средства возник обширный оффтоп в виде дискуссии о выхлопной турбине паросиловой установки для утилизации остаточной энергии пара выходящего из поршневой паровой машины. Предлагаю все эти вопросы перенести сюда.

Рабочий цикл паровой машины часто предполагает недостаточное расширение пара в цилиндре на повышенных мощностях. Эта энергия достаточно велика, чтобы её выбрасывать в конденсатор и её лучше всего подобрать в турбине или объемной роторной машине, так как объемы пара здесь уже достаточно велики, а параметры невысоки и небольшая турбина или роторный двигатель подходят лучше чем огромный цилиндр низкого давления.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Wildvlad сказал:

"Во всех учебниках прямо пишут, что одноступенчатая реактивная паровая турбина не возможна."

По мне или эти учебники врут или Влад что-то не так понял. Самый простой пример чисто реактивной паровой турбины это шар Герона. Одна ступень, рабочее тело пар. Почему это невозможно?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)
9 часов назад, Паровичкофф сказал:

В теме о котле для транспортного средства возник обширный оффтоп в виде дискуссии о выхлопной турбине паросиловой установки для утилизации остаточной энергии пара выходящего из поршневой паровой машины.

Каюсь, этот оффтоп спровоцировал я. Речь шла не о турбине мятого пара, а о турбине свежего пара, которая используется исключительно как турбокомпрессор, источник воздуха для наддува топки и охлаждения конденсатора. Турбина обеспечивает постоянный расход пара, смягчая скачки давления при смене режима работы паровой машины. Напрямую снимать механическую мощность с такой турбины весьма затруднительно из-за крайне высоких оборотов (десятки тысяч об/мин)

 

Изменено пользователем Alex Alexov

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)
1 час назад, Alex Alexov сказал:

Речь шла не о турбине мятого пара, а о турбине свежего пара,

Ответьте себе на вопросы

1. Какой объем выхлопных газов в секунду проходит через турбокомпрессор?

2. Какое давление имеют эти газы на входе в турбину?

3. Сколько энергии необходимо затратить, чтобы получить такое же количество пара с таким же давлением?

4. Какую мощность в результате Вы получите?

5. Какова тепловая эффективность такого использования свежего пара?

Потому что объем пара должен проходить через турбину точно такой же, ибо её проточная часть рассчитана именно на этот пропуск, для того чтобы работать. Я пока не акцентирую внимание на разнице теплового процесса расширения выхлопных газов и пара.

Если говорить о свежем паре, то для экономичной работы паросиловой установки его давление должно быть 50ат и выше. Турбина от турбокомпрессора не сможет работать таким давлением. Её просто разорвёт.

Для работы вентилятора котла автомобиля нужна относительно небольшая мощность, если говорить о котле не работающем с высоким наддувом. Для котла автомобиля Добля было достаточно электромотора примерно 400Вт мощности. Так зачем усложнять себе жизнь? Гораздо эффективнее будет использоваться пар в цикле самой паровой машины, и снять с неё небольшую часть мощности на привод вентилятора будет выгоднее с точки зрения общей эффективности системы в целом. Или использовать для привода вентилятора выхлопную турбину, в которой подобрать то, что в машине осталось не использовано...

Изменено пользователем Паровичкофф

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
11 часов назад, Alex Alexov сказал:

Речь шла не о турбине мятого пара, а о турбине свежего пара,

 

10 часов назад, Паровичкофф сказал:

Или использовать для привода вентилятора выхлопную турбину, в которой подобрать то, что в машине осталось не использовано.

Вот опять, Отто Рудольфовичь думает скорее всего, что у него на машине барабанный котел, а Alex наверняка подразумевает прямоточный, не имеющий резерва пара, но в который на холостом ходу можно подавать малюсенький расход воды и получать с него на выходе соответственно малое давление - хоть две атмосферы.

 

10 часов назад, Паровичкофф сказал:

Потому что объем пара должен проходить через турбину точно такой же, ибо её проточная часть рассчитана именно на этот пропуск, для того чтобы работать.

А меньший объем пара не может проходить через туже турбину на тех же оборотах, если просто уменьшить сечение ее сопла? 

11 часов назад, Alex Alexov сказал:

которая используется исключительно как турбокомпрессор, источник воздуха для наддува топки и охлаждения конденсатора.

