Кипятильник из лезвий: 5 простых способов, как сделать кипятильник из подручных средств

5 проверенных способов и идей

Нагрев воды уже давно не требует каких-либо ухищрений, благодаря избытку нагревательной техники в виде электрочайников, бойлеров, кофемашин и прочих устройств. Но встречаются ситуации, когда под рукой их нет, а вскипятить или подогреть воду необходимо прямо сейчас. В таком случае вы можете собрать кипятильник своими руками из подходящих для этого подручных средств.

Предостережения безопасности.

Изложенные в статье методы для кого-то станут ностальгией по студенческим годам или службе в армии. Но следует четко осознавать, что такие самодельные устройства несут потенциальную угрозу как с точки зрения поражения электротоком, так и с точки зрения пожаро- и взрывоопасности.  Поэтому их реальное применение по возможности стоит свести к  минимуму, а при постоянной работе заменять заводскими устройствами. Далее рассмотрим наиболее простые варианты, которые может собрать даже начинающий электрик без каких-либо навыков или знаний.

Кипятильник из лезвий для бритвы

Этот вариант уже стал классикой для людей, живших  в период отечественного дефицита. За долгие годы появилась масса вариаций таких нагревательных приборов и приличный опыт в их реализации, поэтому рассмотрим такую модель более детально. Лезвия являются не единственным вариантом для электродов кипятильника, но их применяют наиболее часто и это обуславливается несколькими немаловажными причинами:

  • Высокое качество стали – при электролизе, в толще воды протекает электрический ток, формируемый электронами металла, выделяемым из электродов. Из-за сопротивления жидкости далеко не все частицы переходят от одного электрода к другому, а выпадают в осадок в виде металла, значительно изменяя вкус воды. Бритвенные лезвия изготавливаются довольно качественно, поэтому процент осадка от такого кипятильника будет минимальным.
  • Оптимальное соотношение геометрических и физических параметров – несмотря на то, что лезвия никто не изобретал в качестве электрода под кипятильник, они обеспечивают относительно высокую скорость нагрева жидкости.
  • Массовое распространение – можно встретить практически в каждом доме, гараже или мастерской, из-за чего постоянно находятся под рукой.

Материалы для кипятильника из лезвий

Перед изготовлением вам необходимо обзавестись такими элементами:

  • Сами лезвия – для качественной работы кипятильника не имеет значения фирма и состояния режущих поверхностей, можно брать даже затупленные полотна. Важно чтобы они были одинаковой конструкции, лучше, если вы возьмете их из одной упаковки.
  • Диэлектрик для изоляции одного лезвия в кипятильнике от другого – можно применить любые, имеющиеся у вас предметы (пластиковые крышки, пробки). Если ничего не приходит на ум, лучше всего для изоляции нагревательных элементов друг от друга использовать обычные спички.
  • Материал для фиксации электродов в кипятильнике – чаще всего используются нитки. Однозначно не стоит скреплять клеем, и уж тем более, не стоит прибегать к проволоке и другим металлическим изделиям – они сразу закоротят лезвия.
  • Шнур питания с вилкой – подойдет любой вариант с многожильными медными проводами, которые удобно будет прикручивать вокруг лезвия.

Это минимальный набор, при желании вы можете усложнить конструкцию, используя крокодилы для подключения проводов к лезвиям или установив пластиковый брусок в качестве основы.

Порядок изготовления

Чтобы получить кипятильник из лезвий желательно иметь под рукой такие инструменты: пассатижи, нож или бокорезы, изоленту. Процесс изготовления заключается в следующем:

  • зачистите провода на питающем шнуре с электрической вилкой, вам понадобиться около 2 – 3см оголенной жилы;
    Рис. 1. Зачистите провода
  • прикрутите каждый из концов провода к лезвию, заметьте, не пытайтесь их паять – это бесполезно, вам нужно плотно прикрутить провод, если не получается вручную, возьмите пассатижи;
    Рис. 2: Прикрутите провода к лезвию
  • зафиксируйте лезвия на расстоянии друг от друга при помощи диэлектрика, в данном случае используются спички;
    Рис. 3: положите спички между лезвиями
  • обмотайте полученный кипятильник нитками, чтобы он не распался в процессе эксплуатации, если он держится и так, можете обойтись и без ниток.
    Рис. 4: скрепите лезвия ниткой

Самодельный водонагреватель готов, следует отметить, что расстояние между лезвиями определяет и параметр потребляемой из сети мощности, и скорость нагрева. Поэтому наиболее быстрый нагрев вы получите при расстоянии в 2 -3мм (на толщину спички),  при расстоянии в 2 – 3 см время нагрева пропорционально увеличится.

Рис. 5: перпендикулярное размещение лезвий на спичках

Но количество электроэнергии, расходуемое для закипания воды, допустим, в пол-литровой банке, будет одинаковым для обоих случаев.

Не забывайте, что все самодельные кипятильники, пропускающие электрический ток через нагреваемую жидкость, нельзя погружать в металлические емкости, они будут находиться под потенциалом и могут ударить током. Подойдет только посуда из диэлектрического материала – стекло, полимер и прочие.

Рис. 6: кипятильник из лезвий в действии

Из ТЭНа чайника

Также кипятильник можно собрать из ненужного электрического чайника, при условии, что нагревательный тэн исправен. В данном случае ничего лишнего придумывать не нужно – вам понадобиться сам тэн и шнур с вилкой. Для начала проверьте целостность обоих деталей от электрического прибора при помощи мультиметра.

Рис. 7: проверьте исправность мультиметром

Прозвоните шнур и ТЭН, если они исправны, значит, их можно смело использовать для изготовления кипятильника.

Для соединения выводов ТЭНа удобнее применить клеммные зажимы, но если таких не окажется под рукой, можно использовать и обычный паяльник.

Для изготовления кипятильника выполните такую последовательность действий:

  • разберите чайник и выньте из него ТЭН, ту же процедуру проделайте с подставкой и достаньте из нее шнур, если длины кабеля достаточно, можно просто обрезать его у основания.
  • при помощи ножа или кусачек удалите изоляцию с краев провода;
  • закрепите клеммные зажимы на контактах ТЭНа при помощи отвертки;
  • с другой стороны к клеммам подключите зачищенные провода шнура;
    Рис. 8: подключите провода к ТЭНу
  • проверьте мультиметром цепь кипятильника и сопротивление между выводами штепсельной вилки и корпуса.

Рис. 9: готовый кипятильник из ТЭНа

Кипятильник готов, его можно использовать как для нагревания технической воды, так и для кипячения питьевой. По своим параметрам работы он ничем не отличается от классического чайника или кипятильника, поэтому может использоваться и в металлических емкостях. В связи с тем, что в нагревательном устройстве применяется заводской тэн, вы получаете довольно  мощный кипятильник.

Из гвоздей

Для такого кипятильника вам понадобится 6 гвоздей длиной по 8см, деревянная планка толщиной около  2см, которую можно установить на край емкости из непроводящего материала, готовый шнур питания или пара проводов с вилкой. Для работы вам нужны пассатижи и дрель со сверлом такого же диаметра, как и гвозди.

Принцип создания кипятильника заключается в следующем:

  • просверлите в доске отверстия на расстоянии 5 мм друг от друга;
  • вставьте гвозди в отверстия, оставив над доской свободное расстояние в 2 – 3см, чтобы удобно было намотать провод;
    Рис. 10: вставьте гвозди в отверстия
  • зачистьте края кабеля на 5 – 10 см при помощи ножа или кусачек, у вас должен остаться голый металл без лака и прочей изоляции;
  • прикрутите оголенные жилы к гвоздям под самые шляпки – по 3 гвоздя на каждый из проводов, заметьте, что надежность электрических соединений зависит от плотности прилегания, поэтому их нужно затягивать как можно сильнее;
  • забейте гвозди до упора пассатижами, но следите за тем, чтобы механическое воздействие не ослабило место электрического контакта.

Кипятильник готов, налейте воду в стеклянную банку или пластиковую миску, установите сверху планку так, чтобы острые края гвоздей погрузились в воду. Включите кипятильник в сеть и дождитесь закипания. Ни в коем разе не пытайтесь проверять температуру нагрева воды пальцем или рукой, так как при включенном кипятильнике вы получите удар током.

Из ложек

Для такого кипятильника вам понадобятся две металлические ложки, двух или трехжильный кабель, штепсельная вилка, стеклянная банка и две прищепки. Процесс изготовления кипятильника состоит из таких этапов:

  • удалите изоляцию с кабеля и проводов, чтобы получить оголенные жилы по 2 – 3см с каждой стороны;
    Рис. 11: удалите изоляцию с проводов
  • закрепите на одном конце кабеля штепсельную вилку, а к выводу другого конца прикрепите ложки;
  • поместите ложки в стеклянную банку с противоположных сторон и зафиксируйте прищепками, ложки при этом не должны соприкасаться;
    Рис. 12: прикрепите ложки прищепками
  • зафиксируйте кабель с наружной стороны банки при помощи скотча.
    Рис. 13: зафиксируйте кабель скотчем

Кипятильник готов – достаточно налить в банку воды и включить вилку в розетку. Заметьте, что перемещать банку с включенным устройством небезопасно, поэтому предварительно отключайте кипятильник от сети.

Рис. 14: готовый кипятильник из ложек

Кипятильник на 12 Вольт

Востребованное устройство для многих автовладельцев, позволяющее нагреть воду вдали от цивилизации, воспользовавшись питанием от автомобильного аккумулятора. Наиболее сложным является подбор нагревательного элемента, который рассчитывается по формуле: P = U2/R

где P – мощность кипятильника;

U – номинал питающего напряжения;

R – сопротивление цепи.

К примеру, при сопротивлении цепи в 1 Ом, мощность кипятильника, питающегося 12В источником, составит 144Вт. Соответственно, время нагрева стакана составит около 10 – 15 минут.

В качестве нагревательного элемента могут выступать керамические резисторы или нихромовая нить, намотанная на текстолит. Подключите их к двум выводам аккумулятора и кипятильник готов. Главное условие – емкость для нагрева должна быть из диэлектрического материала.

Рис. 15: нагревательный элемент на 12 В

Видео идеи

5 способов сделать кипятильник своими руками в домашних условиях

Современный ассортимент бытовой техники практически вычеркнул из нашего лексикона слово «кипятильник». Для офисного (а порой и домашнего) использования существуют всевозможные кофеварки и электрочайники. А если вы оказались в гостинице, служебном общежитие, наконец, в гараже (осенью или зимой)? Можно взять с собой это полезное приспособление.

Однако чаще всего в нужный момент под рукой нет электроприбора для нагрева воды, а хочется попить чайку. Вспоминая студенчество, приходит в голову простая (хотя и немного опасная) технология: кипятильник из двух лезвий.

Внимание!

Информация в этой статье дана в ознакомительных целях. В наши дни уже нет понятия «дефицит» и недорогие кипятильники, а также чайники и прочие подобные бытовые приборы продаются повсеместно. Не применяйте эти способы на практике, приобретите кипятильник в магазине и пользуйтесь!

Элементарное знание школьного курса физики, а чаще — перенимание опыта «старших» поколений, позволяют вскипятить стакан воды за 1 минуту, буквально используя подручные материалы.

Как это работает

Между точками разных потенциалов протекает электрический ток. Разумеется, среда должна быть токопроводящей. Вода — это далеко не диэлектрик, сопротивление достаточно низкое (если конечно это не дистиллят). Если погрузить в стакан с водой два электрода с достаточной разницей потенциалов, сила тока получится очень высокой. Настолько, что температура нагрева заставит воду кипеть. Для сравнения — аналогичный ток протекает через спираль лампы накаливания. Металл раскаляется добела.

Почему не взрывается стакан с водой? Образующиеся пузырьки пара являются своеобразными диэлектриками, которые предохраняют систему от короткого замыкания. Не будем вдаваться в расчеты напряжения и силы тока, обратимся к практике.

Как сделать самодельное устройство для кипячения воды

Почему именно лезвия, а не скажем ложки, гвозди, и другие металлические предметы? Оптимальное соотношение потребительских характеристик.

  • Во-первых, этому способу не один десяток лет, а в «те времена» практически все мужское население брилось именно безопасным лезвием. Материал был всегда под рукой. Так что — традиции…
  • Во-вторых, площадь поверхности получаемых электродов чудесным образом подходила для баланса характеристик. Не слишком высокая нагрузка на электропроводку, в то же время вода закипала довольно быстро.
  • Наконец, материал. Лезвия изготавливаются из довольно качественной стали. Они долго служат, и практически не загрязняют воду.

На последнем пункте остановимся подробнее. Есть такое явление, как электролиз. Когда электрический ток возникает между электродами в жидкой среде, вместе с электронами перемещаются частицы материала. Значительная часть остается в воде, не доходя до противоположного электрода. Естественно, вода при этом не становится вкуснее, а в случае, если у вас самодельный кипятильник из гвоздей, она вообще не пригодна для питья. Так что лезвия (особенно высокого качества) — это идеальный донор для нагревателя.

Технология изготовления

Нам понадобятся следующие материалы:

  • Кабель питания с вилкой (желательно сечением не менее 0.75).
  • Два безопасных лезвия. Острота кромки не имеет значения, обычно использовались как раз тупые, использованные. Будет лучше, если оба электрода будут одинаковыми (для равномерного износа). В случае с лезвиями — одна фирма, желательно из одной упаковки.
  • Диэлектрик для установки между лезвиями. Обычно использовались спички. Просто опускать электроды в свободно подвешенном состоянии нельзя. Они могут соприкоснуться (двигаясь при кипении), и произойдет короткое замыкание.
  • Нитка для фиксации элементов конструкции. Как показала практика — это самый безопасный способ крепления. Клей использовать нельзя, остальной крепеж просто не подходит.

