Люди изобрели электричество, научились пользоваться солнечной и ветровой энергией, добывать различные полезные ископаемые, например, нефть и газ. Однако большинство из них всё так же продолжает сжигать в топках дерево. Опилками и прочими отходами деревообрабатывающей промышленности можно пользоваться, если своими руками изготовить газогенераторный автомобиль на дровах. Многие мастера сегодня успешно эксплуатируют подобные устройства.
- метана;
- непредельных углеводородов;
- оксида углерода;
- водорода.
- кислород;
- вода;
- углекислый газ;
- азот.
Показать всё
Принцип работы автомобиля
Особенностью газогенератора для автомобиля на дровах является агрегат, в котором происходит добыча газовой смеси. Затем она попадает в ДВС, где осуществляется ее сгорание. В результате этих процессов машина движется. При использовании такого прибора необходимо учитывать, что он занимает немало места и требует использования дополнительного оборудования
- фильтра, трубки и радиатора.
Газогенератор - устройство, которое превращает дерево в газ. Всем известно, что именно газ является альтернативным энергетическим источником для автомобилей. Подтверждением этому служит большое количество газовых заправок. Однако добыть топливо самостоятельно не только можно, но и вполне реально. Бортовая конструкция способна вырабатывать столько ресурсов, сколько требуется автомобилю. Однако есть один нюанс: горячее топливо менее эффективно, особенно если в нем присутствуют примеси. Поэтому первым делом его нужно остудить, а затем очистить.
После выхода за пределы агрегата газ движется по трубам к фильтру, а потом к радиатору. Во время движения он очищается от пыли и кислот. Кроме того, снижается его температура. В процессе прохождения по лабиринтам примеси оседают на стенках в виде жидкости или твердых частиц. Через специальный тройник газ соединяется с кислородом и отправляется в двигатель. Затем смесь доходит не только до требуемой кондиции, но и оказывается в двигателе. После этого газ попадает в камеру сгорания и приводит автомобиль в движение.
Подвеска, салон, двигатель и сцепление машины при этом остаются на своих местах. Единственная проблема заключается в том, где поместить газогенератор и как провести трубопровод, чтобы машина была похожа на паровоз. Все эти вопросы следует подробно изучить перед началом работ.
Суть газогенератора
Автомобиль на дровах своими руками вполне можно сделать. Изготовление газогенератора - посильная задача, впрочем, как и его установка. Для начала важно понять особенности агрегата и суть процесса. Сама конструкция представлена в виде зауженного в нижней части цилиндра. Образно можно назвать его бункером, накопителем для дров в котором является цилиндрическая часть. В узкой половине происходит сгорание.
Заготовки сами опускаются под действием собственной массы. Благодаря этому обеспечивается бесперебойная подача топлива к источнику горения. Зола оседает в специальной емкости, которая периодически требует чистки. Дрова загружаются в люк сверху.
Небольшие заготовки плотно размещают от колосников до крышки. Последняя герметично закрывается, чтобы минимизировать утечки. Устройство разжигают, спустя некоторое время машина может отправляться в путь.
Не следует путать конструкцию с открытым костром. Требуемый для горения кислород порциями подается через специальную трубку. На противоположной стороне располагается отверстие для выхода газа. При порционной подаче воздуха не осуществляется активное горение. Деревянные заготовки подвергаются пиролизу - тлеют на слабом огне, активно выделяя горючую смесь.
Машина на дровах - сделано в Донецке
Основное назначение газогенератора заключается в получении горючего газа, который называется оксидом углерода. Именно это вещество и будет гореть в ДВС. Эту процедуру можно позиционировать как полное и частичное сгорание, во время которого происходит образование оксида углерода. Кроме того, выделяется и углекислый газ. Дрова при сгорании в контакте с влагой образуют смесь, которая состоит из:
Кроме того, в процессе горения происходит выделение нескольких негорючих компонентов. К ним относятся:
Виды конструкций
Существует три вида газогенераторов для автомобиля. Если кислород подается с нижней части, а газ отбирается сверху - это прямоточное изделие. При подобном размещении патрубков газовая смесь высвобождается при горении внизу конуса. В процессе движения газов через уголь и чурки из дерева происходит отдача воздуха и тепла. После того как заготовки пропускают через себя горячую газовую смесь, они просушиваются и готовятся к пиролизу.
Если подача кислорода для поддержки горения осуществляется в начале узкой части бункера, а газовая смесь отбирается снизу, тогда этот вид устройства именуется обратным или опрокинутым. Зажигание дерева осуществляется внутри, выше колосниковой зоны. Трубы для отвода газа располагаются ниже колосников. Подобный принцип работы аналогичен курительной трубке.
Имеется и альтернативный вариант - камера сгорания у обратного газогенератора ограничивается специальной наклонной перегородкой. Напротив трубы подачи кислорода с обратной стороны перегородки имеется ниша, из которой проводится отбор горючего газа. Патрубки кислородной подачи и отвода газа размещаются на одном уровне. Линия подвода труб пересекает бункер поперек, поэтому подобную конструкцию называют горизонтальной.
3) Газогенератор на дровах своими руками #3
Прямоточные и горизонтальные газогенераторы хорошо показали себя при использовании торфа, древесного угля или кокса. Опрокинутый вид оборудования широко используется для езды на сухих чурках из дерева.
Особенности устройства
Характерной чертой всех газогенераторов является перемещение углекислого газа (диоксида углерода) через разлагающийся уголь. При этом газовая смесь отдает излишки воздуха и преобразуется в оксид углерода. Желательно, чтобы между теплообменником и камерой сгорания размещался циклонный фильтр. Это необходимо для того, чтобы газовая смесь очищалась от всевозможных механических примесей. Подобное устройство может задерживать около 90% летучей пыли.
Радиатор выполняет существенную роль. Охлаждаясь, газ становится более концентрированным и уменьшается в объемах. Это способствует подаче в ДВС большего количества топлива. Мощность двигателя в период эксплуатации напрямую зависит от температурных показателей газообразной смеси. Это обусловлено тем, что газ устойчив к детонации, поэтому его нужно охлаждать для усиления сжатия.
Компактным считается фильтрующий элемент тонкой очистки, сделанный из двух канистр. Внутри емкостей располагают минвату и шлак в гранулах. Они и будут хорошо чистить газ. В нижней части фильтра и теплообменника в обязательном порядке нужно установить краны. Это необходимо для стравливания конденсата. После очистки и остывания газовой смеси выпадает роса. Каждые 200 км езды в емкости собирается около 3 л жидкости.
Сварные швы и места соединения обязательно должны быть герметичными, поскольку в случае утечки при постоянном добавлении дров скорость и производительность двигателя авто будут оставаться на минимальном уровне. Собранный агрегат должен быть хорошо закреплен, чтобы он не разрушился от вибрации во время движения.
газогенератор на авто своими руками
Газогенераторный двигатель на дровах для автомобиля может быть различных форм и размеров. Для этих показателей не существует каких-либо определенных требований. Однако необходимо учитывать, что прибор должен обязательно быть создан из металла толщиной не менее 3 мм. Где именно установить конструкцию, каждый автолюбитель решает самостоятельно.
При выборе месторасположения важно продумать не только размеры всего агрегата, теплообменника и фильтров, а также длину патрубков. Важно, чтобы загрузка партии топлива происходила через крышку сверху. Во время работы двигателя дозаправка осуществляется с незначительным выделением газа. Если ДВС заглушен, а в устройстве продолжает гореть масса, загрузка новой партии сопровождается появлением обильного облака.
Поместить подобное устройство можно только снаружи автомобиля и обязательно сзади. Это обусловлено тем, что к конструкции должен быть свободный доступ . Чем длиннее планируемые дистанции без дозаправки, тем больше размеры изделия. Составляющие элементы аппарата должны быть сделаны в соответствии с размерами бункера.
Газогенератор на грузовой машине можно разместить между кабиной и бортом с водительской стороны. Трубы, теплообменник и фильтрующий элемент разрешается размещать за кабиной. Фильтр тонкой очистки следует расположить на противоположной части кабины (за дверью пассажира). Для удобного удаления конденсата патрубки и дренажные краны выводят ниже фильтрующего элемента тонкой очистки.
На легковой машине аппарат рекомендуется устанавливать на открытой части. Для этого можно модифицировать багажник, приварить прицеп и т. д. Все зависит от вкусовых предпочтений и фантазий владельца. Не рекомендуется устанавливать оборудование в багажнике под крышкой, так как во время его эксплуатации в салон автомобиля будут попадать дым и угольная пыль.
Газогенератор - агрегат , с помощью которого получается горючий газ. После прогона последнего через очистительные фильтры и охлаждающий радиатор получается чистая и холодная газовая смесь. Оксид углерода может заменить классический вариант топлива, обеспечивая двигателю бесперебойную работу. Бензиновые ДВС функционируют с газогенераторным устройством без существенных потерь производительности.
Изготовление своими руками
Производство любого устройства начинается с изготовления чертежа. После изучения подробной информации человек имеет представление о внешней конструкции агрегата. Затем остается воплотить свою идею в жизнь.
Чтобы устройство выглядело эстетично, следует правильно подобрать детали. Для его изготовления понадобятся:
Сначала нужно вверху трубы проделать 5-6 отверстий. Она станет верхней частью конструкции. К одному из полученных отверстий следует приварить трубку подачи кислорода. Через остальные будет выходить газ. В нижней части необходимо приварить перфорированное днище из нержавейки. Получится колосниковая часть, на которой разместятся угли. Пыль будет выходить через отверстия.
