Газогенераторный двигатель на чем работает

Автомобиль на дровах: как он работает?

Оговоримся сразу: если автомобиль ездит на дровах, это не значит, что он — паровоз без рельсов. Низкий КПД паровой машины с ее отдельной топкой, котлом и цилиндрами двойного-тройного расширения оставил паровые автомобили в числе забытой экзотики. А сегодня мы поговорим о «дровяном» транспорте с привычными нам ДВС, моторами, сжигающими топливо внутри себя.

Разумеется, затолкать дрова (или нечто подобное) в карбюратор вместо бензина пока еще никому не удавалось, а вот идея прямо на борту авто получать из древесины горючий газ и подавать его в цилиндры как топливо прижилась на долгие годы. Речь идет о газогенераторных автомобилях, машинах, чей классический ДВС работает на генераторном газе, который получают из древесины, органических брикетов, или угля. От привычного жидкого топлива, кстати, такие машины тоже не отказываются — они способны работать и на бензине.

Генераторный газ — это смесь газов, состоящая в основном из окиси углерода СО и водорода Н2. Получить такой газ можно, сжигая размещенную толстым слоем древесину в условиях ограниченного количества воздуха. На этом несложном принципе работает и автомобильный газогенератор, простой по сути агрегат, но громоздкий и конструктивно осложненный дополнительными системами.

Также, помимо собственно производства генераторного газа, автомобильная газогенераторная установка охлаждает его, очищает и смешивает с воздухом. Соответственно, конструктивно классическая установка включает в себя сам газогенератор, фильтры грубой и тонкой очистки, охладители, электровентилятор для ускорения процесса розжига и трубопроводы.

НПЗ вожу с собой

Простейший газогенератор имеет вид вертикального цилиндра, в который почти доверху загружается топливо — дрова, уголь, торф, прессованные пеллеты и т.п. Зона горения расположена внизу, именно здесь, в нижнем слое горящего топлива создается высокая температура (до 1 500 градусов по Цельсию), необходимая для выделения из более верхних слоев будущих компонентов топливной смеси — окиси углерода СО и водорода Н2. Далее горячая смесь этих газов поступает в охладитель, который снижает температуру, повышая таким образом удельную калорийность газа. Этот довольно крупный узел обычно приходилось помещать под кузовом машины. Расположенный следом по ходу газа фильтр-очиститель избавляет будущую топливную смесь от примесей и золы. Далее газ направляется в смеситель, где соединяется с воздухом, и окончательно приготовленная смесь направляется в камеру сгорания двигателя автомобиля.

Как видите, система производства топлива прямо на борту грузовика или легковушки занимала довольно много места и немало весила. Но игра стоила свеч. Благодаря собственному — и к тому же дармовому — топливу свой автономный транспорт могли себе позволить предприятия, расположенные за сотни и тысячи километров от баз снабжения ГСМ. Это достоинство долго не могло затмить все недостатки газогенераторных автомобилей, а их было немало:

— существенное сокращение пробега на одной заправке;
— снижение грузоподъемности автомобиля на 150-400 кг;
— уменьшение полезного объема кузова;
— хлопотный процесс «дозаправки» газового генератора;
— дополнительный комплекс регламентных сервисных работ;
— запуск генератора занимает от 10-15 минут;
— существенное снижение мощности двигателя.

В тайге заправок нет

Древесина всегда являлась основным топливом для газогенераторных автомобилей. В первую очередь, конечно, там, где дров в избытке, — на лесозаготовках, в мебельном и строительном производстве. Традиционные технологии лесопереработки при промышленном использовании древесины в эпоху расцвета «газгенов» около 30% от массы леса отпускали в отходы. Их и использовали как автомобильное топливо. Интересно, что правилами эксплуатации отечественных «газгенов» строжайше запрещалось использование деловой древесины, так как и отходов лесной промышленности было с избытком. Для газогенераторов годились как мягкие, так и твердые породы дерева.

Единственное требование — отсутствие на чурках гнили. Как показали многочисленные исследования, проведенные в 30-е годы в Научном автотракторном институте СССР, лучше всего в качестве топлива подходят дуб, бук, ясень и береза. Чурки, которыми заправлялись котлы газогенераторов, чаще всего имели прямоугольную форму со стороной 5-6 сантиметров. Сельскохозяйственные отходы (солома, лузга, опилки, кора, шишки и пр.) прессовали в специальные брикеты и также «заправляли» ими газогенераторы.

