Я владелец и руководитель небольшого предприятия. Занимаемся изготовлением изделий из металла. Работаем по простой, но долгой схеме: сами ищем ниши, сами проектируем изделия под эти ниши и сами же их продаём.
Проектированием занимаюсь лично. Я инженер-механик по образованию и, как оказалось, по жизни тоже. Дело это интересное, но не быстрое.
Не так давно мы закончили большой проект и начали принимать заказы на систему откатных ворот, рассчитанную на отказоустойчивую работу в жёстком климате: Урал, Сибирь, Якутия и подобные регионы. На разработку и полноценные ресурсные испытания ушло около пяти лет. Пишу это для понимания: быстро сделать изделие, которое действительно работает и не подводит заказчика, почти невозможно. Без испытаний результат обычно получается из серии «хотели как лучше…». Некоторые современные автомобили — наглядный пример.
Сейчас занимаемся другим проектом — изготовлением опытного образца мини-ТЭЦ для отопления частных домов и небольших коммерческих помещений. Мне самому такая система нужна, поэтому делаем в первую очередь «для себя».
По сути это: • пиролизный котёл; • двигатель Стирлинга; • два автомобильных генератора на выходе.
По расчётам: • тепловая мощность — до 200 кВт max, • рабочий режим — 70–100 кВт, • время горения одной закладки — не менее 12 часов.
По электричеству планируем получить 1,5–2 кВт постоянного напряжения 24 В, чтобы можно было напрямую подключаться к инверторам, которые обычно используют с солнечными панелями.
Что из этого выйдет — посмотрим.
Классический двигатель Стирлинга получается очень материало-ёмкими и трудоёмким. Хочется применить что-то более простое, но с той же надёжностью. Есть понимание, как сделать линейный Стирлинг под линейный генератор, но не хватает практических знаний по созданию самого линейного генератора на постоянных магнитах.
Если здесь есть люди, готовые поделиться опытом или идеями — буду рад общению и помощи. Если кто то желает иметь такой агрегат в своем хозяйстве, пишите хотелки. Постараюсь их учесть. Дальше планирую писать о ходе проекта, расчётах, ошибках и результатах — без маркетинга и «чудес».
Приветствую всех пикабушников, особенно тех, кто интересуется моим проектом по изготовлению мини ТЭЦ и помогает в силу своих возможностей.
Давно не публиковал результаты, так как не было свободного времени. Сегодня появилась возможность сделать очередной пост. Заранее извиняюсь за технический стиль написания поста, который, не технарям, трудно читать. Да и технарям тоже. Я около семи лет отработал инженером-конструктором на большом машиностроительном предприятии. Последнее время, в основном занимался разработкой ТУ, РЭ и прочих текстовых документов, что меня, так сказать и профдеформировало.)))
Теперь по порядку о ходе работ по проекту Мини ТЭЦ.
Котёл мы изготовили, подцепили к системе отопления цеха и испытали его как водогрейный котёл, так и как парогенератор. Занимались этим в июне, когда у нас в тени было +36 градусов по Цельсию, что затрудняло рассеивание тепла в пространстве и не способствовало наличию хорошей тяги в дымовой трубе. Тем не менее, провести пробные испытания удалось. Красить котёл пока не стали, так как нужно было сделать работу по устранению конструктивных ошибок.
В режиме работы изделия как котла, получили такие характеристики:
На одной полной загрузке берёзовыми чурбанами, примерно 60% из которых были с высокой влажностью, котёл отработал чуть более 12-ти часов, выдавая тепловую мощность 40 ... 52 кВт. На такую мощность котёл вышел примерно через час после розжига, при старте с холодной системой. В теории с мощностью около 20 кВт должен отработать сутки. Нужно будет это проверить. Иногда температура на подаче поднималасть до +90 градусов, и чтоб не закипел теплоноситель, приходилось перекрывать подачу воздуха.
