Comments 46
Основная проблема в том, что в описываемых экспериментах был водовод. На жидком углеводородном топливе, скорее всего, камера сгорания и турбина будут слишком быстро засоряться отложениями, возможно еще на этапе пуска. Может быть, что-то получится на чистом газе. Да и мощность упадет сразу в 3-4 раза при тех же расходах. Может и не взлететь, в смысле, не раскрутиться до рабочих оборотов.
Вот, кстати, интересно, какие обороты у стартера-генераторы нужно развить, чтобы запустить турбину с рабочими оборотами, исчисляемыми в миллионах.
Ну и с выхлопом надо что-то делать. Такой генератор на стол не поставишь, в карман не положишь, если не остужать выхлоп. А это тоже потери полезной мощности.
У вас ошибка в переводе Кельвинов в градусы Цельсия: должно получиться меньше, а не больше.
У вас ошибка в переводе Кельвинов в градусы Цельсия
Спасибо, поправил!
>> Основная проблема в том, что в описываемых экспериментах был водовод
Вообще не проблема. С учетом малого потребления отлично подойдут гидридные картриджи. Такие для домашних экспериментов в энторнетах продают. Например hydrostick Pro ( это не баллончик, там гидридное хранение, перезарядка до сотни раз). Желающим предлагают практически детский конструктор на этом, по цене меньше наборов Лего, набор для сборки машинки на топливных элементах за меньше ста евров.
Кстати, для тестов вполне даже подойдёт самодельный генератор водорода. Вкратце: "баян" (в смысле - выглядит, как гармонь:-) ) из листов нержавейки, с проложенными между них квадратными или круглыми резинками. Заливается водой с содой. И подключается к этому зарядник для автомобильных аккумуляторов. И вуаля: у нас просто куча газа. Я делал такое. Как раз в описанном в статье примере (питал горелку из шприца 5-ти кубового, заполненного мелкой железной ватой-пламягасителем). И ещё ставил до этого электролизера - водяной затвор, с минимальным пустым пространством над водой.
Из за мелкого размера молекулы водорода - пламя очень тонкое и длинное (сантиметров 25, - настоящий плазменный меч). Бесшумное и совсем не дымит (ну естественно - на выходе же вода). Но горячее- просто жуть.
Только надо аккуратно - водород в смеси с воздухом нереально взрывоопасен.
Ну или, если лениво делать - гуглим "генератор Браун-газа". Или "генератор HHO".
Для экспериментов с турбиной, этого потока газа - с головой хватит. Даже лишка будет.
Сделаем генератор электроэнергии с муравья, но приделаем к нему источник топлива на свинцовых аккумуляторах в чемодане. Где-то это уже было...
.
Потратить электроэнергии на получение водорода вдвое больше, чем получится электроэнергии от генератора на топливном элементе или вдесятеро от этого турбогенераторища :)
Обычное явление для большинства специфических применений. Обогащение урана на центрифугах - один из немногих процессов, где итоговый выхлоп энергии у продукта будет ощутимо выше затраченного на его подготовку (что и позволяет ему работать на гражданских энергетических реакторах). Обычные же ВВ требуют для своего производства соизмеримых или же превосходящих энергетических затрат.
Долго-долго "концентрируем" энергию, чтобы высвободить её в нужный момент в нужном месте...
Микрогенераторы сильно (будут?) полезны для питания чего-то относительно мощного но компактного... Роботы, дроны - у них "мозги", лазеры, радары... А ещё старик Порше оценил удобство электродвигателей по сравнению с механической трансмиссией.
У него емкость 11 Вт*ч. Т.е. хватит для этой турбины на 6 минут. Для экспериментов, конечно, пойдет, но как источник энергии не имеет смысла.
Не понял, зачем этот генератор сделан плоским. Получается, что потоку воздуха приходится делать почти 4 поворота на 90 градусов. Потери давления и скорости на этих поворотах в такой конструкции гигантские. Если бы турбину сделали с классической геометрией, только маленькую, КПД у нее было бы больше.
Видимо, были еще какие-то факторы, чтобы применить именно такое решение. Но они не написаны в статье.
К сожалению, ответа на этот вопрос не нашел. Полагаю, что в целях компактности.
