Поршневые двигатели

I в ряде стран он и до настоящего времени используется в незначительных масштабах. Так, в странах Ближнего и Среднего Востока сосредоточено 31,7% общих мировых достоверных запасов природного газа, а доля этого региона в общемировой добыче его составляет менее 3%.. Большое количество попутного нефтяного газа в нефтедобывающих странах Ближнего и Среднего Востока до сих пор не используется, сжигается в факелах (в 1975 г. — 67%).

Характерно, что из 69 известных в мире крупнейших газовых месторождений два были открыты в период 1910 — 1920 гг., три — в 30-х годах, пять — в 40-х годах, два — в 50-х годах, 12 — в 60-х годах, остальные 45 — в период 1960 — 1971 гг. Последнее убедительно свидетельствует о возрастающем интересе к природному газу — одному из дешевых и эффективных источников энергии. Следует отметить также неуклонное повышение доли газа в мировом энергетическом балансе. В 1950 г. она составляла лишь 9%, а в 1975 г. достигла 20%. За период 1951 — 1970 гг. потребление газа в капиталистических и развивающихся странах увеличивалось в среднем на 7% в год. Начиная с 50-х годов, ни одна топливно-энергетическая отрасль мировой промышленности не развивается так быстро, как газовая, что подтверждается следующими данными мировой г добычи свободного и попутного нефтяного газа (в млрд. м3):

До национализации нефтяной промышленности газ в Румынии добывался только в незначительных количествах в Трансильвании: за период 1932—1948 гг. в стране было добыто природного и попутного нефтяного газа лишь 7,6 млрд.м3, из них в год национализации нефтяной и газовой промышленности (1948 г.) — 2,3 млрд. м3, в том числе попутного газа — 1 млрд. м3.

Достоверные запасы природного газа в Ливии оцениваются примерно в 0,9 трлн. м3, из них 70% попутного нефтяного газа. Эти ресурсы пока не используются.

Открытие крупных залежей нефти в штатах Табаско и Чиапас г создает благоприятные условия для развития нефтедобычи в Мексике. Нефтяные промыслы близко расположены к действующим нефтеперерабатывающим заводам и к потребителям нефтепродуктов — городам Ла-Вента и Сьюдад-Пемекс. Благоприятны условия и для использования попутного нефтяного газа. Нефть новых месторождений легкая, с содержанием серы 1,5—1,8%. Месторождения высокопроизводительные: дебит одной скважины до 700 т в сутки. Видимо, открытие новых месторождений будет поворотным пунктом в развитии нефтяной промышленности страны.

Запасы природного газа в Колумбии (без попутного нефтяного) к началу 1975 г. оценивались в 116 млрд. м3. Но большая часть газа до сих пор сжигается в факелах или просто выбрасывается в атмосферу. Государственная нефтяная компания «Экопетроль» не имеет средств финансировать развитие добычи газа, а иностранные компании пока не считают для себя выгодным заниматься этим делом, поэтому добыча газа в стране находится на очень низком уровне {2—3 млрд. м3 в год). Между тем, только месторождения Бальена, Чучупа и Риоача могут давать не менее 113 млн. м3 газа в сутки. Предполагается эксплуатировать газовые месторождения на полуострове Гуахира и в акватории Карибского моря. Только в 1962 г. в Колумбии был построен магистральный газопровод от месторождения в районе Сикуко до Барранкилья длиной 210 км, диаметром 278 мм. Пропускная способность его 485 млн. м3 в год. В 1970 г. был сдан в эксплуатацию второй газопровод длиной 312 км от нефтяного промысла Орито до побережья Тихого океана, производительность его 16 тыс. м3 газа в сутки. При наличии двух небольших газопроводов добыча газа в стране в больших размерах невозможна.

Нефтяной газ — естественный газ, отделяющийся от нефти при добыче ее из скважин и носящий название «попутного нефтяного газа». Состав и теплота сгорания нефтяного попутного газа указаны в табл. 2.

Установленные в котельной трехбарабанные котлы НЗЛ поверхностью нагрева 600 м2, давлением 17 ат и температурой перегретого пара 375° С работали на пыли тощего угля с производительностью 30 т/ч. Топки имели боковые экраны, а также задний и нижний гранулято-ры. Из-за плохого качества питательной воды котлы оборудовались двухступенчатым испарением с размещением соленых отсеков по торцам барабана и включением в этот контур боковых экранов. Вследствие малой мощности соленого контура боковых экранов ступенчатое испарение работало неэффективно: непрерывная продувка доходила до 13% при солесодержании продувочной воды в соленых отсеках 8 500—9 000 мг/кг. Солесодержание котловой воды в чистом отсеке составляло 3 500—4 000 мг/кг, что приводило к ухудшенному качеству пара и к пережогу труб пароперегревателя из-за заноса их солями. В связи с переводом на сжигание попутного нефтяного газа котлы были реконструированы. Пыль тощего угля была оставлена в качестве

Переменные режимы. Эксплуатация ПГУ с двумя ВПГ паро-производительностью по 45 т/ч (с параметрами 40 ата, 440° С) и двухвальной ГТУ-15 велась при сжигании газообразного топлива— смеси попутного нефтяного и природного газов. Для обеспечения баланса мощности компрессорного вала ГТУ в необходимом диапазоне нагрузок и режимов работы установлена пуско-подкручи-вающая паровая турбина мощностью 200 кВт.