Массу дров, загруженных в котёл не замеряли, но, зная размеры камеры горения ДхШхВ: 0,7х1х1М, можно прикинуть их объем. С учётом коэффициента плотности укладки это 0,3 ... 0,5 куба.
После сгорания одной полной загрузки, золы в зольнике образуется не более одного литра. То есть, сгорает почти всё.
Что бы быть уверенными в цифрах по характеристикам, мощность замеряли теплосчётчиком, так что тут всё точно.
Должен сказать, что во время этих испытаний с котла натекло жидкого дегтя примерно 10 литров. Это побочный эффект пиролиза, с которым приходится мириться.
Ниже фото котла. Фото сделаны не одномоментно, поэтому в контруктиве есть отличия. Фото 1 и 2 более поздние.
Фото 1. Вид спереди.
Фото 2. Изометрия.)
Фото 3. Процес загрузки.
Фото 4. Полная загрузка.
Так же во время этих испытаний замерял пирометром температуру на всех поверхностях котла, и сделал вывод, что двигатель Стирлинга нужно устанавливать в другое место, так как там, где планировал изначально, температура маловата. Будем его ставить непосредственно на выходе дымовых газов из топки.
В остальном почти всё хорошо:
Дверь загрузочного люка не дымит и это плюс.
Температура газов на выходе из котла 97 ...115 градусов по Цельсию. Это говорит о высоком КПД и о том, что нужно будет утеплить дымовую трубу, что бы зимой она не заросла конденсатом.
Есть незначительные косяки по конструкции, но они исправимы без привлечения существенных финансовых вливаний и существенных затрат времени.
Расчётной максимальной тепловой мощности 200 кВт, получить не удалось, так как рассеять такое количество тепла в летнюю жару проблемно и дорого. На максимальную мощность будем пробовать выйти зимой в морозы.
В режиме паро-генератора, при загрузке топки примерно на 80%, ломом ДСП (отходы производства местной мебельной фабрики), котел отработал 10 ч 15 мин, генерируя пар с производительностью 0,2...0,5 тонны в час. Для работы пропарочных камер небольших производств ЖБИ этого, наверное, достаточно. Кто в этой теме, пишите. Так же можно обеспечивать паром и химамы на базах отдыха)). Получится значительно дешевле чем парогенератором на природном газе или электричестве.
В ближайших планах испытать котёл в режиме самохода (без насосов). В теории, так он тоже должен работать, так как трубчатые теплообменники должны выполнять роль множественной петли Кихельмана. Проведём эти испытания после завершения работы над ошибками, при приемлемой температуре воздуха за бортом.
Сейчас занимаемся:
- работой над ошибками по котлу, устраняя мелкие косяки;
- изготовлением новых, унифицированных колосников для сжигания угля и дров;
-изготовлением колосников для сжигания опила. У нас древесный опил - это более чем халявное топливо. За его утилизацию могут доплачивать. И доставлять бесплатно.
- изготавливаем двигатель Стирлинга. Сварили картер, изготовили шатуны, закупили основную массу комплектующих и материалов.
Фото 5. Картер двигателя Стирлинга.
Фото 6. Картер двигателя Стирлинга.
Фото 7. Шатуны двигателя Стирлинга.
- параллельно веду переговоры с изготовителями двигателей Стирлинга из Челябинска. У них сейчас серийно выпускается линейка на 0.2, 1 и 2 кВт. Это уже готовые решения (мотор + генератор). Планируют поставить на серию моторы ещё на 5 и 10 кВт. Те, что уже выпускаются, на котел можно поставить по три штуки. Один сзади на входе дымовых газов из топки и по одному на боковые стенки камеры горения под теплообменниками. Переговоры веду, но пока договоренности нет. Парни делают большой гос. заказ, и им пока не до меня. Применение уже готового и проверенного временем двигателя Стирлинга, ускорило бы процесс создания мини ТЭЦ, но двигаться по этому пути пока не получается.
Что касается перспектив по продажам.