Здесь я вынужден возразить Алексу. Для наддува топки не требуется то давление которое развивает компрессор на дизеле (примерно 1,5 ат). А для охлаждения конденсатора у этого компрессора не хватит расхода. Поэтому компрессор от турбины придется отсоединить и вместо него на тот же вал надеть крыльчатку вентилятора для обдува радиатора. А вот воздух для горения действительно можно брать подогретый при прохождении радиатора, но его все равно нужно меньше, чем на обдув.

 Как вариант штатный компрессор можно оставить дополнив его вентилятором радиатора. Топка наддутая до 1,5 ат будет очень эффективна. Расход же на горение ограничивать заслонкой.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
21 час назад, Паровичкофф сказал:

По мне или эти учебники врут или Влад что-то не так понял. Самый простой пример чисто реактивной паровой турбины это шар Герона. Одна ступень, рабочее тело пар. Почему это невозможно?

Учебники не врут и я все понял правильно.Турбина Герона приводится именно как очень показытельный пример чисто реактивной турбины.И именно как игрушка не имеющая практического применения.Если углубиться в историю, то можно увидеть что паровые турбины начали получать признание только после изобретения Лаваля одноименного сопла.Что дало возможность турбине эффективно использовать больший перепад давлений.

Теоритически, одноступенчатая реактивная турбина на сверхзвуке возможна, достаточно рассмотреть любую одну ступень, ну скажем турбины Парсона.Но какой тогда у нее эффективный перепад давлений прежде чем ее разорвет центробежными силами?

Потому и пишут, что для практического применения одноступенчатая реактивная турбина не приемлема.Практика это подтверждает, одноступенчатых, паровых, реактивных турбин нет.Если с последним утверждением кто то не согласен, прошу дать опроверждение.

ЗЫ Для тех кто утверждает что не бывает радиальных активных турбин, прошу идти в задницу смотреть в характеристики.Если среди них есть слово парциальность, то это активная турбина, ибо у реактивных полный подвод.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
2 часа назад, _sla сказал:

Вот опять, Отто Рудольфовичь думает скорее всего, что у него на машине барабанный котел, а Alex наверняка подразумевает прямоточный, не имеющий резерва пара,

Отнюдь. Я не привязывался к конструкции котла в данном вопросе, а смотрел на общий кпд системы. Хотя, да я "смотрю на свой котел" и "вижу" что он барабанный, с принудительной рециркуляцией. Но мою позицию не поменяло бы, если бы он был и прямоточным.

Вообще говоря, если мы рассматриваем простую одноступенчатую турбину, надо сразу понимать, что большого теплоперепада на ней сработать нельзя и хорошего кпд тоже - как термодинамически, если рассматривать такой цикл отдельно, так и внутренний относительный кпд такой маленькой турбинки. И существует определённый минимум расхода пара при котором она будет относительно экономичной. 

2 часа назад, Wildvlad сказал:

Потому и пишут, что для практического применения одноступенчатая реактивная турбина не приемлема.

Хорошо, шар Герона я привел чисто формально для опровержения утверждения о невозможности одноступенчатой реактивной турбины. Но вот другой пример. Турбина турбокомпрессора реактивная. Она одноступенчатая и при этом позволяет переработать относительно большой перепад давлений за счет того что работает несколько иначе чем классическая реактивная турбина. В ней расширение после сопла происходит так же и в каналах колеса, но энергия этого расширение расходуется на преодоление ц/б силы и создание Кориолисовой силы для вращения колеса, поэтому скорость потока не растёт до безумных значений. Поэтому она позволяет сработать относительно большие перепады давлений в одной ступени. Тем более мы не собираемся использовать для неё свежий пар из котла с начальными параметрами 100 х 500.

Вот интересная картинка из достижений современного микро турбиностроения. Это рабочее колесо турбодетандера от микро криоустановки для получения 60 литров жидкого воздуха в час. На входе воздух при давлении 6-8бар. Для наглядного представления о размерах. Внутренний относительный кпд этого детандера порядка 0,7-0,8

Колесо микро турбодетандера.png

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)
47 минут назад, Паровичкофф сказал:

Турбина турбокомпрессора реактивная. Она одноступенчатая и при этом позволяет переработать относительно большой перепад давлений за счет того что работает несколько иначе чем классическая реактивная турбина

Здесь то собака и порылась.Все дело в рабочем теле.Газы, пары толуола, различные фреоны, пары металлов и все с большой молекулярной массой будут работать прекрасно, но только не нами любимый водяной пар.Без переделок ( а это изменение практически всего ) от обычного турбокомпрессора не нужно ожидать приличной эффективности.А в качетве просто вращающегося поделия- нафик он вообще нужен?