Собираем самодельный кипятильник из лезвий

Зачищенные провода крепим на оба лезвия. Использование припоя бессмысленно, поэтому выполняем прочную скрутку. Желательно, чтобы оголенная часть провода была как можно короче. Помним об электролизе.

Далее необходимо зафиксировать полотна на небольшом расстоянии друг от друга. От 2–3 мм до 1–2 см. От этого зависит скорость кипячения, и в качестве обратной зависимости — потребляемая мощность. Чем дальше лезвия друг от друга — тем экономичнее устройство. Соответственно, тем дольше кипятится вода.

Информация:

В данном случае экономичность — разговорное понятие. Для нагрева определенного объема воды до определенной температуры требуется одинаковое количество энергии, вне зависимости от расстояния между лезвиями.

Это значит, что маломощный кипятильник просто не даст большую нагрузку на сеть, но счетчик намотает одно и то же значение расхода электроэнергии.

Собрать кипятильник своими руками можно двумя способами. Установить спичечную диэлектрическую прокладку, и обвязать конструкцию нитками.

Это самая распространенная конструкция: кипятильник мощный, быстро нагревает воду. Для питания требуется хорошая розетка и надежная электропроводка. Такое соединение надежно, электроприбор рассчитан на многократное использование.

Второй вариант проще в сборке, и не требует ниток. Однако это скорее одноразовая схема — «крепление» ненадежное. Зато собрать такой кипятильник можно максимум за 5 минут.

Преимущества: нет риска короткого замыкания, ниже потребляемая мощность. При этом вода нагревается дольше.

Варианты с лезвиями иногда могут не подойти, поскольку сила тока и мощность будет слишком малой. Кипячения придется ожидать до часа.

Такие «нагревательные приборы» называются студенческими, или тюремными: по основным местам применения. Имея определенные навыки, с помощью такого кипятильника можно сварить пельмени (разумеется, в стеклянной банке, металлическая кастрюля устроит замыкание). А вскипятить воду для чая — вообще пара пустяков.

Альтернативные варианты

Еще один донор для контактов — набойки для армейских сапог и берцев.

Они собираются так же, как из лезвий: нитки, спички. Производительность и мощность аналогичная. Поскольку металл относительно качественный, кипяченую с их помощью воду можно пить.

В качестве «гаражной» альтернативы могут выступить крепежные элементы. Два болта вкручиваются в кусок пластика, вопрос соединения проводов решается надежно и элегантно: просто затягиваются гайки. «Электроды» располагаются на расстоянии 5 см.

Эффективность такой конструкции очень высокая: литровая банка кипятится меньше, чем за минуту.

Единственная проблема — гигиена. Найти болты из нержавейки довольно сложно, а оцинкованные модели быстро теряют покрытие, опять же по причине электролиза. Поэтому такой вариант подойдет скорее для технического нагрева воды, нежели в пищевых целях.

Использование «полуфабрикатов»

Если у вас есть ТЭН от электрочайника или бойлера, к нему достаточно прикрепить провода питания, и «фабричный кипятильник» готов. Но эта конструкция не относится к вопросу «как сделать кипятильник своими руками», поскольку главный элемент изготовлен промышленным способом. Тем не менее домашние мастера часто применяют запчасти от испорченных электроприборов.

Важно:

При сборке такого кипятильника нельзя применять пайку. Только клеммное соединение питающего провода.

Самодельный кипятильник на 12 вольт

Несмотря на то, что в продаже имеются различные варианты электрочайников и кипятильников для использования в автомобиле, изготовить кипятильник своими руками на 12 вольт не так просто. Самостоятельно создать ТЭН невозможно, разве что применить керамические резисторы ПЭВ.

Кроме того, при мощности кипятильника 300 Вт, потребуется сила тока 25 ампер. Многовато для аккумулятора. Тем не менее, сопротивление резистора для такого кипятильника можно вычислить по формуле:

где P — требуемая мощность в Ваттах, а R — сопротивление в Омах. Например, если требуется мощность 300 Вт, то необходим резистор на 0.5 Ом. Если такого найти не удастся, то пожно соединить два резистора по 1 Ом параллельно. Напомним, что при параллельном соединении сопротивление делится на количество, а при последовательном — умножается.

Основная проблема — качественную питьевую воду получить не удастся, так как вода будет контактировать с электротехническим изделием.

Видео по теме

Самое гениальное изобретение СССР-кипятильник из лезвий | Полезные Интересности

Простота конструкции, доступность материалов для изготовления и как ни странно, научная точность параметров сделали эти кипятильники очень популярными по всей территории СССР.

Все, что нужно для сборки кипятильника , у всех было под рукой: два лезвия (нержавейки), спичинки, нитки и кусок сетевого кабеля.

Теперь о научной стороне вопроса: кипятильник, сделанный из двух стандартных лезвий, расположенных на расстоянии толщины одной спичинки, потребляет мощность 1200 Вт., т.е. ровно столько, сколько потребляет промышленный кипятильник согласно ГОСТа. Случайное совпадение?

Причем мощность потребления меняется: при включении кипятильника мощность 900Вт, а в конце, во время бурного кипения возрастает до 1400 Вт (мол, хорош уже, выключай давай!)

Кстати: первым изготовителем конструкций такого принципа был англичанин Майкл Фарадей. В 1832 году он провел более 300 опытов, пропуская электричество через различные растворы. Открыл кучу законов электролиза, но вскипятить воду для чая не догадался (скорее всего просто не не смог)

Кипятильник на лезвиях самый пожаробезопасный среди собратьев-при выкипании воды он просто перестает работать.

Попытки изменить конструкцию приводили к снижению потребляемой мощности, но намного увеличивали время закипания. Всякие вариации с способом крепления лезвий только повышали риск случайного замыкания.

Если брали пластины большей площади или располагали их ближе- возрастала мощность и выбивала пробки (автоматы) в щитке.

Кипятильник предназначен только для кипячения воды, но мы, будучи студентами, умудрялись варить картошку и яйца. Ребята пробовали варить гречку и рассказывали, что зерна, попадая между лезвий тут же взрываются как поп-корн.

В начале 90х несколько фирм выпускали стаканчики -кипятильники работающие по этому принципу.

Главное правило готовки с кипятильником на лезвиях-воду солить нельзя! Резко падает сопротивление воды и происходит короткое замыкание. Впрочем не пытайтесь вскипятить и дождевую воду-там электропроводность мизерная и довести воду до кипячения невозможно.

У волшебного кипятильника так же есть недостатки (куда же без них): во время работы кипятильника вода находится под опасным напряжением-касаться категорически нельзя. В процессе кипячения происходит реакция электролиза и вкус воды меняется. Со временем на лезвиях образуется налет. Не спасет ни материал нержавеющий и даже тефлоновое покрытие

Судя по обсуждению в интернете, эти кипятильники популярны до сих пор, только их теперь делают из ложек-вилок-пинцетов закрепленных на скотч или прищепки… что уж тут сказать: мельчает конструкторская мысль

Особо порадовался находчивости сисадминов:

Рекордсменом по изготовлению этого типа кипятильника был фермер, которого поймали энергетики за воровство электроэнергии. У него в колодце висел лом, от которого провод тянулся на столб к фазовой линии. Кипятить у него вряд ли получалось, но согреть воду в колодце вполне реально. Свое воровство он аргументировал просто: «Почему мои коровы должны пить ледяную воду».

Обязательно загляните в оглавление моего канала-там еще много не менее интересных статей.

материалы для работы, пошаговая инструкция, правила использования устройства

В жизни бывают самые разные ситуации. Например, сломался электрочайник и отключили газ, а вам очень нужно вскипятить воду. Или вы находитесь в гараже, служебном общежитии, в армии. В таких случаях можно всего за 5 минут сделать кипятильник из лезвий.

Важно: Не стоит пытаться делать такое устройство людям, не обладающим элементарными навыками обращения с электричеством. Это может привести к поражению током, замыканию проводки и пожару.

Необходимые материалы

Для изготовления самоделки потребуется подготовить:

  • Два лезвия ― для работы можно использовать лезвия любой фирмы. Необязательно брать новые полотна, подойдут бывшие в употреблении, затупленные. Главное ― чтобы они были одинаковые, лучше взять их из одной упаковки.
  • 4 спички, пластиковые крышки или любые другие небольшие предметы, обладающие свойствами диэлектрика. Ими мы будем изолировать одно полотно от другого.
  • Небольшой кабель питания и вилка. Внутри шнура должны быть многожильные медные провода, с помощью которых можно без труда прикрутить его к лезвиям.

Как видно, для изготовления кипятильника своими руками можно использовать подручные материалы, поэтому самоделка обойдется абсолютно бесплатно.

Способ изготовления

Прежде всего необходимо позаботиться об изготовлении питающего проводника для кипятильника. Лучше всего его сделать из кабеля ПВС. К проводу подключается электрическая вилка ― ее нужно разобрать и ослабить контактные винтовые зажимы.

Клеммы вилки крепятся к предварительно зачищенному проводу. При использовании неразборной вилки ее провод также необходимо зачистить и прикрепить к проводу, аккуратно скрутив медные жилы. Теперь необходимо изолировать место соединения и приступить к изготовлению самого кипятильника.

Работа выполняется в следующем порядке:

  • Соедините вместе две спички и крепко обмотайте их нитью. То же самое проделайте с другой парой спичек. Они будут располагаться между металлическими полотнами и выполнять роль диэлектриков.
  • Подключите к первому лезвию один питающий провод, а ко второму ― другой (к 1 фаза, ко 2 ― ноль).
  • Разместите между двумя лезвиями диэлектрики и зафиксируйте конструкцию нитью. Проводники с разными полюсами не должны касаться их поверхностей.

Теперь можно проверить работоспособность самоделки, подав питание.

Чем меньше расстояние между металлическими пластинами, тем быстрее нагреется вода. Поэтому при желании можно использовать в качестве диэлектрика не 4 спички, а 2.

Скорость нагревания также зависит от мощности сети и объема нагреваемой жидкости. Вода в поллитровой банке будет закипать дольше, чем в чашке или стакане объемом 200-250 мл.

Почему рекомендуется использовать именно лезвия

Вместо лезвий можно использовать любые другие подручные средства, например, кусок стекла или болты. Преимущество лезвий заключается в том, что их изготавливают из высококачественной стали.

Принцип работы прибора следующий: электроны металла, выделяемые электродами, способствуют протеканию электрического тока в толще воды. Этот процесс называют электролизом. Большинство частиц переходит от одного электрода к другому, но некоторые из них образуют металлический осадок, который может придавать воде неприятного вкуса.

Благодаря высокому качеству металла, используемого для изготовления лезвий для бритья, в воду попадает минимальное количество металлического осадка, и ее вкус изменяется незначительно.

Еще одно немаловажное преимущество заключается в относительно высокой скорости нагрева воды. Самодельный кипятильник способен довести до кипения стакан жидкости почти за такое же время, как и обычный, купленный в магазине.

Именно поэтому для изготовления нагревателя в домашних условиях многие используют бритвенные лезвия. Их можно найти в каждом доме, при этом в случае отсутствия новых полотен подойдут и ненужные, старые. Даже если вы не найдете лезвия в домашнем хозяйстве, их можно без труда приобрести в любом магазине.

Правила использования

Прежде всего нужно знать, что металлическая посуда проводит ток, и погружение самодельного кипятильника в кружку из нержавейки или алюминия может привести к удару током.

Поэтому такой нагреватель можно использовать только в керамической, стеклянной или пластмассовой посуде.

Используя устройство из бритвенных лезвий, нужно придерживаться следующих правил:

  • Сначала устройство погружается в воду, и только потом его включают в розетку.
  • В процессе нагрева жидкости ни в коем случае нельзя прикасаться руками ни к устройству, ни к емкости, в которой оно находится.
  • Нагрев воды таким кипятильником возможет лишь при условии содержания в ее составе солей металлов, которые обладают токопроводящими свойствами. Так, полностью очищенная от всех примесей дистиллированная вода не сможет обеспечить кипятильнику токопроводящую среду, поэтому нагреваться она не будет.

После первого испытания самоделки попробуйте воду. Если электролитический способ кипячения негативно повлияет на ее вкусовые качества, то использовать такое устройство можно будет только с целью нагрева воды для технических нужд.

Делать такой кипятильник целесообразно лишь в тех случаях, когда невозможно нагреть воду другими способами. Такое устройство ненадежно, недолговечно и может быть опасно, поэтому, если есть такая возможность, лучше купить кипятильник в магазине. Стоит он недорого, но гораздо безопаснее самодельного.

Как сделать кипятильник из лезвий своими руками?

Подчас оказываешься в ситуации, когда есть электричество, мебель, но нет кухонной техники. Даже чаю не попьешь. Ярким примером является армейская среда со строго регламентированным распорядком, имуществом подразделения. Вот нельзя использовать электронагревательные приборы. И чай по уставу нельзя пить где попало, а можно только в столовой на завтраке, обеде, ужине. Но даже при таких условиях россияне способны придумать простейшие изделия для обеспечения хоть какого-то комфорта. А именно: получить кипяток с помощью электроразетки и подручных материалов. Как это сделать — расскажем в нашей статье.

