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.






Принцип работы и область применения газопоршневых электростанций

Каталог

Бренды

Главная

»

Помощь покупателю

»

Газопоршневые электростанции: принцип работы и область применения

29 мая 2020

Содержание

  • Виды газопоршневых генераторов

  • Особенности конструкции ГПЭС на базе газопоршневых двигателей внутреннего сгорания

  • Принцип работы газопоршневых электростанций

  • Преимущества использования ГПЭС

  • Сферы применения газопоршневых электростанций

Газопоршневой двигатель внутреннего сгорания благодаря компактным габаритам и широкому диапазону выходных мощностей идеально подходит для электрогенераторов, предназначенных для организации автономного основного, резервного или аварийного электропитания жилых, строительных и производственных объектов. Газопоршневые электростанции (ГПЭС), работающие на базе газопоршневого ДВСА, являются комплектными генерирующими агрегатами, которые вырабатывают не только электрическую, но и тепловую энергию.

Виды газопоршневых генераторов

В зависимости от рабочего режима и видов вырабатываемой энергии ГПЭС делят на 2 типа:

  • Когенерационные. Такие станции вырабатывают два вида энергии – электрическую и тепловую. Это наиболее распространенные устройства, общее КПД которых составляет до 90 %.

  • Тригенерационные. Эти агрегаты помимо электроэнергии и тепла вырабатывают холод. В холодное время года их используют для отопления помещений, а в теплое – для их кондиционирования.

Для бесперебойного функционирования газопоршневой электростанции могут использоваться следующие виды топлива:

  • газы, при сгорании которых выделяется значительное количество тепла, – пропан, бутан, факельный газ;

  • природный магистральный, сжиженный газ;

  • газ с малым содержанием метана и низкими детонационными характеристиками;

  • попутный нефтяной газ;

  • промышленные газы – коксовый, пиролизный, шахтный.

Особенности конструкции ГПЭС на базе газопоршневых двигателей внутреннего сгорания

Поршневые газогенераторы могут иметь открытое исполнение, при котором все узлы агрегата расположены на раме, или закрытое, которое предполагает наличие всепогодного шумозащитного кожуха.

Бесперебойную и безопасную работу ГПЭС обеспечивает комплекс инженерных систем: снабжения топливом и маслом, удаления дыма, вентиляции, утилизации тепловой энергии, электромеханики, связи, автоматики, контроля, сигнализации.

Принцип работы газопоршневых электростанций

ГПЭС когенерационного типа функционируют по следующему принципу:

  1. Топливо поступает в цилиндрическую камеру сгорания, в которой оно сжимается поршнем и воспламеняется.

  2. Энергия, выделяемая при сгорании топлива, приводит в движение коленвал газопоршневого ДВС. Цикл работы ДВС обычно четырехтактный.

  3. Вращающийся коленвал передает движение через специальную муфту генератору электрического тока. При вращении ротора с обмоткой в магнитном поле статора происходит выработка электроэнергии.

  4. Выработанная электроэнергия поступает через кабельные линии на генераторное распределительное устройство (генераторную ячейку).

  5. Во время выработки электроэнергии высвобождается значительное количество тепла, которое снимается с дымовых газов и нагретого масла с помощью теплообменников и котлов-утилизаторов. Вода, нагретая за счет этого тепла, циркулирует по замкнутому контуру и выполняет функции теплоносителя в отопительной системе объекта. Неиспользованное попутное тепло сбрасывают в атмосферу.

Высококачественные газопоршневые электростанции, при работе которых используются турбонаддув и двухступенчатое охлаждение, имеют электрический КПД около 45 %. На 1 кВт вырабатываемой электроэнергии затрачивается всего 0,22 м3 газа.

Преимущества использования ГПЭС

Популярность генерирующих агрегатов на основе газопоршневых ДВС обеспечивают следующие эксплуатационные преимущества:

  • высокий коэффициент полезного действия, минимальное количество сопутствующих энергопотерь;

  • сохранение рабочих характеристик в неблагоприятных условиях окружающей среды, при резких температурных перепадах;

  • экологичность – работа газопоршневых электрогенераторов сопровождается малым количеством вредных выбросов;

  • наличие автоматизированной системы, защищающей агрегат от перегрева, и других защит;

  • длительный эксплуатационный период.