С внутренней части получившегося стакана приваривается конус из металла для подачи углей. Затем следует приварить металлический лист с отверстием, размер которого совпадает с внутренним диаметром трубы. Конструкция должна размещаться перпендикулярно в верхней части трубки. Лист станет дном бункера. Функции последнего будет выполнять бидон.
Полученную заготовку помещают в бочку и приваривают таким образом, чтобы внизу осталось место для золы, а горлышко бидона размещалось над бочкой. Затем одно из отверстий бидона нужно совместить с камерой сгорания и соединить трубкой подачи кислорода. Далее в верхней части приваривают металлический лист, который перекрывает разницу размеров горловины бидона и бочки. Конструкция готова.
Сделать авто на дровах своими руками не так просто, как может показаться на первый взгляд. Процедура требует больших затрат сил и времени. Однако для умелого мастера, который готов экспериментировать и не боится трудностей, это вполне реальная задача. Очень важно подробно изучить устройство и принцип работы изделия, а также правильно составить его чертеж.
Глядя на таблички АЗС с ценами на бензин, то и дело возникает желание перевести авто на более дешевый вид топлива.
Один из популярных вариантов — переделка автомобиля на газ. Но и здесь не все гладко. На фоне событий в газовой и нефтяной сфере газ может подорожать, что сделает работу бессмысленной.
Проблемы с энергоресурсами налицо и еще никто не знает, чем это закончится для конечного потребителя.
Если уж и решаться на переделку, то стоит выбирать независимые и по-настоящему эффективные способы. И здесь на первое место по экономии выходят газогенераторные автомобили или по-простому — «машины на дровах».
ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ И РАЗВИТИЯ, ПРИМЕРЫ АВТО НА ДРОВАХ
Несмотря на медленное продвижение темы газогенераторных машин, история таких разработок весьма богатая. Так, еще в 1823 году российский изобретатель Овцын И.И. разработал аппарат для перегонки древесины. В его основу легла самая обычная «термолампа».
Главной особенностью установки стало применение в ней главных продуктов пиролиза — светильного газа, уксусной кислоты и дегтя, а также древесного угля.
Почти через сорок лет (в 1860 году) свой вклад в науку сделал Этьен Ленуар — бельгийский официант с инженерными «наклонностями». Именно он первым приобрел патент на ДВС, функционирующий на светильном газе.
Еще через два года установка новоиспеченного гения появилась на 8-местном открытом омнибусе.
Но в 1878 году, когда публике был представлен более мощный 4-тактный двигатель на газе Николаса Отто, разработка Этьена Ленуара быстро забылась. При этом у нового устройства был более высокий КПД: 16% у Отто против 5% у Ленуара.
Еще через два десятка лет, в 1883 году (от 1860 года), появилась новая концепция сочетания обычного ДВС и газогенератора.
Английскому ученому Э. Даусону удалось объединить два устройства в одной коробке.
Получившийся аппарат можно было смело устанавливать на любую технику и спокойно эксплуатировать. Со временем разработка Э. Даусона получила название «газа Даусона».
В 1891 году отличился Яковлев Евгений (лейтенант Российского флота). Ему удалось выстроить целый завод по производству керосиновых и газовых моторов. Местом для строительства стал Санкт-Петербург.
Со временем завод прекратил существований из-за невозможности устоять в конкуренции с бензиновыми и дизельными моторами.
1900-й можно смело назвать годом выпуска первого газогенераторного автомобиля, использующего древесный уголь и дерево в виде топлива.
Аппарат был разработан во Франции Фредериком Уинслоу Тейлором, а патент удалось получить немного позже (в 1901 году).
В последующем появлялись все новые и более интересные разработки в данной сфере. Так, в 1919 году Георг Имберт (инженер французского происхождения) разработал газогенератор обращенного типа.
Уже в 1921 году появились первые автомобили с моторами, работающими на данном принципе. Именно тогда возникли предположения о вероятной конкуренции газогенераторного авто с дизельными или бензиновыми моторами.
Со временем отличилась и Германия, где в период войны получили распространение не только дровяные газогенераторы, но и устройства, способные работать на специальных брикетах, состоящих из буроугольной пыли и крошки.
Первые грузовые авто с газогенераторами были весьма медлительными — им едва ли удавалось достичь скорости в 20 километров в час.
Несмотря на это, к 1938 году популярность газогенераторных авто была настолько большой, что общее число таких машин насчитывалось около девяти тысяч.
Еще через три года (к 1941 году) их число возросло еще в пятьдесят раз. К примеру, в той же Германии количество машин «на дровах» выросло до 300 тысяч экземпляров.
Старался не отставать и Советский Союз. Здесь первые испытания газогенераторных авто прошло в 1928 году. В машине был задействован мотор Наумова и шасси Фиат-15.
Еще через шесть лет был организован первый большой пробег машин с газогенераторными моторами от Москвы до Ленинграда и обратно.
В «забеге» принимали участие автомобили ЗИС-5 и ГАЗ-АА. Успех мероприятия послужил принятию в 1936 году специального постановления СНК СССР о разработке газогенераторных тракторов и машин.
ГАЗ – АА.
Первая партия новых газогенераторных машин появилась на дорогах СССР в 1936 году.
Производство осуществлялось на двух заводах — Горьковском (ГАЗ-42) и на ЗИС (заводе имени Сталина).
Спустя пять лет был налажен выпуск газогенераторных моторов для тракторов и машин ЗИС.
К недостаткам силовых узлов можно было отнести множественные заводские дефекты, высокую скорость износа металла, минимальную мощность и так далее.
С другой стороны, газогенераторные установки очень помогли в войну и активно применялись в тылу.
ГАЗОГЕНЕРАТОР НА ДРОВАХ ДЛЯ АВТОМОБИЛЯ – УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ
В состав автомобильной газогенераторной установки входят следующие элементы:
- грубые очистители;
- сам газогенератор;
- тонкие очистители;
- смеситель и вентилятор розжига.
Простая схема выглядит так.
Во время движения воздух засасывается в газогенератор с помощью тяги работающего мотора.
Эта же тяга способствует «выкачиванию» горючего газа из газогенератора, а также его подачу к грубым очистителям, а после к фильтру тонкой очистки.
После перемешивания с воздухом в смесителе готовая газовоздушная смесь засасывается в цилиндры мотора.
После выхода из газогенератора раскаленный и загрязненный газ требует дополнительной обработки (охлаждения и очистки).
Для этого он пропускается через специальный трубопровод, объединяющий газогенератор с фильтром тонкой очистки.
В некоторых конструкциях газ проходил через специальный охладитель, смонтированный перед водяным радиатором.
Чаще всего для охлаждения и очистки применялась комбинированная система.
Ее принцип действия заключался в изменении скорости и направлении движения потока газа. Одновременно с этим производилось охлаждение и очистка последнего.
Следующий этап — тонкая очистка, для которой использовались специальные «кольцевые» очистители, выполненные в форме цилиндров.
Принцип работы большинства фильтров тонкой очистки строился на водяном принципе, когда очистка газа осуществлялась посредством воды.
В процессе розжига газогенератора применялся специальный центробежный вентилятор, оборудованный электрическим приводом.
Из-за того, что вентилятору необходимо прокачивать воздух через всю очистную систему, монтаж устройства производился в максимальном приближении к смесителю.
Формирование горючей смеси производится в смесителе автомобиля.
Наиболее простой тип устройства представляет собой специальный тройник, в котором пересекаются потоки воздуха и газа.
Объем поступающего в мотор состава контролируется с помощью заслонки дросселя.
Качество газо-воздушной смеси регулируется посредством воздушной заслонки.
Принцип работы.
Основным топливом для газогенераторной установки являются угольные брикеты, торф или дрова.
Принцип действия системы построен на частичном сгорании углерода. Последний во время сгорания может подсоединять один или пару атомов кислорода с последующим образованием двух элементов — углекислого газа (диоксида) и угарного газа (монооксида).
Если же углерод сгорает не полностью, то можно получить почти 30% от общей энергии при полном сгорании материала.
Как следствие, образованный газ имеет более низкую теплоотдачу чем первоначальное твердое топливо.
Стоит отметить, что в газогенераторе в период преобразовании дерева или угля в газ происходит экзотермическая реакция, возникающая место между водой и монооксидом углерода.
Благодаря такой реакции, температура полученного газа падает, КПД возрастает до 80 процентов.
Если газ не требует охлаждения перед применением, то КПД может достигать 100%. Как следствие, происходит 2-х стадийное сжигание топлива.
Полученный газ имеет минимальную калорийность, благодаря его смешиванию с азотом.
Из-за того, что для сжигания топлива необходимы меньшие объемы воздуха, то подобное снижение калорийности несущественно.
Что касается снижения мощности мотора при работе на газу, то причиной является снижение заряда топливного состава, вызванного сложностью охлаждения.
АВТОМОБИЛЬ НА ДРОВАХ СВОИМИ РУКАМИ
При желании автомобиль на дровах можно сделать и своими руками.
В упрощенном варианте алгоритм выглядит следующим образом:
1. Оборудуется бункер загрузки.
В качестве основы можно использовать обычный газовый баллон емкость около 40-50 литров. Благодаря такой вместительности, в баллон можно будет поместить большие объемы угля.
Можно использовать и другие материалы.
Проследите, чтобы толщина стенок была не менее трех миллиметров.