Необходимые материалы и инструменты

«Секретная разработка» российских военных требует совсем немного материалов. Некоторые из них могут быть заменены аналогами с соответствующими свойствами. Это:

  1. Нержавеющие лезвия от безопасной бритвы.
  2. Пара спичек.
  3. Катушка с нитками.
  4. Провод с вилкой на конце.
  5. Нож или ножницы.

Вилка необходима сугубо для безопасности. Армейские специалисты обычно обходятся без нее. Название такого устройства — «бульбулятор». Получило название от вырывающихся крупных пузырей во время кипячения с характерным звуком бульканья.

Как сделать своими руками

Сборка своими руками совсем проста. Для начала распаковываем лезвия. Некоторые для безопасности их затупляют напильником. Однако это не обязательно. При сборке обращайте внимание на изоляцию проводов — их оголенный части не должны соприкасаться друг с другом.

  1. Каждое лезвие соединяем со своим проводом из однофазной сети 220 В. Оголенный конец проводника длиной 1—1,5 см закручиваем с торца лезвия. Концы провода не изолируем, а скручиваем до конца, чтобы не оставалось размахрившегося кончика. Иначе вместо кипятка получим короткое замыкание сети.
  2. От спички отламываем серную головку, как особо вредный для организма элемент. Оставшиеся части вставляем между лезвиями с противоположных концов. Толстый провод не стоит использовать, ведь расстояние между лезвиями буквально 2—3 мм. Между лезвиями должны уместиться 2 скрутки провода без соприкосновения.
  3. Теперь спички укрепляем нитками, заматывая сначала с правой, затем с левой стороны. Нить предпочтительно использовать хлопчатобумажную без синтетики.
  4. Для крепости прибора все это увязываем нитью по диагонали несколько раз.

Устройство под названием «бульбулятор» готово. Для испытания берем стакан или кружку из электронепроводимого материала: стекла, глины, керамики. Наливаем воды на 2/3 высоты. Наш «кипятильник» должен полностью скрываться под водой, но кружка не должна быть полной. Ибо вода при интенсивном кипении будет расплескиваться.

При включении вилки процесс разогрева виден сразу по большому количеству маленьких пузырьков. Пузыри постоянно увеличиваются в размерах. Слабо закрепленный стакан может от вибрации «поехать» по столу. Весь процесс кипячения занимает 30-40 секунд и заканчивается при вырывании больших пузырей с расплескиванием жидкости. При работе слышен характерный дребезжащий или гудящий звук.

После первого использования лезвие окисляется и темнеет. Эту воду лучше вылить и вскипятить заново.

Во время кипения свет слегка тухнет, так как идет значительная просадка напряжения, характерная «почти короткому замыканию». Это нормальная ситуация. Чай до конца кипения бросать нельзя, так как чаинки попадут между лезвиями, вызовут короткое замыкание. При кипячении обращайте внимание на полное покрытие лезвий водой.

При отсутствии лезвий в ход могут идти любые плоские железячки. А вместо пропитанных спичек лучше взять деревянные щепочки. Это простейший походный кипятильник при отсутствии чайника, кипятильника.

Изготовление кипятильника из бритвенных лезвий.

Самодельный кипятильник из двух бритвенных лезвий, двух спичек и куска провода был широко распространен в советской армии, исправительно-трудовых учреждениях. Конструкцию кипятильника из двух лезвий знал почти каждый, кто успел пожить в СССР.

 Конструкция кипятильника из бритвеннх лезвий очень проста. К концам двужильного провода привязывается по лезвию. Оба лезвия фиксируются спичками так чтобы они не касались друг друга. Такой кипятильник довольно быстро греет воду. Вскипятить стакан воды — проще простого, но пользоваться таким самодельным кипятильником стоит предельно осторожно. Вместо двух лезвий можно использовать одно, для этого его нужно разломить вдоль. Из половинок лезвия конструкция будет более хлипкая и еще более Опасная.

Внимание! Меры предосторожности:
— Ни в коем случае, Нельзя оставлять включенный кипятильник без надзора!
— Лезвия и оголенные части провода не изолированны поэтому при включенном кипятильнике есть вероятность, что вас может ударить током. Ни в коем случае Нельзя кипятить воду в металлических емкостях, касаться их или воды при включенном кипятильнике. Можно получить летальный удар током.
— Ни в коем случае нельзя кипятить соленую воду. При включении кипятильника в сеть моментально раздастся взрыв и большая часть воды выплеснется. А если посолить уже кипящую водичку то вас при этом обдаст кипятком.
— При работе кипятильника из лезвий в воду попадают различные металлы в больших количествах и качество такой воды весьма сомнительно.

Одним словом, кипятильником из лезвий лучше не пользоваться, а если пользоваться то на свой страх и риск, только в крайнем случае, если другого выхода просто нет. При этом соблюдайте максимальную осторожность. Ответственность за свою жизнь, чужие жизни и чужое имущество будете нести вы и ваш самопальный кипятильник из двух лезвий.

Внимание! Материал добавлен исключительно для ознакомления. Ни в коем случае не повторяйте это дома!

Может вас заинтересует это на сайте BARONUS.RU:

Как сделать кипятильник своими руками

Изготовление полезных в хозяйстве предметов, инструментов и электрических приборов своими руками не всегда связано с желанием сэкономить. Дух изобретательства живет практически в каждом, кто хотя бы раз держал в руках гаечный ключ или отвертку. Для тех, кто не в состоянии выбросить на помойку ни грамма медной проволоки и даже старое ненужное лезвие от бритвы, будет полезно узнать, как из таких подручных предметов можно изготовить работоспособный кипятильник.

Кипятильник своими руками может быть изготовлен различными способами, но не все варианты самостоятельной сборки данного прибора позволяют пользоваться им долгое время. В статье описаны основные, проверенные временем варианты самостоятельного изготовления кипятильника.

Блок: 1/7 | Кол-во символов: 730
Источник: https://TechnoSova.ru/dlja-kuhni/kipjatilnik-chajnik-termopot/kipjatilnik-svoimi-rukami/

Кипятильник из лезвий для бритвы

Этот вариант уже стал классикой для людей, живших  в период отечественного дефицита. За долгие годы появилась масса вариаций таких нагревательных приборов и приличный опыт в их реализации, поэтому рассмотрим такую модель более детально. Лезвия являются не единственным вариантом для электродов кипятильника, но их применяют наиболее часто и это обуславливается несколькими немаловажными причинами:

  • Высокое качество стали – при электролизе, в толще воды протекает электрический ток, формируемый электронами металла, выделяемым из электродов. Из-за сопротивления жидкости далеко не все частицы переходят от одного электрода к другому, а выпадают в осадок в виде металла, значительно изменяя вкус воды. Бритвенные лезвия изготавливаются довольно качественно, поэтому процент осадка от такого кипятильника будет минимальным.
  • Оптимальное соотношение геометрических и физических параметров – несмотря на то, что лезвия никто не изобретал в качестве электрода под кипятильник, они обеспечивают относительно высокую скорость нагрева жидкости.
  • Массовое распространение – можно встретить практически в каждом доме, гараже или мастерской, из-за чего постоянно находятся под рукой.

Материалы для кипятильника из лезвий

Перед изготовлением вам необходимо обзавестись такими элементами:

  • Сами лезвия – для качественной работы кипятильника не имеет значения фирма и состояния режущих поверхностей, можно брать даже затупленные полотна. Важно чтобы они были одинаковой конструкции, лучше, если вы возьмете их из одной упаковки.
  • Диэлектрик для изоляции одного лезвия в кипятильнике от другого – можно применить любые, имеющиеся у вас предметы (пластиковые крышки, пробки). Если ничего не приходит на ум, лучше всего для изоляции нагревательных элементов друг от друга использовать обычные спички.
  • Материал для фиксации электродов в кипятильнике – чаще всего используются нитки. Однозначно не стоит скреплять клеем, и уж тем более, не стоит прибегать к проволоке и другим металлическим изделиям – они сразу закоротят лезвия.
  • Шнур питания с вилкой – подойдет любой вариант с многожильными медными проводами, которые удобно будет прикручивать вокруг лезвия.

Это минимальный набор, при желании вы можете усложнить конструкцию, используя крокодилы для подключения проводов к лезвиям или установив пластиковый брусок в качестве основы.

Порядок изготовления

Чтобы получить кипятильник из лезвий желательно иметь под рукой такие инструменты: пассатижи, нож или бокорезы, изоленту. Процесс изготовления заключается в следующем:

  • зачистите провода на питающем шнуре с электрической вилкой, вам понадобиться около 2 – 3см оголенной жилы; Рис. 1. Зачистите провода
  • прикрутите каждый из концов провода к лезвию, заметьте, не пытайтесь их паять – это бесполезно, вам нужно плотно прикрутить провод, если не получается вручную, возьмите пассатижи; Рис. 2: Прикрутите провода к лезвию
  • зафиксируйте лезвия на расстоянии друг от друга при помощи диэлектрика, в данном случае используются спички; Рис. 3: положите спички между лезвиями
  • обмотайте полученный кипятильник нитками, чтобы он не распался в процессе эксплуатации, если он держится и так, можете обойтись и без ниток. Рис. 4: скрепите лезвия ниткой

Самодельный водонагреватель готов, следует отметить, что расстояние между лезвиями определяет и параметр потребляемой из сети мощности, и скорость нагрева. Поэтому наиболее быстрый нагрев вы получите при расстоянии в 2 -3мм (на толщину спички),  при расстоянии в 2 – 3 см время нагрева пропорционально увеличится.

Рис. 5: перпендикулярное размещение лезвий на спичках

Но количество электроэнергии, расходуемое для закипания воды, допустим, в пол-литровой банке, будет одинаковым для обоих случаев.

Не забывайте, что все самодельные кипятильники, пропускающие электрический ток через нагреваемую жидкость, нельзя погружать в металлические емкости, они будут находиться под потенциалом и могут ударить током. Подойдет только посуда из диэлектрического материала – стекло, полимер и прочие.

Рис. 6: кипятильник из лезвий в действии

Блок: 2/7 | Кол-во символов: 4030
Источник: https://www.asutpp.ru/kipyatilnik-svoimi-rukami.html

Как сделать кипятильник своими руками — лучшие из проверенных способов

Наиболее часто в кустарных условиях кипятильники изготавливают из:

  • Бритвенного лезвия. Лезвия Спутник.
  • Гвоздей.
  • ТЭНа для чайника.

ТЭН от старого чайника

ТЭН от старого чайника

Также можно изготовить в домашних условиях работоспособные приспособления для нагрева воды из нихромовой проволоки, которая устанавливается на керамический изолятор.

Основная задача, которая должна быть выполнена при самостоятельном конструировании нагревательных элементов — это минимизация возможности короткого замыкания и поражения электрическим током. При использовании низковольтных самодельных изделий электрического удара практически не стоит опасаться, но устройства, работающие от сети 220 В, могут стать причиной несчастных случаев и пожара.

Блок: 2/7 | Кол-во символов: 791
Источник: https://TechnoSova.ru/dlja-kuhni/kipjatilnik-chajnik-termopot/kipjatilnik-svoimi-rukami/

Как сделать самодельное устройство для кипячения воды

Почему именно лезвия, а не скажем ложки, гвозди, и другие металлические предметы? Оптимальное соотношение потребительских характеристик.

  • Во-первых, этому способу не один десяток лет, а в «те времена» практически все мужское население брилось именно безопасным лезвием. Материал был всегда под рукой. Так что — традиции…
  • Во-вторых, площадь поверхности получаемых электродов чудесным образом подходила для баланса характеристик. Не слишком высокая нагрузка на электропроводку, в то же время вода закипала довольно быстро.
  • Наконец, материал. Лезвия изготавливаются из довольно качественной стали. Они долго служат, и практически не загрязняют воду.

На последнем пункте остановимся подробнее. Есть такое явление, как электролиз. Когда электрический ток возникает между электродами в жидкой среде, вместе с электронами перемещаются частицы материала. Значительная часть остается в воде, не доходя до противоположного электрода. Естественно, вода при этом не становится вкуснее, а в случае, если у вас самодельный кипятильник из гвоздей, она вообще не пригодна для питья. Так что лезвия (особенно высокого качества) — это идеальный донор для нагревателя.

Блок: 3/9 | Кол-во символов: 1204
Источник: https://ProFazu.ru/bytovaya-tehnika/samodelki/kipyatilnik-svoimi-rukami.html

Кипятильник из лезвий

Изготовить кипятильник из бритвенных лезвий совсем нетрудно. Для выполнения работы необходимо приготовить следующие составляющие:

  • 2 лезвия типа «Спутник».
  • 2 спички.
  • Двужильный провод с вилкой.
  • Нитки.

Схема электрического кипятильника из лезвий

Процесс сборки самодельного кипятильника выглядит следующим образом:

  • К каждому лезвию привязывают медную жилу электрического провода.
  • Между лезвиями укладываются 2 спички, которые будут служить распорками для предохранения от короткого замыкания.
  • Лезвия нитками приматываются к спичкам таким образом, чтобы исключить свободное перемещение металлических деталей.

Самодельное водогрейной устройство в сборе

Самодельный кипятильник из лезвий полностью готов к применению!

Испытание самодельного устройства

Теперь осталось только подобрать резервуар, в котором можно будет закипятись воду. Емкость, которая будет использоваться с кипятильником такой конструкции, не должна быть изготовлена из токопроводящего материала. Также следует проявлять предельную осторожность во время включения и отключения устройства. Перед тем как включить самодельный электрический прибор в сеть 220 В, необходимо вначале опустить устройство в воду. Во время нагрева воды категорически запрещается касаться электрического устройства или емкости с водой.

