Мини генератор своими руками – паровая электростанция для дачи или полевых условий

Проблема наличия автономного источника электропитания для удовлетворения хотя бы каких-то ограниченных, наиболее важных потребностей, решаться может по-разному. Самое простое решение – приобретение генераторной установки с бензиновым или дизельным приводом. Все шире используются солнечные батареи, за которыми, безусловно, большое будущее.  Еще один источник – использование ветровой энергии: ветряки в малых населенных пунктах стали встречаться все чаще.

Но все эти альтернативные источники пока что еще весьма дороги, и у каждого есть свои недостатки: высокие цены на горючее, необходимость сложного обслуживания, серьезная зависимость от текущих погодных условий и т.п. Поэтому народные умельцы находятся в постоянном поиске каких-то самостоятельных решений. И, кстати, не только в нашей стране – самобытных мастеров немало по всему миру. В рамках этой публикации мы увидим реализацию идеи миниатюрной паровой электростанции, задуманной и собранной бразильским мастером Professor Pardal.

В этой идее примечательно следующее – из расходных материалов для электростанции требуется только вода и практически любое доступное твердое топливо, а сама конструкция в основном выполнена из материалов, что порой валяются в виде хлама в сарае или недороги в приобретении на какой-то барахолке. А плюс к тому, установка способна не только обеспечивать электроэнергией, достаточной для локального освещения, для зарядки гаджетов и даже для просмотра LCD-телевизора — она одновременно является и вполне функциональной мини-печкой, дающей возможность приготовления пищи и обогрева.

Изготовление паровой мини электростанции своими руками

Материалы и инструменты для изготовления паровой мини электростанции

Буквально несколько слов о принципе выработки электроэнергии – чтобы проще было понять конструкцию.

Если не брать в расчет солнечные или химические батареи, по львиная доля всей электроэнергии получается по схожему принципу – это превращение механического движения в электрический ток. Достигается это вращением обмоток генератора в магнитном поле (или, наоборот, роль статора играет обмотка, а вращается магнитное поле).

Значит, первым делом необходимо найти возможность привести во вращение ротор генератора, то есть для этого придется затратить какую-то внешнюю энергию.

На тепловых электростанциях это достигается нагревом воды с переходом ее в парообразное состояние. А нагретый пар, расширяясь на выходе из котла, обладает колоссальным энергетическим потенциалом – он способен вращать лопасти паровых турбин, которые, в свою очередь, передают этот крутящий момент на генерирующую установку. Разогрев же воды достигается за счет сжигания твердых, жидких или газообразных теплоносителей.

Вывод: чтобы соорудить миниатюрное подобие тепловой электростанции необходимо:

1. Создать какой-то котел, в котором будет получаться и накапливаться водяной пар.
2. Иметь в наличии какую-то турбину, где поток выходящего пара будет преобразовываться во вращательное движение.
3. Обзавестись устройством – генератором, в котором вращательное движение ротора приведет к получению на выходе нужной разности потенциалов (напряжения).

Для сборки своего варианта мастер использовал следующее:

• Для котла – ненужный баллон от фреона. Его вместительность около 13 литров, а стенки толщиной 1.5 мм способны выдерживать давление в пределах 3 атмосфер.

• Для топочной камеры котла – металлическая бочка на 200 литров. Как мы увидим, она будет применяться не полностью.
• В качестве турбины будет выступать старый пневматический ударный гайковерт. Вполне можно поискать на барахолке и приобрести недорого.
• Роль генератора мастер доверил двигателю постоянного тока, снятый со списанной беговой дорожки.

Кроме того, потребуются некоторая «мелочевка» сантехнического плана – все это станет понятным по ходу изложения.

*  *  *  *  *  *  *

Инструменты – «болгарка» с отрезными и шлифовальными кругами, сварочный аппарат со всем необходимым, ключи, отвёртка, маркер и линейка (рулетка) для разметки.