Как только подходящий баллон подобран, вырезайте в нем днище и прорезайте горловину для загрузки топлива. Отверстие для крышки должно быть широким, чтобы упростить процесс загрузки горючего.
2. Изготавливается колосниковая решетка, которая берет на себя наибольшую нагрузку.
3. Создается специальная крышка для бункера.
Через нее будет производиться загрузка топлива (угля). При желании крышку можно сделать из алюминия, но теоретически допускается использование любого другого вида металла.
В процессе монтажа уделите внимание выбору шнура — он должен быть асбестовым с обязательной пропиткой графитом.
Это необходимо для защиты шнура от пригорания и случайного повреждения в случае закрытия или открытия.
Достать качественный шнур можно на рынке или в котельной. Оптимальный диаметр подходящего шнура — 13 и 8 миллиметров.
4. Делается фурма.
Задача данного устройства — взять на себя основную температурную нагрузку. В процессе монтажа все делается таким образом, чтобы было проще произвести замену.
5. Изготавливается фильтр циклон.
Применение древесного или бурого угля, торфа, соломы или прочих веществ для поездок на автомобиле имеет характерную особенность — наличие пыли.
Если не сделать качественный фильтрующий элемент, то пыль может попасть в карбюратор, поршни, свечи и прочие узлы (в том числе и в салон).
Можно найти сразу готовое решение.
6. Изготовление радиатора (охладителя).
Здесь может применяться любой материал. Как вариант, допускается применение стандартного радиатора отопления, выполненного из алюминия.
Можно сконструировать устройство из водопроводных труб. При этом учтите, что сечение радиатора, как правило, немного больше сечения подключенных к нему труб.
Но все же некоторые идут простым путем.
7. Изготовление фильтра тонкой очистки.
Во времена первых газогенераторов фильтры тонкой очистки имели огромные размеры и занимали существенную часть авто. При этом эффективность была минимальной.
Сегодня в распоряжении есть современные материалы, благодаря которым можно сделать качественный и компактный фильтр с минимальными затратами.
При этом срок службы будет исчисляться 10-20 тысячами километров.
Здесь, как правило, для установки нового устройства от крышки багажного отсека придется избавиться.
Некоторые кулибины подвешивают устройство сзади за багажником. Так конечно практичней, но выглядит не очень эстетично.
9. Подключение газогенератора к мотору.
Коммутирующие трубки, через которые подается газ, подводятся к двигателю.
При этом основные элементы конструкцию должны оставаться нетронутыми.
РЕГИСТРАЦИЯ В ГАИ
Наиболее важный — регистрация машины с газогенераторным двигателем в ГАИ.
Здесь стоит заранее обратиться в инспекцию и уточнить необходимый для регистрации пакет документов.
К сожалению, в странах СНГ узаконить переделанные на дрова авто — весьма сложная задача. Причина — отсутствия ГОСТов.
За рубежом подобные нормы есть, поэтому процесс постановки на учет занимает минимум времени.
У кого получилось зарегистрировать в ГАИ без проблем, делитесь опытом в комментариях.
Если у кого-то мотоцикл с коляской, то можно попробовать реализовать такой вариант.
Двигатель внутреннего сгорания, работающий на дровах, - это вовсе не призрак из далекого прошлого. Автомобили и электростанции, использующие древесину в качестве энергоносителя, можно встретить и сегодня. Стоит уточнить: двигатель функционирует на газе, получаемом из дерева путем его сжигания определенным способом. Установки, вырабатывающие такой газ, называют газогенераторами, они достаточно давно применяются на промышленных предприятиях. Но можно ли изготовить газогенератор своими руками и стоит ли это делать – вопросы, ответы на которые призвана дать наша статья.
Как работает газогенератор
Чтобы понять, какая может быть польза от газогенератора в домашнем хозяйстве, надо разобраться в его принципе работы, а потом и устройстве. Тогда можно будет оценить затраты на его изготовление, а главное, какой удастся получить результат.
Итак, пиролизный газогенератор – это комплекс узлов и агрегатов, предназначенный для выделения смеси с целью его использования в двигателях внутреннего сгорания.
Для справки. Конструкции генераторов отличаются друг от друга в зависимости от вида сжигаемого твердого топлива, мы рассмотрим самую актуальную из них – на дровах.
Если древесину сжигать в закрытом пространстве, ограничивая подачу кислорода, то на выходе можно получить смесь горючих газов. Вот их перечень:
- угарный газ (оксид углерода СО);
- водород (Н2);
- метан (СН4);
- прочие непредельные углеводороды (CnHm).
Примечание. В смеси присутствуют также негорючие балластные газы: двуокись углерода (углекислый газ), кислород, азот и водяные пары.
Эффективный дровяной газогенератор должен не просто вырабатывать горючую смесь, но и сделать ее пригодной к использованию. Поэтому весь цикл получения топлива для ДВС можно смело назвать технологическим процессом, состоящим из таких этапов:
- газификация: древесина даже не горит, а тлеет при подаваемом количестве кислорода в размере 33-35% от необходимого для полноценного сжигания;
- первичная грубая очистка: летучие частицы продуктов горения, что вырабатывают древесные газогенераторы после первого этапа, отделяются с помощью сухого вихревого фильтра – циклона;
- вторичная грубая очистка: производится в скруббере – очистителе, где поток горючего пропускается через воду;
- охлаждение: продукты сгорания с температурой до 700 ºС проходят его в воздушном либо водяном теплообменнике;
- тонкая очистка;
- отправка потребителю: это может быть закачка горючего компрессором в бак-распределитель либо подача в смеситель, а затем - сразу в ДВС.
Рассмотреть устройство и принцип работы газогенератора в промышленном исполнении можно на технологической схеме, представленной ниже:
Полный цикл получения газа достаточно сложен, поскольку включает в себя несколько различных установок. Самая основная – это газогенератор, представляющий собой металлическую колонну цилиндрической либо прямоугольной формы, имеющую сужение книзу. В колонне имеются патрубки для воздуха и выхода газа, а также лючок доступа в зольник. Сверху агрегат оборудован крышкой для загрузки топлива, дымоход к корпусу не присоединяется, он просто отсутствует. Процесс горения и пиролиза, проходящий внутри колонны, хорошо отражает схема газогенератора:
Не вдаваясь в тонкости химических реакций, проходящих внутри колонны, отметим, что на выходе из нее получается смесь газов, описанная выше. Только она загрязнена частицами и побочными продуктами горения и обладает высокой температурой. Изучив чертежи газогенераторов любой конструкции, можно заметить, что все остальное оборудование предназначено для приведения газа в норму. Воздух в зону горения подается принудительно тяговой или дутьевой машиной (простыми словами - вентилятором).
Надо сказать, что самодельный газогенератор на дровах делается домашними мастерами-умельцами не такой сложной конструкции и технология выделения газа в нем несколько упрощена, о чем будет рассказано ниже.
Мифы о газогенераторных установках
На просторах интернета часто встречается множество необоснованных утверждений о работе подобных агрегатов и дается противоречивая информация об использовании газогенераторов. Попытаемся все эти мифы развеять.
Миф первый звучит так: КПД газогенераторной установки достигает 95%, что несоизмеримо больше, нежели у твердотопливных котлов с эффективностью 60-70%. Поэтому отапливать дом с ее помощью куда выгоднее. Информация некорректна изначально, нельзя сравнивать бытовой газогенератор для дома и твердотопливный котел, эти агрегаты выполняют разные функции. Задача первого – вырабатывать горючий газ, второго – нагревать воду.
Когда говорят о генерирующем оборудовании, то его КПД – это отношение количества полученного продукта к объему газа, что возможно выделить из древесины теоретически, помноженное на 100%. Эффективность котла – это отношение вырабатываемой тепловой энергии дров к теоретической теплоте сгорания, также умноженное на 100%. Кроме того, извлечь из органики 95% горючего топлива может далеко не каждая биогазовая установка, не то что газогенератор.
Вывод. Суть мифа в том, что массу либо объем пытаются через КПД сопоставить с единицами энергии, а это недопустимо.
Обогревать дом проще и эффективнее обычным пиролизным котлом, что таким же способом выделяет горючие газы из древесины и тут же их сжигает, используя подачу вторичного воздуха в дополнительную камеру сгорания.
Миф второй – в бункер можно закладывать топливо любой влажности. Загружать-то его можно, да только количество выделяемого газа падает на 10-25%, а то и более. В этом отношении идеальный вариант - газогенератор, работающий на древесном угле, что почти не содержит влаги. А так тепловая энергия пиролиза уходит на испарение воды, температура в топке падает, процесс замедляется.
Миф третий – затраты на обогрев здания снижаются. Это нетрудно проверить, достаточно сравнить стоимость газогенератора на дровах и обычного твердотопливного котла, тоже сделанного своими руками. Плюс нужно водогрейное устройство, сжигающее древесные газы, например, конвектор. Наконец, эксплуатация всей этой системы отнимет немало времени и сил.
Вывод. Самодельный газогенератор на дровах, сделанный своими руками, лучше всего использовать совместно с двигателем внутреннего сгорания. Именно поэтому домашние умельцы приспосабливают его для генерации электроэнергии в домашних условиях, а то и прилаживают установку на автомобиль.
Автомобильный газогенератор
Надо понимать, что газогенератор для автомобиля должен быть достаточно компактным, не слишком тяжелым и в то же время эффективным. Заграничные коллеги, чьи доходы не в пример выше наших, делают корпус генератора, циклон и фильтр охлаждения из нержавеющей стали. Это позволяет брать толщину металла вдвое меньше, а значит, и агрегат выйдет намного легче. В наших реалиях для сборки газогенератора применяют трубы, старые баллоны от пропана, огнетушители и прочие подручные материалы.
