Газопоршневая электростанция принцип работы — IEC Energy

Газопоршневая установка (ГПУ) — это вид энергетического оборудования, предназначенного для нецентрализованного производства электрической энергии. В зависимости от комплектации ГПУ дополнительными устройствами агрегат также может служить источником дополнительных энергоресурсов:

• тепловой энергии в виде горячей воды и/или пара;
• охлаждённой воды как хладагента.

Основу газопоршневой установки составляет приводной двигатель внутреннего сгорания (ДВС), работающий на природном газе. На одной раме с ним установлен синхронный электрический генератор.

Двигатели внутреннего сгорания, использующие в качестве топлива газ, называют газопоршневыми двигателями (ГПД).

Принцип работы двигателя газопоршневой установки

Газопоршневой двигатель, используемый в ГПУ, является конструктивной разновидностью двигателя внутреннего сгорания. По этой причине плюсы и минусы ГПУ имеют общие черты с другими установками, использующими ДВС. Источником энергии, вырабатываемой ГПД, служит теплота сгорания газообразного топлива.

Двигатели газопоршневых установок оборудованы внешней системой образования рабочей газо-воздушной смеси. В функции системы входит подготовка смеси воздуха с горючим газом в требуемой пропорции. Эта работа осуществляется газовым смесителем с трубками Вентури.

В газопоршневых установках производства компании MTU применяются двигатели, оборудованные системой турбонаддува. Вращение турбины происходит за счёт использования энергии выхлопных газов двигателя. Турбина служит приводом компрессора, создающего избыточное давление для нагнетания топливной смеси в цилиндры. Такая схема топливоподачи в сочетании с использованием обеднённой топливной смеси обеспечивает уменьшение удельного расхода топлива в расчёте на 1 кВт вырабатываемой мощности. Для воспламенения топлива применяется искровое высоковольтное зажигание.

Газопоршневые установки MTU оснащены двигателями с V-образным расположением цилиндров, количество которых в зависимости от мощности агрегата может быть от 8 до 20.

Генератор газопоршневой установки

Газопоршневая электростанция — это совместная работа ГПД и синхронного генератора переменного тока. Конструктивно синхронный генератор состоит из следующих элементов:

• неподвижного статора, содержащего обмотку переменного тока;
• вращающегося ротора, находящегося внутри статора.

На роторе расположена обмотка постоянного тока, которая питается от внешнего источника и называется обмоткой возбуждения.

Принцип работы газопоршневой электростанции с синхронным генератором заключается в следующем:

• приводной двигатель вращает вал ротора генератора;
• ток, протекающий в обмотке возбуждения, создаёт вращающееся электромагнитное поле;
• поле обмотки ротора индуцирует переменное синусоидальное напряжение в обмотке статора, которое используется для питания нагрузки электростанции.

Особенностью синхронного генератора является совпадение частоты вращения ротора с частотой вращения электрического поля обмотки возбуждения. Неотъемлемая часть синхронного генератора — контактный щёточно-коллекторный механизм. Его наличие связано с необходимостью подачи питания на обмотку возбуждения, вращающуюся вместе с ротором.

Генератор крепится на рамном основании ГПУ в непосредственной близости от ГПД. Валы генератора и двигателя сопряжены соосно.

Основные системы ГПУ

Газопоршневая установка — это не только двигатель и генератор, собранные на одной раме, но и большое количество вспомогательного оборудования. Рассмотрим его подробнее на примере ГПУ GB2145N5/ 20V4000L33 производства MTU Onsite Energy (Германия).

Мотор без вспомогательных агрегатов

• Картер мотора из серого чугуна с монтажными отверстиями, картер маховика SAE 00, маховик 21, масляная ванна из серого чугуна.
• Кованый коленчатый вал.
• Кованый шатун.
• Отдельные четырех-клапанные цилиндрические головки, армированные клапаны с устройством вращения клапана Rotocap.
• Цельный поршень (из легкого сплава) с упрочняющей вставкой для кольца; канал для охлаждения; охлаждение поршня через заправочные жиклеры.

Смесеобразование

• Всасывание воздуха через установленные на моторе воздухоочистители с сухим фильтрующим элементом.
• Газовый смеситель с трубками Вентури; подача газа через электрически регулируемый клапан-дозатор.

Наддув

• Сжатие смеси турбокомпрессором, работающим на отработавших газах.
• Двухступенчатый смесительный охладитель.
• Дроссельные клапаны между смесительным охладителем и трубопроводами распределения смеси.

Система отработавшего газа

• Неохлаждаемые, изолированные выпускные коллекторы в пространстве V-образного ДВС.

Система зажигания

• Система зажигания высокого напряжения управляется микропроцессором, вкл. распределение низкого напряжения, без движущихся деталей, не изнашивается.
• Автоматическая регулировка энергии зажигания.
• Различные моменты зажигания.
• Датчики на маховике и распределительном вале.
• Катушки зажигания для каждого цилиндра.
• Промышленные свечи зажигания.

Система смазки двигателя

Данная система предназначена для обеспечения двигателя смазочным маслом и включает:

• насос смазочного масла с предохранительным клапаном для циркуляционной смазки под давлением и охлаждения поршней,
• установленный на моторе водомасляный теплообменник,
• бумажный масляный фильтр со сменным фильтрующим элементом,
• система контроля уровня масла (установлена на моторе),
• указатель уровня масла,
• охлаждение кривошипной камеры через маслоотделитель в контуре смеси перед турбокомпрессором,
• соединительные разъемы для заливки и слива масла.

Система пуска, зарядное устройство, аккумулятор

Система пуска двигателя — электро-стартерная. Она состоит из следующих основных компонентов:

• Стартер — электрический стартер (24 В пост. тока).
• Аккумуляторы стартера — комплект свинцово-кислотных аккумуляторов на напряжение 24В (согласно DIN 72311), укомплектованных крышками, клеммами и аккумуляторным пробником для контроля плотности.
• Устройство контроля напряжения аккумулятора.
• Оборудование для зарядки аккумулятора предназначено для зарядки стартерных батарей с I/U характеристикой и питания всех подключенных потребителей постоянного тока DC.

Генератор 6,3 кВ

Синхронный генератор с внутренними полюсами, саморегулируемый, встроенный бесщеточный возбудитель, регулировка напряжения и cos ϕ. Исполнение согласно VDE0530, степень помех радиоприему N, конструкция с малым количеством гармоник.

1.1 Газовая рампа 200 мбар

Газовая рампа низкого давления состоит из предварительно смонтированной на заводе-изготовителе газовой рампы со следующим установленным оборудованием:

• механический фильтр,
• регулятор давления газа,
• блок отсечных клапанов,
• устройство контроля герметичности,
• реле давления,
• гибкий шланг для соединения с двигателем.

1.2 Блок системы охлаждения двигателя (тепловой модуль IEC)

Система охлаждения двигателя предназначена для полезного использования тепловой энергии охлаждения воды рубашки двигателя, охлаждения масла и топливной смеси. Отбор тепловой энергии осуществляется в виде горячей воды с температурой 70/85⁰С с помощью соответствующих теплообменников.

Блок системы охлаждения двигателя (тепловой модуль IEC) поставляется смонтированным на отдельной раме, которая устанавливается рядом с двигателем, и включает следующее оборудование:

• пластинчатый теплообменник для подключения к тепловой сети (теплообменник пластинчатого типа, предназначен для подогрева сетевой воды горячей водой двигателя),
• расширительный бак контура охлаждения двигателя,
• расширительный бак контура охлаждения топливной смеси,
• запорную и предохранительную арматуру, КИП,
• 3-х ходовой клапан контура воды рубашки,
• 3-х ходовой клапан контура охлаждения смеси,
• 3-х ходовой клапан контура аварийного охлаждения,
• насос контура охлаждения двигателя,
• насос контура охлаждения 2-ой ступени топливной смеси,
• двигателя,
• насос сетевой воды,
• необходимые компенсаторы и гибкие шланги,
• трубная обвязка блока системы охлаждения двигателя,
• несущая рама блока системы охлаждения двигателя.

1.3 Радиатор аварийного охлаждения

Система аварийного охлаждения

Данная система предназначена для сброса тепла системы охлаждения двигателя и обеспечения бесперебойной работы когенерационного модуля на режимах как с частичной тепловой нагрузкой, так и без нее через радиатор. Радиатор разработан для температуры окружающей среды 32°С.

Система состоит из радиатора (воздушный теплообменник).

1.4 Радиатор охлаждения 2-ой ступени топливной смеси

Система охлаждения 2-ой ступени топливной смеси

Данная система предназначена для сброса тепла из второй ступени промежуточного охладителя топливной смеси через радиатор. Радиатор разработан для температуры окружающей среды 32°C.

1.5 Блок системы утилизации тепла (тепловой модуль IEC)

Блок системы утилизации тепла (тепловой модуль IEC) поставляется смонтированным на отдельной раме, которая устанавливается рядом с двигателем, и включает следующее оборудование:

• водогрейный котел-утилизатор дымовых газов (80/90),
• байпас выхлопных газов,
• глушитель выхлопных газов (65 дБА в 10 м),
• 3-х ходовой регулирующий клапан контура сетевой воды,
• запорная и предохранительная арматура, КИП,
• трубная обвязка блока системы утилизации тепла,
• несущая рама блока системы утилизации тепла.

Водогрейный котел-утилизатор дымовых газов кожухо-трубного типа устанавливается по ходу выхлопных газов после глушителя выхлопных газов. Предназначен для полезного использования тепла выхлопных газов и нагрева горячей воды до требуемой температуры. Комплектуется системой управления теплообменником, которая интегрируется с систему управления установкой или комплектуется в отдельной панели управления.

Байпас выхлопных газов состоит из двух механически связанных клапанов с одним электроприводом, подключаемых к системе управления двигателя. Основная функция — распределение расхода выхлопных газов между системой утилизации тепла выхлопных газов и байпасным газоходом, в зависимости от режима работы установки. Байпас выхлопных газов активизируется в случае, когда выхлопные газы используются частично или вовсе не используются. Объем поставки:

• 2 клапана на выхлопе,
• привод электродвигателя,
• контроль клапана — ON/OFF.

Глушитель выхлопных газов предназначен для снижения шума выхлопа двигателя. Разработан для остаточного уровня звукового давления 65 дБ(А) в 10 м (как уровня зоны измерения по DIN 45635), измеряемом в выхлопной трубе.

Материал: углеродистая сталь

Состоит из: глушителя выхлопных газов, фланцев, уплотнений, креплений

Изоляция: тепловая изоляция для глушителя выхлопных газов не включена в объем поставки глушителя и должна обеспечиваться по месту.

3-х ходовой регулирующий клапан контура сетевой воды предназначен для исключения резкого снижения температуры сетевой/горячей воды на входе в теплообменник системы охлаждения двигателя, и, соответственно, в теплообменник выхлопные газы/вода, состоит из следующего оборудования:

• 3-х ходовой регулирующий клапан — 1 шт.
• датчик температуры — 1 шт.

Комплект запорной, предохранительной и защитной арматуры, КИП блока системы утилизации тепла, необходимый для его нормальной работы, включает:

• запорный клапан — 2 шт.
• предохранительный клапан — 1 шт.
• термометр биметаллический стрелочный — 1 шт.
• реле максимальной температуры — 1 шт.
• реле минимальной температуры — 1 шт.
• манометр стрелочный — 1 шт.
• реле максимального давления — 1 шт.
• реле минимального давления — 1 шт.
• реле минимального потока — 1 шт.
• преобразователь давления — 1 шт.

