Что такое мотор генератор

Что такое мотор генератор

Евросамоделки — только самые лучшие самоделки рунета! Как сделать самому, мастер-классы, фото, чертежи, инструкции, книги, видео.

• Главная
• Каталог самоделки
• Дизайнерские идеи
• Видео самоделки
• Книги и журналы
• Партнеры
• Обратная связь

• Самоделки для дачи
• Самодельные приспособления
• Автосамоделки, для гаража
• Электронные самоделки
• Самоделки для дома и быта
• Альтернативная энергетика
• Мебель своими руками
• Строительство и ремонт
• Самоделки для рыбалки
• Поделки и рукоделие
• Самоделки из материала
• Самоделки для компьютера
• Самодельные супергаджеты
• Другие самоделки
• Материалы партнеров

Мотор-генератор своими руками (опыты, видео, принцип работы)

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики, в частности к способам и оборудованию для генерирования электрической энергии, и может быть использовано в автономных системах электроснабжения, в автоматике и бытовой технике, на авиационном, морском и автомобильном транспорте.

За счет нестандартного способа генерации, и оригинальной конструкции мотора-генератора, режимы генератора и электромотора, объединены в одном процессе, и неразрывно связаны. В результате чего, при подключении нагрузки, взаимодействие магнитных полей статора и ротора образует вращающий момент, который по направлению совпадает с моментом, создаваемым внешним приводом.

Другими словами, при увеличении мощности потребляемой нагрузкой генератора, ротор мотора-генератора начинает ускоряться, и соответственно понижается мощность, потребляемая внешним приводом.

Уже давно по Интернету ходят слухи о том, что генератор с кольцевым якорем Грамма, был способен вырабатывать электрической энергии больше чем было затрачено механической и происходило это за счет того, что под нагрузкой не было тормозящего момента.

Результаты экспериментов, которые привели к изобретению мотора-генератора.

Уже давно по Интернету ходят слухи о том, что генератор с кольцевым якорем Грамма, был способен вырабатывать электрической энергии больше, чем было затрачено механической и происходило это за счет того, что под нагрузкой не было тормозящего момента. Эта информация подтолкнула нас на проведение ряда экспериментов с кольцевой обмоткой, результаты которых мы покажем на этой странице. Для экспериментов, на тороидальный сердечник, были намотаны 24шт., не зависимые обмотки, с одинаковым количеством витков.

1) Вначале вес обмотки были включены последовательно, выводы на нагрузку расположены диаметрально. В центре обмотки был расположен постоянный магнит с возможностью вращения.

После того как магнит с помощью привода приводился в движение, подключалась нагрузка и лазерным тахометром измерялись обороты привода. Как и следовало ожидать, обороты приводного двигателя начинали падать. Чем большую мощность потребляла нагрузка, тем сильнее падали обороты.

2) Для лучшего понимания процессов происходящих в обмотке, вместо нагрузки был подключен миллиамперметр постоянного тока.
При медленном вращении магнита, можно наблюдать, какая полярность и величина выходного сигнала, в данном положении магнита.

Из рисунков видно, когда полюсы магнита, находятся напротив выводов обмотки (рис. 4;8), ток в обмотке равен 0. При положении магнита, когда полюсы находятся в центре обмотки, мы имеем максимальное значение тока (рис. 2;6).

3) Нa следующем этапе экспериментов, использовалась только одна половина обмотки. Магнит также медленно вращался, и фиксировались показания прибора.

Показания прибора полностью совпадали с предыдущим экспериментом (рис 1-8).

4) После этого к магниту подключили внешний привод и начали его вращать на максимальных оборотах.

При подключении нагрузки, привод начал набирать обороты!

Другими словами, при взаимодействии полюсов магнита, и полюсов образующихся в обмотке с магнитопроводом, при прохождении через обмотку тока, появился вращающий момент, направленный по ходу вращающего момента созданного приводным двигателем.

Рисунок 1, идет сильное торможение привода при подключении нагрузки. Рисунок 2, при подключении нагрузки привод начинает ускоряться.

