Главная » Двигатель » Устройство газопоршневого двигателя: Газопоршневые двигатели – конструкция и принцип работы

Устройство газопоршневого двигателя: Газопоршневые двигатели – конструкция и принцип работы

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.

Газовые двигатели | ИННИО Дженбахер | 0,3–10 МВт

Газовые двигатели INNIO Jenbacher доступны в диапазоне электрической мощности 0,3–10,0 МВт для отдельной генераторной установки. Газовые двигатели Jenbacher известны своей надежной работой в сложных условиях и сложных топливных газах. Газовые двигатели Jenbacher производятся в городе Йенбах, Австрия, в Тироле. Газовый двигатель Jenbacher предназначен для работы исключительно на различных типах газа и для различных применений. Jenbacher лидирует в области инноваций газовых двигателей за последние 50 лет, разработав, в том числе:

  • Философия управления LEANOX
  • Первый в мире 20-цилиндровый газовый двигатель
  • Первый в мире 24-цилиндровый газовый двигатель
  • Первый в мире газовый двигатель с двойным турбокомпрессором
  • Высокоэффективная концепция 4-й серии
  • Программное обеспечение для удаленного мониторинга и диагностики MyPlant®

Акцент на газообразном топливе обеспечивает высочайший уровень эффективности и надежности генераторов на рынке. Двигатель был разработан в вариантах, подходящих для широкого спектра различных применений, включая природный газ, биогаз, газы угольных пластов и попутный нефтяной газ. Благодаря более чем пятидесятилетнему опыту работы с газовыми двигателями по всему миру установлены тысячи двигателей Jenbacher.

Диапазон электрической мощности

Генераторы с газовым двигателем охватывают диапазон электрической мощности от 249 до 10 000 кВт:

  • Тип 2  (249–330 кВт и )
  • Тип 3 (499–1063 кВт и )
  • Тип 4 (844–1489 кВт и )
  • Тип 6 (1600–4400 кВт и )
  • Тип 9 (10 400 кВт и )

Ready for Hydrogen

Являясь ключевым фактором и неотъемлемой частью перехода к нулевому потреблению энергии, INNIO Jenbacher запустила линейку двигателей «Ready for h3». Газовые двигатели Jenbacher Type-4 теперь доступны как двигатели «Ready for h3», способные работать на 100% водороде

С 2022 года все остальные газовые двигатели INNIO Jenbacher будут предлагаться с опцией «Готовность к h3», способной работать на 25 % объема водорода в трубопроводном газе и иметь возможность легкого перевода с природного газа на 100 % работы водорода.

Основы газового двигателя

На приведенном ниже рисунке показаны основные принципы работы стационарного газового двигателя и генератора, используемых для производства электроэнергии. Он состоит из четырех основных компонентов – двигателя, который работает на разных газах. Как только газ сгорает в цилиндрах двигателя, сила вращает коленчатый вал внутри двигателя. Коленчатый вал вращает генератор переменного тока, что приводит к выработке электроэнергии. Тепло от процесса сгорания выделяется из цилиндров. Это должно быть либо утилизировано и использовано в комбинированной конфигурации тепла и энергии, либо рассеяно через сбросные радиаторы, расположенные рядом с двигателем. Наконец, что немаловажно, существуют усовершенствованные системы управления, обеспечивающие надежную работу генератора.

Производство электроэнергии

Газовые двигатели Jenbacher могут быть сконфигурированы для производства:

  • Только электроэнергии (выработка базовой нагрузки)
  • Электроэнергия и тепло (когенерация / комбинированное производство тепла и электроэнергии — ТЭЦ)
  • Электроэнергия, тепло и охлаждающая вода (тригенерация / комбинированное производство тепла, электроэнергии и охлаждения — ТЭЦ)
  • Электричество, тепло, охлаждение и высококачественный диоксид углерода (квадрациклы)
  • Электроэнергия, тепло и высокосортный диоксид углерода (парниковая когенерация)

Газовые двигатели обычно используются в качестве стационарных установок непрерывного производства, но также могут работать в качестве пиковых электростанций и в теплицах, чтобы компенсировать колебания местного спроса или предложения электроэнергии. Они могут производить электроэнергию параллельно с местной электросетью, в автономном режиме или для выработки электроэнергии в отдаленных районах.