1.6 Система вентиляции машинного зала двигателя

Система вентиляции предназначена для работы при температурах наружного воздуха в диапазоне от –25°C до +30°C. Уровень шума на расстоянии 1 м от машинного зала с учетом работы системы вентиляции 65–75 dB(A).

Функции:

• Обеспечение требуемым количеством воздуха для процесса горения.
• Удаление теплоизбытков мотора и генератора (вспомогательного оборудования).

Система забора воздуха поставляется готовым смонтированным блоком и включает:

• Металлические жалюзи.
• Воздушный фильтр.
• Шумоглушитель.
• Электродвигатель.
• Нагнетающий вентилятор.
• Частотный преобразователь электродвигателя вентилятора.

Расчетные параметры системы забора воздуха:

• Производительность (при нормальных условиях) не менее 66 000 нм3/ч.
• Напор вентиляторов в рабочей точке не менее 100 кПа.

Система отвода воздуха включает:

• Шумоглушитель.
• Металлические жалюзи.

Расчетные параметры системы отвода воздуха:

• Производительность (при нормальных условиях) — не менее 55 000 нм3/ч.

Шкаф питания и управления системой вентиляции — силовой низковольтный щит, обеспечивающий следующие функции:

• Питание вентилятора(ов) системы забора воздуха (предусмотрено частотное регулирование с установкой частотного преобразователя).
• Автоматический запуск/остановка системы вентиляции по сигналу от системы управления двигателя.
• Автоматическое регулирование производительности вентиляторов в зависимости от температуры воздуха внутри машинного зала.

1.7 Система маслохозяйства

Данная система предназначена для хранения расходного объема чистого масла, автоматического пополнения картеров двигателей, проведения замены масла в картерах.

Включает следующее оборудование:

• бак чистого масла емкостью 750 л,
• электрический насос заполнения / слива / подачи масла,
• резервный ручной насос заполнения / слива / подачи масла,
• датчик уровня бака чистого масла,
• комплект необходимой запорной арматуры,
• несущая рама системы маслохозяйства,
• трубная обвязка системы маслохозяйства,
• шкаф управления системой маслохозяйства.

Возможны следующие функции:

• Заполнение бака чистого масла из цистерны.
• Заполнение маслобака из цистерны.
• Опустошение картера двигателя в цистерну.

1.8 Система управления двигателем

Каждая установка MTU Onsite Energy комплектуется системой управления. Она обеспечивает подачу питания, управление и сбор информации от оборудования двигателя, генератора и всего вспомогательного оборудования, поставляемого не смонтированным, комплектно с установкой.

Основные функции системы управления:

• управление и визуализация,
• настройка вспомогательных электроприводов (BHKW / внешн.),
• подключение генератора к сети / отключение генератора от сети,
• управление защитой генератора:
  • перегрузка/короткое замыкание,
  • повышение напряжения,
  • понижение напряжения,
  • асимметричность напряжения,
  • превышение частоты,
  • понижение частоты,
• регулировка скорости вращения,
• регулировка смеси по универсальным характеристикам,
• операции пуска и выключения мотора операции аварийной остановки,
• контроль мотора (температура, давление, скорость и т. д.),
• контроль отработавших газов по каждому цилиндру,
• подготовка работы интерфейса CANOPEN,
• долив масла,
• контроль минимальной нагрузки,
• электронное устройство зажигания,
• настройка момента зажигания,
• контроль скорости вращения,
• акустическая система контроля стука,
• настройка момента зажигания по цилиндрам.

Система управления серии 4000 состоит из шкафов управления MMC (MTU — модуль управления) и MIP (MTU — интерфейсная панель). Шкаф управления MMC поставляется отдельно и устанавливается обычно вне машинного зала. Панель MIP смонтирована на раме агрегатов, образуя функциональный узел.

MMC служит в основном для:

• Управления и индикации.
• Управления вспомогательными приводами.

MIP служит в основном для:

• Связи с регулятором двигателя ECU и устройством контроля работы двигателя EMU.
• Синхронизации и включения генератора в сеть.
• Управления вспомогательными приводами на блоке ТЭЦ.
• Функций генератора и защиты сети.

MTU интерфейсная панель (MIP)

MIP включает в себя следующие основные компоненты:

• Органы управления (аварийный выключатель, главный выключатель).
• Центральный блок ПЛК (программируемый модуль управления компьютером с различными интерфейсами и модулями ввода / вывода).
• EMM (энергоизмерительный модуль — устройство защиты генератора и сети, устройство синхронизации). Соответствует нормам BDEW (Союза энергетиков).
• Связь с регулятором двигателя ECU и устройством контроля работы двигателя EMU осуществляется через аппаратные сигналы и шину CAN.
• Интерфейсы для присоединения к внешним системам (беспотенциальные контакты).
• Управление вспомогательными приводами, установленными на агрегате.

Фактическая программа управления работает самостоятельно в центральном блоке ПЛК. Таким образом, в случае выхода из строя ППК (промышленного компьютера) можно и дальше эксплуатировать систему с ранее установленными параметрами.

MIP (MTU Interface Panel) — интерфейсная панель

Основной орган управления ГПУ, является связующим звеном между панелью управления MMC и двигателем.

MIP включает в себя следующие основные компоненты:

• Органы управления (аварийный выключатель, главный выключатель).
• Центральный блок ПЛК (программируемый модуль управления компьютером с различными интерфейсами и модулями ввода / вывода).
• EMM (энергоизмерительный модуль — устройство защиты генератора и сети, устройство синхронизации). Соответствует нормам BDEW (Союза энергетиков).
• Связь с регулятором двигателя ECU и устройством контроля работы двигателя EMU осуществляется через аппаратные сигналы и шину CAN.
• Интерфейсы для присоединения к внешним системам (беспотенциальные контакты).
• Управление вспомогательными приводами, установленными на агрегате.

Фактическая программа управления работает самостоятельно в центральном блоке ПЛК. Таким образом, в случае выхода из строя ППК (промышленного компьютера) можно и дальше эксплуатировать систему с ранее установленными параметрами.

AUX (Auxiliaries supply) — шкаф питания вспомогательного оборудования двигателя

Система обеспечивает подачу питания на основные панели управления и вспомогательное оборудование двигателя.

Силовой низковольтный щит, обеспечивающий подачу питания на следующее вспомогательное оборудования двигателя:

• Циркуляционный насос контура охлаждения двигателя.
• Циркуляционный насос контура охлаждения 2-ой ступени топливной смеси.
• Циркуляционный сетевой насос.
• Электродвигатели вентиляторов радиатора аварийного охлаждения (предусмотрено частотное регулирование с установкой частотного преобразователя).
• Электродвигатели вентиляторов радиатора охлаждения 2-ой ступени топливной смеси (предусмотрено частотное регулирование с установкой частотного преобразователя).
• Привода 3-х ходовых клапанов.

MMC (MTU Modul Control) — модуль управления

Модуль обеспечивает управление и сбор информации от оборудования двигателя, генератора и всего вспомогательного оборудования.

Щит MMC включает в себя следующие компоненты:

• Промышленный ПК (IPC) с сенсорным экраном.
• Устройства управления (замок-выключатель, кнопочный выключатель, кнопка аварийной остановки).
• Дополнительные модули ПЛК-управления с цифровыми и аналоговыми входами и выходами.
• Интерфейсы для присоединения к внешним системам (беспотенциальные контакты). Опционально возможна передача информации в систему верхнего уровня по интерфейсам Modbus. Profibus.
• Контроль периферийных приводов через беспотенциальные контакты или силовые узлы.

Функции MMC:

• Визуализация системы управления.
• Управление вспомогательным оборудованием контуров аварийного охлаждения и охлаждения 2-ой ступени топливной смеси (электродвигатели радиаторов, электродвигатели насосов, трехходовые клапана, датчики температуры и давления).
• Управление вспомогательным оборудованием теплообменника выхлопные газы/вода (опционально).

1.9 Панель с генераторным выключателем 

Распределительное устройство 

Для подключения генераторов и распределения электрической энергии переменного трёхфазного тока промышленной частоты 50 Гц напряжением. РУ выполнено по схеме простой системы сборных шин, с вакуумным/элегазовым выключателем. Комплектация генераторного выключателя в соответствии с требованием завода-изготовителя газовых двигателей MTU Onsite Energy.

Состав РУ:

• ввод линии генератора — 1 шт.
• выключатель ввода генератора — 1 шт.
• ввод линии от сети — 1 шт.
• трансформатора напряжения (ТН)  — 2 шт.

В объем поставки входят следующие микропроцессорные устройства защиты, устанавливаемые в релейных отсеках ячеек:

• защиты генератора;
• защиты трансформаторов напряжения шин РУ.

В релейных отсеках ячеек размещены все необходимые электроизмерительные приборы, на лицевой части выполнены активные мнемосхемы. В релейном отсеке ячейки ввода генераторов предусмотрено место для установки расчётных электронных счётчиков электрической энергии и клеммные колодки с возможностью опломбировки. Комплектация ячеек распределительного устройства в соответствии с электрической схемой.

Генераторный выключатель соответствует следующим основным требованиям:

• Тип выключателя — вакуумный/элегазовый.
• Генераторный выключатель пригоден для работы в режиме синхронизации с электрической сетью.
• Максимальное время включения 70 мсек после подачи сигнала включения.
• Максимальное время отключения 60 мсек после подачи сигнала выключения.
• Оснащение катушками включения, выключения и катушкой минимального напряжения.
• Не менее 6 пар блок-контактов типа (нормально открытый — НО) и (нормально закрытый — НЗ).
• Механический ресурс не менее 10 000 операций (МЭК 56).
• Коммутационный ресурс не менее 40 операций при 12,5-кА (МЭК 56) или не менее 10 000 операций при Iном.

Купить газопоршневую электростанцию c нужными характеристиками вы можете в компании IEC Energy. Все интересующие вас вопросы задавайте по телефону +7 495 799 74 64.

Газопоршневой агрегат или микротурбинная установка?

В этой статье попробуем разобраться в извечном вопросе для энергетиков: «Газопоршневой агрегат или микротурбинная установка?».

Сразу сделаю небольшую ремарку. О преимуществах тех или иных гогенерационных установок и технологий написано немало статей, сложено много мифов. Мы не преследуем коммерческих целей, и данная статья основывается исключительно на нашем опыте в проектировании подобных объектов. А также не устанавливаем себе рамок по поводу объекта, просто сравниваем установки.

Для начала ознакомимся с нашими претендентами.

Газопоршневая электростанция – это система генерации, созданная на основе поршневого двигателя внутреннего сгорания, работающего на природном или другом горючем газе. Возможно получение двух видов энергии, (тепло и электричество) и этот процесс называется «когенерация». В случае если в газопоршневых электростанциях используется технология, позволяющая получать ещё и холод (что очень актуально для вентиляции, холодоснабжения, промышленного охлаждения), то данная технология будет называться «тригенерация».