5) Что бы понять что происходит, мы решили создать карту магнитных полюсов, которые появляются в обмотках при прохождении через них тока. Для этого была проведена серия экспериментов. Обмотки подключались в разных вариантах, а на концы обмоток подавались импульсы постоянного тока. При этом на пружине был закреплен постоянный магнит, и по очереди располагался рядом с каждой из 24 обмоток.

По реакции магнита (отталкивался он или притягивался) была составлена карта проявляющихся полюсов.

Из рисунков видно, как проявлялись магнитные полюсы в обмотках, при различном включении (желтые прямоугольники на рисунках, это нейтральная зона магнитного поля).

При смене полярности импульса, полюсы как и положено менялись на противоположные, по этому разные варианты включения обмоток, нарисованы при одной полярности питания.

6) Па первый взгляд, результаты на рисунках 1 и 5 идентичны.

При более подробном анализе, стало ясно, что распределение полюсов по окружности и «размер» нейтральной зоны довольно сильно отличаются. Сила с которой магнит притягивался или отталкивался от обмоток и магнитопровода показана градиентной заливкой полюсов.

7) При сопоставлении данных экспериментов описанных в пунктах 1 и 4, кроме кардинальной разницы в реакции привода на подключение нагрузки, и существенной разницы в «параметрах» магнитных полюсов, были выявлены и другие отличия. При проведении обоих экспериментов, параллельно нагрузке был включен вольтметр, а последовательно с нагрузкой включался амперметр. Если показания приборов из первого эксперимента (пункт 1), взять за 1, то во втором эксперименте (пункт 4), показание вольтметра так же было равно 1. По показания амперметра составляло 0,005 от результатов первого эксперимента.

8) Исходя из изложенного в предыдущем пункте, логично предположить, если в незадействованной части магнитопровода, сделать немагнитный (воздушный) зазор, то сила тока в обмотке должна увеличиться.

После того как был сделан воздушный зазор, магнит снова подключили к приводному двигателю, и раскрутили на максимальные обороты. Сила тока действительно возросла в несколько раз, и стала составлять примерно 0,5 от результатов эксперимента по пункту 1,
но при этом появился тормозной момент на привод.

9) Способом, который описан в пункте 5, была составлена карта полюсов данной конструкции.

10) Сопоставим два варианта

Не трудно предположить, если увеличить воздушный зазор в магнитопроводе, геометрическое расположение магнитных полюсов по рисунку 2, должно приблизиться к такому расположению как в рисунке 1. А это в свою очередь, должно привести к эффекту ускорения привода, который описан в пункте 4 (при подключении нагрузки, вместо торможения, создается добавочный момент к вращающему моменту привода).

11) После того как зазор в магнитопроводс был увеличен до максимума (до краев обмотки), при подключении нагрузки вместо торможения, привод снова начал набирать обороты.

При этом карта полюсов обмотки с магнитопроводом выглядит так:

На основе предложенного принципа генерации электроэнергии, можно конструировать генераторы переменного тока, которые при повышении электрической мощности в нагрузке, не требуют повышения механической мощности привода.

Принцип работы Мотора Генератора.

Согласно явлению электромагнитной индукции при изменении магнитного потока проходящего через замкнутый контур, в контуре возникает ЭДС.

Согласно правилу Ленца: Индукционный ток, возникающий в замкнутом проводящем контуре, имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле противодействует тому изменению магнитного потока, которым был вызван данный ток. При этом не имеет значения, как именно магнитный поток, движется по отношению к контуру (Рис. 1-3).

Способ возбуждения ЭДС в нашем моторе-генераторе аналогичен рисунку 3. Он позволяет использовать правило Ленца для увеличения вращающего момента на роторе (индукторе).

1) Обмотка статора
2) Магнитопровод статора
3) Индуктор (ротор)
4) Нагрузка
5) Направление вращения ротора
6) Центральная линия магнитного поля полюсов индуктора

При включении внешнего привода, ротор (индуктор) начинает вращаться. При пересечении начала обмотки магнитным потоком одного из полюсов индуктора в обмотке индуцируется ЭДС.

При подключении нагрузки, в обмотке начинает течь ток и полюса возникшего в обмотках магнитного поля согласно правилу Э. X. Ленца направлены на встречу возбудившего их магнитного потока.
Так как обмотка с сердечником расположена по дуге окружности, то магнитное поле ротора, движется вдоль витков (дуги окружности) обмотки.

