Газопоршневые двигатели – конструкция и принцип работы

Газопоршневые двигатели – конструкция и принцип работы

Главная » Статьи » 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.






электростанции газопоршневого типа — принцип работы


26.08.2022


Газопоршневые электростанции используются для децентрализованного производства электричества, а также служат источниками других видов ресурсов.


Генерация электроэнергии осуществляется установками разных типов и мощности. Основной элемент каждой ГПУ – силовой агрегат внутреннего сгорания. В качестве источника энергии для работы двигателя используется природный газ. Выработка энергии осуществляется электрическим генератором, который установлен на единую раму с силовым агрегатом. Газопоршневые двигатели, работающие на природном газе, имеют высокий КПД, характеризуются надежностью и безопасностью.


Светлана Антонова. Работает в энергетике с 2018 года.

Оглавление

  • Особенности конструкции и функционирования установки газопоршневого типа

  • В каких режимах функционирует электростанция

  • Исполнение газопоршневых электростанций

  • Проектирование, поставка, производство электростанций газопоршневого типа


Поступление горючего газа на газопоршневой двигатель приводит к образованию механической энергии за счет сжигания топлива и передачи этой энергии при помощи единого вала на генератор для преобразования в электроэнергию со стандартными параметрами качества.


Полученная электрическая энергия поступает на распределительное устройство энергосистемы предприятия заказчика.


В процессе работы ГПУ происходит высвобождение большого количества тепла от рубашки охлаждения двигателя, отработавших дымовых газов, нагретого масла. Тепло снимается теплообменниками и котлами-утилизаторами, а затем подается в существующие тепловые сети предприятия.


Если попутное тепло с электростанции не используется предприятием, оно сбрасывается в атмосферу.


Установки газопоршневого типа или ГПУ при комплектации дополнительными устройствами могут выделять тепловую энергию, охлажденную воду в качестве хладагента. 


Основной элемент каждой ГПУ – силовой агрегат внутреннего сгорания. В качестве источника энергии для работы двигателя используется природный газ. Выработка энергии осуществляется электрическим генератором, который установлен на единую раму с силовым агрегатом. Газопоршневые двигатели, работающие на природном газе, имеют высокий КПД, характеризуются надежностью и безопасностью.

Особенности конструкции и функционирования установки газопоршневого типа


Двигатели внутреннего сгорания для ГПУ имеют определенные достоинства и недостатки. По принципу работы такие агрегаты схожи с установками, используемыми в других системах. Сгорание природного газа – единственный источник выделения энергии для подобных агрегатов.


В состав каждой газопоршневой установки входят следующие элементы:


  • системы топливоснабжения, маслоснабжения;


  • системы вентиляции, дымоудаления и утилизации тепла;


  • системы теле—, электромеханики, автоматики и связи;


  • системы охранно-пожарной сигнализации и т. д.


  • система формирования газовоздушной смеси отвечает за смешивание природного газа с воздушным потоком в необходимой пропорции. Специальный смеситель комплектуется трубками Вентури;


  • силовые агрегаты с системой турбонаддува устанавливаются в ГПУ марки MTU. Их особенностью является использование энергии выхлопных газов для вращения турбины;


  • нагнетание топливной смеси в цилиндры двигателя осуществляется за счет работы компрессора, приводом которого является турбина. Подобный алгоритм работы позволяет снизить расход природного газа в пересчете на единицу генерируемой энергии;


  • высоковольтное искровое зажигание отвечает за воспламенение топливной смеси.


Скачать опросный лист

Особенности функционирования генератора ГПУ


Совместная работа двигателя и генератора синхронного типа обеспечивают выделение энергии газопоршневой установкой. Вне зависимости от марки и модели, генератор состоит из двух основных модулей. Обмотка переменного тока располагается на неподвижном статоре. Внутри статора размещен подвижный ротор.


Обмотка возбуждения запитывается от внешнего источника и также размещается на подвижном роторе. Технология работы установки газопоршневого типа выглядит следующим образом:


  • силовой агрегат отвечает за вращение вала ротора на генераторе;


  • за счет протекающего в обмотке возбуждения тока создается электромагнитное поле;


  • в обмотке статора формируется напряжение синусоидальной формы. В результате осуществляется питание нагрузки установки.


Частота вращения обмотки возбуждения совпадает с частотой вращения ротора. Такая особенность свойственна всем установкам синхронного типа. Щеточно-коллекторный механизм входит в состав каждого генератора. Функция данного элемента – подача питающего напряжения на обмотку возбуждения.


Фиксация приводного двигателя и генератора осуществляется в непосредственной близости. Соосное сопряжение валов силового агрегата и генератора – еще одна особенность ГПУ.

