Перевод двигателя Д-144 на работу на газогенераторном газе

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

1.1 Газогенератор прямого процесса газификации

1.2 Газогенератор ЦНИИАТ-АГ-

1.3 Газогенераторы обращенного (опрокинутого) процесса газификации

1.4 Газогенератор ГАЗ-

1.5 Камера газогенератора НАТИ-Г-

1.6 Газогенератор поперечного процесса газификации

2 ОПИСАНИЕ ГАЗОГЕНЕРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ 

2.1 Схема газогенераторной установки

2.2 Топливо для газогенераторной установки

2.3 Устройство и принцип действия смесителя

3 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ

3.1 Процесс впуска

3.2 Процесс сжатия

3.3 Процесс сгорания

3.4 Процесс расширения

3.5 Индикаторные показатели работы двигателя

3.6 Эффективные показатели работы двигателя

3.7 Построение графика инерционных усилий

3.8 Построение графика тангенциальных сил

3.9 Расчет соединения штуцера

4 БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА

4.1 Обеспечение условий и безопасности труда на производстве

4.2 Мероприятия по охране окружающей среды

4.3 Мероприятия по защите населения и материальных ценностей в чрезвычайных ситуациях

5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРОЕКТА

5.1 Расчет затрат на переоборудование трактора

5.2 Расчет экономического эффекта от внедрения конструкции

5.3 Расчет срока окупаемости

Заключение

Библиографический список

Описание проекта

Работа содержит: 84 страницы, 10 рисунков, 5 таблиц, 17 источника, 9 листов формата А1 графического материала.

ГАЗОГЕНЕРАТОРНАЯ УСТАНОВКА, ДРЕВЕСНЫЙ ГАЗ, ДВИГАТЕЛЬ Д442, БЕЗОПАСНОСТЬ ЭКСПЛУАТАЦИИ, ЭКОНОМИЧНОСТЬ

Объектом дипломного проекта является двигатель Д442. В процессе выполнения работы произведен анализ хозяйственной деятельности ГУСП МТС «Башкирская», разработан анализ существующих конструкций газогенераторных установок, произведен тепловой расчет двигателя Д442, усовершенствована его система питания, разработана конструкторская документация на изготовление деталей. Приведены экономические показатели работы двигателя при работе на дизельном топливе и древесном газе. Разработаны вопросы охраны и безопасности труда при модернизации двигателя.

Введение

Актуальность темы. Двигатели внутреннего сгорания (ДВС), на сегодняшний день, являются основными потребителями топлив нефтяного происхождения. При постоянном росте количества ДВС и снижения числа вновь открываемых месторождений нефти обостряется проблема недостаточности топлив нефтяного происхождения. Кроме того существенно усугубляется экологическая ситуация, которая ухудшаятся продуктами сгорания ДВС.

Для решения энергетической и экологической проблем актуальной становится использования альтернативных топлив.

Топливная система двигателя модернизирована для использования альтернативного газогенераторного топлива.

В проекте приведены расчета двигателя Д442 при работе его на дизельном и газогенераторном топливах.

Цель и задачи работы - снижение затрат на ГСМ использованием генераторного газа.

Анализ производственной деятельности дюртюлинского филиала гусп мтс «башкирская»

1.1 Общая характеристика предприятия

1.1.1 История развития предприятия

Государственное унитарное сельскохозяйственное предприятие Машинно-технологическая станция «Башкирская» Республики Башкортостан, именуемая в дальнейшем «Предприятие», создано в соответствии с Указом Президента Республики Башкортостан № УП1 от 5 января 2000 года и Постановлением Кабинета Министров Республики Башкортостан от 9 марта 2000 года № 60 «О создании государственного унитарного сельскохозяйственного предприятия «Машиннотехнологическая станция «Башкирская» и мерах по улучшению использования импортной сельскохозяйственной техники».

Новая редакция Устава предприятия принята в связи с приведением учредительных документов в соответствие с действующим законодательством (ФЗ РФ «О государственных и муниципальных унитарных предприятиях» от 14.11.2002. №161ФЗ).

Фирменное наименование Предприятия на русском языке: полное: государственное унитарное сельскохозяйственное предприятие «Машиннотехнологическая станция «Башкирская» Республики Башкортостан; сокращенное - ГУСП «МТС «Башкирская» РБ.