При этом в начале обмотки согласно правилу Ленца, возникает полюс одинаковый с полюсом индуктора, а на другом конце ротивоположный. Так как одноименные полюса отталкиваются, а противоположные притягиваются, индуктор стремится принять положение, которое соответствует действию этих сил, что и создает добавочный момент, направленный по ходу вращения ротора. Максимальная магнитная индукция в обмотке достигается в момент, когда центральная линия полюса индуктора находится напротив середины обмотки. При дальнейшем движении индуктора, магнитная индукция обмотки уменьшается, и в момент выхода центральной линии полюса индуктора за пределы обмотки, равна нулю. В этот же момент, начало обмотки начинает пересекать магнитное поле второго полюса индуктора, и согласно правилам, описанным выше, край обмотки от которого начинает отдаляться первый полюс начинает его отталкивать с нарастающей силой.

Рисунки:
1) Нулевая точка, полюсы индуктора (ротора) симметрично направлены на разные края обмотки в обмотке ЭДС=0.
2) Центральная линия северного полюса магнита (ротора) пересекла начало обмотки, в обмотке появилась ЭДС, и соответственно проявился магнитный полюс одинаковый с полюсом возбудителя (ротора).
3) Полюс ротора находится в центре обмотки, и в обмотке максимальное значение ЭДС.
4) Полюс приближается к концу обмотки и ЭДС снижается до минимума.
5) Следующая нулевая точка.
6) Центральная линия южного полюса входит в обмотку и цикл повторяется (7;8;1).

МОТОР-ГЕНЕРАТОР

агрегат, служащий для преобразования переменного тока в постоянный или обратно. М.-г. состоит из двух электр. машин, соединенных механически: одной переменного тока и другой—постоянного. Если первую машину присоединить к сети переменного тока, то она будет работать как мотор (см. Электрический мотор) и вращать машину постоянного тока, к-рая будет работать как генератор (см. Генератор электрический), давая постоянный ток; при этом получится преобразование переменного тока в постоянный. Если же машину постоянного тока присоединить к сети такого же тока, то она будет работать как мотор, а вращаемая ею машина переменного тока, работая в качестве генератора, будет давать переменный ток, и тогда получится преобразование постоянного тока в переменный. В большинстве случаев приходится преобразовывать переменный ток в постоянный, а не наоборот. В качестве мотора переменного тока в М.-г. малой мощности применяют асинхронный мотор, а в М.-г. большой мощности — синхронный мотор. М.-г. применяются для зарядки аккумуляторных батарей и на тяговых подстанциях электрифицированных ж. д.

При напряжении в контактном проводе 3 000 в на тяговых подстанциях ставят по два генератора (2 и 2), соединенных последовательно и находящихся на общем валу с синхронным мотором 1 и двумя возбудителями 3 и 4. Так. обр., в М.-г. электрифицированных ж. д. на одном валу работает 5 машин.

Технический железнодорожный словарь. — М.: Государственное транспортное железнодорожное издательство . Н. Н. Васильев, О. Н. Исаакян, Н. О. Рогинский, Я. Б. Смолянский, В. А. Сокович, Т. С. Хачатуров. 1941 .

Полезное

Смотреть что такое «МОТОР-ГЕНЕРАТОР» в других словарях:

мотор-генератор — мотор генератор, мотор генератора … Орфографический словарь-справочник

МОТОР-ГЕНЕРАТОР — (Motor generator) см. Двигатель генератор. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941 … Морской словарь

мотор-генератор — агрегат для преобразования одного вида электрического тока в другой или для преобразования постоянного тока одного напряжения в постоянный ток другою напряжения, состоит из соединённых муфтой электромотора переменного тока с динамо машиной… … Словарь иностранных слов русского языка

мотор-генератор — сущ., кол во синонимов: 1 • агрегат (34) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

Мотор-генератор — Умформер (нем. Umformer, Электромашинный преобразователь) электрическая машина для преобразования тока одной частоты в ток другой частоты. Например: преобразование постоянного электрического тока в переменный, как правило, более высокого… … Википедия

МОТОР-ГЕНЕРАТОР — см. Двигатель генераторный агрегат … Большой энциклопедический политехнический словарь

мотор-генератор — мото/р генера/тор, мото/р генера/тора … Слитно. Раздельно. Через дефис.

