Тепловой двигатель с высоким КПД, который будет работать на разных видах топлива

Тепловой двигатель с высоким КПД, который будет работать на разных видах топлива
7 Июля 2022

Тепловой двигатель с высоким КПД, который будет работать на разных видах топлива (бензин, солярка, керосин, газ, мазут и даже такие виды топлива, как уголь, дрова, щепа, солома и отходы мусоропереработки)


Сегодня одна из главных проблем, стоящих перед всем миром, в особенности перед Россией, это образование большого количества отходов жизнедеятельности человека, то есть мусора. Некоторые страны научились извлекать прибыль из мусоропереработки. Например, в Швеции переработка мусора организована на таком уровне, что мусор они даже закупают в других странах.

Переработка мусора состоит из 3 этапов. Первый — это сортировка с отбором полезных фракций (металла, бумаги, пластика и т.д.). Второй — сжигание мусора, который не идет на вторичную переработку, но горит. И третий — захоронение отходов, которые нельзя ни переработать, ни сжечь, к которым относится, в том числе, шлак и зола, оставшиеся после сжигания мусора.

Так как основной объем отходов все-таки сжигается, то научившись использовать тепловую энергию для выработки электричества, переработку мусора можно сделать более прибыльной. Но для этого необходима простая в эксплуатации установка, на которой, используя тепловую энергию, можно вырабатывать электричество. Для этих целей еще в 2011 году я разработал тепловой двигатель, который состоит из компрессора и пневмодвигателя, работающего на сжатом воздухе. Сегодня есть несколько видов компрессоров — поршневые, мембранные, роторные, винтовые, спиральные. Но пневмодвигателей, работающих на сжатом воздухе, нет.

После того, как я спроектировал пневмодвигатель, у меня возникла проблема как его изготовить. Первоначально все, кому я рассказывал о своей идее, не верили, что я смогу переделать обычный автомобильный двигатель в пневмодвигатель, который будет работать не на бензине и солярке, а на обычном сжатом воздухе. Переделывать я решил жигулевский двигатель от ВАЗ-2103, так как я его хорошо знал.

Основная проблема, с которой я тогда столкнулся, это то, что мне никто не мог изготовить спроектированный мной распредвал, так как родной распредвал был разработан для работы двигателя в четырехтактном режиме, а мне необходимо было перевести его в двухтактный режим. Я не мог найти в России предприятие, которое взялось бы выполнить мой заказ. Сложность заключалась в том, что внутри распредвала на всю его длину проходит канал для смазки кулачков и подшипников скольжения. Когда меня в 2011 году спрашивали, что нужно для того, чтобы реализовать твою идею, я отвечал: «Всего-то нужно вернуться на несколько десятилетий назад».

И вот почему: в 1987 году я купил свою первую машину — ВАЗ-2103. В те годы была большая проблема с распредвалами: как я узнал позже, итальянский конструктор при проектировании кулачков допустил ошибку, из-за чего распредвалы, рассчитанные на пробег более 15.000 км, не выхаживали и 5.000 км. В те годы распредвалы изготавливали из черного метала с цементацией трущихся поверхностей. Как только слой цементации стирался, а он был всего 0,15 мм, кулачки распредвала буквально на глазах «съедались». «Автоваз» в те годы производил и продавал почти 700 тысяч автомобилей в год, а распредвалов за год продавал 1,2 млн. штук.

Как-то перед новым 1988 годом я ехал с таксистом на его «копейке» (ВАЗ-2101). Мы разговорились про ремонт машин, про проблему распредвалов и он мне сказал, что у него распредвал выходил уже более 300 тысяч километров. Сначала я ему не поверил, но оказалось, что этот мужчина работал токарем на Костромском заводе автолиний, и скооперировавшись с фрезеровщиком, они начертили и изготовили из легированной стали 10 распредвалов, 8 из которых продали для того, чтобы окупить свои затраты, а по одному оставили себе. Кулачки на самодельных распредвалах долго не снашивались, в отличие от заводских. Вот почему на вопрос, когда вы сможете реализовать свое изобретение, я отвечал, что в 80-е годы прошлого столетия мне было бы сделать это легче. Тогда я даже сравнивал себя с Константином Циолковским, который вывел формулу и рассчитал траекторию, по которой космические корабли будут летать вокруг Земли, но понимал, что не доживет до уровня развития технологий, которые позволят воплотить его идею в жизнь.

Я два года искал предприятие для изготовления распредвала, а ведь на тот момент я уже был руководителем крупного, по костромским меркам, предприятия, и сотрудничал со многими инструментальными заводами, так как заказывал сложные механические изделия, такие как пресс-формы и штампы. Первоначально специалисты Костромского инструментального завода (КИЗ, бывший электромеханический завод) не взялись за изготовление распредвала, но позже мне все-таки удалось их уговорить, и они изготовили по моим чертежам распредвал. Правда, у них это заняло почти год.