Внешний вид газопоршневого агрегата (ГПА)
Фото с сайта: manbw.ru

Газотурбинная электростанция — современная высокотехнологичная установка, генерирующая электричество и тепловую энергию. Основу газотурбинной электростанции составляют один или несколько газотурбинных двигателей – силовых агрегатов, механически связанных с электрогенератором и объединенных системой управления в единый энергетический комплекс. Газотурбинная электростанция может иметь электрическую мощность от двадцати киловатт до сотен мегаватт. Она способна также отдавать потребителю значительное количество (вдвое больше электрической мощности) тепловой энергии, если установить на выхлопе турбины котёл-утилизатор.

Внешний вид микротурбины (микро-ГТУ)
Фото с сайта www.capstoneturbine.com

Определяющими критериями для владельцев автономных электростанций являются вопросы расхода топлива, уровень эксплуатационных затрат, а также срок окупаемости оборудования электростанции. А эти вопросы связанны с выгодами и проблемами, которые может иметь владелец электростанции. Поэтому начнем разбираться во все по порядку.

РАУНД 1.ЦЕНА

Так как цена иногда является определяющим фактором в выборе оборудования сравним стоимость ГПА и микро ГТУ.

Удельные капитальные затраты на ГПА составляют от 600-800 долл./кВт.

Микро-ГТУ обходится дороже и эта сумма уже составляет 1300-1800 долл./кВт.

Стоимость зависит от производителя. Иностранные установки обходятся дороже российских аналогов.

В сравнении по цене отдаем предпочтение ГПА.

РАУНД 2. РАСХОД ГАЗА

Сравнивать расход газа для ГПА и микро-ГТУ довольно сложно. Во-первых, большое количество производителей. Во-вторых, у каждого производителя широкий модельный ряд.

Для сравнения возьмем ведущих производителей. Фирмы Jenbacher (производитель ГПА) и Capstone (производитель микро-ГТУ).

Если сравнивать расход газа, то с небольшим преимуществом побеждает ГПА.

2:0 в пользу ГПА

РАУНД 3. ЭФФЕКТИВНОСТЬ

Давайте сравним эффективность все тех же ГПА и микро-ГТУ

Еще одно очко в пользу ГПА.

РАУНД 4. ВЫХОД ТЕПЛА

Когенерационное оборудование устанавливается как для получения электрической энергии, так и тепловой. Поэтому сравним, какая машина дает больше тепловой энергии.

Поэтому, счет становиться 3:1 в пользу ГПА.Напомню, что модельный ряд широкий и цифры могут меняться. Тут приведены значения для выборочных моделей. Среднее соотношение тепловой нагрузки к электрической для ГПА составляет 1,2. Для микро-ГТУ – 1,5-2,2.

РАУНД 5. РЕГУЛИРОВАНИЕ НАГРУЗКИ

Это довольно существенный фактор в выборе оборудования. В реальной жизни нагрузка электрическая и тепловая переменные. Не смотря на то, что генерирующее оборудование подбирается под базовую нагрузку, оно должно иметь гибкий график работы.

Справка: Регулировочный диапазон – минимально допустимая нагрузка, при которой установка способна работать.

Справка: ГПА может работать при нагрузке ниже, но это крайне не желательно. Выдержка из технической документации компании Jenbacher GE: при работе в обособленном (автономном) режиме допускается работа с частичной нагрузкой от 20% до 40% номинальной, но не чаще 6-ти раз в год, и на срок до 24 часов. Работа в автономном режиме с нагрузкой ниже 50% номинальной допускается не чаще одного раза в сутки на срок не более 4 часов.

Микро-ГТУ начинает приближаться к ГПА. Счет 3:2.

РАУНД 6. МОЩНОСТЬ И ТЕМПЕРАТУРА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Параметры электрической мощности генерирующих установок, по существующим стандартам ISO, измеряются при t +15°C. Поэтому параметры приведенные в техническом паспорте соответствуют температуре +15°C. Посмотрим, как ведет себя мощность установок при различной температуре:

Как видно из графика, мощность ГПА при пониженных температурах остается неизменной.

При значительном повышении температуры окружающей среды мощность газотурбинной установки падает. Но при понижении температуры электрическая мощность наоборот, растет.

Ни кому не присваиваем бала.

РАУНД 7. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИ РАЗЛИЧНОЙ ЗАГРУЗКЕ

Загрузка установок в процессе эксплуатации может меняться. Эффективность установок при различных загрузках приведена на рисунке. Этот показатель будет влиять на потребление топлива при разных нагрузках.

Из графика следует, что КПД ГПА остается стабильным до нагрузки 40%, затем начинает снижаться. У микро-ГТУ КПД снижается вместе с загрузкой.

Но не будем забывать о нагрузках ниже 50% для ГПА. Ведь они губительны, а порой и разрушительны для поршневых установок. Эксплуатация поршневых установок на низких нагрузках приводит к наступлению капитального ремонта не через 6 лет, а через 2-3 года. Это очень высокая цена за выигрыш в КПД на малой нагрузке.

Поэтому делаем заключение, что обе машины ведут себя примерно одинаково в диапазоне от 70% до 100%. Что и является рабочим диапазоном. Так что счет остается неизменным после этого раунда.

РАУНД 8. ЭКОЛОГИЯ

Надо отметить, что газопоршневые установки значительно уступают газотурбинным агрегатам по уровню выбросов NOx. Так как моторное масло выгорает в значительных объемах, поршневые агрегаты имеют уровень вредных выбросов в атмосферу в 15-20 раз больший, чем у газотурбинных агрегатов. Содержание СО (при 15% О₂) для газопоршневых двигателей находится на уровне 180-210 мг/м3, и это несмотря на наличие в выхлопном тракте GE Jenbacher дорогостоящей каталитической очистки уходящих газов. Для соответствия требованиям по ПДК, при использовании поршневых машин необходимо строить высокие дымовые трубы, а это дополнительные затраты.

Очко за экологию присваиваем микро-ГТУ. Счет сравнивается, 3:3.

РАУНД 9. ШУМ

Шум одна из проблем в работе ГПА. При работе ГПА наблюдается высокий уровень низкочастотного шума, который сопровождается вибрацией. Поэтому для устранения шумовой нагрузки приходится прибегать к строительству шумозащитных кожухов. Это дополнительные затраты. Из-за вибрационных воздействий ГПА не возможно установить на крыше здания.

Микро-ГТУ тоже имеет шумовое воздействие, но оно значительно ниже.

Бал присваиваем микро-ГТУ. И теперь микро-ГТУ выходит вперед, 3:4.

РАУНД 10. НАБРОС НАГРУЗКИ

Наброс нагрузки у ГПА и микро-ГТУ довольно высокий. Для более детальной оценки сравним как ведут себя машины при набросе в 50%.

По цифрам все понятно. Свой бал получает ГПА. Счет становится равным 4:4.

РАУНД 11. МАСЛО

Этот раунд заведомо проигран ГПА. Но без него не куда.

В части эксплуатации газопоршневого двигателя в приводе электростанции особо следует обратить внимание на количество используемого моторного масла. Само собой, масло должно быть рекомендованным для данной газопоршневой установки.

Справка: Фактический расход моторного масла на 1 МВт установке «Jenbacher GE» может достигать 15000 литров в год. Одним из рекомендованных моторных масел для газопоршневых машин является Pegasus 705 (MOBIL). Оптовая цена составляет -4-6 долларов за литр, а специальное моторное масло для газовых поршневых двигателей марки Mysella 15W-40 (Shell)– стоит 1000 долл. за бочку объемом в 208 литров.

Использование не рекомендованного моторного масла ведет к потере заводских гарантий и непредсказуемым последствиям для самого газопоршневого двигателя. Замена моторного масла должна производиться один раз в 2-4 месяца.

Отработанное масло газопоршневых установок нельзя просто вылить на землю – 600 литров на 1 МВт требуют утилизации – это также постоянные расходы для владельцев электростанции.

Явное преимущество микро-ГТУ. 4:5, вперед вырывается микро-ГТУ.

РАУНД 12. ТОПЛИВО

«Микротурбины не так «всеядны» в отличие от своих полноразмерных собратьев и существует ряд ограничений, накладываемых на состав топливного газа», это мнение можно с легкостью найти в любом сравнении ГПА и микро-ГТУ. Однако это не так. Современные микротурбины работают практически на любом газообразном топливе. Конечно для работы потребуется специальная комплектация микро-ГТУ. Но ведь и ГПА серийного производства не будет работать на «кислом» газу. Поэтому это выражение притянуто за «уши» в пользу ГПА.

Но этот раунд включен не просто так. У микро-ГТУ есть существенный недостаток по давлению рабочего газа. Для работы микро-ГТУ необходимо давление газа порядка 5 бар. Если у Вас отсутствует такое давление в системе, то необходимо устанавливать дожимной компрессор. С установкой дожимного компрессора возрастут собственные нужды и капитальные затраты.

Еще один бал получает ГПА. Счет становиться равным 5:5.

РАУНД 13. МАССА

ГПА в отношении размер-масса имеет худшую характеристику по сравнению с микро-ГТУ.

Из представленных габаритов следует, что ГПА требует больше места, т.к. имеет больший вес на единицу мощности.

Счет становится 5:6 в пользу микротурбины.

РАУНД 14. СТОИМОСТЬ ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА

Это самый спорный вопрос. Конечно, стоимость эксплуатации зависит от многих факторов: в каких условиях эксплуатируется, как соблюдаются регламентационные предписания производителей. Для нашей оценки возьмем идеальные условия. При эксплуатации соблюдены все требования завода-производителя.

Стоимость эксплуатации микротурбины меньше, чем у ГПА. Это связано с несколькими факторами:

• Отсутствуют затраты на масло
• Нет необходимости менять фильтры часто
• Меньшее количество движущихся частей

Приводить цифры эксплуатационного обслуживания не будем. На это есть свои причины. Во-первых, эта характеристика отдельна для каждой модели и завода-производителя. Во-вторых, они зависят от эксплуатации оборудования. Поэтому оценку мы произвели исключительно на собственном опыте в подобных объектах.

Капитальный ремонт тоже довольно спорный вопрос. Стоимость кап. ремонта тоже зависит от множества факторов. Но для идеальных условий капитальный ремонт турбины обойдется дешевле, чем у ГПА. Стоимость капитального ремонта газовой турбины с учётом затрат на запчасти и материалы ниже, чем стоимость ремонта газопоршневой установки, на 30-40%.

Микро-ГТУ получает еще одно очко. 5:7

РАУНД 15. РЕСУРС ДО КАПИТАЛЬНОГО РЕМОНТА

Ресурс до капитального ремонта составляет у газовой турбины 40.000–60.000 рабочих часов. При правильной эксплуатации и своевременном проведении регламентных работ у газопоршневого двигателя этот показатель составляет 60000 – 80000 рабочих часов. Конечно, все зависит от производителя.

ГПА пытается догнать микро-ГТУ. 6:7.

РАУНД 16. КОЛИЧЕСТВО ПУСКОВ

Газопоршневой двигатель может запускаться и останавливаться неограниченное число раз, что не отражается на его моторесурсе. Газотурбинную установку же, из-за резких изменений термических напряжений, возникающих в наиболее ответственных узлах и деталях горячего тракта ГТУ при быстрых пусках агрегата из холодного состояния, предпочтительнее использовать для постоянной, непрерывной работы. Число пусков газотурбинной установки составляет 300 раз в год без малейшей потери ресурса.