Стенки как у баллона, так и у бочки не отличаются большой толщиной, поэтому оптимальным вариантом было бы наличие сварочного полуавтомата. Но и с ручной дуговой можно справиться, если имеется опыт, или потренировавшись для начала на обрезках схожей толщины.

Изготовление паровой мини электростанции своими руками – пошагово.

Итак, переходим к показу практического этапа создания автономного источника электроэнергии.

Иллюстрация	Краткое описание выполняемых операций
	Начинается рабочий процесс с подготовки баллона от фреона. Он безусловно, должен быть пустым. Емкость с выпущенным давлением можно резать или варить спокойно, в отличие от других газовых баллонов – риска воспламенения нет, так как фреон не является огнеопасным.
	Для начала срезаются пучки для переноски. Их необходимо срезать очень аккуратно, «под корешок», не повредив баллон и не испортив самих ручек – они в дальнейшем еще пригодятся.
	Вместе с ручками срезается и выпускной патрубок – он находится в аккурат между ними.
	Это отверстие, оставшееся после обрезки патрубка, необходимо заглушить.
	Самое простое и надежное решение – забить в отверстие стальной болт с близким диаметром, до упора в головку…
	…а затем обварить головку по периметру, прихватив ее тем самым к стенке баллона.
	И здесь, и далее при выполнении сварных швов они обязательно очищаются от шлака и проверяются на качество сварки. Баллон вскорости становится паровым котлом, то есть все швы должны быть гарантированно герметичными и способными выдерживать избыточное давление.
	Для следующей операции потребуется стальная труба диаметром 57 или 76 мм, длиной чуть более диаметра баллона. У мастера таковой под рукой не нашлось, поэтому в ход пошли старые автомобильные амортизаторы – показаны на иллюстрации.
	С каждого из них на отрезном станке удаляется по внешнему «стакану».
	Срезанный стакан и станет искомой трубой. Если станка нет, при должной аккуратности и хорошей фиксации заготовки эту задачу вполне можно выполнить и обычной «болгаркой».
	Однако длины каждого из стаканов – недостаточно для нужной детали. Придется из двух отрезков сваривать одну трубу.
	Торцы труб зачищаются, на них выполняется фаска, а затем стык по периметру обваривается сплошным швом. Пропуски и прожиги – недопустимы!
	Теперь необходимо прорезать отверстия в стенках баллона, так, чтобы труба прошла насквозь через него, примерно по центру его длины. Для этого сначала труба приставляется к намеченному месту (проще всего и точнее будет ориентироваться на сварной шов, опоясывающий баллон)…
	…и маркером намечается контур будущего отверстия.
	Прорезать аккуратное отверстие сравнительного небольшого диаметра можно по-разному. Кто-то предпочитает маленькую «болгарку» с наполовину сточенным отрезным кругом. У кого-то неплохо получается эта операция с использованием электрического лобзика с пилкой по металлу. В демонстрируемом примере мастер решил прожечь нужный проем с помощью ручной дуговой сварки, выставив высокий ток.
	Действовать нужно аккуратно, не спеша, чтобы края отверстия получились ровными.
	Такая же операция повторяется и на противоположной стороне баллона. В итоге должно получиться примерно вот так – два отверстия, симметрично расположенные на противоположных сторонах окружности.
	Подготовленный отрезок трубы заводится с одной стороны в прорезанной отверстие, так, чтобы он вышел наружу с противоположной стороны. Достаточно будет выхода в 5?8 мм – этого хватит для сварки.
	После этого выполняется сварка этого соединения – сплошным швом по окружности с теми же требованиями, о которых говорилось выше.
	Один конец трубы вварен в баллон.
	Затем такой же узел проваривается и на противоположной стороне. После приваривания излишек трубы срезается «болгаркой». Получается теперь, что через баллон, не нарушая его герметичности, проходит труба. Она будет служить и дымоходом, и теплообменником при нагреве воды. Кроме того, по мере прогрева этой трубы будет возникать эффект «ракетной печи», когда в верхней трети канала станут активно выгорать выделяемые при горения топлива газы. Теплоотдача в таких схемах получается очень эффективной – пламя будет подниматься выше поверхности бака даже при небольшой закладке топлива.
