Меню

Аксенов повышение надежности газовых мотор генераторов 11гд100

Аксенов повышение надежности газовых мотор генераторов 11гд100

Введение. Теплоснабжение является одной из важных подотраслей жилищно-коммунального хозяйства России. Основой централизованного теплоснабжения является комбинированная выработка электрической и тепловой энергии, которая предусматривает (обеспечивает) повышение эффективности коммунальных систем теплоснабжения малых городов России путем сооружения теплоэлектроцентралей (ТЭЦ) с газотурбинными и газопоршневыми установками [1]. Однако одной из серьезных проблем в России является отсутствие собственного производства газопоршневых двигателей и электростанций на их основе мощностью выше 0,5 МВт для малой теплоэнергетики (и не только для этого).

За 28 лет после распада СССР не были предприняты реальные шаги к решению важной государственной задачи – организация производства газопоршневых двигателей и электростанций на их основе. Надежды государства на ее решение действующими в России двигателестроительными предприятиями не оправдались, в связи с чем, например, для модернизации отопительной котельной в теплоэлектростанцию (ТЭЦ) газопоршневые двигатели и электростанции приходится приобретать за рубежом (таблица 1 [2]).

Пунктом 5 «Плана мероприятий. » (шифр отраслевого плана 05ЭМ5) (Приказ Минпромторга России от 16.04.2019 № 1327) предусмотрено производство газопоршневых установок с двигателями с искровым зажиганием со снижением в 2024 г. доли их импорта до 25 %. Для того чтобы добиться этого показателя необходимо предпринять реальные шаги по созданию в короткие сроки соответствующего производства в России, например, в Белгородской области. Этой задаче соответствует, например, создание газопоршневых электростанций с двигателями единичной средней мощностью 500 — 2000 кВт, которые нужны, в первую очередь, для «обеспечения приоритетного использования комбинированной выработки электрической и тепловой энергии для теплоснабжения» (ст. 3 ФЗ «О теплоснабжении»).

«Энергетической стратегией ОАО «РЖД» на период до 2010 года и на перспективу до 2030 года», например, предусмотрено развитие собственной генерации для нужд стационарной энергетики железных дорог на основе газопоршневых электростанций мощностью 1 — 5 МВт. Газопоршневые двигатели применяются и в качестве привода компрессоров на газоперекачивающих станциях.

Основные зарубежные производители газопоршневых двигателей и электростанций

Диапазон мощностей (cosφ = 1,0), кВт

Caterpillar Inc (включая приобретенные FG Wilson, MWM GmbH, Perkins)

Waukesha Engine Dresser Inc

MTU Onsite Energy GmbH (Tognum Group)

GE Energy Jenbacher gas engines

Mitsubishi Heavy Industries Ltd.

Rolls Royce Power Engineering Plc (Power Generation)

Elteco a.s. ( двигатели — Lombardini, Perkins, Volvo Penta, Iveco, MTU)

В связи с этим задача организации создания таких двигателей является весьма актуальной как для теплоэнергетики, так и для других отраслей экономики России, например, для судовых энергетических установок и тепловозной тяги ОАО «РЖД». … > Однако на текущий момент чисто газопоршневые двигатели для магистральных тепловозов отечественной промышленностью пока не созданы. Нет разнообразия газопоршневых двигателей и для имеющихся различных модификаций маневровых тепловозов, выпускаемых промышленностью. Сроки создания и освоения производства таких тепловозных двигателей могут составить более 5 лет. … > [3].

Газопоршневый двигатель – это двигатель внутреннего сгорания с системой образования топливно-воздушной смеси и искровым зажиганием. В качестве топлива использует природный газ и другие виды газового топлива, что обеспечивает экономичность, высокий ресурс работы и минимальный уровень шума.

Для решения поставленной задачи целесообразно обратиться к недавнему прошлому опыту СССР, согласно которому:

1. Были разработаны, произведены и продолжают до настоящего времени работать в большом количестве двухтактные дизели серии Д100, подтверждая достаточную их надёжность, например:

  • 7Д100 – стационарные электростанции на объектах Минобороны РФ;
  • 3Д100; 13Д100; 14Д100 — судовые дизельные двигатели;
  • 11ГД100 – стационарная газопоршневая электростанция;
  • 15Д100 – стационарные электростанции на АЭС;
  • 17ГД100 – стационарная газодизельная электростанция;
  • 10Д100М – более 5000 ед. в качестве тепловозной тяги в системе ОАО «РЖД». В общей сложности с 1958 по 2007 годы было построено 19 000 секций тепловозов ТЭ10 всех модификаций преимущественно с дизельными двигателями 10Д100 и 10Д100М.