Свое очко получает ГПА и счет становиться равным 7:7.

Сведем все результаты

Из всего этого можно сделать заключение. Две машины имеют как свои плюсы, так и минусы. Сравнивать их довольно сложно. И сказать какая из них лучше не получиться. Все зависит от условий и требований где будут эксплуатироваться машины.

На территории Республики Беларусь действует правило: когенерационное оборудование подбирается под тепловую нагрузку. Т.е если у Вас в данный момент тепловая нагрузка составляет 1 МВт, то вырабатываемая электрическая мощность должна соответствовать тепловой. На основании этого факта, когенерационное оборудование подбирается под базовую тепловую нагрузку, Вам никто не разрешит выбрасывать тепло от когенерационного оборудования в воздух. Поэтому микро-ГТУ оптимально подходят для объектов, где существует большая потребность в тепле. Т.е где тепловая нагрузка в несколько раз больше электрической.

Рассмотрим несколько примеров:

1. Бассейн

Бассейн это отличный вариант для установки в нем микро-ГТУ. Особенностью работы бассейна является необходимость в большом количестве тепла для поддержания требуемой температуры воды и воздуха. А электрическая нагрузка в несколько раз меньше тепловой. Поэтому, установив микро-ГТУ, Вы обеспечите себя необходимым количеством электрической и тепловой энергии. Во вторых, микро-ГТУ обеспечит все необходимые провалы в потреблении как днем, так и ночью.

2. Зерносушилка

Зерносушилка потребляет тепловой энергии в 2-3 раза больше, чем электрической. Идеальный вариант для установки микро-ГТУ. Почему выгодно устанавливать микро-ГТУ не смотря на то, что зерносушилка работает во время уборки. Эффективность подобного проекта проявляется в стоимости газовой горелки, используемой на сегодняшний момент в большинстве зерносушилок.

Справка: Стоимость зерносушильной установки с потребляемой мощностью 16 кВт МЕПУ М150к на сегодняшний день 37000 евро. Стоимость газовой горелки от 5000 евро. Примерная стоимость разрабатываемого МТУ такой мощности 35000 евро.

Так же не стоит забывать, что во время работы сушильного комплекса нагрузка постоянно меняется, а микро-ГТУ способна работать при меняющихся нагрузках.

Пример подобного проекта

3. Торговый центр

Этот вариант подойдет в том, случае если на кондиционирование и техническое холодоснабжение используются абсорбционные холодильные машины. В таком случае, в любое время года необходимо большое количество тепла. Ночью, когда отсутствуют покупатели, отсутствует необходимость в кондиционировании и сокращается потребление электрической энергии. Поэтому микротурбина будет лучше справляться, чем ГПА.

4. Офисное помещение

Офисное помещение подойдет, лишь в том случае, если установлена система кондиционирования на базе абсорбционных холодильных машин. Тут преимущества такие же как и в торговом центре.

В заключение хочется сказать, что при выборе силовых агрегатов автономной электростанции необходимы консультации специалистов, образованных как технически, так и экономически. Консалтинг позволяет компетентно, непредвзято и объективно определиться с выбором основного и вспомогательного оборудования. Также, компетентный консалтинг от профессионалов в сфере энергетики, позволяет избежать дорогостоящих ошибок в проектировании.

Газопоршневые генераторные установки

• MWM TCG 2016 C мощность до 800 кВт
• MWM TCG 2020 K мощность до 1400 кВт
• MWM TCG 2032 мощность до 4500 кВт

Газопоршневые установки MWM

Экономное расходование энергии – насущная тенденция современности. В этом контексте газопоршневые установки приобретают обоснованную популярность. С ростом тарифов и изменением нужд потребителей выясняется, что централизованное энергоснабжение постепенно теряет актуальность. На смену ему приходят более практичные и экономичные автономные источники производства тепла и электричества. Самый удачный вариант такого источника на сегодняшний день – газопоршневая установка. Это удобный способ децентрализации и обретения независимости от распределительных сетей, оптимизации финансовых трат и расхода средств.

Что такое газопоршневая генераторная установка?

Что же представляет собой газопоршневой двигатель и установка на его основе? По сути, простой принцип работы делает газопоршневые системы надежными и доступными:

• Газопоршневая устанвока (ГПГУ) – это, в основе своей, поршневой двигатель внутреннего сгорания, использующий в качестве топлива горючий газ, природный или другой (бутан, пропан, газы с невысоким содержанием метана, низкой степенью детонации, с низкой или высокой теплотворной способностью).
• Двигатель преобразует химическую энергию сгорающего топлива в механическую работу.
• Термодинамический цикл внутри двигателя (т.н. «цикл Отто») приводит к образованию двух типов энергии: электрической и тепловой. Процесс одновременной выработки тепла и электричества называется комбинированной генерацией, или когенерацией.

Практический смысл когенерации заключается в возможности использования тепла, образующегося во время прямой выработки электричества. Это удобно для теплоснабжения, чтобы не терять тепло, а применять его с пользой. Таким образом, газопоршневая установка не просто производит энергию, как и многие другие системы, например, микротурбины, но и значительно экономит ресурсы, в том числе финансовые.

На сегодняшний день 4894 таких агрегата в разных точках планеты производят 5 637 000 кВт электроэнергии. Можно выделить особенности, общие для всех моделей ГПГУ, и наиболее интересные потребителям:

• КПД ГПГУ выше, чем КПД микротурбин. При этом на него не влияет температура окружающей среды, так что можно выбирать место для газопоршневой установки без учета этого нюанса. Например, с одинаковым успехом это может быть и привод насосов и газовых компрессоров, и холодильная установка.
• ГПГУ потребляет меньше топлива, чем микротурбина. Поэтому и выхлопных газов в окружающую среду выделяет значительно меньше. Те 0,1-0,2 грамма вредных веществ, которые образуются при производстве 1 кВт энергии, нейтрализуются катализаторами и дымовыми трубами.
• Цена ГПГУ меньше на всех этапах установки и эксплуатации. Первоначальные единовременные вложения (приобретение и монтаж) и стоимость приобретаемых энергоресурсов значительно дешевле, чем подключение к централизованной сети. Окупаемость установки составляет в среднем от 2 до 3 лет.

Проще говоря, через пару лет вы вернете инвестиции и начнете ощутимо экономить, сокращая затраты и рационально используя тепло и электричество. Такое комплексное решение для снабжения сразу двумя типами энергии пригодится на любом предприятии, даже не подключенном к газовой магистрали, поскольку газопоршневые двигатели эффективно работают на сжиженном и сжатом газе из баллонов.

Итак, вы готовы купить газопоршневую систему. На какие еще преимущества, кроме независимости от государственных энергосетей и их тарифов, можно рассчитывать? Охотно поделимся этой приятной информацией:

• Строить подводящие и/или распределительные сети не нужно, и это дополнительно экономит деньги, силы и время. Таким образом повышается энергоэффективность любой продукции, производимой на предприятии, оборудованном газопоршневой установкой.
• Газопоршневые установки надежны, что оказывается особенно важным во время перебоев электроснабжения. В частности, надежность газопоршневых систем подтвердилась в марте 2015 года в Турции, когда без электричества остались все промышленные районы, за исключением одного, который автономно обеспечивался энергией при помощи трех газовых двигателей.
• Распространение автономных систем энергоснабжения снимает часть нагрузки с централизованных магистралей. Как результат, сокращение пиковых нагрузок естественным путем снижает риск аварий и потерь энергии.

Немецкие газопоршневые когенерационные установки “MWM” – это автономные генераторы энергии мощностью от 400 кВт до 4500 кВт. Они используются для формирования электростанций общей мощностью до 100 000 кВт и выше на предприятиях, в административных и медицинских учреждениях, в строительстве, в аэропортах и вокзалах, отелях, системах связи и жизнеобеспечения, буровых скважинах, шахтах, очистных сооружениях и мн. др. в качестве резервного, вспомогательного или основного источника электроэнергии. Опыт предприятия в разработке и производстве газовых генераторов насчитывает около полутора столетий. Газовые генераторы MWM успешно применяются по всему миру, и у вас тоже есть возможность воспользоваться этой трендовой энергоэффективной технологией.

Как сравнивать газопоршневые установки

Данный материал предназначен специалистам, перед которыми стоит задача – провести сравнение электростанций двух и более различных производителей, каждый из которых предлагает свои стандарты и правила сравнения. Исследование не отвечает на вопрос о том, какой же из производителей лучше, однако с помощью опубликованных стандартов и подходов можно найти наиболее приемлемый вариант для каждого отдельно взятого объекта.

Часть первая – сравнение производителей разных категорий

На рынке газопоршневых установок присутствуют предложения совершенно разного уровня исполнений. Перед тем, как начинать анализ цен на оборудование, необходимо понимать, к какой категории качества и уровня относится то или иное решение. Ни один потребитель не заинтересован в приобретении “голой” газопоршневой электростанции, в первую очередь любого заказчика интересует комплексное решение, включающее основное и вспомогательное оборудование, и именно о таких решениях пойдёт речь.

Группа №1 – “родная” заводская сборка

В настоящее время существует лишь несколько заводов, производящих комплексные решения, начиная непосредственно от газового двигателя. В такие решения включены и газопоршневые электростанции, и дополнительное оборудование, системы утилизации тепла, управление, охлаждение – словом всё то, что необходимо для работы объекта в целом. Таких заводов не так уж и много – Jenbacher, Siemens, MWM, Wartsila и некоторые другие. Именно такие компании имеют наибольший опыт в производстве комплексных решений, так как они производят их с самого начала, с газового двигателя, и наилучшим образом понимают все нюансы работы оборудования. Именно они больше всего заботятся о качестве своих решений и самых позитивных отзывах от конечного заказчика.

Группа №2 – Сторонние пакетировщики

Европейские компании, которые перекупают двигатели или генераторные установки у указанных выше заводов и доукомплектовывают их на своё усмотрение. Кроме перекупки двигателей эти компании оказывают услуги пакетирования тем заводам, которые могут производить двигатели, но не имеют опыта или возможности делать полноценное решение, например, Doosan, Caterpillar, Perkins. На наш взгляд продукция этой группы уступает по качеству “родной” заводской сборке. Кроме этого нужно учитывать, что в один день пакетировщик покупает одни двигатели, а в другой – иные. Ожидать полноценной поддержки и наличия запчастей, наверное, не стоит.

Рассматривая продукцию этой категории отдельно нужно учесть, что существует два типа газопоршневых двигателей:

1. Двигатели, изначально разработанные для работы на газу
2. Двигатели, переделанные из дизельных двигателей, путем замены системы воспламенения и подачи топлива.

Группа №3 – Российские сборщики

Самая спорная категория. К сожалению, в России ряд интеграторов покупают газопоршневые двигатели сомнительного происхождения – БУ или восстановленные. Далее по своему усмотрению собирают вокруг них комплексную теплоэлектростанцию на любом, по своему усмотрению, оборудовании. В ход могут идти китайские комплектующие или устройства, снятые с других электростанций. Нам известны случаи, когда клиент только после поломки ГПУ, купленной у Российского интегратора, узнавал о том, что двигатель уже был в ремонте и является восстановленным.

