Страница 126 из 176
Другим важным моментом в историческом процессе конструктивного развития газогенераторов явилась задача удаления золы. Опуская первые попытки удаления золы (в виде расплавленного шлака), основными применявшимися ранее типами решеток надлежит считать плоские и слабонаклонные. Сименс впервые предложил сильно наклоненную ступенчатую решетку, которая предшествовала изобретению ступенчатых решеток Одельстьена. Примерно в 1880 г. в качестве новой формы подвода дутья появился центральный дутьевой колпак. Это вскоре привело к созданию Бруком (1884 г.) и Тейлором (1889 г.) газогенераторов с вращающимся дутьевым колпаком и зольной тарелкой. Эти механизмы послужили исходными пунктами для новых конструкций. Из многочисленных последующих предложений для удаления золы следует упомянуть шнеки для золоудаления Зикеля (1877 г.) и Геринга (1879 г.).
Причём последний предложил ещё и шнек для дозированной подачи топлива. Были ещё подвижные зольные тележки Сетзерленда (1883 г.), передвижная лестничная решетка Гребе (1878 г.), вращающийся поддон Гопкрафта (1889 г.) и сдвоенный вращающийся поддон Кетхума (1893 г.), а также своеобразная конструкция для удаления золы Китсона (1893 г.).
Стоит отметить газогенератор Мюллера (1895 г.), который можно считать предшественником газогенератора с вращающейся решеткой, и детальные работы Р. Аккельмана (Швеция), посвященные газификации торфа и дров в газогенераторах с плоской решеткой.
Важным этапом в деле развития конструкции газогенератора был переход на цилиндрическую шахту с конусным затвором шуровочной коробки, а также водяным поддоном и центральным принудительным подводом дутья. Роль колосниковой решетки в этом случае играли куски частично оплавленной золы топлива, заполнявшие нижнюю часть шахты. Представителем этого типа устройств является газогенератор системы Моргана (1896 г.) (рис. 5). Это было большим шагом вперед, а основные особенности его конструкции (водяной затвор, цилиндрическая шахта, центральный подвод дутья, принудительная подача воздуха) сохранились и во всех последующих типах газогенераторов того времени.
Рис. 5. Газогенератор Моргана
В газогенераторах системы Сименса и Моргана совершенно отсутствовала механизация, ставшая впоследствии основой автоматизации газогенераторного процесса. Особо следует отметить конструкцию вращающейся решетки, предложенную де-Лавалем (1896 г.). Это разработка стала отправной точкой для изобретения в 1904 г. первой, удачной в практическом отношении конструкции, решающей вопросы механического измельчения и удаления золы (шлака). Эта задача была блестяще разрешена Керпели (1905 г.), который предложил газогенератор с вращающимся водяным поддоном и с эксцентрично расположенной полигональной колосниковой решеткой (рис. 6).
Рис. 6. Газогенеротор Керпели
Керпели первый предложил делать нижнюю часть шахты газогенератора в виде цилиндрического охлаждаемого водой кессона. Это позволило устранить износ огнеупорной кладки и образование на ней шлаковых настылей, а также предоставило возможность простого получения пара для нужд газогенератора. Такой полумеханизированный газогенератор в то время был крупным шагом вперед и произвел целый переворот в области газогенераторостроения. В различных своих конструктивных видоизменениях он продержался до двадцатых годов прошлого века, пока на смену ему не пришёл полностью механизированный газогенератор.
Последним, важным историческим моментом в развитии газогенераторов является изобретение охлаждения шахтной стенки для предотвращения присадки шлаков. Охлаждаемые стенки были довольно дороги, и их старались не приобретать. Однако при газификации очень многих многозольных топлив охлаждение стенок обеспечивает не только получение лучшего по качеству газа, но и гораздо лучшее выгорание золы, т. к. предотвращается зашлаковывание. Первая разработка такого рода была сделана Кнаудом (1881 г.), продолжена Штапфом (1905 г.) и Турком (1906 г.). Интересные практические разработки были сделаны Сепюлькром и Вюртом (газогенератор с плавлением золы), Бамагом и Колером (веерная зольная решетка), Шавваном (1907-13 гг.), Рамбушом и Лайманом (вращающиеся зольные решетки), Юзом и Чемпманом (шуровочные устройства), а также теоретические решения предложены К. Бунте и Ф. Тренклером и др.
Дальнейшее развитие конструкций газогенераторов шло в направлении их полной механизации при одновременном повышении производительности. Путем увеличения их размера и повышения интенсивности работы. Но этот путь хорош лишь при наличии качественного, правильно сортированного и тщательно подготовленного топлива.
Первый газогенераторный автомобиль был построен Тейлором в 1900 г. во Франции (патент № 5666 выдан в России в 1901 г.). (Рис. 7.). Этот первый патент на автомобильный газогенератор, представляющий в настоящее время лишь чисто исторический интерес, уже предусматривал особую систему регулирования присадки водяного пара к воздуху. Воздух и пар поступали снизу, из-под колосниковой решетки, в снабженную огнеупорной керамической футеровкой (а) шахту.
Генератор работал по принципу прямого процесса газификации топлива. Газ отбирался по трубе (g) и направлялся через охладители (h) и (L) и скруббер (очиститель) (m) к автомобильному двигателю.
Охладитель генераторного газа (h) одновременно служил парообразователем.
Вследствие разрежения, создаваемого автомобильным двигателем в шахте генератора, воздух поступал под колосниковую решетку из атмосферы в трубу (р) через отверстие (s). Отверстие (s) регулировалось краном (t). Через него подсасывался пар из парообразователя (h) через трубку (j) в смеси со вторичным воздухом, поступающим через отверстие (г).
При полностью закрытом кране (t) весь вырабатываемый в парообразователе (h) пар увлекался в генератор воздухом, входящим снаружи через отверстие (г).
При полностью открытом кране (t) воздух поступает через трубку (s) в генератор, а весь пар выходил наружу через трубку (j) и отверстие (г).
В 1905 г. Торникрофтом в Англии была построена первая газогенераторная моторная лодка.
За четырнадцать лет, с 1900 по 1914 гг., с момента появления первого газогенераторного автомобиля в мире было построено несколько десятков газогенераторных автомашин.
Началом развития и широкого применения транспортных газогенераторов можно считать 1914 г., когда экономические предпосылки, вызвавшие к жизни эту новую отрасль техники, стали выступать особенно остро. Рост мирового автотракторного парка в начале прошлого века сильно увеличил потребление жидкого топлива. Неравномерное распределение нефти по земной поверхности поставило ряд стран перед необходимостью искать заменители этого сравнительно редкого ископаемого. В особо тяжелых условиях оказалась Франция. Её энергетические ресурсы были наиболее ограничены по сравнению с другими странами Европы. Успешное применение газогенераторов в металлургии натолкнуло французских инженеров на мысль использовать подобного рода установки для обеспечения автомобильного транспорта дешевым и не дефицитным газообразным топливом. Переход с бензина на национальное топливо во Франции предполагался на следующих условиях: новое горючее в экономическом отношении должно было быть в состоянии конкурировать с бензином; переход на новое топливо не должен вызывать крупных переделок в двигателе.
Исследование первого условия — достаточной дешевизны суррогата — показали, что ни бензол, ни другие углеводороды не могут быть получены достаточно экономично. А лишь генераторный газ из дров, древесного угла и карбонита может дать необходимый экономический эффект. Что касается второго требования — не вносить значительные изменения в двигатель — то оно было вызвано тем обстоятельством, что Франция, располагавшая большим автотракторным парком, не считала реальным решением вопроса путь, требующий крупных конструктивных изменений.