Меню Закрыть

Приведите различные схемы механизмов газораспределения современных двигателей: назначение, принцип работы — Автозапчасти для иномарок — Продажа и подбор автозапчастей на иномарки

Содержание

Общее устройство грм грузовых автомобилей. Типы ГРМ: плюсы и минусы

Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания – наиболее распространенный силовой агрегат, использующийся в современном автомобилестроении. Свое название он получил по количеству фаз, необходимых для осуществления одного цикла работы, или поворота коленчатого вала на 720 градусов.

Фаза впрыска топлива или топливно-воздушной смеси , сжатие рабочего тела поршнем, рабочий ход и выпуск отработанных газов. В модели идеального двигателя все фазы разнесены во времени, перекрытие между ними отсутствует, что, в свою очередь, обеспечивает получение максимально возможных рабочих значений мощности, крутящего момента и оборотов двигателя.

На практике, к сожалению, дела обстоят несколько хуже. Устройство газораспределительного механизма, отвечающего за исполнение фазы впрыска топлива и удаление выхлопных газов, его схема и принцип работы – основная тема данной статьи.

Общая схема и взаимодействие частей

Своевременное открытие впускных и выхлопных клапанов в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания обеспечивается работой газораспределительного механизма или ГРМ.

Данное устройство состоит из распределительного вала с кулачками, необходимого количества коромысел или толкателей клапанов, пружин и собственно клапанов. Шестерня распредвала, ремень или цепь, используемые для передачи вращения от коленвала, и механизм натяжения цепи так же являются частью ГРМ.

Для достижения такой точности по времени открытия впускных и выхлопных клапанов, газораспределительный механизм синхронизирован с оборотами коленчатого вала двигателя. Ремень или цепь передает вращение распределительному валу, кулачки которого, нажимая на коромысла, открывают поочередно впускные и выпускные клапаны ГРМ.

Классификация ГРМ

Нижнеклапанные двигатели

Газораспределительный механизм двигателя внутреннего сгорания прошел долгий путь от 1900-х годов до наших дней.

Нижнеклапанные двигатели с распредвалом в блоке цилиндров, использовались повсеместно, вплоть до середины двадцатого века. Схема и устройство впускных и выпускных клапанов, расположенных в ряд тарелками вверх, обеспечивала простоту изготовления и малошумность двигателя. Основным минусом подобной конструкции был сложный путь топливно-воздушной смеси, неоптимальный режим наполнения цилиндров, и, как следствие, меньшая мощность силового агрегата.

Газораспределительный механизм такого вида использовался вплоть до 90-х годов двадцатого столетия в грузовых автомобилях. Пример тому – ГАЗ 52, выпуск которого закончился в 1991 году.

Смешанное расположение клапанов

Попытки повысить мощностные характеристики ДВС привели к созданию двигателя со смешанным расположением клапанов. Впускные находились в головке блока цилиндров, а выпускные – в блоке, как у обычного «нижнеклапанника».

Распределительный вал один, так же расположенный в блоке цилиндров. Клапана, отвечающие за впуск топливно-воздушной смеси управлялись посредством штанг – толкателей, через которые передавалось усилие с распредвала, выхлопные – с помощью привычного коромысла.

Такая компоновочная схема обеспечивала более низкую температуру ТВС, и, как следствие, более высокую мощность, по сравнению с нижнеклапанными двигателями внутреннего сгорания.

Верхнеклапанные двигатели

Газораспределительный механизм, клапаны впускной и которого находятся в головке блока цилиндров, а распредвал – в самом блоке, был сконструирован Дэвидом Бьюиком в самом начале двадцатого столетия. Управление клапанами осуществлялось посредством штанг – толкателей, воздействовавших на коромысла.

Подобная компоновочная схема обладает высокой надежностью, за счет передачи вращения от коленчатого вала к распределительному, с помощью шестерни. Зубчатый ремень, изношенный в процессе эксплуатации, может оборваться, нанеся серьезные повреждения клапанному механизму ГРМ, изношенная же передаточная шестерня лишь немного сдвинет фазы газораспределения, что опытный водитель заметит по изменениям в работе двигателя.

Минусом является некоторая инерционность подобной конструкции, что накладывает ограничения на обороты двигателя, а, следовательно, на крутящий момент и степень форсирования. Использование более чем двух клапанов на цилиндр приводит к усложнению газораспределительного механизма и увеличению габаритных размеров двигателя. Четырехклапанные двигатели такой компоновки используются в грузовых автомобилях КамАЗ, дизельных тепловозных двигателях.

Газораспределительный механизм автомобиля «Волга» двадцать первой модели был устроен именно по верхнеклапанной схеме.

  • Двигатели, в которых распредвал и клапаны газораспределительного механизма располагаются в головке блока цилиндров, обозначаются аббревиатурой SOHC. Принцип действия и устройство механизма управления клапанами ГРМ отличается большим разнообразием. Существует схема открытия клапанов при помощи коромысел, рычагов и толкателей. Наибольшее распространение подобное устройство двигателей получило в период с середины 60-х до конца 80-х годов двадцатого столетия. В данный момент такие двигатели устанавливаются на недорогие легковые автомобили.
  • Двигатели, газораспределительный механизм которых включает в себя два распредвала, обозначается аббревиатурой DOHC. При использовании двух клапанов на цилиндр, каждый распределительный вал открывает свой ряд клапанов. Такое устройство ГРМ позволяет уменьшить инерцию коленчатого вала, и тем самым значительно увеличивает обороты и мощность ДВС. Принцип работы двигателя , использующего четыре и более клапана на цилиндр, ничем не отличается от вышеописанного. Подобные силовые агрегаты демонстрируют большую, чем у двухклапанных аналогов, мощность и устанавливаются на большинство современных автомобилей.

В двигателях с подобным типом газораспределительного механизма важную роль играет устройство привода распредвалов. В качестве передаточного элемента используется цепь, находящаяся в герметично закрытом объеме, и омывающаяся маслом, или зубчатый ремень, находящийся на внешней стороне двигателя.

Поломка привода ГРМ зачастую приводит к печальным последствиям. Оборвавшийся ремень, износившийся в процессе эксплуатации, вызывает мгновенную остановку распределительного вала, вследствие чего некоторые клапаны остаются в открытом состоянии. Удар поршня по выступающей тарелке наносит серьезные повреждения головке блока цилиндров. В особо тяжелых случаях ремонт невозможен и требуется замена данного элемента двигателя.

Устройство десмодромного газораспределительного механизма

Для двигателей, конструкция ГРМ которых допускает использование пружин для закрывания клапанов, существует ограничение по максимальному количеству оборотов в минуту. При достижении значения в 9000 об/мин пружины не смогут обеспечить нужную скорость срабатывания, что неизбежно приведет к поломке двигателя.

Принцип десмодромного ГРМ заключается в использовании двух распределительных валов, один из которых производит открытие, а второй, закрытие клапанов. В таком двигателе нет ограничения на развиваемые обороты, ведь скорость срабатывания механизма напрямую зависит от скорости вращения коленвала.

Создание газораспределительного механизма с изменяемыми фазами стало возможным относительно недавно, с началом использования в двигателестроении бортовых компьютеров и электронных управляющих блоков. Система электромагнитных клапанов, меняющая режим работы согласно команд микропроцессора, позволяет снимать с двигателя мощность, приближающуюся к расчетной, при минимальном расходе топлива.

Замена ремня ГРМ своими руками

Снимая изношенный ремень, и устанавливая на его место новый, легко изменить взаимное расположение коленчатого и распределительного валов. В этом случае сместятся фазы газораспределения двигателя, что приведет к нарушениям в работе, вплоть до поломки. Метки на шестернях приводного механизма служат для визуального контроля настройки ГРМ.

Сняв непригодный ремень, необходимо совместить метки шестерней коленчатого и распределительного валов с прорезями в кожухе приводного механизма. Назначение этой операции – установка условного «нуля», с которого и начнется работа двигателя. Далее следует аккуратно установить запасной ремень, стараясь не сместить метки на шестернях.

Следующий шаг – осмотр и регулировка усилия натяжного ролика. Назначение этого узла в удержании ремня на шестернях приводного механизма. Правильность регулировки ролика можно проверить, повернув натянутый ремень пальцами. Если удастся провернуть на девяносто градусов – натяжной механизм отрегулирован хорошо. Если ремень повернется на угол меньший, чем 90 градусов, то он перетянут, если на больший, то недотянут.


Очень важно при монтаже не брать ремень ГРМ промасленными руками. Это может привести к проскакиванию на шестернях приводного механизма.

Купленный на придорожной АЗС ремень следует тщательно осмотреть. При нарушении условий хранения, даже новый ремень привода ГРМ пойдет трещинами и не сможет быть использован по назначению.

Видео, иллюстрирующее работу ГРМ

Механизм газораспределения предназначен для своевременного впуска в цилиндры воздуха (дизели) или горючей смеси (карбюраторные и газовые двигатели) и выпуска из них отработавших газов. Механизм газораспределения может иметь верхнее расположение клапанов (в головке цилиндров) или нижнее (в блоке цилиндров). В современных автомобильных двигателях применяют механизм газораспределения с верхним расположением клапанов, которое позволяет получить компактную камеру сгорания, обеспечить лучшее наполнение цилиндров горючей смесью и облегчить регулировку тепловых зазоров.

Механизм газораспределения:
1 — шестерня распределительного вала, 2 — упорный фланец, 3 — распорное кольцо, 4 — опорные шейки,
5 — эксцентрик привода топливного насос, 6 — кулачки выпускных клапанов, 7 — кулачки впускных клапанов,
8 – втулки, 9 — впускной клапан, 10 -направляющая втулка, 11 — упорная шайба, 12 — пружина,
13 — ось коромысел, 14 — коромысло, 15 — регулировочный винт, 16 -стойка оси коромысел,
17 — механизм поворота выпускного клапана, I8 — выпускной клапан, 19 — штанга, 20 — толкатели,
21 — шестерня привода масляного насоса и прерывателя-распределителя

Механизм газораспределения с верхним расположением клапанов.

На рисунке показан механизм газораспределения двигателя ЗИЛ-130. Усилие от кулачков 6 и 7 распределительного вала через толкатели 20, штанги 19 и коромысла 14 передается клапанам, которые открываются, сжимая пружины 12. Закрытие клапанов происходит под действием сжатых пружин. На общем для обоих рядов цилиндров распределительном вале имеются также шестерни 21 привода масляного насоса и прерывателя-распределителя, а также эксцентрик 5 привода топливоподкачивающего насоса. Распределительный вал расположен в блоке цилиндров и шестерней 1 приводится от коленчатого вала; частота вращения распределительного вала должна быть в два раза меньше частоты вращения коленчатого вала.

Для ограничения осевых перемещений распределительного вала между шестерней 1 и передней опорной шейкой 4 установлено распорное кольцо 3, которое обеспечивает зазор (0,1 — 0,2 мм) между упорным фланцем 2 и шестерней 1.

Механизм газораспределения дизеля КамАЗ-740 также имеет один распределительный вал 1 с шестерней привода 17, установленной на заднем конце вала.


1 — распределительный вал, 2 — толкатель, 3 — направляющая толкателей, 4 — штанга,
5 — регулировочный винт, 6 — коромысло, 7 — контргайка, 8 — втулка, 9 — тарелка,
10 — пружина внутренняя, 11 — пружина наружная, 12- шайба, 13 — сухарь, 14 — впускной клапан,
15 — выпускной клапан, 16 — фланец, 17 – шестерня.

Стальной распределительный вал установлен в развале блока цилиндров на пяти подшипниках скольжения.

Осевое перемещение вала ограничено корпусом заднего подшипника, в торцы которого с одной стороны упирается ступица шестерни 17, а с другой — упорный борт задней опорной шейки вала.

Стальные толкатели 2 грибкового типа пустотелые с цилиндрической направляющей частью. Тарелка толкателя имеет наплавку отбеленным чугуном.

Направляющая 3 толкателей делается съемной, общей для четырех толкателей, что облегчает ее ремонт. Впускной 14 и выпускной 15 клапаны изготовлены из жаропрочной стали. Стержни клапанов на длине 120 мм от верхнего торца покрыты графитом для лучшей приработки. Во время работы двигателя клапаны поворачиваются относительно седла за счет специальной конструкции разъемного соединения (втулка 8 — тарелка 9), что повышает продолжительность их эксплуатации без ремонта.

В современных высокооборотных двигателях легковых автомобилей ВАЗ и «Москвич» распределительный вал установлен на головке блока цилиндров, что упрощает кинематическую связь между кулачками и клапанами. Такое расположение распределительного вала называется верхним, оно позволяет упростить блок цилиндров и уменьшить шум при работе механизма газораспределения. При верхнем расположении распределительный вал приводится цепью или зубчатым ремнем.

Привод механизма газораспределения с верхним расположением распределительного вала:
а — цепью, б — зубчатым ремнем; 1 — коленчатый вал, 2 — ведущая звездочка, 3 — цепь,
4 — башмак натяжного устройства, 5 — натяжное устройство, 6 — ведомая звездочка,
7 — распределительный вал, 8 — рычаг привода клапана, 9 — клапаны,
10 — втулка регулировочного болта, 11 — регулировочный болт, 12 — успокоитель цепи,
13 — звездочка привода масляного насоса и прерывателя-распределителя,
14, 16, 17 — зубчатые шкивы, 15 — зубчатый ремень, 18 — болт

Например, на двигателях автомобилей ВАЗ-2101 «Жигули» (рис. а) чугунный распределительный вал 7 расположен в пяти опорах, алюминиевый корпус которых устанавливается на шпильки и притягивается сверху к головке цилиндров гайками.

Кулачки распределительного вала действуют на рычаги 8, которые, поворачиваясь на сферической головке регулировочного болта 11, другим концом нажимают на стержень клапана и открывают его. Регулировочный болт ввернут во втулку 10 головки цилиндров и стопорится контргайкой. Закрывается клапан двумя пружинами. Вращение от коленчатого вала 1 к распределительному валу 7 передается втулочно-роликовой цепью 3. Этой же цепью приводится во вращение ведомая звездочка 13 привода масляного насоса и прерывателя-распределителя зажигания. Для уменьшения колебаний цепи служит успокоитель 12, закрепленный на торце двигателя. Для натяжения цепи предусмотрено натяжное устройство 5 с башмаком 4.

Привод распределительного вала в двигателе автомобиля ВАЗ-2105 осуществляется зубчатым ремнем. Для этого на коленчатом и распределительном валах (рис. б) установлены шкивы 14 и 16 с наружными зубьями специального профиля. Шкивы 14 и 16 охватываются ремнем 15, на внутренней поверхности которого также имеются зубья. Ремень охватывает также зубчатый шкив 17 привода масляного насоса. Ремень изготовлен из специальной резины, армированной стеклокордовым шнуром, а его рабочая зубчатая поверхность покрыта специальной эластичной тканью.

В конструкции привода предусмотрено натяжное устройство, состоящее из закрепленного на поворотной пластине гладкого ролика, который прижимается к наружной поверхности ремня 15 пружиной. Чтобы натяжение ремня сделать нормальным, достаточно отпустить болт 18, проходящий сквозь прорезь в пластине. Это позволит пружине подтянуть пластину вместе с роликом 5, после чего болт 18 следует затянуть.

Весь привод распределительного вала не нуждается в смазке; от пыли и грязи защищен легкими пластмассовыми крышками. Привод зубчатым ремнем позволяет (по сравнению с цепным) снизить металлоемкость и шум механизма газораспределения.

Поверхности кулачков и опорных шеек распределительного вала дизеля КамАЗ-740 отцементированы и закалены токами высокой частоты. Втулки подшипников сделаны из биметаллической ленты и запрессованы в перегородки блока. Шестерни привода распределительного вала расположены на заднем торце блока цилиндров.

Между каждой парой опорных шеек вала имеются четыре кулачка — для клапанов одного цилиндра правого ряда и одного цилиндра левого ряда. Углы взаимного расположения кулачков зависят от порядка работы цилиндров и фаз газораспределения.

Каждый цилиндр имеет по одному впускному и одному выпускному клапану. Для некоторых двигателей распределительные валы изготовляют из чугуна, в этом случае их кулачки и шейки подвергают отбеливанию.