Установка ГПЭС, подобранной под конкретные характеристики объекта, позволяет значительно снизить затраты на его энергоснабжение. Компактные характеристики этих установок и экологичность позволяют устанавливать их на обслуживаемом объекте или в непосредственной близости от него, благодаря чему отпадает необходимость в устройстве дорогостоящих опор, прокладке линий электропередач, использовании мощных трансформаторов.

Сферы применения газопоршневых электростанций

Благодаря комплексной выработке электрической и тепловой энергии, ГПЭС широко используются в отдаленных районах, в которые сложно провести коммуникационные системы, области их применения:

  • жилищно-коммунальное хозяйство;

  • промышленные предприятия;

  • предприятия по добыча угля, нефти и газа;

  • насосные станции, котельные;

  • в качестве резервного и аварийного энергетического оборудования – медицинские учреждения, аэропорты и другие объекты, в которых важны бесперебойность электропитания.

Агрегаты комплексной выработки тепловой и электрической экономически выгодно устанавливать в торговых комплексах и на других коммерческих объектах, в общественных учреждениях.

Как работает поршневой двигатель?

Boldmethod

Независимо от того, освежаете ли вы основы перед следующим обзором полета или только начинаете, необходимо знать, как ваш двигатель вращает винт.

Хотите узнать, как работает реактивный двигатель? У нас есть статья и для этого.

Компоненты

Компоненты будут простыми, так как между двигателями есть некоторые различия, но принципы останутся прежними.

Жирный шрифт

Четыре удара

Вы знаете игроков, теперь пришло время изучить игру. Работа вашего двигателя может быть разбита на 4 простых шага.

  • Впуск
  • Сжатие
  • Мощность
  • Выхлоп

Впуск

Ваш двигатель смешивает топливо и воздух во впускном коллекторе. Когда он смешивается, впускной клапан открывается, когда ваш поршень движется вниз, втягивая топливно-воздушную смесь в камеру сгорания.

Жирныйметод

Сжатие

Как следует из названия, поршень толкается вверх после закрытия впускного клапана, сжимая топливно-воздушную смесь до ее воспламенения.

Boldmethod

Мощность

Это единственный шаг, который действительно дает вам мощность. Все остальное — это просто получение всего в нужном месте в нужное время.

Непосредственно перед тем, как поршень достигает своей высшей точки (верхней мертвой точки), ваши свечи зажигания посылают ток дугой по своим зубцам, воспламеняя топливно-воздушную смесь. Разные двигатели имеют разную конструкцию, поэтому их точная точка воспламенения зависит от модели вашего двигателя. Когда топливо и воздух сгорают, они расширяются, толкая поршень вниз. Направленное движение поршня, движущегося вниз, преобразуется во вращательное движение, когда ваш поршень вращает коленчатый вал, обеспечивая мощность.

Boldmethod

Выхлоп

Теперь, когда ваш двигатель извлек потенциальную энергию из топливно-воздушной смеси, которую вы всосали в цилиндры, пришло время снова настроить его. Ваш выпускной клапан открывается, и поршень движется вверх, выталкивая выхлопные газы из цилиндра в выхлопную систему.

Boldmethod

Теперь, когда вы изучили все штрихи по отдельности, вы можете собрать их вместе в анимации ниже.

Жирный метод

Зажигание

Как ваши свечи зажигания получают ток? К вашему двигателю подключены (как правило) два магнето. Магнето — это постоянные магниты, которые могут генерировать ток при вращении рядом с катушкой провода (электромагнитная индукция). Затем этот ток течет к вашим свечам зажигания, чтобы воспламенить топливно-воздушную смесь.