И еще одна засада может поджидать, не факт что ротор, понравившейся турбинки, и ее крыльчатка компрессора балансировались отдельно.А по самопальным турбинам есть ютубер ЕМНИП Игорь Негода.Того не пугает балансировка.

Изменено пользователем Wildvlad

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

А теперь самое интересное, только что скачал и почитал учебное пособие по проектированию турбокомпрессоров, кому интересно, фамилия первого автора Гаврилов.Ну так вот, скорости газов в любом месте турбины не превышают скорости звука.Лично мне этого достаточно для того чтобы не пытаться запустить ее паром ( ну или хотя бы рядом не стоять ).

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)
1 час назад, Wildvlad сказал:

Без переделок ( а это изменение практически всего ) от обычного турбокомпрессора не нужно ожидать приличной эффективности.

Это точно. Я это и говорил, упоминая Дж.К. Такие турбинки пользуют, но не без некоторых переделок. Но никто не мешает спроектировать эдак "запросто", по Негодовски подобную штуку под пар. Тут самое главное сам принцип центростремительности и вследствие этого получение возможности срабатывать достаточный перепад давлений с достаточно высоким относительным кпд плюс возможность работы на переменных режимах. Вообще говоря о турбине, сначала бы определиться с параметрами и количеством пара который она должна утилизовать до состояния в конденсаторе. И определиться что мы от неё хотим в плане мощности и эффективности и вообще куда её применить. Тогда сразу будет видно что подходит, а что нет. Может быть расширитель по принципу Ванкеля будет лучше или расширитель Тверского или скролл.

Изменено пользователем Паровичкофф

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
25 минут назад, Паровичкофф сказал:

принципу Ванкеля

На мой взгляд не стоит, по масс-габаритным параметрам он недалек от просто поршнего расширителя, а недостатков поболее.

 

26 минут назад, Паровичкофф сказал:

расширитель Тверского

Это удачнее для низких параметров.На saca один юзер эксперементирует сейчас с подобным.Но и пром-е вроде выпускаются, ЕМНИП почему то кулачково-когтевой турбинкой обозвали.

 

30 минут назад, Паровичкофф сказал:

скролл

Думаю что потери от утечек превзойдут все разумные пределы.

Кстати _sla в теме про котел дал ссыль на вполне приличную радиальную турбинку.Ту которая первая.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
04.02.2019 в 13:36, Паровичкофф сказал:

так как объемы пара здесь уже достаточно велики, а параметры невысоки и небольшая турбина или роторный двигатель подходят лучше чем огромный цилиндр низкого давления.

Для начала нужны параметры пара на выхлопе и тогда уже можно говорить о том стоит или нет утилизировать пар.Вообще обычно принимают теплоперепад на одной ступени порядка 70-80 кДж/кг Размеры турбины будут не маленькими,если вы конечно собираетесь пропускать весь пар на выхлопе из цилиндра через турбину.Подбирать турбину из турбокомпрессоров мне кажется моветон, обороты,на которых работает турбокомпрессор высоки,снять с вала механическую мощность не просто.Использовать весь агрегат по назначению,для нагнетания воздуха?Много вопросов,но для начала параметры пара нужны.давление,температура

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Дата: (изменено)
16 часов назад, Der Maler сказал:

Для начала нужны параметры пара на выхлопе и тогда уже можно говорить о том стоит или нет утилизировать пар.

См. мой пост №10. Говоря о том, стоит или нет утилизовать энергию выхлопного пара, можно отметить, что всегда есть возможность не утилизовать её, при малых расходах, пропуская весь пар прямиком в конденсатор. А при недорасширении в паровой машине утилизовать этот пар в турбине. Кроме того появляется очень удобная возможность подавать энергию воздушному вентилятору конденсатора, к примеру, непосредственно паром, который и будет приводить в движение этот вентилятор. При этом потеря энергии пара в турбинке уменьшает нагрузку на конденсатор. Очень удобно получается.

Изменено пользователем Паровичкофф

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
16 часов назад, Der Maler сказал:

Использовать весь агрегат по назначению,для нагнетания воздуха?