Генератор-двигатель — (нем. Umformer, умформер, электромашинный преобразователь)  электрическая машина для преобразования электрической энергии из одной ее формы в другую. Например: преобразование постоянного электрического тока в переменный, как правило,… … Википедия

генератор (волн редуктора) — (39) Узел волнового редуктора для создания движущихся зон зацепления гибкого колеса с жестким колесом. [ГОСТ Р 50370 92] Тематики редукторы и мотор редукторы Обобщающие термины узлы редуктора … Справочник технического переводчика

электродвигатель-генератор — мотор генератор — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом Синонимы мотор генератор EN motor generator … Справочник технического переводчика

Сверхэффективный мотор-генератор Роберта Александера

В октябре 1975 года изобретатель из Калифорнии, Роберт Александер, представил публике усовершенствованный привод для автомобиля. По мысли изобретателя, этот электрический привод должен был в ближайшем будущем избавить владельцев автомобилей от необходимости использовать сжигаемое топливо, от лишнего шума, и от потребности в постоянной подзарядке аккумуляторов.

Прибывшие на демонстрацию эксперты были сильно озадачены, ведь казалось, что энергия получается из «ничего». Тем не менее, автомобиль легко ездил без топлива со скоростью 36 миль в час. На сомнения экспертов изобретатель ответил, что машина ездит, и ей все равно на их доводы. Начальную мощность обеспечивал переделанный электродвигатель в 7/8 лошадиных сил.

Электромотор был переделан так, чтобы на его выходе получалось 12 вольт, иначе выходная мощность оказалась бы слишком большой. Сыновья Роберта и его партнер Джеймс Смит за 45 дней переделали автомобиль, чтобы продемонстрировать возможность езды без топлива и без загрязнения окружающей среды.

На демонстрацию была приглашена пресса, а позже (когда патент US3913004 был уже получен) одному из журналистов поведали детали проекта: вращение электродвигателя начинается от батареи, гидравлическая и воздушная системы автомобиля приходят в действие, при этом батарея успевает перезаряжаться от генератора. На эту переделку Александер потратил всего 500 долларов.

Александер и Смит сами оказались не в состоянии полностью объяснить, каким же образом получается эта энергия из «ничего», тем не менее они отметили, что люди уже давно в состоянии сделать гораздо больше того, чем они знают и понимают, и за примерами далеко ходить не нужно — достаточно взглянуть на этот автомобиль, который ездит. Изобретатели назвали продемонстрированное явление «Super Power», поскольку здесь используется целых три типа мощности для достижения поставленной цели.

В основе конструкции — трансформатор (преобразующее устройство), который является одновременно ротором генератора (пересекается магнитным потоком). Выход переменного тока в результате является продуктом двух электромагнитных действий. Напомним, что скорость изменения ускорения — третья производная координаты — это рывок.

Ротор представляет собой сердечник трансформатора, и имеет на себе группы парных обмоток. В каждой секции ротора по две обмотки, одна из которых работает как первичная обмотка трансформатора и как моторная обмотка, а вторая — как вторичная обмотка трансформатора и как генераторная обмотка. При этом на статоре расположены только постоянные магниты.

В работе генератора используются известные технологии управления и взаимодействия с магнитным полем. Трансформируемая и генерируемая мощности синхронно сочетаются, что и приводит к увеличению выходной мощности.

Первичные обмотки содержат меньшее количество витков чем вторичные обмотки, в которых при пересечении силовых магнитных линий наводится большая ЭДС, чем у источника постоянного тока (которым выступает батарея). Магнитное поле статора пересекает ротор, и мотивирует его к движению, при этом генерирует во вторичных обмотках энергию.

Выход переменного тока во вторичных обмотках является по своей сути синхронизированной функцией трансформируемой энергии из первичных обмоток, объединенных в общих пазах ротора со вторичными обмотками, и генерируемой энергии. В итоге сила тока и напряжение на выходе соответственно увеличиваются.