Казалось бы, такая большая разница делает невозможным сравнение электростанций разной категории между собой. Однако это не так – разделив стоимость на показатель качества, можно определить “приведенную цену”. К примеру первую категорию разделить на 100%, вторую – на 85% а третью – на 70%. И производить сравнение уже “приведенных” цен, отражающих не только фактическую стоимость оборудования, но и учитывающих “поправку на качество”.

Часть вторая – сравнение в одинаковых условиях

Правило №1 – сравнение расхода топлива при одинаковой калорийности

Проводя сравнение любых производителей, на второе место выходит такой вопрос как расход газа (на первом, естественно, остаётся вопрос стоимости). Однако следует помнить, что газообразное топливо в зависимости от региона и условия поставки может иметь разную калорийность. Соответственно, чем выше калорийность (теплотворная способность) газа, тем меньший объем этого газа потребуется на производство 1 кВт*ч электроэнергии.

Калорийность газа (традиционно измеряется в килокалориях), внутренняя энергия и его теплотворная способность (традиционно измеряется в мегаджоулях) жестко связаны по формуле:

1000 kcal = 4.1868 MJ = 1.163 кВт*ч

Это означает, что 1 нм3 газа с калорийностью 1000 kcal содержит в себе 4,1868 мегаджоулей энергии, или 1,163 кВт/ч.
Пропорциональным образом выясняем, что 1 нм3 газа с калорийностью 8000 kcal содержит в себе 33,4944 MJ энергии, или 9,304 кВт/ч.

Внутренняя энергия 1 нм3 этого газа, равная 9, 304 кВт*ч, показывает, что если 1 нм3 этого газа (с калорийностью 8000 kcal) сгорает в камере сгорания газопоршневой электростанции, чей электрический КПД которой равен 39%, то в результате производится

9,304 * 0,39 = 3,6286 кВт*ч

Таким образом, на производство 1 кВт *ч в электростанции с электрическим КПД 39% из газа с калорийностью 8000 kcal (или с теплотворной способностью 33,5 МДж) тратится:

1 / 3,6286 = 0,2755 нм3 газа.

Как видно, зависимость между калорийностью газа (его теплотворной способностью) и расходом газа всегда имеет прямую зависимость – чем выше калорийность, тем ниже расход топлива. Имея только часть значений, например, только КПД электростанции, можно определить её расход на газе с любой калорийностью, что в свою очередь позволит провести сравнение в одинаковых исходных данных по топливу.

Правило №2 – полный КПД – полный “Эффект”

Газопоршневые электростанции использующиеся для кратковременной работы в качестве резервного источника можно прекрасно использовать без дополнительных затрат на установку системы утилизации тепла (когенерации), так как стоимость этой системы не окупиться за счет редкого использования электростанции. В  электростанциях, предназначенных для постоянной работы ситуация другая.

Вне зависимости от желания владельца, газопоршневая электростанция будет производить тепловую энергию, так как топливо детонирует (сгорает) в камере сгорания. Это бесплатное тепло может сэкономить значительные средства, которые были бы затрачены на производство того же самого количества тепла в котельной.

Сравнивать электростанции только по электрическому КПД не правильно, так как электростанции производят не только электричества. Производить сравнение можно и нужно по сумме факторов – КПД электрическому и КПД тепловому. При проведении технико-экономического обоснования в обязательном порядке следует учитывать утилизируемое тепло, так как только при таком построении энергоцентра его окупаемость наступит скорее.

Пример: Электростанция А имеет КПД 41%, а электростанция В – 39,5% (разница 1,5 %). Однако полный КПД электростанции А составляет 87,5%, тогда как у второго участника сравнения полный КПД на 3% выше, и составляет 90,5%.

Правило №3 – быть реалистом

Одинаковая цена и одинаковый расход газа не делает электростанции одинаковыми. Существуют ещё такие параметры как ресурс и стоимость технического обслуживания. К примеру, если отечественная газопоршневая электростанция стоит в два раза дешевле чем импортная, а её ресурс в семь раз меньше (8000 моточасов против 60 000), то наверное, её цена не совсем актуальна. За тот же срок владения отечественную придётся поменять несколько (явно больше двух) раз.

Техническое обслуживание, то есть ежедневные затраты, являются не менее важными, чем первоначальная стоимость. Очень часто можно видеть, как электростанция с более дорогими запасными частями “проедает” всё своё преимущество, достигнутое за счет меньшей цены, всего лишь за первый год эксплуатации. Если же производитель не предоставляет подробных затрат на сервис, вместе с подробной программой обслуживания, то это должно вызывать определённую настороженность у квалифицированных сотрудников, проводящих технико-экономическое сравнение.

Подробное сервисное обслуживание должно учитывать:

• Стоимость запасных частей, включая НДС и таможенную очистку
• Затраты на регулярную смену масла*
• Затраты на угар масла **
• Затраты на работы обслуживающего персонала ***

* Следует помнить, что некоторые производители лукавят, указывая максимальный интервал замены масла, который в реальности будет снижен в полтора-два раза.

** Количества масла на угар варьируется, в среднем,  от 0,2 до 0,5 гр./кВт*ч для импортный производителей.

*** Самостоятельное обслуживание газопоршневой электростанции может обойтись значительно дороже, чем периодическое привлечение профессионального персонала за счет того, что самостоятельное обслуживание требует не только обучения на заводе-изготовителе, получения допусков и обладания программным обеспечением, но и покупки дорогостоящего специализированного инструмента (в том числе, дорогостоящие газоанализаторы, мультиметры, осциллографы, пирометры и т.д.).

Газопоршневой агрегат газопоршневой электростанции Custoku

Газопоршневой агрегат – основной элемент газопоршневой установки и состоит из газопоршневого двигателя и систем, которые обеспечивают надежную и бесперебойную работу станции. Описание систем приведены ниже.

Топливная аппаратура газопоршневого агрегата

Топливная аппаратура газового агрегата содержит газовую рампу, которая осуществляет очистку газа от механических примесей и снижает давление газа до необходимого уровня. Смеситель топливной системы смешивает газ с воздухом в заданной пропорции, а дросельная заслонка регулирует подачу газовоздушной смеси в двигатель в зависимости от нагрузки на электростанцию. Топливная аппаратура может быть настроена специальным образом на магистральный природный газ на основе метана, на сжиженный газа из смеси пропана и бутана и на любой другой низкокалорийный биогаз, пиролизный или генераторный газ.

Охлаждение газопоршневого агрегата

Для предотвращения перегрева и поддержания нужной температуры газопоршневого двигателя в агрегате предусмотрена система охлаждения, включающая в себя радиатор с вентилятором, комплект патрубков и биметаллический клапан для автоматического поддержания температуры. Конгтур охлаждения заполнен охлаждающей жидкостью. При повышении определенной температуры охлаждающей клапан направляет поток горячей охлаждающей жидкости в радиатор для принудительного охлаждения. Вместо радиатора к газопоршневой электростанции может подсоединяться система утилизации тепла, которая через водяной теплообменник забирает избыточное тепло из охлаждающей жидкости.

Выхлопной тракт газопоршневого агрегата

Система отвода выхлопных газов предназначена для вывода горячих газов из помещения и понижения уровня шума. Уменьшение шума осуществляется путем включения в выхлопной коллектор глушителя шума. Между газопоршневым двигателем и коллектором отвода выхлопных газов устанавливается гибкий металлический сильфон газовый, который предотвращает передачу вибрации от газопоршневого агрегата на выхлопной тракт и конструкции крепления выхлопного коллектора и глушитель двигателя.

Воздушная система газопоршневого агрегата

Для работы газового двигателя требуется холодный воздух и воздух очищенный. Функцию очищение воздуха выполняют сменные воздушные фильтры. Для охлаждение воздуха и создания избыточного давления используется специальная турбина турбонаддува.

Электрическая часть газопоршневого агрегата

Электрическая часть включает в себя электрогенератор заряда аккумулятора, регулятор напряжения, электрический стартер, контроллер зажигания и электронный регулятор оборотов двигателя.

Газопоршневые двигатели – конструкция и принцип работы

Газопоршневый двигатель – это двигатель внутреннего сгорания с системой внешнего образования топливно-воздушной смеси и искровым зажиганием. В качестве топлива использует природный магистральный газ и др. виды газового топлива, что обеспечивает экономичность, высокий ресурс работы и минимальный уровень шума. В данной статье мы рассмотрим, что представляет собой газопоршневый двигатель, принцип работы и его особенности.

Основные элементы и принцип работы газопоршневого двигателя

Как и у любого ДВС, у газопоршневого двигателя принцип действия основан на сгорании топливовоздушной смеси и поступательном движении поршней за счет энергии расширяющихся газов. С помощью кривошипно-шатунного механизма поступательное движение поршней преобразуется во вращательный выходного вала двигателя.В схеме подачи газа в газопоршневых двигателях основную роль играет газораспределительный механизм, подача газа осуществляется из магистрали или баллонного оборудования.

Чаще всего данный вид двигателей применяется в качестве основного элемента электрогенератора. Так, современные газопоршневые электростанции, характеристики потребления топлива которых делают их наиболее выгодными из всех решений автономного энергообеспечения. Дополнительным преимуществом является возможность выработки тепла или холода для хозяйственных нужд – когенерации и тригенерации. Современный газопоршневой двигатель, принцип работы которого позволяет обеспечить и одновременную тригенерацию, делает оптимальным его применение в приводе холодильной установки. Также применяются они в насосном оборудовании, морском судостроении и др. сферах деятельности.

Особенности газопоршневого двигателя

Наибольшие значения мощности газопоршневых двигателей достигают десятков мегаватт, что достаточно для обеспечения работы мощного оборудования и автономного энергообеспечения производственных и строительных объектов. Важным преимуществом является высокий ресурс работы, достигающий 250 тысяч часов при 80-100 тыс. часов межремонтного интервала (между капитальными ремонтами).

Подача газа в газопоршневых двигателях может быть баллонной или магистральной, а в качестве топлива, помимо метана, применяется:

• пропан;
• бутан;
• коксовый и другие сопутствующие промышленные газы;
• древесный газ;
• газы нефтяной промышленности и многие другие виды. 

При этом схема подачи газа в газопоршневых двигателях не требует наличия дожимного компрессора благодаря малому потребному давлению. Благодаря большому выбору вариантов можно гибко использовать оборудование на различных объектах, оперативно адаптировать систему к изменению технических или экономических условий. Перенастройка системы подачи топлива занимает минимум времени, газопоршневый двигатель можно свободно настроить на эксплуатацию на попутном газе, биогазе и др. топливе.

К основным особенностям газопоршневых двигателей можно отнести:

• Небольшую зависимость КПД от окружающей температуры.
• Незначительные колебания КПД при снижении нагрузки на 50% и, соответственно, эффективное использование двигателя при любых нагрузках.
• Малые затраты на эксплуатацию.
• Неограниченное количество запусков мотора.
• Возможность параллельного подключения нескольких двигателей и, соответственно, возможность значительного повышения и рационального использования мощности системы.

С каждым годом газопоршневые двигатели получают всё большее применение в различных сферах, в т. ч. в качестве основного элемента газоэлектростанций для коттеджных поселков. Их экономичность и эксплуатационные обеспечивают им солидные преимущества в сравнении с другими вариантами автономного, резервного или аварийного электроснабжения различных объектов.