Шестерни распределительных валов карбюраторных двигателей делают из чугуна или из текстолита. Зубья у шестерен косые, что вызывает появление силы, стремящейся переместить распределительный вал в осевом направлении.

Толкатели изготовляют из стали или чугуна. Стальные толкатели имеют наплавленную чугунную пятку, соприкасающуюся с кулачком. Толкатели бывают цилиндрическими, грибовидными или роликовыми. Толкатели имеют углубления, в которые входят нижние концы штанг. Перемещаются толкатели в направляющих, выполненных в блоке цилиндров, или в привернутых к нему корпусах направляющих.

Штанги изготовляют полыми из стали или из дюралюминия со стальными сферообразными наконечниками, которыми штанга упирается с одной стороны в толкатель, а с другой — в сферическую поверхность регулировочного винта.

Коромысло изготовляют из стали или чугуна. Плечо коромысла со стороны клапана длиннее, чем со стороны штанги толкателя. Это позволяет уменьшить высоту подъема толкателя и штанги. В отверстие коромысла запрессована бронзовая втулка. Устанавливают коромысла на полых осях, которые бывают общими для всех цилиндров или выполняют отдельно для каждого цилиндра.

Клапаны открывают и закрывают впускные и выпускные каналы. Клапан состоит из тарельчатой плоской головки и стержня. Диаметр головки впускного клапана больше, чем выпускного. Впускные клапаны изготовляют из хромистой стали; выпускные клапаны (или их головки) — из жаростойкой стали. Вставные седла клапанов, запрессованные в головку или блок цилиндров, изготовляют из жаростойкого чугуна. На рабочую поверхность головки выпускных клапанов иногда наплавляют жаростойкий сплав. Для лучшего охлаждения внутреннюю полость некоторых выпускных клапанов заполняют металлическим натрием, который имеет высокую теплопроводность и температуру плавления 98°С. При движении клапана расплавленный натрий, перемещаясь внутри стержня, отводит теплоту от головки к стержню, которая затем передается направляющей втулке 10.

Рабочая поверхность головки клапана (фаска) обычно имеет угол 45°; только у впускных клапанов двигателя ЗИЛ-130 этот угол равен 30°. Фаску головки клапана тщательно обрабатывают и притирают к седлу.

Стержень клапана имеет выточку, в которую вставляют сухарики 7 для крепления упорной шайбы 6 пружины клапана. Стержни клапанов перемещаются в направляющих втулках 10 — чугунных или металлокерамических.

Клапан прижимается к седлу одной или двумя пружинами. При двух пружинах направление их витков должно быть различным, чтобы при поломке одной из них ее витки не могли попасть между витками другой.


а — выпускной клапан, б — клапан закрыт, в — клапан открыт, г — детали механизма;
1 — корпус механизма поворота, 2 — шарики, 3 — опорная шайба, 4 — замочное кольцо, 5 — пружина клапана,
6 — упорная шайба пружины, 7 — сухарики, 8 — дисковая пружина, 9 — возвратная пружина,
10 — направляющая втулка, 11 — металлический натрий

Выпускные клапаны двигателей принудительно поворачиваются при работе, что предотвращает их заедание и обгорание. Механизм поворота состоит из неподвижного корпуса 1 (рис. а-г), пяти шариков 2 с возвратными пружинами 9, дисковой пружины 8 и опорной шайбы 3 с замочным кольцом 4. Корпус 1 установлен на направляющей втулке 10 клапана в углублении головки цилиндров и имеет секторные пазы для шариков 2. Опорная шайба 3 и дисковая пружина 8 с зазором надеты на выступ корпуса. При закрытом клапане (рис. б), когда усилие его пружины 5 невелико, дисковая пружина 8 выгнута наружной кромкой кверху, а внутренней кромкой опирается на заплечик корпуса /. При открытии клапана усилие его пружины 5 увеличивается, дисковая пружина 8 распрямляется и ложится на шарики 2 (рис. в). Усилие пружины 8 передается на шарики 2, и они, перекатываясь по секторным пазам корпуса, поворачивают дисковую пружину и опорную шайбу, а следовательно, пружину клапана и клапан.

При закрытии клапана усилие его пружины уменьшается, дисковая пружина 8 прогибается и упирается в заплечик корпуса, освобождая шарики 2, которые под действием пружины 9 возвращаются в исходное положение.

Для предотвращения попадания масла в цилиндр по зазору между стержнем клапана и направляющей втулкой 2 на ней или стержне клапана устанавливают резиновое уплотнение в виде колпачка 1 или сальника 3.


а — ЗМЗ-24, б — ВАЗ-2105;
1 — колпачок, 2 — направляющая втулка, 3 — сальник, 4 — лабиринтное уплотнение

В настоящее время за рубежом все шире применяют так называемую четырехклапанную конструкцию (в первую очередь для двигателей легковых автомобилей), т. е. установку в каждом цилиндре двух впускных и двух выпускных клапанов. Это позволяет улучшить наполнение цилиндров свежей смесью, а значит, увеличить литровую мощность двигателя (до 50 кВт/л). Свеча у четырехклапанных карбюраторных двигателей расположена в центре камеры, что сокращает время сгорания смеси и улучшает топливную экономичность двигателя.

Фазы газораспределения и порядок работы цилиндров

Фазы газораспределения.

Под фазами газораспределения понимают моменты начала открытия и конца закрытия клапанов, выраженные в градусах угла поворота коленчатого вала относительно мертвых точек. Для лучшей очистки цилиндров от отработавших газов выпускной клапан должен открываться до достижения поршнем НМТ, а закрываться после ВМТ. С целью лучшего наполнения цилиндров смесью впускной клапан должен открываться до достижения поршнем ВМТ, а закрываться после прохождения НМТ. Период, в течение которого одновременно открыты оба клапана (впускной и выпускной), называют перекрытием клапанов.

Фазы газораспределения подбирают на заводах опытным путем в зависимости от быстроходности двигателя и конструкции его впускной и выпускной систем. При этом стремятся использовать колебательное движение газов во впускной и выпускной системах таким образом, чтобы к концу закрытия впускного клапана перед ним оказалась бы волна давления, а к концу закрытия выпускного клапана за ним была бы волна разрежения. При таком подборе фаз газораспределения удается одновременно улучшить заполнение цилиндров свежей смесью и их очистку от отработавших газов.

Заводы указывают фазы газораспределения для своих двигателей или в виде диаграмм. Диаграмма показывает, что впускной клапан начинает открываться за 10° до ВМТ, а заканчивает закрываться через 46° после НМТ. Выпускной клапан начинает открываться за 66° до НМТ и заканчивает закрываться через 10° после ВМТ. Перекрытие клапанов в этом случае составляет 20°.


1 — впуск, 2 — выпуск

Правильность установки механизма ВМТ газораспределения определяется зацеплением распределительных шестерен с имеющимися на них метками. Отклонение при установке фаз газораспределения хотя бы на два зуба шестерни или звездочки распределительного вала приводит к удару клапана о поршень, потери компрессии, выходу из строя клапана или двигателя.

Постоянство фаз газораспределения сохраняется только при соблюдении теплового зазора в клапанном механизме. Увеличение этого зазора приводит к уменьшению продолжительности открытия клапана, и наоборот.

Порядок работы цилиндров.

Последовательность чередования одноименных тактов в различных цилиндрах называют порядком работы цилиндров двигателя. Порядок работы зависит от расположения цилиндров, расположения шеек коленчатого и кулачков распределительного валов.

У четырехтактного четырехцилиндрового однорядного двигателя такты чередуются через 180°, порядок работы может быть 1-3-4-2 («Москвич-2140», ВАЗ-2106 «Жигули») или 1-2-4-3 (ГАЗ-24 «Волга»).

В V-образных восьмицилиндровых четырехтактных двигателях шатунные шейки располагаются под углом 90°. Угол между двумя рядами цилиндров тоже 90°. Когда поршень одного цилиндра находится в какой-либо мертвой точке, поршень соседнего цилиндра находится примерно на середине своего хода. Поэтому такты, происходящие в левом ряду цилиндров, смещаются относительно соответствующих тактов, происходящих в цилиндрах правого ряда, на 90°, или 1/4 оборота, коленчатого вала.


— в начало —

В легковом автомобиле двигатель не сможет функционировать должным образом без четкой и слаженной работы ГРМ. Он отвечает за своевременный впрыск горючего в цилиндры, а также выводит из системы отработанный газ. Еще одна важная особенность — метки ГРМ. Нужно четко соблюдать их, в противном случае впрыск и выпуск газов собьются.

Это устройство обладает сложной конструкцией. ГРМ состоит из таких деталей и механизмов: приводные элементы, распределительный вал и распределительная шестерня, элементы привода клапана, непосредственно клапан и пружины, а также направляющие втулки. Работа газораспределительного механизма синхронизируется с зажиганием и впрыском.

Распределительный вал

Работа распределительного вала заключается в том, чтобы открывать клапаны в том порядке, который необходим для правильного функционирования двигателя. Для производства этих деталей используют чугун либо же специальную сталь. Чтобы уменьшить износ детали, ее поверхности закаляются при помощи тока высокой частоты, при этом они нагреваются.

Есть два места, в которых может располагаться распредвал. Это либо картер двигателя, либо головка блока цилиндров. Также есть варианты двигателей, когда в головке находятся сразу два распредвала (многоклапанные ДВС). Вращается распредвал на специальных опорных шейках.

Классификация двигателей в зависимости от числа распредвалов

В зависимости от количества распредвалов двигатели подразделяют на двойные (DOHC — Double Overhead Camshaft) и одинарные (SOHC — Single Overhead Camshaft). Если рассматривать двигатель типа DOHC, то там один распредвал управляет впускными, а другой — выпускными клапанами. В SOHC эти функции выполняет один распредвал.

Привод клапанов выполняется с помощью кулачков, которые закреплены на распредвале. Их число напрямую зависит от количества клапанов. В зависимости от конструкции двигателя оно может колебаться от двух до пяти на один цилиндр. Есть различные конфигурации клапанов: два впускных и один выпускной, по два каждого типа, три впускных и два выпускных. Форма же кулачков отвечает за то, как именно будет открываться и закрываться клапан, время его открытия и высоту подъема.

Привод распредвала: общая информация

Привод распредвала от коленвала может осуществляться тремя различными способами: с помощью ремня (ременная передача), цепи (цепная передача), а если конфигурация двигателя предусматривает нижнее расположение распредвала, то с помощью зубчатых шестеренок. Самым надежным по праву считается именно цепной привод, но он отличается сложностью конструкции и высокой ценой. Ременной же привод гораздо проще, но и ресурс работы у его ремня ниже, а если тот порвется, последствия могут быть плачевными.


Если ремень обрывается, то работа распредвала останавливается, а коленвал продолжает работать. Чем же это грозит? Если двигатель многоклапанный, то при работе поршни будут ударяться о клапаны, которые остаются в открытом состоянии. Это может не только повредить стержни, но и направляющие втулки. Может даже разрушиться сам поршень. В простых двуклапанных двигателях такой проблемы нет, поэтому там ремонт ограничивается всего лишь заменой ремня.

Если обрывается ремень газораспределительного механизма на дизельном двигателе, то последствия будут еще тяжелее, чем на бензиновом. Поскольку камера сгорания находится в поршнях, у клапанов очень мало места. Так что если клапан зависает в открытом положении, то разрушаются на только стержни и втулки, но и распредвал, подшипники, толкатели, есть высокий шанс деформации шатунов. А если ремень обрывается на высоких оборотах, то можно даже повредить блок цилиндров.

Привод газораспределительного механизма: разновидности

В зависимости от расположения распредвала существует несколько видов привода ГРМ. Если распредвал имеет нижнее расположение, то усилие на клапаны передается с помощью толкателей, штанг и коромысел. Если же распредвал находится вверху, есть три варианта работы привода: коромыслами, толкателями и рычагами.


Коромысла также называют рокерами или роликовыми рычагами, они изготавливаются из стали, крепятся на ось, которая установлена в головке цилиндра на стойки. Коромысла упираются в кулачки распредвала, а также воздействуют на торец стрежня клапана. Для того чтобы уменьшить трение во время их работы, в отверстие запрессовывают специальную втулку.

Если распредвал располагается над клапанами, то они приводятся в движение посредством рычагов. Кулачки распредвала воздействуют на стержень клапана. Есть разновидности ГРМ, в которых ставится гидрокомпенсатор между рычагом и клапаном. Такие экземпляры не требуют регулировки зазора.

В третьем варианте распредвал воздействует непосредственно на сам толкатель клапана. Толкатели бывают механическими, гидро- и роликовыми. Первые практически не используют, так как они слишком шумные, а также требуют регулировки зазора. Самым популярным является второй тип, поскольку гидротолкатели не требуют такой регулировки и работают на порядок тише. Они действуют на основе моторного масла, оно постоянно заполняет внутренние полости и таким образом смещает поршень при появлении зазора.

Часто роликовые толкатели используют в форсированных двигателях, так как они улучшают динамику за счет снижения трения. Все дело в том, что при взаимодействии кулачок катится по толкателю, а не трется, так как в том месте расположен ролик.

Клапаны

Клапанное распределение получило наибольшее распространение в силу своей простоты и высокой надежности. Оно позволяет наиболее эффективно воплощать в жизнь назначение газораспределительного механизма.

Задача клапанов — это открытие впускных и выпускных каналов в определенное время. Сам клапан имеет довольно простое строение — головка и стержень. Для впускных и выпускных клапанов головки имеют разные диаметры. Поскольку выпускные при работе нагреваются гораздо больше (так как они контактируют с отработанными нагретыми газами), их делают из теплоустойчивой стали.

На стержнях в верхней части есть выточка для крепления деталей клапанной пружины. Сами они изготовлены полыми, с наполнением из натрия (обеспечивается лучшее охлаждение). Стержни закреплены во втулках, которые делаются из металлокерамики или чугуна. Втулки, в свою очередь, запрессовываются в головки цилиндра.

Возможные неисправности в ГРМ

Так как газораспределительный механизм состоит из большого количества деталей, логично будет предположить, что существует большой риск его поломки. Среди самых распространенных причин можно выделить следующие:

Износ подшипников или толкателей клапана — можно определить по повышенному шуму мотора;

Неполадки с гидрокомпенсаторами — проявляются в виде стука при работе двигателя;

Прогорание клапанов или образование нагара в системе;

Износ сальников клапана — масло попадает в систему и начинает сгорать в цилиндрах;

Износ ремня или цепи ГРМ — падает мощность двигателя, он шумит, происходят сбои в фазах работы.


Стоит сказать, что на современных авто ГРМ выполнен достаточно качественно, это значительно повышает его эксплуатационный срок. Ведь если, например, взять газораспределительный механизм ВАЗ 2106, то можно увидеть, что он нуждался в постоянном уходе, регулировке клапанов и замене тех или иных деталей.

Признаки, по которым можно определить, что газораспределительный механизм неисправен, — это посторонние звуки в выпускном и впускном трубопроводах (хлопки или шум), уменьшение компрессии, металлический стук или падение мощности двигателя. Появление этих признаков сигнализирует о том, что ГРМ неисправен и необходим его ремонт.

Рабочий цикл двигателя и ГРМ

По стандарту рабочий цикл ДВС осуществляется за 2 поворота коленвала. В этот промежуток времени должны открыться и закрыться в определенной последовательности клапаны каждого цилиндра. Поэтому распредвал всегда вращается медленнее, чем коленвал. Соответственно, размеры шестерен у этих валов разные (у распредвала больше). Клапаны же открываются в зависимости от направления и движения цилиндров в двигателе. То есть во время такта впуска впускные клапаны открыты, и наоборот — при выпуске они закрыты. Именно с этой целью на шестерни наносятся метки ГРМ.

Газораспределительные фазы

Теория говорит, что клапаны должны открываться в моменты прохождения цилиндров через мертвые точки. Но поскольку процесс инерционен, а также при учете повышенных оборотов коленвала, этого времени явно недостаточно для впрыска смеси и выпуска отработанных газов. Поэтому впускной клапан открывается еще до того как цилиндр займет положение в верхней мертвой точке (с упреждением примерно 9-24 градуса поворота коленвала), а закрытие происходит во время прохождения цилиндром нижней мертвой точки (упреждение 51-64 градуса).

Выпускной клапан открывается примерно за 44-57 градусов до того как цилиндр займет положение в нижней мертвой точке. Закрывается он примерно на 13-27 градусах прохождения ее цилиндром.

