Бестопливный монотермический генератор

(Вечный двигатель 2-ого рода)

 

The monothermal generator without fuel

(Perpetuum mobile of the second sort)

 

(Не работает!)

(Does not work!)

 

На главную   Home

 

 

В конце лета 2006г. в интернете мне попалась работа Володько Ю. И. "Ламинарное истечение сжатого воздуха в атмосферу и бестопливный монотермический двигатель". Для просмотра потребуется программа DjVuSolo. В данной работе автор произвел ряд экспериментов по истечению сжатого воздуха (характерное избыточное давление 30кПа) в атмосферу через узкое щелевое сопло (характерная толщина щели сопла 100мкм, характерная длина щели по ходу потока воздуха 1мм) и показал, что энергия тяги такого сопла на единицу расхода воздуха через сопло превышает энергию, затраченную на сжатие этого воздуха в компрессоре, в 2…5раз. Из выводов автора следует, что эта избыточная энергия берется за счет преобразования части тепловой энергии, рассеянной в воздухе, в механическую энергию, и может быть преобразована в полезную работу.

Володько Ю. И. предложил конструкцию двигателя, состоящего из осевого многоступенчатого компрессора и расположенного с ним на одном валу т.н. турбодетандера, представляющего собой "беличье колесо", с распложенными по его окружности щелевыми соплами, выхлоп которых направлен по касательной к окружности колеса. Т.о. суммарная тяга от множества щелевых сопел должна создавать крутящий момент на валу турбодетандера, приводить во вращение компрессор и обеспечивать избыточную работу, которую можно использовать для привода внешних потребителей. К сожалению, сам Володько не успел проверить свои теории на практике – в августе 2006г он скончался в возрасте порядка 70 лет.

Я решил создать макет такого двигателя из имеющихся в широкой доступности средств и проверить теорию Володько Ю. И. Однако, вместо жесткой связи между турбодетандером и компрессором, я решил использовать очень гибкую связь - передачу потока энергии посредством электрической энергии. Такая связь способна обеспечить плавную регулировку взаимодействия этих двух агрегатов и достижение оптимального режима работы одновременно и в турбодетандере, и в компрессоре. Т.о. повышается вероятность успеха.

Итак, схема установки приобретает следующий вид: компрессор приводится во вращение электродвигателем, воздух от компрессора поступает в турбодетандер, турбодетандер приводит во вращение электрогенератор, генератор через схему управления питает электромотор компрессора. Избыток энергии турбодетандера отводится в нагрузку (к потребителю) в виде части электроэнергии, вырабатываемой электрогенератором.

В установке использован одноступенчатый центробежный компрессор от бытового пылесоса, приводимый во вращение коллекторным электродвигателем (~220В).

At the end of a summer of 2006 on the Internet Yuriy Volodko's work "the Laminar outflow of compressed air in an atmosphere and the monothermal engine without fuel" has got to me. For viewing the program DjVuSolo is required. In the given work the author has made a number of experiments on the outflow of compressed air (typical overpressure of 30kPa) for an atmosphere through narrow slot-hole nozzles (typical gap of a slot of the nozzle of 100um, typical length of the slot on a course of air of 1mm) and has shown, that energy of traction of such nozzle on unit of the flow rate of air through the nozzle exceeds the energy spent for compression of this air in the compressor, in 2 … 5 times. From conclusions of the author follows, that this superfluous energy appears due to transformation of a part of thermal energy of air, in mechanical energy, and can be transformed into useful work.

Yuriy Volodko has offered a design of the engine consisting of the axial multistage compressor and placed with it on a shaft so-called turbo-expander, representing "the squirrel cage", with the slot-hole nozzles placed on its circle which exhaust is directed on a tangent to a circle of a wheel. Thus, total traction from set slot-hole nozzles should create rotational moment on a shaft of the turbo-expander, to rotate the compressor and to provide additional work which can be used for a drive of external consumers. Unfortunately, Jury Volodko has not had time to check up own theories in practice - in August of 2006 he has died in the age of the order of 70 years.