Ниже показан чертеж газогенератора, устанавливаемого на старые грузовики УралЗИС-352, по нему и надо ориентироваться при сборке агрегата:
Наружную емкость наши мастера чаще всего делают из баллонов для сжиженного пропана, внутреннюю можно сделать из ресивера грузового автомобиля ЗИЛ или КаМАЗ. Колосниковая решетка выполняется из толстого металла, патрубки – из соответствующего диаметра труб. Крышку с фиксаторами можно изготовить из отрезанного верха баллона либо из листовой стали. Уплотнение крышки – шнур из асбеста с графитной пропиткой.
Грубый фильтр – циклон для авто делают из старого огнетушителя либо простого отрезка трубы. Снизу трубы выполняется конусная насадка со штуцером для выгрузки золы, сверху торец закрывается наглухо привариваемой крышкой. В нее врезается выходной патрубок для очищенных газов, а сбоку – второй штуцер, куда будет осуществляться подача продуктов горения. Функциональная схема циклона в разрезе показана на рисунке:
Поскольку автомобильный газогенератор выдает газы с высокой температурой, их требуется охлаждать. Причины две:
- раскаленное газообразное топливо имеет слишком малую плотность и поджечь его в цилиндрах ДВС будет непросто;
- существует опасность самопроизвольной вспышки при контакте с горячими поверхностями мотора.
Движение газов по всему тракту во время розжига обеспечивает вентилятор, а после пуска мотора в системе появляется необходимое разрежение, вентилятор отключается.
Для охлаждения мастера-умельцы применяют обычные ребристые радиаторы отопления, располагая их на автомобиле таким образом, чтобы они максимально обдувались воздухом во время движения. Иногда даже используются современные биметаллические радиаторы. Перед попаданием в газогенераторный двигатель топливо требует тонкой очистки, для этого используют разного рода фильтры на свое усмотрение. Все узлы объединяются в одну установку в соответствии со схемой:
И последняя деталь – смеситель, нужен для регулирования пропорций газовоздушной смеси. Дело в том, что древесный газ имеет теплоту сгорания всего 4.5 МДж/м3, в то время как используемый в автомобилях природный газ - целых 34 МДж/м3. Следовательно, пропорции топлива и воздуха должны быть другими, их потребуется настроить заслонкой.
Заключение
Невзирая на всю привлекательность идеи сжигания дров вместо бензина в современных условиях она практически нежизнеспособна. Долгий розжиг, езда на средних и высоких оборотах, влияющая на ресурс ДВС, отсутствие комфорта, - все это делает действующие установки обычными диковинками, не находящими широкого применения. А вот сделать газогенератор для домашней электростанции – совсем другой вопрос. Стационарный агрегат совместно с переделанным дизельным ДВС может оказаться отличным вариантом электроснабжения дома.
– это не шутка и не оговорка. Практически любой автомобиль может ездить при помощи не бензина, метана, пропана, а дров. В этой статье вы узнаете не только о том, как автомобиль передвигается при помощи дров, но и как это сделать своими силами.
Нива на дровах
С 1672 года, когда Фердинанд Вербст создал первую самоходную тележку, прошло без малого 350 лет. Но его идея движения за счёт сжигания твёрдого топлива до сих пор не оставляет в покое энтузиастов и изобретателей. Более того, британский грузовой автомобиль на дровах Sentinel прекратили выпускать только в 1959 году!
Как ни удивительно и невероятно, но это факт! Хотя и малоизвестный в нашей стране. У нас достаточно мест, куда пока не дотянулась ветка заправочных станций. А подготовить дрова не составит проблем. Так почему не воспользоваться этими преимуществами и не применить дрова в качестве источника энергии для собственного авто?
Жигули на дровах
Принцип работы авто на дровах
Особенностью конструкции дровяных автомобилей является наличие установки, в которой добывается газовая смесь. Затем эта смесь подаётся в ДВС и там сгорает. В результате автомобиль двигается. Конечно, эта установка должна занимать некоторое место. К тому же она совсем не малых размеров и оснащена дополнительным оборудованием в виде трубок, радиатора, фильтра.
Газогенератор – это та самая установка, в которой дрова превращаются в газ. То, что газ является альтернативным источником энергии для авто, уже давно не секрет. Тому подтверждение – обширная сеть газовых заправок. Но добыть газ самостоятельно, не прерывая движения и не привязываясь к заправкам не только возможно, но и реально. И именно бортовой газогенератор способен выработать столько газа, сколько нам будет нужно.
Но есть один момент. Горячий газ не так эффективен, тем более с примесями. Значит, его нужно сначала остудить и очистить. Какие проблемы? Сказано – сделано.
Очистка газа в генераторе
Покинув пределы установки, газ проходит по трубам, патрубкам, фильтрам, радиатору. В процессе движения он освобождается от лишних частиц пыли, смол, уксусной/муравьиной кислоты, влаги и температуры. Примеси, проходя по лабиринтам, оседают на стенках или выпадают в осадок в виде твёрдых частиц или жидкого конденсата. Подведённый к карбюратору через тройник, газ объединяется с воздухом и нагнетается в двигатель.
Теперь горючая газовая смесь дошла не только до нужной кондиции, но и подошла непосредственно к ДВС. Газ попадает внутрь камеры сгорания и… ура!
Двигатель остаётся на месте. Подвеска, сцепление, салон тоже. Единственная загвоздка – где разместить газогенераторную установку? Как проложить патрубки, чтобы автомобиль не напоминал паровоз? А запасы дров где возить? Вопросов много, но обо всём по порядку.
Принцип работы газогенератора (суть газогенератора)
Изготовить газогенератор самостоятельно – это вполне посильное занятие. Установить его на автомобиль – тоже. Но для начала необходимо понимать суть процесса и особенности устройства.
Сам газогенератор представляет собой цилиндр с зауженной нижней частью. Назовём его бункер, у которого цилиндрическая часть служит накопителем дров. В зауженной части происходит сгорание дров. Мелко нарубленные дровяные заготовки сами сползают вниз под собственным весом. Этим сползанием и обеспечивается непрерывная подача дров в зону горения, нижнюю часть.
Пепел оседает на зольной площадке и затем удаляется при чистке. Масса дровяного запаса загружается через верхний люк. Их небольшие чушки плотно укладываются от колосников до верхней крышки. Крышка бункера задраивается, чтобы не было утечек. Газогенератор разжигается и через несколько минут автомобиль может трогаться в путь!
Схема газогенератора
Нет, не подумайте, это не открытый пионерский костёр. Необходимый для горения воздух подаётся дозировано, через трубу. На противоположной стороне от подающей воздух трубы находится труба отвода нужной нам газовой смеси. При дозированной подаче воздуха активного горения не происходит. Дрова подвергаются пиролизу, то есть «тушатся» при слабом горении с активным выделением горючих газов.
Основная цель работы газогенератора состоит в получении горючего газа – оксида углерода. Именно он будет сгорать в ДВС. С точки зрения химии, этот процесс можно описать как полное и неполное сгорание, при котором выделяются оксид углерода и углекислый газ. В процессе горения, тления и непосредственного контакта с остаточной влагой в дровах получается смесь из горючих:
- оксид углерода;
- метан;
- водород;
- непредельные углеводороды
и негорючих компонентов:
- углекислый газ;
- кислород;
- азот;
- вода.
Типы газогенераторов
Выделяют три типа газогенераторов. Если воздух подаётся снизу, а газовая смесь отбирается сверху, то — это прямоточный тип.
Схема газогенератора прямой газификации
При таком расположении патрубков газы должны высвободиться при горении в нижней части конуса. Прохождение газов сквозь угли и деревянные чурочки сопровождается отдачей тепла и кислорода. Пропустив через себя горячие газы, древесина просушивается и подготавливается к предстоящему пиролизу.
Газогенератор поперечной газификации
Если же воздух для поддержания горения подавать в начале сужения бункера, а отбирать газы снизу, ниже уровня сжигания, то этот тип называется опрокинутым, перевёрнутым или обратным. Сжигание древесины происходит внутри, выше уровня колосников. Патрубок отбора газов располагается ниже колосниковой зоны. Такой принцип направления тяги напоминает курительную трубку, не правда ли?
Существует и промежуточный вариант, когда камера сгорания у опрокинутого типа ограничена наклонной перегородкой. Аккурат напротив патрубка подачи воздуха с обратной стороны наклонной перегородки образуется ниша. Именно из этой ниши и отбирается горючая газовая смесь. Патрубки подачи воздуха для поддержания горения и патрубок отвода газов находятся на одном уровне. Визуально линия подвода патрубков как бы пересекает поперёк цилиндрический бункер, поэтому этот тип газогенераторов получил название «поперечный» или «горизонтальный».
Прямой и горизонтальный типы очень хорошо зарекомендовали себя при использовании древесного угля и его брикетов, а также кокса из торфа. Опрокинутый или обратный тип получил широкое распространение для езды на высушенных деревянных чурочках.
Особенности конструкции газогенератора
Что характерно для всех типов газогенераторов, так это прохождение углекислого газа через разлагающийся уголь. Там газ отдаёт лишний кислород и становится оксидом углерода. Желательно, чтобы между камерой сгорания и радиатором, газ прошёл грубую фильтрацию от механических примесей в циклонном фильтре. В этом лабиринте может задержаться до 90% механических примесей и летучей пыли.
