Газопоршневые двигатели как вторая жизнь ДВС

Gas piston engines is the second life of the internal combustion engine

Автор: Яковлев Руслан Александрович

ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова, Санкт-Петербург, Россия

e-mail: ruslan.yakowlev2001@yandex.ru

Iakovlev Ruslan Aleksandrovich

Admiral Makarov State University of Maritime and Inland Shipping, Saint-Petersburg, Russia

e-mail: ruslan.yakowlev2001@yandex.ru

Аннотация: Автор в данной статье пишет о новых высокотехнологических судовых двигателях, которые работают на природном газе и их экологических преимуществах перед дизельными двигателями.

Annotation: The author in this article writes about new high-tech marine engines that run on natural gas and their environmental advantages over diesel engines.

Ключевые слова: газопоршневые двигатели, газовое топливо, СПГ.

Keywords: gas-piston engines, gas fuel, LNG.

Тематическая рубрика: Технические науки и технологии.

Судовые энергетические установки (СЭУ) различных типов (кроме ядерных), наряду с двигателями внутреннего сгорания (ДВС), являются одними из основных потребителей топлив нефтяного происхождения, запасы которых в отдельных регионах мира весьма ограничены и исчерпываются довольно быстро. По прогнозам западных специалистов, запасов нефти, с учетом её запасов на Ближнем Востоке, хватит на 50–60 лет. Следует отметить, что стоимость добычи и переработки нефти непрерывно повышается. Резко обостряются проблемы, связанные с экологией, которые приобретают все большее значение, выходя на первое место. Компенсировать ожидаемый дефицит моторных топлив удастся главным образом за счёт использования альтернативных видов топлива, и в первую очередь компримированного природного газа, на 90 % состоящего из метана. Считается, что природных ресурсов этого горючего хватит более чем на 100 лет.

В соответствии с требованиями Приложения VI МК МАРПОЛ происходит планомерное ужесточение требований к содержанию оксидов серы, азота и углерода, а также твердых частиц в выбросах морских судов.

В последнее время отмечается повышенный интерес к использованию в качестве источников энергии газа, особенно природного. В связи с этим широко внедряются дизели, работающие на газе и газовых смесях. Такие двигатели начали применяться на судах, особенно на газовозах.

Как и у любого ДВС, у газопоршневого двигателя принцип действия основан на сгорании топливовоздушной смеси и поступательном движении поршней за счет энергии расширяющихся газов. С помощью кривошипно-шатунного механизма поступательное движение поршней преобразуется во вращательный момент выходного вала двигателя. В схеме подачи газа в газопоршневых двигателях основную роль играет газораспределительный механизм, подача газа осуществляется из магистрали или баллонного оборудования.

Природный газ на газовозах хранится в жидком состоянии (СПГ), а отходящий газ направляется и сжигается в двухтопливных двигателях. Судоходные компании осторожно подходят к выбору силовой установки для своего флота. Система паровой турбины была основным выбором в качестве тягача на танкерах для перевозки СПГ в течение последних нескольких десятилетий. Система паровых танкеров-газовозов, созданная несколько десятилетий назад, использует BOG (отпарный газ). Танкеры СПГ имеют прочную изоляцию, чтобы поддерживать температуру СПГ около -160 ° C - чтобы он оставался сжиженным. Но даже со всей изоляцией в зону удержания СПГ проникает тепло, что позволяет образовывать испарительный газ естественным путем (BOG).

Выкипание происходит во время плавания судов. Во время шторма груз СПГ перемещается и плещется в резервуарах. Отпарный газ составляет 0,1% - 0,25% от суточной мощности судов. В резервуарах необходимо поддерживать постоянное давление. Если давление в резервуарах становится слишком высоким, открываются предохранительный и предохранительный клапаны, выпуская испарение в атмосферу до тех пор, пока не будет сброшено избыточное давление. В связи с тем, что повторное сжижение СПГ на борту неэкономично для большинства судов, газ, произведенный при кипячении, направляется в двигательную установку судна и используется в качестве топлива для электростанций, таких как паровые котлы и двухтопливные судовые дизельные двигатели. Это сокращает использование бункерного топлива, тем самым сокращая расходы на топливо и техническое обслуживание оборудования.

Крупная японская компания Kawasaki разработала экологически чистый морской газопоршневой двигатель - Kawasaki GREEN Gas Engine, модель серии L30KG с использованием выдающихся оригинальных технологий, эффективно снижающих выбросы до уровня стандартов IMO (Международной морской организации), действующих с 2016 года, а также уменьшающих выбросы CO2 с помощью технологии сжигания обедненной смеси.

К особенностям этого двигателя можно отнести, в первую очередь, его экологичность (выбросы оксидов азота меньше, чем 1.0 г/квт*час, что значительно ниже ограничения стандартов IMO), отсутствие выбросов серы, а также его повышенный моторесурс, по сравнению с дизельными двигателями.

Исследование, проведенное MEC Intelligence, показало, что СПГ будет основным источником топлива для всех торговых судов в течение 40 лет. Многие компании уже начали рассматривать процесс перевода своего флота на силовые установки на СПГ.

Экономические и экологические преимущества газового топлива очевидны, однако при его использовании на обычных судах возникают опасности, связанные с его хранением и использованием, имевшие место ранее только на судах-газовозах. Вследствие этого при разработке нормативных документов Российского морского регистра судоходства по использованию такого топлива необходимо учитывать опыт и статистику аварий на газовозах. При этом, безусловно, необходимо учитывать особенности энергетических установок и способы размещения топлива на таких судах, но хотя объем топливных танков СПГ значительно меньше объема грузовых танков газовозов, можно предположить, что все основные опасности сохранятся.

Список литературы:

1. Баранов В.А. Анализ перспективности применения различных видов альтернативного топлива на морских судах / В.А. Баранов, А.А. Сергеев, В.К. Шурпяк // Научно-технический сборник Российского морского регистра судоходства. — 2010. — № 33.— С. 99–126.

2. Дорохов А.Ф. Особенности применения газообразных топлив в судовых энергетических установках / А.Ф. Дорохов, И.А. Апкаров, Хоан Коанг Лыонг // Вестник АГТУ. Серия: Морская техника и технология. — 2012. — № 2. — С. 70–75.

3. Киселев Д.М. Суда на природном газе: опыт эксплуатации и перспективы развития / Д.М. Киселев, В.К. Новиков, В.В. Попов, К.И. Федин, И.В. Маслов // Речной транспорт (XXI век). — 2013. — № 3 (62). — С. 62–64.

4. Безюков О.К. Анализ перспективности газопоршневых ДВС / О.К. Безюков, В.А. Жуков, О.И. Ященко // Двигатели внутреннего сгорания. — 2014. — № 2. — С. 45–51.