Кроме необходимых мер безопасности необходимо также помнить о том, что нагрев воды таким образом возможен только при наличии в ней токопроводящих солей металлов. Дистиллированная вода кипятильником из лезвий не будет нагреваться, по причине отсутствия токопроводящей среды между двумя металлическими плоскостями.

Кроме этого, применение электролитического способа нагрева воды негативно отражается на ее вкусовых качествах, поэтому данный вариант нагрева наиболее подходит для технических жидкостей.

Блок: 3/7 | Кол-во символов: 1778
Источник: https://TechnoSova.ru/dlja-kuhni/kipjatilnik-chajnik-termopot/kipjatilnik-svoimi-rukami/

Кипятильник из ТЭНа

Сделать кипятильник в домашних условиях из ТЭНа не сложнее, чем при использовании бритвенных лезвий. Такой вариант самодельного устройства при правильном изготовлении является более безопасным в эксплуатации.

ТЭН не сложно «добыть» из старого чайника, неисправность которого не связана с нагревательным элементом.

Кроме наличия работоспособного ТЭНа, потребуется также приготовить двужильный провод с вилкой, который также может быть позаимствован у неисправного чайника. Также для крепления проводов к ТЭНу рекомендуется приобрести клеммные колодки, применение которых значительно упростит и ускорит процесс самостоятельного изготовления устройства. В этом случае процесс сборки осуществляется в такой последовательности:

  • Концы провода зачищаются от изоляции с помощью ножа или специального устройства.
  • Провода заводятся в клеммы и затем фиксируются на выводах ТЭНа встроенными винтами.
  • С помощью мультиметра проверяется сопротивление нагревательного элемента, а также возможная утечка на корпус изделия.

Водогрейное устройство из ТЭНа от чайника

При удачной диагностике самодельное устройство может успешно конкурировать с заводскими изделиями, а качество соединения основного провода с ТЭНом даже может быть выполнено лучше, чем у магазинных бытовых приборов. Отсутствие паянных соединений позволит прослужить данному приспособлению значительно дольше, но если нет в наличии клеммников, то вышеописанный вариант изготовления кипятильника может быть изготовлен припаиванием проводов к контактам нагревательного элемента.

Данный вариант самодельного кипятильника может использоваться без каких-либо ограничений. Качество кипяченой воды, приготовленной таким образом, позволяет заваривать чай, кофе или любые другие напитки без потери вкусовых качеств.

Блок: 4/7 | Кол-во символов: 1763
Источник: https://TechnoSova.ru/dlja-kuhni/kipjatilnik-chajnik-termopot/kipjatilnik-svoimi-rukami/

Технология изготовления

Нам понадобятся следующие материалы:

  • Кабель питания с вилкой (желательно сечением не менее 0.75).
  • Два безопасных лезвия. Острота кромки не имеет значения, обычно использовались как раз тупые, использованные. Будет лучше, если оба электрода будут одинаковыми (для равномерного износа). В случае с лезвиями — одна фирма, желательно из одной упаковки.
  • Диэлектрик для установки между лезвиями. Обычно использовались спички. Просто опускать электроды в свободно подвешенном состоянии нельзя. Они могут соприкоснуться (двигаясь при кипении), и произойдет короткое замыкание.
  • Нитка для фиксации элементов конструкции. Как показала практика — это самый безопасный способ крепления. Клей использовать нельзя, остальной крепеж просто не подходит.

Блок: 4/9 | Кол-во символов: 761
Источник: https://ProFazu.ru/bytovaya-tehnika/samodelki/kipyatilnik-svoimi-rukami.html

Из гвоздей

Электрический прибор из гвоздей является вариацией кипятильника из лезвий, но с более «цивилизованным» исполнением. Для изготовления данного водогрейного приспособления необходимо приготовить:

  • 6 гвоздей 80 мм.
  • Двужильный медный провод с вилкой.
  • Электродрель и сверло 3 мм.
  • Отрезок деревянной доски 100х100 мм, толщиной не менее 25 мм.

Гвозди для самодельного водогрейного устройства

Процесс изготовления кипятильника из гвоздей осуществляется в такой последовательности:

  • Посередине деревянной пластины делается 6 отверстий диаметром 3 мм с расстоянием между ними 3-5 мм.
  • В каждое отверстие в деревянной пластине устанавливается стальной гвоздь.
  • Из кабеля с вилкой каждый контакт подключается к 3 гвоздям.
  • Деревянная пластина устанавливается над емкостью и включается в сеть 220 вольт.

При осуществлении данных действий необходимо строго следить, чтобы провода как можно плотнее прижимались к металлической поверхности гвоздей. Для осуществления надежного контакта проводов с электродами рекомендуется в каждое отверстие завести 1/3 медных жил провода, до установки гвоздей в деревянную пластину. Если все действия были сделаны правильно, то при проверке сопротивления между контактами штепсельной вилки мультиметр должен показывать нулевое значение.

Использовать данное приспособление для нагрева воды следует в такой последовательности:

  1. В неметаллическую кружку налить воды, которая не должна быть дистиллированной.
  2. Установить на кружку деревянную пластину электродами вниз.
  3. Включить приспособление в сеть 220 В.
  4. После закипания жидкости самодельный кипятильник следует отключить от электричества.

Как и в случае с использованием изделия из бритвенных лезвий, качество накипяченной жидкости оставляет желать лучшего, поэтому данный способ приготовления кипятка также лучше использовать для технических нужд.

Блок: 5/7 | Кол-во символов: 1801
Источник: https://TechnoSova.ru/dlja-kuhni/kipjatilnik-chajnik-termopot/kipjatilnik-svoimi-rukami/

Из ложек

Для такого кипятильника вам понадобятся две металлические ложки, двух или трехжильный кабель, штепсельная вилка, стеклянная банка и две прищепки. Процесс изготовления кипятильника состоит из таких этапов:

Кипятильник готов – достаточно налить в банку воды и включить вилку в розетку. Заметьте, что перемещать банку с включенным устройством небезопасно, поэтому предварительно отключайте кипятильник от сети.

Рис. 14: готовый кипятильник из ложек

Блок: 5/7 | Кол-во символов: 454
Источник: https://www.asutpp.ru/kipyatilnik-svoimi-rukami.html

Собираем самодельный кипятильник из лезвий

Зачищенные провода крепим на оба лезвия. Использование припоя бессмысленно, поэтому выполняем прочную скрутку. Желательно, чтобы оголенная часть провода была как можно короче. Помним об электролизе.

Далее необходимо зафиксировать полотна на небольшом расстоянии друг от друга. От 2–3 мм до 1–2 см. От этого зависит скорость кипячения, и в качестве обратной зависимости — потребляемая мощность. Чем дальше лезвия друг от друга — тем экономичнее устройство. Соответственно, тем дольше кипятится вода.

Информация:

В данном случае экономичность — разговорное понятие. Для нагрева определенного объема воды до определенной температуры требуется одинаковое количество энергии, вне зависимости от расстояния между лезвиями.

Это значит, что маломощный кипятильник просто не даст большую нагрузку на сеть, но счетчик намотает одно и то же значение расхода электроэнергии.

Собрать кипятильник своими руками можно двумя способами. Установить спичечную диэлектрическую прокладку, и обвязать конструкцию нитками.

Это самая распространенная конструкция: кипятильник мощный, быстро нагревает воду. Для питания требуется хорошая розетка и надежная электропроводка. Такое соединение надежно, электроприбор рассчитан на многократное использование.

Второй вариант проще в сборке, и не требует ниток. Однако это скорее одноразовая схема — «крепление» ненадежное. Зато собрать такой кипятильник можно максимум за 5 минут.

Преимущества: нет риска короткого замыкания, ниже потребляемая мощность. При этом вода нагревается дольше.

Варианты с лезвиями иногда могут не подойти, поскольку сила тока и мощность будет слишком малой. Кипячения придется ожидать до часа.

Такие «нагревательные приборы» называются студенческими, или тюремными: по основным местам применения. Имея определенные навыки, с помощью такого кипятильника можно сварить пельмени (разумеется, в стеклянной банке, металлическая кастрюля устроит замыкание). А вскипятить воду для чая — вообще пара пустяков.

Блок: 5/9 | Кол-во символов: 1996
Источник: https://ProFazu.ru/bytovaya-tehnika/samodelki/kipyatilnik-svoimi-rukami.html

Альтернативные варианты

Еще один донор для контактов — набойки для армейских сапог и берцев.

Они собираются так же, как из лезвий: нитки, спички. Производительность и мощность аналогичная. Поскольку металл относительно качественный, кипяченую с их помощью воду можно пить.

В качестве «гаражной» альтернативы могут выступить крепежные элементы. Два болта вкручиваются в кусок пластика, вопрос соединения проводов решается надежно и элегантно: просто затягиваются гайки. «Электроды» располагаются на расстоянии 5 см.

Эффективность такой конструкции очень высокая: литровая банка кипятится меньше, чем за минуту.

Единственная проблема — гигиена. Найти болты из нержавейки довольно сложно, а оцинкованные модели быстро теряют покрытие, опять же по причине электролиза. Поэтому такой вариант подойдет скорее для технического нагрева воды, нежели в пищевых целях.

Блок: 6/9 | Кол-во символов: 860
Источник: https://ProFazu.ru/bytovaya-tehnika/samodelki/kipyatilnik-svoimi-rukami.html

Самый мощный самодельный кипятильник

Нихромовая спираль

Для того чтобы закипятить большой объем воды, можно из подручных средств изготовить мощное портативное устройство. Для изготовления прибора понадобятся следующие детали:

  1. Нихромовая спираль с диаметром проволоки не менее 1 мм.
  2. Промышленный предохранитель серии ПН 2.
  3. Двужильный кабель из провода сечением не менее 4 мм2.
  4. Отвертка и саморезы по дереву 20 мм.
  5. Штепсельная вилка разборного типа.

Предохранитель ПН-2

Изготовление мощного устройства для нагрева воды осуществляется в такой последовательности.

  1. Предохранитель ПН-2 разбирается для извлечения керамического корпуса изделия.
  2. 8 саморезов, которые образовались во время разборки устройства, вкручиваются в отверстия в корпус керамического изолятора.
  3. К одному из 8 вкрученных саморезов цепляется конец нихромовой спирали.
  4. Затем внутри корпуса электрического изолятора спираль просовывается к противоположному торцу круглого изолятора и снова фиксируется вокруг шурупа.
  5. Спираль разворачивается в обратную сторону, но уже фиксируется к другому вкрученному в изолятор шурупу.
  6. Таким же образом производится соединение спирали и саморезов еще в 5 точках, после чего к первому саморезу и последнему присоединяются зачищенные медные провода и саморезы полностью вкручиваются в керамический изолятор. Учитывая значительную мощность такого самодельного кипятильника, сечение подключаемого медного провода должно быть не менее 4 мм2. На другой конец провода осуществляется монтаж штепсельной вилки.

Проверка мощного самодельного водонагревателя

Эксплуатация кипятильника может осуществляться только в подвешенном состоянии. Нагревательный элемент должен быть полностью опущен в воду и не должен касаться стенок и дна резервуара. При использовании самодельного мощного кипятильника категорически запрещается прикасаться к емкости и корпусу прибора во время нагрева воды.

Блок: 6/7 | Кол-во символов: 1852
Источник: https://TechnoSova.ru/dlja-kuhni/kipjatilnik-chajnik-termopot/kipjatilnik-svoimi-rukami/

Самодельный кипятильник на 12 вольт

Несмотря на то, что в продаже имеются различные варианты электрочайников и кипятильников для использования в автомобиле, изготовить кипятильник своими руками на 12 вольт не так просто. Самостоятельно создать ТЭН невозможно, разве что применить керамические резисторы ПЭВ.

Кроме того, при мощности кипятильника 300 Вт, потребуется сила тока 25 ампер. Многовато для аккумулятора. Тем не менее, сопротивление резистора для такого кипятильника можно вычислить по формуле:

где P — требуемая мощность в Ваттах, а R — сопротивление в Омах. Например, если требуется мощность 300 Вт, то необходим резистор на 0.5 Ом. Если такого найти не удастся, то пожно соединить два резистора по 1 Ом параллельно. Напомним, что при параллельном соединении сопротивление делится на количество, а при последовательном — умножается.

Основная проблема — качественную питьевую воду получить не удастся, так как вода будет контактировать с электротехническим изделием.

Блок: 8/9 | Кол-во символов: 979
Источник: https://ProFazu.ru/bytovaya-tehnika/samodelki/kipyatilnik-svoimi-rukami.html

Заключение

Кипятильник из подручных средств можно изготовить своими руками без финансовых затрат. Все без исключения самодельные изделия следует эксплуатировать таким образом, чтобы не происходило соприкосновение человеческого тела с нагреваемой жидкостью или с неизолированной частью токоведущих элементов. Запрещается оставлять кипятильник, сделанный своими руками, без присмотра, а также в местах, где к включенному устройству возможен доступ детей.