Предприятие является коммерческой организацией, не наделённой правом собственности на имущество, закреплённое за ней собственником.

Предприятие находится в ведомственном подчинении Министерства сельского хозяйства Республики Башкортостан.

Функции учредителя Предприятия осуществляют от имени Республики Башкортостан Министерство имущественных отношений Республики Башкортостан и Министерство сельского хозяйства Республики Башкортостан согласно законодательству Российской Федерации и Республики Башкортостан.

Предприятие является юридическим лицом, имеет самостоятельный баланс, расчетный и иные счета в банках, круглую печать, содержащую его полное фирменное наименование и указание на место нахождения Предприятия на государственных языках Республики Башкортостан. Печать Предприятия может содержать также его фирменное наименование на иностранном языке.

Предприятие может иметь гражданские права, соответствующие предмету и целям его деятельности, предусмотренным в настоящем Уставе, и нести связанные с этой деятельностью обязанности.

Место нахождения Предприятия: г. Уфа, ул. Пушкина, 106.

Почтовый адрес: 450008, Республика Башкортостан, г. Уфы, ул. Пушкина, 106.

Предприятие имеет филиалы (обособленные подразделения):

Дюртюлинский филиал «Агидель», 452300, Республика Башкортостан, г.Дюртюли, Промзона;

Туймазинский филиал «Колос», 452600, Республика Башкортостан, г.Туймазы, ул. Столярова, 3;

Чишминский филиал «Дим», 452150, Республика Башкортостан, р.п.Чишмы, ул. Промышленная, 18;

Абзелиловский филиал, 453620, Республика Башкортостан, с. Аскарово, ул.Зорге, 1;

Баймакский филиал, Республика Башкортостан, г. Баймак, ул. Куйбышева, 72;

Бирский филиал, 452451, Республика Башкортостан , г.Бирск, ул.Мира, 155;

Миякинский филиал, 452080, Республика Башкортостан, п. Родниковка;

Чекмагушевский филиал, 452250, Республика Башкортостан, с.Чекмагуш, ул. СалаватаД;

Дуванский филиал, 452530, Республика Башкортостан, с.Месягутово, ул. Промышленная, 4;

Кармаскалинский филиал «Нива», 453010, Республика Башкортостан, Кармаскалинский район, с.Улукулево.

Мелеузовский филиал «Зирган», 453300, Республика Башкортостан, Мелеузовский район, п. Зирган, ул. Советская, 231.

Полномочия собственника имущества Предприятия осуществляют Министерство имущественных отношений Республики Башкортостан и Министерство сельского хозяйства Республики Башкортостан в соответствии с законодательством и настоящим Уставом.

1.1.2. Цели и предмет деятельности предприятия

Предприятие создано для эффективной эксплуатации сельскохозяйственной техники, закупленной в соответствии с контрактами; в целях удовлетворения общественных потребностей и получения прибыли.

Для достижения целей, указанных в пункте 1 Предприятие осуществляет в установленном законодательством Российской Федерации и Республики Башкортостан порядке следующие виды деятельности:

Выполнение механизированных работ (почвообработка, посев, уборка урожая, кормозаготовка, внесение удобрений, погрузочноразгрузочные, транспортные, агромелиоративные, и др.).

Совместное производство с сельскохозяйственным товаропроизводителям зерновых, зернобобовых, масличных, кормовых и технических культур.

Эксплуатация, ремонт, техническое обслуживание и хранение сельскохозяйственной техники.

Организация материально-технического снабжения для производственно-технологической эксплуатации сельскохозяйственной техники.

Оказание услуг по переработке сельскохозяйственной продукции, транспортных, маркетинговых, учебно-консультационных информационных услуг.

Строительство и реконструкция объектов производственной и социальной сфер, жилья за счет привлеченных и собственных средств Предприятия.

Торгово-коммерческая, лизинговая, посредническая деятельность.

Обучение и повышение квалификации специалистов различных отраслей сельскохозяйственного производства.

Внедрение и пропаганда новой техники и новых сельскохозяйственных технологий.