Принципиальная схема газогенератора
Роль радиатора нельзя недооценивать. Благодаря охлаждению, газ концентрируется и уменьшается в объёме. Это позволяет больше газа подать в ДВС. Потеря мощности двигателя во время работы от газогенератора во многом зависит от температуры поступающего в двигатель газа. Он обладает большой устойчивостью к детонации. Поэтому его надо охлаждать и охлаждать, чтобы сжимать и сжимать.
Очень компактно выглядит фильтр тонкой очистки, сваренный из двух канистр. Внутренний объём заполняется гранулированным шлаком и минеральной ватой. Эти компоненты очень хорошо очищают горючий газ. В нижней точке радиатора и фильтра тонкой очистки обязательно надо установить краны для стравливания конденсата. Газ остывает и очищается с выпадением росы. После пробега 200 км в этих ёмкостях накапливается порядка трёх литров жидкости.
Мотоцикл на газогенераторе
Все сварные швы и соединения должны быть герметичны. В случае утечки газов вы будете постоянно подбрасывать дровишки, а мощность двигателя и скорость автомобиля будут минимальными. Вся конструкция должна быть зафиксирована таким образом, чтобы не развалиться от вибрации на неровных дорогах.
Место для установки газогенератора
Ваша газогенерирующая установка может иметь самые разные формы и размеры. Нет чётких требований к размерам. Есть лишь строгое требование изготавливать газген из металла не тоньше трёх миллиметров. В багажнике, на крыже, в кузове, на тележке – место для его установки вы определяете сами. От этого зависит, будет ли он компактным или же нет.
Газогенератор в багажнике
При выборе места для газгена нужно подумать не только о его внешних размерах, длине отводящих патрубков, размере фильтров и радиатора. Очень важный момент - это загрузка новой партии дров через верхнюю крышку. При работающем двигателе дозаправка происходит с выделением незначительного количества газов. Когда двигатель заглушен, а в газогенераторе продолжается горение, то загрузка дров сопровождается массивным облаком кремово-жёлтого цвета.
Ретро газогенератор
Расположить такой агрегат можно только снаружи, причём сзади. Газогенератор все-таки должен иметь открытый, свободный доступ. Конечно же, чем дольше вы планируете ездить без дозаправки, тем больше должны быть размеры бункера газогенератора. Все остальные составные элементы агрегата будут изготавливаться соразмерно бункеру.
На грузовом автомобиле газогенератор можно установить между кабиной и бортом автомобиля со стороны водителя. Трубы, фильтр грубой очистки, радиатор можно расположить за кабиной. Большой цилиндрической форсы фильтр тонкой очистки расположится по другую стороны кабины, за пассажирской дверью. Чтобы было удобно сливать конденсат, подводящие патрубки и дренажные краны стоит вывести ниже фильтра тонкой очистки.
Газогенератор на грузовом автомобиле
На легковом автомобиле лучше устанавливать этот агрегат на открытой площадке. Будет ли для этих целей модифицирован багажник, приварена выносная площадка или оборудовано специальное прицепное устройство – дело ваше. Устанавливать газогенератор под крышкой багажника нежелательно. Вам не удастся избежать попадания в салон газов и дыма, ну и, конечно, угольной и прочей пыли.
Газогенератор – это устройство, благодаря которому можно добыть горючий газ. Прогоняя его через фильтры очистки и радиатор охлаждения, можно чистый холодных газ. Оксид углерода способен заменить традиционное топливо и обеспечить непрерывную работу штатного ДВС. Бензиновые и дизельные ДВС работают на газогенераторном газе без существенных потерь мощности.
Собираем газогенератор своими руками
Любой проект начинается с составления чертежа или начертания принципиальной схемы. Представления о внешнем виде газогенератора и принципе его работы у вас уже имеются. Осталось воплотить их в реальные формы.
Чтобы внешний вид нашего будущего газогенератора был эстетическим, надо подбирать заранее «правильные» детали.
Газогенератор из бочки
Бочка на 100 л, стальной бидон с герметичной крышкой на зажимах, фрагмент толстостенной трубы (длина около 300 мм, диаметр 150-160 мм), огнетушитель, стальной лист толщиной 6-10 мм (можно вообще применить диск от какой-нибудь тракторной техники), фрагмент бытового радиатора отопления.
В верхней части трубы прорезаем 5-6 отверстий. Это будет верхняя часть. К одному из них будет привариваться труба подачи воздуха. Через остальные отверстия будет выходить газовая смесь. К нижней части трубы привариваем перфорированное дно. Можно из нержавейки.
Внутренний вид газогенератора
Это будет наша колосниковая часть. На ней будут лежать угли, а пыль – просачиваться сквозь отверстия.
Внутри этого стакана нужно приварить металлический конус для медленной подачи углей. Перпендикулярно верхней части трубы (теперь это у вас уже не труба, а камера сгорания дров и восстановления газов) привариваем лист металла с вырезанным отверстием по внутреннему диаметру трубы. Этот лист буде служить дном для бункера, под который мы приготовили бидон. Днище бидона вы уже вырезали.
Часть газогенератора из бидона
Вся эта конструкция помещается в бочку и приваривается к ней так, чтобы снизу образовалось место для сбора золы, а горловина бидона выступала за верхние пределы бочки. Одно из отверстий в камере сгорания совмещаем с отверстием в стенке бочки и соединяем трубой подачи воздуха. Сверху привариваем лист металла, перекрывающий разницу в диаметрах горловин бидона и бочки. Снизу лист металла будет служить дном газогенератора.
Принципиальная конструкция готова. Остались сущие мелочи.
Собираем дополнительное оборудование для газгена
На стадии сборки газогенераторной колонны мы уже установили трубу подачи воздуха в камеру сгорания. Через другое отверстие на противоположной стороне бочки газовая смесь будет выходить сразу на фильтр грубой очистки. Для этого приспосабливаем наш огнетушитель. Привариваем в верхней части отводную трубу, а в нижней части трубу подачи привариваем так, чтобы смесь получала завихрение и по спирали поднималась к выходу. Это и есть наш фильтр грубой очистки циклонного типа.
Фильтр грубой очистки
После выхода из циклона газовая смесь должна пройти через радиатор и существенно охладиться. Помните, в нижней точке радиатора необходимо установить дренажную пробку. Лучше сразу подумать об этом, чтобы потом не нарушать собранную конструкцию или не почёсывать колени от неудобной позы.
Для фильтра тонко очистки подходят любые ёмкости, заполненные шлаком, минватой, соломой и т. д. Главное, чтобы они не были громоздкими и имели эстетический вид. Не забываем и про дренажную пробку или кран слива конденсата. Теперь ваш газогенератор совмещён с системами очистки и охлаждения. Можно устанавливать его на подготовленное место.
Газогенератор на Форде
Три важных момента
Трубы-краники подводятся к карбюратору для смешивания с воздухом и закачки в ДВС. Кстати, у труб-краников есть три немаловажных момента.
Трубы-краники на газогенераторе
Первый. Для прогрева перед первым запуском нужно 5–10 минут. Чтобы контролировать процесс, стоит установить верхний вертикальный кран сброса газов. Этот кран можно установить рядом с крышкой загрузки. Чем прозрачней будет становиться дым, тем ближе будет момент запуска.
Второй момент. Вывод наружу газов через трубу с краном, например, вниз и в сторону. Этот элемент необходим для определения кондиции газа. Генератор прогрелся и газы поступают равномерно. Но как определить степень чистоты газа и его температуру? Только визуально. Можно даже поджечь газ на этом конце трубы и посмотреть на цвет пламени.
Третий момент. Если пламя будет ближе к красно-оранжевым оттенкам, то система фильтрации засорена или недостаточна. Яркие цвета пламени говорят о наличии в газовой смеси твёрдых примесей золы и смол. Сразу переделывайте, иначе угробите карбюратор и проч. Пламя после очистки должно быть голубым с небольшими желтоватыми язычками.
И ещё. Чтобы в камеру сгорания не попадала лишняя влага, лучше приспособить съёмную заглушку или кран. Нужно ехать – кран открыли и воздух свободно поступает в камеру. Приехали в гараж – кран перекрыли и процесс горения прекратился.
Запасы топлива и первый старт
Чтобы наш газогенератор работал хорошо, надо позаботиться о дровишках. Высушенные брусочки 40х50х60 мм будут подходящими для нашего агрегата. Перед распиливанием надо очистить древесину от коры. Иначе будет много примесей смол.
Запас топлива для газогенератора
Проблема заготовки, сушки, распиливания дров может сойти на нет, если самому подготовить древесный уголь. Набиваете в бочку не распиленные дрова, поджигаете и накрываете крышкой. Присыпаете крышку слоем земли и оставляете на ночь. Утром у вас получится почти полная бочка древесного угля. Пересыпаете его в мешок, отделив от недогоревших головешек и угольной пыли.
Древесный уголь выделяет больше нужного газа, чем просто дрова. К тому же в нём уже почти нет смол и лишней влаги. Древесный уголь из магазина лучше не применяйте. Он делается на продажу и подходит только для костра. Для своего газогенератора лучше уголёк делать самому. Ведь, если сами соорудили газогенератор, то уж уголёк сделать своими руками будет несложно.