Уже есть желающие разместить заказы, как на котёл, так и на мини ТЭЦ. Но, я, пока не готов к принятию заказов, так как изделие ещё не готово к серийному производству по следующим причинам:
1. Не доделана работа над конструктивными ошибками;
2. Не проведены все запланированные испытания;
3. Ещё не разработан технический паспорт изделия;
4. Не посчитана себестоимость изготовления и соответственно цена. Себестоимость серийного изделия нужно считать, ориентируясь на цены комплектующих при оптовых закупках, так как от розничных, они могут отличаются в 0,5 … 10 раз. Если брать очень грубо, то пока цена котла выходит 1 – 1,7 миллиона рублей.
Прикладываем все усилия, что бы к концу июля завершить работу над ошибками и с августа начать принимать заказы, пока только на котёл.
Перед началом отопительного сезона в котельной установим видеокамеру с передачей видео, в режиме реального времени на наш сайт и возможно в наш канал в Телеге и (или) МАХ. Каждый, кому интересно, сможет посмотреть.
Потенциальные покупатели ждут начала производства и даже торопят. Их можно понять. Не в простое время живём. То, что ещё год назад воспринималось как само собой разумеющееся, сегодня становится ограниченно - доступным, с не ясными перспективами по доступности. В связи с этими факторами некоторые мои знакомые, наблюдая за развитием ситуации в стране, имея газовое отопление, и как резерв электро-котёл, ставят ещё один резервный источник тепла, на дровах или отработке и заливают в систему отопления незамерзающий теплоноситель. А так же запасаются топливом для бензо-негератора или дизель-генератора.
Можно сказать что, прагматичные люди уже пришли к пониманию того, что в современных реалиях, нашего бытия, иметь свой, полностью автономный источник тепла и электроэнергии, не зависящий от газа и нефтепродуктов, стало жизненной необходимостью. Особенно русской зимой. Такие дела…
Признателен всем, кто наблюдает за моим проектом и оказывает посильную помощь советами и финансово. Отдельная благодарность человеку оказавшему достаточно существенную финансовую помощь. Это реально помогает и ускоряет процесс.
Напоминаю, что изготавливаем опытный образец мини ТЭЦ на базе твердотопливного пиролизного котла и двигателя Стирлинга (внешнего сгорания). Всё делаем самостоятельно. Сами проектируем и сами изготавливаем. Кое что в кооперации с давними партнёрами.
Так же напомню расчетные характеристики изделия: Максимальная тепловая мощность 200 кВт. Номинальная 40...70 кВт. Попутная выработка электро энергии примерно 2 кВт при постоянном напряжении 24 или 12 Вольт. Рабочий объем Стирлинга чуть менее 2 литров.
На данный момент времени, по котлу заметных изменений нет. Но работа идёт. Варим теплообменники. Большая часть уже готова к установке в котел.
Планировал сварить их за одну неделю, но похоже эта работа продлится 2-2.5 недели. Очень трудоёмкими они оказались. Сварка, контроль герметичности, заплавка обнаруженных утечек... В общем, если делать серийно, то для увеличения производительности труда, есть смысл подумать над изменением их конструкции. Как вариант, можно делать из листа, по типу сваренных плоских радиаторов отопления, какие были в СССР. Если кто-то сталкивался с таким решением, интересно ознакомиться с данным опытом в комментариях.
Пока парни варят теплообменники, я занимаюсь оптимизацией конструкции Стирлинга, и адаптацией его деталей под наши технологические возможности, и возможности наших партнёров. Некоторые детали будем делать в кооперации с ними. Так же занимаюсь решением прочих технических и экономических вопросов, связанных с реализацией данного проекта.