Подозреваю, чтобы сделать турбину со сплошным плоским основанием (как в турбонаддуве авто), а не в виде отдельных лопаток, чтобы поток проходил перпендикулярно плоскости турбины - иначе это будут лопатки-ниточки при указанных размерах. И не имеющее "никакой" жесткости колесо турбины
Скорее всего, это ограничение технологии производства. Они же ее вытравили из кремниевой подложки.
Чтобы вставить в пауэрбанк/смартфон/ноутбук/зиппо?
В статье сказано, что турбогенератор делали используя MEMS технологию, тоесть создание механизмов с помощью фотолитографии, а эта технология работает только с плоскими основами.
Но общий посыл статьи следующий: несмотря на отсутствие доступа к 3d печати на тот момент (1997-2003 гг.) разработчикам удалось создать поразительное устройство, которое может быть легко производимо в виде массивов таких устройств.
В наше же время, когда доступна 3d печать и размер устройства весьма мал - любой самодельщик может включиться в разработку, даже если устройство будет несколько больше размером и не "массив" - а одно единственное.
Любые доступные на рынке стали (даже жаростойкий Inconel), любые промышленные 3d принтеры по металлу - всё к услугам самодельщиков-энтузиастов ;-)
Если бы такие мелкие турбины было легко сделать - они давно бы уже были.
Посмотрите канал Игоря Негоды. Собрать турбину - ювелирная работа, требования к точности изготовления, балансировке, прочности, температуре плавления и т.п. близки к предельным.
Вдобавок скажу, что при уменьшении двигателя в N раз рабочий объём падает в N^3 раз, а площадь поверхности как N^2, и удельные теплопотери будут расти.
И я сомневаюсь, что можно вот так легко сделать турбину 4мм с достаточной точностью, магнитами для съёма мощности и т.п.
Вся статья - абстрактные рассуждения про то, как "можно сделать", "несложно", "доступно", "предположим", из реального только отсылка к исследованиям двадцатилетней давности. Не убедительно.
Ну, я здесь просто увидел в этой технологии интересную возможность, которую никто не реализовал ещё. И озвучил всю эту историю с умыслом - что кого то это зажжёт на реальные эксперименты.
Это как в своё время несколько китайских студентов (будущие производители 3D принтеров "Anycubic") - решили потеснить "аксакалов. И потеснили: до них, DLP 3D принтеры стоили совсем неприличных денег, а после их усилий - доступны каждому (Anycubic Photon). И таких историй много.
К тому же, не обязательно копировать размеры и обороты. Важен сам принцип: плоская микротурбина. А уж какого она размера... Какие технологии есть под рукой и что умеем - то и делаем. В любом случае - это лучше чем "ничего" ;-)
У кого то стакан наполовину пуст, у кого то - наполовину полон...
К тому же, не обязательно копировать размеры и обороты.Чтобы получить КПД хоть сколько-то выше нуля, обороты в любом случае придется делать очень высокими. У Вас в статье упоминается степень сжатия всего 4, и это при миллионах оборотах в секунду и линейной скорости лопаток 600 м/с. Да, при увеличении габаритов обороты упадут, но линейная скорость останется на том же уровне, иначе ни компрессор, ни турбина не смогут эффективно работать.
Кстати, а Вы подумали, что произойдет при разрушении подобной самодельной конструкции? Для справки: 600 м/с это не многим ниже начальной скорости полета пули из калаша (800 м/с)
Один знакомый, занимавшийся стендовым испытанием газовых турбин, рассказывал, что при разрушении турбины, разлетающиеся лопатки как в масло глубоко входят в бетонные стены стенда. Их потом даже не пытаются извлекать из стен, а просто срезают под корень шлифмашинкой.
Я бы облицовал старыми телефонными справочниками :-)
https://youtu.be/_xqMsQPyQJA
а лучше облицовать быстро съемными каменными плиточками https://youtu.be/t2K94sxnfUE?t=374
Лопатки должны быть гладкими, шероховатость хотя бы одна сотая-тысячная от их размера. Что уже вводит в микронную область.
На милионных оборотах должен быть идеальный баланс. И материалы не должны слипаться-свариваться. И это при температурах под 2 килоградуса. И температурное расширение нужно подбирать с температурным зазором.