	Для топочной камеры котла от металлической бочки отрезается ее верхняя часть, примерно на треть высоты.
	Затем к верхней плоскости бывшей бочки примеряется баллон с вваренной трубой. Так, как он и будет стоять в готовой конструкции.
	По установленному баллону намечается маркером контур, но не по вертикальной проекции, а с таким расчетом, чтобы баллон «провалился» под плоскость крышки бочки примерно на одну треть. То есть с отступом от границ проекции внутрь примерно на 30 мм.
	Контур будущего «гнезда» для баллона намечен.
	По контуру делается вырез с помощью «болгарки» - вот он в готовом виде.
	В вырезанное «гнездо» укладывается баллон, при необходимости проводится корректировка границ окна.
	Затем баллон приваривается к бочке по периметру по линии их соприкосновения, сплошным герметичным швом.
	Вот так это соединение будет выглядеть снизу, со стороны топки.
	Теперь необходимо приварить срезанные ранее рукоятки баллона слева и справа от дымоходного канала. Они уже будут не для переноски, естественно, но зато из них получается весьма неплохая конфорка, куда можно поставить при необходимости чайник или кастрюлю для приготовления пищи.
	Ручки привариваются к стенке баллона. Здесь герметичность не нужна, поэтому можно обойтись и без сплошного шва – достаточно будет парочки качественных прихваток.
	На стенке бочки снизу намечается вырез шириной примерно 300 мм, и высотой – около 200 мм. Большая точность здесь не принципиальна.
	По намеченной границе вырезается фрагмент. А получившееся окно – не что иное, как загрузочное окно топочной камеры и канал для поступления воздуха в зону горения.
	Далее, на баллоне проделываются три отверстия: одно побольше (диаметром порядка 15 мм), по центру, и два поменьше (достаточно 5?6 мм), слева и справа и несколько ниже относительно первого. Для получения подобных отверстий очень удобно использовать коническое ступенчатое (пирамидальное) сверло.
	К первому, большому отверстию будет привариваться муфта с внутренней резьбой 1/2 дюйма.
	Примерка муфты по месту ее будущего расположения.
	Для обеспечения выхода пара и подачи его на турбину потребуется вот такой штуцер с «ершом».
	Его место – на левом малом отверстии.
	Чтобы была возможность контролировать давление пара в котле, нужен манометр. А, соответственно, под него необходимо предусмотреть соответствующую муфту (гайку) с нужным внутренним диаметром и шагом резьбы.
	Эта муфта будет устанавливаться на правое малое отверстие.
	После подбора и «примерки» обе муфты и штуцер привариваются на свои места. На этом пока что «корпусные» работы заканчиваются – пора переходить к более сложному «оборудованию» мини-электростанции.
	Итак, в роли паровой турбины будет выступать вот такой старый пневматический ударный гайковерт. Он способен создавать мощный крутящий момент под действием сжатого воздуха. Надо полагать, от потока пара также будет вращаться.
	Однако, в «чистом виде» задействовать гайковерт нет смысла – его следует немного «доработать», упростить. Поэтому сначала выполняется разборка прибора – откручиваются винты и снимается задняя крышка.
	Прямо под крышкой, за прокладкой, сзади расположена пневматическая турбина – двигатель. Ее необходимо аккуратно извлечь наружу.
	Сам по себе пневматический двигатель никаких изменений претерпевать не будет. Можно лишь убедиться в его целостности и работоспособности.
	А вот дальше расположен механизм получения ударного вращающего момента. Вот он нас и интересует – его вынимают из корпуса полностью вместе со шпинделем гайковерта. Дело в том, что вращение от двигателя в гайковерте не передается напрямую на рабочий шпиндель – он не связан с передаточной муфтой жестко, прокручивается в ней. А сама эта передаточная муфта со шлицами (хорошо видна на иллюстрации – по центру, более светлого цвета) передает крутящий момент на молотковый механизм, собранный в обойме. И уже молотки, воздействуя на фигурные выступы на шпинделе, передают ударно-вращательное движение ему.