За время этой работы появилось понимание того, как сделать линейный Стирлинг, с таким же рабочим объемом, и встроенным линейным генератором. Себестоимость его изготовления, при серийном производстве, получится значительно ниже чем классического с кривошипом. Габариты у него тоже меньше. Но ремонто-пригодность будет почти нулевая. То есть своими руками, на коленке не отремонтировать. Чего не скажешь о классическом варианте с кривошипом, для ремонта которого почти всё можно купить в авто-магазине. Поршни от ВАЗ, генератор и ремень генератора, подшипники и прочие расходники не являются дефицитным товаром.
По деньгам, очень примерно, при мелко серийном производстве получаются такие цифры: Линейный Стирлинг - 120 000₽ Классический с кривошипом - 360 000₽ Разница ощутимая.
И вот главный вопрос: что сейчас нужно потенциальному покупателю?
Вариант 1. Сравнительно дешёвое и не ремонтно- пригодное решение?
Вариант 2. Решение подороже, но ремонтно- пригодное, с понятной механикой и доступными запчастями и расходниками?
Пишите в комментариях. Этот вопрос интересен многим, кто занимается изготовлением оборудования.
Если тема вам интересна, буду благодарен за поддержку проекта (это реально помогает). Или можно просто следить. Впереди самое интересное - пуск, замеры характеристик, сравнение с расчетами. Следующий пост будет уже ближе к запуску котла.
Большое спасибо всем кто помогает финансово! Даже небольшая помощь реально ускоряет запуск испытаний.
А пока по котлу идёт работа — частично закупили трубы для теплообменников, сейчас они в обработке — я решил не терять время и сделать проверочный расчёт.
Фото 1. Схема котла. Красным — зона активного горения, зелёным — топливо в пиролизе
интересно было понять: насколько по расчетам сходится энергия топлива и способность теплообменника эту энергию снять.
Схему котла приложил на первом фото:
красная зона — активное горение
зелёная — топливо в пиролизе
В верхней части топливо не горит из-за нехватки кислорода, но при нагреве выделяет пиролизный газ. Этот газ догорает ниже и уже отдаёт основную часть энергии в теплообменник.
Фото 2. Трубы теплообменников.
Что получилось по расчётам
Считал максимально просто — «на коленке», в тетрадке.
Взял: объём топлива, массу топлива, теплотворную способность, площадь теплообменников
В итоге получил интересную картину:
Как будь то бы по расчетам теплообменники не успевают забрать всё тепло!
Разница между: тем, что выделяет топливо и тем, что может снять котёл составила примерно 25%.
Фото 3. Исходные данные и прикидка по объёмам топлива и теплообменникам.
Где у меня возникают вопросы. Есть несколько мест, где теория и практика начинают расходиться:
1. Коэффициент пиролиза
В теории: +10…20% к эффективности
По моим наблюдениям: может доходить до +100…150%, но только при наддуве
Тут явно нужно проверять на практике.
Фото 4. Расчёт максимальной тепловой мощности от топлива.
2. Плотность укладки топлива
Это вообще «живая» величина: зависит от фракции, от способа загрузки. И заранее точно не считается.
Фото 5. Проверка по времени горения и реальной мощности.
Вывод на текущий момент
Расчет показал: что, либо котел в максимальном режиме будет закипать или работать с низким КПД и нужно дорабатывать теплообменник. Либо допущения в расчетах где то сильно плавают.
И, скорее всего, присутствует всё сразу.
Фото 6. Естественно все мои расчеты проверял главный инспектор проекта. Не смог осилить и уснул)
Что дальше
Теперь это всё нужно проверять в железе.
План: собрать теплообменники, врезать котёл в систему, снять реальные показатели
Только испытания покажут, где правда.
Следующий пост хочу сделать про двигатель Стирлинга: расчёт, компоновка.
Если тема интересна — разберу это подробно в следующем посте.
Буду рад комментариям, особенно от тех, кто сталкивался с пиролизными котлами или делал подобные расчёты.
Как и обещал в предыдущем посте, выкладываю фотографии очередного этапа сборки прототипа мини-ТЭЦ.