Предприятие не вправе осуществлять виды деятельности, не предусмотренные настоящим уставом, кроме деятельности, направленной на создание объектов социально-культурного назначения и строительство жилья в целях обеспечения потребностей работников Предприятия.

Альтернативные виды топлива для двигателей внутреннего сгорания и анализ существующих конструкций для газогенераторных установок

2.1 Альтернативные виды топлив для двигателей внутреннего сгорания

Чем больше в мире производится автомобилей, тем значительнее интерес к альтернативным бензину видам топлива, при сгорании которых выделяется меньше вредных веществ. Во многих странах все более популярным становится биологическое топливо, изготавливаемое из растительного сырья. В шести государствах ЕС, а также в США, Канаде, Бразилии, Малайзии такое биологическое топливо производят в промышленных масштабах, но все же его доля в топливном балансе не превышает 0,3%.

В настоящее время двигатель внутреннего сгорания остаётся основной движущей силой автомобиля. В связи с этим единственный путь решения энергетической проблемы автомобильного транспорта - это создание альтернативных видов топлива. Новое горючее должно удовлетворить очень многим требованиям: иметь необходимые сырьевые ресурсы, низкую стоимость, не ухудшать работу двигателя, как можно меньше выбрасывать вредных веществ, по возможности сочетаться со сложившейся системой снабжения топливом и др.

Нефть сегодня - основной и наиболее востребованный энергоресурс. Однако ее запасы катастрофически заканчиваются, и уже понятно, что наступает закат нефтяной эры. Чем заправляться будем?

Уже сейчас абсолютно ясно, что XXI век станет закатом нефтяной эры. Снижение темпов нефтедобычи в ряде стран, включая Россию, и снижение ее рентабельности наблюдается уже сегодня. Все это является первопричиной увеличения стоимости нефтепродуктов и, как следствие, накладывает определенные ограничения на развитие экономик отдельных стран и мировой экономики в целом. Данное обстоятельство, с учетом того, что 80% механической энергии, которую использует в своей деятельности человек, вырабатывается двигателями внутреннего сгорания, заставляет уже сегодня серьезно задуматься об альтернативном источнике энергии, не нефтяного происхождения.

В последнее время большое количество зарубежных научно-исследовательских центров моторостроительных фирм проводят исследования, направленные на экономию топлива и замену традиционных жидких углеводородных топлив новыми видами.

Рассмотрим каждый из наиболее распространенных видов альтернативного топлива более подробно.

2.1.1 Природный газ

Природный газ в большинстве стран является наиболее распространенным видом альтернативного моторного топлива. Природный газ в качестве моторного топлива может применяться как в виде сжатого до давления 200 атмосфер, газа, так и в виде жидкого, охлажденного до 160°С газа. В настоящее время наиболее перспективным является применение жидкого газа (пропан-бутан). В Европе это топливо называется Liquefied petroleum gas. В Европе сегодня насчитывается около 2,8 млн машин, работающих на Liquefied petroleum gas.

2.1.2 Газовый конденсат

Использование газовых конденсатов в качестве моторного топлива сведено к минимуму из-за следующих недостатков: вредное воздействие на центральную нервную систему, недопустимое искрообразование в процессе работы с топливом, снижение мощности двигателя (на 20%), повышение удельного расхода топлива.

2.1.3 Шахтный метан

В последнее время к числу альтернативных видов автомобильных топлив стали относить и шахтный метан, добываемый из угольных пород. Так, к 1990 г. в США, Италии, Германии и Великобритании на шахтном метане работали свыше 90 тыс. автомобилей. В Великобритании, например, он широко используется в качестве моторного топлива для рейсовых автобусов в угольных регионах страны. Прогнозируется, что газовая добыча метана в угольных бассейнах мира уже в ближайшее время составит 96135 миллиардов метров кубических.

2.1.4 Синтетический бензин

Сырьем для его производства могут быть уголь, природный газ и другие вещества. Наиболее перспективным считается синтезирование бензина из природного газа. Из 1 м3 синтез-газа получают 120180 г синтетического бензина. За рубежом, в отличие от России, производство синтетического моторного топлива из природного газа освоено в промышленном масштабе. Так, в Новой Зеландии на установке фирмы "Мобил" из предварительно полученного метанола ежегодно синтезируется 570 тыс. т моторных топлив. Однако в настоящее время синтетические топлива из природного газа в 1,83,7 раза (в зависимости от технологии получения) дороже нефтяных. В то же время разработки по получению синтетического бензина из угля достаточно активно ведутся в настоящее время в Англии.

