Меню

Паровая машина малой мощности

Создан малый электрогенератор с паровым двигателем на дровах

Группа независимых разработчиков создала и успешно испытала опытные образцы малых электростанций на твердом топливе. Это электрогенераторы на 16-24 квт мощности, которые приводятся в действие современными вариантами паровой машины. Паровая машина состоит из аксиально-поршневого парового двигателя и прямоточного парового котла высокого давления. В свою очередь котел питается от сжигания любого типа твердого топлива. Это может быть торф, уголь, древесные опил и щепа, дрова или бытовой мусор. Могут быть и любые отходы сельхоз переработки — от соломы, до навоза… Видео ролик в самыми интересными моментами испытаний:

Разработчики считают, что их техника будет вполне востребована в стране, ибо 60% территории России не имеет централизованного электроснабжения, и на этой территории живет почти 25 миллиона населения.

А основной тип автономной электрогенерации- на дизельгенераторах, питается дорогой соляркой. При этом цена дизельного топлива все время и неуклонно повышается. А паровая машина поистине всеядна и может питаться всеми видами дешевого местного топлива, и даже практически бесплатными горючими отходами от лесозаготовок и лесопереработки, как и отходами сельхозпроизводства, которых в России каждый год вырабатывается сотни миллионов тонн, и утилизации которых составляет большую трудность и великую проблему. В настоящее время идет к завершению изготовление как малого генератора на 1,5 – 2 квт мощности, так и заложена в производство крупная паровая машина на 60 квт. Такие энергоустановки будут комплектоваться как аксиально- поршневыми двигателями, так и мощными роторными паровыми двигателями.

Источник



Паровой ренессанс

Автор: Ольга Иоффе
Техсовет №10 (41) от 22 октября 2006, в рубрике: Энергетика

Мир возвращается к старому доброму пару. В процессе поиска новых видов энергии и попыток решения мировых экологических проблем выяснилось, что громоздкий, шумный, чумазый, неэффективный паровой привод еще не сказал своего последнего слова. Новые материалы и технологии позволяют создавать малогабаритные паровые машины, существенно повысить их КПД. Поиски идут в нескольких направлениях.

Экономика и экология

Самое актуальное – использовать паровой привод механизмов. К примеру, на предприятии котельная при изменении потребления сбрасывает неиспользованный пар в атмосферу. В то же время его можно применять для работы питательных насосов, вентиляторов, дымососов. Рассказывает Сергей Перминов, директор ООО «ЭЛТА» (Екатеринбург, (343) 378­78­68): «Использование паровой турбины малой мощности в качестве привода насоса, вентилятора или прямососа в котельной очень перспективно с точки зрения экономии электроэнергии. Если частотный привод искажает сеть, в ней появляется гармоническая составляющая, что приводит к потерям в электропотреблении, то паровой привод использует энергию «дармового» пара, которая обычно «вылетает в трубу». Утилизационная турбина направляет отработавший пар на технологические нужды и теплоснабжение.

Сегодняшний уровень наших конструкторских разработок и технологий позволяет изготовлять паровые турбины малых габаритов (ПТМ) под любые конкретные параметры эксплуатации. С экономической точки зрения замена частотного привода на паровой дает большой эффект: по нашим расчетам (с учетом расхода пара) – порядка 38­40 коп. на кВт, не считая экономии на самом оборудовании (рис. 1). Именно поэтому, как только на предприятии начинают заниматься энергоаудитом, искать пути экономии ресурсов или возможности закрыть дефицит электроэнергии, усиливается интерес к паровой энергии.

Кроме того, учитывая состояние российского электрохозяйства, установка двух небольших паровых турбин в каждой котельной в качестве резервного привода сетевого насоса и генератора позволила бы избежать тяжелых последствий аварийных ситуаций».

Специалисты отмечают еще один существенный плюс паровой машины – экологический. На выходе парогенератора – обычный дым, остаточный пар, который можно использовать для сушки, систем ГВС и отопления, и зола, тоже пригодная как удобрение. Все как у обычной деревенской печи. В газогенераторной установке еще остаются т.н. подсмольные воды, фенолы, спирты, ацетоны и др. Кроме того, паровая техника по простоте обслуживания не сравнится ни с какой другой.