В процессе работы двигателя бывают моменты, когда открыты оба клапана. Это положение предназначено для продувки цилиндров свежей горючей смесью с целью их очистки от излишних продуктов сгорания. Оно называется перекрытием клапанов.

Моменты, когда происходит открытие или закрытие клапана относительно мертвых точек, называются фазами газораспределения, они рассчитываются в градусах поворота коленвала.

Естественно, что такая важная часть автомобиля, как ГРМ, просто не потерпит небрежного обращения. Конечно, газораспределительный механизм двигателя — достаточно надежный узел, но даже его можно сломать полностью. Одной из причин поломок может стать некачественный ремонт. Поэтому стоит внимательно относиться к этому.

Что нужно знать?

Первое, что нужно знать, перед тем как проводить ремонт газораспределительного механизма своими руками, — то, что его выполнить очень трудно. Для этого нужны технические навыки, которые вряд ли есть у обычного автомобилиста. Также будут необходимы определенные инструменты, которые можно найти далеко не в каждом гараже. Да и любое неосторожное движение может вызвать последствия, которые окажутся гораздо хуже, чем первоначальная поломка. Поэтому всегда стоит доверять ремонт ГРМ своего автомобиля только проверенным специалистам.

Устройство газораспределительного механизма таково, что чаще всего в процессе его эксплуатации выходят из строя движущиеся части: клапаны, кулачки, распредвал. Ели повреждения или неисправности не критические, вполне можно обойтись и без замены каких-либо деталей. Но если они будут серьезными, нужно быть готовым тратить деньги на покупку и установку новых запчастей. Определенную сумму придется также выложить и за саму процедуру ремонта.

Как и любая другая техника, автомобиль может работать долго и безотказно, если его правильно эксплуатировать. И наоборот, небрежное обращение с ним только увеличит шанс поломок.

Газораспределительный механизм — это одна из важнейших частей, без которых двигатель не сможет функционировать. Поэтому забота о нем — фактор, который не стоит упускать из виду.

Как же уберечь ГРМ от поломок?

Во-первых, всегда нужно использовать только качественное топливо. Если оно будет с посторонними примесями, могут засориться выходы клапанов, будет давать перебои двигатель. То же самое касается и комплектующих — бракованные запчасти долго не проработают и нанесут только вред. Так что всегда стоит выбирать для своего авто только лучшие детали и расходные материалы.

Не менее важный фактор — правильная эксплуатация. Не стоит подвергать автомобиль перегрузкам, которые будут вредными для него. Перегрев двигателя, работа с неисправными узлами, длительная эксплуатация без техобслуживания снижают срок работы машины и разрушают ее узлы и детали. Поэтому правилами эксплуатации авто также не стоит пренебрегать.


Распредвал представляет собой ось с проточенными на ней кулачками. Кулачки расположены по валу так, что в процессе вращения, соприкасаясь с толкателями клапанов, нажимают на них точно в соответствии с .

Существуют двигатели и с двумя распредвалами (DOHC) и большим числом клапанов. Как и в первом случае, шкивы приводятся в действие одним ремнем ГРМ и цепью. Каждый распредвал закрывает один тип клапанов впускных или выпускных.

Клапан нажимается коромыслом (ранние версии двигателей) или толкателем. Различают два вида толкателей . Первый – толкатели, где зазор регулируется калибровочными шайбами, второй – гидротолкатели. Гидротолкатель смягчает удар по клапану благодаря маслу, которое находится в нем. Регулировка зазора между кулачком и верхней частью толкателя не требуется.

Принцип работы ГРМ

Весь процесс газораспределения сводится к синхронному вращению коленчатого вала и распределительного вала. А так же открыванию впускных и выпускных клапанов в определенном месте положения поршней.

Для точного расположения распредвала относительно коленвала используются установочные метки . Перед надеванием ремня газораспределительного механизма совмещаются и фиксируются метки. Затем надевается ремень, «освобождаются» шкивы, после чего ремень натягивается натяжным(и) роликами.

При открывании клапана коромыслом происходит следующее: распредвал кулачком «наезжает» на коромысло, которое нажимает на клапан, после прохождения кулачка, клапан под действием пружины закрывается. Клапаны в этом случае располагаются v-образно.

Если в двигателе применены толкатели, то распредвал находится непосредственно над толкателями, при вращении, нажимая своими кулачками на них. Преимущество такого ГРМ малые шумы, небольшая цена, ремонтопригодность.

В цепном двигателе весь процесс газораспределения тот же, только при сборке механизма, цепь надевается на вал совместно со шкивом.

Другими словами, в момент нажатия на педаль газа водитель открывает дроссельную заслонку, что означает больший приток воздуха во впускной коллектор. Большее количество воздуха приводит к образованию большего количества топливно-воздушной смеси. Задачей ГРМ становится немедленное увеличение пропускной способности для лучшего наполнения камеры сгорания и дальнейший выпуск отработавших газов. Для этого необходимо увеличение частоты открытия и закрытия .

Привод ГРМ напрямую реализован от двигателя. Клапаны двигателя приводятся в действие распределительным валом. Получается, что увеличение частоты вращения коленвала заставляет вращаться быстрее, что и увеличивает частоту открытия и закрытия клапанов. Результатом становится увеличение оборотов двигателя и повышение отдачи от силового агрегата. Взаимосвязь распределительного и коленчатого валов позволяет ДВС эффективно получить и сжечь топливно-воздушную смесь в том количестве, которое необходимо для того или иного режима работы мотора.

Эволюция: верхняя и нижняя компоновка клапанов

Двигатель внутреннего сгорания в процессе эволюции получил нижнеклапанную и верхнеклапанную схему компоновки клапанов. Нижнеклапанный двигатель представляет собой ДВС с нижним расположением клапанов. Конструкция газораспределительного механизма двигателя с нижним расположением клапанов подразумевает то, что тарелка клапана направлена вверх. Клапаны перевернуты и расположены не сверху цилиндра двигателя, а сбоку. Моторы с нижнеклапанной схемой получили аббревиатуру SV (англ. side-valve), что означает «боковой клапан».

Главным отличием моторов типа SV становится относительная простота нижнеклапанного двигателя сравнительно с моторами типа OHV, SOHC, DOHC и т.д. К недостаткам относят низкую эффективность наполнения камеры сгорания топливно-воздушной смесью. Это означает, что нижнеклапанный двигатель менее эффективен и потенциально имеет меньшую степень форсировки. Вторым серьезным недостатком стала явная склонность моторов подобного типа к перегреву.

Нижнеклапанные двигатели были широко распространены на гражданских авто и другой технике до середины 20-го века, хотя с самого начала эпохи двигателестроения высокофорсированные гоночные авто получали более совершенные схемы устройства механизма газораспределения.

Сегодня подавляющее большинство ДВС оснащены газораспределительными механизмами с верхним расположением клапанов. Такая схема компоновки быстро вытеснила нижнеклапанную в 60-е, когда мощность двигателя стала приоритетной задачей для инженеров. Верхнеклапанный ГРМ позволял избавиться от множества дополнительных деталей, которые конструктивно необходимы для реализации нижнеклапанной схемы. Верхнее расположение позволило кулачкам распредвала напрямую и без потерь давить на штоки клапанов. Устойчивая работа ДВС на максимальных оборотах, эффективное наполнение цилиндров и возросшая мощность стали результатом применения верхнеклапанной схемы.

Верхнее расположение клапанов заметно упростило ремонт и обслуживание силового агрегата. Размещение распределительного вала в верхней части мотора сделало возможным снижение общей массы, уровня шума и вибраций в процессе работы силового агрегата. Более того, верхнеклапанная конструкция позволила ГРМ и двигателю эволюционировать дальше, так как стало возможным увеличение количества клапанов на один цилиндр (сегодня моторы могут иметь 8,16, 24 и более клапанов). Также появилась возможность реализовать установку не одного, а сразу двух распредвалов (один вал для впускных, а другой вал для выпускных клапанов). Главным недостатком верхнеклапанной конструкции считается цепная или ременная система привода клапанов.

Устройство газораспределительного механизма

Механизм газораспределения состоит из ряда составных элементов, которые выполняют следующие функции:


  • механизм привода распредвала вращает вал с нужной скоростью;
  • распределительный вал открывает и закрывает клапаны;
  • клапаны осуществляют открытие и закрытие впускных и выпускных каналов;

Основой всего ГРМ являются клапаны и распределительный вал (кулачковый вал). Распредвал представляет собой элемент, на котором выполнены так называемые кулачки. Распредвал свободно вращается на подшипниках. В процессе вращения распределительного вала указанные кулачки нажимают на толкатели клапанов в тот самый момент, когда в цилиндре двигателя происходит такт впуска или выпуска.

Механизм газораспределения частично расположен в верхней зоне блока цилиндров ДВС. Местом установки стала . В головке находится распредвал и его подшипники, сами клапаны, коромысла или толкатели клапанов. Верх головки прикрывает клапанная крышка. Данная крышка клапанов устанавливается на головку блока цилиндров с использованием специальной уплотнительной прокладки.

Ремень и цепь ГРМ: особенности привода

Шкив привода распредвала вынесен из ГБЦ. Для предотвращения утечек масла шейка распредвала имеет сальник. Механизм газораспределения приводится в действие ремнем или цепью. Цепь или зубчатый ремень ГРМ надевается на шкив распределительного вала или ведомую звездочку с одной стороны, а с другой стороны усилие передается от шестерни коленчатого вала.

Цепной или ременной привод клапанов обеспечивает важнейшее требование — неизменное положение коленчатого и распределительного вала (или нескольких валов) по отношению друг к другу. Даже малейшее отклонение приведет к отсутствию синхронизации и сбоям в работе двигателя. Более серьезные нарушения немедленно проявляются в виде серьезной поломки ДВС.

Цепная передача с использованием роликовой цепи считается более надежной, но присутствуют определенные сложности с обеспечением необходимого натяжения. Основным недостатком ремня ГРМ является потенциальный риск его обрыва, который в ряде случаев приводит к загибу клапанов.

В списке дополнительных элементов также находятся натяжные ролики для натяжения ремня ГРМ, для цепи используется натяжитель цепи ГРМ («башмак» цепи). К недостаткам цепного привода ГРМ также относят повышенный шум в процессе работы. Минусом ремня ГРМ считается необходимость его замены каждые 50-60 тыс. км, а также контроль состояния ремня и роликов с определенной периодичностью.

Клапанный механизм

Что касается клапанного механизма, сюда относятся направляющие втулки, седла клапанов, возвратные пружины, механизм вращения клапана и другие детали. Распределительный вал в нужный момент передает усилие сразу на шток (стержень) клапана или же через промежуточное звено — рокер (коромысло клапана).

Конструктивно встречаются ГРМ, которые требуют периодической регулировки. В конструкции предусмотрены специальные регулировочные болты и шайбы для выставления допустимых зазоров. Существует также решение, когда требуемый зазор постоянно поддерживается автоматически. Регулировка зазора в таких механизмах осуществляется посредством гидрокомпенсаторов.

Управление фазами газораспределения

В конструкции современного двигателя за последние годы произошли серьезные изменения. Речь идет о появлении управляющих систем на основе микропроцессоров (ЭБУ). На фоне постоянного роста цен на топливо и ужесточения экологических норм приоритетной задачей двигателестроения стала не только мощность агрегатов, но и экономичность.

Понизить расход топлива и улучшить эксплуатационные показатели ДВС без потерь мощности удалось благодаря появлению распределенного впрыска и систем контроля работы ГРМ. Такие системы изменения фаз газораспределения (англ. Variable Valve Timing, VVT) получили международное признание и активно используются ведущими автопроизводителями по всему миру.

Изменение фаз газораспределения (среди автомехаников данная система получила обиходное наименование «фазовращатель») позволят реализовать оптимальную синхронизацию впуска и выпуска применительно к конкретным условиям работы двигателя на разных режимах.

Работа указанной системы заключается в том, что она контролирует скорость вращения распредвалов ГРМ. Система немного проворачивает распределительный вал в направлении его вращения, позволяя клапанам открываться раньше при необходимости. Это означает, что в современном моторе распредвал больше не вращается с неизменной скоростью относительно коленвала.

Главной задачей становится наиболее эффективное наполнение цилиндров в зависимости от режима работы мотора. Представим машину, которая движется практически по инерции, хотя водитель продолжает слегка нажимать на газ. Система динамично определяет отсутствие нагрузки на двигатель в такие моменты и регулирует фазы газораспределения. Для режима холостого хода потребление топлива должно быть сведено к минимуму, так как подавать рабочую топливно-воздушную смесь в полном объеме не имеет никакого смысла. Система VVT постоянно следит за работой силового агрегата и активно управляет вращением распределительных валов.

Дальнейшее развитие подобных систем привело к появлению решений, в которых отмечено использование кулачков распредвала различной формы. Такая схема позволила ступенчато изменять продолжительность открытия и высоту подъема клапана. Данная система изменения фаз газораспределения является наиболее совершенной и активно развивается сегодня, основываясь на динамичном регулировании высоты подъема впускных клапанов.

Типы грм. Назначение и характеристика Как устроен распредвал

Есть три важные характеристики конструкции распределительного вала, они и управляют кривой мощности двигателя: фазы газораспределителя распредвала, продолжительность открывания клапана и величина подъема клапанов. Далее в статье мы расскажем, что представляет собой конструкция распределительных валов и их привода.

Подъем клапана обычно рассчитывается в миллиметрах и представляет собой то расстояние, на которое клапан максимально отойдет от седла. Продолжительность открытия клапанов — это период времени, который измеряется в градусах поворота коленвала.

Продолжительность можно измерить различными путями, но из-за максимального потока при небольшом подъеме клапана, продолжительность обычно меряют после того, как клапан уже поднялся от седла на некоторую величину, часто она составляет 0,6 или 1,3 мм. Например, у конкретного распределительного вала может быть продолжительность открывания в 2000 поворотов при подъеме в 1,33 мм. В результате, если использовать подъем толкателя в 1,33 мм в качестве точки остановки и начала подъема клапана, распределительный вал будет удерживать клапан в открытом состоянии в течение 2000 поворота коленвала. Если продолжительность открытия клапана будет измеряться при нулевом подъеме (когда он только отходит от седла или находится в нем), то продолжительность положения коленвала будет составлять 3100 или даже более. Момент, когда определенный клапан закрывается или открывается, часто называют фазой газораспределения распредвала . Например, распределительный вал может производить действие по открытию впускного клапана при 350 до верхней мертвой точке и закрывать его при 750 после нижней мертвой точки.

Увеличение расстояния подъема клапана может быть полезным действием в увеличении мощности мотора, так как мощность можно добавить без существенного вмешательства в характеристики двигателя, особенно на низких оборотах. Если углубиться в теорию, то ответ на данный вопрос будет довольно простым: такая конструкция распределительного вала при коротком времени открытия клапанов нужна, для того чтобы увеличить максимальную мощность двигателя. Работать это теоретически будет. Но, механизмы привода в клапанах не такие и простые. В таком случае высокая скорость движения клапанов, которые обуславливаются этими профилями, значительно уменьшит надежность двигателя.

Когда скорость открывания клапана увеличится, то на передвижения клапана из закрытого положения до полного его подъема и возвращения с точку отправления остается меньше времени. В случае если время движения станет еще короче, понадобятся клапанные пружины с большим усилием. Часто это становится механически невозможным, не говоря уже о том, чтобы привести в движение клапаны на довольно низких оборотах.

В результате, что же является надежным и практичным значением максимального подъема клапана? Распределительные валы с величиной подъема, больше 12,8 мм (минимум для мотора в котором привод осуществляется при помощи шлангов), находятся в непрактичной для обычных моторов области. Распределительные валы с продолжительностью впускного такта менее 2900, которые сочетаются с величиной подъема клапана больше чем на 12,8 мм, обеспечивают очень высокие скорости закрывания и открывания клапанов. Это, безусловно, создаст дополнительную нагрузку на механизм привода клапанов, что существенно уменьшает надежность: кулачков распределительного вала, направляющих втулок клапанов, стержней клапанов, клапанных пружин. Впрочем, вал с высокой скоростью подъема клапанов может работать в начала очень даже неплохо, однако срок службы направляющих и втулок клапанов, скорее всего не превысит 22000 км. Хорошо, что большинство фирм-производителей распределительных валов конструируют свои детали так, что в них обеспечен компромисс между продолжительности открывания клапанов и значениями подъема, при надежности и долгом сроке службы.