I have decided to create a model of such engine from available means and to check up Yuriy Volodko's theory. However, instead of rigid connection between the turbo-expander and the compressor, I have decided to use very flexible connection - transfer of a stream of energy by means of electric energy. Such connection is capable to provide fine adjustment of interaction of these two units and achievement of an optimum operating mode simultaneously both in the turbo-expander, and in the compressor. Thus the probability of success raises.

So, the scheme of plant gets the following kind: the compressor is dived in rotation by the electric motor, air from the compressor enter in the turbo-expander, the turbine drives the electric generator, the generator through the electric circuit provides power supplies of the motor of the compressor. Additional energy of the turbo-expander is transferred to the loading (to the consumer) as a part of the electric power, generate by the electric generator.

In the plant the one-stage centrifugal compressor from the household vacuum cleaner, driving by the commutator motor is used.

      

Поток воздуха от компрессора направляется в турбодетандер через автомобильный датчик массового расхода воздуха. Давление воздуха измеряется датчиком давления. Испытания показали, что данный компрессор обеспечивает давление при работе на замкнутый объем свыше 30кПа и расход воздуха на открытый выход свыше 220кг/ч. При этом потребляемая электрическая мощность находится в районе чуть более 1кВт.

Турбодетандер через ременную передачу приводит во вращение автомобильный электрогенератор, рассчитанный на напряжение 14В при токе 100А.

The stream of air from the compressor goes to the turbo-expander through the automobile sensor of the mass flow rate of air. Pressure of air is measured by the sensor of pressure. Tests have shown, that the given compressor provides pressure at work on the closed volume from above of 30kPa and the mass flow rate of air on an open output over of 220kg/h. At that consumed electric power is in area hardly more of 1kW.

The turbo-expander through a belt drive rotates the automobile generator designed for a voltage of 14V at a current  of 100A.

  

Электроэнергия от генератора при напряжении 14В поступает через распределительный щиток на электродвигатель компрессора. Чтобы согласовать напряжение генератора с напряжением электродвигателя компрессора, рассчитанным на 220В, используется импульсный повышающий преобразователь, размещенный в баке компрессора и охлаждаемый потоком прокачиваемого через установку воздуха. Т.о. тепловые потери, возникающие в электродвигателе компрессора и повышающем преобразователе, возвращаются в поток воздуха.

The electric power from the generator at voltage of 14V is transferred  through switchboard on the electric motor of the compressor. To adapt voltage of the generator to voltage of the electric motor of the compressor, designed on 220V, the step-up inverter placed in the tab of the compressor and cooled by a stream of air streaming through plant is used. Thus, the thermal losses arising in the electric motor of the compressor and the step-up inverter, come back in a stream of air.

      

Повышающий преобразователь имеет возможность ШИМ регулирования электрической мощности на электродвигателе компрессора в пределах 0…100% с шагом 2%.

Для начального запуска установки имеется гелевый свинцово-кислотный аккумулятор 12В 17Ач, который должен обеспечивать раскрутку компрессора, турбодетандера и генератора до тех пор, пока генератор не выйдет на номинальный режим работы и не обеспечит электропитание всей установки.

The step-up inverter has opportunity of PWM regulation of electric power of the electric motor of the compressor within the limits of 0…100 % with step of 2 %.

For initial start of plant is present the lead-acid accumulator 12V 17Ah which should provide spin up of the compressor, the turbo-expander and the generator until the generator will leave on a nominal rating and will provide power supplies of all plant.

В номинальном режиме генератор должен обеспечивать электропитание компрессора и подзарядку аккумулятора. Избыток электрической мощности, вырабатываемой генератором, выводится к нагрузке при напряжении 14В через клеммы на электрощитке.