Читайте также:  Какие двигателя используются для турбин

Главным недостатком «газгенов», как мы уже говорили, можно считать малый пробег на одной заправке. Так, одной загрузки древесными чурками советским грузовикам (см. ниже) хватало не более чем на 80-85 км пробега. Учитывая, что «заправляться» руководство по эксплуатации рекомендует при опустошении бака на 50-60%, то и вовсе пробег между заправками сокращается до 40-50 км. Во-вторых, сама установка, вырабатывающая генераторный газ, весит несколько сотен килограммов. К тому же двигатели, работающие на таком газе, выдают на 30-35% меньше мощности, чем их бензиновые аналоги.

Доработка автомобилей под дрова

Для работы на генератором газе автомобили приходилось приспосабливать, но изменения не были серьезными и порой были доступны даже вне заводских условий. Во-первых, в моторах повышали степень сжатия, чтобы не так существенна была потеря мощности. В некоторых случаях для улучшения наполнения цилиндров двигателя применялся даже турбонаддув. На многие «газифицированные» авто устанавливался генератор электрооборудования с повышенной отдачей, поскольку для вдувания воздуха в топку использовался достаточно мощный электровентилятор.

Для сохранения тяговых характеристик, в особенности это касалось грузовиков, при снизившейся мощности двигателя передаточные числа трансмиссии делали более высокими. Скорость движения падала, но для автомобилей, использующихся в лесной глуши и прочих пустынных и отдаленных районах это не имело решающего значения. Чтобы компенсировать изменившуюся из-за тяжелого газогенератора развесовку, в некоторых машинах усиливали подвеску.

Помимо того, из-за громоздкости «газового» оборудования отчасти приходилось перекомпоновывать автомобиль: менять, сдвигать грузовую платформу или урезать кабину грузовика, отказываться от багажника, переносить выхлопную систему.

Золотая эра «газгена» в СССР и за границей

Эра расцвета газогенераторных автомобилей пришлась на 30-40-е года прошлого века. Одновременно в нескольких странах с большими потребностями в автомобилях и малыми разведанными запасами нефти (СССР, Германия, Швеция) инженеры крупных предприятий и научных институтов взялись за разработку автотранспорта на дровах. Советские специалисты больше преуспели в создании грузовых автомобилей.

С 1935 года и до самого начала Великой Отечественной войны на разных предприятиях Министерства лесной промышленности и ГУЛАГа (Главное Управление ЛАГерей, увы, реалии той поры) «полуторки» ГАЗ-АА и «трехтонки» ЗИС-5, а также автобусы на их базе переделывались для работы на дровах. Также отдельными партиями газогенераторные версии грузовиков производились самими заводами-изготовителями машин. Например, советские автоисторики приводят цифру 33 840 — столько было выпущено газогенераторных «полуторок» ГАЗ-42. Газогенераторных ЗИСов моделей ЗИС-13 и ЗИС-21 в Москве выпущено более 16 тыс. единиц.

За довоенное время советскими инженерами было создано более 300 различных вариантов газогенераторных установок, из которых 10 дошли до серийного производства. Во время войны серийными заводами были подготовлены чертежи упрощенных установок, которые могли изготавливаться на местах в автомастерских без применения сложного оборудования. По воспоминаниям жителей северных и северо-восточных регионов СССР, грузовики на дровах можно было встретить в глубинке вплоть до 70-х годов ХХ века.

В Германии во время Второй Мировой войны наблюдался острый дефицит бензина. КБ двух компаний (Volkswagen и Mercedes-Benz) получили задание разработать газогенераторные версии своих популярных компактных машин. Обе фирмы в довольно сжатые сроки справились с поставленной задачей. На конвейер встали Volkswagen Beetle и Mercedes-Benz 230. Интересно, что у серийных авто дополнительное оборудование даже не выступало за стандартные габариты «легковушек». В Volkswagen пошли еще дальше и создали опытный образец «дровяного» армейского Volkswagen Тур 82 («кюбельваген»).

Дровяные машины сегодня

К счастью, главное достоинство газогенераторных автомобилей — независимость от сети АЗС, сегодня стало малоактуальным. Однако в свете современных экологических веяний на первый план вышло другое достоинство автомобилей на дровах — работа на возобновляемом топливе без какой-либо его химической подготовки, без дополнительной траты энергии на производство топлива. Как показывают теоретические расчеты и практические испытания, мотор на дровах меньше вредит атмосфере своими выбросами, чем аналогичных двигатель, но уже работающий на бензине или солярке. Содержание выхлопных газов очень схоже с выбросами ДВС, работающих на природном газе.

И тем не менее тема с автомобилями на дровах утратила свою былую популярность. Забыть о газогенераторах не дают в основном инженеры-энтузиасты, которые ради экономии на топливе или в качестве эксперимента переоборудуют свои личные машины для работы на генераторном газе. На постсоветском пространстве есть удачные примеры «газгенов» на базе легковушек АЗЛК-2141 и ГАЗ-24, грузовика ГАЗ-52, микроавтобуса РАФ-2203 и пр. По словам конструкторов, их творения могут проезжать на одной заправке до 120 км со скоростью 80-90 км/ч.

