Эксплуатация автономных энергетических установок с двигателями Стирлинга в регионах России, где нет запасов традиционных энергоносителей Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

2. Кох Д. Свойства SF6 и его использование в коммутационном оборудовании среднего и высокого напряжения // SchneiderElectric, 2006. Вып. 2. 24 с.

3. Созыкина И. А. Элегазовые выключатели: учебно-методический кабинет по горному, нефтяному и энергетическому образованию. ФГОУ, 2008. 20 с.

Ершов Сергей Викторович, канд. техн. наук, доцент, erschov. serrgamail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Сухова Юлия Валерьевна, магистр, vulia.suhova2015gvandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

ELEGAS SWITCHES IN MODERN ENERGY S. V. Ershov, Yu. V. Sukhova

The article discusses the switches with gas-insulated insulation, their advantages and disadvantages, the relevance of their use in modern energy, the principle of operation.

Key words: SF6 gas, gas-insulated switches, modern energy.

Ershov Sergey Viktorovich, candidate of technical sciences, docent, erschov.serrg@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University

Sukhova Julia Valer'evna, master, yulia.suhova2015@yandex.ru, Russia, Tula, Tula, Tula State University

УДК 620.92

ЭКСПЛУАТАЦИЯ АВТОНОМНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК С ДВИГАТЕЛЯМИ СТИРЛИНГА В РЕГИОНАХ РОССИИ, ГДЕ НЕТ ЗАПАСОВ ТРАДИЦИОННЫХ ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ

В.Ю. Карницкий, А. У. Ботирова

Рассмотрено новое техническое решение - разработка и широкое внедрение энергопреобразующих систем на основе двигателей (машин) Стирлинга, работающих по замкнутому термодинамическому циклу, в котором циклические процессы сжатия и расширения происходят при наличии различных уровней температур, а управление потоком рабочего тела осуществляется путем изменения его объема.

Ключевые слова: энергопреобразование, энергосбережение, двигатели Стирлинга, тепловые машины, традиционные энергоресурсы.

Одним из основных направлений развития экономики и научно-технического прогресса в XXI веке становятся задачи поиска перспективных технологий энергопреобразования и серийного производства новой техники на основе высокоэффективных термодинамических циклов с использованием возобновляемых видов топлива и новых рабочих тел. Это означает создание, производство и внедрение в массовое применение таких высокоэффективных и экологически чистых энергосистем, которые бы обеспечивали удовлетворение нужд промышленности и населения в энергии при минимальных затратах материальных ресурсов.

Известия ТулГУ. Технические науки. 2018. Вып. 12

Во всех развитых странах мира основой инновационного развития промышленности становятся задачи перехода на новый технологический уровень, связанный с энергосбережением, экологий и сокращением доли использования традиционных энергоресурсов. Так, к 2025 году в странах ЕС более 20% энергии будет производиться за счет использования альтернативных и возобновляемых видов топлива.

Одним из способов решения проблемы энергообеспечения в регионах России, где нет запасов традиционных энергоносителей - нефти и газа, является использование установки с двигателем Стирлинга. В качестве топлива можно использовать торф, био-газ, сланцы, отходы сельского хозяйства и лесоперерабатывающей промышленности. Автономные энергетические установки с двигателями Стирлинга могут найти широкое применение и в нефтегазовой промышленности РФ при освоении новых месторождений (особенно в условиях Крайнего Севера и шельфа арктических морей), в качестве топлива здесь можно использовать неочищенный природный газ, попутный нефтяной газ и газовый конденсат.

Сейчас в РФ ежегодно теряется до 10 млрд куб. м попутного газа. Перерабатывать его сложно и дорого, использовать в качестве моторного топлива для двигателей внутреннего сгорания нельзя из-за постоянно меняющегося фракционного состава. Чтобы газ не загрязнял атмосферу, он утилизируется методом сжигания. В то же время его использование в качестве моторного топлива в энергоустановке Стирлинга даст существенный экономический эффект. Такие энергетические установки экологически чисты, так как концентрация вредных веществ в продуктах сгорания почти на два порядка ниже, чем у дизельных электростанций. Поэтому Стирлинг-генераторы можно устанавливать в непосредственной близости от потребителя, что позволит избавиться от потерь на передачу электроэнергии.

