Журнал «Юный техник»: Юный техник, 2012 № 11

Стоит ли вспоминать об этом в наш век высоких технологий? Оказывается, да. Потому что паровые поршневые двигатели вновь могут найти себе применение.

Интересная деталь: на самолете, разработанном А.Ф. Можайским в конце XIX в., стоял паровой двигатель. И тот паровой мотор, которому в этом году исполняется 75 лет, тоже предназначался для силовой установки самолета. Он был спроектирован в Московском авиационном техникуме и работал на перегретом паре с давлением 6,1 МПа (61 атм) и температурой 380 °C.

Придумали же его потому, что некоторые виды паровых моторов, вопреки распространенному мнению, обладают довольно высокими КПД и надежностью, хорошими тяговыми характеристиками и многими другими положительными качествами. Впрочем, несмотря на неоднократные попытки, паровые двигатели в авиации так и не прижились. Но это не значит, что им нельзя найти применение на земле.

В последнее время в промышленности и жилищно-коммунальном хозяйстве инженеры все чаще задумываются о целесообразности комбинированного производства электрической и тепловой энергии на малых теплоэлектроцентралях (мини-ТЭЦ), расположенных в непосредственной близости от потребителя. Электроэнергия постоянно дорожает, а шквальные ветры летом и аномальные заморозки зимой все чаще приводят к обрывам линий электропередачи и перебоям в подаче электричества. Поэтому все чаще заводы, фабрики и муниципальные объекты, у которых есть свои котельные, добавляют к ним электрогенераторы с паровыми турбинами.

И котельная превращается в не зависимый от централизованного электроснабжения, выгодный источник не только тепла, но и электричества. Причем КПД таких установок достигает 80–85 %! А если потребителю не нужно много тепла, а только горячая вода для хозяйственных нужд — например, в летнее время, — то котельные оснащают еще и холодильными машинами для кондиционирования помещений, работающими на отработанном в турбине паре.

Так что все получается как будто неплохо. Однако наша промышленность практически не выпускает паровых машин малой мощности. Вот и возникла у российских умельцев идея переделать современный поршневой двигатель внутреннего сгорания (ДВС) в паровой мотор и приспособить его для работы в условиях мини-ТЭЦ. Поскольку ДВС дешевле паровой турбины, то при небольшой переделке можно получить значительную экономическую выгоду.

Так выглядит ротор маломощной паровой турбины.

Типовая схема включения паропоршневого электроагрегата и паровой котельной, работающей в режиме мини-ТЭЦ.

Решить эту задачу взялась группа ученых и инженеров объединения «Промтеплоэнергетика» при Московском авиационном институте под руководством старшего научного сотрудника B.C. Дубинина. Здесь уже несколько лет разрабатывают паропоршневые двигатели (ППД) — современные паровые моторы одностороннего давления. При этом в исходном ДВС переделке, по сути, подлежит только механизм подачи топлива. Специалисты из МАИ придумали, как переделать этот механизм в механизм подачи и выпуска пара.

Особых подробностей о конструкции сообщить пока нельзя: она составляет «ноу-хау» разработчиков и проходит процесс патентования. А потому скажем лишь, что дело в основном сводится к тому, что в цилиндры бывшего ДВС вместо бензиново-воздушной смеси поступает перегретый пар, который и толкает поршни.

ППД могут работать в широком диапазоне давлений пара — от 0,5 до 4,0 МПа (5 — 40 атм) и при температурах от 150 до 440 °C. И по частоте вращения вала двигатели превосходят своего «прадедушку», о котором говорилось в самом начале статьи: они могут «раскручиваться» до 3000 об/мин! Управление ППД полностью автоматическое.

Обычно в состав энергоагрегата, кроме одного или нескольких ППД и электрогенераторов, входит еще блок возбуждения, управления и защиты электрогенератора (БВУЗ), который, в свою очередь, состоит из блоков возбуждения и управления (БВУ), защитной автоматики (БЗА), системы управления (БСУ). На схеме показан вариант электроагрегата с асинхронным электрогенератором, поэтому для его работы блок возбуждения БВ снабжен еще и конденсаторами. Распределительное устройство связывает электроагрегат с потребителями энергии.