Освоение в эксплуатации оборудования ПГУ с ВПГ-50 производилось на газообразном топливе — смеси попутного нефтяного и природного газов. Первые пуски были осуществлены в декабре 1963 г. В опытах было выявлено, что поверхности нагрева испарительных контуров и пароперегревателя были завышены. Были удалены четыре ряда верхнего конвективного испарительного пакета и два ряда пароперегревателя.

Котел ТП-14А. Этот котельный агрегат предназначен для сжигания бурых углей, а также природного и попутного нефтяного газов. Он рассчитан на сухое шлакоудаление. Нижняя часть его топочной камеры образует холодную воропку, под которой установлены три шлакоприем-ных бункера. Котел устанавливается с молотковыми углеразмольными мельницами. Твердое топливо подается в топку через четыре горелки щелевого типа, расположенные на фронтовой стене топочной ка1меры. Газообразное топливо поступает через четыре вихревые горелки, установленные симметрично «а обеих боковых стенах топки (рис. 2-1).

До сих пор рассматривались различные варианты поршневых двигателей с кривошипно-шатунным механизмом. На автомобилях некоторое распространение получили роторно-поршневые двигатели (РПД) благодаря лучшим значениям массогабаритных показателей. В РПД можно реализовать как обычный цикл Отто, так и дизельный, легко организовать расслоение заряда, отключение секций и так далее. Однако РПД имеют существенный недостаток, ограничивающий возможность выполнения современных требований по токсичности и топливной экономичности. Это прежде всего чрезмерно развитая поверхность камеры сгорания, приводящая к обра-зованшо-застойных зон, В результате наблюдаются высокие выбросы углеводородов, неудовлетворительная топливная экономичность.

В целом поршневые двигатели внутреннего сгорания, работающие на различных видах топлив с различными процессами сгорания, имеют достаточные резервы снижения токсичности и расхода топлива, в полной мере отвечают назначению автомобиля и останутся основным типом энергосиловых установок на автомобильном транспорте,

Основная область применения зубчато-пружинных муфт — тяжелое машиностроение (прокатные станы, турбины, поршневые двигатели н т. п.).

Примером устаревания последнего вида может служить переворог, произведенный не столь давно в авиации появлением турбореактивных двигателей, почти полностью вытеснивших поршневые двигатели внутреннего сгорания.

Наибольшее уменьшение массы может дать переход на принципиально новые схемы машин и процессы. Так, паровые машины вытеснены паровыми турбинами, Допускающими гораздо большую концентрацию мощности в одном агрегате при относительно меньшей его массе. Поршневые двигатели внутреннего сгорания в области больших мощностей уступают место газовым турбинам. Паровые турбины, по-видимому, со временем уступят место газовым турбинам, не требующим громоздкого вспомогательного оборудования (котлов, конденсаторов). В области электроэнергоустановок коренной переворот произведут магнитога'-зодипамические генераторы, непосредственно преобразующие тепловую энергию в электрическую.

ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС - сопоставление прихода и расхода тепловой энергии при анализе тепловых процессов в разл. тепловых устройствах (котлах, паровых и газовых турбинах, печах и пр.). В Т.б. котла полезно использованная теплота - теплота, пошедшая на нагревание воды в водогрейном котле или на произ-во и перегрев пара в паровом котле. Потерянная теплота - это потери с уходящими дымовыми газами в окружающую среду и с теплотой нагретого шлака, удаляемого из топки. По Т.б., составл. на осн. испытаний агрегата, определяют его экономичность. ТЕПЛОВОЙ ВАКУУММЕТР - вакуумметр, действие к-рого осн. на зависимости теплопроводности разреженных газов от давления. При изменении давления в системе изменяется отвод теплоты от нити датчика Т.в. и, следовательно, её темп-pa, к-рую определяют обычно с помощью термопары (термопарные Т.е.), термометра сопротивления (терморези-сторные Т.в.), либо по изменению частоты нагретой нити - струнным методом (термочастотные Т.в.). Измеряемые давления до 10~2 Па. ТЕПЛОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ - двигатель, в к-ром тепловая энергия преобразуется в механич. работу. Т.д. используют природные энергетич. ресурсы в виде хим. или ядерного топлива. Т.д. подразделяются на поршневые двигатели (см. Поршневая машина}, роторные двигатели и реактивные двигатели. Возможны комбинации конструкций Т.д., напр, турбореактивный двигатель. По способу подвода теплоты для нагрева рабочего тела Т.д. подразделяются на двигатели внутреннего сгорания и двигатели внеш. сгорания (см., напр., Стирлин-га двигатель). Эффективный кпд Т.д. (отношение механич. работы на его выходном валу к подведённой тепловой энергии) составляет 0,1-0,6.