Открываем крышку газгена и заполняем бункер. Смачиваем керосином фитиль и поджигаем. Фитиль должен быть настолько длинным, чтобы достать до углей в камере сгорания. Когда дровишки-угольки занялись, лучше будет, если вы им поможете разгореться сильнее. Наденьте на патрубок подачи воздуха какой-нибудь нагнетатель, например, небольшой вентилятор или компрессор.
Направленный поток воздуха сможет «раздуть» горение в камере. Открываем верхний кран сброса газов и посматриваем на цвет дыма. Как только дым стал более чистый и прозрачный, перекрываем его. Теперь смотрим на нижний кран сброса газов.
Если поток не горячий, значит, наша смесь остудилась и готова к закачиванию в ДВС. Поджигаем выхлоп и по цвету пламени определяем, насколько очищен газ. Если температура газовой смеси из газогенератора и цвет её пламени вас устраивает, то всё готово для запуска двигателя. Перекрываем нижний кран сброса газа и направляем смесь в двигатель.
Примите поздравления с первым запуском!
Бензиновые и газовые заправки теперь не влияют на направление ваших дорог!
Конечно, вы не прекратите экспериментировать и установите дополнительные датчики. Краны, патрубки пустите по новому контуру. А может быть, даже разработаете эффективный фильтр тонкой очистки с применением водяной рубашки и проч. В любом случае не останавливайтесь на достигнутом!
Заводской газогенератор
Участвуйте в форумах, задавайте вопросы, копайтесь в библиотеках и на сайтах, отыскивайте интересные фото и видео про газогенераторы!
Удачи!
Видео самодельного газогенератора
Газогенератор
Газогенератор – это установка для получения горючего газа из твердого топлива. В качестве твердого топлива, как правило, применяются местные ресурсы: уголь, торф, древесина, солома, а так же отходы деревообрабатывающих производств. Превращение твердого топлива в газообразное называется «газификацией» и заключается в сжигании топлива с поступлением количества кислорода воздуха или водяного пара, недостаточном для полного сгорания.
Сегодня газогенераторные установки используют для получения пара, или горячего воздуха для различных технологических процессов, а так же в составе отопительных систем. Однако в 30-е – 40–е годы прошлого века газогенераторы с успехом применяли на транспорте: массовая эксплуатация автомобилей на древесных чурках обещала сберечь жидкое топливо для более важных нужд - тонны сэкономленного бензина можно было направить в вооруженные силы или авиацию.
В 1923 году профессором Наумовым была разработана газогенераторная установка для 3-тонного грузовика, способная работать на древесном угле или на антраците. Установка была испытана в стационарных условиях совместно с 4-цилиндровым бензиновым двигателем Berliet L 14 мощностью 35 л.с. В 1928 году FIAT-15Ter с газогенератором Наумова совершил пробег по маршруту Ленинград – Москва – Ленинград. Первая половина 30-х годов отмечена многочисленными исследованиями, направленными на выявление оптимальной конструкции газогенераторной установки. Статьи об испытательных автопробегах и новых разработках постоянно появлялись в прессе, в том числе и в журнале «За Рулем».
В подавляющем большинстве это были установки для грузового транспорта, что не удивительно – ведь основной транспортной единицей народного хозяйства в период индустриализации являлся грузовик, а не легковой автомобиль. Тем не менее, следует упомянуть созданный в 1935 году ГАЗ-А с газогенераторной установкой Автодор – III , а также ГАЗ-М1 с газогенератором НАТИ-Г12 , на котором в сентябре 1938 года был установлен рекорд скорости для газогенераторного автомобиля 60,96 км/ч. Первым серийным газогенераторным автомобилем являлся ЗИС-13 , но подлинно массовыми «газгенами» стали ГАЗ-42 , ЗИС-21 и УралЗИС-352 .
Горение углерода топлива можно описать следующим образом:
С + О 2 = СО 2 - это полное сгорание топлива, которое сопровождается выделением углекислого газа СО 2 ;
и С + (1/2)О 2 = СО - это неполное сгорание, в результате которого образуется горючий газ – оксид углерода СО.
Оба этих процесса происходят в так называемой «зоне горения» газогенератора.
Оксид углерода СО образуется также при прохождении углекислого газа СО 2 сквозь слой раскаленного топлива:
С + СО 2 = 2СО
В процессе участвует часть влаги топлива (или влага, подведенная извне) с образованием углекислого газа СО 2 , водорода Н 2 , и горючего оксида углерода СО.
С + Н 2 О = СО + Н 2
СО + Н 2 О = СО 2 + Н2
Зону, в которой протекают три описанных выше реакции называют «зоной восстановления» газогенератора. Обе зоны – горения и восстановления – несут общее название «активная зона газификации».
Примерный состав газа, полученного в газогенераторе обращенного процесса газификации при работе на древесных чурках абсолютной влажностью 20%, следующий (в % от объема):
- водород Н 2 16,1%;
- углекислый газ СО 2 9,2%;
- оксид углерода СО 20,9%;
- метан СН 4 2,3%;
- непредельные углеводороды С n H m (без смол) 0,2%;
- кислород О 2 1,6%;
- азот N 2 49,7%
Итак, генераторный газ состоит из горючих компонентов (СО, Н 2 , СН 4 , С n H m) и балласта (СО 2 , О 2 , N 2 , Н 2 О)
Топливо для газогенераторов
В качестве твердого топлива в газогенераторных установках могут быть использованы древесные чурки, древесный уголь, торф, бурый уголь, каменный уголь.
На территории СССР наиболее распространенным и доступным твердым топливом была древесина, по этому большую часть газогенераторного транспорта составляли автомобили с установками, работающими на древесных чурках.
Главные критериями качества топлива являлись порода древесины, абсолютная влажность и размеры чурок. Приоритет был отдан древесине твердых пород: березе, буку, грабу, ясеню, клену, вязу, лиственнице. Древесину мягких пород допускалось использовать лишь совместно с твердыми в соотношении 50/50. Сосновые чурки использовались без добавления древесины мягких пород.
Для газификации в автомобильных газогенераторах древесину распиливали на чурки длиной от 4 до 7 см, и шириной и высотой от 3 до 6 см. Абсолютная влажность готового твердого топлива не более 22%.
Менее распространены были древесно-угольные газогенераторные установки. Для их эксплуатации рекомендовалось использовать угли древесины твердых пород. Угли древесины мягких пород, склонные к крошению, допускалось применять с добавлением не менее 50% углей древесины твердых пород. Размер кусков древесного угля для газогенераторов поперечного процесса - от 6 до 20 мм, для других типов генераторов – от 20 до 40 мм.
В зависимости от содержания смол и золы твердые сорта топлив для газогенераторов разделяли на смолистые (битуминозные) малозольные (золы до 4%) и многозольные (золы более 4%), а также на безсмольные, или тощие (небитуминозные) малозольные (золы до 4%) и многозольные (золы более 4%). Для разных видов топлива были разработаны газогенераторы соответствующих типов:
- газогенераторы прямого процесса газификации;
- газогенераторы обращенного (обратного, или «опрокинутого») процесса газификации;
- газогенераторы поперечного (горизонтального) процесса газификации.
Типы газогенераторов
Газогенераторы прямого процесса газификации
Основным преимуществом газогенераторов прямого процесса являлась возможность газифицировать небитуминозные многозольные сорта твердого топлива – полукокс и антрацит.
В газогенераторах прямого процесса подача воздуха обычно осуществлялась через колосниковую решетку снизу, а газ отбирался сверху. Непосредственно над решеткой располагалась зона горения. За счет выделяемого при горении тепла температура в зоне достигала 1300 – 1700 С.
Над зоной горения, занимавшей лишь 30 – 50 мм высоты слоя топлива, находилась зона восстановления. Так как восстановительные реакции протекают с поглощением тепла, то температура в зоне восстановления снижалась до 700 – 900 С.
Выше активное зоны находились зона сухой перегонки и зона подсушки топлива. Эти зоны обогревались теплом, выделяемым в активной зоне, а также теплом проходящих газов в том случае, если газоотборный патрубок располагался в верхней части генератора. Обычно газоотборный патрубок располагали на высоте, позволяющей отвести газ непосредственно на его выходе из активной зоны. Температура в зоне сухой перегонки составляла 150 – 450 С, а в зоне подсушки 100 – 150 С.
В газогенераторах прямого процесса влага топлива не попадала в зону горения, поэтому воду в эту зону подводили специально, путем предварительного испарения и смешивания с поступающим в газогенератор воздухом. Водяные пары, реагируя с углеродом топлива, обогащали генераторный газ образующимся водородом, что повышало мощность двигателя.
Подача водяного пара в газогенератор должна производиться пропорционально количеству сжигаемого в газогенераторе топлива. Существовало несколько способов регулировки подачи пара в камеру газификации:
- механический способ, когда вода подавалась в испаритель газогенератора с помощью насоса, приводимого в действие от двигателя и имевшего перепускной кран, который был связан с дроссельной заслонкой . Таким образом, количество воды, подаваемой в газогенератор, изменялось в зависимости от числа оборотов и нагрузки двигателя;
- термический способ, когда в испарителе, расположенном вблизи зоны горения, поддерживался с помощью поплавкового устройства необходимый уровень воды, а количество образующегося пара изменялось в зависимости от нагрева испарителя, то есть в зависимости от температуры в зоне горения;
- гидравлический способ, когда расход воды регулировался иглой, перекрывавшей сечение жиклера , и связанной с мембраной, на которую действовала разность давлений до и после диафрагмы, установленной в газопроводе, соединявшим газогенераторную установку с двигателем ;
- пневматический способ, при котором вода подавалась в испаритель газогенератора вместе с воздухом, засасываемым через обычный карбюратор .