В одной из изготовленных авторами установок, имеющей четыре коллекторные щетки и 20 ламелей, и содержащей 20 секторов на роторе, первичные обмотки состояли из нескольких витков проводника, чтобы эффективно проводиться во вращение от 48 вольт постоянного тока при 25 амперах, то есть 1200 Ватт было необходимо для вращения с частотой 1750 оборотов в минуту.

В то же самое время вторичные обмотки состояли из такого числа витков, чтобы эффективно получать на выходе 60 циклов в секунду (путем трансформации и генерирования) при напряжении в 110 вольт и с током в 32 ампера, то есть на выходе можно было получать 3520 Ватт.

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные факты

Hi-Tech DIY: Турбореактивный микрогенератор электричества. Изучаем возможности

Многие видные умы современности бьются над тем, как решить проблему энергетической зависимости от источников питания.

В прошлой статье мы уже рассмотрели возможность создания самодельного двигателя внутреннего сгорания, который позволил бы решить эту проблему, в том числе и в случае возникновения каких-то глобальных потрясений.

Однако прошлые рассмотренные варианты были достаточно габаритными. В этой же статье мы рассмотрим гораздо более интересное устройство, которое является поистине миниатюрным.
Вы хотели настоящий хай-тек? «Таки его есть у нас» 🙂

Некоторое время назад, в Массачусетском Технологическом Институте (MIT) была разработана микротурбина, предназначенная как раз для использования в качестве миниатюрного источника электроэнергии для широкого круга применений.

Диаметр 1 см, толщина составляла порядка 3 мм. Несмотря на такие миниатюрные размеры, турбина производила электрическую мощность порядка 80 Вт, а более поздние образцы — по мощности превосходили даже 100 Вт.

По-своему техническому устройству, она практически полностью копировала классические газовые турбины, которые используются в качестве основы для турбореактивных двигателей.

Здесь, наверное, надо сделать небольшое отступление, и сказать пару слов о том, что же представляет собой классический газотурбинный двигатель?

Первая успешно функционирующая турбина появилась ещё в 1903 году и была разработана норвежским изобретателем Эгидусом Эллингом.

Основываясь на его работах, в 1930 году офицер английских ВВС Фрэнк Уиттл смог разработать и запатентовать первую газовую турбину, которая предназначалась для реактивного движения.

Все последующие работы над газотурбинным двигателем, так или иначе, базировались на этих разработках.

Классическая схема подобной турбины выглядит следующим образом:

Картинка thefutureofthings

Ещё есть хорошее видео, где разбирают двигатель такого типа, с объяснением многих моментов.

Функционирует она следующим образом: воздух засасывается через переднюю часть, специальным устройством под названием «компрессор».

По сути, компрессор представляет собой крыльчатку, насаженную на вал, которая закачивает воздух в среднюю часть турбины, где в этот сжатый воздух впрыскивается топливо и поджигается.

Продукты сгорания выбрасываются с ускорением через заднюю часть, по пути раскручивая вторую крыльчатку, которая называется турбиной.

То есть, вся турбореактивная установка представляет собой ряд крыльчаток, насаженных на один и тот же вал.

Таким образом, можно сказать, что в основу турбореактивного двигателя положена идея расширения продуктов сгорания, так как они имеют высокую температуру (а по физике — мы знаем, что нагревание приводит к расширению).

Вернёмся обратно к разработке микротурбины от MIT. В рамках этого института, исследованиями вопроса подобных турбин занимался профессор Алан Эпштейн, которому пришла идея о подобном устройстве ещё в 1995 году.

Картинка thefutureofthings

Основой мотивацией в разработках у него было понимание того, что если современные турбины могут производить впечатляющую электрическую мощность, то даже при пропорциональном уменьшении — использование подобного принципа позволит обеспечить технические устройства, требующие электрического питания надёжным и мощным источником энергии.

Однако как создать подобное устройство минимального размера?

Для этого была выбрана технология MEMS — способ создания микромеханических устройств, с помощью литографии. Это способ достаточно известный, достаточно будет сказать, что даже в вашем смартфоне есть подобные устройства, изготовленные с применением такой технологии: гироскоп/акселерометр.

