• Наука
  • Технологии
  • Моделирование
  • Космос
  • Концепции
  • Hardware
  • Сети
  • Приложения
Home Технологии Газовая турбина возвращается?
PDF
Печать
E-mail
02.08.2016
Автор: car-day.ru   

Газовая турбина возвращается?Шестьдесят пять лет назад в США началась опытная эксплуатация седельного тягача Kenworth 500-серии. Его особенностью был газотурбинный двигатель, а испытания проходили в рамках совместного проекта Kenworth Trucks и Boeing. Мотор развивал 175 л.с., но весил всего 90 кг! Автопоезд сделал несколько коммерческих рейсов между Сиэтлом и Лос-Анджелесом (≈1850 км), но, увы (и среди прочих замечаний): на трассе расход топлива достигал... 240 л/100 км! Однако...

1. Однако в сентябре 2015 года на дороги США вышли первые турбоэлектрические грузовики с моторами компании "Wrightspeed Powertrans" Иана Райта (Ian Wright), сооснователя Tesla Motors. Один из них на фото. По сравнению с дизельными машинами такой же массы здесь: экономия топлива составляет более 60%, а уровень вредных выбросов намного ниже самых строгих стандартов, включая калифорнийский. Грузовики находятся в опытной эксплуатации, а массовое производство энергоустановок нового типа ожидается в ближайшее время... На второй картинке: перспективный магистральный седельный тягач

 

2. Микротурбины по определению это компактные газотурбинные двигатели. Они неплохо прижились в энергетике в составе микротурбогенератов (далее - МТГ), которые применяются для автономного электроснабжения зданий и сооружений. Более того, в отличие от ДВС, практически все тепло, выделяющееся при сгорании топлива, сосредотачивается в выпускной системе, посему для самого двигателя система охлаждения не нужна, а энергетики научились его использовать в тех же системах горячего водоснабжения, посему теоретический КПД МТГ-установок достигает 80 процентов и более. На фото принципиальная схема автомобильной микротурбины с тепловой схемой

3. Микротурбогенератор выполнен в виде конструкции с одной движущейся деталью - вращающимся валом, на котором соосно расположены генератор, компрессор и непосредственно турбина. Вал вращается со скоростью до 100'000 оборотов в минуту при номинальной нагрузке и поддерживается воздушными подшипниками, которые не требуют жидкой смазки и периодического обслуживания. Кроме того. В одном небольшом по габаритам блоке размещены компрессор, камера сгорания, рекуператор, непосредственно турбина и постоянные магниты электрогенератора. Последний охлаждается набегающим потоком воздуха, что исключает необходимость в его системе охлаждения. В целом установка работает без вибраций и с низким уровнем шума даже без применения специальных экранов. Кстати, по последнему пункту. Расчетный уровень шума для МТГ - не более 60 дБ, для турбированного "большого" дизеля коммерческого грузовика - не менее 72-75 дБ. Для справки (к сожалению, "Википедия"): "60 дБ: умеренно шумно, обычный разговор, норма для контор"...
Для понимания (фото): так выглядит микротурбина от Wrightspeed мощностью 184 кВт и весом в 41 кг вместе с генератором. Вам напомнить, как выглядит (и сколько весит) дизельный двигатель стандарта Euro-6 мощностью в 250 л.с. вместе со сцеплением и коробкой передач?