Мощь и скорость

Потенциально автомобильные паровые двигатели (ПД) – двигатели внешнего сгорания – вырабатывают меньше вредных окисей азота, чем стандартные современные двигатели внутреннего сгорания (ДВС), поскольку максимальные температуры и давление в них ниже. Даже несмотря на то что ПД, как и другие, сжигают обычное горючее, их технология позволяет эффективнее контролировать выделение и выбросы двуокиси углерода. Именно поэтому конструкторы автомобильных корпораций, решая проблему сокращения вредных выбросов, вновь обращаются к пару. На заре XX в. паромобили успешно конкурировали с электромобилями и автомобилями и даже били мировые рекорды скорости. Сошли они с арены потому, что потребляли в 2­3 раза больше топлива, чем машины с ДВС. По той же причине на железной дороге на смену паровозам пришли тепловозы и электровозы. Недавно корпорация Volkswagen объявила о том, что новый революционный паровой двигатель будет установлен на автомобиле Skoda Fabia. Это трехцилиндровый однолитровый двигатель Ezee, потребляющий дизельное топливо, не дающий вредных выбросов. На его создание потребовалось 6 лет и около $55 млн. Маленькая роторная версия этого двигателя разработана для установки на гибридных автомобилях.

Читайте также:  Мощность ближний свет автомобиля

В этом же направлении работает BMW: в новой разработке баварских инженеров используется принцип обычного парового двигателя для переработки горячих выхлопных газов в энергию. Это должно увеличить крутящий момент на 20 Нм, а мощность двигателя – на 15­20% при такой же, а то и более высокой экономичности.

Группа английских энтузиастов «Британский паровой автомобильный вызов» строит болид «Вдохновение» (Inspiration), чтобы побить на нем рекорд скорости для автомобилей с паровым приводом. Для этого создан принципиально новый паровой двигатель, способный развивать мощность 225 кВт (300 л.с. на валу) при 12000 об/мин. Топливом для болида выбран сжиженный пропан. Четыре парогенератора будут поставлять паровой машине около 10 кг пара в минуту.

В России проблемами использования пара занимаются в Московском авиационном институте (МАИ). Здесь разработан паровой двигатель, в котором рабочее тело – аммиачный пар. КПД такого двигателя на 24% выше, чем у традиционной паровой машины (ПМ), удельный вес вместе с парообразователем – не более 1,2 кг/л.с., т.е. такой же, как и у карбюраторных автомобильных моторов, а удельный расход топлива всего 1,6 кг/л.с., что ниже, чем у дизельного мотора. Расчеты автора изобретения показывают, что по сравнению и с традиционной ПМ, и с ДВС, при той же мощности, он компактнее на 40­60%, имеет более высокий КПД (порядка 43,5% экономический и около 85% механический), расходует меньше соляра, чем, скажем, дизель. Даже на моторном масле, которого новый двигатель требует значительно меньше обычного, можно получить многомиллионную экономию. Такой двигатель можно использовать не только для транспортных средств, а также как стационарный для привода электрогенераторов различной мощности.

ТехЭкспертиза

Владимир Казанцев, директор НПО «Инверсия» (Екатеринбург, (343) 261­14­31, www.inversiya.com):

– С развитием малого и среднего бизнеса растет спрос на источники пара небольшой мощности: закупать пар у крупных котельных – очень дорого. При этом потребитель платит не только за собственно пар, но и за невозврат конденсата, за утечки на дырявых паропроводах и т.д. Парогенераторы с небольшой производительностью от 5 кг пара до 2 т пара, давлением от 0,7 атм до 40 атм все больше используются в стройиндустрии, при выпуске пенополистирола, упаковочных изделий и материалов, в пищевой промышленности, при сушке пиломатериалов и т.д. У каждого заказчика свои особенности производства, и парогенератор должен иметь определенные характеристики (производительность, давление, вид топлива и т.д.). Наша компания, например, выпускает примерно 3­4 десятка модификаций.