Применительно к созданию микротурбин, эта технология была использована следующим образом: с помощью реактивного ионного травления производилось вытравливание кремния, а сама турбина представляла собой ряд пластин, после вытравливания отдельных компонентов, соединяющихся воедино.

Выглядела турбина, следующим образом:

Картинка thefutureofthings

Согласно отчёту, принципиальную схему устройства можно изобразить так:

Картинка researchgate

Устройство работает так: на самом верху его расположен мотор/генератор, — который в самом начале раскручивает турбину в центре, что приводит к началу работы компрессора, который начинает закачивать воздух, в который далее впрыскивается топливо, зажигание, после чего сгоревшие газы выбрасываются из нижней части устройства. Таким образом, мы видим, что устройство своему принципу функционирования ничем не отличается от «взрослых» образцов турбореактивных двигателей.

Поток сжатого воздуха, продуваемый компрессором, используется ещё и в качестве термического изолятора, который не даёт проникать теплу турбины к магнитам мотор/генератора.

Компрессор обеспечивает сжатие входного потока воздуха 4:1.

Расход воздуха турбиной составляет порядка 0,1-0,2 грамма/сек.

Скорость истечения газов — сверхзвуковая (надо ставить глушитель).

Расход топлива — 7 грамм/час (при выработке электрической мощности в 50 ватт).

Говоря о возможности дальнейшей миниатюризации устройства, исследователи отмечают, что фактическим пределом является размер диаметра двигателя примерно в 1 мм, так как дальше начинают весьма сильно сказываться вязкие свойства воздушной среды, вследствие чего, существенно растёт сила трения и, соответственно, уменьшается полезная вырабатываемая мощность.

Можно ещё отметить, что турбина работает по принципу простого цикла.

80-ваттная микротурбина. researchgate.net

Говоря об электрической системе, сами исследователи отмечают, что самые лучшие образцы литий-ионных аккумуляторов, обеспечивают соотношение хранимой энергии на единицу веса порядка 120-150 Вт▪ч/кг.

Турбина же может дать соотношение в 500-700 Вт▪ч/кг. И даже 1200-1500 Вт▪ч/кг!

Создание подобных устройств, тем более такого миниатюрного размера, сопряжено с целой массой физических, технических и технологических проблем.

Начать хотя бы с того, что конструкция рассматриваемой микротурбины, испытывает серьёзные динамические нагрузки в процессе работы, так как периферическая скорость ротора достигает 600 м/с, при типовой скорости вращения ротора, достигающий 2 млн об/мин. При этом нагрузка на элементы конструкции может достигать сотен МПа.

Кроме того, необходимо учитывать, что выходные части турбины являются весьма температурно нагруженными: нагрев может достигать 1700 К, что составляет приблизительно 1427 градусов.

Как вы понимаете, мало какие материалы смогут выдержать такую температуру.

Кроме того, для упрощения конструкции было решено отказаться от какого-либо дополнительного охлаждения.

Исходя из этих предпосылок, было решено выбрать в качестве материала конструкции — карбид кремния, который имеет температуру плавления в 2730 градусов Цельсия. Благодаря своей износоустойчивости, карбид кремния используется в качестве уплотнений в механически трущихся устройствах.

Однако, несмотря даже на такую износоустойчивость и учитывая работу в весьма сложных условиях — даже таких свойств материалов может не хватить на более-менее долгий срок работы. Именно поэтому ротор турбины выполнен таким образом, что он вращается, опираясь на воздушный поток в качестве подшипников.

В качестве топлива исследователи использовали смесь водорода и кислорода, объясняя это тем, что подобная смесь может хорошо гореть в широком диапазоне соотношений смешиваемых компонентов. Благодаря этому свойству, они смогли обеднить смесь, подавая туда минимально возможное количество водорода, что позволило уменьшить выходную температуру газов и температурно разгрузить конструкцию турбины.

Я полагаю, что здесь они не совсем договаривают: дело в том, что водород, кроме того, является веществом, дающим самую высокую температуру сгорания (3000°С) из всех известных на Земле (если он сгорает в атмосфере кислорода).

