Кіріспе

Газды отынмен жұмыс істейтін ішкі жану қозғалтқышы

басқа қозғалтқыштар

Газ қозғалтқышы – көмір газы, өндіріс газы, биогаз, полигон газы, табиғи газ немесе сутегі сияқты газ тәрізді отынмен жұмыс істейтін ішкі жану қозғалтқышы. Ұлыбританияда және британдық ағылшын тілінде сөйлейтін елдерде бұл термин нақты білдіріледі. Америка Құрама Штаттарында "газ" сөзі бензинге (бензинге) қатысты жиі қолданылатындықтан, мұндай қозғалтқышты газбен жұмыс істейтін қозғалтқыш немесе табиғи газ қозғалтқышы деп нақтырақ атауға болады. Қазіргі қолданыста газ қозғалтқышы дегеніміз – жылына 8760 сағатқа жуық толық жүктемемен үздіксіз жұмыс істей алатын, ауыр өнеркәсіптік қозғалтқыш. Бұл бензинді автомобиль қозғалтқышынан өзгеше, ол жеңіл, жоғары жылдамдықта жұмыс істейді және өмірі бойында көбінесе 4000 сағаттан аспайды. Типик қуат диапазоны:

Леноар

Газ қозғалтқыштарымен 19 ғасырда көптеген тәжірибелер жасалды, бірақ газбен жұмыс істейтін алғашқы практикалық ішкі жану қозғалтқышын 1860 жылы бельгиялық инженер Этьен Леноар ойлап тапты. Дегенмен, Леноар қозғалтқышының қуаты төмен және отын шығыны жоғары болды.

Отто мен Ланген

Леноардың жұмысын неміс инженері Николаус Август Отто одан әрі зерттеп, жетілдірді. Ол кейіннен бірінші төрт тактіді қозғалтқышты ойлап тапты, ол поршень камерасында жанар майды тиімді түрде жағуға мүмкіндік берді. 1864 жылдың тамызында Отто Эвген Лангенмен кездесті, ол техникалық білімі бар болғандықтан, Оттоның жетістіктерінің әлеуетін байқады және кездесуден бір ай өткен соң Кёльн қаласында NA Otto & Cie деген әлемдегі алғашқы қозғалтқыш зауытын құрды. 1867 жылы Отто өзінің жетілдірілген конструкциясын патенттеді және ол 1867 жылғы Париж әлемдік көрмесінде Гран-при жүлдесіне ие болды. Бұл атмосфералық қозғалтқыш газ және ауа қоспасын тік цилиндрге сору арқылы жұмыс істеді. Поршень шамамен екі дюймге (сегіз дюйм емес) көтерілгенде, газ және ауа қоспасы сыртында жанған кішкентай тұтандыру жалынымен тұтанады, бұл поршенді (тісті тізбекке қосылған) жоғары итеріп, оның астында жартылай вакуум құрайды. Поршень жоғары көтерілгенде жұмыс істемейді. Жұмыс поршень мен тісті тізбек атмосфералық қысым мен өз салмағының әсерімен төмен түскенде жасалады, бұл олар төмен түскенде бас вал мен инерциялық дөңгелектерді айналдырады. Оның қазіргі бу қозғалтқыштарынан артықшылығы – оны қажет болған кезде дереу іске қосу және тоқтату мүмкіндігі, бұл оны баржаларды тиеу немесе түсіру сияқты үзілісті жұмыстар үшін өте ыңғайлы етеді.

Төрт соғыслы қозғалтқыш

Атмосфералық газды қозғалтқыш өз кезегінде Оттоның төрт тактілі қозғалтқышымен алмастырылды. Төрт тактілі қозғалтқыштарға көшу өте жылдам болды, соңғы атмосфералық қозғалтқыштар 1877 жылы жасалды. Жақын арада сұйық отынды дизельдік (1898 шамасында) немесе бензинмен жұмыс істейтін қозғалтқыштар пайда болды (1900 шамасында).

Кроссли

Ұлыбританиядағы газ қозғалтқыштарын жасауда ең белгілі компания – Манчестердегі «Кроссли» компаниясы болды. 1869 жылы ол Отто мен Лангеннің жаңа газбен жұмыс істейтін атмосфералық қозғалтқыштарының патенттеріне Ұлыбритания және әлемдік (неміс тіліндегісінен басқа) құқықтарды сатып алды. 1876 жылы олар тиімдірек Оттоның төрт тактты циклдік қозғалтқышына құқықтарды иеленді.

Танье

Манчестер аймағында тағы бірнеше фирмалар орналасқан еді. Бірмингем қаласына жақын Сметвик қаласындағы Танги компаниясы алғашқы газ қозғалтқышын, 1 атты күштік екі циклді түрін 1881 жылы сатты, ал 1890 жылы фирма төрт циклді газ қозғалтқышын өндіруге кірісті.