Фото 1. Общий вид прототипа. Для масштаба рядом присутствует главный инспектор проекта — кот J
На текущий момент на котёл смонтированы основные корпусные элементы из листового металла, установлен теплообменник колосника и сам колосник для работы на обычных дровах.
Фото2. Камера загрузки топлива. Дверь получилась тяжёлая — пришлось делать мощные петли и регулировку прижима.
Для других видов топлива (опил, торфяные брикеты и т.п.) потребуется колосник немного другой конструкции — его будем делать отдельно после первых испытаний.
Фото 3. Каркас и камера сгорания. Здесь будет формироваться пиролизный газ.
По самому котлу осталось изготовить и установить трубчатые теплообменники, после чего можно будет подключать установку к системе отопления и проводить полноценные испытания.
План такой:
врезать котёл в систему отопления
подключить теплосчётчик
снять реальные характеристики по тепловой мощности
проверить длительность горения одной закладки
Очень хочется успеть провести испытания в этом отопительном сезоне, чтобы не ждать следующую зиму.
Если всё пойдёт по расчётам, установка должна выдавать примерно:
70–100 кВт тепловой мощности в рабочем режиме
до 200 кВт пиковой
Следующий этап проекта — установка двигателя Стирлинга и генерации электроэнергии (1,5–2 кВт).
Пока проект полностью делается за счёт ресурсов нашего небольшого производства, но сейчас как раз дошли до этапа, где нужно немного ускориться с закупкой материалов для теплообменников.
По расчётам, чтобы закрыть этап с котлом и выйти на испытания, потребуется примерно 130 000 ₽.
Если среди читателей есть те, кому интересен сам проект и кто хочет его поддержать — буду искренне благодарен. Даже небольшая помощь реально ускорит запуск испытаний.
В знак благодарности решил сделать так: если проект в итоге дойдёт до серии и кто-то из поддержавших захочет приобрести такую установку — для владельцев квитанций о переводе сделаем существенную скидку.
В любом случае постараюсь подробно показывать весь процесс: расчёты, испытания, ошибки и результаты.
Приветствую! Благодарю всех за внимание к моему проекту. Особую благодарность выражаю тем, кто писал отзывы, пребывая в хорошем настроении. Прошу прощения за то, что не смог ответить всем. Не хватает на это времени.
В первой публикации, возможно я не правильно изложил свои мысли о назначении изготавливаемой мной мини ТЭЦ, либо меня не все правильно поняли. Поэтому поясняю: основная задача агрегата - это выработка тепла, второстепенная задача - генерация электроэнергии, в количестве, достаточном для питания циркуляционного насоса в системе отопления, питания дежурного освещения в цехе, питания видеонаблюдения, плюс ещё немного мощности на холодильник и прочие бытовые приборы или же энергоснабжение средне-статистического домохозяйства. Если брать домохозяйство то, например, у меня в частном доме, зимой средне суточный расход электроэнергии 1.15 кВт/час. При этом постоянно работает компрессор для септика, один электо-конвектор и водонагреватель на 100 литров (включается периодически). Остальные электроприборы (чайник, микроволновка, все лампочки, телевизор, который включаем только в новый год, и пр.) включаются по мере необходимости, и если всё включить сразу потребление поднимается до 3,5 ... 4 кВт/час. То есть во время пиковой нагрузки, мощность можно взять из массива АКБ через инвертор для солнечных панелей. В цехе, производственные мощности у нас запитаны от городских сетей, которые время от времени аварийно, нас, и не только нас, отключают. Бывает на долго. В отопительный сезон, особенно в морозы за -30, это напрягает. Поэтому я решил попробовать решить проблему таким образом. По сравнению с подключением объекта к газу, это в десятки, если не сотни, раз дешевле. Тем более опил и щепу мне могут привозить в огромном количестве, ещё и доплачивая за утилизацию этих отходов производства.
Брать тепло с котла всегда только на максималке, это не правильно, а вот в номинале вполне приемлемо. В номинале загружать его нужно примерно через 12 часов. На минималках можно и сутки протянуть.