Энергетический баланс газовых двигателей

Эффективность и надежность

Эффективность двигателей Jenbacher до 49,9 % обеспечивает выдающуюся экономию топлива и одновременно высочайший уровень экологических характеристик. Двигатели также зарекомендовали себя как очень надежные и долговечные во всех областях применения, особенно при использовании природного и биологического газа. Генераторы Jenbacher известны своей способностью постоянно генерировать номинальную мощность даже при переменных условиях газа.

Запатентованная система управления сжиганием обедненной смеси LEANOX®, установленная на всех двигателях Jenbacher, гарантирует правильное соотношение воздух/топливо при любых условиях эксплуатации, чтобы свести к минимуму выбросы выхлопных газов при сохранении стабильной работы. В сочетании с системой LEANOX® газовый смеситель Jenbacher уравновешивает колебания теплотворной способности, которые возникают в основном при использовании биогаза. Двигатели Jenbacher известны не только своей способностью работать на газах с чрезвычайно низкой теплотворной способностью, низким метановым числом и, следовательно, степенью детонации, но и на газах с очень высокой теплотворной способностью.

Возможные источники газа варьируются от низкокалорийного газа, получаемого при производстве стали, химической промышленности, древесного газа и пиролизного газа, получаемого при разложении веществ под действием тепла (газификации), свалочного газа, сточных газов, природного газа, пропана и бутана, которые имеют очень высокая теплотворная способность. Одним из наиболее важных свойств, связанных с использованием газа в двигателе, является детонационная стойкость, оцениваемая в соответствии с «метановым числом». Высокая стойкость к детонации Чистый метан имеет метановое число 100. В отличие от этого, бутан имеет число 10 и водородное число 0, которое находится в нижней части шкалы и, следовательно, имеет низкую стойкость к детонации. Высокая эффективность двигателей Jenbacher становится особенно полезной при использовании в ТЭЦ (комбинированное производство тепла и электроэнергии) или в системах тригенерации, таких как системы централизованного теплоснабжения, больницы, университеты или промышленные предприятия. Поскольку правительство оказывает давление на компании и организации с целью сокращения их углеродного следа, эффективность и отдача энергии от установок ТЭЦ и тригенерации являются предпочтительным энергетическим ресурсом.

 

 

 

Здесь вы найдете самую свежую информацию и информационные бюллетени о Jenbacher от INNIO.

Данные ежегодной сертификации транспортных средств, двигателей и оборудования

Для просмотра файлов на этой странице вам могут понадобиться бесплатные программы просмотра.

В рамках процесса сертификации генерируются данные, демонстрирующие соответствие федеральным нормам. Приведенные ниже данные представляют собой наиболее часто запрашиваемую информацию. В каждой отрасли данные разделены на текущие и архивные устаревшие файлы.

  • Испарительные компоненты для тяжелых условий эксплуатации

    • Сертификационные данные испарительных компонентов для тяжелых условий эксплуатации (годы выпуска моделей: 2016 – настоящее время) (xlsx)

      (57,76 КБ, сентябрь 2022 г. )

  • Бензиновые и дизельные двигатели большой мощности для шоссейных дорог

    Примечание. Из-за перехода между системами баз данных небольшая часть данных за 2015 и 2016 МГ находится в архивных файлах.

    • Данные о сертификации бензиновых и дизельных двигателей для тяжелых условий эксплуатации (годы выпуска моделей: 2015 – настоящее время) (xlsx)

      (16,71 МБ, сентябрь 2022 г.)

    • Архив (годы выпуска: 1982–2016) (zip)

      (ноябрь 2018 г.)

  • Большегрузные автомобили

    • Сертификационные данные большегрузных автомобилей (годы выпуска: 2015 – настоящее время) (xlsx)

      (11,82 МБ, сентябрь 2022 г.)

  • Большие внедорожные двигатели с искровым зажиганием (NRSI)

    Для модельного года 2011 большие данные NRSI можно найти в обоих файлах, перечисленных ниже. Данные о сертификации за 2011 год, которых нет в одном файле, будут размещены в другом. Это связано с переходом в нашу систему баз данных.

    • Сертификационные данные для больших двигателей NRSI (годы модели: 2011 – настоящее время) (xlsx)

      (3,06 МБ, сентябрь 2022 г.)

    • Архив (годы выпуска: 2004–2011) (zip)

      (159,33 КБ, февраль 2018 г.)

  • Легковые и грузовые автомобили

    • Данные отчета о результатах испытаний сертифицированных транспортных средств (годы модели: 2014 – настоящее время) (xlsx)

      (66,01 МБ, сентябрь 2022 г.)