Например, я сам лично разрезал тоненьким водородным пламенем горелки, толщиной буквально в швейную иголку, — металлическую пластину толщиной в 2 мм! О_о Высокая температура творит чудеса…

Любой двигатель теплового типа тем эффективнее, чем выше температура его процессов. Здесь можно привести простой пример: так как удельная теплота сгорания бензина выше, чем у спирта, бензиновый двигатель будет мощнее (если сказать по-простому, то после вспышки продукты сгорания бензина сильнее давят на поршень).

То есть, другими словами, использование водорода в проекте микротурбины не только позволяет использовать топливные смеси, хорошо горящие в широком диапазоне соотношений, но и весьма эффективно по температуре (так как задача стоит создать миниатюрное высокоэффективное устройство — исследователи, видимо, постарались использовать «самое горячее» вещество из тех, что были им известны).

Говоря о мотор/генераторе системы, в качестве него, в конструкции турбины был использован 180-полюсный генератор плоского типа.

2 мм генератор для 4 мм микротурбины. www.researchgate.net

2 мм генератор для 4 мм микротурбины. www.researchgate.net

К сожалению, о технологии его изготовления ничего не говорится, но удалось найти книгу, на books.google.ru (на англ.), где со 158 стр., в разделе «Generators for portable power applications» удалось найти подробное описание генератора подобного типа. По причинам лицензионных ограничений я не могу привести иллюстрации из этой книге здесь, однако, вы можете прочитать этот раздел самостоятельно вот по этой ссылке.

Ещё один весьма подробный труд на тему конструирования плоских микрогенераторов электроэнергии можно найти вот здесь.

▍ Как же собрать подобное самостоятельно?

Сразу следует сказать, что большинство исследований, относящихся к этому вопросу, датированы 1997 годом или (в лучшем случае) 2003 годом. Трудно сказать, с чем это связано. Скорее всего, так как уже тогда, начальные исследования были весьма перспективными — более продвинутые и поздние версии систем были засекречены и ушли в оборонную сферу.

Существенное преимущество, которое даёт наше время, — это доступность множества технологий, даже для рядового самодельщика.

Например, в литературе того периода неоднократно подчёркивается, что работа над этими устройствами существенно ограничена отсутствием технической возможности создавать сложные трёхмерные объекты в реальной жизни, именно поэтому используется конструкция сборного типа из плоских пластин.

В наше же время есть множество возможностей проводить свои собственные исследования, опираясь на самые последние современные технологии. В частности, на 3D печать металлом.

Так как мы имеем дело с системами весьма миниатюрными, то мы можем в полной мере воспользоваться промышленными 3D принтерами для печати металлом, — и это будет для нас весьма дёшево, так как там идёт стоимость за сантиметр кубический напечатанной модели (а нам надо напечатать совсем маленькую, например, с ротором в 4 мм 🙂 ).

В нашем же случае, даже создание сложных моделей из металла, вряд ли перевалит за цену в 800-1500 руб.! И нам доступна широчайшая номенклатура металлов для этого и это не будет дорого!

Не нужно думать, что практически никакие материалы не смогут выдержать рабочие температуры. Так как в конечном итоге — это зависит от используемого топлива и требуемой энергоотдачи (то есть, мы можем заставить двигатель работать вполсилы, благодаря чему, он будет существенно разгружен).

Мало того, здесь можно привести в пример первые мини-турбореактивные двигатели, которые используются у авиамоделистов: первые образцы были изготовлены из, казалось бы, совсем неподходящих материалов — выходная турбина из жестянки от консервной банки, а крыльчатка компрессора, — из дерева, обклеенного стекловолокном!

Так что, не нужно бояться. Имея под рукой современную 3D печать металлом — вполне реально создать весьма эффективное и современное устройство. Теоретически, такую микротурбину можно сделать даже лазерной резкой по металлу.

Но здесь нужно учитывать, что необходимо подобрать правильным образом пару трения, чтобы даже при случайных касаниях ротора и корпуса турбины, одно скользило по-другому и не повреждало друг друга.