Теперь коротко о Стирлинге. Планирую пока сделать 2-х цилиндровый, но предусмотрел возможность сделать из двух, 2-х цилиндровых один рядный 4-х цилиндровый, состыковав их. Горячую часть размещу в главном теплообменнике котла, поближе к зоне горения. Холодную часть цилиндров будем охлаждать теплоносителем, отбираемым с обратки отопления. Если его температура будет высоковата, поставлю дополнительный радиатор (ы) или пущу через атмосферу (через улицу). В этом случае теплоноситель в системе естественно поменяем на антифриз или что то не замерзающее.
Мотор получается большим и тяжёлым, поэтому возможно изменю его конструкцию. Идею, как это сделать подсказал подписчик с ником mynicknameis.EI. Ему отдельное спасибо. Вот такая задумка. Фото и немного видео ниже.
Теперь по откатным воротам, так как по ним были настоятельные рекомендации не изобретать велосипед. С тем, что решения для откатных ворот существуют и не нужно изобретать велосипед, я абсолютно согласен. Но, что делать если этот "велосипед" не едет в определенных климатических условиях? Жить и страдать? Скажем прямо - это так себе перспектива.
В общем дело было так. В 2018 году ко мне обратился один хороший человек с просьбой сделать ему откатные ворота, с требованием что бы они безотказно работали в любую погоду и время года. Проживаем мы на Среднем Урале. Зимой тут холодно и снежно. Например зимой 2023-2024 года температура опускалась до - 52 по Цельсию. Слава богу что такое бывает редко. Обычно морозит не ниже -37. Изучив опыт людей, эксплуатирующих откатные ворота на П-образной закрытой балке понял что для нашего климата это не вариант, если ворота должны быть отказо-устойчивыми. Люди сталкивались с такими проблемами: 1. В метель, в полость П-образной балки, через щель наметает снег и по этой причине система клинит, обычно утром, когда нужно выезжать из дома. 2. Со временем в сепаратор подшипников опорных роликов проникает коррозия, что тоже приводит к заклиниванию системы. Нужно сказать, что сейчас эта проблема решена применением подшипников из нержавейки. Но проблема номер 1 осталась и является врождённым конструктивным недостатком, и без полного изменения конструкции не решается.
В общем решили мы сделать всё иначе. А именно, свою систему на рельсах в виде ромба и с ледокольными роликами. Идеально сделать получилось не сразу. Допиливали ещё по результам испытаний проводимых осенью и зимой. Сейчас система работает без проблем в любую погоду, в любые морозы. Что бы ворота открывались в морозы меняем смазку в подшипниках роликов на морозостойкую. Кстати, для надёжности, в качестве подшипниковых узлов, мы применили ступицы задней оси от ВАЗ 2108. Вернёмся к смазке. Обычный литол в - 17 уже заметно теряет пластичность, в - 27 становится как пластик. Морозостойкая литевая смазка, остаётся пластичной до -40. Есть ещё силиконовая смазка с морозостойкостью до - 60. Её тоже применяем. Ниже фото и видео. На одном из видео мой сын, ему 15 лет, откатывает подвижную часть ворот массой 430 кг, длинной 9 М при температуре -15 градусов. И на втором видео работа роликов по снегу на рельсах. На третьем проведение замеров силы, необходимой для сдвига подвижной части при температуре -37 градусов. Если что, max усилие 29.95 кг. Это хороший результат. Для удобства транспортировки до заказчика, упаковка системы имеет габариты 3х1.1х1.1 М и массу около 660 кг. Это позволяет её транспортировать на ГАЗели. Лежачий фундамент, позволяет монтировать ворота в любое время года за 4...8 часов, если позволяет погода. Вот такое изделие мы запустили в производство.
Надеюсь доступно пояснил что не все велосипеды одинаковы и при желании и возможности, можно сделать велосипед получше. Заранее извиняюсь за опечатки в тексте, если таковые обнаружатся.