Газопоршневой двигатель, агрегат Jenbacher от «Макс Моторс»

Компания INNIO Jenbacher систематически совершенствует свои технологии, инвестируя денежные средства в научные исследования и тщательно отслеживая изобретения в области электроэнергетики. Базовое направление в деятельности компании – рациональное использование в силовых агрегатах электростанций топлива газового типа. За счет этого установки от Innio Jenbacher признаны эталоном надежности и качества. Электростанции на базе таких поршневых установок работают от природного газа и прочих видов топлива, среди которых шахтный метан, попутный нефтяной газ и другие.

Газопоршневые установки от компании «Йенбахер» обладают надежной конструкцией. Именно она позволяет им продолжительное время работать, используя даже тяжелые разновидности топлива газообразного состояния. Двигатель Jenbacher является результатом старательной и трудоемкой работы инженеров. Благодаря запатентованной системе сжигания смеси LEANOX, он легко справляется с непостоянством уровня метана и предотвращает снижение мощности установки.

Разновидности газопоршневых установок

Линейка газопоршневых установок включает в себя 6 серий агрегатов. Между собой они разнятся по таким параметрам, как:

• мощность;
• расположение и количество цилиндров;
• количество моточасов до первого капремонта;
• частота вращения вала.

 Технические характеристики

Газопоршневым установкам «Йенбахер» присуща высокая степень экологической безопасности. Процесс сжигания газа постоянно находится под контролем. Благодаря этому, значительно сокращается уровень губительных выхлопов. При этом газопоршневой двигатель работает экономично и без перебоев.

Электрический КПД агрегатов Innio Jenbacher достигает лучших параметров в своем классе – больше 40%. Вал поворачивается с частотой 1500 оборотов в минуту. Установкам газопоршневого типа присуща энергоэффективность, то есть, рациональный расход газа. В среднем он составляет 240 куб. м. в 1 час.

Оборудование от компании «Йенбахер» из 1 куб. м. природного газа способно производить 4 кВт электроэнергии и такое же количество тепла. Зная тариф на 1 куб. м. российского газа, можно посчитать расходы на производство единицы электрической энергии. Обладая высокой надежностью, газопоршневые установки способны работать в качестве единственного источника электрической энергии. Кроме того, им под силу работать в сложных погодных условиях.

Уникальные возможности

Базовая комплектация установок газопоршневого типа Innio Jenbacher включает в себя энергоблоки. Составляющие энергоблоков – двигатель, генератор, а также теплообменники, ориентированные на утилизацию тепла. Благодаря применению всех источников тепла, энергоэффективность мини ТЭЦ возрастает. Появляется возможность получать тепловую энергию в качестве горячей воды или в качестве пара.

Излишнее количество тепла можно расходовать на формирование холода. Данный процесс называется тригенерацией. Кроме того, присутствует возможность извлечь углекислый газ, необходимый для тепличных хозяйств, без лишних трат.

Газопоршневой агрегат Innio Jenbacher имеет широкую область применения. Сегодня его активно применяют на разнообразных объектах: на нефтяных промыслах, в котельных, газовых месторождениях, в тепличных хозяйствах.

Инженеры компании «Йенбахер» скрупулезно подходят к вопросам удобства эксплуатирования своей продукции. Залог высокой степени автоматизации газопоршневого устройства – грамотные программно-аппаратные решения.

Поршневой агрегат

– Оптовый торговец газопоршневым агрегатом мощностью 200 кВт из Дели

Марка / Марка	Jichai
Уровень автоматизации	Автоматический
Трехфазный
Материал	MS
Номинальная мощность	200 кВт

Газопоршневой агрегат мощностью 200 кВт может работать отдельно, а также в сочетании с системой параллельной автономной работы или подключаться к сети.Кроме того, мы можем реализовать интеллектуальное автоматическое управление генераторной установкой в ​​соответствии с фактическими потребностями конечного пользователя.

Газогенераторная установка JCHN

Газовая генераторная установка

JCHN имеет следующие серии: газовая генераторная установка из угольных пластов, генераторная установка для биогаза, генераторная установка для природного газа, генераторная установка для сжиженного нефтяного газа, устьевая генераторная установка для попутного газа и т. Д. Мы также используем другие горючий газ в качестве топлива, внедрение тонкого горения, электронного зажигания, электронной скорости и других передовых технологий, чтобы наша газогенераторная установка всегда оставалась первоклассной в мире.Благодаря передовым экономическим показателям, компактной конструкции, простоте эксплуатации, удобству обслуживания, газогенераторные установки JCHN уже достигли передового отечественного уровня.

Продукция для газовых генераторов успешно использовалась во многих областях, таких как: проект по производству электроэнергии, подключенный к сети из попутного газа нефтяных месторождений; проект по выработке электроэнергии из угольных пластов на метане; проект по производству электроэнергии на газе биомассы. Наши газовые продукты завоевали бешеную похвалу клиентов как в стране, так и за рубежом за свои отличные характеристики и безупречный сервис.

Функции и характеристики газогенераторной установки

Другой режим работы: газопоршневой агрегат мощностью 200 кВт может работать отдельно, а также в сочетании с параллельной системой автономной работы или подключаться к сети. Кроме того, мы можем реализовать интеллектуальное автоматическое управление генераторной установкой в ​​соответствии с фактическими потребностями конечного пользователя.

Длительный срок службы: Правильное использование и техническое обслуживание газогенераторной установки продлит срок службы всей системы.

Низкие эксплуатационные расходы и широкое распространение: генераторная установка подходит для работы в регионах с богатым природным газом и топливным газом в качестве основного или резервного источника питания.Это стабильный, экологически чистый и экономичный источник энергии.

В то же время, в ответ на национальную политику экономии энергии и сокращения потребления, мы также исследовали и разработали газогенераторную установку, в которой в качестве топлива используется газ биомассы или соломенный газ. Мы также можем предоставить индивидуальные продукты и технические услуги для удовлетворения особых требований пользователя в соответствии с различными условиями.

Генератор обладает следующими функциями автоматического контроля и защиты:

a) Звуковая или визуальная сигнализация для:

– Высокая температура масла и воды

– Низкое давление масла

– Максимальный ток

– Короткое замыкание

– Превышение скорости

– Обратная мощность

b) Отсечка для:

– Низкое давление масла

– Превышение скорости

– Короткое замыкание

– Превышение скорости

– Обратная мощность

c) Поездка за:

– сверхток

– Короткое замыкание

– Обратная мощность

Генератор может не только подавать питание непосредственно на нагрузку, но также может работать параллельно.

(PDF) Сравнительная эффективность использования газотурбинных и газопоршневых агрегатов для дополнительного резервирования собственных нужд АЭС

305

ISSN 0040-6015, Теплоэнергетика, 2009, Vol. 56, № 4, с. 305–311. © Pleiades Publishing, Inc., 2009.

Оригинальный русский текст © О.Н. Фаворский, Р. Аминов, А.Ф. Шкрет, М.В. Гариевский, 2009, опубликовано в Теплоэнергетике.

Одной из причин возможных аварий на атомных электростанциях (АЭС)

является разрыв ее подключения к энергосистеме

из-за возникновения в энергосистеме аварийной ситуации

.Это приводит к потере мощности

потребителям электроэнергии и отключению мощных энергоблоков

электростанций этой системы.

При полной потере мощности АЭС переходит на режим аварийного расхолаживания реакторных установок

и подключается к аварийным источникам электропитания

.

На российских АЭС с реакторами ВВЭР-1000 система аварийного электроснабжения систем безопасности

имеет три независимых канала.В каждом канале установлен дизель-генератор

, который снабжает электроэнергией

всех потребителей этого канала при пропадании электроснабжения

от основного и резервного трансформаторов. Если самогенератор

не запускается или выходит из строя канал безопасности

, возникает опасность тяжелой аварии с возрастом дамбы активной зоны реактора.

Аварийное электроснабжение систем безопасности АЭС

может быть значительно улучшено за счет установки постоянно действующих источников электроэнергии на АЭС

или вблизи нее.При этом, наряду с повышением надежности электроснабжения собственных нужд завода

, в аварийных ситуациях осуществляется электроснабжение циркуляционных насосов технической воды и питательной воды и конденсатных насосов

. обеспечивается при напряжении генератора.

Таким образом, охлаждение реактора будет происходить по отказоустойчивой схеме

.

Для обеспечения дополнительного резервирования собственных нужд АЭС

могут использоваться обычные дизель-генераторы, газотурбинные установки или газопоршневые установки

для выработки электроэнергии, сжигающие природный газ.Такие источники электроэнергии

,

обладают относительно высокой эффективностью и достаточно высокой надежностью, могут работать независимо от региональных систем электроснабжения

,

и требуют коротких сроков поставки «под ключ»

и строительства.

Постоянно действующие маневренные газовые турбины

(ГТУ) и газопоршневые агрегаты (ГПА), наряду с

резервами для собственных нужд АЭС, также могут быть использованы для

с учетом пиковых электрических нагрузок в энергосистеме.Кроме

, за счет использования ГТУ когенерационного типа и

ГПА, тепло может поставляться коммунальным и коммерческим потребителям, а электричество и тепло –

для определенных технологических процессов на самой АЭС.

При установке на АЭС автономных источников электроэнергии малой мощности

для дополнительного питания

собственных нужд станции возникает проблема оптимального состава

этого оборудования.

Исследования по оценке экономической эффективности использования дизель-генератора общего назначения, газотурбинных установок

и парогазовых установок для дополнительных

резервов для собственных нужд АЭС проводились в течение года. –

lier [1] показали, что наиболее эффективной альтернативой

дополнительного резервирования этих нужд является установка на АЭС

на АЭС постоянно действующих

ГТУ малой мощности с утилизацией их отходящего тепла для нагрева сырья

или химически деминорализованная вода на растении.Использование

дизель-генераторной установки общего назначения или комбинированного цикла

для дополнительного резервирования собственных нужд АЭС

менее эффективно [1].

Для оценки эффективности графических процессоров необходимо

сравнить их с газотурбинными установками, используемыми для тех же целей

. Газопоршневые агрегаты имеют следующие преимущества –

перед ГТУ [2–7].

Во-первых, КПД ГПА мощностью от 5 до 8 МВт составляет 40–45%, что значительно выше, чем у современных газотурбинных агрегатов

(26–42%).При уменьшении нагрузки на

КПД ГП снижается до

значительно меньшей степени, чем у газотурбинного агрегата.

Например, при снижении электрической нагрузки

(со 100 до 50% от номинального значения) вдвое КПД ГПА

снижается незначительно, с 41 до 39%, а у

– с 36 до 39%. 29% [2].

Сравнительная эффективность использования газотурбинных и газопоршневых агрегатов

для дополнительного резервирования собственных нужд АЭС

O.Н. Фаворский

a

, Р. З. Аминов

b

, А. Ф. Шкрет

b

, М. В. Гариевский

b

a

Российская академия наук, пр. Ленинский 32А, Москва, 119991 Россия

б

Отдел проблем энергетики Саратовского научного центра РАН,

ул. Политехническая 77, Саратов, 410054 Россия

Реферат

—Оценки сравнительной эффективности использования газотурбинных и газопоршневых электрогенерирующих агрегатов (ГПА) для общестанционных резервов для нужд атомной энергетики. представлены энергоблоки с реакторами ВВЭР-1000

.