В установке измеряются следующие параметры: напряжение на аккумуляторе, напряжение на клеммах электрогенератора, напряжение на клеммах повышающего преобразователя электродвигателя компрессора, напряжение на клеммах нагрузки, ток электрогенератора, ток на входе повышающего преобразователя электродвигателя компрессора, ток нагрузки, давление воздуха в баке, массовый расход воздуха через установку, температура воздуха на входе в компрессор, температура воздуха на входе в турбодетандер, температура воздуха на выходе из турбодетандера, частота вращения вала турбодетандера, частота вращения вала электрогенератора. Значения остальных параметров рассчитываются на основе значений вышеперечисленных параметров.

In a nominal rating the generator should provide power supplies of the compressor and battery charging. The surplus of electric power made by the generator, is transferred to the loading (to the consumer) at voltage of 14V through connection terminal on an switchboard.

The following parameters are measured in plant: a voltage on the accumulator, a voltage on connection terminal of the generator, a voltage on connection terminal of the raising converter of the electric motor of the compressor, a voltage on connection terminal of loading (of consumer), a current of the generator, a current on an input of the step-up inverter of the electric motor of the compressor, a current of loading (of consumer), pressure of air in the tub, the mass flow rate of air through plant, temperature of air at the input of the compressor, temperature of air at the input of turbo-expander, temperature of air at the output of turbo-expander, speed of rotation of a shaft of the turbo-expander, speed of rotation of a shaft of the generator. Values of other parameters are calculated with use of values of the listed parameters.

Для исключения влияния на точность измерения контролируемых параметров падений напряжения на силовых проводах и импульсных помех от повышающего преобразователя электродвигателя компрессора, измерения аналоговых сигналов (таких как напряжения, токи, температуры, давление и массовый расход воздуха) производятся местными микроконтроллерами, преобразующими аналоговый сигнал от датчиков в последовательный цифровой код, передаваемый по интерфейсам SPI на главный модуль управления, и расположенными в непосредственной близости от датчиков. Микропрограммы для микроконтроллеров написаны на языке программирования Algorithm Builder.

To exclude influence of voltage drops on power wires and impulse noise from the step-up inverter of the electric motor of the compressor on accuracy of measurement of controllable parameters, measurements of analog signals (such as voltages, currents, temperatures, pressure and the mass flow rate of air) are made by local microcontrollers, converting an analog signal from sensors in the serial digital code transmitted on interfaces SPI on the main module of management, and located in immediate proximity from sensors. Firmware for microcontrollers are written in the programming language Algorithm Builder.

                                 

Для того, чтобы дать возможность турбодетандеру совместно с электрогенератором раскрутиться в момент запуска, предусмотрен силовой ключ, отключающий электрогенератор от остальной электросхемы. Т.о. электрогенератор остается без нагрузки и сам не представляет существенной нагрузки для турбодетандера. После выхода электрогенератора на номинальный режим ключ должен включиться и подключить электрогенератор к электросхеме. Такой же ключ предусмотрен для подключения к электросхеме нагрузки (потребителя).

To enable to be spin up turbo-expander together with the generator at the moment of start, the power switch disconnecting the generator from other electro circuit is stipulated. Thus the generator remains without loading and itself does not represent essential loading for the turbo-expander. After achievement by the generator of a nominal rating the power switch should turn on and connect the generator to the electro circuit. The same power switch is stipulated for connection to the electro circuit of loading (of consumer).

  

Компоненты электросхемы, не связанные с определенными местными датчиками, конструктивно объединены в электрощиток. В этом электрощитке располагается и главный модуль управления, обеспечивающий работу всех систем и связь с персональным компьютером.

The components of the electro circuit which has been not connected to certain local sensors are structurally incorporated into a switchboard. There is a main control module in this switchboard. The main control module ensures the functioning into all systems and communication with a personal computer.