2.1.5 Спирты

Среди альтернативных видов топлива в первую очередь следует отметить спирты, в частности метанол и этанол, которые можно применять не только как добавку к бензину, но и в чистом виде. Их главные достоинства - высокая детонационная стойкость и хороший КПД рабочего процесса, недостаток - пониженная тепловая способность, что уменьшает пробег между заправками и увеличивает расход топлива в 1,52 раза по сравнению с бензином. Кроме того, затруднён запуск двигателя из-за плохого испарения метанола и этанола.

Этанол (питьевой спирт), обладающий высокой энергетической ценностью, добывается из отходов древесины и сахарного тростника, обеспечивает двигателю высокий КПД и низкий уровень выбросов и особо популярен в теплых странах. Так, Бразилия после своего нефтяного кризиса 1973 г. активно использует этанол - в стране более 7 млн автомобилей заправляются этанолом и еще 9 млн - его смесью с бензином. США является вторым мировым лидером по масштабному изготовлению этанола для нужд автотранспорта. Этанол используется как "чистое" топливо в 21 штате, а этанол-бензиновая смесь составляет 10% топливного рынка США и применяется более чем в 100 млн двигателей. Стоимость этанола в среднем гораздо выше себестоимости бензина. Всплеск интереса к его использованию в качестве моторного топлива за рубежом обусловлен налоговыми льготами.

Использование спиртов в качестве автомобильного топлива требует незначительной переделки двигателя. Например, для работы на метаноле достаточно отрегулировать карбюратор, установить устройство для стабилизации запуска двигателя и заменить некоторые подверженные коррозии материалы более стойкими. Учитывая то, что чистый метанол ядовитый, необходимо предусмотреть тщательную герметизацию топливной системы автомобиля. Пары метанола более токсичны, чем пары бензина и вызывают сильные отравления при попадании в организм человека, слепоту и даже летальный исход.

А вот для работы на чистом спирте требуется увеличение вместимости топливного бака и степени сжатия до 1214, чтобы полностью использовать детонационную стойкость топлива.

Низкое давление насыщенных паров и высокая теплота испарения спирта делают практически невозможным запуск бензиновых двигателей уже при температуре окружающей среды ниже +10°С.

2.1.6 Электрическая энергия

Заслуживает внимания применение электроэнергии в качестве энергоносителя для электромобилей. Кардинально решается вопрос, связанный с токсичностью отработанных газов, появляется возможность использования нефти для получения химических веществ и соединений. К недостаткам электроэнергии как вида электроносителя можно отнести: ограниченный запас хода электромобиля, увеличенные эксплуатационные расходы, высокая первичная стоимость и высокая стоимость энергоемких аккумуляторных батарей.

2.1.7 Топливные элементы

Топливные элементы - это устройства, генерирующие электроэнергию непосредственно на борту транспортного средства. В процессе реакции водорода и кислорода образуются вода и электрический ток. В качестве топлива содержащего водород, как правило, используется либо сжатый водород, либо метанол. В этом направлении работает достаточно много зарубежных автомобильных фирм, и если им в итоге удастся приблизить стоимость автомобилей на топливных элементах к бензиновым, то это станет реальной альтернативой традиционным нефтяным топливам в странах, импортирующих нефть. В настоящее время стоимость зарубежного экспериментального легкового автомобиля с топливными элементами составляет порядка 1 млн долл. США. Кроме того, к недостаткам применения топливных элементов следует отнести повышенную взрывоопасность водорода и необходимость выполнения специальных условий его хранения, а также высокую себестоимость получения водорода.

2.1.8 Биодизельное топливо

В последние годы в США, Канаде и странах ЕС возрос коммерческий интерес к биодизельному топливу, в особенности к технологии его производства из растительного масла. В США планируется на 20% заменить обычное дизельное топливо биодизельным и использовать его на морских судах, городских автобусах и грузовых автомобилях. Применение биодизельного топлива связано, в первую очередь, со значительным снижением эмиссии вредных веществ в отработанных газах (на 2550%), улучшением экологической обстановки в регионах интенсивного использования дизелей - сера в биодизельном топливе составляет 0,02%.