Сегодня существенно растет интерес и к паровым электростанциям. Хотя все знают невысокий КПД паровоза, однако далеко не всегда этот показатель критичен. Например, в деревообработке скапливается очень много отходов, которые надо сжигать, в то же время там нужно и тепло для сушилок, и электроэнергия для пилорам. Паровая электростанция дает возможность, сжигая отходы в обычных паровых котлах с небольшим давлением и невысокой температурой, получать электроэнергию и тепло, причем существенно дешевле, чем от централизованной системы или автономной дизельной станции. Производство электроэнергии при помощи пара – стабильнее и дешевле. И, что особенно важно для лесной уральской глубинки, – не нужна высокая квалификация обслуживающего персонала.

В отличие от генераторных электростанций, у которых двигатель требует серьезного ремонта через год­два эксплуатации, паровые турбины работают десятилетиями. Конечно, на низких параметрах пара достичь высокого КПД машины невозможно, но часто это и не интересует наших заказчиков, т.к. используются отходы в качестве топлива. В настоящее время изготовлена паровая электростанция мощностью 5 кВт и разрабатывается на 30 кВт (в перспективе до 100 кВт).

Паровые турбины малой мощности

Самым эффективным и экономически оправданным на сегодняшний день можно назвать создание распределенной энергетической системы на базе уже существующих котельных путем перевода их в режим мини­ТЭЦ с использованием паротурбинных энергетических установок. Но вместе с тем данные установки могут найти широкое применение и в отдаленных поселках при создании станций, использующих местные виды топлив, вместо существующих дизельных электростанций (ДЭС). Дополнительные преимущества, такие как когенерация тепла, повышение надежности, отсутствие сетевых издержек, уже сейчас делают распределенную генерацию выгодной во многих применениях. Справедливая рыночная оценка всех преимуществ – ключевой фактор для определения перспективности таких проектов.

Технология комбинированного производства энергии и тепла с использованием противодавленческих паровых турбин зарекомендовала себя как наиболее эффективная с точки зрения энергосбережения. В таком комплексе пар на технологический процесс направляется через турбину, а работа, совершаемая в ней паром, используется для привода электрического генератора, насосов, вентиляторов и других устройств. Это позволяет значительно снизить затраты электроэнергии на привод устройств и повысить КПД использования пара. Самое существенное преимущество паротурбинного привода – высокий ресурс.

Читайте также:  Как пишется мощность электродвигателя

Внутренний КПД турбины «ПТМ» достигает 70%, а малая собственная длина позволяет поместить ее в действующей установке на существующем фундаменте взамен электропривода (или вместе с ним). Конструктивные и технологические особенности турбины ПТМ (отсутствие редуктора и системы маслоснабжения) повышают надежность работы, снижают уровень шума, обеспечивают пожаробезопасность. Такую турбину можно устанавливать и эффективно эксплуатировать в помещении существующей котельной в непосредственной близости с котлом. Время работы турбомашины до вывода из эксплуатации – не менее 40 лет. Средний срок окупаемости – 2 — ­3 года.

Источник

Альтернативно-паровое

О том, что электромобили известны уже сотню лет и поначалу даже успешно конкурировали с бензомоторными, упоминалось уже не один раз. Но кроме бензомоторных машин, электромобилям приходилось соперничать и с паровыми, достигшими тогда вершины своего развития.
Что мог дать электромобиль? Простоту конструкции и управления, бесшумность, мгновенная готовность к работе и большой, но кратковременный крутящий момент.. ну и все. Остальное было одним большим недостатком. Огромный мертвый вес, длительное время заряда, быстрый износ батарей и смехотворный запас хода.

С бензиновыми тоже понятно. Огромная удельная мощность и энергоемкость, относительно малое время подготовки и дозаправки сокрушительно перевесили все недостатки. А это и сложность и капризность конструкции и управления, шум, вибрации, узкий диапазон мощности двигателя и все-все-все дожившее до наших дней.

