Энерговектор
О насНовостиНаука и технологииСтратегияАрхив

Паровые машины

10.01.2015, Алексей БАТЫРЬ
Ждём ренессанса паровых двигателей на новой технологической основе

Паровые машины, история которых восходит, ни много ни мало, к I веку нашей эры, казалось бы, давно и прочно вытеснены тепловыми машинами других типов, в первую очередь – двигателями внутреннего сгорания (ДВС). Последние паровозы исчезли с наших железных дорог около 50 лет назад, паровые автомобили и тракторы перешли в разряд музейных экспонатов ещё раньше. Но в XXI столетии возникли новые требования к двигателям, связанные с истощением запасов ископаемого топлива и загрязнением окружающей среды. И, как оказалось, забытые паровые двигатели внешнего сгорания ещё не сказали своего последнего слова.

По эффективности использования топлива – одной из важнейших характеристик энергоустановок, предназначенных для малой генерации, – современные поршневые паровые машины не уступают лучшим ДВС при высокой надёжности и неприхотливости в эксплуатации, унаследованных ими от их классических предшественников. Такие машины уже вполне успешно применяются в Германии, Чехии, Италии и некоторых других странах. В России, к сожалению, всё ограничивается отдельными образцами, построенными энтузиастами. Так, объединённая научная группа «Промтеплоэнергетика», возглавляемая В. С. Дубининым, старшим научным сотрудником кафедры «Конструкции двигателей летательных аппаратов» МАИ, предпринимала ряд попыток переделки серийных бензиновых и дизельных ДВС в паропоршневые (ППД), но до их внедрения в серийное производство дело так и не дошло.

Учитывая, что на большей части территории нашей страны отопительный сезон длится более полугода, в котельных с паровыми котлами представляется привлекательным не сбрасывать получаемый пар в атмосферу, усугубляя парниковый эффект, а использовать его для генерации электрической энергии, которая обойдётся местным потребителям значительно дешевле закупаемой от централизованных электросетей.

При превращении котельных в мини-ТЭЦ традиционно используются паротурбинные агрегаты на основе классической одноступенчатой лопаточной паровой турбины (колеса Кертиса), или так называемой паровинтовой турбины. У такой турбины ротор выполнен не с лопаточным венцом, а по типу винта Архимеда, обычно цилиндрической конструкции. Возможно ещё более оригинальное исполнение – конусно-винтовая турбина.

Однако в зарубежной малой энергетике известно и уже много лет успешно практикуется альтернативное пароприводное решение для котельных и мини-ТЭЦ: вместо малых паровых турбин обоих упомянутых типов используются ППД. Наиболее распространённые из них – моторы немецкой компании Spilling.

Турбина, как правило, соединяется с генератором через редуктор, т. к. для обеспечения приемлемого расхода пара она должна работать при высоких скоростях вращения. Паровой же мотор, работающий на сравнительно низких оборотах (500–1500 об./мин.), можно напрямую соединять с валом генератора. Паровой турбине требуется система охлаждения, что выливается в дополнительный расход воды и потери энергии. ППД не требует принудительного охлаждения, т. к. температура в его цилиндрах в 5–6 раз ниже, чем у ДВС.

Главное энергетическое преимущество современных ППД – меньший удельный расход пара по сравнению с паровыми турбинами аналогичной мощности, особенно одноступенчатыми, при равных давлении и температурах пара на входе и выходе. Верхний предел единичной электрической мощности, например, для электрогенераторной установки с ППД Spilling, – 1,2 МВт.

По габаритам и массе современные паровые моторы уступают лопаточным и винтовым паровым турбинам. Однако отсутствие редуктора и дальнейшее совершенствование поршневых конструкций должны, по всей видимости, свести этот недостаток к минимуму. Впрочем, для стационарных энергетических установок он не имеет первостепенного значения. Положительный зарубежный опыт эксплуатации паромоторных мини-ТЭЦ в определённой мере это подтверждает.

Одна из таких перспективных разработок – ППД Cyclone Engine американской компании Cyclone Power Technologies. Это тепловая машина с замкнутым циклом Ренкина регенеративного типа. Мотор не требует долива воды и не использует смазочных материалов – изначально залитое небольшое количество воды применяется и в качестве рабочего тела, и в качестве смазки. Запатентованная система клапанов обеспечивает дозированную подачу перегретого пара, полученного в теплообменнике камеры сгорания, в шесть звездообразно расположенных цилиндров. Она же обеспечивает начальный запуск двигателя без помощи дополнительного стартёра. Разработчики утверждают, что двигатель готов к запуску уже через 5 с после зажигания топлива – фантастически скоро для паровых машин. При этом в качестве топлива можно использовать практически «всё, что горит». По заявлениям изготовителя, опытные образцы отработали уже больше 1000 ч и показали КПД более 30%. На ближайшее время намечен запуск в производство опытной партии из 10 ППД модели Mark I мощностью 5 л. с.


Испытывается шестицилиндровый паровой двигатель Cyclone

Из перспективных отечественных паровых поршневых машин стоит отметить высокооборотные ППД с частотой вращения вала 1000 об./мин. и выше, которым должны быть присущи, по утверждениям разработчиков, высокие эксплуатационные свойства (надёжность, ресурс и др.).

С использованием современных паровых машин можно повысить энергетическую эффективность таких энергообъектов, как:

• промышленные и муниципальные котельные с паровыми котлами – паровая машина для привода электрогенератора здесь включается в линию дросселирования водяного пара параллельно либо полностью взамен существующего редукционно-охладительного устройства, роль которого часто выполняет простая дроссельная задвижка;

• паросиловые малые ТЭЦ, где паровую машину энергетически наиболее целесообразно применять вместо маломощных паровых лопаточных и винтовых турбин, особенно при электрической мощности до 1,2 МВт;

• технологические производственные установки, где по условиям реализации основных процессов выпуска продукции есть возможность с помощью парового котла-утилизатора использовать сбросное тепло (например, крупные сталеплавильные печи в металлургии или печи для варки стекла в стекольной промышленности).

 



 

Редакция

Главный редактор: Иван Рогожкин
Консультант: Людмила Зимина
Корректор: Анатолий Печейкин
Дизайнер: Мария Хомутская
Руководитель проекта:
Максим Родионов

Контакты

Россия, 101000,
г. Москва, а/я 230.
Тел.: +7 (916) 422-95-19
Web-site: www.enegrovector.com
E-mail: oilru.com
facebook.com/energovector


©2011-2017. Ежемесячная газета «Энерговектор». Все права защищены.