4. Особенности для практической эксплуатации
- Простота конструкции. Она понятна из описания, приведенного выше и, например, принципиальная схема микротурбины Capstone C30: 1. Входной воздушный патрубок; 2. Генератор с воздушным охлаждением; 3. Выходной патрубок для отработавших газов; 4. Рекуператор (теплообменник); 5. Инжектор; 6. Камера сгорания; 7. Корпус с теплозащитой; 8. Рабочее колесо турбины; 9. Лепестковый подшипник; 10. Колесо компрессора; 11. Вал. Это все...
- Высокая теоретическая надежность. В отличие от ДВС, где приходится преобразовывать возвратно-поступательное движение поршня во вращательное коленчатого вала, здесь есть только вращение вала. Также в конструкции нет знакопеременных нагрузок, вибраций, сложной системы газообмена и ее привода (газораспределительного механизма). Посему ресурс микротурбин может достигать 80-90 тысяч часов или порядка 8-9 лет в режиме работы 24х365.
- Пониженные требования к системе смазки. В микротурбинах последних поколений, как правило, используются лепестковые газовые подшипники, в теории вообще не требующие наличия смазывающей жидкости: работает несущий газовый (воздушный) слой между неподвижным корпусом и вращающимся валом, причем - не требующий специального поддува (нагнетания воздуха в рабочую зону). Правда проблема в том, что до "всплытия" вала на воздушную подушку (в начальный момент времени) такой подшипник работает в режиме сухого трения. Это решается использованием антифрикционных материалов либо сменных антифрикционных прокладок. Но сохраняются проблемы с подшипниками, работающими в "горячей" зоне турбины (в том числе и у Capstone Turbine Corporation)...
- Топливо. Не уходя в тонкости (и на примере Capstone - раз уж начал упоминать), МТГ может работать на высокосернистом топливе с содержанием сероводорода (H2S) до 7%. А значит, подразумеваются: газовое - сжатый, сжиженный газ и биогаз; жидкое: бензин, дизель, керосин, этанол, метанол, бутанол, диметиловый эфир, биодизель - простите, если что-то забыл...

5. Уровень вредных выбросов. Для иллюстрации - таблица. Вместе с тем. Цифры по Capstone C30 получены на "открытом выхлопе": без использования любых технологий/систем нейтрализации отработавших газов

6. Не все так просто... Например, по отзывам специалистов-энергетиков, использующих МТГ, они нуждаются в достаточно регулярном ТО. Например, каждые 8000 ч должны меняться все фильтры, свеча, термопары, каждые 20 000 ч - форсунки... Вопрос о ресурсе аккумуляторных батарей остается открытым. Необходим осмотр либо специалистами производителя, либо его дилера 1 или 2 раза в год. Значит, вы навсегда будете привязаны к официальному сервису со всеми его расценками. Далее...
- Пыль. Считается, что расход воздуха у газовой турбины минимум в 2 раза выше, чем у дизеля такой же мощности. Однако МТГ устанавливаются на крышах зданий и сооружений, либо на земле, но специальных закрытых боксах. И их производители не лимитированы компоновочной схемой, посему система очистки воздуха может быть достаточно объемной. Чего не скажешь, например, о легковом автомобиле, который более того - движется по пыльным дорогам. Иными словами нам, как минимум, вдвое придется сократить интервал замены воздушного фильтра.
- Тепло. Температура отработавших газов после рекуператора (теплообменника) может достигать 300 °С. В энергетике оно используется в системах горячего водоснабжения либо в системах кондиционирования (абсорбционно-холодильные машины). Вероятно, можно допустить нечто похожее для городского автобуса, автомобиля с изотермическим кузовом (правда, холодильный агрегат должен быть нового, неведомого типа), но уже с трудом - для легкового автомобиля. Ибо тепла слишком много. Выбросить в атмосферу 200-250 градусов? А борцы с глобальным потеплением что скажут?
- Топливо. Микротурбины действительно многотовливные, но этого нельзя сказать о топливной системе автомобиля. И если на нем стоят баллоны для сжатого газа, то солярку в них не залить, как не заправить их сжиженным газом. Если говорить только о жидком топливе, турбине все равно, какой будет бензин - 80-й или 98-й. Но нефтяникам-то явно не все равно: они деньги вложили в модернизацию НПЗ, а производители МТГ им говорят: "Лучше бы вы их в карты проиграли, нам ваши супер-бензины больше не нужны"
- Расход топлива. Если честно настоящих данных нет, посему что имеем. На фото с сайта fotobus.msk.ru. гибридный автобус ТролЗА-5250 "ЭКОбус", опытная эксплуатация: ГУП "Мосгортранс" 24.12.2010-20.03.2011 г. Топливо - сжатый газ. Из выводов по опытной эксплуатации: "Расход газа автобусом «Тролза-5250» в зимнее время превышает расход автобуса ЛиАЗ-52937 (норма Евро-4) в среднем на 12-18 %". выхлопная труба газовой турбины на крыше и обратите внимание на предупреждающую надпись: "Соблюдать дистанцию 60 метров". Но здесь штрих: МТГ с турбиной Capstone С65 имеет электрическую мощность 65 кВт. Тяговый электродвигатель ТролЗА-5250 "ЭКОбус" - 120 кВт. Последовательная схема ГСУ подразумевает зарядку АКБ и от них питание привода ведущих колес. Недостаточная эффективность накопителей привела к тому, что в процессе подзарядки, МТГ пытался еще и обеспечить энергией тяговый двигатель. Что и привело к повышенному расходу топлива.
- Ресурс микротурбины. Все производители упоминают цифры от 60 до 100 тысяч часов в режиме номинальной мощности. Как второй показатель для расчета ресурса упоминается число запусков, но цифры более 5000 не встречал в любых источниках. Иными словами один запуск эквивалентен 12-20 часам работы микротурбины... Таким образом, если вы будете заводить двигатель 4 раза в день, то его придется (не ремонтировать), а менять через 3,5 года, а не через 8-9 лет. И это существенно...