Но как питаются ваши магазины? Для увеличения резервирования система зажигания вашего самолета не привязана к вашей батарее, поэтому ваши магазины используют вращательное движение, создаваемое вашим двигателем, для их вращения. Это означает, что если вы выключите или потеряете питание от аккумулятора или генератора в полете, ваш двигатель продолжит работать.

Хотите больше энергии?

Некоторые двигатели оснащены турбокомпрессором или нагнетателем, чтобы увеличить мощность такта впуска.

Думаете стать пилотом? Начните работу с Lift Academy и узнайте, что нужно, чтобы начать свою авиационную карьеру здесь.

Станьте лучшим пилотом.
Подпишитесь на рассылку Boldmethod и еженедельно получайте советы и информацию о реальных полетах прямо на свой почтовый ящик.

Зарегистрироваться

  •  

    НАЗВАНИЕ

      • Тег
    • Автор
    • Дата

Основы работы поршневого двигателя

Многие люди проводят всю свою жизнь за рулем автомобиля, так и не поняв механики его работы. Обладание этими знаниями дает много преимуществ. Курсы обучения водителей отлично подходят для обучения людей правилам дорожного движения, но многие даже не охватывают основы механики.

Большинство современных автомобилей оснащены двигателями внутреннего сгорания. Это тип поршневого двигателя, в котором поршни используются для преобразования давления в движение. Хотя это может показаться сложным, самый простой способ понять ваш двигатель — изучить его различные части и то, что они делают во время этих циклов.

Преимущества понимания вашего двигателя  

Существует множество причин, по которым необходимо иметь фундаментальное представление о том, как работает двигатель вашего автомобиля. Во-первых, это даст вам преимущество при покупке автомобиля, потому что вы сможете сравнивать разные автомобили на основе того, что находится под капотом. Когда у вас есть собственный автомобиль, знание устройства двигателя облегчит обслуживание автомобиля и устранение механических проблем.

Точно так же, если вам когда-нибудь понадобится отвезти машину на ремонт, знакомство с двигателем поможет вам понять, какие работы необходимо выполнить и почему. Вы также можете определить, действительно ли некоторые предлагаемые ремонтные работы не нужны.

Основные компоненты двигателя внутреннего сгорания  

Сердцем двигателя транспортного средства являются цилиндры. У большинства автомобилей их четыре, шесть или восемь. Внутри каждого цилиндра находится поршень, который скользит вверх и вниз и при этом вращает коленчатый вал, прикрепленный к коробке передач, которая, в свою очередь, приводит в движение колеса автомобиля. Цилиндры также оснащены клапанами, которые впускают воздух и топливо и позволяют выхлопным газам выходить. Топливо внутри двигателя воспламеняется свечами зажигания, и это сгорание приводит в движение поршни.

Четырехтактный цикл

 

Двигатели внутреннего сгорания, которыми оснащены многие современные легковые и грузовые автомобили, обычно работают по четырехтактному циклу, и эти четыре стадии включают впуск, сжатие, сгорание и выпуск. Поскольку автомобили обычно имеют по крайней мере четыре цилиндра, которые срабатывают последовательно, цилиндры всегда проходят разные этапы цикла, а это означает, что всегда есть поршень, движущийся для приведения в действие коленчатого вала.

  • Цикл впуска : Во время цикла впуска впускной клапан цилиндра открывается, когда поршень движется вниз по цилиндру, и вакуум, создаваемый движением поршня вниз, всасывает воздух и топливо в камеру сгорания цилиндра.
  • Цикл сжатия : Как только поршень достигает дна цилиндра, впускной клапан закрывается и сжимает воздух и топливо внутри камеры сгорания.
  • Цикл сгорания : Поршни всегда движутся вверх и вниз, когда поршень движется вверх, он сжимает воздух и топливо в камере сгорания. Как только это происходит, свеча зажигания используется для воспламенения топлива и воздуха, и возникающий в результате взрыв толкает поршень обратно вниз.
  • Выпускной цикл : На заключительном этапе цикла выпускной клапан открывается, когда поршень достигает дна цилиндра, и остатки топлива и воздуха из камеры сгорания выпускаются.
Posted inДвигатель