2.1.9 Биогаз

Он представляет собой смесь метана и углекислого газа и является продуктом метанового брожения органических веществ растительного и животного происхождения. Биогаз относится к топливам, получаемым из местного сырья. Хотя потенциальных источников для его производства достаточно много, на практике круг их сужается вследствие географических, климатических, экономических и других факторов. Биогаз как альтернативный энергоноситель может служить высококалорийным топливом. Он предназначен для улучшения технико-эксплуатационных и экологических показателей работы двигателя внутреннего сгорания. Применение биогаза в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания позволяет снизить выбросы, а также улучшить топливную экономичность.

2.1.10 Отработанное масло

В настоящее время на ряде предприятий различных стран мира весьма эффективно работают установки, преобразующие отработанное масло (моторное, трансмиссионное, гидравлическое, индустриальное, трансформаторное, синтетическое и т. д.) в состояние, которое позволяет полностью использовать его в качестве дизельного или печного топлива. Установка подмешивает очищенные (в установке) масла в соответствующее топливо, в точно заданной пропорции, с образованием навсегда стабильной, неразделяемой топливной смеси. Полученная смесь имеет более высокие параметры по чистоте, обезвоживанию и теплотворной способности, чем дизельное топливо до его модификации в установке.

2.1.11 Водород как альтернативное топливо

Водород является эффективным аккумулятором энергии. Применение водорода в качестве топлива возможно в разнообразных условиях, что может дать существенный вклад в мировую энергетику, когда ресурсы ископаемого топлива будут близки к полному истощению. По сравнению с бензином и дизельным топливом водород более эффективен и меньше загрязняет окружающую среду. Взрывоопасность водорода резко снижается с применением специальных присадок.

Сейчас каждая автомобильная компания имеет концепткар, который работает на водороде. Однако некоторые фирмы предлагают комбинированные решения. Так, «Мазда» предлагает автомобиль, который имеет возможность чередовать топливо (водород и бензин). Другие автопроизводители совмещают эти виды топлива. В США выпускают тягачи, в двигателях которых используется смесь дизельного и водородного топлива. Это позволяет увеличить мощность двигателя, экологическую чистоту и уменьшить расход топлива. Система осуществляет разложение воды, собирает водород и направляет его в камеру сгорания, обеспечивая более высокую эффективность сгорания топлива.

2.1.12 Водородное топливо

Исследования Солнца, звёзд, межзвёздного пространства показывают, что самым распространённым элементом Вселенной является водород (в космосе в виде раскалённой плазмы он составляет 70 % массы Солнца и звёзд).

По некоторым расчётам, каждую секунду в глубинах Солнца примерно 564 млн. тонн водорода в результате термоядерного синтеза превращаются в 560 млн. тонн гелия, а 4 млн. тонн водорода превращаются в мощное излучение, которое уходит в космическое пространство. Нет опасений, что на Солнце скоро иссякнут запасы водорода. Оно существует миллиарды лет, а запас водорода в нём достаточен для того, чтобы обеспечить ещё столько же лет горения.

Человек живёт в водородногелиевой вселенной. Поэтому водород представляет для нас очень большой интерес. Влияние и польза водорода в наши дни очень велика. Практически все известные сейчас виды топлива, за Алюючением, разумеется, водорода, загрязняют окружающую среду. В городах нашей страны ежегодно проходит озеленение, но этого, как видно, недостаточно. В миллионы новых моделей автомобилей, которые сейчас выпускаются, заливают такое топливо, которое выпускает в атмосферу углекислый (СО2) и угарный (СО) газы. Дышать таким воздухом и постоянно находиться в такой атмосфере представляет очень большую опасность для здоровья. От этого происходят различные заболевания, многие из которых практически не поддаются лечению, а уж тем более невозможно лечить их, продолжая находиться в можно сказать «заражённой» выхлопными газами атмосфере.

Что касается воздуха, то здесь на повестке дня уже много лет стоит не менее важная проблема. И если представить, хотя бы на секунду, что все современные двигатели будут работать на экологически чистом топливе, коим, разумеется, является водород, то наша планета встанет на путь, ведущий к экологическому раю. Но это всё фантазии и представления, которые, к великому нашему сожалению ещё не скоро станут реальностью.