Именно по назначению. Первая идея крутить турбину паром. Вторая (хотя появилась она раньше в теме про паровой мотоцикл) пропускать через штатный дизельный ТНА выхлоп топки получив таким образом ВПГ/ПГУ. В подходящих параметрах ТНА в той теме уже сомневались. Если Вы специалист прокомментируйте пожалуйста.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
3 часа назад, Паровичкофф сказал:

А при недорасширении в паровой машине утилизовать этот пар в турбине.

К слову, существует еще одна концепция, в жарком климате актуальная.При больших нагрузках, когда конденсатор уже не справляется со своей задачей не то что под вакуумом, а уже и при атмосферном давлении, не стравливать пар в атмосферу, как тот же Добль, а конденсировать его уже при повышенном давлении.В таком случае турбина на мятом паре выглядит уже не столь актуальной.

Концепцию Бурк предложил.Дизайн его противоточного поршневого расширителя предполагает высокую степень расширения.

Но сдается мне, как бы он не планировал, большую часть времени работа будет сопровождаться перепадом давлений между конденсатором и цил-м.Так что я за турбину.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
20 часов назад, Der Maler сказал:

Много вопросов,но для начала параметры пара нужны.давление,температура

Все параметры переменны.Поршневые расширители всегда работают с потерей от неполноты расширения.Чем больше нагрузка- тем больше потеря.У турбины этой потери нет- чистый Ренкин с полным расширением.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
20 часов назад, Der Maler сказал:

снять с вала механическую мощность не просто.Использовать весь агрегат по назначению,для нагнетания воздуха?

Задача не стоит держать 3000 об/мин и писят герц.На флоте утилизационной турбиной мощность и экономичность до четверти поднимали.Вариантов использования энергии турбины несколько, в одном из них турбокомпрессор дожимает пар в рессивере между поршневыми ступенями давления, тем самым поднимая его работоспособность.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Только что, Wildvlad сказал:

У турбины этой потери нет

Есть потери с выходной скоростью,они не так велики.

 

Только что, Wildvlad сказал:
Только что, Wildvlad сказал:

Все параметры переменны

 

Для того чтобы понимать какие размеры турбины будут,это понятно,что в зависимости от нагрузки.Вопрос в параметрах максимально возможных,те которые расчетные.Просто разница будет существенна,то ли 10 кгс/см2 то ли 0,5 при одном и том же массовом расходе пара.Габариты турбины,ее проточной части будут отличаться.При 10 кгс/см2 нужно несколько ступеней для расширения пара а 0,5 и одной достаточно.Ну и так далее...

 

Только что, Wildvlad сказал:

 

 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
1 час назад, Der Maler сказал:

При 10 кгс/см2 нужно несколько ступеней для расширения пара а 0,5 и одной достаточно.Ну и так далее...

Вот здесь то копья и ломались.При 10кг достаточно и одной ступени в случае активной турбины, а реактивной уже нет.

Активная турбина Лаваля с одной ступенью и при больших давлениях работала.И вообще в малых размерах активная турбина предпочтительней, хотя бы возможностью ступеней скорости.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Только что, Wildvlad сказал:

активная турбина предпочтительней, хотя бы возможностью ступеней скорост

Вы знаете,что то мне подсказывает,что сложновато будет не только посчитать,а уж тем более изготовить подобную машину.При чем здесь активная,реактивная турбина,ступень скорости-вы глубоко полезли.отталкиваются от параметров кроме давления еще и температура есть.Турбина Лаваля..не понимаю..

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Я вообще предлагаю не использовать турбину на выхлопе, а подавать некоторое количество пара из котла напрямую на турбину вроде тех, что используется в системе турбонаддува двс (оттуда можно еще использовать интеркулер как неплохой радиатор-теплообменник). Выпускается большое количество разных турбин, они не дефицитны, и можно подобрать наиболее подходящую из уже существующих. Понятно, что выхлопные газы и пар это разные рабочие тела, но рассчитать и изготовить подходящую турбину в условиях "гаража" чрезвычайно сложно (хотя Игорь Негода тут бы поспорил) Конечно, непосредственно снимать энергию с вала высокооборотистой турбины очень сложно, турбина от ДВС заточена на то, чтобы давать воздух. Но воздух так и так требуется, для наддува котла и охлаждения конденсатора. Или можно создавать вакуум в конденсаторе.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Только что, Alex Alexov сказал:

использовать интеркулер как неплохой радиатор-теплообменник

Если в роли конденсатора,то явно площади мало будет.На тему конденсаторов,совсем непросто его подобрать/изготовить Особенно для утилизации пара после парового цилиндра.