    • Данные отчета о результатах испытаний сертифицированных транспортных средств — только испарительные (годы выпуска моделей: 2014 — настоящее время) (xlsx)

      (7,63 МБ, сентябрь 2022 г.)

    • Сертифицированные модели автомобилей (годы выпуска: 2014 – настоящее время) (xlsx)

      (1013,99 КБ, сентябрь 2022 г. )

    • Архив (годы выпуска: 1979–2013) (zip)

      (83,96 МБ, февраль 2018 г.)

  • Двигатели локомотивов, системы управления холостым ходом и компоненты не OEM

    Для моделей 2007–2009 годов данные о локомотивах можно найти в обоих файлах, перечисленных ниже. Сертификационные данные за 2007-2009 модельный год, не найденные в одном файле, будут размещены в другом. Это связано с переходом в нашу систему баз данных.

    • Данные сертификации двигателя локомотива CI (годы модели: 2007 – настоящее время) (xlsx)

      (795,98 КБ, сентябрь 2022 г.)

    • Архив (годы выпуска: 2002–2009) (xlsx)

      (45,92 КБ, февраль 2018 г.)

  • Судовые двигатели с воспламенением от сжатия (CI)

    • Сертификационные данные морского двигателя CI (годы модели: 2000 – настоящее время) (xlsx)

      (3,44 МБ, сентябрь 2022 г. )

    • Архив — Информация о моделях и деталях (годы выпуска: 2000–2015) (xlsx)

      (2,33 МБ, май 2018 г.)

  • Судовые двигатели с искровым зажиганием (SI)

    Для 2011 модельного года данные Marine SI можно найти в обоих файлах, перечисленных ниже. Данные о сертификации за 2011 год, которых нет в одном файле, будут размещены в другом. Это связано с переходом в нашу систему баз данных.

    • Данные сертификации двигателей Marine SI (годы модели: 2011 – настоящее время) (xlsx)

      (969,86 КБ, сентябрь 2022 г.)

    • Архив (годы выпуска: 1998–2011) (xlsx)

      (5,75 МБ, февраль 2018 г.)

  • Мотоциклы, вездеходы, грузовые автомобили и транспортные средства для отдыха

    Для моделей 2006–2007 годов эти данные существуют как в архиве, так и в текущих файлах данных, перечисленных ниже. Это связано с переходом в нашу систему баз данных.

    • Отчет о результатах испытаний сертифицированных внедорожных мотоциклов, вездеходов, грузовых автомобилей и транспортных средств для отдыха (годы выпуска моделей: 2006 – настоящее время) (xlsx)

      (1,77 МБ, сентябрь 2022 г.)

    • Данные отчета о результатах испытаний сертифицированных шоссейных мотоциклов (годы модели: 2006 – настоящее время) (xlsx)

      (1,93 МБ, сентябрь 2022 г.)

    • Данные отчета о результатах испытаний сертифицированных электрических мотоциклов (годы модели: 2015 – настоящее время) (xlsx)

      (57,69КБ, сентябрь 2022 г.)

    • Архив (годы выпуска: 1982–2007) (zip)

      (226,54 КБ, февраль 2018 г.)

  • Двигатели с воспламенением от сжатия для внедорожной техники (NRCI)

    Для модели 2011 года данные NRCI можно найти в обоих файлах, перечисленных ниже. Данные о сертификации за 2011 год, которых нет в одном файле, будут размещены в другом. Это связано с переходом в нашу систему баз данных.

    • Данные сертификации NRCI (годы модели: 2011 – настоящее время) (xlsx)

      (90,53 МБ, сентябрь 2022 г.)

    • Архив (годы выпуска: 1996–2011) (xlsx)

      (24,09 МБ, апрель 2018 г.)

  • Испарительные компоненты для внедорожной техники

    • Данные о сертификации внедорожных испарительных компонентов (годы выпуска моделей: 2011 – настоящее время) (xlsx)

      (665,75 КБ, сентябрь 2022 г.)

    • Архив (годы выпуска: 2009–2010) (xlsx)

      (3,57 МБ, февраль 2018 г.)

  • Переносные топливные контейнеры

    • Сертификационные данные переносных топливных контейнеров (годы модели: 2016 – настоящее время) (xlsx)

      (53,06 КБ, сентябрь 2022 г.