         

 После сборки компрессорного модуля и основной части электросхемы, были проведены испытания компрессора, и по полученным данным произведен расчет турбодетандера. В расчете использовались выражения, полученные Володько Ю.И., в которые были подставлены результаты испытаний компрессора (массовый расход воздуха и давление воздуха перед турбодетандером при оптимальном энергопотреблении электродвигателя компрессора) и параметры нагрузки (электрогенератора). Конструкция турбодетандера разработана в программе Solid Works.

After assembly of the compressor module and the basic part of the electro circuit, tests of the compressor have been executed, and on the findings calculation of the turbo-expander is made. In calculation the expressions received Yuriy Volodko were used. In these expressions results of tests of the compressor have been used (the mass flow rate of air and pressure of air at the input of turbo-expander at the optimum power consumption of the electromotor of the compressor and parameters of loading (the generator)). The construction of the turbo-expander is developed in Solid Works.

            

Несущий диск турбодетандера изготовлен из цельного куска листового металла путем токарной обработки и последующего фрезерования. На внешней поверхности диска отфрезерованы прорези специальной формы, образующие ряд выступов, к внешней поверхности которых затем приклеены дополнительные пластинки, образующие щелевые сопла. Размеры полученных сопел: толщина зазора примерно 100мкм, длина по ходу воздуха 0.25-0.35мм.

The load-bearing disk of the turbo-expander is made from a whole piece of sheet metal by turning processing and the subsequent milling. On an external surface of the disk slot of the special form are milled. Slots form a number of ledges to which external surface are glued additional plates, forming slot-hole nozzles. The dimensions made nozzles: thickness of a gap approximately 100um, length on a course of air 0.25-0.35mm.

         

С торцов диск турбодетандера закрыт боковыми дисками, предотвращающими утечку воздуха мимо щелевых сопел.

The disk of the turbo-expander from end faces is closed by lateral disks preventing outflow of air by slot-hole nozzles.

  

Немаловажной проблемой, которую предстояло решить при конструировании подвески турбодетандера – обеспечение минимального зазора между вращающимся диском турбодетандера и неподвижным патрубком, подводящим к нему воздух от компрессора. Минимальный зазор необходим для снижения паразитных потерь сжатого воздуха. Из возможных вариантов была избрана конструкция с центральным креплением входного патрубка на оси турбодетандера. Несмотря на добавление еще двух подшипников, только такая конструкция в ее практической реализации может обеспечить равномерность и минимальность рассматриваемого зазора.

Important problem which should be solved at designing a suspension bracket of the turbo-expander - provision of the minimal gap between a rotating disk of the turbo-expander and the motionless branch pipe bringing air from the compressor. The minimal gap is necessary for reduction of parasitic losses of compressed air. From possible variants the configuration with the central fastening an entrance branch pipe on an axis of the turbo-expander has been elected. Despite of addition of two bearings, only such design in its practical realization can provide uniformity and a minimality of a considered gap.

  

Патрубок турбодетандера изготовлен из композитных материалов на основе медицинского бинта, эпоксидного клея "Хват" и металлических вставок.

The branch pipe of the turbo-expander is made from composit materials on the basis of medical bandage, epoxy adhesive "Khvat" and metal parts.

      

Турбодетандер в сборе с подвеской. Отверстие в патрубке турбодетандера необходимо для крепления датчика температуры воздуха перед турбодетандером.

The turbo-expander mounted with the suspension bracket. The hole in a branch pipe of the turbo-expander is necessary for installation of the sensor of temperature of air at the input of turbo-expander.

  

Для управления установкой разработано программное обеспечение для ПК, позволяющее производить управление ШИМ повышающего преобразователя компрессора и силовыми ключами электрогенератора и нагрузки, снимать показания со всех датчиков, выводить результаты измерений всевозможных параметров на экран, а также производить их запись в реальном времени на жесткий диск ПК ("Черный ящик"). Программное обеспечение выполнено в среде Borland C++ Builder.