Блок: 7/7 | Кол-во символов: 451
Источник: https://TechnoSova.ru/dlja-kuhni/kipjatilnik-chajnik-termopot/kipjatilnik-svoimi-rukami/

Кол-во блоков: 17 | Общее кол-во символов: 20679
Количество использованных доноров: 3
Информация по каждому донору:

  1. https://www.asutpp.ru/kipyatilnik-svoimi-rukami.html: использовано 2 блоков из 7, кол-во символов 4484 (22%)
  2. https://TechnoSova.ru/dlja-kuhni/kipjatilnik-chajnik-termopot/kipjatilnik-svoimi-rukami/: использовано 7 блоков из 7, кол-во символов 9166 (44%)
  3. https://ProFazu.ru/bytovaya-tehnika/samodelki/kipyatilnik-svoimi-rukami.html: использовано 7 блоков из 9, кол-во символов 7029 (34%)

Типы котлов и их классификация

Котел — это закрытый напорный бак, в котором нагревается жидкость для использования на улице. Это тепло генерируется при сгорании топлива (твердого, жидкого, газообразного), ядерной энергии или электричества.

Котел высокого давления — это котел, производящий водяной пар под давлением выше 15 фунтов на кв. Дюйм.

Ниже указанного давления котел помещается в группу котлов низкого давления. Малогабаритные котлы высокого давления относятся к группе малогабаритных котлов.

Согласно разделу 1 Американского общества инженеров-механиков (ASME), котел малого давления называется котлом высокого давления, которое не превышает следующих ограничений:

Внутренняя толщина корпуса, общий объем без покрытия и изоляции 5 футов 3 и давление соответственно 16 дюймов, 5 футов 3 и 100 фунтов на кв. Дюйм.

Если котел превышает любой из вышеперечисленных ограничений, он называется энергетическим котлом. Регулировать сварку в таких маленьких котлах не так сложно, как в больших котлах.

Энергетический котел — это водяной или паровой котел, который работает при давлении выше 15 фунтов на кв. Дюйм, и его размеры превышают размеры небольшого котла. Это определение включает водогрейные котлы или водогрейные котлы, работающие при давлении выше 160 фунтов на квадратный дюйм и температуре 2500 ºF.

Водогрейный котел — это бойлер, в котором не образуется водяной пар, но его горячая вода циркулирует в контуре отопления и возвращается в бойлер. Давление воды в таких котлах на выходе не должно превышать 160 фунтов на квадратный дюйм, а его температура не должна превышать 2500 ºF.Такие котлы называются отопительными котлами низкого давления, которые изготавливаются по разделу 5 котлов правил ASME. Если давление или температура превышают этот диапазон, котел должен быть спроектирован как котел высокого давления в соответствии с правилами ASME.

Спа-бойлер потребления — это бойлер, который полностью заполнен водой и для наружного использования производит спа. (Spa больше не возвращается в котел) Его давление не превышает 160 фунтов на квадратный дюйм, а его температура не превышает 2500F.Эти типы котлов также входят в категорию котлов низкого давления и изготавливаются в соответствии с четвертым разделом (отопительные котлы) правил ASME. Если давление или температура превышает этот предел, эти котлы должны быть спроектированы в соответствии с котлами высокого давления.

В котлах-утилизаторах используются термические отходы, являющиеся побочным продуктом некоторых промышленных процессов, например горячие газы доменной печи или продукты сгорания газовой турбины, или побочные продукты промышленного процесса.Медленно тепловые отходы проходят через поверхности теплообменника и производят горячую воду или пар.

Для изготовления этого типа котла применяются те же правила ASME для пожарных котлов. Вспомогательные и предохранительные части, относящиеся к этим котлам, обычно соответствуют порядку запчастей других котлов.

Интегрированный котел — это котел, полностью изготовленный и смонтированный на заводе. Этот котел имеет множество водопроводных труб, дымовых или чугунных труб, а также имеет устройства сгорания, устройства управления и безопасности.Заводской котел дешевле аналогичного котла с такой же паропроизводительностью, который устанавливается и монтируется вне завода и на месте. Хотя котел, построенный и смонтированный на заводе, обычно не присутствует и не готов к поставке, он имеет меньшие сроки изготовления и поставки, чем котел, который построен и установлен на месте эксплуатации. Время его установки также относительно меньше. В целом можно сказать, что работа в мастерской обычно лучше, управляемее и стоит меньше.

Сверхкритический котел — это котел, который работает при давлении выше критического давления 3206,2 фунта на кв. Дюйм и температуре насыщения 705,40 ºF. Водяной пар и сама вода имеют критическое давление 3206,2 фунтов на квадратный дюйм. При таком давлении водяной пар имеет такой же удельный вес, что означает, что пар сжимается до уровня воды. Когда смесь нагревается выше температуры насыщения 705 40 ºF, образуется сверхгорячий сухой пар, который подходит для работы при высоких давлениях.Этот сухой пар особенно подходит для перемещения турбогенераторов.

Сверхкритические котлы делятся на два типа: полностью роторные и открытые. Оба типа работают в сверхкритическом диапазоне выше 3206,2 фунт / кв. Дюйм и 705,4 F. В этом диапазоне свойства жидкости и насыщенного пара одинаковы. В фазе жидкость-пар нет изменений, поэтому нет такой вещи, как водная поверхность, и нет необходимости в паровом барабане.

Котлы также можно сгруппировать по характеру используемых материалов.Общие группы включают стационарные котлы, переносные котлы, локомотивы (строительство таких котлов сегодня не является обычным явлением) и морские котлы, которые определяются следующим образом:

  • Стационарный котел — это котел, который стационарно устанавливается на земле.
  • Переносной котел — это котел, который устанавливается на грузовик, небольшой речной катер или любое транспортное средство.
  • Тепловозный котел — котел, предназначенный для буксировки транспортного средства на железнодорожный путь.
  • Котел — это котел, который обычно имеет небольшую высоту и предназначен для морских пассажирских и грузовых судов.Скорость испарения у этого типа котла высокая.

Тип котельной также можно сгруппировать в следующем порядке:

Чугунные котлы — это отопительные агрегаты низкого давления, компоненты давления которых выполнены литьем из чугуна, бронзы или латуни. Эти котлы в основном сгруппированы по способу установки литых камер. Эти камеры удерживаются вместе компрессионными пустышками, внешними гнездами и винтовыми пустышками. Три примера чугунных котлов:

1- Котлы с вертикальными лопастями, в которых лопасти расположены вертикально друг над другом и соединены друг с другом с помощью давления или винтовой соски

2- Котлы с горизонтальными лопастями, в которых лопасти расположены горизонтально рядом.В этой ситуации расположение лезвий относительно друг друга похоже на размещение ломтиков прямоугольного куба хлеба в ряд.

3- Малые чугунные котлы, изготовленные методом интегрированного литья. Эти котлы использовались в прошлом для подачи горячей воды.

Стальные котлы могут быть как высокого, так и низкого давления, и сегодня их обычно сваривают. Эти котлы делятся на следующие группы:

  1. Дымогенераторный котел, в котором продукты сгорания проходят по трубам, а вода окружает трубы.
  2. Водотрубный котел, в котором вода будет проходить через трубы и продукты сгорания вокруг них.

Дымотрубные котлы обычно имеют производительность 70 000 фунтов / час и давление до 300 фунтов на квадратный дюйм. В условиях, превышающих этот предел, используются водотрубные котлы. Дымотрубные котлы также известны как кожухотрубные котлы. Здесь вода и водяной пар задерживаются внутри оболочки.

Этот тип котла ограничивает количество тепла, которое котел может производить.Что касается давления больших корпусов, для этого потребуется большая толщина, и это делает их строительство дорогостоящим.

В этих котлах дымовые газы проходят внутри труб, а вода за трубами, которая превращается в пар за счет передачи тепла воды и покидает систему.

Диаметр труб составляет от 1,2 до 4 дюймов.

Эти котлы похожи на жаротрубные котлы с той разницей, что вода течет внутри труб, а горячие газы превращаются снаружи в пар за счет передачи тепла от воды к пару.

Диаметр водопроводных труб составляет от 5 до 6 дюймов. Когда количество производимого пара превышает 10 тонн / час. Этот тип котлов необходимо использовать при давлении пара выше 20 бар.

Циркуляционная система котла: помимо парогенератора

Основное назначение парогенерирующего котла — производить пар для выработки электроэнергии. Перегретый пар поступает от котла к турбине и вращает лопасти турбины, чтобы произвести электричество.То, как вода входит и выходит из бойлера, называется системой циркуляции пара и бойлера. Трубы и трубки, из которых состоят эти кровеносные системы, состоят из многих частей.

Для того, чтобы котел непрерывно производил пар, по его трубам должна циркулировать вода. В котлах используется тепловая циркуляция, при которой вода подвергается нагреву и начинает превращаться в пароводяную смесь. Поскольку комбинация воды и пара менее плотная, чем вода, сила тяжести заставит воду опускаться, а смесь пара и воды подниматься.

Все парогенераторные котлы имеют одинаковую систему, описанную ниже. В этой статье наш пример — излучающий пылевидный угольный котел.

Излучающий пылевидный угольный котел делится на три части:

  1. участок топки, где расположен источник тепла
  2. участок пароперегревателя, где производится перегретый пар
  3. конвекционный проход или зона рекуперации тепла, где расположен экономайзер.

В этих зонах смесь воды и пара циркулирует по всему котлу.На Рисунке 1 показана типичная циркуляционная система излучающего котла.

Система циркуляции воды / пара

Прежде чем вода попадет в парогенератор, ее необходимо обработать и очистить от минералов и щелочей (например, железа или кальция), которые могут забить трубы и помешать нормальной циркуляции. После обработки или очистки вода предварительно нагревается в баках подогревателя питательной воды. Затем подогретая вода поступает в котел через входной коллектор экономайзера. Система трубопроводов, по которой вода поступает во впускной коллектор экономайзера, называется системой трубопроводов питательной воды.(Примечание: температуры, показанные на Рисунке 1 для каждой системы, взяты из исторических данных и будут варьироваться в зависимости от конструкции и режима работы котла.)

Для лучистого котла температура нагревателя питательной воды на входе экономайзера составляет приблизительно 483ºF (для промышленного котла или котла с псевдоожиженным слоем температура будет примерно на 100ºF меньше). Вода циркулирует вверх по трубкам экономайзера к выходному коллектору экономайзера, где она достигает 576 ° F. Из выходного коллектора экономайзера вода / пар проходит через 8 дюймов.Соединительные патрубки экономайзера IPS с паровым барабаном.

Паровой барабан имеет диаметр 6,5 футов и собирает и распределяет воду / пар, непрерывно циркулируя в котле. Как только вода / пар попадает в барабан из выпускного коллектора экономайзера через соединительную трубу экономайзера, он направляется вниз по трубам, называемым сливными стаканами, под действием силы тяжести.

Нисходящие стаканы представляют собой трубы большого диаметра (25 дюймов IPS), по которым вода / пар поступает из парового барабана вниз к нижним водным коллекторам конвекционного канала и стенкам печи.

Подающие трубки (диаметром 5 дюймов) подают пар / воду из сливных стаканов в отдельные нижние коллекторы водяной стенки. Затем вода / пар поднимается по стеновым трубам (естественная тепловая циркуляция), пока не достигнет верхних коллекторов водяной стенки. Температура воды / пара к этому времени достигла 688ºF. Подъемные трубы, названные так в честь воды / пара, поднимающейся из верхних водяных коллекторов, возвращают воду / пар при 688ºF обратно в паровой барабан.

Циркуляционная система воды / пара заканчивается внутри парового барабана.Однако до того, как пар попадет в следующую систему кровообращения, остается еще один шаг. Смесь воды и пара, поступающая в барабан, все еще содержит влагу (воду) и поэтому должна поступать в зону разделения пара и воды в верхней половине парового барабана. Зона разделения пара и воды состоит из множества цилиндрических труб, называемых циклонными сепараторами. Циклонные сепараторы вращают смесь влажной воды и пара в циклонном режиме, отделяя воду от влажной смеси за счет центробежной силы. Влажная влага падает в нижнюю половину парового барабана, где она смешивается с водой / паром, выходящим из выпускного коллектора экономайзера, попадает в сливные стаканы и снова начинает циркуляционный процесс.

Циркуляционная система перегретого пара начинается с уже сухого пара при температуре 688ºF. Сухой пар поднимается из парового барабана из циклонных сепараторов через соединительный трубопровод для выпуска пара в верхней части парового барабана. Соединительный трубопровод выхода пара подводит сухой пар в систему циркуляции перегретого пара котла.

Циркуляционная система перегретого пара

В системе циркуляции перегретого пара сухой пар из котла перегревается и направляется в электрогенератор или турбину.Трубы, объединенные в секции с несколькими петлями, подвешены внутри котла, где горячие дымовые газы из топки проходят вокруг этих рядов труб. Количество рядов трубок пароперегревателя зависит от размера котла и требований к температуре пара на выходе.

Циркуляционная система перегретого пара начинается с сухого пара 688 ° F, поступающего из парового барабана через соединительный трубопровод для выхода пара во входной коллектор первичного пароперегревателя. Пар циркулирует через впускные и выпускные блоки первичного пароперегревателя, циркулируя вверх и вниз, пока не достигнет выходного коллектора первичного пароперегревателя.Температура пара достигла 811ºF. По соединительной трубе пар передается во входной коллектор вторичного пароперегревателя. Между первичным выпускным коллектором и вторичным впускным коллектором расположены регуляторы разбрызгивания воды. Attemperators — это коллекторы с датчиками, которые могут отслеживать и регулировать температуру пара, выходящего из выпускного коллектора первичного пароперегревателя. Они названы так потому, что распыляют воду или влажный пар как средство контроля температуры.