Горючка должна подвергаться ультрафильтрации, иначе пылинка забьёт газовый канал.
Ещё вопрос как будут вести себя суперсплавы на ультрамалых масштабах.
С керамикой сразу геморой - она пористая, надо качественно спекать. Тут скорее получается выращивание монокристалла и последущее травление.
Решение: делаем большую. Не такую маленькую. Сантиметров в 5 - но плоскую. И более медленную. И печатаем металлом на 3 принтере. Всё равно затея будет сумасшедшая (если всё более менее получится). Пара - тройка таких турбин - вот и генератор на киловатт. Или поболее. Уууу...чувствую ещё немного и сам побегу делать :-))))
Весь фокус турбин - в больших оборотах.
И они не зря делаются многоступенчатыми (с кучей крыльчаток) - удельный съём энергии с одной крыльчатки не так уж и большой.
Одна надежда, что на микромасштабах (с размером камеры в сантиметры и менее) из-за вязкости воздуха, как-то что-то можно сделать. Но это тысячи экспериментов. И камеру в турбину не засунешь, значит, информацию надо будет получать как-то иначе.
Лабораторно оно работать будет. Тут нет претензий. Вопрос в КПД и эксплуатационных характеристиках.
Пока поточно промышленный предел - турбина в чемоданчике :)
Пока поточно промышленный предел — турбина в чемоданчике :)
возможно это потому, что мини-турбины делали для реактивных двигателей, а не для генераторов электричества. или все-таки есть турбогенераторы небольших размеров?
Я очень усиленно искал. И минимум какой мне удалось найти - это условно говоря - "чемодан". :-). Настолько маленьких - о которых идёт речь в статье, а тем более плоских - вообще не известно в сети!
Турбогенератор - это дело второе.
Вначале нужно запустить турбореактивное сумеречное творение.
С Яплакал, Plankin193:
Ладно, побуду занудой.
При оборотах ротора в 2,4 миллиона в мин, и диаметр в 4 мм, линейная скорость будет - 502.6548 м/с
(ссыль на калькулятор - https://planetcalc.ru/556/)
Отсюда центробежная сила при массе в 1гр будет - 631654.619 (Ньютонов) или
Отсюда центробежная сила при массе в 0,1гр будет - 63165.461 (Ньютонов)
Хрен его знает, вес ротора не указан…
(ссыль на калькулятор https://www.center-pss.ru/math/raschet-tcen...zhnoi-sili.htm)
Отсюда разрывная сила ротора , при весе в 1 грамм, будет 64410.84 кг, т.е. 64 тонны. Или
при весе в 0,1 грамм, будет 6441.08 кг, т.е. 6,4 тонны.
Я сейчас подумал, что в таких объёмах само горение уже не факт, так как есть минимальный объём горения, на основе чего и работают пламягасящие сетки (если совсем буквально и грубо).
С генерацией тоже проблемы, так как в 20 Ватт ещё можно поверить, допустим 50В и 0.4А - это сейчас не супер режимы, вопрос в устойчивости вала, так как он там будет совсем с волосок.
Но 80 или 100 Ватт это уже слегка экстремальненько. Импульсно вопросов нет, в длительной (час и более) вопросы есть. Правда, всегда можно увеличить размеры самого генератора :) и упереться в сечение вала :(
Вдогонку: Вики говорит , что у современных ТРД сжатие 1:40, у малышки 1:4, т.е. КПД где-то в районе плинтуса.
Вы так пишете, как будто процессоры сейчас на вес не продают. А их делать заведомо сложнее
Да, но в статье утверждается что можно это делать "наколенке".
Покажите пожалуйста процессоры продаваемые "на вес", которые делает частник на коленке в гараже?
Я понимаю, что для отдельных энтузиастов оборудование для выращивания монокристаллов, травления - не сильно дорого. Или там сверхточный лазер с оборудованием сверхфокусировки, сверхчистые расходники - это вполне доступно. Но для большинства, это даже не завтрашний день.
КПД скорее всего так себе
ЗД принтеры по металлу с порошками и спеканием - дают богатую почву для экспериментов с легированием. Комбинируя пропорции порошкообразных компонентов, можно получать совершенно разные сплавы, даже формировать градиенты концентраций присадок... А уж если применять не спекание а направленное выращивание кристаллической решётки как на авиационных лопатках... Но это пока явно не бытовые 3д-принтеры :)
С ресурсом тоже ничего непонятно. Вдруг оно развалится через 10 часов работы?