Теоретически двигатели, работающие по циклу Стирлинга, потенциально самые высокоэффективные машины из всех существующих типов двигателей. К преимуществам подобных машин можно отнести:

- широкую универсальность (при различном конструктивном исполнении появляется возможность использования их как двигателей, так и холодильных и криогенных машин);

- высокую энергетическую эффективность (к.п.д. цикла идеальной машины Стирлинга равен к.п.д. цикла Карно);

- повышенную степень экологической чистотыкак самих машин, так и отработанных сред, возникших при их эксплуатации;

- как упоминалось выше, многотопливность двигателей - возможность применения в качестве источников теплоты не только традиционных теплоносителей (нефтепродукты, природный газ и т.д.), но и солнечной радиации, биогаза, древесины, торфа и т. д.

Принципиальная схема двигателя Стирлинга представлена на рисунке.

Пошун Што* Каряуч Источит* тепла

Принципиальная схема двигателя Стирлинга

116

Принцип работы двигателя Стирлинга: источник тепла нагревает газ в правой части теплообменного цилиндра. Газ расширяется и через трубку оказывает давление на рабочий поршень. Поршень опускается, толкает шатун и поворачивает маховик. При этом одновременно вправо двигается вытеснительный поршень. Он вытесняет газ из нагревающейся части теплообменного цилиндра в его холодную часть, которая имеет оребрение, предназначенное для охлаждения. Вытеснительный поршень заполнен теплоизолирующим материалом. Газ остывая, создает обратное усилие на рабочем поршне, поршень поднимается вверх и цикл повторяется сначала.

Следует добавить, что машины Стирлинга - это машины, работающие по замкнутому термодинамическому циклу, в котором циклические процессы сжатия и расширения происходят при различных уровнях температур, а управление потоком рабочего тела осуществляется путем изменения его объема.

Вмировых обзорах по энергопреобразующей технике двигатель Стирлинга рассматривается как наиболее перспективный в XXI веке. Низкий уровень шума, малая токсичность отработанных газов, возможность работы на различных топливах, большой ресурс, хорошие характеристики крутящего момента - все это делает двигатели Стирлинга более конкурентоспособными в сравнении с ДВС.

Список литературы

1. Лабейш В.Г. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии, 2003.

79 с.

2. Мышинский Э.Л., Рыжков-Дудонов М.А. Судовые поршневые двигатели внешнего сгорания (двигатели Стирлинга), 1976. 76 с.

3. Ренькас Я.В. Прорывные технологии в энергетике. Наука в России, 2005. С. 44-46.

Карницкий Валерий Юльевич, канд. техн. наук, доцент, energy@tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Ботирова Аниса Ураловна, студентка, anisa. hotirova amail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

OPERA TION OF A UTONOMO US ENERGY INSTALLA TIONS WITH STIRLING ENGINES IN THE REGIONS OF RUSSIA WHERE THERE ARE NO TRADITIONAL ENERGY

CARRIERS INSERTS

V. Yu. Karnitsky, A. U. Botirova

A new technical solution is considered - the development and widespread introduction of energy-converting systems based on Stirling engines (machines) operating in a closed thermodynamic cycle, in which cyclical processes of compression and expansion occur at various temperature levels and control the flow of the working fluid hy changing its volume.

Key words: energy conversion, energy saving, Stirling engines, heat engines, traditional energy.

Karnitsky Valery Yulievich, candidate of technical sciences, docent, energy@tula. ru, Russia, Tula, Tula state University,

Botirova Anisa Uralovna, student, anisa. hotirovaamail.ru, Russia, Tula, Tula State University