2. По заказу Мингазпрома СССР на основе тепловозного дизель-генератора 2Д100 был разработан и изготовлен в количестве более 170 единиц газовый мотор-генератор 11ГД100М мощностью 1000 кВт до настоящего времени работающий на магистральных газопроводах Бухара-Урал, Средняя Азия-Центр.

Дизели серии Д100 (рис. 1) были созданы в СССР на Харьковском заводе транспортного машиностроения (ХЗТМ), ныне – Завод им. В.А. Малышева, по копии судового двухтактного оппозитного (со встречно движущимися поршнями) дизеля 38D8⅛″ фирмы « Фербенкс-Морзе » (Fairbanks-Morse, США) (рис. 2), снятого с одного из поставленных по ленд-лизу военных катеров.

Основные расчетные характеристики гильзы цилиндра дизеля 10Д100 представлены в таблице 2.

Рис. 1. Тепловозный дизель типа 10Д100М

Область применения в США дизелей типа 38D8⅛″:

  • Атомные электростанции
  • Водохозяйственные сооружения
  • Морские суда
  • Компрессоры природного газа
  • Насосные станции
  • Больничные учреждения
  • Муниципалитеты
  • Производство электроэнергии

Рис. 2. Дизель 38D8⅛″ 12-ти цилиндровый с воздуходувкой

Основные характеристики гильзы цилиндра дизеля 10Д100

Объем цилиндра (при перекрытии окон впуска и выпуска), л

Количество цилиндров в дизеле, шт.

Внутренний диаметр цилиндра, мм

Ход оппозитно расположенных поршней, мм

С учетом вышеуказанного опыта выполненных в СССР работ можно путем конвертации, например, тепловозного дизеля 10Д100М мощностью 2200 кВт изготовить газопоршневой двигатель мощностью 2000 кВт (850 об/мин, к.п.д. 40 %) без турбонаддува, так как для сгорания газа требуется меньший в 1,5–2,0 раза избыток воздуха, чем при работе на дизельном топливе. Возможно создание ряда модификаций газового двигателя ГД100 в зависимости от частоты вращения вала и числа цилиндров в нем :

Мощность двигателя (кВт) при частоте вращения (об/мин)

Одно из прогрессивных направлений в конструкции создаваемых газопоршневых двигателей – форкамерно-факельное зажигание газовоздушной смеси в камере сгорания цилиндра двигателя, обеспечивающее повышение надежности и эффективности его работы, а также сокращение вредных выбросов с отработавшими газами в окружающую среду [4–6].

1. Технологические особенности газопоршневой установки на основе двухтактного тепловозного дизеля Д100 .

Как было отмечено выше, согласно статье 3 ФЗ «О теплоснабжении» одним из общих принципов организации отношений в сфере теплоснабжения является «обеспечение приоритетного использования комбинированной выработки электрической и тепловой энергии для организации теплоснабжения». Комбинированная выработка электрической и тепловой энергии – режим работы ТЭЦ, при котором производство электрической энергии непосредственно связано с одновременным производством тепловой энергии. В связи с отсутствием паровых и газовых турбин мощностью до 2 МВт на ТЭЦ в небольших поселениях и на промышленных предприятиях целесообразно применять газопоршневые двигатели соответствующей мощности.

Читайте также:  Генератор в мондео зачем

Газопоршневые двигатели могут быть как четырехтактными, так и двухтактными. По сравнению с четырехтактными двухтактные газопоршневые двигатели оказались более эффективными, так как они, например, за один оборот совершают в 1,5–2,0 раза б о льшую мощность. В связи с этим автор делает акцент на двигатели такого типа.

В плане решения задачи производства газопоршневых двигателей целесообразно использовать положительный опыт СССР в создании газовых двигателей 11ГД100 на базе дизелей 2Д100. Воспроизводство газопоршневых двигателей (и электростанций на их основе) целесообразно организовать по аналогии (путем конвертации, но на современной технологической основе) с работающими в ОАО «РЖД» двухтактными дизелями серии 10Д100М. Для технического обслуживания дизелей серии Д100 на территории России существует сеть производственных мощностей по их техническому обслуживанию и изготовлению запасных частей и узлов к ним. Таким образом, в целях обеспечения энергетической и экономической безопасности страны, целесообразно возобновление производства газового мотор-генератора 11ГД100М (и / или создание его отечественных аналогов) путем конвертации дизеля 10Д100М на современной технологической основе с использованием ранее приобретенного опыта.

1.1. Особенности конструкции газового двигателя 11ГД100 .