Продолжительность такта впуска и обсуждаемые подъем клапанов не являются только одними элементами конструкции распределительного вала, влияющие на конечную мощность двигателя. Моменты, закрытия и открытия клапанов относительно положения распредвала, также являются столь важными параметрами для оптимизации характеристик мотора. Эти фазы газораспределения распредвала вы можете найти в таблице данных, которая прилагается к любому качественному распределительному валу. Такая таблица данных графически и числами иллюстрирует угловые положения распределительного вала, когда выпускные и впускные клапаны закрываются и открываются. Они будут точно определены в градусах поворота коленвала перед верхней или нижней мертвой точкой.

Угол между центрами кулачков — это угол смещения между линией центра кулачка выпускного клапана (который называется выпускным кулачком) и линией центра кулачка впускного клапана (который называется впускным кулачком).

Угол цилиндра зачастую измеряется в «углах поворота распредвала», т.к. мы обсуждаем смещение кулачков относительно друг друга, это является одним из немногих моментов, когда характеристика распределительного вала указывается в градусах поворота вала, а не в градусах поворота коленвала. Исключение составляют те двигатели где, применены два распределительных вала в ГБЦ (головке блока цилиндров).

Угол, выбранный в конструкции распределительных валов и их привода, непосредственно повлияет на перекрытие клапанов, то есть на период, когда выпускной и впускной клапаны одновременно открыты. Перекрытие клапанов часто измеряют SB углах поворота коленвала. В моменты уменьшения угла между центрами кулачков, происходит открывания впускного клапана и закрывания выпускного клапана. Всегда надо помнить, что на перекрытие клапанов влияет и изменение времени открытия: в случае увеличения продолжительности открывания, перекрытие клапанов также станет большим, обеспечивая при этом отсутствие изменений угла, чтобы компенсировать эти увеличения.

Что такое распредвал в автомобиле

Распределительный вал – это функциональный элемент топливной системы автомобиля, ответственный за правильное последовательное открывание и закрывание клапанов мотора. От правильности его функционирования зависят расход топлива, развиваемая мощность, стабильность его работы, другие ездовые характеристики. Давайте рассмотрим, что такое распредвал в автомобиле, в чём заключается его принцип действия и как неправильная работа сказывается на машине.

Что такое распредвал

Как выглядит распредвал.

Распределительный вал представляет собой стержень, на котором располагается несколько так называемых кулачков. Это детали неправильной формы, вращающиеся на оси вала. Они соответствуют количеству впускных клапанов цилиндров и располагаются точно напротив них. Комплект кулачков подобран так, что вращение гарантирует стабильное и равномерное сжигание топлива в цилиндрах. А работа всего распредвала чётко синхронизирована с другими механизмами двигателя.

По обеим сторонам от кулачков на вал надеты опорные шейки, удерживающие его в подшипниках. Одним из важнейших узлов вала являются масляные каналы. От их состояния зависит физический износ деталей, мощностные характеристики мотора и стабильность его работы. Для подвода масла в оси распредвала сделано сквозное отверстие с выводами к опорным подшипникам и кулачкам.

Как устроен распредвал


Распредвалы в головке блока цилиндров.

Распределительный вал – это ключевой функциональный компонент газораспределительного механизма, который определяет порядок открытия клапанов для запуска воздушно-топливной смеси внутрь цилиндров. Синхронная работа этого механизма обеспечивает непрерывное поочерёдное сгорание порций топлива в камерах двигателя. В некоторых моделях автомобилей газораспределительный механизм имеет несколько распредвалов.

Конструкция, расположение, состав и характеристики кулачков распределительного вала полностью зависят от модели двигателя. В некоторых машинах распредвал размещается в головке блока цилиндров, а в других – в его основании. Верхнее расположение на данный момент считается оптимальным, так как облегчает ремонт и обслуживание. Распредвал ремённой или цепной передачей связывается с коленчатым валом двигателя, потому что именно им приводится в движение.

Как работает распредвал

Как работает распредвал.

При поперечном рассмотрении кулачок имеет форму капли. При вращении вытянутая часть кулачка наживает на толкатель клапана и приводит к открыванию клапана. Это провоцирует подачу воздушно-топливной смеси для сжигания. При дальнейшем вращении кулачок «отпускает» толкатель, и тот под действием пружинного механизма возвращает клапан в закрытое положение.

В шестерне распределительного вала располагается в два раза больше зубьев, чем у коленчатого. Это связано с тем, что за один рабочий циклы двигателя коленвал совершает 2 оборота, а распредвал – 1.

Конфигурация двигателя может включать два распределительных вала. Компоновка газораспределительного механизма с одним валом применяется в бюджетных машинах, где цилиндры имеют по 1 паре клапанов. Два распредвала нужны в моделях с двумя парами клапанов на цилиндрах.

За что отвечает датчик распредвала

Датчик положения распределительного вала определяет угловые положения ГРМ относительно коленчатого вала и генерирует соответствующие сигналы в системе электронного управления двигателем. В результате корректируются зажигание и впрыск топлива. На бензиновых автомобилях сбой в работе данного прибора блокирует работу ЭБУ и не позволяет завести мотор. В дизельных моделях пуск возможен, но все равно сложен.

Как и датчик коленвала, датчик распредвала работает на основе принципа Холла – магнитное поле в приборе изменяется при замыкании магнитного зазора специальным зубцом, который находится на валу или задающем диске. Когда зубец проходит рядом с датчиком, формируется сигнал, отправляемый в электронный блок управления. Частота импульсов напрямую связана с темпом вращения распредвала, исходя из чего ЭБУ и вносит корректировки в работу двигателя. За счёт постоянного получения данных о позиции поршня первого цилиндра обеспечивается последовательный и своевременный впрыск.

Поломки и их причины

Неисправный распределительный вал чаще всего выдаёт своё состояние характерным стуком, который возникает из-за износа подшипников или кулачков, деформации вала, механической поломке одного из элементов. Такие поломки возникают, как по причине заводского брака, так и в результате естественного износа.

Стук распредвала также возникает при использовании плохого моторного масла или из-за неотрегулированной подачи топлива. Из-за этого клапана цилиндров и кулачки работают несинхронно – двигатель теряет мощность, расходует слишком много топлива и работает нестабильно.

Видео на тему

Avtonov.com

Всё про распредвал (распределительный вал) » АвтоНоватор

Доброго времени суток, уважаемые автолюбители! Давайте мы с вами вместе попробуем разложить по полкам, в буквальном смысле слова, устройство одной из важных составляющих газораспределительного механизма (ГРМ) двигателя — распределительный вал.

Устройство распредвала

Распредвал выполняет далеко не последнюю функцию в работе двигателя автомобиля – он синхронизирует впуск и выпуск тактов работы двигателя.

В зависимости от типа двигателя, ГРМ может быть с нижним расположением клапанов (в блоке цилиндров), так и с верхним расположением клапанов (в головке блока цилиндров).

В современном моторостроении предпочтение отдаётся верхнему расположению ГРМ. Это позволяет упростить процесс обслуживания, регулировки и ремонта распредвала, благодаря простоте доступа к деталям ГРМ.

Конструктивно распредвал связан с коленвалом двигателя. Это соединение осуществляется посредством ремня или цепи. Ремень или цепь распредвала надета на шкив распредвала и звездочку коленвала. Привод распределительного вала осуществляется за счет коленчатого вала.

Наиболее эффективным считается шкив распредвала — разрезная шестерня, который применяется для тюнинга рапредвала с целью увеличения мощностных характеристик двигателя.

На головке блока цилиндров расположены подшипники, в которых вращаются опорные шейки распредвала. В случае ремонта для крепления опорных шеек используются ремонтные вкладыши распредвала.

Осевой люфт распредвала предотвращают фиксаторы распредвала. По оси распределительного вала выполняется сквозное отверстие. Через него осуществляется смазка трущихся поверхностей деталей. С задней стороны это отверстие закрывает заглушка распредвала.

Кулачки распредвала – важнейшая составная часть. Их количество соответствует количеству впускных и выпускных клапанов двигателя. Именно кулачки и выполняют основное назначение распредвала – регулировка фаз газораспределения двигателя и порядок работы цилиндров.

Каждый клапан имеет свой, индивидуальный кулачок, который его и открывает, «набегая» на толкатель. Когда кулачок сходит с толкателя, под действием мощной возвратной пружины клапан закрывается.

Кулачки распредвала располагаются между опорными шейками. Два кулачка: впускной и выпускной на каждый цилиндр. Кроме того, на вал крепится шестерня для привода прерывателя-распределителя и масляного насоса. Плюс эксцентрик для приведения в действие топливного насоса.

Газораспределительная фаза распредвала подбирается опытным путём, и зависит от конструкции впускных и выпускных клапанов и числа оборотов двигателя. Производители для каждой модели двигателя указывают фазы распредвала в виде диаграмм или таблиц.

На опорах распредвалов устанавливается крышка распредвала. Передняя крышка распредвала – общая. В ней установлены упорные фланцы, входящие в проточки в шейках распредвалов.

Основные детали ГРМ

  • Клапаны: впускные и выпускные. Клапан состоит из стержня и тарельчатой плоскости. Седла клапанов являются вставными для простоты их замены. Головка впускного клапана по диаметру больше, чем выпускного.
  • Коромысло служит для передачи усилия клапану от штанги. В коротком плече коромысла существует винт для регулировки теплового зазора.
  • Штанга предназначена для передачи усилия от толкателя к коромыслу. Одним концом штанга упирается в толкатель, а другим — в регулировочный болт коромысла.

Принцип работы распредвала

Распредвал находится в развале блока цилиндров. С помощью зубчатой или цепной передачи распредвал приводится в действие от коленчатого вала.

Вращение распределительного вала обеспечивает воздействие кулачков на работу впускного и выпускного клапанов. Это происходит в строгом соответствии с фазами газораспределения и порядком работы цилиндров двигателя.

Для правильной установки фаз газораспределения существуют установочные метки, расположенные на распределительных шестернях или на приводном шкиве. С этой же целью кривошипы коленвала и кулачки распредвала должны быть в строго определенном положении, относительно друг друга.

Благодаря установке, производимой по меткам, соблюдается последовательность чередования тактов – порядок работы цилиндров двигателя. Порядок работы цилиндров зависит от их расположения и конструктивных особенностей коленвала и распредвала.

Рабочий цикл двигателя

Период, когда впускной и выпускной клапаны в каждом цилиндре должны открыться один раз — это и есть рабочий цикл двигателя. Он осуществляется за 2 оборота коленвала. В это время распредвал должен сделать один оборот. Именно для этого и шестерня распредвала имеет в два раза больше зубьев.

Количество распредвалов в двигателе

Эта величина, как правило, зависит от конфигурации двигателя. Двигатели с рядной конфигурацией и одной парой клапанов на цилиндр имеют один распредвал. Если на цилиндр предусмотрено 4-е клапана, то два распредвала.

Оппозитные и V-образные двигатели имеют один распредвал в развале, либо два, по одному распредвалу в каждой головке блока. Существуют также исключения, связанные с конструктивными особенностями модели двигателя. (например, рядное расположение четырех цилиндров – один распредвал при 4-х клапанах на цилиндр, как у Мицубиси Лансер 4G18).

Современный рынок предлагает потребителю разные двигатели с разными системами изменения фаз газораспределения. Наиболее характерные из них:

VTEC – технологическая разработка компании Honda. Регулировка фаз происходит посредством использования для регулируемого клапана 2 кулачков.

VVT-i — от фирмы Toyota. Регулировка фаз производится поворотом распредвала относительно его приводной звёздочки.

Valvetronic — технологическая разработка компани BMW. Регулировка высоты подъёма клапанов происходит за счёт изменения положения оси вращения коромысел.

Успехов вам в изучении устройства двигателя своего автомобиля.

carnovato.ru

Распредвал — Словарь автомеханика

Распределительный вал, в сокращенном варианте распредвал – основная часть главного распределительного механизма или ГРМ, важный элемент автомобильного двигателя. Его задача заключается в синхронизации впускного и выпускного тактов работы ДВС.

Конструктивные особенности

Расположение данного механизма целиком зависит от конструкции ДВС, поскольку в некоторых моделях распредвал размещается внизу, в основании блока цилиндров, а в других – вверху, прямо в головке блока цилиндров. На данный момент оптимальным считается верхнее расположение распредвала, поскольку это существенно упрощает сервисный и ремонтный доступ к нему. Распредвал напрямую связан с коленвалом. Они соединяются между собой цепной или ременной передачей посредством обеспечения связи между шкивом на валу ГРМ и звездочкой на коленвале. Это необходимо потому, что приводится в движение распредвал именно коленвалом.

Устанавливается распределительный вал в подшипники, которые в свою очередь надежно закрепляются в блоке цилиндров. Осевой люфт детали не допускается за счет применения в конструкции фиксаторов. Ось любого распредвала имеет сквозной канал внутри, через который осуществляется смазка механизма. Сзади данное отверстие закрыто заглушкой.

Важными элементами являются кулачки распредвала. По количеству они соответствуют числу клапанов в цилиндрах. Именно эти детали выполняют основную функцию ГРМ – регулирование порядка работы цилиндров.

На каждый клапан приходится отдельный кулачок, открывающий его через нажим на толкатель. Освобождая толкатель, кулачок позволяет распрямиться пружине, возвращающей клапан в закрытое состояние. Устройство распределительного вала предполагает наличие двух кулачков для каждого цилиндра – по числу клапанов.

Устройство распределительного вала.

Следует отметить, что от распределительного вала также осуществляется привод топливного насоса и распределителя масляного насоса.

Принцип работы

Распределительный вал двигателя, располагаемый в блоке цилиндров, приводится в движение зубчатой или цепной передачей от коленвала.

Вращаясь, распредвал проворачивает располагающиеся на на нем кулачки, которые попеременно воздействуют на впускные и выпускные клапана цилиндров, обеспечивая их открывание-закрывание в определенном порядке, уникальном для каждой модели ДВС.

Рабочий цикл двигателя (поочередное движение каждого из клапанов цилиндров) осуществляется за 2 оборота коленвала. За это время распределительный вал должен выполнить только один оборот, поэтому его шестерня имеет вдвое больше зубьев.

В одном ДВС может быть больше одного распределительного вала. Их точное количество определяется конфигурацией двигателя. Наиболее распространенные бюджетные рядные моторы, имеющие по паре клапанов для каждого цилиндра, оборудуются только одним распредвалом. Для систем с двумя парами клапанов нужно использовать уже два распределительных вала. Например, силовые агрегаты с другим расположением цилиндров имеют или единственный распределительный вал, установленный в развале, или пару – для каждой головки блока отдельно.

Поломки распредвала

Существует довольно много причин, по которым в работу двигателя вплетается стук распредвала, что свидетельствует о появлении проблем с ним. Вот только наиболее типичные из них:

    Распределительный вал требует должного ухода: замену сальников, подшипников и периодичной дефектовке.

  1. износ кулачков, что ведет к появлению стука сразу только при запуске, а потом и все время работы двигателя;
  2. износ подшипников;
  3. механическая поломка одного из элементов вала;
  4. проблемы с регулировкой подачи топлива, из-за чего возникает асинхронность взаимодействия распредвала и клапанов цилиндров;
  5. деформация вала, ведущая к осевому биению;
  6. некачественное моторное масло, изобилующее примесями;
  7. отсутствие моторного масла.

По утверждениям специалистов при возникновении легкого стука распредвала автомобиль может ездить еще не один месяц, но это ведет к усиленному износу цилиндров и других деталей. Поэтому при обнаружении проблемы следует заняться ее устранением. Распредвал – разборный механизм, поэтому ремонт чаще всего осуществляется методом замены его всего или только некоторых элементов, например, подшипников.

Связанные термины

etlib.ru

Распределительный вал ГРМ


Распределительный вал (распредвал) — ключевой элемент газораспределительного механизма, который отвечает за своевременное открытие и закрытие впускного или выпускного клапана для подачи топливно-воздушной рабочей смеси или выпуска отработавших газов.