Сколько бы мы не говорили о положительном влиянии водорода, на практике это можно увидеть довольно таки не часто. Но всё же разрабатывается множество проектов, и целью моей работы явился не только рассказ о Амом чудесном топливе, но и о его применении. Эта тема очень актуальна, поскольку сейчас жителей не только нашей страны, но и всего мира, волнует проблема экологии и возможные пути решения этой проблемы.

Водород - один из наиболее распространённых элементов и на Земле. В земной коре из каждых 100 атомов 17 - атомы водорода. Он составляет примерно 0,88 % от массы земного шара (включая атмосферу, литосферу и гидросферу). Если вспомнить, что воды на земной поверхности более 1,5∙1018 м3 и что массовая доля водорода в воде составляет 11,19 %, то становится ясно, что сырья для получения водорода на Земле - неограниченное количество. Водород входит в состав нефти (10,9 - 13,8 %), древесины (6 %), угля (бурый уголь - 5,5%), природного газа (25,13 %). Водород входит в состав всех животных и растительных организмов. Он содержится и в вулканических газах. Основная масса водорода попадает в атмосферу в результате биологических процессов. При разложении в анаэробных условиях миллиардов тонн растительных остатков в воздух выделяется значительное количество водорода. Этот водород в атмосфере быстро рассеивается и диффундирует в верхние слои атмосферы. Имея малую массу, молекулы водорода обладают высокой скоростью диффузионного движения (она близка ко второй космической скорости) и, попадая в верхние слои атмосферы, могут улететь в космическое пространство. Концентрация водорода в верхних слоях атмосферы составляет 1∙104 %.

Водород имеет более высокую теплоту сгорания - 120 МДж/кг, в то время, как бензин - всего 42 МДж/кг. Кроме того, единственным выхлопным газом при сгорании водорода являются водяные пары, которые вступают в естественный природный круговорот воды. А, как известно, посредством электролиза из воды можно снова получить водород. Этот замкнутый цикл, лежащий в основе идеи водородной энергетики, позволяет назвать водород одним из самых экологичных видов топлива (рис. 1).

Очевидно, что при переходе транспорта на водородное топливо экологические проблемы больших городов были бы раз и навсегда решены. Однако перед таким переходом стоит ряд проблем, среди которых:

- потребность в огромных энергозатратах для получения водорода электролизом воды;

- необходимость использования специальных сверхгерметичных емкостей для хранения и транспортировки водорода, т.к. в силу малого размера молекул он обладает высокой проникающей способностью;

Необходимость создания развитой сети заправочных станций в каждом населенном пункте и вдоль крупных автомагистралей: водород - самый легкий и наименее плотный газ, поэтому автомобилю с водородным двигателем придется заправляться намного чаще, чем в автомобилям с бензиновым и дизельным двигателями.

Один из путей внедрения водорода на автотранспорте - сжигание его в ДВС. Такой подход исповедуют BMW и Mazda. Японские и немецкие инженеры видят в этом свои преимущества.

Прибавку в весе машины даёт лишь водородная топливная система, в то время, как в авто на топливных элементах прирост (топливные элементы, топливная система, электромоторы, преобразователи тока, мощные аккумуляторы) - существенно превышает "экономию" от удаления ДВС и его механической трансмиссии.

Потеря в полезном пространстве также меньше у машины с водородным ДВС (хотя водородный бак и в том, и другом случае съедает часть багажника).

Эту потерю можно было бы вообще свести к нулю, если сделать автомобиль (с ДВС), потребляющий только водород. Но тут-то и проявляется главный козырь японских и германских "раскольников".

BMW и Mazda предлагают сохранить в автомобиле возможность ездить на бензине (по аналогии с распространёнными ныне двухтопливными машинами "бензин/газ").

Такой подход, по замыслу автостроителей, облегчит постепенный переход автотранспорта только на водородное питание.

Ведь клиент сможет с чистой совестью купить подобную машину уже тогда, когда в регионе, где он живёт, появится хоть одна водородная заправка. И ему не придётся опасаться застрять поодаль от неё с пустым водородным баком.