И что могли предложить конструкторы паровых машин? Неожиданно, очень многое. Как раз к этому времени был доведен до ума прямоточный котел высокого давления и возможности парового автомобиля вышли на новый, непредставимый ранее уровень. Паровые автомобили в управлении были немногим сложнее электрических, тягу давали поистине паровозную (долговременный полный момент на всех скоростях от нуля и до максимальной), а скорость заправки не слишком отличалась от бензомоторной. Остается добавить к этому бесшумность и плавность хода, до сих пор доступную не каждому автомобилисту плюс относительная всеядность.
Ну и недостатки. Машины оказались довольно тяжелыми, требовали заправку топливым и водой (а подготовка воды — отдельная дисциплина машинистов паровиков) и не то, что сложность, а сложность и ответственность конструкции с 50-80 атмосфер внутри.

Так даже вполне рядовой Стэнли разогревался 15 минут и демонстрировал вполне современные «снулядосотни», а уж топовый Добль был готов к поездке через пару минут после поворота ключа.

Хотелось бы сразу перейти к котлу, но начнем все-таки с общей конструкции. Сразу оговорюсь, картинки действительно относятся к Доблю. И большинство — к версии Е20. Но закладываться я не стану, т.к. производство было индивидуальным и каждая машина отличалась от предыдущей. А фото не так уж и много. Но мы старательно будем считать, что это Е20. И да, я не буду дублировать Jay Leno, его запись посмотрите сами, она того стоит.

Впереди «радиатор». Это действительно радиатор, но радиатор кондесатора. Да, машина работает по замкнутому циклу и пар из цилиндров здесь охлаждается и конденсируется.

Hint: Паровозы с конденсацией пара строить пытались. Но экономия воды столкнулась с неожиданной проблемой: в паровозе давление в 5 раз меньше, чем с машине Добля. А привод насоса внезапно создавал противодавление на выходе, снижая и без того паровозный КПД. В условиях, когда конструкторы были готовы продать душу за долю процента этого самого КПД, схема была обречена. Но на большом давлении ситуация была совершенно другой.

Под капотом расположен котел и обвес типа узла управления, генератора, насоса и т.п.
Под сиденьем расположен бак с водой
Перед задней осью — двигатель
За задней осью топливный бак.

Котел прямоточный и содержащий весьма небольшой объем воды, что вместе с мощным нагревателем давало невероятное время прогрева — от 30 секунд по документам до 1-2 минут. Сама конструкция выглядит необычно: Камера сгорания расположена сверху и вихрю огня приходится спускаться вниз и уже там нагревать воду. Мозговой штурм предположил, что это удобнее для обслуживания.

Это более эффективный котел F-серии.

А это — рама с видимой выхлопной трубой.

Машина работает на жидком топливе — изначально на керосине, но легко переделывается на бензин и другую горючку.

Керосин подается в карбюратор, в котором и смешивается с воздухом, нагнетаемым (электро)турбинкой в полкиловатта (на всякий случай — это мощность турбинки пылесоса «ракета» с выброшенным мешком и порезанной сеткой). Электро — на момент запуска, далее мощность отбиралась от машины (или от турбины или. я уже говорил, что добль на добль не приходится). Угу, турбированный мотор, чего уж там. Топливо сгорает очень чисто и почти бесшумно. Настолько, что Добль даже сейчас вписывается в экологические нормы.

Читайте также:  Мощность двигателя ограничена бмв

Но прямоточный котел был известен и до Добля. Здесь же он был дополнительно оснащен системой автоматического управления. Да, на приборной панели были показометры температуры и давления, но всю работу выполнял бортовой компьютер автомат управления. Это кажется совершенно обыкновенным, но в те годы автоматическое управление паровым котлом было технологией будущего

Вот он, за котлом прячется.

Смысл в чем: В нем есть термостат и манометрический замыкатель. Замыкатель ждет накопления рабочего давления в 52 атмосферы и выключает горелку и циркуляционный насос. И автоматически же включает их, если давление упало ниже нормы. Тривиально. А вот термостат использует расширение кварцевого стержня и ждет перегрева свыше 400 градусов и не только выключает горелку (тепловые процессы инерционны и пока там главный насос прокачает воду, змеевик может и прогореть), но и включает экстренное охлаждение пуская воду через «байпас» мимо нижних витков.