Пар с температурой 811ºF циркулирует через секции трубы вторичного пароперегревателя, поднимаясь и опускаясь, пока не достигнет выходного коллектора вторичного пароперегревателя.Температура сухого перегретого пара теперь составляет 1 005 ° F.

Ряды труб первичной и вторичной секций пароперегревателя находятся над трубами свода печи. Трубы водяной стенки, расположенные непосредственно под пучками труб, иногда называют трубами пола пароперегревателя. На Рисунке 1 обратите внимание, что секция труб первичного и вторичного пароперегревателя размещается в середине блока, непосредственно между конвекционным проходом (областью рекуперации тепла) и областью топки котла.Также обратите внимание, что секции трубы вторичного пароперегревателя находятся перед секциями трубы первичного пароперегревателя, улавливая больше максимального количества тепла печи.

Сопутствующие трубопроводы

Для всех открытых трубопроводов снаружи котла требуется изоляция и отделочный материал (например, алюминиевая оболочка). Понимание исходной температуры трубопроводной системы, требующей изоляции, имеет первостепенное значение. Температура дренажных линий от входа экономайзера отличается от температуры дренажных линий нижних коллекторов водяной стенки.Трубопровод нагнетателя сажи может исходить либо от первичного выпускного коллектора, либо от вторичного выпускного коллектора.

Толщина изоляции должна зависеть от того, откуда идет трубопровод. Существует много индивидуально изолированных трубопроводов разных размеров. См. Типичный отвод трубопроводов излучающего котла на Рисунке 2, на котором показано более 3500 линейных футов индивидуально изолированного трубопровода и более 2800 квадратных футов покрытия из минеральной ваты для труб, которые могут быть объединены в жгуты.

Заключение

Понимание системы циркуляции воды и пара в котле — первый шаг в правильной конструкции котла.Основная функция котла — производить пар для выработки электроэнергии. Только зная системы циркуляции котла, их температуру и функцию котла, проектировщики и установщики смогут должным образом изолировать системы трубопроводов и максимально повысить энергоэффективность. Чем лучше мы понимаем систему циркуляции пара в котле, тем лучше и экономичнее будут системы изоляции.

Список литературы

Информация, содержащаяся в этой статье, была получена в основном из открытых источников, без прямого участия каких-либо производителей котлов.

Combustion Fossil Power, Combustion Engineering, Inc.,
, 4-е издание (1991).

Steam, его создание и использование, компания Babcock & Wilcox,
40-е издание (1992).

Рисунок 1

Типовая циркуляционная система излучающего котла

Рисунок 2

Типовой отвод трубопроводов излучающего котла

Рисунок 3

Электрогенератор

Рисунок 4

Нагрев и перекачка питательной воды

Лопатки паровой турбины

— обзор

1 ВВЕДЕНИЕ

Лопатки паровой турбины последней ступени подвергаются локально пластическому и глобально упругому полю напряжений вблизи мест расположения концентраторов напряжений в хвостовике лопатки.В этих регионах жизнь контролирует местное напряжение. Стержень лопасти с наименьшим полем деформации лучше всего обеспечивает максимально возможную усталостную долговечность. Обычная процедура проектирования должна зависеть от результатов испытаний, и в качестве окончательного проекта используется лучшее из возможных результатов серии экспериментов. В настоящее время общая тенденция заключается в использовании методов моделирования и оптимизации с использованием подходов DOE и Metamodel.

Оптимизация восходит к периоду научной революции, когда Исаак Ньютон открыл вариационное исчисление, см. Рао [1].С тех пор оптимизация продвинулась вперед; см. Рао [2]; однако до недавнего времени его промышленные применения были ограничены из-за нехватки вычислительной мощности. Новаторскую работу в области современной структурной топологии можно проследить еще в 1981 году, когда Ченг и Ольхофф, см. Keng-Tuno [3], представили концепцию микроструктуры для оптимизации конструкции при изучении конструкции оптимальной толщины твердой эластичной пластины для минимальной податливости. Континуальный подход к оптимизации структурной топологии был впервые предложен Бендсо и Кикучи [4].Оптимизация структур на основе конечных элементов признана полезной методологией для достижения важных улучшений в конструкции продукта и широко используется в аэрокосмической промышленности.

До разработки коммерческого кода обычная оптимизация конструкций была достигнута путем определения плотности энергии деформации и определения областей материала, где можно удалить или усилить компонент [5]. Это утомительный и трудоемкий процесс, требующий квалифицированных инженеров.

Bendsøe et al [6] разработали альтернативу использованию плотности энергии деформации в качестве меры, SIMP (твердый изотропный материал с пенализацией), который также называют методом плотности. В этом методе предполагается, что жесткость материала линейно зависит от плотности. Плотность материала каждого элемента напрямую используется в качестве проектной переменной и нормализуется, чтобы иметь значение от 0 до 1, представляющее состояние пустоты и твердости, соответственно. Топологию структуры можно изменить, удалив эти области с низкой плотностью, поэтому этот метод стал известен как метод топологии.

Классическая настройка оптимизации топологии включает в себя цель минимизировать соблюдение объемной доли как ограничения. Податливость — это энергия деформации конструкции, которую можно рассматривать как обратную меру жесткости конструкции. Ограничение объемной доли определяет, какая часть объема должна быть удалена. Оставшийся материал перераспределяется в пределах проектного пространства, чтобы получить оптимальный путь нагрузки.

В более ранней практике специализированные коды разрабатывались для решения конкретной задачи оптимизации.Например, Бхат, Рао и Санкар [7] использовали метод технико-экономического обоснования для достижения оптимальных подшипников скольжения для минимальной реакции на дисбаланс. Хотя в последние годы многие коммерческие коды имеют встроенные модули оптимизации, некоторые из них предназначены для оптимизации топологии, например, OptiStruct [8] для выполнения структурной оптимизации, ограниченной линейными задачами. HyperStudy [9] — это многоцелевой инструмент DOE / Optimization / Stochastic, который может выполнять широкий спектр оптимизаций в задачах CFD, теплопередачи, структур или мультифизических задач с использованием доступных платформ коммерческого кода.Благодаря дополнительным достижениям в методах морфинга сеток, см. [10], теперь стало несколько проще решать сложные промышленные задачи большого размера.

Используя преимущества этих разработок, здесь описан эффективный метод оптимизации формы хвостовиков лопастей, позволяющий свести к минимуму уровни пиковых напряжений и деформаций в пластической области ограничивающих корпусов лопаток. Рассмотрена лопатка ступени НД с изогнутой корневой частью входа, работающая при 8500 об / мин. Базовая модель сначала анализируется для определения местоположения пикового напряжения и соответствующей пластической деформации с помощью упругопластического анализа.

Используя базовую модель конечных элементов, две формы генерируются путем морфинга (путем изменения местоположений точек сетки и сохранения в виде векторов возмущений) в пределах доступного пространства проектирования и без повторного зацепления. Затем каждая форма определяется как переменная формы путем присвоения ей нижней и верхней границ. Чтобы найти оптимальную форму корня, сначала проводятся три различных исследования DOE, а именно: Latin Hypercube, Hammersley и Box-Behnken. В первых двух случаях прогоны матрицы DOE были 12 и 13 в случае Бокса-Бенкена.Отмечен пробег с наименьшей нагрузкой. Поверхность отклика с двумя переменными формы была сделана. Три аппроксимации, а именно регрессия наименьших квадратов, метод подвижных наименьших квадратов и гиперкригинг, используются для нахождения оптимума на поверхности отклика, и результаты с этими приближениями для выполненных ранее прогонов DOE повторяются, чтобы понять ошибку в предсказанных результатах. Установлено, что гиперкригинг обеспечивает минимальную ошибку. Трехмерные поверхности отклика для напряжения как функции двух переменных формы с помощью трех методов аппроксимации были созданы, чтобы дать лучшую визуальную картину напряжения при изменении форм.Затем было проведено исследование оптимизации по всем трем аппроксимационным моделям.

Сравниваются результаты, полученные для всех трех исследований DOE с тремя разными метамоделями. При сравнении трех методов DOE модель Бокса-Бенкена имеет наименьшее значение стресса реакции. Сравнивая методы DOE с аппроксимационными моделями, комбинация Бокса-Бенкена с гиперкригингом имеет наименьший% ошибки, а поверхности отклика 3D гладкие. Сравнение модели приближения и модели оптимизации Гиперкригинг лучше, чем регрессия наименьших квадратов (LSR) и метод скользящего наименьшего квадрата (MLSM).Было обнаружено, что комбинация Бокса-Бенкена и Гиперкригинга дает лучший результат. Штамм улучшился почти на 26,74%, что окажет значительное влияние на жизнь.

Узнайте, как пар из котла используется для производства турбинной энергии

В первой статье этой серии о том, как котлы используются для выработки электроэнергии, мы рассмотрели их систему сгорания и то, как они извлекают накопленную энергию из источника топлива. В этой статье мы более подробно рассмотрим их основную функцию: превращение воды в пар.Именно термодинамическая энергия, присутствующая в этом паре, в конечном итоге используется для питания турбин, вырабатывающих энергию.

Что такое паровые турбины?

Паровые турбины — это крупногабаритные механические устройства, которые предназначены для преобразования тепловой энергии пара в кинетическую энергию, которую затем можно использовать для выполнения механической работы. Механическая работа сосредоточена на вращающемся выходном валу, и это вращательное движение затем, в свою очередь, используется для вращения электрического генератора. Хотя есть и другие способы создания электричества, это, безусловно, самый распространенный метод.По оценкам, около 90% электроэнергии в Соединенных Штатах вырабатывается с помощью паровых турбин. Между тем паровые турбины производят около 80% электроэнергии во всем мире.

Термодинамика паровых турбин

Паровые турбины работают по принципу термодинамики. Перегретый или сухой насыщенный пар поступает в турбину после того, как был нагрет котлом при высокой температуре и давлении. Затем он проходит через сопло на турбине и на выходе из сопла направляется с высокой скоростью к лопаткам турбины, тем самым поворачивая их.

Паровые турбины и генераторы

Для выработки электроэнергии паровая турбина будет присоединена к электрогенератору. Генератор должен вращаться с постоянной синхронной скоростью, которая меняется в зависимости от частоты электрической станции. Наиболее распространенные скорости — 3000 об / мин для систем с частотой 50 Гц и 3600 об / мин для систем с частотой 60 Гц.

Краткая история паровых турбин

Современная паровая турбина была изобретена сэром Чарльзом Парсонсом в 1884 году и произвела всего 7 паров.5 кВт электроэнергии на первой итерации. Несмотря на скромное начало, это изобретение вскоре произвело революцию в мире, открыв рентабельный и доступный способ производства электроэнергии. Помимо влияния на мощность, паровая турбина произвела революцию в морском транспорте. Частично эффективность паровой турбины объяснялась тем, что ее можно было легко увеличить в размерах и производительности. За время жизни Парсонса созданная им паровая турбина была уже увеличена примерно в 10 000 раз и могла вырабатывать до 50 000 кВт мощности.

Типы паровых турбин

Паровые турбины используются для различных целей. Помимо выработки электроэнергии, паровые турбины также используются для обработки пара на нефтеперерабатывающих заводах, заводах и других промышленных предприятиях, а также на паровых судах и локомотивах. Из-за большого разнообразия применений паровые турбины различаются и могут быть разделены на несколько категорий. Вот некоторые из наиболее распространенных способов:

Лопасти и ступени — Турбины состоят из лопаток и сопел, и лопасти часто расположены так, чтобы проходить через серию ступеней.Эта серия стадий называется компаундированием и помогает повысить эффективность паровой турбины, особенно на более низких скоростях. Если турбина состоит из неподвижных сопел, чередующихся с лопатками, она называется импульсной турбиной. Если турбина состоит из движущихся сопел, чередующихся с неподвижными соплами, то она называется реакционной турбиной.

Турбина с компаундом под давлением — В турбине с компаундом под давлением неподвижные сопла, за которыми следует ряд движущихся сопел, разделяют падение давления на входе пара и образовавшийся выхлоп на несколько небольших капель.Этот тип турбины также известен как турбина Рато, так как Рато был изобретателем.

Турбина с компаундом давления и скорости — В турбине с компаундом скорости и давления имеется несколько импульсных ступеней с комбинированной скоростью, которые состоят из неподвижных сопел, за которыми следуют движущиеся лопасти, чередующиеся с неподвижными лопатками. Такое расположение разделяет падение скорости на более мелкие капли. Этап с усиленной скоростью часто называют колесом Кертиса в честь его изобретателя.

Условия подачи и отвода пара — Турбины, классифицированные по условиям подачи и отвода пара, включают конденсацию, неконденсат, повторный нагрев, отбор и индукцию.

Конденсаторные турбины — Конденсационные турбины чаще всего используются в электрических установках. Их отработанный пар находится в частично конденсированном состоянии на выходе из котла.

Турбины без конденсации — Турбины без конденсации обычно используются в системах с технологическим паром. Их выходное давление регулируется клапаном в соответствии с потребностями конкретного парового процесса. Этот тип турбины можно найти на целлюлозно-бумажных заводах, установках централизованного теплоснабжения, опреснительных установках и нефтеперерабатывающих заводах.

Турбины повторного нагрева — Турбины повторного нагрева также часто встречаются на электростанциях. В турбинах повторного нагрева используется поток пара, который выходит из турбины и входит в котел, где может быть добавлен дополнительный перегрев.

