X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Практически все современные котлы являются энергозависимыми, при этом при отключении электроэнергии система отключается. В связи с этим необходимо создание автономной системы энергообеспечения для котлов. Одним из удобных способов получения электрический энергии из тепловой является линейный двигатель Стирлинга. Попытки создания агрегатов с когенерационной установкой предпринимались многими компаниями, в том числе Siemens, Протерм Vissmann, Buderus, Vaillant, Junkers, и др. В этой работе предлагается решение с линейным двигателем Стирлинга с линейным генератором переменного тока.

Актуальность данного исследования вызвана возрастающей необходимостью экономии энергоресурсов. Целью исследования является анализ работы двигателя Стирлинга и возможность его встраивания в котельный агрегат.

Задачи исследования:

Обзор производителей и производимых ими устройств.

Выявление недостатков этих установок.

Конструктивное решение котла с когенерационной установкой.

Описание принципа работы агрегата.

Перспективы использования.

Недостатками когенерационных установок являются завышенный шум и – большие габариты. В предлагаемой нами установке эти недостатки устранены (рисунок 1). Для снижения габаритов мы предлагаем использовать линейный генератор [2], а для снижения шумности и в качестве силового агрегата- свободнопоршневой двигатель Стирлинга.

Свободнопоршневой двигатель Стирлинга включает в себя три основные элемента: корпуса 1, рабочего поршня 2, вытеснительного поршня 3. Вытеснительный 3 и рабочий 2 поршни располагаются в цилиндре 1, разделяя его объём на 3 области – буферная область, полость сжатия и полость расширения.

Свободнопоршневой двигатель Стирлинга работает по такому же принципу как и двигатель Стирлинга с приводным механизмом.

Рисунок 1 Схема свободнопоршневого двигателя Стирлинга.

Под действием давления газа на рабочих полостях происходит перемещение поршней, а движение в обратном направлении происходит благодаря силам упругости механической пружины.

При включении нагревателя происходит повышение температуры и давления газа в полости расширения. Вследствие этого начинается движение вытеснителя, а затем перетекание рабочего тела из холодной полости в горячую.

Под действием разницы давлений газа в рабочих полостях, вытеснитель продолжает движение, переталкивая рабочее тело в горячую полость. Вследствие возрастания давления начинает движение рабочий поршень.

Вследствие того, что вытеснительный поршень намного легче рабочего поршня, он первым начинает движение в обратную сторону. Рабочее тело начинает перетекать из горячей полости в холодную, его давление падает и уменьшается по отношению к силе, проявляемой механической пружиной, это вызывает перемещение рабочего поршня в обратном направлении. Газ при этом начинает перетекать из холодной полости в горячую и цикл повторяется.

Рисунок 2 Модернизированный котёл на базе RS-A-100: 1- газовый клапан HONEYWELL; 2- блок управления двигателем Стирлинга и котлом; 3- выход дымовых газов; 4- выход воды; 5 –вход воды.

Шток двигателя Стирлинга соединен со штоком линейного генератора рассчитанным на мощность 2,5 кВт. Общий вид котла изображен на рисунке 2. Он включает в себя корпус с топкой, экранирующие панели, газоход, и водотрубный теплообменник, выполненный из труб в виде змеевика, соединенный отводами. Стенки корпуса котла расположены с зазором относительно панелей. Трубы теплообменника расположены в двух параллельных рядах по высоте, в шахматном порядке в топке над горелками. Отводы теплообменника выведены за пределы топки и расположены между экранирующими панелями, передней и задней стенками котла. В нижней, расположенной под горелками, экранирующей панели выполнены отверстия для подвода снизу атмосферного воздуха к горелкам. В верхней части котла располагается двигатель Стирлинга с линейным генератором.

Такая конструкция должна позволить получать одновременно тепловую и электрическую энергию в зимний период. При этом максимально выдаваемая электрическая мощность составит 2,5 кВт. В заключение следует отметить, что доля автономных систем энергообеспечения из года в год возрастает в среднем на 5% [2]/

Библиографический список

Особенности конденсационных котлов. Интернет ресурс: http://dizainremont.com/poleznoe/specificheskie-osobennosti-kondensacionnyh-kotlov.html

Инсафуддинов С.З., Сафин Ф.Р., Гайсин Э.М Автономная система энергообеспечения(статья) Материалы Международной научно-практической конференции проводимой в рамках XVII специализированной выставки «Отопление. Водоснабжение. Кондиционирование» [Текст] Уфа, БГАУ, 2013 г. 52с.

Инсафуддинов С.З., Киреев Т.Р. Адаптация современных дизелей для подачи альтернативных видов топлива [Текст]. // Энергобезопасность и энергосбережение.-2013- №2, С. 30-32

Галиуллин, Р.Р. Устройство для измерения неравномерности подачи топлива [текст] / Р.Р. Галиуллин., Р.М. Баширов, С.З. Инсафуддинов. Патент на изобретение RUS 2301910 06.06.2005

Сведения об авторах

1. Аюпов Рамиль Фанурович, студент 3 курса энергетического факультета, ФГБОУ ВО Башкирский ГАУ, 7462761621 @mail.ru.

2. Инсафуддинов Самат Зайтунович, к.т.н., доцент кафедры теплотехники и энергообеспечения предприятий, ФГБОУ ВО Башкирский ГАУ, г. Уфа, ул. 50-летия Октября, 34. с.т. +79272383300, е-mail: [email protected].

Код для цитирования: Скопировать