For management of the plant the software for the personal computer is developed, allowing to make management PWM of the step-up inverter of the compressor and power switches of the generator and load, to take registrations from all sensors, to display results of measurements of every possible parameters, and also to make their real time record to the hard disk of a personal computer ("Flight recorder"). The software is developed in Borland C ++ Builder.

Долгожданные испытания установки в сборе, проведенные в феврале-марте 2007г., показали ее полную неработоспособность. При постоянной мощности компрессора на уровне 1.2кВт с отключенным ключом электрогенератора вал турбодетандера достигает скорости вращения порядка 3000об/мин за несколько минут разгона (питание установки осуществлялось от внешнего источника электроэнергии, т.к. собственного аккумулятора при такой мощности компрессора и, соответственно, потребляемом от аккумулятора токе порядка 120А, хватает лишь на 20…30 секунд). Расчетная скорость вращения турбодетандера – порядка 9…12 тысяч об/мин, причем под полной нагрузкой со стороны электрогенератора. Дальнейшие эксперименты с установкой показались мне бессмысленны – слишком велика разница между затрачиваемой и полезной мощностью, причем не в пользу последней. Проект был закрыт.

The long-expected tests of a ready plant executed in February - March of 2007, have shown its full nonoperability. At constant power of the compressor at a level 1.2kW with the switched-off key of the generator the shaft of the turbo-expander achieves speed of rotation about 3000r/min in some minutes of spin up. At this time power supplies of plant were have been taken from an external source of power supplies since own accumulator at such power of the compressor and, accordingly, a current consumed from the accumulator about 120A, suffices only on 20…30 seconds. The calculation speed of rotation of the turbo-expander - about 9…12 thousand r/min, and under full load by the generator. The further experiments with plant have seemed to me are senseless - the difference between spent and useful power is too great. The project has been closed.

 

Изготовление всех без исключения деталей, печатных плат, электронных блоков, сборка и опробование установки проводилось в моей квартире, на 10-ом этаже обычного 14-ти этажного жилого дома.

Manufacturing of all details, printed circuit boards, electronic blocks, assembly and test operation of plant has been occured in my flat, on 10-th floor usual 14 floor apartment house.

 

 

Меньшиков Ярослав Андреевич, 2006-2007г.

Yaroslav Menshikov, 2006-2007.

Menshikov-Y@yandex.ru

 

  Получите 50000 посетителей на свой сайт!!! Кликните на "БЕГУН"

 

На главную   Home

 

Приложение

The appendix

 

Для изготовления деталей использовались следующие инструменты: токарный станок "Корвет-403", сверлильный станок "Корвет-42", сварочный аппарат "GysMi Inverter 183" для ручной дуговой сварки плавящимся электродом с покрытием, аккумуляторная дрель-шуруповерт "Makita", электролобзик "Makita", ручная дрель "Kress", стусло, немецкий ручной роликовый труборез, набор коронок по стали, щетка с металлической щетиной, ручной инструмент (молоток, отвертки, гаечные ключи и т.д.).

Подшипники подвески турбодетандера – от электрогенератора автомобиля ВАЗ-210х, бак компрессора – воздушный ресивер от автомобиля "КАМАЗ", воздушный фильтр на входе в компрессор – от автомобиля "Волга".

Входной патрубок компрессора и выходной патрубок бака компрессора изготовлены из листовой стали толщиной 1мм (стенка от старой стиральной машинки) путем раскатки на токарном станке небольшим шариковым подшипником, закрепленном на оправке вместо токарного резца.

For manufacturing details the following tools were used: a lathe "Khorvet-403", a drilling machine " Khorvet-42", a welder "GysMi Inverter 183" for manual arc welding by a consumable electrodes with a covering, a drill-screwdriver "Makita", an electro fretsaw "Makita", a manual drill "Kress", German manual roller pipe cutter, a set of metal crowns, a brush with a metal bristle, the hand tool (a hammer, screw-drivers, screw keys, etc).