Отборные турбины — Отборные турбины имеют пар, выпускаемый на различных стадиях из турбины для использования в промышленных процессах или для отправки обратно в подогреватель питательной воды котла для повышения общей эффективности системы.

Индукционные турбины — Индукционные турбины добавляют пар низкого давления на промежуточной стадии.Это дает дополнительную мощность.

Измерение КПД турбины

КПД турбины часто измеряется на основе так называемого изоэнтропического КПД. Изэнтропический процесс, также известный как процесс постоянной энтропии, — это когда энтропия пара, входящего в турбину, полностью равна энтропии пара, покидающего турбину. Это можно было бы считать идеальной паровой турбиной, потому что не было бы потери энтропии. Однако на самом деле идеальной турбины не могло быть, вместо этого отношение того, насколько она близка к этой идеальной мощности, называется ее изоэнтропическим КПД.Этот КПД может варьироваться от 20% до 90% в зависимости от турбины и ее применения.

Источник топлива сжигается, чтобы высвободить запас энергии. Затем эта энергия используется для нагрева воды до пара. Затем термодинамическая энергия пара используется для питания турбины. Турбина подключена к генератору, и генератор вырабатывает электричество. Хотя котел сам по себе не вырабатывает электроэнергию, котлы, тем не менее, являются фундаментальной и незаменимой частью процесса производства электроэнергии.

:

Water Handbook — Отложения, эрозия и коррозия паровых турбин

Развитие современных высокоэффективных паровых турбин привело к увеличению количества отложений, эрозии и коррозии. Этим условиям способствуют строгие допуски в турбинах, использование высокопрочных сталей и загрязненный пар.

ТУРБИННОЕ ОТЛОЖЕНИЕ

Несмотря на то, что на образование отложений на деталях турбины влияют несколько факторов, общий эффект не зависит от причины.В паровом канале образуются прилипшие отложения, искажающие первоначальную форму сопел и лопаток турбины. Эти отложения, часто шероховатые или неровные на поверхности, увеличивают сопротивление потоку пара. Деформация проходов пара изменяет скорость пара и падение давления, снижая производительность и эффективность турбины. В тяжелых условиях отложения могут вызвать чрезмерную тягу ротора. Неравномерное осаждение может нарушить балансировку ротора турбины и вызвать проблемы с вибрацией.

По мере накопления отложений на лопатках турбины давление ступеней увеличивается.На рис. 18-1 показано влияние постепенного наращивания отложений на давление в ступени. Отложения были вызваны использованием загрязненной воды для обработки пара. В загрязненном состоянии эта турбина мощностью 30 МВт потеряла более 5% своей генерирующей мощности.

Отложения в турбине могут накапливаться за очень короткое время при плохой чистоте пара. Турбина, показанная на рис. 18-2, была отключена из-за осаждения всего через 3 месяца после ввода в эксплуатацию. Унос котловой воды из-за неадекватного оборудования для разделения пара и воды в котле вызвал проблему отложений в турбине.

Природа отложений кремнезема на лопатках турбин сильно различается. В таблице 18-1 приведен ряд соединений кремнезема, которые были идентифицированы в различных исследованиях отложений на лопатках турбины. Из них наиболее распространен аморфный кремнезем (SiO 2 ).

Таблица 18-1. Силикатные отложения в паровых турбинах.

SiO 2 кремнезем
Na 2 SiO 3 силикат натрия
Na 2 SiO 3 5H 2 O пентагидрат метасиликата натрия
Na 2 SiO 3 9H 2 O нонагидрат метасиликата натрия
NaAlSiO 4 алюмосиликат натрия
Na 4 AlSi 3 O 12 (OH) натрия алюмосиликат гидроксид
Na 4 Al 6 SO 4 (SiO 4 ) 8 силикат сульфата натрия и алюминия
NaFeSi 2 O 6 силикат натрия и железа
Na 3 [Cl (AlSiO4) 6 ] натрия хлоргекса алюмосиликат
КАЛСИ 3 O 8 силикат калия и алюминия
кНа 3 (AlSi4) 6 алюмосиликат тринатрия калия
Mg 6 [(OH) 8 Si 4 O 10 ] силикат октагидрида магния
Mg 3 Si 4 O10 (OH) 2 гидрат силиката магния
Ca 2 Si 2 O 4 силикат кальция
Ca 2 Al2Si 3 O10 (OH) кальция алюмосиликат гидроксид
3Al 2 O 3 4Na 2 O 6SiO 2 SO 3 нозелит
(Fe, Mg) 7 Si 3 O 22 (OH) 2 силикат гидроксида магния железа
Na 8 Al 6 Si 6 O 24 MoO 4 натрий-алюминий-оксид молибдена силикат

Причины отложения турбин

Захват. Всегда происходит механическое улавливание мельчайших капель котловой воды паром. Когда этот унос котловой воды чрезмерен, переносимые паром твердые частицы образуют отложения лопаток турбины. Скопления имеют состав, аналогичный составу растворенных твердых частиц в котловой воде. Грунтование и вспенивание являются частыми причинами высокого уровня уноса котловой воды. Из-за часто встречающихся высоких уровней уноса, эти условия также часто приводят к выходу из строя трубок пароперегревателя.

Попытка загрязнения воды. Отложения в турбине также вызваны использованием нечистой воды для работы с паром и утечками в закрытых теплообменниках, используемых для работы. Если котел производит чистый пар, а отложения в турбине все еще возникают, необходимо исследовать работающую систему как возможный источник загрязнения. Поступающая вода должна быть такой же чистоты, как и пар. Любая химическая обработка поступающей воды должна быть летучей.

Испарение солей котловой воды. Еще одним источником отложения турбин является испарение солей, присутствующих в котловой воде.За исключением кремнезема, испарение солей котловой воды обычно незначительно при давлениях ниже 2400 фунтов на квадратный дюйм. Кремнезем может испаряться в пар при рабочем давлении до 400 фунтов на квадратный дюйм. Это вызвало проблемы с отложениями во многих турбинах. Растворимость кремнезема в паре увеличивается с повышением температуры; поэтому кремнезем становится более растворимым при перегреве пара. Поскольку пар охлаждается за счет расширения через турбину, растворимость кремнезема снижается и образуются отложения, обычно там, где температура пара ниже температуры котловой воды.Чтобы свести к минимуму эту проблему, необходимо контролировать количество кремнезема в паре. Отложения кремнезема не являются проблемой для большинства турбин, где содержание кремнезема в паре ниже 0,02 ppm. Поэтому стало общепринятым ограничивать содержание диоксида кремния в паре менее 0,02 частей на миллион. Иногда, из-за более жестких условий эксплуатации некоторых турбин, поставщики указывают, что диоксид кремния пара должен поддерживаться на уровне менее 0,01 ppm.

Условия, при которых происходит унос парообразного кремнезема, были тщательно исследованы и задокументированы.Исследователи обнаружили, что для любого заданного набора условий котла, использующего деминерализованную или выпаренную качественную подпиточную воду, кремнезем распределяется между котловой водой и паром в определенном соотношении. Это соотношение, называемое коэффициентом распределения, зависит от двух факторов: давления в котле и pH котловой воды. Величина отношения увеличивается почти логарифмически с увеличением давления и уменьшается с увеличением pH. Влияние pH котловой воды на коэффициент распределения кремнезема усиливается при более высоких значениях pH.Увеличение pH с 11,3 до 12,1 снижает соотношение на 50%, в то время как увеличение pH с 7,8 до 9,0 не оказывает заметного эффекта. Для любого давления в котле и pH коэффициент распределения кремнезема можно определить по рисунку 18-3. Количество диоксида кремния, испаряющегося с паром, может быть определено путем измерения диоксида кремния в котловой воде. Надлежащий уровень кремнезема в котловой воде, необходимый для поддержания содержания кремнезема в паре ниже 0,02 ppm, показан на Рисунке 18-4.

В растворимом состоянии кремнезем, присутствующий в питательной воде котла, не влияет на количество кремнезема, присутствующего в паре.При добавлении в котловую воду в отдельных экспериментах эквивалентные количества кремниевой кислоты и силиката натрия производили такое же количество кремнезема в паре. Поскольку количество диоксида кремния в паре сильно зависит от pH, вполне вероятно, что кремниевые кислоты участвуют в механизме испарения.

Кремнезем имеет более высокую растворимость в перегретом паре, чем в насыщенном паре при любом заданном давлении. Если механический перенос способствует содержанию диоксида кремния в насыщенном паре, диоксид кремния будет растворяться во время перегрева, при условии, что общее количество присутствующего диоксида кремния не превышает растворимость диоксида кремния в перегретом паре.Поэтому отложения кремнезема редко обнаруживаются в секциях пароперегревателя котла.

После того, как пар достигает турбины, он расширяется, теряя давление и температуру. В результате растворимость кремнезема снижается. Исследования показали, что при максимальном содержании диоксида кремния в паре 0,02 частей на миллион в турбине достигается давление менее 200 фунтов на кв. Дюйм, прежде чем диоксид кремния начинает конденсироваться из пара. Следовательно, диоксид кремния предпочтительно откладывается в секциях среднего и низкого давления турбины, где удельный объем пара изменяется примерно от 1 до 10 футов 3 / фунт.Данные о растворимости, показанные на рис. 18-5, помогают объяснить распределение отложений кремнезема в турбине.

Локальное насыщение кремнеземом. Отложения в турбине также образуются там, где происходит локальное насыщение кремнеземом, и кремнезем конденсируется из пара в этих областях турбины. Затем может происходить частичное испарение осажденного диоксида кремния, при этом только часть диоксида кремния растворяется в непрерывном потоке пара. В результате остаются депозиты.

Скорость турбины. Еще одним фактором, влияющим на расположение турбинных отложений, является скорость в турбине. Пар проходит от входа к выходу турбины всего за доли секунды. Следовательно, отложение смещается вниз по потоку от точки насыщения из-за высоких скоростей пара.

Предупреждение отложений кремнезема

Наиболее важным фактором минимизации отложений кремнезема в турбинах является поддержание низких концентраций кремнезема в котловой воде. Внешнее оборудование для очистки необходимо эксплуатировать осторожно, чтобы ограничить количество кремнезема, поступающего с подпиточной водой, и контролировать конденсат, чтобы минимизировать загрязнение.После того, как диоксид кремния попадает в котловую воду, обычным корректирующим действием является увеличение продувки котла (для уменьшения содержания диоксида кремния в котловой воде до приемлемого уровня), а затем исправление условий, вызвавших загрязнение диоксидом кремния.

Удаление вкладов

Когда турбина загрязняется водорастворимыми солями в результате уноса котловой воды или попытки загрязнения воды, мощность турбины часто можно восстановить путем промывки водой. Поскольку это может вызвать серьезное повреждение турбины, необходимо тщательно контролировать промывку водой и следовать рекомендациям поставщика турбины.

Когда турбина загрязняется соединениями, не растворимыми в воде (включая диоксид кремния), промывка водой редко восстанавливает производительность. Для удаления этих отложений требуется очистка после прекращения эксплуатации струйной очисткой оксидом алюминия или другим мягким зернистым материалом.

ЭРОЗИЯ

Эрозия турбинных лопаток приводит к образованию шероховатых, неровных поверхностей, которые изменяют пути потока пара. Это снижает КПД турбины, а также может ограничивать производительность. Эрозия на стороне высокого давления турбины обычно вызывается твердыми частицами (обычно оксидом железа), присутствующими в паре.Присутствуют частицы оксида железа, если они не были удалены паром во время запуска системы. Они также могут возникать в результате расслоения окислов пароперегревателя или главного коллектора пара или могут попадать в пар из-за загрязненной рабочей воды.

Эрозия лопаток среднего и низкого давления обычно вызывается присутствием воды в паре. Работа при температуре пара на входе ниже расчетной или при низкой нагрузке может вызвать конденсацию на этих стадиях, что приведет к проблемам эрозии.

Углекислый газ или другие кислые вещества, присутствующие в конденсате, могут ускорить повреждение.Некоторую защиту от эрозии и коррозии могут обеспечить амины с низким коэффициентом распределения, которые нейтрализуют кислотность и повышают pH конденсата.

КОРРОЗИЯ

В паровых турбинах возникают проблемы точечной коррозии, коррозионной усталости и коррозионного растрескивания под напряжением. Основными коррозионными агентами являются гидроксид, хлорид, сульфат и сульфиды натрия. Обычно уровень загрязняющих веществ в паре недостаточно высок, чтобы вызвать коррозию компонентов системы. Когда пар расширяется через турбину, растворимость загрязняющих веществ в паре снижается.Они конденсируются на поверхностях при концентрациях раствора, намного превышающих исходную концентрацию загрязняющих веществ в паре. Эти концентрированные растворы способствуют коррозии системы.

Точечная коррозия обычно связана с отложениями хлоридов и возникает на роторах, дисках и ковшах. Язвенная коррозия часто возникает, когда в неработающих турбинах образуется влажная, насыщенная кислородом атмосфера. Повреждение является наиболее серьезным, когда также присутствуют отложения хлоридов. Атмосфера без кислорода или конденсата должна поддерживаться для защиты неработающих турбин от коррозии.