В конструкции газогенератора ЦНИИАТ-АГ-2 был использован принцип центрального подвода воздуха и центрального отбора газа. Газогенератор состоял из корпуса, конической камеры газификации и зольника. Верхняя часть корпуса служила бункером для топлива и имела цилиндрический бак для воды. Трубка для подачи воды располагалась внутри газогенератора, бак подогревался теплом сгорающего топлива. Это обеспечивало надежную работу установки в зимнее время. Камера газификации представляла собой горловину конической формы, которая снизу была окружена рубашкой, заполненной водой для образования водяного пара. Необходимый уровень воды в рубашке поддерживался при помощи поплавкового устройства. Количество образовавшегося пара изменялось в зависимости от теплового режима газогенератора.
Воздух, засасываемый в газогенератор через подогреватель, смешивался с паром и поступал в камеру газификации через щель, образованную рубашкой и поворотной плитой. При вращении плиты рукояткой, расположенной снаружи под днищем газогенератора, ребра, имеющиеся на плите, срезали шлак и сбрасывали его в зольник.
Установки прямого процесса газификации не получили распространения, так как, во-первых, были непригодны для газификации самого распространенного твердого топлива - древесины, а во-вторых, потому что приспособления, необходимые для хранения, дозировки и испарения воды существенно усложняли конструкцию газогенератора.
Газогенераторы обращенного (опрокинутого) процесса газификации.
Газогенераторы обращенного процесса были предназначены для газификации битуминозных (смолистых) сортов твердого топлива – древесных чурок и древесного угля.
В генераторах этого типа воздух подавался в среднюю по их высоте часть, в которой и происходил процесс горения. Отбор образовавшихся газов осуществлялся ниже подвода воздуха. Активная зона занимала часть газогенератора от места подвода воздуха до колосниковой решетки, ниже которой был расположен зольник с газоотборным патрубком.
Зоны сухой перегонки и подсушки располагались выше активной зоны, поэтому влага топлива и смолы не могли выйти из газогенератора, минуя активную зону. Проходя через зону с высокой температурой, продукты сухой перегонки подвергались разложению, в результате чего количество смол в выходящем из генератора газе было незначительным. Как правило, в газогенераторах обращенного процесса газификации горячий генераторный газ использовался для подогрева топлива в бункере. Благодаря этому улучшалась осадка топлива, так как устранялось прилипание покрытых смолой чурок к стенкам бункера и тем самым повышалась устойчивость работы генератора.
Газогенератор ГАЗ-42 состоял из цилиндрического корпуса 1, изготовленного из 2-миллиметровой листовой стали, загрузочного люка 2 и внутреннего бункера 3, к нижней части которого была приварена стальная цельнолитая камера газификации 8 с периферийным подводом воздуха (через фурмы). Нижняя часть газогенератора служила зольником, который периодически очищался через зольниковый люк 7.
Воздух под действием разрежения, создаваемого двигателем , открывал обратный клапан 5 и через клапанную коробку 4, футорку 6, воздушный пояс и фурмы поступал в камеру газификации 8. Образующийся газ выходил из-под юбки камеры 8, поднимался вверх, проходил через кольцевое пространство между корпусом и внутренним бункером и отсасывался через газоотборный патрубок 10, расположенный в верхней части газогенератора. Равномерный отбор газа по всей окружной поверхности газогенератора обеспечивался отражателем 9, приваренным к внутренней стенке корпуса 1 со стороны газоотборного патрубка 10.
Для более полного разложения смол, особенно при малых нагрузках газогенератора, в камере газификации было предусмотрено сужение – горловина. Помимо уменьшения смолы в газе, применение горловины одновременно приводило к обеднению газа горючими компонентами сухой перегонки. На величину получаемой мощности влияла согласованность таких параметров конструкции газогенератора, как диаметр камеры газификации по фурменному поясу, проходное сечение фурм, диаметр горловины и высота активной зоны.
Газогенераторы обращенного процесса применяли и для газификации древесного угля. Вследствие большого количества углерода в древесном угле процесс протекал при высокой температуре, которая разрушительно действовала на детали камеры газификации. Для повышения долговечности камер газогенераторов, работающих на древесном угле, применяли центральный подвод воздуха, снижавший воздействие высокой температуры на стенки камеры газификации.
Камера газогенератора НАТИ-Г-15), изготовленная из 12-миллиметровой листовой стали, имела вид усеченного конуса. В средней части газогенератора была смонтирована воздухоподводящая фурма. Она представляла собой чугунную отливку грушевидной формы. Внутри отливки – лабиринт для подвода воздуха в газогенератор. В нижней части камеры газификации располагалась колосниковая решетка, которую вынимали через зольниковый люк при чистке и разгрузке газогенератора. Образовавшийся в камере газификации газ проходил сквозь колосниковую решетку, поднимался вверх между корпусом газогенератора и камерой и отсасывался через газоотборный патрубок. Газогенератор был предназначен для работы на крупном древесном угле, с размером кусков 20 мм – 40 мм.
Газогенераторные установки обращенного процесса газификации, работавшие на древесных чурках, получили наибольшее распространение.
Газогенераторы поперечного (горизонтального) процесса газификации.
В газогенераторах поперечного процесса воздух с высокой скоростью дутья подводился через фурму, расположенную сбоку в нижней части. Отбор газа осуществлялся через газоотборную решетку, расположенную напротив фурмы, со стороны газоотборного патрубка. Активная зона была сосредоточена на небольшом пространстве между концом формы и газоотборной решеткой. Над ней располагалась зона сухой перегонки и выше – зона подсушки топлива.
Отличительной особенностью газогенератора этого типа являлась локализация очага горения в небольшом объеме и ведение процесса газификации при высокой температуре. Это обеспечивало газогенератору поперечного процесса хорошую приспособляемость к изменению режимов и снижает время пуска.
Газогенератор представлял собой цилиндрический бункер, нижняя часть которого, выполненная из листовой стали толщиной 6 – 8 мм, образовывала камеру газификации. В верхней части бункера был расположен люк для загрузки топлива.
Скорость дутья определялась проходным сечением воздухоподводящей фурмы. Фурма служила наиболее ответственной и сложной деталью газогенератора. Она была глубоко погружена в слой топлива и находилась в зоне высокой температуры – непосредственно около носка фурмы температура достигает 1200 – 1300 С. Высокие температурные нагрузки требовали применять водяное охлаждение фурмы. Конструктивно охлаждение фурмы являлось частью системы водяного охлаждения двигателя, или представляло собой самостоятельную систему, питаемую от отдельного бачка.
Воздухоподводящая фурма газогенератора НАТИ-Г-21 состояла из бронзового корпуса 1 и медных трубок 2 и 3 диаметром 20 и 40 мм, образующих водяную рубашку. Тыльная часть наружной трубки 3 была приварена к корпусу 1 фурмы, а носовая часть обварена медью и соединялась с внутренней трубкой 2, свободный конец которой при нагревании фурмы мог перемещаться в сальнике 4. Затяжкой накидной гайки 5 обеспечивалась герметичность водяной рубашки. Вода подавалась через нижний штуцер корпуса фурмы и после прохождения водяной рубашки отводилась через верхний штуцер. Для того чтобы поток воды достиг носка фурмы, к наружной поверхности внутренней трубки параллельно ее оси были приварены две перегородки, направлявшие поток воды к носу фурмы.
Другой важной деталью газогенераторов поперечного процесса газификации служила газоотборная решетка. Газоотборную решетку изготавливали из простой углеродистой или легированной стали толщиной 8 – 12 мм. Ее штамповали в виде изогнутого листа с отбортованными краями или изготавливали в виде плоской пластины. В последнем случае для монтажа решетки в газогенераторе предусматривали специальное гнездо. Отверстия в решетке для прохода газа делали круглыми, диаметром 10 – 12 мм, с раззенковкой со стороны выхода газа. Иногда отверстия делали овальными; в этом случае большая ось овала располагалась горизонтально, что позволяло увеличить проходное сечение без опасности проскакивания за решетку кусков угля (при наклонном расположении решетки).
Этот газогенератор, так же как и газогенератор прямого процесса, был непригоден для газификации топлив с большим содержанием смол. Эти установки применяли для древесного угля, древесноугольных брикетов, торфяного кокса.
Принцип работы автомобильной газогенераторной установки
Автомобильная газогенераторная установка состояла из газогенератора, грубых очистителей, тонкого очистителя, вентилятора розжига и смесителя. Воздух из окружающей среды засасывался в газогенератор тягой работающего двигателя . Этой же тягой выработанный горючий газ «выкачивался» из газогенератора и попадал сначала в грубые очистители охладители, затем – в фильтр тонкой очистки. Перемешавшись в смесителе с воздухом, газо-воздушная засасывалась в цилиндры двигателя .
Охлаждение и грубая очистка газа
На выходе из газогенератора газ имел высокую температуру и был загрязнен примесями. Чтобы улучшить наполнение цилиндров «зарядом» топлива, газ требовалось охладить. Для этого газ пропускался через длинный трубопровод, соединявший газогенератор с фильтром тонкой очистки , или через охладитель радиаторного типа, который устанавливался перед водяным радиатором автомобиля.
Охладитель радиаторного типа газогенераторной установки УралЗИС-2Г имел 16 трубок, расположенных вертикально в один ряд. Для слива воды при промывке охладителя служили пробки в нижнем резервуаре. Конденсат вытекал наружу через отверстия в пробках. Два кронштейна, приваренные к нижнему резервуару, служили для крепления охладителя на поперечине рамы автомобиля.