Bearings of a suspension bracket of the turbo-expander - from the generator of the automobile "VAZ", a tub of the compressor - an air receiver from automobile "KAMAZ", the air filter at the input of the compressor - from automobile "Volga".

The inlet pipe of the compressor and outlet pipe of a tub of the compressor are made from sheet steel of thickness 1mm (a wall from the old washing machine) by rolling-off on the lathe by the small ball bearing fixed on the arbor instead of a lathe tool.

            

Каркас установки выполнен из квадратных (30х30мм) и круглых (3/4") труб.

The skeleton of plant is executed from square (30х30mm) and round (3/4") pipes.

  

При сборке узлов и элементов установки активно использовались различные типы двухкомпонентного эпоксидного клея. Для отмывки деталей перед склеиванием от машинного масла, использовавшегося для смазки и охлаждения инструмента при механической обработке, активно применялся раствор моющего средства "Fairy".

At assembly work of units and elements of plant various types two-component epoxy adhesive were actively used. For washing of details from machine oil before gluing, the solution of a cleaning liquid "Fairy" was actively used.

  

Для фрезерования прорезей в диске турбодетандера пришлось сделать специальную фрезерную надстройку для токарного станка. В ней использованы роликовые конические подшипники и большой шкив от автомобиля ВАЗ-210х, электродвигатель от стиральной машинки. При изготовлении станины для надстройки, из-за отсутствия необходимого оборудования пришлось отдать ее на ближайший завод для фрезерования некоторых поверхностей согласно моим чертежам, что мне обошлось далеко не бесплатно. Полученная, тем не менее, фрезерная надстройка крепится на суппорте токарного станка вместо резцедержателя.

For milling slits in a disk of the turbo-expander it was necessary to make a special milling superstructure for the lathe. In it roller tapered bearings and a sheave from the automobile and the electric motor from the washing machine are used. At making a housing  for a superstructure, because of the lack of the necessary equipment it was necessary to give it on the nearest factory for milling some surfaces according to my layouts. The milling superstructure fastens on the support of the lathe instead of tool head.

            

Следующим этапом стало изготовление устройства, позволяющего проворачивать и фиксировать шпиндель токарного станка в заданном положении (нечто вроде поворотного стола). Было принято решение использовать червячную передачу. Червячная пара изготовлена на токарном станке, зубья червячного колеса нарезаны метрическим метчиком М12, приводимым во вращение шуруповертом.

The next stage was making the device, allowing turning and fixing a spindle of a lathe in the set position (something like a rotary table). Was accepted decision to use a worm gear. The worm-and-worm pair is made on a lathe, cogs of worm wheel are cut by the metric tap M12 rotated by the electro screwdriver.

      

Наконец, для сверления отверстий была изготовлена специальная насадка на электродрель, зажимаемая вместо резца в токарный станок. Основным элементом насадки является подшипник от насоса охлаждения двигателя автомобиля ВАЗ-210х.

At last, for drilling holes the special nozzle on an electro drill has been made. The nozzle is inserted into a lathe instead of a lathe tool.

      

Т.о. токарный станок был дополнен самодельной оснасткой, позволившей изготовить диск турбодетандера.

Thus the lathe has been added with the self-made equipment, allowed to make a disk of turbo-expander.

 

Если Вам понравилась эта страница и Вы захотели сделать что-нибудь приятное ее автору, Вы можете перевести некоторое количество денег (например, 5 рублей) на его:

   - Яндекс-кошелек 41001208237816 (если Вы не знакомы с Яндекс-деньгами, прочитать о них можно здесь: http://money.yandex.ru/help.xml)

   - Рублевый кошелек Web-Money R321698343019 (если Вы не знакомы с Web-Money, прочитать о них можно здесь: http://webmoney.ru)

   - Долларовый кошелек Web-Money Z221081383770

   - Евровый кошелек Web-Money E248409543891

 

Спасибо за то, что посетили эту страницу!

 

На главную   Home

Hosted by uCoz