Коррозионная усталость и коррозионное растрескивание лопаток и дисков под напряжением обычно связаны с сульфидами (см. Рис. 18-6), хлоридами и щелочью. Проблемы наиболее распространены в секциях низкого давления турбин больших электростанций, которые характеризуются высокими напряжениями, трещинами и рабочими температурами, способствующими конденсации концентрированных растворов паровых загрязнителей. Проблемы также возникают в секциях высокого давления и небольших промышленных турбинах, обычно при значительном уровне загрязнения паром.Эти проблемы можно смягчить с помощью конструкций, которые предотвращают образование трещин, более низкие напряжения и / или используют материалы с более низкой прочностью. Также важно избегать ненужных нагрузок и поддерживать пар высокой чистоты во время работы.

Чтобы узнать больше о том, как максимизировать производительность и защитить активы, посетите страницу SUEZ, посвященную химическим веществам для обработки котловой воды.

Рисунок 18-1. Загрязненный пар, поступающий от воды, загрязнил эту турбину мощностью 30 МВт, увеличив давление в ступенях и снизив мощность более чем на 5% в течение 15-месячного периода.

Икс

Рисунок 18-2.

Икс

Рисунок 18-3. Влияние кремнезема и pH котловой воды на летучесть кремнезема.

Икс

Рисунок 18-4. Максимально допустимое содержание кремнезема в котловой воде для содержания в паре диоксида кремния менее 0,02 ppm.

Икс

Рисунок 18-5. Растворимость кремнезема в паре в условиях паровой турбины.

Икс

Рисунок 18-6. Сульфид способствовал коррозионному растрескиванию диска турбины под напряжением.

Икс

Питательная вода для котлов — Lenntech

Растворимые углеводороды

(H 2 S)

ПРИМЕСЬ

РЕЗУЛЬТАТ

ИЗБАВЛЯЕТСЯ

КОММЕНТАРИИ

Вода пахнет тухлыми яйцами: имеет неприятный вкус и вызывает коррозию большинства металлов.

Аэрация, фильтрация и хлорирование.

Встречается в основном в подземных водах и загрязненных водотоках.

Двуокись углерода (CO 2 )

Коррозионно, образует угольную кислоту в конденсате.

Деаэрация, нейтрализация щелочами.

Пленки, нейтрализующие амины, используемые для предотвращения коррозии конденсатопровода.

Кислород (O 2 )

Коррозия и точечная коррозия труб котла.

Деаэрация и химическая обработка (сульфит натрия или гидразин)

Точечная коррозия труб котла, лопаток турбины, выход из строя паропроводов, фитингов и т. Д.

Взвешенные частицы

Осадки и мутность

Унос осадка и окалины.

Уточнение и фильтрация.

Допуск ок.5ppm макс. для большинства применений 10 ppm для питьевой воды.

Органические вещества

Унос, пенообразование, отложения могут засорить трубопроводы и вызвать коррозию.

Разъяснение; фильтрация и химическая обработка

Встречается в основном в поверхностных водах, вызванных гниением растительности и сточными водами с хозяйств. Органические вещества распадаются с образованием органических кислот. Приводит к низкому уровню pH питательной воды котла, который затем разрушает трубы котла.Включает диатомовые водоросли, плесень, бактериальные слизи, железо / марганцевые бактерии. Взвешенные частицы собираются на поверхности воды в котле и затрудняют выделение пузырьков пара, поднимающихся на эту поверхность. Пенообразование также можно отнести к воде, содержащей карбонаты в растворе, в котором на поверхности будет образовываться легкий хлопьевидный осадок. вода. Обычно это связано с избытком карбоната натрия, используемого для лечения некоторых других проблем, когда в котел попадает животное или растительное масло.

Растворенные коллоидные твердые частицы

Масло и консистентная смазка

Пенообразование, отложения в котле

Коагуляция и фильтрация

Конденсатный котел Жесткость, кальций (Ca) и магний (Mg)

Накипные отложения в котле, препятствуют теплопередаче и тепловому КПД.В тяжелых случаях это может привести к прожиганию трубы котла и выходу из строя.

Умягчение, плюс внутренняя обработка в котле.

Формы — это бикарбонаты, сульфаты, хлориды и нитраты в указанном порядке. Некоторые соли кальция обратимо растворимы. Магний реагирует с карбонатами с образованием соединений с низкой растворимостью.

Натрий, щелочность, NaOH, NaHCO 3 , Na 2 CO 3

Пенообразование, карбонаты образуют угольную кислоту в паре, вызывают возврат конденсата и коррозию конденсатоотводчика, могут вызвать охрупчивание .

Деаэрация подпиточной воды и возврат конденсата. Ионный обмен; деионизация, кислотная обработка подпиточной воды.

Натриевые соли встречаются в большинстве водоемов. Они очень растворимы и не могут быть удалены химическим осаждением.

Сульфаты (SO 4 )

Твердая окалина, если присутствует кальций

Деионизация

Пределы допуска примерно 100-300ppm, как CaCO2

3

3 902 Хлориды, (Cl)

Грунтовка, т.е.е. неравномерная подача пара из котла (отрыжка), перенос воды в пар, снижающий эффективность пара, может отлагаться в виде солей на пароперегревателях и лопатках турбин. Вспенивание, если присутствует в больших количествах.

Деионизация

Заливка, или прохождение пара из котла в «отрыжках», вызывается концентрацией карбоната натрия, сульфата натрия или хлорида натрия в растворе. Сульфат натрия содержится во многих водах США, а также в водах, где кальций или магний осаждаются кальцинированной содой.

Железо (Fe) и
марганец (Mn)

Отложения в котле в больших количествах могут препятствовать передаче тепла.

Аэрация, фильтрация, ионный обмен.

Наиболее распространенной формой является бикарбонат железа.

Кремнезем (Si)

Твердая накипь в котлах и системах охлаждения: отложения на лопатках турбин.

Деионизация; известково-содовая обработка, известково-цеолитовая обработка.

Кремнезем соединяется со многими элементами с образованием силикатов. Силикаты образуют в трубах котла очень вязкие отложения. Очень трудно удалить, часто только фторводородной кислотой. Наиболее важным соображением является перенос летучих веществ в компоненты турбины.

Турбина | Британника

Турбина, любое из различных устройств, преобразующих энергию потока жидкости в механическую энергию. Преобразование обычно осуществляется путем пропускания жидкости через систему неподвижных каналов или лопаток, которые чередуются с каналами, состоящими из лопастей, похожих на ребра, прикрепленных к ротору.За счет организации потока так, чтобы на лопасти ротора действовала касательная сила или крутящий момент, ротор вращается, и работа извлекается.

Ветровые турбины возле Техачапи, Калифорния

© Грег Рэндлс / Shutterstock.com

Турбины можно разделить на четыре основных типа в зависимости от используемых жидкостей: вода, пар, газ и ветер. Хотя одни и те же принципы применимы ко всем турбинам, их конкретные конструкции достаточно различаются, чтобы заслужить отдельное описание.

Водяная турбина использует потенциальную энергию, возникающую в результате разницы в высоте между верхним водным резервуаром и уровнем воды на выходе из турбины (отводящий трубопровод), для преобразования этого так называемого напора в работу.Водяные турбины — современные преемники простых водяных колес, которым около 2000 лет. Сегодня гидротурбины в основном используются для производства электроэнергии.

Однако наибольшее количество электроэнергии вырабатывается паровыми турбинами, соединенными с электрогенераторами. Турбины приводятся в действие паром, вырабатываемым либо в генераторе, работающем на ископаемом топливе, либо в генераторе, работающем на атомной энергии. Энергия, которую можно извлечь из пара, удобно выражать через изменение энтальпии в турбине.Энтальпия отражает формы тепловой и механической энергии в процессе потока и определяется суммой внутренней тепловой энергии и произведением давления на объем. Доступное изменение энтальпии через паровую турбину увеличивается с увеличением температуры и давления парогенератора и с уменьшением давления на выходе из турбины.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас

Для газовых турбин энергия, извлекаемая из текучей среды, также может быть выражена через изменение энтальпии, которое для газа почти пропорционально перепаду температуры в турбине.В газовых турбинах рабочим телом является воздух, смешанный с газообразными продуктами сгорания. Большинство газотурбинных двигателей включает, по крайней мере, компрессор, камеру сгорания и турбину. Они обычно монтируются как единое целое и работают как законченный первичный двигатель в так называемом открытом цикле, когда воздух всасывается из атмосферы, а продукты сгорания, наконец, снова выбрасываются в атмосферу. Поскольку успешная работа зависит от интеграции всех компонентов, важно рассматривать устройство в целом, которое на самом деле является двигателем внутреннего сгорания, а не только турбиной.По этой причине газовые турбины рассматриваются в статье двигатель внутреннего сгорания.

Энергия ветра может быть извлечена ветровой турбиной для производства электроэнергии или для откачки воды из скважин. Ветряные турбины являются преемниками ветряных мельниц, которые были важным источником энергии с позднего средневековья до XIX века.

Фред Лэндис

Водяные турбины обычно делятся на две категории: (1) импульсные турбины, используемые для высокого напора воды и низкого расхода, и (2) реактивные турбины, обычно используемые для напора ниже примерно 450 метров и среднего или высокого расхода.Эти два класса включают в себя основные типы, обычно используемые, а именно, импульсные турбины Пелтона и реактивные турбины типа Фрэнсис, пропеллер, Каплана и Дериаза. Турбины могут быть оборудованы как горизонтальными, так и, чаще, вертикальными валами. Для каждого типа возможны широкие вариации конструкции для соответствия конкретным местным гидравлическим условиям. Сегодня большинство гидравлических турбин используются для выработки электроэнергии на гидроэлектростанциях.

Импульсные турбины

В импульсной турбине потенциальная энергия или напор воды сначала преобразуется в кинетическую энергию путем выпуска воды через сопло тщательно продуманной формы.Струя, выбрасываемая в воздух, направляется на изогнутые ведра, закрепленные на периферии бегунка, для извлечения энергии воды и преобразования ее в полезную работу.

Современные импульсные турбины основаны на конструкции, запатентованной в 1889 году американским инженером Лестером Алленом Пелтоном. Свободная водная струя попадает в лопатки турбины по касательной. Каждый ковш имеет высокий центральный гребень, так что поток разделяется, оставляя желоб с обеих сторон. Колеса Пелтона подходят для высоких напоров, обычно выше 450 метров при относительно низком расходе воды.Для максимальной эффективности скорость конца рабочего колеса должна составлять примерно половину скорости ударной струи. КПД (работа, производимая турбиной, деленная на кинетическую энергию свободной струи) может превышать 91 процент при работе с 60–80 процентами полной нагрузки.

Мощность одного колеса можно увеличить, используя более одного жиклера. Для горизонтальных валов характерны двухструйные устройства. Иногда на одном валу устанавливаются два отдельных бегунка, приводящих в движение один электрогенератор. Агрегаты с вертикальным валом могут иметь четыре или более отдельных форсунок.

Если электрическая нагрузка на турбину изменяется, ее выходная мощность должна быть быстро отрегулирована в соответствии с потребностями. Это требует изменения расхода воды, чтобы поддерживать постоянную скорость генератора. Скорость потока через каждое сопло регулируется расположенным в центре наконечником или иглой аккуратной формы, которая скользит вперед или назад под управлением гидравлического серводвигателя.

Правильная конструкция иглы гарантирует, что скорость воды, выходящей из сопла, остается практически неизменной независимо от отверстия, обеспечивая почти постоянную эффективность в большей части рабочего диапазона.Нецелесообразно внезапно уменьшать поток воды, чтобы соответствовать уменьшению нагрузки. Это может привести к разрушительной волне давления (гидравлический удар) в трубопроводе подачи, или напорном трубопроводе. Таких скачков можно избежать, добавив временное сопло для разлива, которое открывается при закрытии основного сопла, или, что более часто, частично вставляя отражающую пластину между струей и колесом, отклоняя и рассеивая часть энергии при медленном закрытии иглы.

Другой тип импульсной турбины — турбонагнетатель.Струя падает под косым углом на бегунок с одной стороны и продолжает двигаться по единственному пути, выходя на другую сторону бегунка. Этот тип турбины использовался в установках среднего размера с умеренно высоким напором.

Реакционные турбины

В реакционной турбине силы, приводящие в движение ротор, достигаются за счет реакции ускоряющегося потока воды в рабочем колесе при падении давления. Принцип реакции можно наблюдать в роторном оросителе для газонов, где выходящая струя вращает ротор в противоположном направлении.Из-за большого разнообразия возможных конструкций рабочих колес реактивные турбины могут использоваться в гораздо большем диапазоне напоров и расходов, чем импульсные турбины. Реакционные турбины обычно имеют спиральный впускной кожух, который включает регулирующие заслонки для регулирования потока воды. На входе часть потенциальной энергии воды может быть преобразована в кинетическую энергию по мере ускорения потока. Впоследствии энергия воды отбирается в роторе.

Как отмечалось выше, широко используются четыре основных типа реактивных турбин: турбины Каплана, Фрэнсиса, Дериаза и пропеллерные.В турбинах Каплана с фиксированными лопастями и турбинами с регулируемыми лопастями (названными в честь австрийского изобретателя Виктора Каплана) через машину, по существу, существует осевой поток. Турбины типа Фрэнсиса и Дериаза (в честь американского изобретателя британского происхождения Джеймса Б. Фрэнсиса и швейцарского инженера Поля Дериаза, соответственно) используют «смешанный поток», когда вода поступает радиально внутрь и выпускается в осевом направлении. Рабочие лопасти на турбинах Фрэнсиса и пропеллера состоят из неподвижных лопастей, в то время как в турбинах Каплана и Дериаза лопасти могут вращаться вокруг своей оси, которая находится под прямым углом к ​​главному валу.