Для сборки двигателя я пригласил знакомого специалиста, с которым в конце 80-х годов работал в пожарной охране, но при установке распредвала он допустил ошибку, развернув его на 180 градусов. Поэтому во время испытаний, когда во впускной коллектор подали давление, чтобы запустить двигатель, и начали его крутить стартером, двигатель вместо того, чтобы заработать, просто запрыгал. У всех, кто присутствовал на испытаниях, это вызвало смех. Наверное, только мне тогда было не до смеха, я понимал, что где-то допущена ошибка. После того, как я ее нашел и развернул распредвал на 180 градусов, двигатель все-таки заработал. И теперь те, кто сначала смеялись над моей идеей, с восхищением смотрели, как переделанный мной четырехтактный двигатель работал от сжатого воздуха. Но, несмотря на то, что двигатель заработал, я увидел, что и я допустил ошибку — неправильно спроектировал кулачки. Но ждать еще год пока на КИЗе выполнят новый заказ, мне не хотелось.

И вдруг в журнале «За рулем» я увидел объявление — оказывается, в России есть фирма, которая дорабатывает распредвалы, применяя специальную наплавку. Я позвонил по указанному в объявлении телефону и спросил у ответившего мне молодого человека, смогут ли они сделать по моим чертежам распредвал. Он ответил «без проблем», назвал сумму — 8 тысяч рублей и указал срок — всего 2 недели. Я удивился, сказал, что такого не может быть, ведь я заплатил за изготовление первого распредвала 100 тысяч рублей (к примеру, двигатель ВАЗ-2103 в сборе тогда стоил 25 тысяч рублей). Но молодой человек подтвердил названную сумму, и по моим чертежам, в которых я устранил допущенную ошибку, изготовил распредвал. Кроме распредвала необходимо было изготовить шестеренку, с помощью которой скорость вращения распредвала увеличивалась бы в 2 раза, ведь в четырехтактном двигателе распредвал вращается в 2 раза медленнее коленвала. А так как я перевел двигатель в двухтактный режим, мне нужно было увеличить скорость вращения распредвала до скорости вращения коленвала. Когда мне все изготовили, я собрал двигатель, и он у меня не просто заработал, а, что называется, зашелестел. И вот здесь уже те, кто когда-то смеялись надо мной, с изумлением смотрели как работает мой пневмодвигатель.

В 2017 году я впервые показал изготовленный мной пневмодвигатель на выставке изобретений и инноваций «Архимед». Когда мы запускали двигатель, наш стенд становился самым популярным. Организаторы назвали мою разработку сенсацией «Архимеда» и признались, что за 20 лет, в течение которых они проводят данную выставку, пневмодвигатель стал самой прорывной разработкой. В репортаже Общественного российского телевидения утверждалось: «Пневмодвигатель изобретателя Михайлова произвел на выставке настоящий фурор». Высокую оценку пневмодвигателю дали и специалисты Института машиностроения им. А.А. Благонравова Российской академии наук. В июне 2017 года они даже специально приехали в Кострому, чтобы посмотреть на мой пневмодвигатель, и провели в Костромском государственном университете семинар-совещание по теме «Оценка потенциальных возможностей развития и применения пневматических автономных приводов» (по-научному приводами называются пневмодвигатели).

На «Архимеде» ко мне подошли двое мужчин, представившиеся руководителями мусороперерабатывающего завода. Они спросили, не смогу ли я сделать для них двигатель, который будет вырабатывать электроэнергию за счет использования тепла от сжигания мусора. Тепловую энергию они используют для отопления своих помещений, но продавать тепло другим потребителям у них нет технической возможности. К тому же летом тепло никому не нужно. Я объяснил им, что мой пневмодвигатель является только частью теплового двигателя, перед которым должен стоять компрессор для подачи сжатого воздуха в теплообменник, где воздух будет нагреваться и, увеличиваясь в объеме, будет совершать работу в пневмодвигателе. После совершения работы в пневмодвигателе воздух будет подаваться в поддувало котла для сжигания топлива, так как в нем нет продуктов горения. То есть я предложил нагретый воздух не выбрасывать в атмосферу, как это происходит в других двигателях, а использовать его повторно. Разработанный мной двигатель может работать на любых видах топлива, как традиционных (бензин, солярка, керосин, мазут и газ), так и нетрадиционных (уголь, дрова, щепа, солома и даже отходы мусоропереработки).