В 1908 г. главный инженер Коломенского завода Р.А. Корейво изобрел и построил оригинальный горизонтальный одноцилиндровый двухтактный дизель с расходящимися поршнями. В 1911 г. его выставили на Международной выставке двигателей в Петербурге. Там же депонировался и опытный дизель подобной конструкции Юнкерса (Германия). Имеются данные, что немецкий конструктор использовал некоторые особенности двигателя Корейво, но без какого-либо упоминания о нем. Позже дизели с расходящимися (противоположно движущимися) поршнями нашли широкое применение в авиации (бомбардировщики Ю-87). Изготовителем таких дизелей являлась и крупная американская фирма «Фербенкс Морзе» (рис. 2). В СССР это – известный дизель серии Д100 [7].

Создание и внедрение двигателей серии Д100 было осуществлено на базе большого комплекса научно-исследовательских, опытных, конструкторских и проектных работ на экспериментальной одноцилиндровой установке ГД100. В 1957–1960 гг. эти исследования велись в лаборатории двигателей Академии наук СССР.

Большая часть работ проводилась совместно ВНИИгазом (г.Москва) и заводом им. Малышева (г.Харьков).

Основные научно-исследовательские работы проводились во ВНИИгазе на экспериментальной одноцилиндровой установке, изготовленной заводом им. Малышева: исследования по отработке рабочего процесса, по системам питания, пуска и зажигания газовых двигателей ГД100. Полученные на основе этих работ рекомендации проверялись на заводских опытных двигателях.

Рис. 3.а Газовый двигатель 11ГД100. Поперечный разрез [6]

(Двигатель рядный, двухтактный со встречно движущимися поршнями, форкамерно-факельным
зажиганием с внутренним смесеобразованием).

28 – выхлопная коробка; 29 – выхлопной коллектор;
30 – коллектор форкамерного газа; 31 – форкамера с автоматическим клапаном; 32 – свеча зажигания;
33 – катушка зажигания;34 – коллектор отвода воды от форкамер; 35 – коллектор отвода воды из
цилиндров; 36 – верхний поршень;37 – глушитель шума; 38 – верхний масляный коллектор;
39 – кулачковый вал; 40 – коллектор цилиндрового газа; 41 – пусковой редуктор; 42 – цилиндр;
43 – нижний поршень; 44 – нижний масляный коллектор

Значительное число мотор-генераторов 11ГД100М до настоящего времени находятся в эксплуатации, что свидетельствует об их достаточной надежности и экономичности.

В газовых двигателях ГД100 осуществлен высокоэффективный рабочий процесс с форкамерно-факельным зажиганием, высокой степенью сжатия при обедненных и сверхобеднённых топливовоздушных смесях.

Система подачи газа у газовых двигателей серии ГД100 включает в себя газовые клапаны с дозатором и по одной форкамере с автоматическим клапаном на каждом цилиндре, автоматические диафрагменные редукторы с пневматическими командными головками форкамерного и пускового газа, а также пусковой газовый клапан с пневматической командной головкой.

Эксплуатация подтвердила значительные преимущества газовых двигателей ГД100 перед дизелями Д100, на базе которых они строятся, в отношении износостойкости, долговечности, срока службы и расхода масла. Резкое уменьшение износов основных деталей и практическое отсутствие нагара позволило вдвое увеличить сроки службы между техническими осмотрами и ремонтами, а сроки службы масла увеличить в 3–4 раза. Все это указывает на целесообразность применения газовых двигателей ГД100 не только в газовой промышленности, но и в других отраслях экономики Российской Федерации, в первую очередь в системах теплоснабжения.

Источник

Введение. Теплоснабжение является одной из важных подотраслей жилищно-коммунального хозяйства России. Основой централизованного теплоснабжения является комбинированная выработка электрической и тепловой энергии, которая предусматривает (обеспечивает) повышение эффективности коммунальных систем теплоснабжения малых городов России путем сооружения теплоэлектроцентралей (ТЭЦ) с газотурбинными и газопоршневыми установками [1]. Однако одной из серьезных проблем в России является отсутствие собственного производства газопоршневых двигателей и электростанций на их основе мощностью выше 0,5 МВт для малой теплоэнергетики (и не только для этого).

За 28 лет после распада СССР не были предприняты реальные шаги к решению важной государственной задачи – организация производства газопоршневых двигателей и электростанций на их основе. Надежды государства на ее решение действующими в России двигателестроительными предприятиями не оправдались, в связи с чем, например, для модернизации отопительной котельной в теплоэлектростанцию (ТЭЦ) газопоршневые двигатели и электростанции приходится приобретать за рубежом (таблица 1 [2]).

Пунктом 5 «Плана мероприятий. » (шифр отраслевого плана 05ЭМ5) (Приказ Минпромторга России от 16.04.2019 № 1327) предусмотрено производство газопоршневых установок с двигателями с искровым зажиганием со снижением в 2024 г. доли их импорта до 25 %. Для того чтобы добиться этого показателя необходимо предпринять реальные шаги по созданию в короткие сроки соответствующего производства в России, например, в Белгородской области. Этой задаче соответствует, например, создание газопоршневых электростанций с двигателями единичной средней мощностью 500 — 2000 кВт, которые нужны, в первую очередь, для «обеспечения приоритетного использования комбинированной выработки электрической и тепловой энергии для теплоснабжения» (ст. 3 ФЗ «О теплоснабжении»).

