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.

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.

Сжатие

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

Мощность

Это единственный шаг, который действительно дает вам лошадиные силы. 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.

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.

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

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 мощности?

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

Силовая установка летательных аппаратов (ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ)

Аэронавтика.

   Поршневой двигатель также известен как двигатель внутреннего сгорания.
двигатель. Это название используется потому, что топливная смесь сгорает в двигателе. К
понять, как работает поршневой двигатель, мы должны сначала изучить его части и
функции, которые они выполняют.

Семь основных частей:

(1) Цилиндры
(2) поршни
(3) Шатуны
(4) Коленчатый вал
(5) Клапаны
(6) Свечи зажигания
(7) Привод клапана (кулачок).
См. взаимное расположение этих частей на Рисунке 6-2.

Работа двигателя.

   Цилиндр закрыт с одной стороны (головка цилиндра), а поршень
плотно входит в цилиндр. Стенка поршня имеет канавки для размещения колец, которые подходят
плотно прилегают к стенке цилиндра и помогают герметизировать открытый конец цилиндра, чтобы газы
не может выйти из камеры сгорания. Камера сгорания – это пространство между
верхняя часть поршня и головка цилиндра, когда поршень находится в самой верхней точке
путешествия.
Движение поршня вверх-вниз преобразуется во вращательное движение.
вращайте гребной винт за шатун и коленчатый вал, как и в большинстве автомобилей.
Обратите внимание на расположение коленчатого вала, шатуна и поршня на рис. 6 и представьте, как
движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. Примечание
особенно то, как шатун соединен с коленчатым валом со смещением.
Клапаны в верхней части цилиндра открываются и закрываются, чтобы впустить смесь.
топлива и воздуха, а также выпускать или отводить сгоревшие газы из камеры сгорания.
открытие и закрытие клапана осуществляется кулачком, зацепленным с коленчатым валом. Эта передача
расположение гарантирует, что два клапана открываются и закрываются в нужное время.
Теперь давайте рассмотрим движение поршня (четыре хода) и пять событий
цикла (см. рис. 6-3).

Чтобы увидеть анимацию 6-3, нажмите здесь.

1. Такт впуска

   Цикл начинается с поршня в центре вверху; как коленчатый вал
тянет поршень вниз, в камере цилиндра создается частичный вакуум. камера
устройство открыло впускной клапан, и вакуум вызывает смесь топлива и воздуха
втягиваться в цилиндр.

2. и 3. Такт сжатия и зажигания

   Когда коленчатый вал толкает поршень вверх в цилиндре, топливо
и воздушная смесь сжимается. Впускной клапан, конечно же, закрылся, так как это вверх
начинается инсульт. По завершении такта сжатия и непосредственно перед тем, как поршень
его верхнее положение, сжатая смесь воспламеняется свечой зажигания.

4. Рабочий ход

   Очень горячие газы расширяются с огромной силой, толкая поршень
вниз и проворачивая коленчатый вал. Клапаны закрыты во время этого такта.

5. Такт выпуска

   На второй вверх (или наружу, в зависимости от направления
заостренный) ход, выпускной клапан открывается и сгоревшие газы вытесняются
поршень.
В момент, когда поршень завершает такт выпуска, цикл
снова начинается с такта впуска. Каждый поршень в двигателе должен совершать четыре такта.
чтобы завершить один цикл, и этот полный цикл происходит сотни раз в минуту, поскольку
двигатель работает.

Общие принципы работы поршневого двигателя легко понять, если вы
помните, что происходит с каждым ходом поршня. По этой причине вы можете
найдите диаграмму в Таблице 6-3 полезной.

Мощность поршневого двигателя, л.с.

   Большинство людей знакомо с термином лошадиных сил как
применяется в автомобильных и авиационных поршневых двигателях.