7. Немного экзотики... Концепт кар Jaguar C-X75 оснащен гибридной силовой установкой с двумя микротурбинами Bladon Jets мощностью по 70 кВт при 80'000 оборотов в минуту, причем каждая вместе с реактивным генератором весит по 35 кг. Топливо: бензин, дизель, биотопливо, возможен вариант с газовым. МТГ могут работать как последовательно, так и параллельно. Система смазки и охлаждения отсутствуют. Вес АКБ - 185 кг. Запас автономного хода (только на АКБ) с режимом рекуперации энергии до 50 км. Четыре мотор-колеса (колесная формула 4х4) весом по 50 кг позволяют обеспечить мощность на колесах до 780 л.с. при моменте в 1600 Н•м. Время разгона до скорости 100 миль/ч (160 км/ч) составляет 5,5 с, при максимальной в 320 км/ч (ограничена принудительно)

8. Если говорить о перспективах, а внедрение микротурбин затронет интересы многих производителей автокомпонентов и расходных материалов, позволю себе напомнить "баянистый" анекдот: 
В Париже в патентное бюро обращается человек. Говорит, что изобрел мотор для автомобилей, который работает не на бензине, а на воде. Проверили - действительно работает. Стали оформлять изобретение, говорят ему: 
- В принципе, можем вам два альтернативных варианта предложить - или оформить как одно изобретение, или как два - мотор на воде и вода как горючее. Вы же специалист по горючему? 
- Да, я очень много лет работал с нефтью в Саудовской Аравии. Там, кстати, и сделал свое изобретение. 
- А почему вы там свое изобретение не запатентовали? 
- Я пытался. Но когда я описал им свое изобретение, они мне тоже предложили два альтернативных варианта. 
- Каких? 
- Побить камнями или закопать заживо...
Для понимания: электромобили ОНИ простили: с нынешним запасом хода и при ценах на них - они не конкуренты массовой продукции мирового автопрома. Но это совсем другая тема...

 

Источник: car-day.ru

Добавьтe Ваш комментарий

Ваше имя (псевдоним):
Комментарий:
 

Материалы по теме

Ремонт ноутбука своими руками. Быстрый и гарантийный ремонт ноутбуков. Срочный ремонт ноутбуков. Ремонт компьютеров на дому. Быстрый ремонт компьютеров своими руками. Настройка и ремонт компьютеров. Java уроки для начинающих. Лучшие java уроки. Учим язык Java с нуля. Обзор смартфонов samsung. Качественный обзор смартфонов samsung galaxy. Обзор смартфона samsung galaxy s4. Фото картинки приколы. Самые новые картинки приколы. Лучшие приколы картинки. Скачать аддоны для wow. Самые новые аддоны для wow скачать. Скачать аддоны для wow быстро и без реги. Видео уроки python. Лучшие python уроки. Учим язык python с нуля. Скачать шаблоны для Joomla. Самые новые joomla шаблоны. Бесплатные шаблоны для Joomla.
Баннер

3D Модели

Просмотры материалов : 2480469