Паровой двигатель. Электричество, тепло и ГВС

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

Уровень жидкой воды в докритическом котле это паспортное значение, его определяют при конструировании, а не методом "тыка потом". Под требования котлонадзора Вы не попадаете для случая сверхкритического парогенератора потому что его внутренний объём очень мал. Это его фича. А другая фича в том что стенка трубки никогда не перегреется и именно поэтому следить за ним гораздо проще. Водотрубный котёл в миллиард раз безопаснее чем огнетрубный, если одна из трубок потечёт то котёл это определит по отсутствию увеличения мощности и по резкому увеличению подачи воды насосом. В твердотопливных котлах рулить надо теплогенерацией, в пиролизниках делать это достаточно просто правда не в широких пределах. А если вспомнить что они легко переключаются из старта в стоп то всё происходит примерно как в жидкотопливных системах, вот только инерция у твердотопливных гораздо больше.

 

У моей топки инерция просто чудовищная. После 10-12 часов работы, если топку заглушить, то циркуляционный насос надо еще часов на 6 включенным оствлять. Я один раз его выключил через 4 часа после остановки топки. Через 15-20 минут котел закипел) Пришлось воду потом перед запуском доливать. Я все расчитывал чтоб один раз осенью запустить, и весной заглушить. Хотя, ясли прямоточник ставить сразу на выходе из горелки, тогда легко можно регулировать мощность. Примерно как на автомобиле. Добавил подачу топлива шнеком- и через несколько секунд получил увеличение пламени. А вот расчитать уровень жидкой воды в котле- сто пудов не смогу. Только методом тыка. Кстати- даже у Шоела в котле до критического давления еще очень и очень далеко. Да и после 50 кг/с прирост КПД падает ну очень сильно. Мне смысла просто нет гнаться за высокими давлениями. Гораздо больше толку будет от использования конденсации пара. В идеале было бы совсем классно если б удалось сделать что-то типа машины Шмидта

 

Кстати, не подскажете какая мощность была у Шоеловского двигателя? А то у него котел всего из 30 метров, а по моим прикодам должна быть вдвое длиннее

 

Двигатели он сделал разные, тот что на видео выдаёт 18 кВт механических и генератор из этого делает 10 кВт электрических. 36 метров, причём трубка тоненькая, площадь теплообмена малая.
Для расчёта уровня нужно знать рабочее давление потому что оно определяет температуру кипения, а также нужно знать проектную температуру пара на выходе из котла, тогда станет примерно ясно какова должна быть длина парогенератора. Из общей длины вычитаете длину парогенератора и получаете приблизительный уровень воды. Для того чтобы передать теплоту жидкости или флюиду нужно гораздо меньше длины трубы чем для перегрева пара. Чем больше температура пара отличается от температуры кипения при этой температуре тем длиннее должен быть пароперегреватель, труба которого работает в несравненно более жёстких температурных условиях чем трубка сверхкритического котла с флюидом внутри. Поэтому в частности конструкторы стремятся выйти на флюид.

 

Громадная теплоёмкость хороша тогда когда она решает некую проектную задачу. Если в проект такой параметр заложен не был то это скорее недостаток, затрудняющий управление котлом. На самом деле очень многие сварщики закладывают туда очень много плотного шамота хотя гораздо разумнее заложить шамот теплоизоляционный, лёгкий, или обойтись другими хорошими высокотемпературными теплоизоляционными материалами. В этом случае тепловая инерция будет минимальна.

 

Мне эта инерционность сослужила добрую службу когда приходилось вечером останавливать топку. Оставлял на всю ночь циркуляционный насос, и запасенного за день работы тепла хватало чтоб при морозе минус 20 в теплице утром было 3-4 градуса тепла. Конструкция горелки оказалась еще удачной в том плане что утром не нужно было пихать туда бумагу и разжигать. Просто включал подачу топлива и воздух- минут 15 подымит а потом вспыхивает пламя. Дальше вывод на режим. Была мысль использовать легковесный (теплоизоляционный) шамот. Он и дешевле почти на половину. И правильно что не стал его покупать- не выдержал бы он таких температур. Большая инерция за счет того что я сильно усложнил оригинальную конструкцию. От нее остался только сам принцип горения. У меня пламя вырываясь из сопла заворачивает вбок а потом вообще вниз. Обходит пиролизную камеру сверху ее и опять опускается вниз, еще раз поворачивает, проходит уже под пиролизной камерой, и выходит в восходящий колодец. По нему поднимается вверх, заодно нагревая находящийся в нем воздуховод, и сверху уже попадает в собственно сам котел-теплообменник. Остывая опускается вниз, заворачивает в дымоход и по нему наверх в атмосферу. На выходе из дымаря температура градусов 40-50, что есть очень плохо. Надо ставить дымосос и увеличивать мощность горелки. Одно утешение- через месяц работы мне сын свалил в дымоход кирпич- пришлось снизу разобрать небольшой кусок котла и вытащить его. Заодно посмотрел что там с трубами теплообменника, бо я переживал что будет образовываться конденсат и сожрет трубы. Никакого конденсата, никаких смол, никаких следов коррозии. Значит все выгорало полностью. Это радует. Ну- не то что сын кирпич свалил, а то что коррозии нету)