Он должен иметь приличный запас прочности,потому ,что должен выдерживать максимально возможное давление на выхлопе из цилиндра.И если выхлопное давление 1 ати это одно, а если около 3 то это совсем другая история.Само собою еще и температура насыщения при 3 ати будет около 140 градусов.

Заглянул в i-s диаграмму это к слову о турбине работающей от выхлопного пара и утилизирующей его энергию.Не стоит мечтать подобрать ее от компрессоров и прочих подобных.

 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
9 часов назад, Alex Alexov сказал:

подавать некоторое количество пара из котла напрямую на турбину

Лишено практического смысла.Во-первых чем раскручивать турбину для запуска?Если электромотором, то зачем турбина?Паровые турбины используются в ВПГ, но они там сугубо вспомогательные, основную нагрузгу газовые несут, иначе КПД страдает.Во-вторых турбина питаемая свежим паром, агрегат гораздо сложнее турбины мятого пара.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

kt6r29q3kz-FID250.jpgВыхлопная, паровая, радиальная, активная турбина Пакстона проекта феникс.Парциальность хиленькая, но прошу обратить внимание на сколько ее конструкция далека от ДВС-ных турбин компрессоров.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Всем привет. Тема заинтересовала, но что-то затухла...

Предлагаю топикстартеру рассмотреть вариант применения турбины с изменяемой геометрией входного аппарата, например, от VW Transporter Т5 1,9TDI (дизельный двигатель BRS).1-turbina-vw-t5-1-9-tdi-brr-brs-axc-axb-

В самом деле - расчет, проектирование, изготовление, испытания, доработка и т.д. специализированной паровой турбины - нетривиальная задача даже для коллектива КБ. До достижение хотя бы удовлетворительных результатов пройдет очень много времени.

Моя мысль состоит в том, что условия работы такой паровой турбины настолько изменчивы и непостоянны, что нет даже смысла заниматься точным расчетом и изготовлением. А вот автомобильные турбокомпрессоры как раз и работают при постоянно изменяющихся условиях в широком диапазоне от холостого хода до максимальной нагрузки. Чтобы избежать "турбоямы", "передува", и повысить эффективность, в современных ТК и придумали твин-турбо и изменяемую геометрию. Воздух "изменяемые" начинают хорошо качать уже на оборотах чуть выше холостого хода, а на 1400 об/мин (двигателя) наддуваемый воздуховод к интеркулеру уже не сжать пальцами руки, - создается номинальное давление наддува. Исполнительный механизм изменения геометрии на VW работает на основе пневмокамеры со штоком, который поворачивает лопатки "геометрии". У BMW - лопатки "геометрии" поворачивает электропривод с ЭБУ.

2184426s-960.jpg6ec0465s-1920.jpg

Вот такие турбокомпрессоры гораздо проще использовать и настроить их "геометрию", чем разрабатывать с нуля. Настроить можно либо подбором пневматики, либо сервопривод на микроконтроллере.

Мысль номер два: нагрузить турбинку можно либо на наддув воздуха в котел (при этом конструкция агрегата почти не меняется, кроме регулировки привода "геометрии"), либо вместо турбокомпрессора турбинку нагрузить высокооборотистым бесколлекторным электродвигателем на постоянных магнитах в генераторном режиме. Ну а через высокочастотный выпрямитель можно уже запитать и электрику, и зарядку аккумулятора. А без выпрямителя - можно запитать такой же бесколлекторник чуть меньшей мощности для привода вентилятора конденсатора через редуктор, создав таким образом "электротрансмиссию". В варианте электронагрузки агрегат, конечно же, придется балансировать в сборе с турбинкой.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение

Для публикации сообщений создайте учётную запись или авторизуйтесь

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать учетную запись

Зарегистрируйте новую учётную запись в нашем сообществе. Это очень просто!

Регистрация нового пользователя

Войти

Уже есть аккаунт? Войти в систему.

Войти

  • Последние посетители   0 пользователей онлайн

    Ни одного зарегистрированного пользователя не просматривает данную страницу


×
×
  • Создать...

Важная информация

Мы разместили cookie-файлы на ваше устройство, чтобы помочь сделать этот сайт лучше. Вы можете изменить свои настройки cookie-файлов, или продолжить без изменения настроек.