В качестве простейшего очистителя использовался циклон. Газ поступал в очиститель через патрубок 1, распологавшийся касательно к корпусу циклона. Вследствие этого газ получал вращательное движение и наиболее тяжелые частицы, содержащиеся в нем, отбрасывались центробежной силой к стенкам корпуса 3. Ударившись о стенки, частицы падали в пылесборник 6. Отражатель 4 препятствовал возвращению частиц в газовый поток. Очищенный газ выходил из циклона через газоотборный патрубок 2. Удаление осадка осуществлялось через люк 5.
Чаще всего в автомобильных газогенераторных установках применяли комбинированную систему инерционной очистки и охлаждения газа в грубых очистителях – охладителях. Осаждение крупных и средних частиц в таких очистителях осуществлялось путем изменения направления и скорости движения газа. При этом одновременно происходило охлаждение газа вследствие передачи тепла стенкам очистителя. Грубый очиститель-охладитель состоял из металлического кожуха 1, снабженного съемной крышкой 2. Внутри кожуха были установлены пластины 3 с большим количеством мелких отверстий, расположенных в шахматном порядке. Газ, проходя через отверстия пластин, менял скорость и направление, а частицы, ударяясь о стенки, оседали на них или падали вниз.
Грубые охладители-очистители последовательно соединяли в батареи из нескольких секций, причем каждая последующая секция имела большее количество пластин. Диаметр отверстий в пластинах от секции к секции уменьшался (РИСУНОК 5Г).
Фильтры тонкой очистки
Для тонкой очистки газа чаще всего применяли очистители с кольцами. Очистители этого типа представляли собой цилиндрический резервуар, корпус 3 которого был разделен на три части двумя горизонтальными металлическими сетками 5, на которых ровным слоем лежали кольца 4, изготовленные из листовой стали. Процесс охлаждения газа, начавшись в грубых очистителях – охладителях, продолжался и в фильтре тонкой очистки. Влага конденсировалась на поверхности колец и способствовала осаживанию на кольцах мелких частиц. Газ входил в очиститель через нижнюю трубу 6, и пройдя два слоя колец, отсасывался через газоотборную трубу 1, соединенную со смесителем двигателя. Для загрузки, выгрузки и промывки колец использовали люки на боковой поверхности корпуса.
Применялись конструкции, в которых в качестве фильтрующего материала использовалась вода или масло. Принцип работы водяных (барботажных) очистителей заключался в том, что газ в виде маленьких пузырьков проходил через слой воды и таким образом избавлялся от мелких частиц.
Высота барботажного слоя воды в очистителе установки ЦНИИАТ-УГ-1 повышалась от нуля до максимума (100 мм – 120 мм) по мере увеличения отбора газов. Благодаря этому обеспечивалась устойчивая работа двигателя на холостых оборотах и хорошая очистка газа на больших нагрузках. Предварительно охлажденный газ поступал расположенную по центру очистителя газораздаточную коробку. Боковые стенки коробки имели два ряда отверстий диаметром 3 мм. Отверстия были расположены наклонно от уровня воды до нижнего края стенок, погруженных в воду на 70 мм. Четыре отверстия, расположенные выше уровня воды, служили для обеспечения подачи газа на холостом ходу. С ростом числа оборотов эти отверстия перекрывались водой. В пространстве над газораздаточной коробкой при увеличении нагрузки создавалось разряжение, и уровень воды снаружи коробки повышался, а внутри, соответственно – понижался. При этом газ, поступая внутрь коробки, попадал в отверстия, расположенные над уровнем воды, и уже в виде пузырьков поднимался вверх, сквозь наружный водяной столб. Очистившись в воде, газ проходил через кольца, насыпанные на сетки по обе стороны газораздаточной решетки, и направлялся во вторую секцию очистителя, где вторично пропускался через погруженную в воду гребенку окончательно очищался в слое колец.
Вентилятор розжига
В автомобильных установках розжиг газогенератора осуществлялся центробежным вентилятором с электрическим приводом. При работе вентилятор розжига просасывал газ из газогенератора через всю систему очистки и охлаждения, поэтому вентилятор старались разместить ближе к смесителю двигателя , чтобы процессе розжига заполнить горючим газом весь газопровод.
Вентилятор розжига газогенераторной установки автомобиля УралЗИС-352 состоял из кожуха 6, в котором вращалась соединенная с валом электродвигателя крыльчатка 5. Кожух, отштампованный из листовой стали, одной из половин крепился к фланцу электродвигателя. К торцу другой половины был подведен газоотсасывающий патрубок газогенератора 4. Газоотводящий патрубок 1. Для направления газа при розжиге в атмосферу и при работе подогревателя – в подогреватель к газоотводящему патрубку был приварен тройник 3 с двумя заслонками 2.
Смеситель
Образование горючей смеси из генераторного газа и воздуха происходило в смесителе. Простейший двухструйный смеситель а представлял собой тройник с пересекающимися потоками газа и воздуха. Количество засасываемой в двигатель смеси регулировалось дроссельной заслонкой 1, а качество смеси – воздушной заслонкой 2, которая изменяла количество поступающего в смеситель воздуха.
Эжекционные смесители б и в различались по принципу подвода воздуха и газа. В первом случае газ в корпус смесителя 3 подводился через сопло 4, а воздух засасывался через кольцевой зазор вокруг сопла. Во втором случае в центр смесителя подавался воздух, а по периферии – газ.
Воздушная заслонка обычно была связана с рычагом, установленном на рулевой колонке автомобиля и регулировалась водителем вручную. Дроссельной заслонкой водитель управлял с помощью педали.
Методы уменьшения потерь мощности двигателей газогенераторных автомобилей
Бензиновые двигатели, переведенные на генераторный газ без каких-либо переделок, теряли 40-50% мощности. Причинами падения мощности являлись, во-первых, низкая теплотворность и медленная скорость горения газовоздушной смеси по сравнению с бензовоздушной, а во-вторых, ухудшение наполнения цилиндров как за счет повышенной температуры газа, так и за счет сопротивления в трубопроводах, охладителе и фильтре газогенераторной установки.
Для уменьшения влияния указанных причин в конструкцию двигателей были внесены изменения. В связи с тем что газовоздушная смесь обладает высокой детонационной стойкостью , была увеличена степень сжатия . Сечение впускного трубопровода было увеличено. Для устранения подогрева газовоздушной смеси и уменьшения потерь давления впускной трубопровод устанавливали отдельно от выпускного. Эти меры позволяли сократить потери мощности до 20-30%.
Эксплуатация автомобилей с газогенераторными установками
Эксплуатация автомобилей с газогенераторными установками имела свои особенности. В силу повышенной степени сжатия работа двигателя на бензине под нагрузкой допускалась лишь в крайних случаях и кратковременно: например, для маневрирования в гаражных условиях.
Инструкция категорически запрещала перевозить на газегенераторных автомобилях огнеопасные и легковоспламеняющиеся вещества, и тем более въезжать на территории, где не допускалось пользоваться открытым огнем – например, топливные склады. Разжигать газогенератор разрешалось только на открытой площадке.
Розжиг газогенератора осуществлялся факелом, тягу в при этом создавал электрический вентилятор. Газ, прокачиваемый вентилятором в процессе розжига, через патрубок выходил в атмосферу. Момент готовности газогенератора к работе определяли, поджигая газ у отверстия выходного патрубка – пламя должно было гореть устойчиво. По окончании розжига вентилятор выключали и пускали двигатель.
При неисправности вентилятора газогенератор можно было разжечь самотягой. Для этого зольниковый и загрузочный люки газогенератора открывали, а под колосниковую решетку подкладывали «растопку» - стружку, щепу, ветошь. Под действием естественной тяги пламя распространялось по всей камере. После розжига люки закрывали и пускали двигатель.
Розжиг газогенератора при помощи работающего на бензине двигателя допускался инструкцией лишь в аварийных случаях, так как при этом возникала опасность засмоления двигателя.
При движении автомобиля водитель вынужден был принимать во внимание инерцию газогенераторного процесса. Чтобы обеспечить запас мощности, необходимо было поддерживать отбор газа, близкий к максимальному. Для преодоления трудных участков рекомендовалось заранее переходить на понижающие передачи и поднимать обороты двигателя , а так же обогащать газо-воздушную смесь, прикрывая воздушную заслонку смесителя.
В отличие от бензиновых, газогенераторные автомобили требовали более частого пополнения топливом. Догрузку топлива в бункер производили в течение дня во время погрузочно-разгрузочных работ или стоянок.
Обслуживание газогенераторной установки было трудоемким. Чистка зольника газогенератора автомобиля УралЗИС-352 предусматривалась через каждые 250 – 300 км. Через 5000 – 6000 км газогенератор требовал полной чистки и разборки. Трубы охладителя рекомендовалось прочищать раз в 1000 км специальным скребком, входившим в комплект инструмента для обслуживания газогенераторной установки. Нижний слой колец фильтра тонкой очистки необходимо было промывать, выгрузив из фильтра на поддон, через 2500 – 3000 км пробега автомобиля. Верхний слой колец допускалось промывать каждые 10 000 км струей воды через люк в корпусе фильтра.
Оксид углерода СО опасен для человеческой жизни, по этому перед проведением работ по обслуживанию требовалось открыто все люки проветрить газогенераторную установку в течение 5 – 10 минут.