Как мне сказал один из руководителей мусороперерабатывающего завода, среднесуточное потребление электроэнергии на их предприятии составляет порядка 200 кВт/час. Вместо того чтобы покупать электроэнергию они могли бы сами ее вырабатывать на своем заводе при сжигании мусора.

Себестоимость выработки электроэнергии на газопоршневых двигателях складывается из стоимости работы самого двигателя, включая его амортизацию (примерно 2,5 рубля за кВт/час) и стоимости топлива, например, природного газа. Так как на выработку 1 кВт/час электроэнергии идет 0,26 - 0,3 куб.м. газа, то при стоимости кубометра газа для промышленных предприятий в районе 6 рублей затраты по газу на выработку 1 кВт/час составят от 1,6 до 2 рублей. То есть общие затраты на выработку электроэнергии при работе на газе составят примерно 4,1 - 4,5 рубля за кВт/час, тогда как стоимость покупной электроэнергии сегодня в пределах 7 рублей. А так как при сжигании мусора затрат на топливо не будет, то стоимость электроэнергии составит 2,5 рубля за кВт/час. Получится, что экономия с 1 кВт/час составит 4,5 рубля. Это значит, что на мусороперерабатывающем заводе при среднесуточном потреблении 200 кВт/час за счет собственной выработки электроэнергии можно экономить 650 тысяч рублей в месяц (200 кВт/час х 4,5 рубля х 24 часа х 30 суток). Это сделает мусороперерабатывающее предприятие более рентабельным. А ведь можно еще и зарабатывать, продавая вырабатываемую электроэнергию другим потребителям.

В двигателе внешнего сгорания в качестве топлива также можно использовать солому. В отличие от дров, которые перед сжиганием необходимо сушить, солома имеет минимальную влажность. Во время уборки урожая говорят «колос звенит», это потому что и колосья, и стебли зерновых сухие. Теплотворная способность 2,5 кг соломы такая же, как у 1 кубометра газа или 1 кг солярки. Несколько лет назад я делал расчеты экономического эффекта при использовании соломы в качестве топлива. Тогда 1 кг пшеницы стлил 9 рублей. При этом конкуренция на рынке была очень высокой, и если в то время удалось бы снизить цену зерна до 8,5 рублей за 1 кг, то спрос вырос бы многократно. Как рассказывал мне один руководитель фермерского хозяйства, при уборке урожая соломы по массе получается столько же, сколько и зерна. Но солома никому не нужна, ее измельчают мульчером, который стоит сзади комбайна. Измельченная солома перегнивает на полях, становясь удобрением. На мой вопрос, а если бы ты продавал солому, то мог бы снизить цену на зерно, фермер ответил: «Конечно, мог бы». Если использовать солому как топливо для выработки электроэнергии, то это позволит сельхозпроизводителям снизить цену на зерно.

Европейские страны уже используют солому в качестве топлива при выработке электроэнергии. Лидером «соломенной энергетики» является Дания, где за последние 30 лет потребление соломы для производства электрической энергии возросло более чем в 12 раз. Но на электростанциях, где солому сжигают в качестве топлива, стоят паровые турбины, в которых пар подается под высоким давлением и с высокой температурой. То есть такое производство электроэнергии из-за его сложности и опасности требует высококвалифицированных специалистов. Предлагаемый же мной тепловой двигатель будет доступен и прост в эксплуатации, ведь он не сложнее обычного автомобильного двигателя.

И третий вариант применения теплового двигателя, при условии, что в нем в качестве рабочего тела будет применяться фреон, это возможность его работы от солнечной энергии. Только в отличие от солнечных батарей, преобразующих энергию фотонов, которых в солнечных лучах всего 15%, в моем двигателе будет использоваться инфракрасное излучение, то есть тепловая энергия солнца, которая составляет 95% от всей солнечной энергии (правда, при условии, что отсутствуют облака). Даже если у теплового двигателя, работающего от солнечного тепла, КПД будет ниже, чем у солнечных батарей, то все равно с учетом большого процента преобразования солнечной энергии его эффективность будет в разы выше. Вместо дорогих солнечных панелей нужно будет устанавливать обычные металлические пластины, покрашенные черной матовой краской, которые будут нагреваться, поглощая тепловую энергию солнца.

Расход топлива на выработку 1 кВт механической энергии такого двигателя будет меньше, чем у обычного двигателя внутреннего сгорания. То есть его КПД будет выше. Плюс возможность использовать любые виды топлива, от традиционных до соломы и отходов мусоропереработки. Разработанный мной двигатель можно назвать вечным двигателем, поскольку он будет работать на неисчерпаемых источниках энергии. А значит, этот двигатель даст людям свободу — сделает их независимыми от углеводородов.




Галерея

Комментировать
Ваш комментарий появится на сайте после модерации.