 

Общая картинка паровой машины в голове уже сложилась. Почти. Осталось продумать как по уму эксцентрики сделать. Или вообще ну их нафиг на коленвал тулить- может лучше вообще сделать сверху цилиндров что-то типа распредвала? И привод через цепь. Но тогда надо чтоб ход поршней у всех цилиндров был одинаковый. Но тогда соотношение диаметра к ходу получается разный. Цилиндры с более высоким давлением получаются длинноходными, а низкие- короткоходные. И не знаю как скажется эта разнобойность на работе всей машины. Из тех параметров что выслал мне Ситинец (это про Л-30) получается что для машины с оборотистостью в 300 об/мин нужно чтоб ход поршня был больше диаметра цилиндра в 1,7 раза. Эти соотношения принципиальны или нет?

 

Я вот думаю- ежели у Шоела 36 метров трубки диаметром 6 мм дают при 100 атм 18 кВт мощи, да еще и при работе на атмосферу, то и мне для 5 Квт-ной машинки, но при 50 атм, но при работе на конденсатор и моих температурах- хватит ну просто с головой. И по деньгам достаточно сооблазнительно- 300 с копейками баксов, это не смертельные расходы. Надо будет поискать где такие фитинги купить можно. И заодно какую нибудь фирму, которая гидравликой занимается. Чтоб у них развальцовку сделать. Двухмиллиметровую стенку я в принципе и электродом-двоечкой без проблем заварить могу, но хочется чтоб разборное было

 

Чкгой-то с теми Шоеловскими трубками концы с концами не сходятся. У его котла площадь теплообмена 1,13 метра максимум. Коэффициент теплопередачи, если мне не изменяет память, у стали 30 ватт на градус на квадратный метр. Температура горения там вряд ли выше 800 градусов. Получается что мощность котла около 25 кВт. Ну допустим что и все 30 кВт. А мощность (заявленная) движка-18 кВт. Это ж КПД явно какое-то нереальное. Ну и если генератор выдает 10 кВт, то с его средним КПД 80 процентов, реальная мощность двигателя 12,5 кВт. И все равно КПД зашкаливающее. Ну не может быть у парового двигателя КПД быть 50 процентов. Мне вчера на вскидку показалось что трубка должна быть в два раза длиннее, а сегодня не поленился, пересчитал. Так и есть- метров 70 она должна быть. Как минимум

 

Вы правы в том что у хромоникелевой жаропрочки очень мал коэффициент теплопроводности, ниже только у титана, однако из таких марок стали очень часто делают теплоообменники, оказывается что для теплообменника теплопроводность мембраны не является главным критерием при выборе её материала. Например рекуператоры для воздуха делают из полиуретана, а ведь его теплопроводность гораздо хуже чем например у алюминиевой или медной фольги.

Для того чтобы правильно рассчитать мощность теплового потока через стенку трубы нужно разобраться с тем что такое коэффициент теплопроводности, с физическим смыслом этой величины, а точнее с его размерностью. Как только Вы это сделаете Вы сможете верно оценивать величину потока. Это я даю подсказку в чём Вам имеет смысл разобраться глубже, а прямого ответа не даю, надеясь на понимание. Догадаться совсем несложно, вместо чтения по диагонали всего и вся нужно буквально сделать 2 движения 2 извилинами после прочтения этого абзаца из Вики:

" ...Количественно способность вещества проводить тепло характеризуется коэффициентом теплопроводности. Эта характеристика равна количеству теплоты, проходящему через однородный образец материала единичной длины и единичной площади за единицу времени при единичной разнице температур (1 К). В системе СИ единицей измерения коэффициента теплопроводности является Вт/(м·K). ...".