Сақтау

Англияның Стокпорт қаласының жанындағы Пойнтон қаласындағы Ансон қозғалтқыштар мұражайында жұмыс істейтін бірнеше газ қозғалтқыштары бар, соның ішінде жасалған ең үлкен Кроссли атмосфералық қозғалтқышы да бар.

Қазіргі өндірушілер

Газ қозғалтқыштарын өндірушілер қатарында Hyundai Heavy Industries, Rolls Royce (Bergen Engines AS компаниясымен бірге), Kawasaki Heavy Industries, Liebherr, MTU Friedrichshafen, INNIO Jenbacher, Caterpillar Inc., Perkins Engines, MWM (Карл Бенц 1909 жылы Motorfahrzeug und Motoren Werke Mannheim AG ретінде құрған), Cummins, Wärtsilä, INNIO Waukesha, Guascor Energy, Deutz, MTU, MAN, Scania AB, Fairbanks Morse, Doosan, Eaton (басқа бір ірі нарық үлесіне ие болған Cooper Industries компаниясының мұрагері) және Yanmar кіреді. Олардың қуаты шамамен микро жылу-электр станциясынан (ЖЭС) басталады. Жалпы айтқанда, қазіргі заманғы жоғары жылдамдықты газ қозғалтқыштары, жағдайларға байланысты, шамамен газ турбиналарымен бәсекелесе алады, ал ең жақсы үлгілері газ турбиналарынан гөрі отынды тиімдірек пайдаланады. Rolls Royce (Bergen Engines компаниясымен бірге), Caterpillar және көптеген басқа өндірушілер өз өнімдерін дизельдік қозғалтқыш блогы мен коленвал негізінде жасауда. INNIO Jenbacher және Waukesha – газға ғана арналған және оған толық бағытталған екі компания.

Стационарлық

Типтік қолданылулар – негізгі жүктеме немесе көп сағаттық жұмыс істейтін генерация схемалары, оның ішінде біріктірілген жылу және электр энергиясын өндіру (типикалды көрсеткіштерге қараңыз), полигон газы, шахта газы, ұңғымадан алынатын газ және биогаз, онда қозғалтқыштан шығатын қалдық жылу қорытқыштарды жылытуға пайдаланылуы мүмкін. Биогаз қозғалтқышын орнатудың стандартты параметрлері үшін қараңыз. Зауытта орнатылған үлкен газ қозғалтқышының ТЭЖ (жылу-электр станциясы) жүйесінің параметрлері үшін қараңыз. Газ қозғалтқыштары көбінесе резервтік қуат көзі ретінде қолданылмайды, бұл сала дизельдік қозғалтқыштардың құзырында қалады. Бірақ, фермаларда, мұражайларда, шағын бизнестерде және тұрғын үйлерде орнатылатын шағын (<150 кВт) авариялық генераторлар – бұл ерекшелік. Бұл генераторлар табиғи газ желісінен немесе орналасқан жердегі газ сақтау ыдыстарынан пропанмен қосылып, қуат жоғалу кезінде автоматты түрде іске қосылуы мүмкін.

Көлік

Сұйытылған табиғи газ (СЖГ) қозғалтқыштары теңіз нарығында кеңінен қолданылуда, себебі азайып жанатын газ қозғалтқышы қосымша отынды өңдеу немесе түтін тазарту жүйелерінсіз жаңа шығарынды талаптарын орындай алады. Қысылған табиғи газбен (CNG) жұмыс істейтін қозғалтқыштарды автобус секторында қолдану да артып келеді. Ұлыбританиядағы қолданушылардың бірі – Reading Buses. Газ автобустарын қолдануға Gas Bus Alliance қолдау көрсетіп, ал өндірушілердің қатарында Scania AB компаниясы бар.

Газды метан немесе пропанды пайдалану

Табиғи газ, негізінен метан, көптен бері экономикалық және қолжетімді отын болғандықтан, көптеген өнеркәсіптік қозғалтқыштар газды пайдалану үшін жасалған немесе қайта жабдықталған, бензиннен ерекшеленеді. Олардың жұмысы аз күрделі көмірсутек ластануын тудырады, сондай-ақ қозғалтқыштардың ішкі ақаулары да азаяды. Мысалы, сұйытылған мұнай газы, негізінен пропан, көптеген жүк көтеру машиналарын қуаттандыру үшін қолданылады. АҚШ-та "газ" сөзі "бензин" мағынасында қолданылатындықтан, табиғи газ қозғалтқышын нақты анықтау қажет. "Табиғи бензин" деген де термин бар, бірақ бұл термин, табиғи газ сұйықтықтарының бір бөлігін білдіретін, мұнай өңдеу саласынан басқа жерде сирек кездеседі.

