Паропоршневое двигателестроение: взгляд из XXI века
Котельная не является энергоэффективным объектом. Она потребляет электричество, топливо и холодную воду, а дает потребителям лишь горячую воду! А стоит прервать подачу электроэнергии, что сегодня не редкость, которой нужно около пяти процентов от вырабатываемой тепловой энергии, как котельная встанет. Поэтому надежнее и дешевле вырабатывать электрическую энергию с теплом комбинированным способом в самой котельной, превратив ее в малую теплоэлектроцентраль (мини-ТЭЦ).
Наиболее простой вариант – это установить и включить паровую турбину мощностью 100–500 кВт между паровым котлом и бойлером (теплообменником, нагревающим воду с помощью пара). Давление пара в котельных составляет 7–10 атмосфер, а для нагрева воды достаточно использовать пар давлением 1,2–2 атмосферы. Такой перепад давления обеспечивает дроссельная задвижка, что создает потери энергии. Турбина же, заменяя задвижку, может приводить генератор, вырабатывающий дешевую попутную электрическую энергию.
Однако маломощные паровые турбины расходуют при работе такое количество пара, как паровая машина отечественного паровоза серии Л «Лебедянка» 1950-х годов. Только паровозная техника является весьма надежной и неприхотливой. Паровозы успешно работали многие десятилетия, а кое-где продолжают функционировать уже более 100 лет!
Турбинная техника – это дорогие качественные материалы, сложные технологии изготовления и обслуживания. Паровые машины дешевле в производстве и весьма надежны в работе. Но главное, у них расход пара может быть в 1,5–2 раза меньше, чем у равных по мощности паровых турбин, а КПД, соответственно, выше.
А если наладить серийное производство отечественных паропоршневых двигателей для котельных? Идеи и технологии уже существуют. В подмосковном космическом наукограде Королёве в стенах Колледжа космического машиностроения и технологий (ККМТ) Московского государственного областного технологического университета (МГОТУ) научные сотрудники, инженеры и студенты общественной научной группы «Промтеплоэнергетика» и одноименного направления студенческого конструкторского бюро уже знают, как переделать бензиновый или дизельный двигатель в паропоршневой двигатель, способный напрямую приводить современный генератор. Идут испытания, а вопрос постановки на серийное производство – дело времени и финансирования. Проблем с поиском подходящих заводов нет: паропоршневые двигатели, в сущности, может выпускать любое предприятие поршневого двигателестроения.
Руководителями научно-исследовательских работ по паропоршневым двигателям являются: старший научный сотрудник МГОТУ и Московского авиационного института, доцент кафедры Инновационных технологий наукоемких отраслей Московского энергетического института (МЭИ), крупный российский ученый в области паропоршневых двигателей и малой энергетики, Ветерана труда, кандидат технических наук Владимир Сергеевич Дубинин и инженер, заведующий учебно-научной лабораторией технологического оборудования и оснастки ККМТ МГОТУ Сергей Олегович Шкарупа.
Что касается кадров для паропоршневого двигателестроения, то этот вопрос активно решается. Так, совсем недавно, в середине ноября 2021 г., студент Электромеханического отделения Московского областного политехнического колледжа – филиала Национального исследовательского ядерного университета «Московский инженерно-физический институт», отличник учебы и будущий электрик Алексей Петушков стал одним из немногих в России и единственным в подмосковной электрометаллургической Электростали учащимся среди учебных заведений всех уровней образования, кто получил внеконкурсное приглашение в Студенческое конструкторское бюро кафедры Инновационных технологий наукоемких отраслей МЭИ, реализуемое в рамках программы «Молодежное конструкторское бюро» общественной организацией «Клуб студентов и молодежи «Первые» (Москва).
Алексей Петушков занимается техническим моделированием на знаменитой в России космической Электростальской станции юных техников (здесь много лет проработал один из патриархов отечественного авиа- и ракетомодельного спорта, мастер спорта СССР Виктор Семенович Рожков) у Алексея Павловича Панчука, имеет многочисленные научно-технические достижения. Программа же «Молодежное конструкторское бюро» Клуба студентов и молодежи «Первые» успешно реализуется более десяти лет в Студенческом конструкторском бюро по направлению «Промтеплоэнергетика» ККМТ МГОТУ под бессменным научным руководством Владимира Сергеевича Дубинина, поэтому Алексей Петушков фактически является полноправным членом и СКБ ККМТ МГОТУ.
Так что смело можно утверждать об устойчивых перспективах возрождения паровых поршневых двигателей в России, что позволит, в частности, эксплуатировать инновационные паропоршневые мини-ТЭЦ вместо энергетически невыгодных котельных. Паропоршневые мини-ТЭЦ позволят эффективно использовать сжигаемое топливо и отказаться от многокилометровых электрических сетей к котельным, в которых теряются драгоценные киловатты.
Иван Трохин, инженер