Даже при 10 часах это интересно как мегабатарейка для подзарядки электроники в походе.
Солнечные панели не предлагать. Я считал по весу они сравниваются с 18650 только при походах от недели(там много переменных у кого-то могут получиться другие цифры).+18650 просто удобнее. Так что солнечные панели имеет смысл покупать только при регулярных походах от 2-х недель.
Верно. Причём, как мне кажется, при наличии 3d печати или даже просто лазерной резки по металлу (т.к. в те года турбина была сделана сборной, из пластин и всё работало) - можно наклепать таких турбин, поиграться с параметрами, найти оптимальные и делать на продажу(и для себя тоже) легко вообще!
Пускай они будут больше размером, более медленные. Главная фишка- плоские, дешёвые и легко воспроизводимые. А если сборная конструкция, сделанная лазерной резкой- то и чистить легко (если питать керосином или бензином).
Очень интересно, проверять конечно же не будем. Если выпустят смолу, что будет вывозить 800 градусов для полимерников - тогда можно будет что-то на базе газового баллона в походе придумать интересное. Тогда же можно будет и размер увеличить до внятного.
У меня сильно не сходится
7 грамм/час (при выработке электрической мощности в 50 ватт).
0,15 грамм/сек. (при выработке электрической мощности в 20 ватт) 0,15*60*60 = 540 гр в час
то есть по данным статьи вообще непонятно о каком расходе идет речь, даже порядок не понятен 7 и 540 сильно большая разница
1кг водорода - 120 МДж
7гр водорода - 120 000 000/1000*7= 840 000Дж
1 киловатт*час равно 3 600 000 Дж
50 ватт/ч = 3 600 000/1000*50 = 180 000Дж
КПД 21%
540гр водорода - 120 000 000/1000*7= 64 800 000Дж
20ватт/ч = 3 600 000/1000*50 = 72 000Дж
КПД 0,1%
7 грамм/час (при выработке электрической мощности в 50 ватт)
Попахивает... назовём это рекламой. 140 грамм даже водорода (теплотворная способность примерно втрое выше жидких углеводородов) на киловатт-час при степени повышения давления около 4? Не бывает. Тем более в таких крошечных размерах -- должны быть дикие потери тепла во все стороны, в первую очередь на излучение. Газотурбинный двигатель Уиттла в исполнении Владимира Климова ВК-1 при СПД 4.5 "на стопе" развивал мощность около 8000 л.с. (6 МВт) и расход порядка 480 г/квтч (обычного керосина).
del
Автор чутка наврал, по незнанию: самую высокую температуру сгорания с кислородом имеет газ Ацетилен (3200 градусов Цельсия).
Следующий шаг- создание привода генератора на поршневом микро ДВС. По кпд как известно поршневой эффективнее
Эффективность газовой турбины в значительной степени зависит от потерь из-за утечек потока, тепловых потерь и трения. Эти потери становятся существенными при попытках создать турбины микро-мощности, масштабируя обычные газовые турбины. При уменьшении турбины соотношение зазоров и размеров лопастей турбины уменьшается. Кроме того, при уменьшении размера (снижается число Рейнольдса) вязкие потери на трение становятся больше, чем в обычных турбогенераторах. В результате , существует фундаментальное ограничение на эффективность микротурбин с обычной конфигурацией.
Но эффективную микротурбину создать все-таки удалось. Еще в 2014 году на выставке в Ганновере компания MTT показала домашнюю генерирующую установку. Ищите в гуле enertwin.
Спасибо за статью, интересная идея. Но какая разница что нести с собой в путешествие баллон с водородом или батарейки?
Если не заморачиваться на миниатюризацию, то размером раза в три больше и на жидком топливе - отличная вещь для туристов.
Хотя, туристы газ в баллонах таскают для горелок. Может если для такого газа сделать, тоже зайдёт.
Заодно , ультразвуком живность отпугивать будет.
Hi-Tech DIY: Турбореактивный микрогенератор электричества. Изучаем возможности