Превращение тепла в механическую энергию в двигателях совершается двумя существенно различными способами. В одних двигателях газ (или пар) при расширении в цилиндре передвигает поршень; последний совершает возвратно-поступательные движения. Особым механизмом (кривошипно-шатунным) это движение поршня преобразуется во вращательное движение вала. К таким двигателям относятся поршневые паровые машины и поршневые двигатели внутреннего сгорания. Происходящее в цилиндрах этих двигателей движение газа при его 'расширении незначительно, и поэтому возникающая при этом кинетическая энергия газа пренебрежимо мала. О такого рода процессах расширения в цилиндре говорят, что в них отсутствует в и -д и м о е движение газа (в отличие от невидимого движения молекул).

АВИАЦИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ — двигатель для приведения в движение летат. аппаратов, предназначенных для полётов в околоземном возд. пространстве (самолётов, вертолётов, дирижаблей и др.). А. д. имеют большую мощность или тягу при малых массе и габаритах, высокую надёжность в эксплуатации. Осн. типы А. д. самолётов — поршневые двигатели, турбовинтовые двигатели, турбореактивные двигатели и двухконтурные турбореактивные двигатели. В качестве вспомогат. А. д. (напр., стартовые ускорители) на самолётах применяются ракетные двигатели. Турбовинтовые А. д., устанавливаемые на вертолётах, наз. т у р б о-вальными.

ГЛИССЕР (франц. glisseur, от glisser — скользить) — лёгкое быстроходное судно. При движении Г., благодаря особой форме днища, возникает гидродинамич. сила, поднимающая носовую часть и вызывающая общее значит, всплытие судна: оно как бы скользит по поверхности воды (глиссирует). На Г. обычно устанавливают лёгкие поршневые двигатели внутр. сгорания. Движителями служат гребные (реже возд.) винты. Г. используют для перевозки пассажиров, спортивных гонок, охранной службы, в воен. целях (торпедные катера).

ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ — тепловой двигатель, внутри к-рого происходит сжигание топлива и преобразование части выделившегося тепла в механич. работу. Различают Д. в. с. поршневые, в к-рых весь рабочий процесс осуществляется полностью в цилиндрах; газотурбинные, в к-рых рабочий процесс последовательно совершается в возд. компрессоре, камере сгорания и расширительной машине — газовой турбине; ракетные, в к-рых расширение продуктов сгорания происходит в реактивном сопле. Термином «Д. в. с.» наз. преим. поршневые двигатели (см. Поршневая машина), к-рые разделяются: по роду сжигаемого топлива — на двигатели, работающие на газообразном топливе (газовые двигатели), на лёгком жидком топливе (бензине, керосине и лигроине), на тяжёлом жидком топливе (дизельном топливе) и на бинарном (двойном) топливе — природном газе и жидком топливе; по способу заполнения цилиндра свежим зарядом — на 4-тактные и 2-тактные, на двигатели без наддува и с наддувом; по способу подготовки топливо-возд. смеси — на двигатели с внеш. и внутр. смесеобразованием; по способу воспламенения рабочей смеси — на двигатели с воспламенением от постороннего источника (электрич. искры, запального шара — калоризатора, факела пламени, образуемого в предкамере) и двигатели с воспламенением от воздуха, нагреваемого в процессе его сжатия в цилиндре (дизели и газодизели)', в зависимости от степени быстроходности — на двигатели тихоходные (со ср. скоростью поршня до 6,5 м/с), повышенной быстроходности (6,5—8,5 м/с) и быстроходные (св. 8,5 м/с). Двигатели с внеш. смесеобразованием в свою очередь разделяют на карбюраторные (см. Карбюратор) и газосмесительные, в к-рых горючая смесь газообразного топлива и воздуха образуется в смесителе. Д. в. с. широко применяют в пром-сти, транспорте (наземном, водном и воздушном) (см. Авиационный двигатель, Автомобиль, Реактивный двигатель, Судовой двигатель).

ТЕПЛОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ — двигатель, в к-ром тепловая энергия преобразуется в механич. работу. Т. д. используют природные энергетич. ресурсы в виде хим. или ядерного топлива. Т. д. подразделяются на поршневые двигатели (см. Поршневая машина), роторные двигатели и реактивные двигатели. Возможны комбинации этих типов Т. д., напр, турбореактивный двигатель, Ванкеля двигатель. По способу подвода тепла для нагрева рабочего тела Т. д. подразделяются на двигатели внутреннего сгорания, в к-рых процессы сгорания топлива и преобразования теплоты в механич. работу происходят в одних и тех же полостях Т. д., и двигатели внеш. сгорания, в к-рых рабочее тело получается вне самого Т. д. в спец. устройствах (см., напр., Стирлинга двигатель, Паровая машина, Ядерная силовая установка). Эффективный кпд Т. д. (отношение механич. работы на его выходном валу к подведённой тепловой энергии) составляет 0,1—0,6.