В каких режимах функционирует электростанция


Существуют различные варианты потребления электроэнергии, в зависимости от которых выбирается режим функционирования газопоршневой установки.


Параллельный способ функционирования ГПЭС является наиболее востребованным и эффективным. При запуске электроустановки осуществляется автоматическая синхронизация параметров оборудования и внешней сети. Обязательно выполняется четкий контроль работы комплексов, исключается подача энергии во внешнюю сеть.


Виды топлива для газопоршневых установок


Современные модели электростанций газопоршневого типа функционируют на разных видах топлива:


При использовании газа, отличного от природного, обязательно проверяется состав топливной смеси, ее соответствие параметрам, определенным производителем оборудования.

Исполнение газопоршневых электростанций


Исполнение газопоршневой электростанции — это вид и характер установки на объекте заказчика, поскольку ГПУ на улице в открытом виде не устанавливается. На выбор исполнения ГПУ влияют два фактора: требования заказчика и условия установки электростанции на территории предприятия:


  1. Блочно-модульные электростанции. ГПУ, все вспомогательное оборудование и системы устанавливаются в быстровозводимом компактном здании блочного типа с модульным расположением ГПУ и вспомогательных систем.


  2. Газопоршневые электростанции в стационарном исполнении. ГПУ и вспомогательное оборудование и системы устанавливаются в капитальном здании по принципу основного режима или параллельного. Подробнее о подключении газопоршневых электростанций (ГПЭС) в параллельном режиме можно прочесть в
    нашей статье >>>>.


Энергоцентр с газопоршневыми установками MTU


Газопоршневая электростанция в блочно-модульном исполнении позволяет значительно сэкономить на реализации проекта, сокращает сроки запуска объекта в эксплуатацию и не ставит жесткие ограничения по размерам. Блок-модуль можно демонтировать, переместить, смонтировать и запустить в работу в течение нескольких недель.


Скачать опросный лист

Проектирование, поставка, производство электростанций газопоршневого типа


Проектно-изыскательные работы — это ответственный этап реализации электростанций газопоршневого типа. Именно на этом этапе происходит формирование технических решений, выпуск и согласование проектной документации, визуализируется целый объект и отдельные узлы.


Компания «Альфа Балт Инжиниринг» является передовым инжиниринговым предприятием, предоставляющее качественные услуги проектирования энергетических объектов различной степени сложности.


Поставка БКЭМ на базе отечественных и импортных ГПУ осуществляется исходя из потребностей клиента и условий реализации проекта. Газопоршневые установки позволяют покрыть практически любые потребности в электроэнергии.


Приняв заказ на основное оборудование, мы выполняем его пакетировку — увязываем оборудование и требуемые для работы системы в блок-модуле, осуществляем производство опорных и ограждающих конструкций, в том числе самих блок-модулей, изготавливаем дополнительное оборудование. На объект оборудование поступает в максимальной заводской готовности.


Все этапы технологической цепочки являются важным и невозможным без других, что требует от исполнителя высокой компетенции. При выполнении всех работ одним исполнителем «под ключ» позволяет снизить итоговую стоимость, привлечение разных подрядчиков может в разы увеличить цену работ. Еще одно преимущество единого исполнителя — контроль качества работ на каждом этапе, несколько подрядчиков отвечают исключительно за конкретный объем, а не за весь проект. 


Более подробно рассказать о технических параметрах и возможностях электроустановок помогут наши специалисты.


Скачать опросный лист


Остались вопросы?

Заполните форму или позвоните
по телефону +7 (812) 643-42-76

Двигатель внутреннего сгорания | Определение и факты

двигатель внутреннего сгорания

Смотреть все СМИ

Ключевые люди:
Нисефор Ньепс
Готлиб Даймлер
Этьен Ленуар
Карл Бенц
Оле Эвинруд
Похожие темы:
бензиновый двигатель
реактивный двигатель
дизель
система контроля выбросов
система зажигания

Посмотреть все материалы по теме →

двигатель внутреннего сгорания , любое из группы устройств, в которых рабочими телами двигателя служат реагенты сгорания (окислитель и топливо) и продукты сгорания. Такой двигатель получает энергию за счет тепла, выделяющегося при сгорании непрореагировавших рабочих тел, окислительно-топливной смеси. Этот процесс происходит внутри двигателя и является частью термодинамического цикла устройства. Полезная работа, производимая двигателем внутреннего сгорания (ВС), является результатом действия горячих газообразных продуктов сгорания на движущиеся поверхности двигателя, такие как поверхность поршня, лопатка турбины или сопло.

Двигатели внутреннего сгорания являются наиболее широко применяемыми и широко используемыми энергетическими устройствами, существующими в настоящее время. Примеры включают бензиновые двигатели, дизельные двигатели, газотурбинные двигатели и ракетные двигательные установки.