DOI:

10.1134 / S004060150₈₉

Поршень – обзор | Темы ScienceDirect

21.3.1.3 Скважинный поршневой насос

Скважинные поршневые насосы обычно лучше удаляют воду из угольных пластов. Он неплохо справляется с перекачкой угольной мелочи. Газовую пробку можно устранить или уменьшить, установив насос на 60 футов ниже завершенного интервала. Если насос должен быть установлен выше завершенного интервала, может оказаться эффективным скважинный газоотделитель или газовый якорь.

Фиг. 21.7 представляет собой вид в разрезе, изображающий составные части скважинной насосной системы. Скважинный насос установлен в посадочном ниппеле, расположенном у основания эксплуатационной колонны. Он приводится в движение колонной насосных штанг. На поверхности насосная установка поднимает и опускает колонну штанг, создавая движение, необходимое для работы скважинного насоса. Наземный агрегат может приводиться в движение электродвигателем или газовым двигателем.

Рис. 21.7. Компоненты внутрискважинной насосной системы.

Опыт показал, что верхний прижимной насос легче снять, чем нижний прижим.Когда насос установлен с использованием нижнего прижима, мелкие частицы могут накапливаться вокруг цилиндра насоса, что затрудняет его вытягивание.

Скважинный высокочастотный сквозной насос Harbison-Fischer диаметром 2½ дюйма рекомендуется для горизонтального заканчивания в открытом стволе. Функция сквозного хода помогает насосу производить газообразные жидкости. Плунжер может справляться с умеренным потоком мелочи. Он может вытеснять 12,5 галлонов в минуту воды, перекачивая со скоростью 14 фунтов в минуту, используя длину хода 46 дюймов.

Газовые двигатели с низкой частотой вращения рекомендуются в случаях, когда электрическая энергия недоступна.Эти двигатели обычно дороже, чем двигатели с более высоким числом оборотов в минуту. Однако их низкие затраты на техническое обслуживание компенсируют более высокие капитальные затраты, особенно в ситуациях, когда добыча из скважины ведется в долгосрочной перспективе.

Изменение частоты вращения первичного двигателя имеет важное значение. Это может помешать откачке скважины. Удар жидкости, возникающий во время откачки, может серьезно повредить погружной насос и колонну штанг. Бензиновые двигатели могут изменять скорость, уменьшая настройку дроссельной заслонки. Электродвигатели могут снижать скорость за счет использования частотно-регулируемого привода (ЧРП).ЧРП может быть установлен на однофазном электродвигателе в паре с трехфазным преобразователем.

Скважинный поршневой насос – лучший выбор для операций по добыче метана из угольных пластов; однако это не идеально. Коррозия штанги и НКТ, образование накипи и газовая пробка могут вызвать эксплуатационные проблемы. Как указывалось ранее, газовую пробку можно свести к минимуму, установив прием насоса ниже завершенного интервала. Кольцевое пространство между НКТ и эксплуатационной колонной служит газоотделителем. Рис 21.8 – вид в разрезе скважинного насоса. На нем изображено действие поршня и клапанов во время хода вверх и вниз. Во время газовой пробки между ходовым и стоячим клапанами остается некоторый объем газа. Пиковое давление захваченного газа при ходе вниз недостаточно для преодоления гидростатического напора на ходовом клапане. Затем давление недостаточно уменьшается при ходе вверх, чтобы позволить стоячему клапану открыться и впустить новую жидкость. Оба клапана фактически застревают в закрытом положении, и насос отказывается перекачивать.

Рис. 21.8. Вид в разрезе скважинной насосной системы.

Присутствие углекислого газа может вызвать серьезную коррозию штанг и насосно-компрессорных труб. CO ₂ коррозию можно уменьшить путем введения ингибитора коррозии в кольцевое пространство между НКТ и обсадной колонной. Ингибитор покрывает поверхность насосно-компрессорных штанг, предотвращая коррозию CO ₂ . Ингибиторы могут быть несколько токсичными, убедитесь, что остаток ингибитора совместим с системой удаления воды.

Сульфид железа может образовываться как побочный продукт сульфатредуцирующих бактерий. Бактерии обитают в пластовой воде в неглубоких пластах, где вода обычно более свежая. Непрерывная закачка биоцида в кольцевое пространство обсадной колонны должна убить бактерии и предотвратить образование сульфида железа.

Отложения карбоната кальция и / или сульфата кальция могут образовываться в цилиндрах насосов или на колоннах штанг. Скважины, заполненные несколькими пластами, кажутся более приемлемыми для образования отложений. Воды из разных пластов смешиваются в стволе скважины и образуют залежь.Эти чешуйки можно лечить ингибиторами.

Смещение поршня – обзор

4 МОДЕЛИРОВАНИЕ НАСОСА

Программный пакет на основе Matlab был разработан для первого расчета смещения, скорости и ускорения поршня в любом угловом положении θ _k с использованием уравнений 1-5. Программа строит график перемещения поршня, скорости и ускорения в зависимости от θ _k . Это было выполнено для 9-поршневого насоса со следующими размерами в мм; D ₁ = 71.75, D ₂ = 60,20, D ₃ = 54,70, d _p = 17,00, L ₁ = 76,60, L ₂ = 66,10, L _c = 57,30, L _p = 59,10 и θ _P = 10 ° (полуугол, образуемый отверстием цилиндра) при работе со скоростью 1450 об / мин. Результаты моделирования показаны на рис. 4, из которого видно, что движение почти гармонично. Движение поршня является простым гармоническим только при β = 0. Разработанное программное обеспечение также рассчитывает давление в поршневой камере и расход нагнетания насоса.Для этого необходимо знать форму всасывающего и нагнетательного отверстий. На рис. 5 показана форма распределительной пластины, имеющая практическое значение. Две глушители на концах каждого порта имеют треугольную форму с двумя равными сторонами, которые встречаются под прямым углом. Углы, при которых канавки глушителя начинаются и заканчиваются, а также другие углы, представляющие интерес на распределительной пластине, также показаны на этом рисунке. Отдельная программа сначала вычисляет и строит значения площадей портов A _dk и A _Sk для одного полного оборота блока цилиндров.Вычисленные площади сохраняются в файлах данных для чтения при необходимости, чтобы уменьшить требуемый размер памяти и время вычислений, когда выполняется моделирование насоса. Программа позволяет изменять любой угол на плате портов с помощью пользовательского интерфейса. На рисунке 6 показан этот интерфейс и изменение площадей подключения для показанных значений углов.

Рис. 4. Перемещение, скорость и ускорение поршня.

Рис. 5. Конфигурация распределительной пластины.

Рис. 6. Пользовательский интерфейс для расчета площади портов.

После определения движения поршня и расчета A _dk и A _Sk соответствующие переменные насоса могут быть рассчитаны путем численного решения уравнений с 6 по 10. Это было выполнено для насоса с указанными выше параметрами. Полученные результаты представлены на рис. С 7 по 11.

Рис. 7. Влияние угла надреза на давление в поршневой камере и расход насоса.

Рис. 8. Влияние переходных периодов на давление в поршневой камере и расход насоса.

Рис. 9. Влияние длины надреза на давление в поршневой камере и расход насоса.

Рис. 10. Влияние давления нагрузки на давление в поршневой камере и расход насоса.

Рис. 11. Изменение давления в поршневой камере и расхода насоса для предложенной геометрии канавки.

Следует отметить, что процесс моделирования прекращается, когда давление p _k имеет любое значение меньше нуля, поскольку в этом случае внутри поршневой камеры будет развиваться кавитация, и математическая модель будет недействительной.

На рис. 7 показано изменение давления в камере с θ _k для трех значений угла канавки φ. Он показывает, что давление в камере увеличивается с вращением насоса и превышает давление нагнетания, а затем снижается до значения давления нагнетания. Это можно объяснить следующим образом. На ранних стадиях хода нагнетания поршневая камера изолирована как от всасывающего, так и от нагнетательного каналов. Во время этой стадии поршень продвигается в своей камере и сжимает жидкость, вызывая повышение ее давления со скоростью, зависящей от скорости поршня, площади поршня, объема камеры, модуля объемной упругости масла и скорости потока утечки.После определенного угла поворота поршневая камера сообщается с нагнетательным каналом через глушитель. Жидкость течет из порта нагнетания в камеру поршня, если давление нагнетания выше давления в камере, и в обратном направлении, если давление нагнетания меньше давления в камере. В любом случае расход зависит от размеров канавки и перепада давления. Давление в камере на этом этапе можно контролировать путем правильного выбора размеров канавок и угла, через который проходит период предварительного сжатия; а именно θ = θ _1d – θ _p .Когда камера полностью соединена с портом нагнетания, давление в камере и нагнетание равны. На рисунке 7 показано, что при узких и неглубоких канавках, то есть при малых φ, превышение давления в камере является высоким. Когда поршень приближается к концу хода нагнетания, давление в камере снова поднимается выше давления нагнетания, так как площадь глушителя теперь уменьшается с вращением блока цилиндров до нуля, в то время как поршень все еще движется в камере. сжатие масла внутри него.Максимальное давление в камере достигается при θ = 180 °. На начальных этапах такта всасывания давление в камере уменьшается до значений даже меньше нуля, что указывает на возникновение кавитации. Условия кавитации ухудшаются, когда φ мало, поскольку эффективная площадь выемки, через которую происходит отсос, увеличивается в этом случае с небольшой скоростью. Это не позволило бы заполнить камеру жидкостью с соответствующей скоростью, которая соответствует скорости поршня. Возникновение кавитации явно зависит от угла φ канавки глушителя и углов, под которыми канавки глушителя начинаются и заканчиваются.Широкий и олень; Видно, что надрез лучше подходит для изменения давления в камере. Видно, что увеличение φ с 5 до 15 ° улучшает изменение давления в цилиндре, что положительно отразится на производительности насоса и уровне шума. Это также уменьшает колебания расхода на выходе. Для значений φ выше 15 ° (результаты здесь не представлены) дальнейшего улучшения не зафиксировано. С другой стороны, даже при φ = 15 ° кавитация наблюдается в начале такта всасывания.Для устранения этого исследуется влияние других конструктивных параметров на давление в камере. На рисунке 8 показано влияние углов θ _1d и θ _1s на давление в поршневой камере, когда длина надреза постоянна и φ = 15 °. Увеличение θ _1d и θ _1s при сохранении симметрии тарелки клапана, как видно, оказывает пагубное влияние на давление в камере и скорость потока на выходе. Было проведено несколько расчетов для определения геометрических параметров тарелки клапана, обеспечивающих приемлемые характеристики.Некоторые из этих результатов представлены на рис. 9–11. На рис. 9 показано, что кавитации можно избежать, если θ _1d = θ _1s = 10 ° и θ _2d ⁼ 9 _2s = 20 ° для давления нагнетания 10 МПа. Удерживая θ _1d = θ _1s = 10 ° и увеличивая длину надреза; а именно θ _2d и θ _2s , как видно в случаях 8 и 9, вызывают кавитацию в начале хода всасывания.