Распредвал служит для синхронизации впуска и выпуска на тактах работы ДВС. Деталь обеспечивает функционирование всего газораспределительного механизма с учетом порядка работы цилиндров и фаз газораспределения применительно к тому или иному конкретному двигателю.

Распределительный вал представляет собой вал с расположенными на нем кулачками. Распредвал вращается в подшипниках скольжения, которые выполнены в виде опор. К опорам распредвала по каналам поступает моторное масло под давлением из системы смазки. Количество кулачков на распредвале соответствует количеству впускных и выпускных клапанов двигателя. Один клапан получает свой кулачок, который осуществляет его открытие путем нажатия на толкатель. В тот момент, когда кулачок распредвала сходит с толкателя, тогда клапан закрывается под мощным воздействием возвратной пружины.

От формы кулачков распределительного вала зависят фазы газораспределения. Под такими фазами понимаются моменты открытия и закрытия клапанов, а также продолжительность пребывания клапана в открытом или закрытом состоянии. Современные силовые агрегаты имеют также систему изменения фаз газораспределения для повышения общей эффективности работы ГРМ и улучшения характеристик ДВС.

В двигателях современных автомобилей распредвал находится в верхней части головки блока цилиндров. Распределительный вал соединяется с зубчатой звездочкой или шкивом коленчатого вала двигателя посредством ремня или цепной передачи. Приводом распредвала выступает коленчатый вал.

На четырехтактных моторах весь ГРМ вращается в два раза медленнее, чем коленвал, так как полный рабочий цикл таких ДВС осуществляется за два оборота коленвала. За указанные два оборота впускной и выпускной клапаны должны открыться только по одному разу. Получается так, что распредвал, управляющий открытием клапанов, должен совершить только один оборот за рабочий цикл.

В конструкции ГРМ может присутствовать не один распредвал. Зачастую это обусловлено количеством клапанов на цилиндр. Сегодня наиболее широко применяется схема четырех клапанов на один цилиндр и двухвального ГРМ (один распредвал является приводом впускных клапанов, а другой взаимодействует с выпускными). Для V-образных ДВС устанавливают четыре распредвала, так как каждый ряд цилиндров имеет отдельную ГБЦ с двумя валами. Система ГРМ с одним валом называется SOHC (англ. Single OverHead Camshaft), двухвальная получила наименование DOHC (англ. Double OverHead Camshaft).

Читайте также

krutimotor.ru

Распределительный вал (распредвал) — деталь сложной формы, снабженная кулачками, которые в нужный момент открывают из закрывают клапана

Двигатель

Основная функция распредвала – синхронизировать впуск и выпуск тактов работы двигателя. Другими словами, этот механизм предназначен для своевременного открытия клапанов и подачи в камеру сгорания топливной смеси. Момент открытия и закрытия клапанов относительно положения коленчатого вала называют фазой распредвала.

Устройство и принцип работы распределительного вала

В современном двигателе распредвал (чаще всего их два) расположен в верхней части головки блока цилиндров.

Распределительный вал связан с коленчатым валом двигателя автомобиля. Соединение осуществляется за счет цепи (или ремня) ГРМ. Для надежности передачи усилия к торцевой части распредвала присоединена ведомая шестерня, напоминающая «звездочку» на заднем колесе велосипеда.

За регулировку фаз газораспределения и порядок срабатывания цилиндров отвечают кулачки распредвала – их ровно столько, сколько впускных и выпускных клапанов используется в механизме ГРМ. Работа организована так: кулачок распредвала «набегает» на толкатель клапана, надавливает на него и открывает клапан. После того как кулачок сходит с толкателя, клапан закрывается под действием тугой возвратной пружины.

Чем больше клапанов в газораспределительном механизме, тем больше в нем установлено распредвалов. У Bugatti Veyron четыре распредвала и 64 клапана

Итак, распределительный вал вращается, благодаря чему обеспечивается воздействие кулачков на работу впускного и выпускного клапанов. Расположение кулачков относительно друг друга тщательно рассчитано в строгом соответствии с фазами газораспределения и порядком срабатывания цилиндров. Иными словами, пока открыт впускной клапан (или два клапана) одного цилиндра, все остальные впускные клапана находятся в состоянии покоя.


Количество распредвалов в двигателе определяется конфигурацией самого мотора: если двигатель имеет рядную конструкцию и одну пару клапанов на цилиндр, то достаточно одного распредвала. Если на один цилиндр приходится 4 клапана, целесообразно применение 2-х распредвалов — один из них обслуживает только впускные клапана, другой — только выпускные. Помимо прочего у системы с парными валами есть еще один плюс — быстродействие.

Что касается V-образных и оппозитных моторов, то они могут иметь либо один распределительный вал в месте так называемого «развала» цилиндров (основание воображаемой буквы V), либо два – по одному на каждой головке блока цилиндров. Попытаться реализовать сложную схему открытия и закрытия 16 клапанов при помощи одного распредвала можно, но не рационально — деталь получится слишком уж сложной. Такие схемы редки, но компания Honda все-таки решилась взять одну из них на вооружение: рядный мотор с четырьмя цилиндрами и одним распредвалом установлен, например, на популярной модели Honda Fit/Jazz. Безусловное достоинство такой системы — возможность сделать двигатель компактным и легким.

Характеристики распредвала

Обычно принято выделять три важные характеристики распредвала: это величина подъема клапанов, продолжительность открывания клапанов и фазы распредвала.

Ради максимального периода открытия клапанов при конструировании спортивных моторов инженеры жертвуют холостым ходом. У гоночных болидов он редко бывает ниже 2000 оборотов в минуту

Подъем клапана измеряется в миллиметрах. Этой величиной измеряют максимальное расстояние, на которое клапан отходит от так называемого «седла», в котором он находится в момент закрытия. Продолжительность открывания клапанов – это отрезок времени, в течение которого клапана остаются в открытом состоянии. Измерять эту величину принято в градусах поворота коленчатого вала. При этом каждый из перечисленных критериев способен повлиять на работу двигателя: при увеличении подъема клапана, продолжительности его открытия или оптимизации фаз газораспределения мощность мотора увеличивается. Стоит отметить, что именно продолжительность открывания является основным параметром, с которым работают конструкторы форсированных моторов.

Так, например, распределительные валы, используемые на спортивных автомобилях, обеспечивают большую продолжительность открытия клапанов, по сравнению со стандартными. Это значит, что клапана остаются открытыми так долго, как это возможно, позволяя сжечь максимальную при таком объеме камеры сгорания дозу топлива за один такт. К сожалению, в технике для достижения одного приходится жертвовать чем-то другим: установка спортивных распредвалов не позволяет держать обороты холостого хода ниже 2000 об/мин. Естественно, при такой работе двигатель потребляет огромное количество топлива.

Если же говорить о фазах распределительного вала (моменты, когда клапаны открываются и закрываются по отношению к положению распредвала), то вся информация о них обычно содержится в таблице данных, которая прилагается к распределительному валу. В таблице указаны угловые положения распределительного вала, а также информация о том, когда открываются и закрываются впускные и выпускные клапаны.

Современные двигатели часто оборудуют системами изменяемых фаз газораспределения. Так, например, некоторые автомобили марки Toyota имеют систему VVT-i. регулировка фаз газораспределения происходит посредством поворота распределительного вала относительно его приводной звездочки. Другой пример – разработка японского производителя Honda, получившая обозначение VTEC – она позволяет изменять фазы, используя для регулируемого клапана два кулачка.

blamper.ru

Что такое распределительный вал (распредвал)?

Распределительный вал в двигателе — это пальцеобразный осевой механизм, движимый коленчатым валом и имеющий на своей поверхности несколько эллиптических выступов (кулачков) — по одному для каждого впускного и выпускного клапана, находящийся в двигателе. В то время как распределительный вал вращается (под действием коленчатого вала), эти эллиптические выступы регулируют открытие и закрытие клапанов, толкая их в определённой очерёдности.

Первые симптомы выхода из строя распределительного вала:

  • Ненормальный шум при работе клапанов
  • Осечки двигателя.

Обслуживание распределительного вала заключается в регулярной проверке и, при необходимости, замене его сальников. Так, замена обычно проводится, когда заменяется ремень ГРМ.

Что такое распределительный вал (распредвал)? Видео

howcarworks.ru

Распределительный вал двигателя

При всей своей внешней сложности и кажущейся недоступности для понимания, ДВС удивительно рациональное и целесообразно сконструированное устройство. Назначение любой его детали – обеспечение правильной работы и максимальной отдачи от двигателя. При этом, буквально все его элементы взаимосвязаны между собой, но тем не менее, работу ГРМ (газораспределительного механизма), а также его основу – распределительный вал стоит рассмотреть отдельно.

О циклах и работе ДВС

ДВС является четырехтактным силовым агрегатом, это значит, что все процессы, связанные с его работой, осуществляются за четыре такта. Их последовательность строго определена, и при ее нарушении работа такого мотора невозможна. Последовательность, т.е. открытие клапанов в нужное время для вывода отработанных газов и запуска горючей смеси, определяет распределительный вал, который можно видеть на приведенном рисунке.
Его основным рабочим элементом необходимо считать кулачки. Именно они через систему привода, включающую в себя толкатели, коромысло, пружины и прочие детали, определяемые конструкцией ГРМ, осуществляют открытие клапанов в нужное время. На каждый клапан работает свой кулачок, когда он имеющимся выступом, через толкатель надавливает на клапан, тот приподнимается, и в цилиндр либо может поступать свежая смесь, либо выводятся продукты ее сгорания. Когда выступ уходит с толкателя, то под действием пружины клапан закрывается.

Опорная шейка распределительного вала предназначена для его установки на заданные места, на них он вращается в процессе работы. Трущиеся детали закаливаются при помощи токов высокой частоты и смазываются в процессе.

О конструктивном исполнении распредвала

Устройство и чертеж ГРМ, в том числе и распределительного вала, приведены ниже.
Конструктивно распределительный вал может располагаться либо в блоке цилиндров, либо в головке блока силового агрегата. В зависимости от его месторасположения меняется и привод, благодаря которому передается усилие от кулачков на клапан. Привод распределительного вала связан с коленвалом. Привод может быть выполнен как с помощью цепной передачи (см. чертеж выше), так и с помощью гибкой ременной. Кроме того, могут быть иные способы передачи управляющего усилия к клапанам, но это уже определяет чертеж и документация мотора.

Какой лучше использовать привод распределительного вала, определяет устройство двигателя. В тех случаях, когда распределительный вал располагается в блоке цилиндров, (так называемое нижнее расположение), то может быть даже задействован шестеренчатый привод. Последний, правда, в последнее время не применяется из-за своей громоздкости и повышенного шума при работе. Что цепной, что ременный привод отличаются достаточной надежностью, но у каждого из них есть свои особенности эксплуатации, которые надо учитывать при обслуживании двигателя.
Его устройство может предусматривать, что распределительный вал в моторе может быть не один. Как правило, в современных многоклапанных двигателях его располагают по возможности ближе к клапанам для уменьшения на нем нагрузки. Конструкция и чертеж, например, V-образного двигателя, предусматривает как минимум два вала, тогда как в обычном рядном, как правило, один распределительный вал. Хотя для многоклапанных двигателей определяющим будет их назначение – может быть отдельно выпускной и впускной распределительные валы, т.е. они управляют работой выпускных или впускных клапанов.

О совместной работе с коленвалом

Не стоит забывать, что для распределительного вала основное назначение – обеспечение правильного газораспределения при работе двигателя. Для этого работа распределительного и коленчатого валов должна быть согласована, т.е. открытие и закрытие клапанов обязано происходить в нужные моменты – в положении ВМТ или НМТ поршня, или в соответствии с опережением, которое устанавливает чертеж или конструкторская документация.

Для выполнения такой связи на шестернях ГРМ делают специальные метки, совпадение которых означает обеспечение нужного положения распределительного и коленчатого валов. Чтобы добиться этого, используется специальная методика регулировки их положения.

Датчик положения распредвала

С переходом на инжекторные двигатели для этих целей стали применять специальный датчик положения распределительного вала. Так, на автомобилях ВАЗ для этого служит датчик Холла. Его работа основана на изменении магнитного поля, для создания которого устройство датчика предусматривает магнит. При изменении магнитного поля, которое происходит, когда распределительный вал находится в нужном положении, датчик определяет, что в первом цилиндре поршень располагается в положении ВМТ, и передает эти данные в контроллер. Он в соответствии с ними обеспечивает впрыск топлива и его сгорание, как предусматривает порядок работы отдельных цилиндров двигателя чертеж или документация.

Техническое обслуживание распредвала

В первую очередь при проведении регламентных работ, затрагивающих распределительный вал, необходимо обратить внимание на состояние ремней или цепи его привода. Дело даже не столько в том, что нарушится весь механизм газораспределения, который обеспечивает распредвал, а в том, что возможно механическое повреждение как клапанов, так и поршня.

Порой причиной отказа или неправильной работы двигателя является датчик положения. Проявлением этого может быть плохая динамика машины и значительный расход топлива, а также загорание контрольной лампочки исправности двигателя на панели приборов. Дефектация неисправности и определение ее источника – датчик это или нет, выполняется с помощью мультиметра. Часто возможной причиной служит не сам датчик, а проводка. В случае, если дефектация показывает, что неисправен датчик, то его надо менять.

Причинами отказа датчика могут быть:

  • выход из строя зубчатого диска датчика импульсов;
  • его смещение из-за нарушения крепления;
  • замыкание во внутренней схеме датчика;
  • воздействие повышенной температуры от перегрева двигателя.

Правильно выполненная дефектация позволит избежать отказа нового датчика, устанавливаемого вместо старого.

Распределительный вал является основным узлом, обеспечивающим правильное газораспределение при работе двигателя, и зачастую в основном обеспечивает его эффективную работу. Его своевременное обслуживание и контроль технического состояния позволят правильно и без дополнительных затрат эксплуатировать автомобиль.

Основной функцией распределительного вала (распредвала) является обеспечение открытия/закрытия впускных и выпускных клапанов, при помощи которых осуществляется подача ТВС (топливовоздушной смеси) и вывод образовавшихся газов. Распредвал является главной деталью ГРМ (газораспределительного механизма), принимающей участие в сложном процессе газообмена в автомобильном двигателе.

Современный ГРМ может оснащаться одним или двумя распредвалами. В механизме с одним валом сразу обслуживаются все клапаны впуска и выпуска (по 1 клапану впуска и выпуска на цилиндр). В механизме, оснащенном двумя валами, один распредвал запускает клапаны впуска, другой вал — клапаны выпуска (по 2 клапана впуска и выпуска на цилиндр).

Расположение газораспределительного механизма напрямую зависит от типа автомобильного двигателя. Различают ГРМ с верхним клапанным расположением (в цилиндровом блоке) и с нижним клапанным расположением (в головке цилиндрового блока).

Наиболее распространенным вариантом является верхнее расположение, благодаря чему возможно осуществить эффективную настройку и обслуживание распределительного вала.

Принцип действия и устройство распредвала

Установка фаз распределения газов происходит согласно установочным меткам, которые имеются на шестернях или шкиве. Правильная установка обеспечивает соблюдение последовательности наступления рабочих циклов двигателя.

Основной деталью распредвала являются кулачки. При этом количество кулачков, которыми оснащается распредвал, зависит от количества клапанов. Основное назначение кулачков — осуществление регулировки фаз процесса газообразования. В зависимости от типа конструкции ГРМ кулачки могут взаимодействовать с коромыслом или толкателем.


«Nockenwelle ani». Под лицензией Public domain с сайта Викисклада — https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nockenwelle_ani.gif#mediaviewer/File:Nockenwelle_ani.gif

Кулачки устанавливаются между опорными шейками, по два на каждый цилиндр двигателя. Распредвалу во время работы приходится преодолевать сопротивление пружин клапанов, которые служат возвратным механизмом, приводя клапана в исходное (закрытое) положение.

На преодоление этих усилий расходуется полезная мощность двигателя, поэтому конструкторы постоянно думают, как можно уменьшить потери мощности.

Для того чтобы уменьшить трение между толкателем и кулачком, толкатель может оснащаться специальным роликом.

Помимо этого, разработан специальный десмодромный механизм , в котором реализована беспружинная система.

Опоры распределительных валов оснащены крышками, при этом передняя крышка является общей. Она имеет упорные фланцы, которые соединяются с шейками валов.