Викторина «Британника»

Изобретатели и изобретения

Двигатели внутреннего сгорания делятся на две группы: двигатели непрерывного сгорания и двигатели периодического сгорания. Двигатель непрерывного сгорания характеризуется постоянным поступлением топлива и окислителя в двигатель. В двигателе (например, реактивном двигателе) поддерживается стабильное пламя. Двигатель прерывистого сгорания характеризуется периодическим воспламенением воздуха и топлива и обычно называется поршневым двигателем. Дискретные объемы воздуха и топлива обрабатываются циклически. Бензиновые поршневые двигатели и дизельные двигатели являются примерами этой второй группы.

Двигатели внутреннего сгорания можно охарактеризовать с точки зрения ряда термодинамических явлений. В двигателе непрерывного сгорания термодинамические явления происходят одновременно, так как окислитель и топливо и продукты сгорания равномерно протекают через двигатель. Напротив, в двигателе с прерывистым сгоранием события происходят последовательно и повторяются для каждого полного цикла.

За исключением ракет (как твердотопливных, так и жидкостных ракетных двигателей), двигатели внутреннего сгорания всасывают воздух, затем либо сжимают воздух и вводят топливо в воздух, либо вводят топливо и сжимают воздушно-топливную смесь. Затем, как и во всех двигателях внутреннего сгорания, происходит сжигание топливно-воздушной смеси, извлечение работы за счет расширения горячих газообразных продуктов сгорания и, в конечном счете, продукты сгорания выбрасываются через выхлопную систему. Их работу можно противопоставить работе двигателей внешнего сгорания (например, паровых машин), в которых рабочее тело не вступает в химическую реакцию, а прирост энергии достигается исключительно за счет передачи тепла рабочему телу через теплообменник.

Наиболее распространенным двигателем внутреннего сгорания является четырехтактный бензиновый двигатель с однородным зарядом и искровым зажиганием. Это связано с его выдающимися характеристиками в качестве основного двигателя в отрасли наземного транспорта. Двигатели с искровым зажиганием также используются в авиационной промышленности; однако авиационные газовые турбины стали основными двигателями в этом секторе из-за того, что авиационная промышленность делает упор на дальность полета, скорость и комфорт пассажиров. Область двигателей внутреннего сгорания также включает в себя такие экзотические устройства, как сверхзвуковые прямоточные воздушно-реактивные двигатели (ГПВРД), такие как предложенные для гиперзвуковых самолетов, и сложные ракетные двигатели и двигатели, такие как те, которые используются на американских космических челноках и других космических аппаратах.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.

Подписаться

Чарльз Лафайет Проктор

Ramjet | авиация | Британика

  • Развлечения и поп-культура
  • География и путешествия
  • Здоровье и медицина
  • Образ жизни и социальные вопросы
  • Литература
  • Философия и религия
  • Политика, право и правительство
  • Наука
  • Спорт и отдых
  • Технология
  • Изобразительное искусство
  • Всемирная история
  • В этот день в истории
  • Викторины
  • Подкасты
  • Словарь
  • Биографии
  • Резюме
  • Популярные вопросы
  • Инфографика
  • Демистификация
  • Списки
  • #WTFact
  • Товарищи
  • Галереи изображений
  • Прожектор
  • Форум
  • Один хороший факт
  • Развлечения и поп-культура
  • География и путешествия
  • Здоровье и медицина
  • Образ жизни и социальные вопросы
  • Литература
  • Философия и религия
  • Политика, право и правительство
  • Наука
  • Спорт и отдых
  • Технология
  • Изобразительное искусство
  • Всемирная история
  • Britannica объясняет
    В этих видеороликах Britannica объясняет различные темы и отвечает на часто задаваемые вопросы.
  • Britannica Classics
    Посмотрите эти ретро-видео из архивов Encyclopedia Britannica.
  • Demystified Videos
    В Demystified у Britannica есть все ответы на ваши животрепещущие вопросы.
  • #WTFact Видео
    В #WTFact Britannica делится некоторыми из самых странных фактов, которые мы можем найти.
  • На этот раз в истории
    В этих видеороликах узнайте, что произошло в этом месяце (или любом другом месяце!) в истории.
  • Студенческий портал
    Britannica — это главный ресурс для учащихся по ключевым школьным предметам, таким как история, государственное управление, литература и т. д.
  • Портал COVID-19
    Хотя этот глобальный кризис в области здравоохранения продолжает развиваться, может быть полезно обратиться к прошлым пандемиям, чтобы лучше понять, как реагировать сегодня.
  • 100 женщин
    Britannica празднует столетие Девятнадцатой поправки, выделяя суфражисток и политиков, творящих историю.
Posted inДвигатель