	Такое усложнение для наших текущих целей не требуется – это и неоправданные потери усилия пневмопривода, и абсолютно ненужное для генератора ударное усилие. Нам необходимо обычное стабильное вращение с постоянной угловой скоростью. Поэтому от этого промежуточного звена следует избавиться. Для этого производится разборка механизма – снимается стопор, извлекаются молотки, шпиндель выводится из молотковой обоймы.
	А затем «голый» шпиндель после этого просто вставляется в ту самую передаточную муфту…
	…и прихватывается к ней электросваркой.
	Получилось вот что: теперь это одно целое, и вращение с пневматического двигателя будет передаваться непосредственно на шпиндель, что нам и требуется.
	Далее – выполняется обратная сборка гайковерта.
	Еще один нюанс: мастер срезал фрагмент корпуса гайковерта над бывшей молотковой обоймой. Это в целях лучшего охлаждения всего устройства и свободного выхода отработанного пара.
	Чтобы гайковерт всегда находился во включенном положении, клавишу включателя можно после нажатия зафиксировать тонкой проволокой. Или, например, обычной пластиковой стяжкой, что будет даже удобнее.
	Обратите внимание – в этой модели на рукоятке имеется второй канал, закрытый металлической заглушкой. Мастер решил использовать это обстоятельство для крепления гайковерта на корпусе мини-электростанции.
	Он прихватил сваркой эту гайку м верхнему ободу бочки, так, чтобы ось шпинделя гайковерта оказалась в горизонтальном положении. Если такой гайки на имеющейся в распоряжении модели нет – придется подумать о креплении каким-то иным способом, например, через привариваемый к бочке кронштейн.
	Готовится к установке и генератор – двигатель постоянного тока, ранее стоявший на беговой дорожке. У него имеется штатный кронштейн, просто надо будет подумать, как его закрепить на корпусе бочки.
	Шкив с двигателя снимается, он не нужен – нам требуется «голый» шпиндель.
	Достигнуть идеальной соосности расположения гайковерта и двигателя (турбины и генератора электростанции) в рассматриваемых условиях практически невозможно. Поэтому решено сделать вал, передающий вращение, гибким, из отрезка поливочного армированного шланга. Один конец шланга сначала слегка разогревается …
	… а затем плотно насаживается на шпиндель двигателя.
	Аналогично поступают и с противоположным концом гибкого вала, насаживая его на шпиндель гайковерта.
	Примеряется оптимальное расположение пока еще не закреплённого электродвигателя. Решено для удобства его фиксации сначала прихватить сваркой к бочке стальную пластину.
	Сначала приварена пластина…
	… а затем к ней прихвачены сваркой и кронштейны электродвигателя. Вся кинематическая часть будущей электростанции установлена.
	Необходимо довести до готовности котел. Во-первых, для за дивной горловины должна быть изготовлена заглушка, плотно, герметично закрывающая ее. Для удобства закручивания и открывания мастер приварил к заглушке маховик-перекладину.
	Во-вторых, устанавливается и затягивается ключом манометр. Надо постараться установить его так, чтобы его циферблат был хорошо виден – это облегчит визуальный контроль за процессом работы установки.
	Штуцер на рукоятке пневматического гайковерта и штуцер, вваренный в баллон котла, соединяются гибким термостойким шлангом высокого давления. В разрыве этого шланга обязательно устанавливается кран, с помощью которого можно будет подавать пар на турбину, управлять скоростью вращения, останавливать подачу при необходимости. Все соединения шланга на штуцерах фиксируются хомутами с тщательным из затягиванием.
	По сути – сборка мини электростанции завершена. Можно переходить к проверке ее работоспособности – загружать топливо, разжигать огонь, заливать воду и т.п. Мастер решил применить самодельные топливные брикеты. Для их изготовления он нарезает полосами шириной примерно в 50 мм гофрированный картон от старых упаковок.
	Затем эти полосы сворачиваются «улиткой» …