Меж тем, серийный выпуск и массовые продажи машин на топливных элементах долгое время будут сильно сдерживаться малым числом таких заправочных станций. Да, и стоимость топливных элементов пока велика.

Кроме того, перевод на водород обычных ДВС (при соответствующих настройках) не только делает их чистыми, но и повышает термический КПД и улучшает гибкость работы.

Дело в том, что водород обладает намного более широким, по сравнению с бензином, диапазоном пропорций смешивания его с воздухом, при которых ещё возможен поджиг смеси.

И сгорает водород полнее, даже вблизи стенок цилиндра, где в бензиновых двигателях обычно остаётся несгоревшая рабочая смесь.

Итак, "скармливаем" водород двигателю внутреннего сгорания. Физические свойства водорода существенно отличаются от таковых у бензина. Над системами питания немцам и японцам пришлось поломать голову. Но результат того стоил.

Показанные BMW и Mazda водородные автомобили сочетают привычную для владельцев обычных авто высокую динамику с нулевым выхлопом.

А главное - они куда лучше приспособлены к массовому производству, чем "ультраинновационные" машины на топливных элементах.

Водородный топливный элемент

Очевидно, что если под "водородным двигателем" понимать электрический, получающий энергию от реакции соединения водорода и кислорода в топливных элементах, то окислов азота не будет совсем. А углеводородное топливо "поставляет" при сжигании целый букет токсичных соединений, среди которых сажа - далеко не самая вредная.

"Водородное будущее" автотранспорта эксперты связывают, прежде всего, с топливными элементами. Их притягательность признают все. Никаких движущихся частей, никаких взрывов. Водород и кислород тихо - мирно соединяются в "ящике с мембраной" (так упрощённо можно представить топливный элемент) и дают водяной пар плюс электричество.

Ford, General Motors, Toyota, Nissan и многие другие компании наперебой щеголяют "топливоэлементными" концепткарами и собираются вот-вот "завалить" всех водородными модификациями некоторых из своих обычных моделей.

Водородные заправки уже появились в нескольких местах в Германии, Японии, США. В Калифорнии строят первые станции по электролизу воды, использующие ток, выработанный солнечными батареями. Аналогичные эксперименты проводят по всему миру.

Производители автомобилей сделали первые шаги в направлении водородной энергетики. В частности, уже несколько лет выпускаются так называемые гибридные автомобили, снабженные как традиционным бензиновым двигателем, так и электродвигателем, работающим благодаря водородному топливному элементу.

Водородный топливный элемент во многом напоминает обычный аккумулятор: в нем энергия химической реакции преобразуется в электрическую энергию. Принцип его действия показан на рис. 2.

Водород из специальной герметичной емкости подается в топливный элемент, состоящий из двух электродов (анода и катода) и протонообменной мембраны - материала, пропускающего только протоны. На аноде, изготовленном с использованием благородного металла (например, платины или ее сплавов), молекулы водорода распадаются на атомы и теряют электроны. Освободившиеся при этом ядра водорода, т. е. протоны, начинаются двигаться к катоду сквозь мембрану. Электроны же направляются как бы «в обход» мембраны, поскольку их она пропускать не будет. Поток электронов и представляет собой электрический ток, который потребляется электродвигателем автомобиля. Миновав двигатель, электроны поступают на катод. Там же, в свою очередь, распадаются на атомы молекулы кислорода, поступающего в топливный элемент из атмосферы. Таким образом, на катоде происходит одновременная встреча атомов кислорода, протонов и электронов: это приводит, очевидно, к образованию молекул воды, которые благополучно выводятся в за пределы элемента.

Фактически, топливный элемент позволяет провести высокоэнергетичную реакцию

H2 + O2 → H2O,

но не в виде взрыва, а в спокойном, управляемом режиме.

Первые водородные прототипы FCX (Fuel Cell eXperimental) cпецы Honda стали испытывать еще в 1999 году. С тех пор батареи топливных элементов стали намного легче и меньше, а вместо никелевых аккумуляторов стали использоваться литиевоионные. Система рекуперации энергии также было усовершенствована. Более того, топливные ячейки стали более термостойкими: если раньше минимальной температурой для обеспечения нормальной работы был 0 градусов Цельсия, то современный FCX Clarity должен исправно функционировать и при 30 градусах.