Когда давление подачи насоса было увеличено до 20 МПа и 30 МПа, предполагаемая геометрия канавок в корпусе 7 показали плохие характеристики.Лучшая производительность при различных давлениях подачи была зафиксирована для следующих углов: φ = 15 ° θ _1d = 15 °, θ _2d = 25 °, θ _1s = 10 ° и θ _2s = 19 °, а глушители на концах портов устранены, с θ _3d = θ _4d = 165 ° и θ _3s = θ _4s = 169 °, как показано на рис. 10. В этом случае однако видно, что колебания расхода на выходе будут высокими, когда давление нагнетания составляет 30 МПа.Если это неприемлемо, могут быть приняты размеры, указанные на рис. 11, поскольку результирующие колебания расхода меньше.

Работа

Работа

Работа

---

Определение работы

Работа может быть определена как произведение силы, используемой для перемещения объект, умноженный на расстояние, на которое объект перемещен.

w = F x d

Представьте себе систему, состоящую из образца аммиака, заключенного в поршень и цилиндр, как показано на рисунке ниже.Предположим, что давление газа на поршень просто уравновешивает вес поршня, так что объем газа остается постоянным. Сейчас же Предположим, что газ разлагается с образованием азота и водорода, увеличивая количество газа частицы в контейнере. Если температура и давление газа поддерживаются постоянными, это означает, что объем газа должен увеличиваться.

2 NH ₃ ( г ) N ₂ ( г ) + 3 H ₂ ( г )

Объем газа может увеличиваться за счет частичного выталкивания поршня из цилиндра.Объем проделанной работы равен произведению силы, действующей на поршень, на время. расстояние, на которое перемещается поршень.

w = F x d

Давление ( P ), которое газ оказывает на поршень, равно силе (F) с которым он толкает поршень, разделенный на площадь поверхности ( A ) поршень.

Таким образом, сила, оказываемая газом, равна произведению его давления на площадь поверхности поршня.

F = P x A

Подстановка этого выражения в уравнение, определяющее работу, дает следующее результат.

w = ( P x A ) x d

Произведение площади поршня на расстояние, на которое перемещается поршень, равно изменение, которое происходит в объеме системы при расширении газа. Условно, изменение громкости обозначается символом V .

В = A x d

Следовательно, величина работы, совершаемой при расширении газа, равна произведению давление газа умножается на изменение объема газа.

| w | = P V

---

Джоуль – Измерение тепла и работы

По определению, один джоуль – это работа, совершаемая, когда сила в один ньютон используется для перемещения объект один метр.

1 Дж = 1 Н · м

Поскольку работа может быть преобразована в тепло и наоборот, система СИ использует джоуль для измерять энергию в виде тепла и работы.

---

Первый закон термодинамики: сохранение Энергия

Первый закон термодинамики гласит, что энергия не может быть создана или уничтожен.Система может набирать или терять энергию. Но любое изменение энергии системы должно сопровождаться эквивалентным изменением энергии его окружения, потому что полная энергия Вселенной постоянна. Первый закон термодинамики можно описать по следующему уравнению.

E _унив = E _sys + E _surr = 0

(индексы univ , sys и surr обозначают вселенную, система и ее окружение.)

---

Внутренняя энергия

Энергию системы часто называют ее внутренней энергией , потому что она представляет собой сумму кинетической и потенциальной энергий частиц, образующих систему. Потому что это отсутствие взаимодействия между частицами, единственный вклад во внутреннюю энергию идеального газ – кинетическая энергия частиц. Внутренняя энергия идеального газа равна поэтому прямо пропорциональна температуре газа.

(В этом уравнении R – постоянная идеального газа, а T – температура газа в единицах Кельвина.)

Хотя трудно, если не невозможно, написать уравнение для более сложных систем, внутренняя энергия системы по-прежнему прямо пропорциональна ее температура. Таким образом, мы можем использовать изменения температуры системы для отслеживания изменения его внутренней энергии.

Величина изменения внутренней энергии системы определяется как разница между начальным и конечным значениями этой величины.

E _{системный} = E _{конечный} – E _{начальный}

Поскольку внутренняя энергия системы пропорциональна ее температуре, E положительный, когда температура системы увеличивается.

---

Первый закон термодинамики: взаимопревращение тепла и труда

Энергия может передаваться между системой и ее окружением, пока энергия полученная одним из этих компонентов Вселенной равна энергии, потерянной Другой.

E _{системный} = – E _surr

Энергия может передаваться между системой и ее окружением в виде тепло ( q ) или работать ( w ).

E _{системный} = q + w

Когда тепло проникает в систему, оно может повышать температуру системы или может работай.

q = E _sys – Вт

Знаковое соглашение для отношения между внутренней энергией системы и тепло , которое пересекает границу между системой и ее окружением, дается на рисунке ниже.

• Когда тепло, поступающее в систему, увеличивает температуру системы, внутренний энергия системы увеличивается, а E положительный.
• Когда температура системы снижается из-за выхода тепла из системы, E отрицательный.

Знаковое соглашение для отношения между работой и внутренней энергией система показана в левой части рисунка ниже.

• Когда система работает с окружающей средой, энергия теряется, и E отрицательный.
• Когда окружение работает с системой, внутренняя энергия системы становится больше, поэтому E положительный.

Взаимосвязь между объемом работы, выполняемой системой при ее расширении, и изменение объема системы ранее описывалось следующим уравнением.

| w | = P V

На рисунке выше показано, что условное обозначение для работы расширения может быть включено записав это уравнение следующим образом.

w = – P V

---

Государственные функции

Когда уравнения связывают два или более свойств, описывающих состояние системы, они называются уравнениями состояния .Например, закон идеального газа – это уравнение состояния.

PV = nRT

Функция состояния с зависит только от состояния системы, а не от путь, используемый для перехода в это состояние.

Температура – это функция состояния. Сколько бы раз мы ни нагревали, ни охлаждали, ни расширяли, сжать или иным образом изменить систему, чистое изменение температуры зависит только от от начального и конечного состояний системы.

Т = T _{окончательный} – T _{начальный}

То же самое можно сказать об объеме, давлении и количестве молей газа в образец. Все эти величины являются государственными функциями.

Тепло и работа – это , а не государственных функций. Работа не может быть государственной функцией, потому что пропорционально расстоянию, на которое перемещается объект, которое зависит от используемого пути от начального до конечного состояния.Если работа не является государственной функцией, то тепло не может быть государственная функция тоже. Согласно первому закону термодинамики изменение внутренняя энергия системы равна сумме тепла и переданной работы между системой и ее окружением.

E _{системный} = q + w

Если E не зависит от пути перехода от начального к конечному состоянию, а от количества работы зависит от используемого пути, количество отдаваемого или поглощенного тепла должно зависеть на пути.

Термодинамические свойства системы, являющиеся функциями состояния обычно обозначаются заглавными буквами ( T , V , P , E и т. д. на). Термодинамические свойства, которые не являются функциями состояния, часто описываются строчные буквы ( q и w ).

---

Измерение тепла калориметром

Количество тепла, выделяемого или поглощаемого в химической реакции, можно измерить с помощью калориметр, подобный показанному на рисунке ниже.

Поскольку реакция происходит в герметичном контейнере при постоянном объеме, работа расширение происходит во время реакции. Тепло, выделяемое или поглощаемое реакцией, равно следовательно, равняется изменению внутренней энергии системы в течение реакция:

E _{системный} = q _V .

Количество тепла, выделяемого или поглощаемого водой в калориметре, может быть рассчитывается исходя из теплоемкости воды.

Тепло – это экстенсивное количество . Самый распространенный подход к преобразованию измерение теплоты в интенсивном количестве – это вычисление теплоты реакции в единиц килоджоулей на моль. Результатом этого расчета является величина, известная как молярная величина . теплота реакции . По определению, молярная теплота реакции – это тепло, выделяемое или поглощается реакцией, выражается в килоджоулей на моль одного из реагентов в реакции.

---

Введение

Произведенная работа вызвана давлением газа на поршень. Рисунок 3 представляет собой процесс, который испытывает поршень.

Если предположить, что давление в картере двигателя атмосферное, то давление газа будет зависеть от давления в картере.

P = P _газ – P _{картер двигателя}

Для небольшого смещения dx работа равна dW.Следующие отношения для dW можно развить:

dW = F dx = PA dx = P dV

Для конечного изменения объема работа определяется по формуле:

Работа также может быть представлена ​​на единицу массы топлива и воздуха, конкретная работа.

Удельный объем также определяется по:

Эта работа, W, называется указанной работой и будет представлена как W _i . Трение в кольцах и подшипниках включено в Срок работы трения, W _f .Работа на коленчатом валу – это тормозная работа, W _b . Тормозная работа определяется как указанная работа. меньше работы трения.

W _b = W _i – W _f

Механический КПД ,, определяется как:

= W _b / W _i = 1 – W _f / W _i

Среднее эффективное давление

Давление в цилиндре изменяется во время такта расширения.Первый увеличивается из-за добавления тепла, а затем уменьшается из-за увеличения в объеме цилиндра. Мы можем определить среднее эффективное давление, чтобы определить работа.

Среднее эффективное давление может быть найдено для указанного трения и тормозная работа.

P _{среднее, i} = W _i / V _d (i = указано)

P _{среднее значение, f} = W _f / V _d (f = трение)

P _{среднее значение, b} = W _b / V _d (b = тормоз)

Безнаддувный двигатель с циклом Отто имеет среднее значение P _{, b} ~ 1000 кПа.Если турбонаддув, двигатель P _{означает, b} может увеличиться до выше 1500 кПа.

Обзор конверсии газового поршня CMMG

Конверсия газового поршня CMMG (длина кабины)

Конверсия газового поршня CMMG разработана для того, чтобы сделать АР более холодным и чистым. Затворная рама остается прохладной, чистой и хорошо смазанной, когда вы стреляете из магазина за магазином 5,56X45, 6,8 мм SPC или 5,45X39,5. Значительно уменьшаются загрязнения и накопление углерода. Вы просто бороздите свое оружие и вытираете его снаружи, когда закончите стрелять.Пониженные рабочие температуры увеличивают срок службы компонентов. В состав агрегата входит газовый блок, который заменяет заводской агрегат. У него есть планка Пикатинни для замены передних прицелов с болтовым креплением и вырез для использования переходника со свободным затвором .22LR. Имеется байонетный наконечник. Отдача с использованием газового поршня AR снижена, что позволяет ускорить последующие выстрелы. Газовый блок представляет собой «прямолинейную» конструкцию, которая сбрасывает давление газа непосредственно на приводной стержень, который передает энергию выступу наверху держателя затвора.Затворная рама изготовлена ​​из цельной заготовки, чтобы избежать отказов, которые могут произойти при использовании преобразователей прямого газового действия. Комплект для создания верхней части газового поршня AR включает в себя поршневую трубку, затворную раму и фиксирующую крышку цевья. Стальной поршень, используемый в этой модификации газового поршня AR, твердо хромирован. Газовый блок изготовлен из анодированного алюминия с твердым покрытием. Конструкция газового поршня CMMG не включает в себя болт в сборе. Блок карабина поставляется с усиленным цевьем из полимерного композитного материала, но для блока средней длины требуется цевье свободного плавания с достаточным зазором (не входит в комплект).Версия карабина подходит для AR с газовой системой длины карабина со стволом с наружным диаметром 0,750 дюйма у газового порта, в то время как версия средней длины подходит для AR с газовой системой средней длины и стволом, который составляет 0,936 дюйма у газового порта.