«Энергетической стратегией ОАО «РЖД» на период до 2010 года и на перспективу до 2030 года», например, предусмотрено развитие собственной генерации для нужд стационарной энергетики железных дорог на основе газопоршневых электростанций мощностью 1 — 5 МВт. Газопоршневые двигатели применяются и в качестве привода компрессоров на газоперекачивающих станциях.

Читайте также:  Дизайн человека манифестирующий генератор мученик еретик

Основные зарубежные производители газопоршневых двигателей и электростанций

Диапазон мощностей (cosφ = 1,0), кВт

Caterpillar Inc (включая приобретенные FG Wilson, MWM GmbH, Perkins)

Waukesha Engine Dresser Inc

MTU Onsite Energy GmbH (Tognum Group)

GE Energy Jenbacher gas engines

Mitsubishi Heavy Industries Ltd.

Rolls Royce Power Engineering Plc (Power Generation)

Elteco a.s. ( двигатели — Lombardini, Perkins, Volvo Penta, Iveco, MTU)

В связи с этим задача организации создания таких двигателей является весьма актуальной как для теплоэнергетики, так и для других отраслей экономики России, например, для судовых энергетических установок и тепловозной тяги ОАО «РЖД». … > Однако на текущий момент чисто газопоршневые двигатели для магистральных тепловозов отечественной промышленностью пока не созданы. Нет разнообразия газопоршневых двигателей и для имеющихся различных модификаций маневровых тепловозов, выпускаемых промышленностью. Сроки создания и освоения производства таких тепловозных двигателей могут составить более 5 лет. … > [3].

Газопоршневый двигатель – это двигатель внутреннего сгорания с системой образования топливно-воздушной смеси и искровым зажиганием. В качестве топлива использует природный газ и другие виды газового топлива, что обеспечивает экономичность, высокий ресурс работы и минимальный уровень шума.

Для решения поставленной задачи целесообразно обратиться к недавнему прошлому опыту СССР, согласно которому:

1. Были разработаны, произведены и продолжают до настоящего времени работать в большом количестве двухтактные дизели серии Д100, подтверждая достаточную их надёжность, например:

  • 7Д100 – стационарные электростанции на объектах Минобороны РФ;
  • 3Д100; 13Д100; 14Д100 — судовые дизельные двигатели;
  • 11ГД100 – стационарная газопоршневая электростанция;
  • 15Д100 – стационарные электростанции на АЭС;
  • 17ГД100 – стационарная газодизельная электростанция;
  • 10Д100М – более 5000 ед. в качестве тепловозной тяги в системе ОАО «РЖД». В общей сложности с 1958 по 2007 годы было построено 19 000 секций тепловозов ТЭ10 всех модификаций преимущественно с дизельными двигателями 10Д100 и 10Д100М.

2. По заказу Мингазпрома СССР на основе тепловозного дизель-генератора 2Д100 был разработан и изготовлен в количестве более 170 единиц газовый мотор-генератор 11ГД100М мощностью 1000 кВт до настоящего времени работающий на магистральных газопроводах Бухара-Урал, Средняя Азия-Центр.

Дизели серии Д100 (рис. 1) были созданы в СССР на Харьковском заводе транспортного машиностроения (ХЗТМ), ныне – Завод им. В.А. Малышева, по копии судового двухтактного оппозитного (со встречно движущимися поршнями) дизеля 38D8⅛″ фирмы « Фербенкс-Морзе » (Fairbanks-Morse, США) (рис. 2), снятого с одного из поставленных по ленд-лизу военных катеров.

Основные расчетные характеристики гильзы цилиндра дизеля 10Д100 представлены в таблице 2.

Создание и внедрение двигателей серии Д100 было осуществлено на базе большого комплекса научно-исследовательских, опытных, конструкторских и проектных работ на экспериментальной одноцилиндровой установке ГД100. В 1957–1960 гг. эти исследования велись в лаборатории двигателей Академии наук СССР.

Большая часть работ проводилась совместно ВНИИгазом (г.Москва) и заводом им. Малышева (г.Харьков).

Основные научно-исследовательские работы проводились во ВНИИгазе на экспериментальной одноцилиндровой установке, изготовленной заводом им. Малышева: исследования по отработке рабочего процесса, по системам питания, пуска и зажигания газовых двигателей ГД100. Полученные на основе этих работ рекомендации проверялись на заводских опытных двигателях.

Источник

Adblock
detector