Топливо для газогенераторной установки

Получение генераторного газа может производиться почти из твердых видов твёрдого топлива; древесных чурок, угля, соломенных брикетов, торфа и т. п. Однако каждая газогенераторная установка приспосабливается для работы на одном виде топлива.

Древесина и древесный уголь включают в себя горючие и не горючие составные части. Горючими являются соединения, содержащие углерод, водород и кислород, где собственно горючими веществами являются углерод и водород. К негорючей части носятся избыточная влага и твёрдый остаток, образующийся после сгорания топлива, называемый золой.

Для приготовления чурок может служить дерево любой породы. Дерево твёрдых пород (берёза, бук, дуб и т, п.) имеет рад преимуществ перед деревом мягких пород (ель, сосца, осина в т, п.). Твёрдые породы дерева при сгорании выделяют большее количество тепла, дают более твёрдый уголь, благодаря чему уменьшается засоряемость как самого генератора, так а очисти- тельной установки. Быстрая засоряемость установки, в случав применения дерева мягких пород (особенно еле), затрудняет просасывание газа через установку и вызывает необходимость в более чистой очистке всех приборов и соединительных труб. Кроме того, в тот же объём бункера может быть загружено большее количество по весу чурок твёрдых пород, чем чурок мягких пород, что даёт возможность реже загружать бункер во время работы.

Форма чурок может быть неоднообразна, но размер чурок должен быть примерно одинаковым. Для установки следует применять чурки размером 6 X 5 X 5..

Применение чурок больших размеров ухудшает процесс образования газа, так как чурки могут заклиниваться в генераторе и препятствовать плавному и равномерному опусканию топлива (по мере его сгорания), что снизит качество газа.

Применение чурок излишне малых размеров связано с получением мелкого угля в камере горения. Из-за этого повышается сопротивление проходу газа, и увеличивается количество просыпающейся через колосниковую решётку в зольник древесно-угольной мелочи. Кроме того, возрастает также и стоимость приготовления чурок.

Влажность чурок оказывает большое влияние на работу газогенераторной установки. Свежее рубленное дерево содержит в себе до 50—60% воды, горит плохо и не может быть использовано в газогенераторе, так как мощность двигателя будет сильно понежена и пуск двигателя затруднён.

Древесный уголь, применяемый для первоначального розжига газогенератора, после ремонта или смены топлива, должен иметь влажность не свыше 10%; лучшие считается берёзовый уголь. Перед загрузкой уголь должен быть размельчён на куски примерно в 3 X 3 X 3 см.

Хранение заготовленных чурок и угля должно производиться в специальных, хорошо проветриваемых помещениях, имеющих исправную крышу и деревянный пол, расположенный не ниже 30 см от земли. При хранении чурок и угля необходимо соблюдать противопожарные мероприятия.

3.4 Тепловой расчет двигателя

Исходные данные:

Nе=110 кВт,

ɛ = 16,5,

= 1,6,

n=2000 мин-1.

Тепловой расчет был построен по методике Баширова Р.М.

Технико-экономические показатели проекта

На данный момент дизельное топливо стоит в среднем 32руб./л – это закупочная цена для сельхозпроизводителей. А себестоимость древесного топлива составляет 4руб./л, не учитывая использование ценной вторичной продукции. Соответственно экономический эффект в данном случае необходимо определять исходя из разницы цен дизельного топлива и биотоплива. Но при этом необходимо учитывать стоимость нового оборудования и его установку.

Заключение

Был проведен анализ существующих конструкций газогенераторных установок.

В результате исследований и сопоставления свойств газогенераторного газа и дизельного топлива, получена оптимальная по составу и свойствам, приемлемым для применения в суровых климатических условиях, газ (древесный газ). Для полученной газа произведен тепловой расчет двигателя Д424. Данный расчет показывает то, что при переходе на древесный газ повышается удельный расход топлива, уменьшается мощность и эффективный КПД двигателя.

На основе разницы стоимости дизельного топлива и газа приведен экономический расчет, который показывает ощутимую выгоду при использовании газа. В данном случае стоимость газа составила 4 руб./л, что более чем в несколько раз дешевле дизельного топлива.