Читайте также:  Начал троить двигатель после прогрева

К примеру, переведенный житомирскими инженерами в 2009 году на дрова ГАЗ-52 расходует около 50 кг древесных чурок на 100 км пробега. По словам конструкторов, подкидывать дровишки нужно каждые 75-80 км. Газогенераторная установка традиционно для грузовиков расположилась между кабиной и кузовом. После розжига топки должно пройти около 20 минут, прежде чем ГАЗ-52 сможет начинать движение (в первые минуты работы генератора выработанный им газ не имеет нужных горючих свойств). По расчетам разработчиков, 1 км на дровах обходится в 3-4 раза дешевле, чем на дизельном топливе или бензине.

Единственная на сегодняшний день страна, в которой массово используются автомобили на дровах, — это Северная Корея. В связи с тотальной мировой изоляцией там наблюдается определенный дефицит жидкого топлива. И дрова снова приходят на выручку тем, кто оказался в нелегком положении.

Источник

Газогенераторы-альтернативный источник топлива

Газогенераторы – альтернативный источник топлива

Электричество, это универсальный вид энергии. Практически любой вид генератора работает по принципу трансформации энергоносителя в электрический ток. Но вот газогенераторы позволяют сделать это из любого топлива, ведь они практически всеядны.

Система питания электрогенераторов

Потенциальный источник энергии может быть любым, его эффективность определяется правильно подобранным генератором. Но среди всех этих источников, есть и бросовые, т.е. бесплатные. Это может быть мусор, опилки, дрова, щепа и вообще любой горючий материал. Но чтобы эти отходы включить в процесс выработки электроэнергии, необходимо газифицировать эти материалы.

В принципе, электрогенератор может работать и на твёрдом топливе. Но в этом случае будет чрезвычайно осложнена система автоматизации. Ведь газообразные и жидкие виды горючего гораздо быстрее воспламеняются, а их подача в реакторную зону не в пример легче.

Чтобы устранить этот нюанс, более полутора веков назад была предложена система газификации твёрдого топлива в газогенераторной установке.

Принцип работы газогенератора

Обывательские представления о газогенераторе предполагают, что из загруженного в бункер материала, система получает только угарный газ (СО) и небольшую примесь других летучих углеводородов. Но на самом деле, в процессе пирогенетической трансформации углеродосодержащих материалов, на выходе пользователь получает:

  • Водород (Н2) до 17%;
  • Метан (СН4) до 5%;
  • Угарный газ (СО) до 22%.

Большую по объёму часть генераторного газа составляет инертный азот(N2) и углекислый газ (СО2). Есть ещё небольшая часть кислорода и совсем мизерная доля смеси непредельных углеводородов.

Но перед использованием, генераторный газ необходимо очистить и осушить. Для этого используют несколько очистительных модулей разных конструкций. В зависимости от масштабов газогенератора и от потребностей владельца, эти очистные колонны могут быть и самодельными.

⇐ Ставте ЛАЙК. Делитесь с друзьями, оставляйте ваши КОМЕНТАРИИ (Ваши Комментарии очень помогают развитию проекта)

Очистка газа из газогенератора

На выходе из реакторной зоны, газовая смесь представляет собой аэроэмульсию, где во взвешенном состоянии и атмосфере высокой влажности, как-бы плавают спёкшиеся до стекловидного состояния частицы золы, микродисперсная сажа и прочий мусор. Самый простой способ удалить их – пропустить газ через фильтр «Циклон». В этом устройстве ток газовой смеси двигается по спирали с ускорением. Центробежные силы прижимают взвешенные частицы к стенкам колонны, и инородные вкрапления осаждаются на специальных лопаточках, а затем самотёком перемещаются в бункер.

Это называется грубой очисткой, и посредством её удаляются вкрапления от 3 мм до 50 микрон.

Далее устанавливают либо водяной фильтр, либо сетчатый, либо инерционно-ударный. Умельцы придумывают свои типы фильтров, некоторые из них демонстрируют очень достойные результаты, но к большинству из них требуется внешний подвод электроэнергии.

На выходе из системы очистки, газовая смесь должна гореть ярким синим пламенем.

Использование газовой смеси из газогенератора

В данной проекции задача видится упрощённой, потому что газогенератор в этой концепции представляет собой устройство для преобразования твёрдого топлива в газообразное. В дальнейшем полученную газовую смесь можно направлять в двигатель внутреннего сгорания. А вращать он будет то устройство, которое к нему приспособлено: или колёса автомобиля, или электрогенератор.