Отын-ауаны араластыру

Газдық қозғалтқыш бензиндік қозғалтқыштан отын мен ауаның қалай араласатынымен ерекшеленеді. Бензиндік қозғалтқышта карбюратор немесе отын инжекциясы қолданылады, ал газдық қозғалтқыш көбінесе газды ауа ағынына енгізу үшін қарапайым вентури жүйесін пайдаланады. Алғашқы газ қозғалтқыштары ауа мен газ үшін бөлек кіретін клапандары бар үш клапанды жүйе қолданған.

Құю клапандары

Дизельді қозғалтқышқа қарағанда газ қозғалтқышының әлсіз тұсы – шығарып тастау клапандары, себебі газ қозғалтқышының шығарып тастау газдары белгілі бір қуат үшін әлдеқайда ыстық болады, және бұл қуатты шектейді. Сондықтан, бір өндірушінің дизельді қозғалтқышының максималды қуаты, газды қозғалтқыш нұсқасындағы сол қозғалтқыш блогының көлемінен әдетте жоғары болады. Дизельді қозғалтқыштың әдетте үш түрлі номиналды қуаты болады – күту режимі, негізгі және үздіксіз, яғни Ұлыбританияда 1 сағаттық, 12 сағаттық және үздіксіз номиналды қуаттар, ал газ қозғалтқышы әдетте тек үздіксіз номиналды қуатқа ие болады, ол дизельдік үздіксіз номиналды қуаттан төмен болады.

Жалынды

Әр түрлі тұтандыру жүйелері қолданылған, оның ішінде ыстық түтікпен тұтандырғыштар және ұшқынды тұтандыру. Кейбір қазіргі заманғы газ қозғалтқыштары негізінен екі отынмен жұмыс істейтін қозғалтқыштар болып табылады. Энергияның басты көзі – газ және ауа қоспасы, бірақ ол дизель отынының шағын мөлшерін шашырату арқылы тұтандырылады.

Жылу тиімділігі

Табиғи газбен жұмыс істейтін газ қозғалтқыштарының жылу тиімділігі әдетте 35-45% (LHV негізінде) аралығында болады. 2018 жылдан бастап ең жақсы қозғалтқыштар 50%-ға дейін жылу тиімділігіне жете алады (LHV негізінде). Бұл газ қозғалтқыштары көбінесе орташа жылдамдықты қозғалтқыштар болып табылады. Bergen Engines қозғалтқыштарында отын энергиясы шығыс білігінде пайда болады, ал қалғаны ысыраптық жылу ретінде шығады. Қозғалтқыштың тиімділігін бағалау кезінде, ол газдың төменгі жылулық мәніне (LHV) немесе жоғары жылулық мәніне (HHV) негізделгенін ескеру қажет. Қозғалтқыш өндірушілері әдетте газдың төменгі жылулық мәніне сүйенген тиімділікті көрсетеді, яғни газдың ішіндегі ылғалды буландыруға кеткен энергия ескерілгеннен кейінгі тиімділік. Газ тарату желілері әдетте газдың жоғары жылу құны бойынша есептейді, яғни оның жалпы энергия мазмұны бойынша. Мысалы, LHV негізінде көрсетілген қозғалтқыш тиімділігі 44% болуы мүмкін, ал дәл сол қозғалтқыштың тиімділігі табиғи газ бойынша HHV негізінде 39,6% болуы мүмкін. Тиімділікті салыстырудың дұрыс негізде жүргізілуін қамтамасыз ету де маңызды. Мысалы, кейбір өндірушілер механикалық жетегі бар сорғыларды пайдаланады, ал басқалары қозғалтқышты суыту үшін электрмен жұмыс істейтін сорғыларды қолданады. Электр энергиясын тұтыну кейде ескерілмейді, бұл тікелей жетегі бар қозғалтқыштармен салыстырғанда тиімділіктің жоғарылауын көрсетеді.

Жылу және электр энергиясын біріктіру

Қозғалтқыштан шығарылатын жылу энергиясын ғимараттарды жылытуға немесе өндіріс процестерін жылытуға қолдануға болады. Қозғалтқыштағы қалдық жылудың шамамен жартысы (қозғалтқыш қаптамасынан, май салқындатқышынан және салқындатқыштан кейінгі контурлардан) 110°C дейін ыстық су түрінде пайда болады. Қалғаны жоғары температуралы жылу түрінде болады, оны қазандық газдар жылу алмастырғышын пайдалану арқылы қысымды ыстық суға немесе буға айналдыруға болады.

Қозғалтқышты салқындату

Ең көп таралған екі қозғалтқыш түрі – ауамен немесе сумен салқындатылатын қозғалтқыштар. Сумен салқындатылатын қозғалтқыштар қазіргі кезде ішкі жану қозғалтқыштарында антифризді пайдаланады.

Кейбір қозғалтқыштарда (ауамен немесе сумен салқындатылатын) май салқындатқышы қосымша орнатылады. Қозғалтқыштың артық қызуын болдырмау үшін салқындату қажет, себебі қызып кету қозғалтқыштың тозуына, жарылуына немесе бүгілуіне алып келіп, істен шығуына себеп болуы мүмкін.