Распредвал изготавливается одним из двух способов — ковкой из стали или литьем из чугуна.

Системы фаз газораспределения

Как уже было сказано выше, количество распредвалов соответствует типу двигателя.

В рядных двигателях с одной парой клапанов (по одному клапану впуска и выпуска) цилиндр оснащается только одним валом. В рядных двигателях с двумя парами клапанов установлено два вала.

В настоящее время современные двигатели могут быть оснащены различными системами фаз газораспределения:

  • VVT-i. В подобной технологии фазы регулируются поворотом распределительного вала по отношению к звездочке на приводе
  • Valvetronic. Технология позволяет регулировать высоту подъема клапанов за счет смещения оси вращения коромысла
  • VTEC. Данная технология предполагает регулирование фаз распределения газов за счет использования кулачков на регулируемом клапане

Итак, подытожим… распредвал, являясь основным звеном газораспределительного механизма, обеспечивает своевременное и точное открытие клапанов двигателя. Это обеспечивается точной подгонкой формы кулачков, которые надавливая на толкатели, заставляют клапана двигаться.

Распределительный вал , в сокращенном варианте распредвал – основная часть или ГРМ, важный элемент автомобильного двигателя. Его задача заключается в синхронизации впускного и выпускного тактов работы ДВС.

Конструктивные особенности

Расположение данного механизма целиком зависит от конструкции ДВС, поскольку в некоторых моделях распредвал размещается внизу, в основании блока цилиндров, а в других – вверху, прямо в . На данный момент оптимальным считается верхнее расположение распредвала, поскольку это существенно упрощает сервисный и ремонтный доступ к нему. Распредвал напрямую связан с . Они соединяются между собой цепной или ременной передачей посредством обеспечения связи между шкивом на валу ГРМ и звездочкой на коленвале. Это необходимо потому, что приводится в движение распредвал именно коленвалом.

Устанавливается распределительный вал в подшипники, которые в свою очередь надежно закрепляются в блоке цилиндров. Осевой люфт детали не допускается за счет применения в конструкции фиксаторов. Ось любого распредвала имеет сквозной канал внутри, через который осуществляется смазка механизма. Сзади данное отверстие закрыто заглушкой.

Важными элементами являются кулачки распредвала. По количеству они соответствуют числу клапанов в цилиндрах. Именно эти детали выполняют основную функцию ГРМ – регулирование порядка работы цилиндров.

На каждый клапан приходится отдельный кулачок, открывающий его через нажим на толкатель. Освобождая толкатель, кулачок позволяет распрямиться пружине, возвращающей клапан в закрытое состояние. Устройство распределительного вала предполагает наличие двух кулачков для каждого цилиндра – по числу клапанов.

Устройство распределительного вала.

Следует отметить, что от распределительного вала также осуществляется привод топливного насоса и распределителя .

Принцип работы

Распределительный вал двигателя, располагаемый в блоке цилиндров, приводится в движение зубчатой или цепной передачей от коленвала.

Вращаясь, распредвал проворачивает располагающиеся на на нем кулачки, которые попеременно воздействуют на впускные и выпускные клапана цилиндров, обеспечивая их открывание-закрывание в определенном порядке, уникальном для каждой модели ДВС.

Рабочий цикл двигателя (поочередное движение каждого из клапанов цилиндров) осуществляется за 2 оборота коленвала. За это время распределительный вал должен выполнить только один оборот, поэтому его шестерня имеет вдвое больше зубьев.

В одном ДВС может быть больше одного распределительного вала. Их точное количество определяется конфигурацией двигателя. Наиболее распространенные бюджетные рядные моторы, имеющие по паре клапанов для каждого цилиндра, оборудуются только одним распредвалом. Для систем с двумя парами клапанов нужно использовать уже два распределительных вала. Например, силовые агрегаты с другим расположением цилиндров имеют или единственный распределительный вал, установленный в развале, или пару – для каждой головки блока отдельно.

Клапанный механизм газораспределения, сокращенно ГРМ, — это то, без чего четырехтактный двигатель существовать в принципе не может. Он открывает впускные клапана, впуская воздух или горючую смесь в цилиндры на такте впуска, открывает выпускные на такте выпуска и надежно запирает горящую в цилиндре смесь во время рабочего хода. От того, насколько хорошо он обеспечивает «дыхание» мотора — подачу воздуха и выпуск отработавших газов — зависит и мощность, и экологичность мотора.

Клапаны открывают и закрывают своими кулачками распределительные валы, а крутящий момент на них передается с коленвала, в чем, собственно, и состоит задача привода ГРМ. Сегодня для этого используют цепь или ремень. Но так было не всегда…

Старый добрый нижний распредвал

В начале ХХ века проблем с приводами распредвала не было — его раскручивали обычные шестерни, а к клапанам от него шли штанги толкателей. Клапаны располагались тогда сбоку, в «кармане» камеры сгорания, прямо над распределительным валом, и открывались-закрывались штангами. Потом клапаны стали ставить один напротив другого, чтобы уменьшить объем и площадь поверхности этого «кармана» — в результате неоптимальной формы камеры сгорания моторы имели повышенную склонность к детонации и плохой термический КПД: много тепла уходило в стенки головки блока цилиндров. И наконец, клапаны перенесли в область прямо над поршнем, и камера сгорания стала совсем небольшой и почти правильной формы.

Расположение клапанов сверху камеры сгорания и привод клапанов более длинными толкателями (так называемая схема OHV), предложенные еще в начале ХХ века Дэвидом Бьюиком, оказались самыми удобными. Такая схема вытеснила варианты моторов с боковыми клапанами в гоночных конструкциях уже к 1920 году. Например, именно она применяется в знаменитых двигателях Chrysler Hemi и моторах Corvette и в наше время. А моторы с боковыми клапанами могут помнить водители ГАЗ-52 или ГАЗ-М-20 «Победа», где данная схема применялась в двигателях.

И ведь так удобно все это было! Конструкция очень проста. Распредвал, оставаясь внизу, находится в блоке цилиндров, где прекрасно смазывается разбрызгиванием масла! Даже штанги и кулачки рокеров с регулировочными шайбами можно оставить снаружи при необходимости. Но прогресс не стоял на месте.

Почему отказались от штанг?

Проблема — в лишнем весе. В 30-е годы скорость вращения гоночных моторов на земле и авиационных моторов на самолетах достигла величин, при которых появилась необходимость облегчить механизм газораспределения. Ведь каждый грамм массы клапана вынуждает увеличивать и силу пружин, которые его закрывают, и прочность толкателей, через которые распредвал жмет на клапан, в результате потери на привод ГРМ быстро возрастают при увеличении оборотов мотора.

Выход был найден в переносе распределительного вала наверх, в головку блока цилиндров, что позволило отказаться от простой, но тяжелой системы с толкателями и значительно уменьшить инерционные потери. Поднялись рабочие обороты мотора, а значит, увеличилась и мощность. Например, Роберт Пежо создал в 1912 году гоночный двигатель с четырьмя клапанами на цилиндр и двумя верхними распредвалами. С переносом распределительных валов наверх, в головку блока, возникала и проблема их привода.

Первым решением было ввести промежуточные шестерни. Существовал, скажем, вариант с приводом дополнительным валом с коническими шестернями, как, например, на всем танкистам знакомом двигателе В2 и его производных. Такая схема применялась и на уже упомянутом моторе Peugeot, авиамоторах Curtiss К12 образца 1916 года и Hispano-Suiza 1915 года.

Еще одним вариантом стала установка нескольких цилиндрических шестерен, например в двигателях болидов Формулы-1 периода 60-х годов. Удивительно, но «многошестеренная» технология находила применение и совсем недавно. Например, на нескольких модификациях дизельных 2.5-литровых моторов Volkswagen, ставившихся на Transporter T5 и Touareg — AXD, AXE и BLJ.

Почему пришла цепь?

У шестеренчатого привода было много «врожденных» проблем, главная из которых — шумность. Помимо того, шестерни требовали точной установки валов, расчета зазоров и взаимной твердости материалов, а также — муфт гашения крутильных колебаний. В общем, конструкция при кажущейся простоте была мудреной, а шестерни — отнюдь не «вечными». Нужно было что-то другое.

Когда впервые применили цепь для привода ГРМ, точно неизвестно. Но одной из первых массовых конструкций был двигатель мотоцикла AJS 350 с цепным приводом в 1927 году. Конструкция оказалась удачной: цепь не только была тише и проще в устройстве, чем система валов, но и снижала передачу вредных крутильных колебаний за счет работы своей системы натяжения.

Как ни странно, цепь не нашла применения в авиационных моторах, и в автомобильных появилась значительно позже. Сначала она появилась в приводе нижнего распредвала вместо громоздких шестерен, но постепенно стала набирать популярность и в приводах с верхними распредвалами, однако особенно стала актуальна, когда появились моторы с двумя распредвалами. Например, цепью приводился ГРМ в двигателе Ferrari 166 1948 года и в поздних версиях мотора Ferrari 250, хотя ранние варианты его имели привод коническими шестернями.

В массовых моторах нужды в цепном приводе долго не возникало — до 80-х годов. Маломощные двигатели выпускались с нижним распредвалом, и это не только «Волги», но и Skoda Felicia, Ford Escort 1.3 и множество американских машин — на V-образных моторах штанги-толкатели стояли до последнего. А вот на высокофорсированных моторах европейских производителей цепи появились уже в 50-е годы и до конца 80-х оставались преобладающим типом привода ГРМ.

Как появился ремень?

Примерно тогда же у цепи появился опасный конкурент. Именно в 60-е развитие технологий позволило создать достаточно надежные зубчатые ремни. Хотя вообще-то ременная передача — одна из старейших, она использовалась для привода механизмов еще в античности. Развитие станочного парка с групповым приводом механизмов от паровой машины или водяного колеса обеспечило развитие технологий производства ремней. Из кожаных они стали текстильными и металлокордными, с применением нейлона и других синтетических материалов.

Первый случай использования ремня в приводе ГРМ относят к 1954 году, когда в гонках SCCA победил Devin Sports Car конструкции Билла Девина. Его мотор, согласно описанию, имел верхний распредвал и привод зубчатым ремнем. Первой же серийной машиной с ремнем в приводе ГРМ считается модель Glas 1004 1962 года небольшой немецкой компании, позднее поглощенной BMW.

В 1966 году, Opel/Vauxhall начал производство массовых моторов серии Slant Four с ремнем в приводе ГРМ. В том же году, несколько позже, появились моторы Pontiac OHC Six и Fiat Twincam, тоже с ремнем. Технология стала по-настоящему массовой.

Причем мотор от Fiat чуть было не попал на наши» Жигули»! Рассматривался вариант его установки вместо нижневального мотора Fiat-124 на будущий ВАЗ 2101. Но, как известно, старый мотор просто переделали под верхние клапаны, а в качестве привода поставили цепь.

Как видно, сначала ремень использовался исключительно на недорогих моторах. Ведь его основными преимуществами была низкая цена и малая шумность привода, что актуально для небольших машин, не обремененных шумоизоляцией. Но его нужно было регулярно менять и следить, чтобы на него не попадали агрессивные жидкости и масло, причем интервал замены уже тогда был немаленьким и составлял 50 тысяч километров.

И все же славу не слишком надежного способа привода ГРМ он получить успел. Ведь достаточно было погнуться одной шпильке или выйти из строя одному ролику, как его ресурс снижался в разы.

Серьезно снижало ресурс и замасливание — тут не всегда помогал даже герметичный кожух, ведь моторы тех лет имели весьма примитивную систему вентиляции картерных газов и масло все равно попадало на ремень.

Впрочем, все нюансы применения некачественных ремней ГРМ у нас знакомы владельцам переднеприводных ВАЗ. Мотор 2108 разрабатывался как раз в 80-е, на пике увлечения ремнями. Тогда их стали ставить даже на большие моторы вроде ниссановского RB26, и надежность лучших образцов была на уровне. С тех пор споры о том, что лучше — цепь или ремень, не утихают ни на минуту. Будьте уверены, прямо сейчас, пока вы читаете эти строки, на каком-нибудь форуме или в курилке два апологета разных приводов спорят до полного изнеможения.

В следующей публикации я подробно разберу все плюсы и минусы цепных и ременных приводов. Оставайтесь на связи!

Описание технологического процесса ремонта по замене ремня ГРМ двигателя ВАЗ-21083.

ВВЕДЕНИЕ

Газораспределительный механизм – механизм распределения впуска горючей смеси и выпуска отработавших газов в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания. Осуществляется путем открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов цилиндров при помощи распределительного вала (распредвала) и кулачкового механизма. Распредвал имеет жесткую синхронизацию вращения с коленвалом, реализованную с помощью зубчатоременной или цепной передачи. Как правило, на высокофорсированных двигателях обрыв или проскальзывание ремня ГРМ или цепи ГРМ приводит к выходу двигателя из строя.

В настоящее время на рынке присутствуют различные двигатели с системами сдвига фаз газораспределения.

Различают одно и двухвальные газораспределительные механизмы, в зависимости от количества распределительных валов в головке блока цилиндров.

Одной из важнейших задач в области эксплуатации автомобильного парка является дальнейшее совершенствование организации технического обслуживания и текущего ремонта автомобилей с целью повышения их работоспособности и вместе с тем снижения затрат на эксплуатацию. Активность указанной задачи подтверждается и тем, что техническое обслуживание автомобиля затрачиваются во много раз больше труда и средств, чем на его производства.

Применение современного оборудования при техническом обслуживании и ремонте не исключает выполнения общеслесарных операций, которыми должен владеть каждый рабочий-ремонтник. Слесарь по ремонту автомобилей должен иметь четкие представления об основных методах и способах восстановления деталей, технологии ремонтных работ, включая вопросы.

Предприятия по техническому обслуживанию и ремонту автомобилей оснащаются более совершенным оборудованием, все шире внедряются методы диагностики с использованием электронной аппаратуры. Применение современного оборудования для выполнения работ по техническому обслуживанию и ремонту автомобилей облегчает и ускоряет многие производственные процессы, но требует от обслуживающего персонала усвоения определенного круга знаний и навыков, поэтому любой автомеханик должен уметь пользоваться современным оборудованием, инструментами и приспособлениями.

Цель письменной экзаменационной работы – описание технологического процесса ремонта по замене ремня ГРМ двигателя ВАЗ-21083.

1. описание ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА РЕМОНТА ПО ЗАМЕНЕ РЕМНЯ газораспределительного механизма двигателя ВАЗ-21083

1.1 Работа газораспределительного механизма

Работа ГРМ полностью синхронна с зажиганием и топливным впрыском. Проще говоря, в момент нажатия педали газа открывается дроссельная заслонка, впускающая поток воздуха во впускной коллектор. В результате образуется топливно-воздушная смесь. После этого начинает работать газораспределительный механизм. ГРМ увеличивает пропускную способность и выпускает отработанные газы из камеры сгорания. Для корректного выполнения данной функции необходимо, чтобы частота, с которой открывается впускной и выпускной клапан ГРМ, была высокой.

Клапаны приводятся в действие распределительным валом двигателя. Когда повышается частота вращения коленвала, начинает быстрее вращаться и распредвал, что и повышает частоту открытия и закрытия клапанов. В результате возрастают обороты двигателя и отдача от него. Объединение коленчатого и распределительного валов дает возможность ДВС сжигать именно то количество воздушно-топливной смеси, которое необходимо для функционирования двигателя в том или ином режиме.

Шкив привода распределительного вала находится за пределами ГБЦ. Для того чтобы не происходили утечки масла, на шейке вала расположен сальник. Цепь ГРМ приводит весь механизм газораспределения в действие и надевается с одной стороны на ведомую звездочку или шкив, а с другой передает усилие от коленчатого вала. От ременного привода клапанов зависит корректное и неизменное расположение коленчатого и распределительного валов относительно друг друга. Даже небольшие отклонения в положении могут стать причиной того, что ГРМ, двигатель выйдут из строя.