Например, для этих целей, в высокоскоростных двухтактных бензиновых двигателях используется пара трения из хромированного цилиндра и чугунных поршневых колец (логика такая: мягкое — трётся по жёсткому), или, скажем, те же самые втулки клапанов и сами клапаны для автомобилей: втулка изготовлена из чугуна, а клапан — из высокопрочной азотированной стали и т.д.

Но, это на всякий случай. На самом деле, нужно поработать качественно над тем, чтобы во время работы ротор был вывешен на газовых подшипниках (т.е., спроектировать его так, чтобы он во время работы взлетал и не касался корпуса). Для этих целей мы можем воспользоваться, например, САПР Solidworks, в составе пакета которого есть модуль Flow Simulation. То есть, мы можем разработать трёхмерную модель ротора и корпуса турбины, после чего протестировать их на потоки:

В материалах, относящихся к этой микротурбине, исследователи отмечали, что следующим шагом в разработке станет создание турбин, работающих на базе углеводородных топлив, так как они широко распространены и просты в использовании, в отличие от водорода.

Для увеличения эффективности процесса горения в последующих конструкциях предполагалось покрывать камеру сгорания катализатором горения углеводородов.

Одним из самых известных катализаторов является платина. Только не спешите бояться: даже самодельщик может покрыть платиной камеру сгорания и без особых затрат. Для этого понадобится всего лишь тоненькая проволочка из платины, купленная на известном китайском сайте, и процесс, именуемый «вакуумным напылением», который я уже рассматривал в одной из своих статей.

Вкратце: будет достаточно всего лишь даже обычной бытовой стеклянной банки, и простого вакуумного насоса для нанесения покрытия. Расход проволоки в этом процессе будет ничтожным.

В процессе работы, платина на стенках камеры сгорания не расходуется, а только лишь стимулирует процесс сгорания.

Либо же, можно обойтись без какого-либо катализатора, просто необходимо будет обеспечить способ, например, с помощью плазменного разряда, надёжного зажигания и горения смеси, с выходом на обычный режим работы (чтобы система прогрелась, и не было необходимости искусственно поддерживать горение).

▍ В завершение

Несомненным плюсом создания подобных турбин, является возможность недорогого производства массива подобных сверхминиатюрных устройств, обеспечивающих мощную энергоотдачу, лёгкую замену в случае выхода из строя, а также — доступность высоких технологий для проведения собственных разработок любому самодельщику (теоретически, можно попробовать даже осуществить 3D печать мотор/генератора, только надо подобрать материалы для магнитов).

Кстати, ещё интересное: в том же отчёте от Массачусетского Технологического Института говорится, что идут работы по использованию микротурбин в качестве газогенераторов (т.е., компактных источников давления) — для пневматических приводов экзоскелетов.

В случае если мы в нашей самоделке не будем использовать литографию и реактивное ионное травление (как чуть менее доступные технологии), то мы вполне можем воспользоваться более доступным вариантом — 3d печатью металлом. Или даже просто лазерной резкой по металлу. Да, такой аппарат не будет настолько миниатюрным, как при литографической технологии. Но он будет дёшев, легко изготовляем и практически любой может попытаться создать его самостоятельно.

Предположим только, какие большие преимущества даст даже «условно простецкий», изготовленный лазерной резкой, плоский высокооборотистый рюкзачный генератор электроэнергии…

К сожалению, в литературе ни слова не говорится о системе зажигания турбины. Так что тут остаётся поле для экспериментов. Лично я — использовал бы горячую плазму электрической дуги (не искры!). Благо что на известном китайском сайте есть масса наборов для сборки подобных схем-генераторов горячей дуги (и автор этой статьи тоже в своё время купил себе такой:-) ). Дуга — позволяет осуществить первичное зажигание и вывод на режим. Затем, горение поддерживается теплом разогретой камеры сгорания (дуга уже не требуется).

В любом случае, полагаю, что это будет как минимум очень интересно, на острие высоких технологий, и может дать весьма полезный продукт на выходе для многих: мобильные источники энергии, микроскопические турбореактивные генераторы для индивидуальных транспортных средств (самокаты и т.д.), питание для дронов и многое другое.

Ну и опять же: много ли вы видели плоских турбореактивных систем у самодельщиков? Ноль целых, ноль десятых. Так что вам и карты в руки 😉