Physik Forum

[punkz]

Mein Nachbar ist Künstler und giesst Bronzeskulpturen. Da fällt eine riesen Menge an ungenutzter Abwärme an, die ich zu Versuchszwecken gerne nutzen möchte.
Nun stellt sich die Frage, ob ich meinen 2 KW Generator eher mit einer Dampfmaschine oder einer Dampfturbine antreiben soll.
Hier mal die mir bekannten Vor- und Nachteile der beiden Varianten:

Dampfmaschine:
- schlechter Wirkungsgrad
- relativ Aufwändige Mechanik
+ einfache Ankopplung an den Generator

Dampfturbine:
+ besserer Wirkungsgrad
- sehr hohe Drehzahlen erfordern ein Getriebe
- Getriebe verschlechtert den Gesamtwirkungsgrad
- Lagerung der Welle wegen den Drehzahlen eher schwierig

Welcher Technologie würdet Ihr einen besseren Gesamtwirkungsgrad zutrauen?

[isi1]

Nachdem keiner Stromerzeuger mit Kolbendampfmaschine baut, wird die Turbine (jedenfalls bei Zwischenüberhitzung) besser geeignet sein.

Welche Drehzahlen haben Dein Generator, Deine Kolbendampfmaschine und Deine Turbine?

[punkz]

Wow, die Grafik spricht für sich.
Wusste schon, dass Dampfmaschinen nicht besonders effizient sind, aber dass die Unterschiede so gross sind...

Die Dampfmaschine oder Turbine gibt es noch nicht. Möchte möglichst viel selber bauen und hatte die Idee aus einem Verbrennungsmotor eine Dampfmaschine, bzw. aus einem LKW-Turbolader die Turbine zu bauen. Bin mir schon bewusst, dass das Ganze sehr ineffizient werden wird, aber da die Energie ja "geschenkt" ist, ist mir das egal. Es geht mir mehr darum das Kraftwerk zu bauen, als es dann zu betreiben

Der Generator ist aus einem Elektrorasenmäher-Motor selbstgewickelt und bei 3'000 U/Min habe ich ca. 48V an den Klemmen (belastet mit ca. 1.2 Ohm glühendem Eisendraht ). Möchte die 50V bei Belastung nicht überschreiten, da ich nicht viel Vertrauen in die Isolierung habe.
Wenn dann alles fertig ist, muss ich den sinnvollerweise mit dünneren Drähten neu wickeln, damit ich 230V Verbraucher damit betreiben kann.

Ich glaube, Du hast mir schon geholfen meine Frage zu beantworten, denn ich werde wohl kaum eine Dampfmaschine mit dieser Nenndrehzahl finden/selber bauen können. Somit bräuchte ich auch da ein Getriebe und hätte nochmals zusätzliche Verluste.
Habe mich da irgendwie in meinen Gedanken verrannt und die Generatordrehzahl zu stark vernachlässigt.
Danke für die richtige Gegenfrage!

Edit: Wie Du siehst bin ich Praktiker. Habe keine Ahnung, wie hoch die Turbinendrehzahl sein wird und bin auch nicht so willig, dies zu Berechnen. Ich schätze mal aufgrund des kleinen Durchmessers des Schaufelrades eines Turboladers könnten bei einigen Bar Dampfdruck schon 30'000 U/Min entstehen. Immerhin drehen die Im Auto/LKW mit deutlich über 100'000 U/Min. Ist dann halt auch stark vom Getriebe und der damit entstehenden Belastung abhängig. Da werde ich experimentieren müssen, um den optimalen Arbeitsbereich rauszufinden.

[isi1]

[Frank]

Schau Dir auch mal Stirlingmotoren an. Die haben eine einfachere Mechanik als Dampfmaschinen. (keine Ventile) Teilweise gibt es da auch Bausätze.

Zum Stromerzeugen würde ich einen Gleichstromgenerator mit Pufferakku verwenden und die 50Hz über einen Wechselrichter erzeugen. Damit wäre man von der Drehzahl unabhängig.

Für die Wechselrichter und Pufferakkus sowie passende Steuerung kann man aus der Solartechnik fertige Elemente verwenden.

[punkz]

Ja, ist ein Asynchronmotor.
Habe leider noch keine Fotos und kann auch gerade keine machen, weil das Teil in der Werkstatt liegt. Versuche das morgen noch zu erledigen.

Stirlingmotor kenne ich noch aus der Schule, da hatten wir so Modelle, die waren richtig gross und konnten von Hand gestoppt werden -> Also kein Drehmoment, keine Leistung. Musste mich aber soeben von Google eines besseren belehren lassen. Was ich bauen möchte, gibt es bereits ab der Stange zu kaufen, in Form eines modernen Stirlingmotores mit integriertem Generator...
Dieses Konzept hätte auch den Vorteil, dass ich den Umweg über die Dampferzeugung nicht machen müsste.
Und wenn der Nachbar mal nicht am giessen ist, kann der Generator mit einem Sonnenkollektor betrieben werden.
Spannend, muss ich weiter verfolgen.
Danke für den Hinweis!

Ein Gleichstromgenerator braucht soviel ich weiss immer Bürsten, darauf möchte ich gerne verzichten. Aber die Idee der mit der Unabhängigkeit der Drehzahl passt schon, die Regelung wäre wohl viel zu aufwändig. Kann ja die Spannung meines Generator gleichrichten und zwischenspeichern, dann müsste ich den nicht neu Wickeln.
Kaufen möchte ich sowenig wie möglich, dafür könnte ich die Schaltung meiner Elektroniker-Abschlussarbeit leicht anpassen. Habe damals zusammen mit einem Schulkameraden mittels einfachem Step Up/Down Controller einen Solarladeregler entwickelt, der den 12V Akku auch bei bewölktem Wetter und nur 6V Panelspannung noch lädt. War ne tolle Sache, haben eine 1,5 gekriegt, weil wir (okeee, mit ganz wenig Schummeln) einen Reglerwirkungsgrad über den ganzen Eingangsspannungsbereich (6-20V) von 80-95% erreicht haben.