Далее пар идет в двухцилиндровую машину двойного расширения (итого четыре цилиндра — два высокого и два низкого давления). Важная особенность паропоршневых машин — однотактный режим работы. То есть каждый ход поршня — рабочий.
Hint: Компаунд-машины использовали и на паровозах. Но как только изобрели пароперегреватель, о них забыли, как о ночном кошмаре. Потому, что НУ ПАЧИМУ ТУТ ВСЕ ТАК СЛОЖНА. 111

Небольшая 150-сильная (!) машина сблокирована с главной передачей 1,5:1. Напрямую. У паровой машины невероятно ровная нагрузочная характеристика на всем диапазоне оборотов. То есть полный момент будет и на максимальных оборотах и на нулевых, когда машина уперлась в стену. Так что для управления достаточно рукоятки (точнее штурвала) газа. В смысле, пара. Газ регулируется автоматически. Коробки-то нет, но для удобства есть трехпозиционная педаль отсечки, меняющая тягу машины и расход пара. 1 отсечка перекрывала пар на 85% рабочего хода поршня (оставшееся расстояние поршень шел своим ходом); 2 — 65; 3 — 45 (это сильно экономит пар и топливо). 1 работала до 10 км/ч, 2 до 30 км/ч 3 до 150 км/ч; Это не значит, что нельзя идти 150 на первой отсечке — но жрать машина будет, что паровоз (а вот на третьей отсечке при штурме горной дороги может быть плохо). На ней же педаль реверса.
Hint: Электромоторы тоже так в общем-то могут, но при длительном полном моменте на малой скорости электромотор вскоре задымится.

Далее пар идет на конденсацию, по пути покрутив турбину охлаждения радиатора.

Радиатор сотовый, с большой площадью охлаждения, которой, впрочем, едва хватало для конденсации пара, особенно на полной мощности.

Итак, для поездки нам нужно:
0. Поднять ручник. Это сольет конденсат и включит байпас машины.
1. Вставить ключ зажигания.
2. Потянуть рычаг (шарик, кнопку — мы все помним об отличиях даже в пределах серии) запуска главного циркуляционного насоса. Ждем 10 секунд или пока не покажется вода у подножки.
3. Включаем зажигание. Под капотом ухает, рычит и начинает низко гудеть. Это еще 30 секунд.
4. В принципе, уже можно ехать, но если вы хотите поднять давление до полного, можно прогреть в течение минуты.
5. И ехать. Ой, как? Видите второй маленький руль?

Это и есть кран пара в машину (я не знаю, как его назвать — это не дроссель, не газ, не тапка и не гашетка — будет краном). Нормально? Вот и я так думаю. И водители.

Так что на последних доблях все-таки появилась привычная педалька. Да, кстати, тормозов у вас нет. Два барабана на задних колесах для 2-3 тонной машины — это несерьезно, так что сразу возвращаемся к дилеру и ставим передние тормоза. Выезжаем и понимаем, что тормозов у нас по-прежнему нет — 4 барабана для 2-3 тонной машины. Плюем на историческую справедливость и ставим нормальные диски.

И что же в итоге? А в итоге получилась очень тихая, очень резвая машина в 2,5 тонны массой.
15 секунд с нуля до сотни
190 км/ч максимум
150 л.с
1355 Н.м
16-18 литров керосина на сотню Можно и больше, если ездить на первой отсечке:)
КПД вот так я не нашел, но по всем характеристикам он должен был составлять процентов 25-28, что вполне сопоставимо с тогдашними и не только тогдашними ДВС.
Недурной результат для тяжеленного паровика, а?
Очень недурной.

И почему же не взлетело? Добль был перфекционистом и машина должна была быть идеальной. Она и была идеальной, вот только цена была совсем не автомобильной, причем настолько, что кадиллаки и паккарды на ее фоне выглядели вполне доступными машинками. А у остальных производителей не было патентов. А потом пришла эпоха дешевого бензина (кажется, эта фраза становится традиционной. )

Источник