Как видим, размерность коэффициента никакого метра квадратного не содержит, предлагаю самому додуматься почему.
Если уж совсем привыкли к диагональному чтению то подумайте о том, в каких единицах в системе СИ измеряют длину, которая в нашем частном случае является как раз толщиной стенки.
Будьте в физике аккуратными до занудства и тогда истина Вам будет открываться очень легко.

 

Все понял- спасибо. То есть коэффициент теплопроводности показывает только теплопотери при прохождении тепла через стенку трубки, а не "усваимость" этого тепла из газа. Таким макаром при толщине стенки в 2 мм этим коэффициентом на практике можно пренебречь. Значит для рас счетов нужной поверхности котла нужно искать не коэффициен теплопроводности, а коэффициент теплопередачи от газа к металлу. Тогда странным получается соотношение поверхности теплопередачи к мощности у водотрубных котлов. Если у Л-30 при мощности машины поверхность котла была в 11 с копейками квадратных метров. Длин, мозги закипают). Чегой-то я недопонимаю. Для прямоточных другая физика работает что-ли. Или для водотрубных. Хотя прямоточник по сути тот же водотрубный, только трубки тонкие и длинные. А с другой стороны- все ж когда нибудь видели самогонный аппарат под проточную воду- полметра трубки запросто передают в воду пару киловатт энергии в час. И это при разнице температур в каких-то 70 градусов. И чем больше пытаюсь понять, тем больше путаюсь

 

Нет, я не это хотел уточнить.

Вы написали что Шоль жульничает с мощностями и привели для обоснования коэффициент теплопроводности нержи. Вы почему-то решили что через метр2 стенки может пройти только 30 Вт при разнице в 1 Кельвин. На самом деле это глубокое заблуждение потому что физический смысл коэффициента состоит в том что он показывает какую тепловую мощность может пропустить через 1 м2 материал толщиной в 1 метр(!) при разнице в 1 Кельвин. Если толщина реального материала будет 10 метров то через 1 метр2 при такой разнице и таком коэффициенте пройдёт только 3 Ватта тепла. А если толщина будет 1 мм (1/1000 метра) то через тот же метр2 при той же разнице и том же коэффициенте пройдёт не 30 Ватт, а все 30 кВт. Потому что стенка реального изделия не 1 метр, а 1 тысячная от метра. И это при разнице в 1 Кельвин, а их ведь не 1, их гораздо больше, так что придётся умножить и прилично умножить. Это важно понять.

Значит Шоль и иже с ним не аферисты. Тиамо так точно не аферист.

Вот что я хотел уточнить.

Теперь можно переходить к теплопроизводительности котлов и узнать что резко повышает удельную теплопроизводительность увеличение давления воды/пара и интенсивность работы циркуляционного насоса. Это ещё некто Ламонт выяснил перед ВОв, а Рамзин так теорию прямоточных котлов с принудительной циркуляцией расписарил. Если хотите то можете поискать и почитать. Чем выше давление тем интенсивнее теплообмен, тем короче и уже трубка которая работает в более мягких температурных условиях, тем компактнее парогенератор. Трубка с паром внутри работает в страшном перегреве, её придётся часто менять.

 

Ну- может я не точно обьяснил свое понимание, но понял я все именно так как вы и написали. Поэтому и написал что при толщине стенки этими коэффициентами можно пренебречь. Про разницу в площадях нагрева разных котлов я тоже додумался. В обьемных котлах кипение происходит не по всему обьему воды, а только возле стенок. И вода которая движется возле стенки принимает тепло быстрее. Ну и теплопроводность и теплоемкость пара тем выше, чем выше давление. Точнее- чем выше его плотность. Ну а она в свою очередь зависит от давления. И чем плотнее пар внутри трубки, тем легче трубка отдает ему тепло. И тем короче и тоньше та трубка может быть. Все понятно. Кроме одного- если 6 трубок диаметром 6 мм могут пропускать через себя пар под давлением 100 атм, в количестве достаточном для работы двигателя, то если давление только 50 атм, то нужно 12 трубок такого же диаметра? Или там нелинейная зависимость между давлением и количеством пара?

 

Вельми премудрая сия наука.

 

Вот нашел в таблице- теплопередача от металла к воде. Если вода просто стоит, то 450 вт на квадратный метр на градус цельсия. А если вода движется, то уже 450+1200 на квадратный корень из скорости. То есть- все сходится- у обьемного котла поверхность теплопередачи и должна быть намного больше