Наиболее надежной считается цепная передача, использующая ролик ГРМ, однако существуют некоторые проблемы с обеспечением необходимого уровня натяжения ремня. Главной проблемой, с которой сталкиваются водители и которая характерна для цепи механизма, становится ее обрыв, нередко являющийся причиной загиба клапанов. К числу дополнительных элементов механизма можно отнести ролик ГРМ, используемый для натяжения ремня. К минусам цепного привода газораспределительного механизма, помимо риска обрыва, относят еще и высокий уровень шума во время работы и необходимость его смены каждые 50-60 тысяч километров пробега. Клапанный механизм Конструкция клапанного механизма включает в себя седла клапанов, направляющие втулки, механизм вращения клапана и другие элементы. Усилие от распределительного вала передается на шток либо на промежуточное звено – коромысло клапана, или рокер. Нередко можно встретить модели ГРМ, требующие постоянной регулировки. Такие конструкции имеют специальные шайбы и болты, вращением которых выставляются необходимые зазоры. Иногда зазоры поддерживаются в автоматическом режиме: регулировка их положения производится гидрокомпенсаторами. Управление этапами газораспределения Современные модели двигателей претерпели значительные изменения, получив новые управляющие системы, в основе которых лежат микропроцессоры – так называемые ЭБУ. В сфере моторостроения основной задачей стало не только увеличение мощности, но и экономичность выпускаемых силовых агрегатов. Повысить эксплуатационные показатели двигателей, снизив при этом расход топлива, удалось только с использованием систем контроля ГРМ. Двигатель с такими системами не только потребляет меньше топлива, но и не теряет в мощности, благодаря чему их стали использовать повсеместно при производстве автомобилей.

Принцип работы таких систем заключается в том, что они контролируют скорость вращения распределительного вала ГРМ. По сути, клапаны открываются немного раньше за счет того, что распредвал проворачивается в направлении вращения. Собственно, в современных двигателях распределительный вал больше не вращается относительно коленчатого вала с неизменной скоростью.

Основной задачей остается максимально эффективное наполнение цилиндров двигателя в зависимости от выбранного режима его работы. Такие системы отслеживают состояние двигателя и корректируют подачу топливной смеси: к примеру, при холостом ходе ее объемы сводятся практически к минимуму, поскольку топливо в больших количествах не требуется. Приводы ГРМ В зависимости от конструктивных особенностей двигателя автомобиля и газораспределительного механизма в частности количество приводов и их тип могут меняться. Цепной привод. Нескольким ранее данный привод был самым распространенным, однако и сейчас используется в ГРМ дизеля. При такой конструкции распределительный вал располагается в головке блока цилиндров, а в движение приводится посредством цепи, ведущей от шестерни. Минус такого привода – сложный процесс замены ремня, поскольку находится он внутри двигателя с целью обеспечения постоянной смазки. Шестеренчатый привод. Устанавливался на двигатели тракторов и некоторых автомобилей. Очень надежный, но при этом крайне сложен в обслуживании. Распределительный вал такого механизма находится ниже блока цилиндров, благодаря чему шестерня распредвала цепляется за шестерню коленчатого вала. Если привод ГРМ такого типа приходил в негодность, двигатель меняли практически полностью. Ременной привод. Самый популярный тип, устанавливается на бензиновые силовые агрегаты в легковых автомобилях.

Газораспределительные механизмы различают по расположению клапанов в двигателе. Они могут быть с верхним (в головке цилиндров) и нижним (в блоке цилиндров) расположением клапанов. Наиболее распространен газораспределительный механизм с верхним расположением клапанов, что облегчает доступ к клапанам для их обслуживания, позволяет получить компактную камеру сгорания и обеспечить лучшее наполнение ее горючей смесью или воздухом.

Газораспределительный механизм состоит из:

  • распределительного вала;

  • механизма привода распределительного вала;

  • клапанного механизма.

Работу газораспределительного механизма рассмотрим на примере двигателя с V-образным расположением цилиндров.

Распределительный вал находится в «развале» блока двигателя, то есть между его правым и левым рядами цилиндров, и приводится во вращение от коленчатого вала через блок распределительных шестерен. При цепном или ременном приводе вращение распределительного вала осуществляется с помощью соответственно цепной или зубчатой ременной передачи.

При вращении распределительного вала кулачок набегает на толкатель и поднимает его вместе со штангой. Верхний конец штанги надавливает на регулировочный винт, установленный во внутреннем плече коромысла. Коромысло, проворачиваясь на своей оси, наружным плечом нажимает на стержень клапана и открывает отверстие впускного или выпускного клапана в головке цилиндров строго в соответствии с фазами газораспределения и порядком работы цилиндров.

Под фазами газораспределения понимают моменты начала открытия и конца закрытия клапанов, которые выражаются в градусах угла поворота коленчатого вала относительно мертвых точек. Фазы газораспределения подбирают опытным путем взависимости от числа оборотов двигателя и конструкции впускных и выпускныхзависимости от числа оборотов двигателя и конструкции впускных и выпускных патрубков. Заводы-изготовители указывают фазы газораспределения для своих двигателей в виде таблиц или диаграмм.

Правильность установки газораспределительного механизма определяется по установочным меткам, которые располагаются на распределительных шестернях или приводном шкиве блока цилиндров двигателя.

Отклонение при установке фаз приводит к выходу из строя клапанов или двигателя в целом. Постоянство фаз газораспределения сохраняется только при соблюдении регламентируемого теплового зазора в клапанном механизме данной модели двигателя. Нарушение величины этого зазора приводит к ускоренному износу клапанного механизма и потери мощности двигателя.

Для правильной работы двигателя кривошипы коленчатого вала и кулачки распределительного вала должны находиться в строго определенном положении относительно друг друга. Поэтому при сборке двигателя распределительные шестерни вводятся в зацепление по имеющимся на их зубьях меткам: одной – на зубе шестерни коленчатого вала, а другой – между двумя зубьями шестерни распределительного вала. На двигателях, имеющих блок распределительных шестерен, установка их производится также по меткам.

Последовательность чередования одноименных тактов в различных цилиндрах называется порядком работы цилиндров двигателя, который зависит от расположения цилиндров и конструктивного исполнения коленчатого и распределительного валов.

Распределительный вал служит для открытия и закрытия клапанов газораспределительного механизма в определенной последовательности согласно с порядком работы цилиндров двигателя.

Распределительные валы отковывают из стали с последующей цементацией и закаливанием токами высокой частоты. На некоторых двигателях валы отливают из высокопрочного чугуна. В этих случаях поверхность кулачков и шеек вала отбеливается и затем шлифуется. Для уменьшения трения между шейками и опорамив отверстия запрессовывают стальные, покрытые антифрикционным слоем, или металлокерамические втулки.

Между опорными шейками распределительного вала располагаются кулачки, по два на каждый цилиндр, – впускной и выпускной. Помимо этого на валу крепится шестерня для привода масляного насоса и прерывателя-распределителя и имеется эксцентрик для привода топливного насоса.

Шестерни распределительных валов изготовляют из чугуна или текстолита, приводную распределительную шестерню коленчатого вала – из стали. Зубья у шестерен косые, что вызывает осевое перемещение вала. Для предупреждения осевого смещения предусмотрен упорный фланец, который закреплен на блоке цилиндров между торцом передней опорной шейки вала и ступицей распределительной шестерни.

В четырехтактных двигателях рабочий процесс происходит за четыре хода поршня или два оборота коленчатого вала. Это возможно, если распределительный вал за это время сделает в два раза меньшее число оборотов. Поэтому диаметр шестерни, установленной на распределительном валу, делают в два раза большим, чем диаметр шестерни коленчатого вала. Впускная труба и выпускной коллектор и 4-го цилиндров соединены между собой в один узел через прокладку четырьмя шпильками, а плоскость прилегания к головке цилиндров обработана в сборе с неплоскостностью 0,2 мм, поэтому разборка узла без необходимости нежелательна. Средняя часть впускной трубы подогревается отработавшими газами, проходящими по выпускному коллектору. Степень подогрева можно регулировать вручную при помощи поворачивающейся заслонки 3 в зависимости от сезона. При повороте сектора 2 в положение, при котором метка «ЗИМА» находится против стопорной шпильки, — подогрев смеси наибольший; при повороте в положение метки «ЛЕТО» — подогрев наименьший.

Газопровод (рисунок 1.) состоит из алюминиевой впускной трубы и двух чугунных выпускных коллекторов.


Рисунок 1 – Газопровод

1 – гайка; 2 – сектор регулировки подогрева; 3 – заслонка; 4 – выпускной коллектор; 5 – впускная труба; А – положение заслонки при наименьшем подогреве; В – положение заслонки при наибольшем подогреве.

Распределительный вал — чугунный, литой со стальной шестерней привода масляного насоса и датчика-распределителя зажигания; имеет пять опорных шеек разного диаметра (для удобства сборки): первая 52 мм, вторая — 51 мм, третья — 50 мм, четвертая — 49 мм, пятая-48 мм. Шейки опираются непосредственно на поверхность расточек в алюминиевом блоке цилиндров. Рабочая поверхность кулачков и эксцентрика привода бензинового насоса отбелена до высокой твердости при отливке распределительного вала. Зубья шестерни привода масляного насоса закалены.

Распределительный вал 7 (рисунок 2.) приводится от коленчатого вала косозубой шестерней 4. На коленчатом валу находится стальная шестерня с 28 зубьями, а на распределительном валу — пластмассовая шестерня с 56 зубьями. Применение пластмассы обеспечивает бесшумность работы шестерен. Обе шестерни имеют по два отверстия с резьбой М8х№,25 для съемника.

От осевых перемещений распределительный вал удерживается упорных стальным фланцем 6, который расположен между торцом шейки вала и ступицей шестерни с зазором 0,1-0,2 мм. Осевой зазор обеспечивается распорным кольцом 8, зажатым между шестерней и шейкой вала.


Рисунок 2 – Привод распределительного вала

Шестерня закреплена на распределительном валу при помощи шайбы 2 и болта с резьбой М12х№,25. Болт ввертывается в торец вала.


Рисунок 3 – Установочные метки на распределительных шестернях

На шестерне коленчатого вала против одного из зубьев нанесена метка «О», а против соответствующей впадины шестерни распределительного вала нанесена риска или засверловка. При установке распределительного вала эти метки должны быть совмещены ( Рисунок 3). Распределительный вал обеспечивает следующие фазы газораспределения: впускной клапан открывается с опережением на 12° до прихода поршня в ВМТ, закрывается с запаздыванием на 60° после прихода поршня в НМТ, выпускной клапан открывается с опережением на 54° до прихода поршня в НМТ, и закрывается с запаздыванием на 18° после прихода поршня в ВМТ. Указанные фазы газораспределения действительны при зазоре между коромыслом и клапаном, равном 0,5 мм. Высота подъема клапанов 10 мм. Толкатели — стальные, поршневого типа. Торец толкателя наплавлен отбеленным чугуном. Толкатели по наружному диаметру и отверстия под толкатели в блоке цилиндров разбиты на две размерные группы. При сборке толкатели определенной группы следует устанавливать в отверстия, отмеченные соответствующей краской. Штанги толкателей. Для обеспечения стабильности зазоров в клапанном механизме при нагревании и охлаждении двигателя штанги толкателей изготавливаются из дюралюминиевого прутка. На концы штанг напрессованы стальные закаленные наконечники со сферическими торцами. Длина штанги двигателя 402, Коромысла клапанов 8 (Рисунок 4), одинаковые для всех клапанов, стальные, литые. В отверстие ступицы коромысла запрессована втулка, свернутая из листовой оловянистой бронзы. На внутренней поверхности втулки сделана канавка для равномерного распределения масла по всей поверхности и для подвода его к отверстию в коротком плече коромысла. Регулировочный винт 9 имеет шестигранную головку со сферическим углублением для штанги, а с верхнего конца — прорезь для отвертки.


Рисунок 4 – Привод клапанов

Сферическое углубление соединено сверлеными каналами с проточкой на резьбовой части винта. Проточка на винте приходится напротив отверстия в плече коромысла, т.е. примерно посередине высоты резьбовой бобышки короткого плеча коромысла. Масло в этом случае беспрепятственно проходит из канала коромысла в канал винта и к сферическому углублению. Регулировочный винт стопорится контргайкой 10. Коромысла установлены на полой стальной оси, которая закреплена на головке цилиндров при помощи четырех основных стоек из высокопрочного чугуна и двух дополнительных стоек из ковкого чугуна и шпилек, пропущенных через стойки. Четвертая основная стойка на плоскости, прилегающей в головке цилиндров, имеет паз, через который подводится масло из канала к головке в полость оси коромысел. Остальные стойки фрезерованного паза не имеют, поэтому их нельзя ставить на место четвертой стойки. Под каждым коромыслом в оси выполнено отверстие для смазки. Клапаны изготовлены из жаропрочных сталей: впускной клапан — из хромокремнистой, выпускной — из хромоникельмарганцовистой с присадкой азота. На рабочую фаску выпускного клапана дополнительно наплавлен более жаростойкий хромоникелевый сплав. Диаметр стержня клапанов 9 мм. Тарелка впускного клапана имеет диаметр 47 мм, а выпускного — 39 мм. Угол рабочей фаски обоих клапанов 45°. На конце стержня клапанов выполнена выточка для сухариков тарелки пружины клапана. Тарелки пружин клапанов 6 и сухарики 7 изготовлены из стали и подвергнуты поверхностному упрочнению. На каждый клапан устанавливается по две пружины: наружная 4 с переменным шагом с левой навивкой и внутренняя 5 с правой навивкой. Пружины изготовлены из термически обработанной высокопрочной проволоки и подвергнуты дробеструйной обработке. Под пружины устанавливаются стальные шайбы 12. Наружная пружина устанавливается вниз концом, имеющим меньший шаг витков. Клапаны работают в металлокерамических направляющих втулках. Втулки изготовлены прессованием с последующим спеканием из смеси железного, медного и графитового порошков с добавлением для повышения износостойкости дисульфида молибдена. Внутреннее отверстие втулок окончательно обрабатывается после их запрессовки в головку. Втулка впускного клапана снабжена стопорным кольцом, препятствующим самопроизвольному перемещению втулки в головке. Для уменьшения количества масла, просасываемого через зазоры между втулкой и стержнем клапана на верхние концы всех втулок напрессованы маслоотражательные колпачки 3, изготовленные из маслостойкой резины. Распределительный механизм закрыт сверху крышкой коромысел, штампованной из листовой стали, с закрепленным с внутренней стороны фильтрующим элементом системы вентиляции картера. Крышка коромысел крепится через резиновую прокладку к головке цилиндров шестью винтами.

1.2 Виды ремней ГРМ

Ремень ГРМ представляет собой замкнутое резиновое кольцо, диаметр которого зависит от типа и модели двигателя. Внутренняя сторона ремня снабжена специальными насечками по всему периметру. Вот и вся схема ремня ГРМ. Не смотря на его простоту без него движения автомобиля невозможно. Задачей ремня является связать распределительный вал с коленчатым и синхронизация движения поршней с клапанами. Поскольку данная деталь выполнена из резины, в работе она практически бесшумна и не страдает от коррозии. Но устройство ГРМ характеризуется постоянным трением между ремнем и шкивами, из-за чего он изнашивается и требует периодической замены.

Работа ремня ГРМ заключается в передаче крутящего момента с коленвала двигателя на вентилятор, газораспределительный механизм, генератор и прочие узлы, точный состав которых зависит от модели автомобиля. Наиболее распространенными на данный момент являются зубчатые, клиновые и поликлиновые ремни. Зубчатый ремень ГРМ является наиболее сложным конструктивно, но и самым эффективным.

Зубчатый ремень газораспределительного механизма представляет собой многослойную структуру, в основе которой находится полихлоропрен и прочная резина, отличающаяся высокими показателями эластичности.

Рисунок 5 Зубчатый ремень ГРМ

Приводной ремень автомобиля (клиновый и поликлиновый) — это элемент ременной передачи, рабочая деталь транспортных средств и механизмов, которая служит для передачи крутящего момента двигателя.

 Передача крутящего момента происходит за счет сил трения или сил зацепления (зубчатые ремни, клиновидные ремни). Поликлиновый ремень передачи крутящего момента двигателя на навесное оборудование двигателя

 Клиновый ремень передачи крутящего момента двигателя на навесное оборудование двигателя

Ремни также имеют дополнительные названия: плоский ремень (Поликлиновый ремень) или ручейковый ремень (Клиновый ремень).

