Тезисы доклада

 

ПАРОСИЛОВАЯ УСТАНОВКА (ЛОКОМОБИЛЬ), НЕ ПОДЛЕЖАЩАЯ РЕГИСТРАЦИИ В ОРГАНАХ ГОСГОРТЕХНАДЗОРА С ТОПКОЙ КИПЯЩЕГО СЛОЯ НА ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДАХ

 

Беляев А.А.¹, Дубинин В.С.², Лаврухин К.М.², Першин Л.И.², Титов Д.П.² (¹МЭИ(ГТУ), ²МАИ(ГТУ) Москва, Российская федерация)

 

До середины прошлого века в сельском хозяйстве и леспромхозах широко применялись локомобили [1,2]. Это устройство представляет собой паровую машину, смонтированную на паровом котле, которая может приводить электрогенератор или другие агрегаты. Такой локомобиль имел колеса, что позволяло его транспортировать как прицеп. Главным преимуществом локомобиля была его работа на местном топливе: солома, отходы древесины, торф. В связи с полной электрификацией и низкой стоимостью электроэнергии и дизтоплива в бывшем СССР локомобили перестали применяться и выпускаться. Сейчас во многих сельхозпредприятиях России коров доят трактором, приводя от вала отбора мощности доильный вакуум-насос. В леспромхозах работают дизельгенераторы, дизельное топливо для которых дорого с учетом его перевозки, а древесные отходы гниют на делянках. Поэтому локомобиль вновь стал актуален. Его недостатком является громоздкость и необходимость регистрации котла в органах Госгортехнадзора. Низкое давление в котле (до 15 кг/см²) приводит к большому расходу топлива, что увеличивает затраты по его сбору. Эти недостатки обусловлены тем, что в классических локомобилях использована технология XIX века (клепаный котел, низкооборотная паровая машина, 120 об/мин, для работы которой с современным электрогенератором 1500-3000 об/мин. нужен мультипликатор). Поэтому мы считаем нецелесообразными попытки восстановить производство таких локомобилей в XXI веке.

В МАИ работы над легкими высокооборотными паровыми машинами и паровыми котлами начались в 30-е годы прошлого века, применительно к созданию паросиловой установки самолета. Экспериментальный образец испытывался как паросиловая установка катера [3]. Работы прервались в связи с гибелью сотрудников этой научной группы в 19-й дивизии народного ополчения г. Москвы. С конца 60-х годов прошлого века в МАИ начались работы по паровым машинам, работающим на пороховых газах, для бортовой энергетики летательных аппаратов [4,5,6]. В начале 90-х годов прошлого века в МАИ возобновились работы по паросиловой установке самолета в связи с потерей силы постановлением ЦК КПСС 1955 г., запрещавшим такие работы. Работы велись в рамках курсового и дипломного проектирования. Опираясь на эти работы и работы научной группы МАИ «Промтеплоэнергетика» в области паровых машин для котельных, стало возможным создать высокооборотную паровую машину на высокие параметры пара с высоким КПД (25% и более). В целях снижения стоимости такая паровая машина может быть создана на базе устаревших нижнеклапанных бензиновых двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Подтверждающие это эксперименты были проведена с ДВС УД-2М на сжатом воздухе. При этом был изменен только распредвал и головки цилиндров.

В настоящее время проектируется прямоточный паровой котел, не подлежащий учету в органах котлонадзора согласно последней редакции [7], в связи с объемом парового пространства менее 1 литра и произведением давления на объем менее 20л*кг/см^2.. Максимальное давление в этом котле – 39кг/см, а площадь обогреваемой поверхности – около 0,4м². Известен прямоточный паровой котел ППК-700 паропроизводительностью 700 кг пара в час. Площадь его поверхности нагрева – 11,3 м² [8]. Можно предположить, что проектируемый котел будет иметь паропроизводительность с классической топкой, равную 700*0,4/11,3=24,8 кг пара в час.

Это соответствует тепловой мощности всего котла лишь 19,6 кВт . При КПД паросиловой установки в 25% это означает электрическую мощность только 4,8 кВт.

При использовании слоевого сжигания низкокалорийного топлива типа древесных отходов тепловая и электрическая мощность будут еще меньше. Поэтому необходимо увеличивать коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к поверхности нагрева такого котла. Одним из вариантов является применение топки кипящего слоя с погружением тепловоспринимающих поверхностей в кипящий слой. В [9] указывалось, что такое техническое решение имеет недостаток: горящие частицы гаснут при соприкосновении с относительно холодными поверхностями нагрева, в результате – недожог. Для случая топлива типа древесных отходов, газификация которого начинается при относительно низких температурах, этот недостаток можно преодолеть, используя закритические режимы работы поверхности нагрева, при которых их температура будет 800-850° С, то есть близка к температуре кипящего слоя (850-900° С). Это требует применения специальных сталей, использование которых освоено в авиационно-космической технике. При этом, температора перегретого пара – 420° С, что позволяет использовать обычные котельные стали вне кипящего слоя. Произведем оценку тепловой и электрической мощности предлагаемой паросиловой установки.

 

Литература.

1. Еленев А.В. Краткий справочник по сельхозмашинам. Сельхозиз, 1957г.

2. Машины и орудия для лесохозяйственных работ (справочник). Москва, 1958г.

3. Дузь П. Паровой двигатель в авиации. НКАП СССР. Государственное издательство оборонной промышленности, 1939г.

4. Дубинин В.С. Вопросы микроэнергетики летательных аппаратов. В книге «Гагаринские научные чтения по авиации и космонавтике, 1981 год». М.: Наука, 1983.

5. Квачев В.Н. Исследования характеристик поршневой расширительной машины.// в кн.: Конструкция двигателей летательных аппаратов, их прочность и надежность. Тематический сборник научных трудов. Москва. Издательство МАИ, 1991 г.

6. Ульянов И.Е., Дубинин В.С., Квачев В.Н., Головченко Ю.А., Лаврухин К.М. Способ работы поршневого двигателя и поршневой двигатель. Авт. свид. № 1753001 А1, приор 19.07.89, опубл. 07.08.92 Бюг № 29.

7. Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов. Санкт-Петербург 2000. Издательство ДЕАН. 

8. Роддитис К.Ф, Полтарецкий А.Н. Справочник по котельным установкам малой производительности. М. Энергоатомиздат 1989.

9. Беляев А.А. Сжигание высокозольного топлива и возможность его использования на ТЭС.//Химия твердого топлива 2005 № 1.