Читайте также:  Роторный двигатель работает на воде

Поэтому будет более правильным, разделить систему генерации электроэнергии из дров на два отдельных модуля:

Соответственно для правильной работы, количество газа производимого газогенератором, должно хватать электрогенератору. А вот его мощностью, определяется и производительность всей системы в целом.

По этому параметру такие электрогенераторы на пиролизном газе можно разделить на три группы:

  • Индивидуального пользования, мощностью до 5 кВт;
  • Коллективного пользования, мощностью до 30-50 кВт;
  • Коммерческие установки, мощностью свыше 50 кВт.

В первом случае, индивидуальный электрогенератор на дровах должен обеспечивать отдельно стоящий жилой дом электроэнергией в постоянном режиме. Во втором случае, такую установку делают для обеспечения 4-6 домов электроэнергией. А в третьем варианте, электричеством можно уже торговать и вступать в конкуренцию с госмонополией.

Удобство и скрытые недостатки газогенераторных систем получения электроэнергии

Самым важным и веским плюсом газогенераторных систем является их всеядность по отношению к энергоносителям. В принципе, при творческом подходе и научном обосновании, можно своими руками собрать газогенератор универсального типа, под любое альтернативное топливо:

  • Уголь;
  • Торф;
  • Дрова;
  • Мазут и отработанное масло;
  • Старые покрышки и резину;
  • ПЭТ-бутылки и пластиковый мусор;
  • Бумагу, опилки, пищевые отходы и пр.

В зависимости от состава загружаемой массы, будет меняться только процентное соотношение газовой смеси.

Но при любом раскладе, в этой смеси будет большое процентное содержание балласта – негорючих компонентов: азота, углекислоты, водяных паров. Они снижают эффективность работы ДВС, и поэтому проводят специальную настройку впрыска топлива и системы воспламенения, именно под газогенераторную смесь газов.

Обратите внимание, что состав газовой смеси меняется, в зависимости от состава топлива и самого процесса. Более энергоёмкие продукты, дают более обогащённую и теплотворную смесь. Однако и преимущество газогенератора заложено именно в возможности использовать низкоэнергетические виды топлива, поэтому ориентироваться надо на растительное сырьё: пиломатериалы, солома, лузга, шелуха, отходы пищевого производства.

Но самое важное – в процессе газификации теряется около 50% тепловой энергии!

Есть ещё проблемы с некачественным сырьём — сырая или смолистая древесина быстро забивает газогенератор и выводит из строя фильтры. Полноценная газогенераторная установка занимает производственное помещение в несколько раз больше, чем сама газопоршневая электростанция. Единственное преимущество – возможность, после доработки, использования уже имеющихся дизель-генераторов.

Но эти же недостатки дополняются и необходимостью регулярного обслуживания ДВС. Ведь даже после очень качественной очистки, работа ДВС на газогенераторном газе будет иметь свои особенности.

Интеграция газогенераторной установки в систему альтернативного энергообеспечения дома

Обобщая полученную информацию и трезво оценив возможности, можно подвести итог: «На одних дровах далеко не уедешь». Да и в одну корзину все яйца складывать неразумно. Для устойчивого и безотказного снабжения дома электричеством из альтернативного источника требуется и система накопления энергии – блок аккумуляторов.

Режим работы в этом случае подразумевается следующий: 4-6 часов работы газогенераторной электростанции + сутки питание от аккумуляторов.

По вопросу выбора аккумулятора для подобной эксплуатации, есть единственное грамотное решение, это железо-никелевые щелочные АКБ. Они не боятся перезаряда и короткого замыкания, ни какие зарядные токи не могут вывести их из строя. Единственный их недостаток – 1% саморазряда в сутки. Но для выбранного режима эксплуатации, это не имеет значения. Требуется только раз в квартал, подливать дистиллированную воду.

Совсем другое дело, эксплуатация газогенераторной установки в коммерческих целях, то есть реализация электроэнергии в частном порядке своим соседям, или же через коммунальную электросеть. Но для этого потребуется гораздо более мощные установки. А там уже совсем другой расход топлива.

Усреднённо, можно принять следующую цифру для расчётов 1,2 кг/ч на 1 кВт электроэнергии. Если генератор будет выдавать 100 кВт, то ему потребуется 120 кг сухих дров в час или 3 тонны в сутки! При этом всё загружаемое топливо должно быть калиброванным, ну примерно размером с два спичечных коробка.

А месяц работы, это уже 90 тонн щепы и отходов пиломатериалов.

Иными словами, для коммерческого использования, такую газогенераторную электростанцию надо держать рядом с дармовым и неограниченно большим источником альтернативного топлива, например, около крупного лесозаготовительного производства.

Источник

Adblock
detector