3.6. Размерные реактивные двигатели

Размерные реактивные двигатели — уменьшенные версии ранних полноразмерных двигателей

Также известны как миниатюрные газовые турбины или микроджеты.

Многие инженеры наслаждаются тем, что повторно создают копии больших инженерных достижений сегодняшнего дня в виде крошечных рабочих моделей. Идея повторного создания мощных двигателей, таких, как реактивные, вдохновляла любителей с тех пор, как были изобретены первые большие двигатели Хансом фон Охайном и Фрэнком Уиттлом в 1930-е.

Повторное создание машин другого размера — не простое занятие. Из-за закона квадрата-куба при изменении размеров, не многие машины ведут себя также, как их прототипы; в лучшем случае, это приводит к существенным потерям мощности или КПД, а, в худшем случае, машины вообще отказываются работать. Например, если сделать точную копию автомобильного двигателя, размером с человеческую руку, то он работать не будет.

Помня об этом, пионер современных микроджетов, Курт Шреклинг, создал первую в мире микротурбину, FD3/67. Этот двигатель производил силу тяги до 22Н и мог быть построен большинством людей с техническим мышлением при помощи базовых инженерных приспособлений, например, таких, как токарный станок. Его радиальный компрессор (холодный) маленький, и горячая осевая турбина подвержена большим центробежным силам, подразумевается, что дизайн ограничен числом Маха. Управляющие лопасти используются для удерживания пускового устройства, после рабочего колеса компрессора и перед турбиной. В пределах двигателя байпас не используется.

3.7. Микротурбины

Также известны как микротурбогенераторы и микротурбины

Отчасти, успех микротурбин обусловлен развитием электроники, делающей возможной работу оборудования без вмешательства человека. Микротурбины применяются в самых сложных проектах автономного электроснабжения.

Микротурбинные системы имеют множество преимуществ перед автономными электростанциями на базе поршневых двигателей: более высокая плотность мощности (с учетом занимаемой площади и веса), экстремально низкие эмиссии или всего несколько (или одна) движущихся частей. Микротурбины Capstone разрабатываются с воздушными подшипниками и охлаждаются воздухом без использования моторного масла и смазочно-охлаждающих жидкостей. Преимущество микротурбин также заключается в том, что большая часть выделяемой тепловой энергии сосредоточена в системе выхлопа с относительно высокой температурой в то время, как выделяемое тепло возвратно-поступательных двигателей распределяется между выхлопом и охлаждающей системой.Микротурбины могут работать на большей части промышленных топлив таких, как природный газ, пропан, дизельное топливо, и керосин, также могут использоваться возобновляемые виды топлива: E85, биодизель и биогаз.

Микротурбина имеет компрессор, одноступенчатую радиальную турбину, инвертор и рекуператор. Тепло дымовых газов может быть использовано для подогрева воды, воздуха, процессов осушения или в абсорбционно-холодильных машинах — АБХМ, которые создают холод для кондиционированния воздуха, используя бесплатную тепловую энергию, вместо электрической энергии.

КПД типовых микротурбин массового производства достигает 35 %. В режиме комбинированной генерации электричества и тепловой энергии — когенерации, может достигаться высокий коэффициент использования топлива — КИТ, выше 85 %.Преимущества микротурбин:

эластичность и адаптивность к восприятию электрических нагрузок в диапазоне от 1 до 100%

возможность длительной работы микротурбины на предельно низкой мощности - 1%,

низкий уровень эмиссий,

отсутствие дымовых труб,

отсутствие в микротурбинах моторного масла, смазки

отсутствие охлаждающих жидкостей,

быстрое и технологичное подключение к топливным магистралям, электрическим коммуникациям и тепловым сетям, сервисное обслуживание микротурбины – 1 день, 1 раз в году,

низкий уровень шума,

предельно малый уровень вибраций микротурбины,

система дистанционного контроля,

компактные размеры микротурбины, возможность размещения микротурбинной электростанции на крышах зданий,

высокое качество производимой электроэнергии ввиду наличия инвертора,

комбинированное производство электроэнергии и тепла (когенерация).

Массачусетский технологический институт (МИТ) начал проект разработки миллиметровых двигателей турбин в середине 1990-х, когда профессор аэронавтики и астронавтики Алан Епштейн обосновал возможность создания персональных турбин, которые будут способны удовлетворить персональные потребности в электричестве современного человека, по примеру того, как большая турбина может удовлетворить потребности в электричестве небольшого города. Согласно исследованиям профессора Епштейна существующие в настоящее время промышленные литий-ионные аккумуляторы поставляют около 120—150 Вт·ч. Миллиметровая турбина МИТ будет поставлять около 500—700 Вт·ч в ближайшем будущем, и в дальнейшем эта величина вырастет до 1200—1500 Вт·ч.