	… пока не наберется «шайба» диаметров примерно в 150?200 мм. Чтобы брикет не распускался, его фиксируют тонкой проволочкой.
	Готовый брикет.
	Так как своего дна у топливной камеры нет, брикет или иное топливо лучше будет укладывать на какой-то поддон. Мастер изготовил его из донной части такого же баллона от фреона.
	Уложенный на поддон брикет сверху поливается маслом, например, остающимся после жарки. Можно использовать и масляную отработку из гаража.
	Такая пропитка обеспечивает и быстрый розжиг, и длительное горение брикета.
	Поддон с разгоревшимся брикетом через загрузочное окно устанавливается под котлом.
	Еще один момент: для качественного поддува воздуха, без которого горение будет невозможным, по периметру основания вырезаны отверстия – они хорошо заметны на этой иллюстрации.
	Горение брикета постепенно активизируется, и можно набрать в котел воды. Для этого сначала выкручивается заглушка.
	Затем с помощью воронки в баллон заливается вода. Емкость бака – около 13 литров, но заливают не под завязку, а порядка 7?8 литров, чтобы было пространство для расширения пара, и чтобы разогретая, увеличившаяся в объёме вода не попадала в выходной штуцер. После заливки ставится и накрепко закручивается заглушка.
	Пламя от корящего брикета – все выше. По показаниям манометра давление в баллоне возрастает. Его нельзя доводить выше максимально допустимого. На месте мастера я бы еще оснастил, в целях безопасности, этот самодельный котел еще и предохранительным клапаном, рассчитанным, например, на 1,5?2 атмосферы. Так будет спокойнее – человек может отвлечься, задремать и т.п., и это порой заканчивается печально…
	Для проверки работоспособности созданной мини электростанции мастер для начала подключает к выводам генератора (двигателя) светодиодную лампу.
	Плавно открывается кран – и начинается вращение турбины, передающееся на генератор. Светодиодная лампа почти мгновенно загорается.
	Если попробовать принудительно приостановить вращение передаточного вала – лампа сразу откликается понижением яркости свечения.
	Но если отпустить вал в свободное вращение – светильник опять разгорается на полную! Система работает!
	Теперь нужно усложнить задачу, чтобы проверить возможности электростанции на более серьезные действия. Для этого матер подключает к ней инверторный преобразователь питания, выдающий на выходе 127 вольт переменного тока. (Дело происходит, напомним, в Бразилии, где используется именно такое сетевое напряжение. В наших условиях, безусловно, применяется инвертор с выходом на 220 вольт).
	Сначала включаем инвертор питания без нагрузки – индикаторы сигнализируют, что на выходе подается искомое переменное напряжение.
	Пробуем включить LCD-телевизор…
	Телевизор запустился и нормально работает на «дармовой» электроэнергии! Между тем, из трубы котла вырываются языки пламени, и этим можно воспользоваться, поставив на конфорку чайник или сковородку для приготовления ужина.
	В демонстрируемом примере мастер на этом огне очень быстро приготовил себе большую миску попкорна.
	И теперь он сидит довольный, наслаждаясь и попкорном, и телепередачей, и чувством гордости за свою самоделку.

*  *  *  *  *  *  *  *

Безусловно, кто-то обязательно скажет, что и идея, и ее реализация — «сырые», далеки от совершенства. Но зато какое открывается поле деятельности для совершенствования и модернизации! А сам подход превращения валяющегося под ногами мусора в полезную электрическую и тепловую энергию заслуживает всяческого внимания! Кстати, при отдыхе на природе, на рыбалке, в полевых условиях или на даже при отсутствии иных источников энергии на даче подобная конструкция способно резко поднять качество досуга. Во всяком случае, за зарядку гаджетов, освещение и приготовление пища можно будет не беспокоиться.

А автора продемонстрированной идеи – немало смелых разработок в различных областях. Для примера – еще одна паровая электростанция, но несколько иного принципа работы.

Видео: Печка с паровой мини электростанцией  своими руками