 В отличие от ремней ГРМ, к которым предъявляются строгие требования, такие как обязательная своевременная плановая замена, в соответствии с установленным производителем сроком службы, приводные ремни, обеспечивающие работу вспомогательного (навесного) оборудования двигателя, требуют не такого пристального внимания.
1.3 Повреждения ремня ГРМ

Обрыв ремня может стать серьезным бедствием для автомобильного двигателя, поскольку с его помощью приводится в движение газораспределительный механизм, и внезапная его остановка чревата поломкой клапанов и головки блока цилиндров. До ремней в ДВС использовались цепи. Их замена позволила несколько упростить и облегчить двигатель, а также улучшить его шумовые характеристики. Но ремень ГРМ нуждается в постоянном контроле состояния и натяжения.

Основная задача ремня ГРМ – соединение распредвала и коленвала, позволяющее открывать и закрывать клапана синхронизировано с работой поршней. Ремень должен крутить распределительный вал со скоростью, ровно вдвое меньшей скорости прокручивания коленвала. Это важно для нормальной работы ДВС.

Если ремень газораспределения соскакивает или рвется, поршень гарантированно бьется в открытый клапан, сгибая его, что ведет к дорогостоящему ремонту мотора. Следует отметить, что двигатели с такими конструктивными особенностями устанавливаются на подавляющее большинство производимых сегодня автомобилей. Быстрый износ ремня, как правило, указывает на неисправность в системе газораспределения. Факторы влияния нужно изучить и устранить, дабы уберечь себя от серьезных поломок.

Рисунок 6 Дефектовка состояния ремня ГРМ.

Дефектовка состояния ремня ГРМ.

  1. Когда ремень ГРМ немного надорван или вовсе разорван и при этом корд растрепан, то вероятной причиной этому может быть чрезмерное натяжение.

  2. Если срезало один из зубьев, то это говорит о недостаточном натяжении ремня.

  3. Полное отсутствие или значительный износ зубца на ремне, также указывает на неправильное натяжение.

  4. Потресканная поверхность ремня указывает на сильный перегрев или переохлаждение.

  5. Когда проглядывается износ поверхности меж зубьев, то скорей всего ремень неправильно натянут (сильно или слабо).

  6. Замасленный ремень ГРМ указывает, что где то с двигателя прокапывает масло. В таком случае нужно менять и ремень и проводить осмотр на предмет течи.

  7. Заметный торцовый износ говорит об угловом или параллельном перекосе ремня.

  8. Доносящийся повышенный шум говорит о чрезмерном или недостаточном натяжении ремня. Следует сразу же исправить эту проблему дабы не срезало зубья или не разорвало зубчатый ремень.

1.4 Периодичность и причины замены ремня ГРМ

Ремень газораспределительного механизма располагается спереди двигателя и хорошо заметен. В некоторых моделях он устанавливается открыто, в некоторых – под крышкой, защищающей его и шкивы механизмов. В современных двигателях коленвал через ремень приводит в движение не только газораспределительную систему, но и многие другие устройства. Поэтому ремень проходит по сложному маршруту, для достижения максимальной компактности и оптимального натяжения он ограничивается регулируемыми валиками.

Для того чтобы снять ремень, необходимо ослабить подвижные валики, что снизит натяжение и позволит высвободить резиновую ленту, а на ее место установить новую. Далее нужно с помощью тех же валиков обеспечить максимальное натяжение ремня для обеспечения его наивысшей эффективности. Следует отметить, что от состояния валиков и шкивов также во многом зависит работоспособность ремня и продолжительность его эксплуатации. Так что при обнаружении проблем иногда нужно менять и их. Для многих моделей автомобилей можно купить все валики сразу в комплекте с ремнем.

Ременной привод получил свою популярность за счет своих преимуществ по сравнению с аналогичными видами приводов. Несмотря на то что производство таких конструкций сложнее, чем цепных, стоит она значительно дешевле. Не требует постоянной смазки, благодаря чему привод был вынесен на внешнюю сторону силового агрегата. Замена и диагностика ГРМ в результате этого значительно облегчились. Поскольку в ременном приводе металлические части не взаимодействуют друг с другом, как в цепном, то уровень шума в процессе его работы снизился в разы. Несмотря на большое количество плюсов, есть у ременного привода и свои минусы. Срок эксплуатации ремня в несколько раз ниже, чем цепи, что становится причиной частой его замены. В случае обрыва ремня с большой вероятностью придется делать ремонт всего двигателя.

В случае если цепь ГРМ рвется, повышается уровень шума во время работы двигателя. В целом такая неприятность не становится причиной чего-то невыполнимого в плане ремонта, в отличие от ремня газораспределительного механизма. При ослаблении ремня и его перескакивании через один зуб шестерни происходит небольшое нарушение нормального функционирования всех систем и механизмов. В результате это может спровоцировать снижение мощности двигателя, увеличения вибрации при работе, затрудненный запуск. В случае если ремень перескочил сразу через несколько зубов или вовсе порвался, последствия могут быть самыми непредсказуемыми.

Самый безобидный вариант – это столкновение поршня и клапана. Силы удара будет достаточно для изгиба клапана. Иногда ее хватает для изгиба шатуна или полного разрушения поршня. Одной из самых серьезных поломок автомобиля является обрыв ремня ГРМ. Двигатель в таком случае придется либо подвергать капитальному ремонту, либо полностью менять.

1.5 Ремонт ремня ГРМ

Для того чтобы провести замену ремня ГРМ, достаточно иметь под рукой новую деталь и набор отверток и ключей. Сперва снимается защитный чехол с ремня. Крепится он либо на защелки, либо на болты. После снятия чехла открывается доступ к ремню. Прежде чем ослаблять ремень, выставляются метки ГРМ на шестерне распредвала и коленвале. На коленчатом вале метки размещаются на маховике. Вал проворачивают до тех пор, пока метки ГРМ на корпусе и на маховике не совпадут друг с другом. Если все метки совпали друг с другом, приступают к ослаблению и снятию ремня.

Для того чтобы снять ремень с шестерни коленчатного вала, необходимо демонтировать шкив привода ГРМ. С этой целью автомобиль поднимается домкратом и с него снимается правое колесо что дает доступ к болту шкива. На некоторых из них находятся специальные отверстия, через которые можно зафиксировать коленвал. Если их нет, то вал фиксируют на одном месте, устанавливая в венец маховика отвертку и упирая ее в корпус. После этого снимается шкив. Доступ к ремню ГРМ полностью открывается, и можно приступать к его снятию и замене. Новый одевается на шестерни коленвала, затем цепляется за водяной насос и одевается на шестерни распредвала. За натяжной ролик ремень заводят в самую последнюю очередь. После можно возвращать все элементы на место в обратном порядке. Останется только натянуть ремень при помощи натяжителя. Прежде чем запускать двигатель, желательно провернуть несколько раз коленчатый вал. Делают это для проверки совпадения меток и после проворачивания вала. Только после этого запускается двигатель.

Прежде всего, необходимо демонтировать переднее колесо, расположенное в правой части кузова транспортного средства. Автомобиль нужно поддомкратить, предварительно зафиксировав задние колеса специальными противооткатными колодками. Далее переднее правое колесо следует снять, чтобы получить беспрепятственный доступ к шкиву коленвала, который также необходимо демонтировать. Делается это следующим образом: в начале следует снять приводные ремни, раскручивающие гидравлический усилитель руля, генератор и насос устройства кондиционирования воздуха, и вывернуть свечи зажигания (при этом первый цилиндр должен стоять в верхней мертвой точке). После этого можно снимать шкив (как вручную, так и используя съемник).

На следующем этапе снимается правая опора движка, закрывающая доступ к крышкам, прикрывающим ремень газораспределительного механизма. После удаления крышек можно начинать демонтировать ремень. Для этого ослабляется крепежный болт, отвечающий за фиксацию натяжного ролика, после чего снимается ремень. На последнем этапе снимается ремень ГРМ, а на его место устанавливается новый. После того, как новый ремень установлен на надлежащее место, его необходимо натянуть при помощи закручивая крепежного болта коленчатого вала. Остальные сборочные работы проводятся в обратной последовательности.

Необходимые инструменты, приспособления, запчасти

— накидной ключ или головка на 19 мм;

— накидной ключ, рожковый ключ или головка на 17 мм;

— накидной ключ или головка на 10мм;

— накидной ключ или головка на 8 мм;

— толстая шлицевая отвертка;

— специальный ключ для вращения натяжного ролика;

— новый ремень привода ГРМ;

— новый натяжной ролик (если необходимо).

При отсутствии спецключа можно использовать пассатижи с загнутыми концами или два гвоздя подходящего диаметра, которые можно вставить в отверстия натяжного ролика и повернуть его пассатижами.

Подготовительные работы

— устанавливаем автомобиль на ровную площадку;

— поднимаем ручник, под колеса устанавливаем упоры;

— поддомкачиваем правое переднее колесо, снимаем его, под порог ставим упор.

 — снимаем правый брызговик двигателя;

Можно полностью не снимать, а лишь отвернуть ключом на 8 мм два винта его крепления в нижней части арки колеса и немного отогнуть вниз, освобождая доступ к шкиву коленчатого вала.

— снимаем ремень привода генератора;

Для этого ослабляем гайку нижнего болта крепления генератора ключом на 19, ослабляем гайку верхнего крепления генератора ключом на 17. Смещаем генератор к двигателю и снимаем ремень. Доступ к гайкам крепления генератора возможен из подкапотного пространства автомобиля.

— снимаем защитную крышку ремня ГРМ;

Для этого ключом на 10 мм отворачиваем 3 болта его крепления (один в центре, два сбоку) и вынимаем его вверх.

— отворачиваем болт крепления шкива привода генератора на коленчатом валу;

Болт завернут с большим моментом затяжки, поэтому желательно использовать мощный ключ на 19 мм или головку с воротком. Для стопорения от проворачивания коленчатого вала, вставляем лезвие толстой шлицевой отвертки между зубцами маховика в лючке на картере сцепления. Желательно эту процедуру делать с помощником, но можно изловчится и одному.

— снимаем шкив привода генератора;

— предварительно совмещаем установочные метки;

  1. На зубчатом шкиву распредвала (выступ-метка) – выступ на задней стальной части крышке привода ГРМ;

2. На зубчатом шкиву коленчатого вала (точка) – вырез на отливе на передней части масляного насоса.

Для того чтобы вращать привод ГРМ вворачиваем болт крепления шкива коленчатого вала обратно в его отверстие, в носике коленчатого вала. За него и вращаем по часовой стрелке, ключом на 19 мм.

— ослабляем гайку крепления натяжного ролика;

Если планируется замена натяжного ролика, гайку отворачиваем полностью. Используем для этого ключ на 17 мм. После отворачивания гайки поворачиваем рукой ролик против часовой стрелки, натяжение ремня ГРМ сазу ослабнет. Если необходимо снимаем натяжной ролик.

— снимаем старый ремень ГРМ;

Сдвигаем его со шкива распредвала, снимаем с натяжного ролика, помпы, шестерни коленчатого вала.

— надеваем новый ремень ГРМ;

При необходимости устанавливаем новый натяжной ролик ремня и слегка притягиваем его гайкой. При надевании ремня тщательно совмещаем установочные метки:

1. На шкиву распредвала (выступ-метка) – выступ на задней стальной части крышки привода ГРМ;

2. На зубчатом шкиву коленчатого вала (точка) – вырез на отливе передней части масляного насоса двигателя.

3. В лючке на картере сцепления длинная метка на маховике должна находиться по центру треугольного выреза на шкале для установки момента зажигания, что соответствует установки поршней 1-го и 4-го цилиндра в высшую мертвую точку (ВМТ).

Если все установочные метки точно совпадают, натягиваем ремень.

— натяжение ремня привода ГРМ;

Вставляем специальный ключ в отверстия натяжного ролика и поворачиваем его по часовой стрелке, ремень ГРМ будет натягиваться. Слишком сильного усилия прикладывать не нужно. Немного затягиваем гайку крепления натяжного ролика рожковым ключом на 17 мм. Проверяем степень натяжения ремня: поворачиваем его пальцами руки вокруг своей оси (скучиваем). Ремень должен повернуться на 90 градусов.

Проворачиваем коленчатый вал за болт ключом на 19, чтобы ремень сделал два оборота. Еще раз поверяем совмещение установочных меток и натяжение ремня. При необходимости подтягиваем натяжным роликом.

— окончательно затягиваем гайку крепления натяжного ролика.

Слишком большое усилие прикладывать не нужжно, так как можно погнуть шпильку ролика, а это чревато сползанием ремня. В идеале необходимо затягивать гайку крепления натяжного ролика динамометрическим ключом определенным моментом.

Устанавливаем на место шкив коленчатого вала, пластмассовую крышку привода ГРМ, ремень генератора, натягиваем его и закрепляем генератор. Ставим на место и закрепляем правый брызговик двигателя. Устанавливаем колесо и спускаем автомобиль с домкрата. Пускаем двигатель и проверяем его работу. При необходимости выставляем момент опережения зажигания.

1.6 Техническое обслуживание

Современные автомобили оснащены сложнейшими технологиями и новыми сложными двигателями с дополнительным оборудованием. Большинство современных транспортных средств имеют под капотом очень и очень мало места. В некоторых автомобилях свободного пространства под капотом просто нет. Поэтому заменить самостоятельно приводные ремни в новых автомобилях не так то и легко. Ведь для того чтобы заменить ремни, необходим демонтаж многого оборудования. И все это только для того чтобы подлезть к ремням.

 При техническом обслуживании и ремонте автомобиля со снятыми колёсами, вывешенного на домкратах, талях и кранах, разрешается приступать к работе только после установки автомобиля на подставки (козелки), при этом под неснятые колёса должны быть подложены упоры. Подставки должны быть прочными и надёжными (только металлическими). При подъёме и транспортировании агрегатов нельзя находится под поднятыми частями автомобиля. Запрещается снимать, устанавливать и транспортировать агрегаты при заваливании их тросом и канатами без специальных захватов. Тележки для транспортирования должны иметь стойки и упоры, предохраняющие агрегаты от падения и перемещения по тележке. Для осмотра автомобиля применяют переносные безопасные электролампы напряжением до 36 вольт с предохранительными сетками, при работе в осмотровых канавах напряжение не должно превышать 12 вольт. Ручные электроинструменты (дрели, гайковёрты) надо присоединять к сети только через штепсельные розетки с заземляющим контактом. Провода электроинструментов нужно подвешивать, не допуская прикосновения их с полом.

Приемку автомобиля на ходу и проверку тормозов следует производить вне помещения; пускать двигатель и трогаться с места разрешается только по получении сигнала от рабочего, производящего регулировку.

Во время проведения ТО-1 необходимо прослушать работу двигателя, тщательно продиагностировать клапанный механизм ГРМ и отрегулировать зазоры.

Во время проведения ТО-2 производится проверка крышки распределительных шестерен и в случае вибрации подтягивается с помощью специальных болтов.

При обслуживании газораспределительного механизма двигателей автомобилей марки ВАЗ, при пробеге 2000 км, и каждые последующие 30 тыс. км требуется подтяжка гаек крепления корпуса подшипников распредвала ГРМ. А после 15 тыс. км пробега проверяют степень натяжения цепи или ремня распредвала, в случае растяжки подтягиваем. Каждые 30 тыс. км пробега регулируют тепловые зазоры между клапанами и коромыслами.

Если ремень привода ГРМ уже поношенный, существует возможность разрыва ремня, поэтому соблюдайте сроки замены ремня ГРМ заявленные производителями.

 

2. ОСНОВЫ БЕЗОПАСНОСТИ ДВИЖЕНИЯ

2.1 Управление автомобилем на поворотах, подъемах и спусках

Любой крутой поворот дороги, подъем или спуск повышают опасность движения автомобиля и усложняют управление им. Перед крутыми поворотами, как правило, обзорность дороги ограничена.

При оценке крутизны поворота легко допустить ошибку, даже в случае, когда дорога просматривается на большом протяжении.
На горных дорогах следует двигаться на невысоких скоростях с соблюдением предельной осторожности.

На затяжных спусках, перед спуском следует снижать скорость и включать низшую передачу. При остановках на спусках нужно упереть колеса в бордюр, камень или другое препятствие, включить заднюю передачу и стояночный тормоз.

Для проверки технического состояния автомобиля и устранения появившейся неисправности в горных условиях сооружают эстакады в специально отведенном месте.

  • с уклоном не менее 23o -для легковых автомобилей и автобусов;

  • с уклоном 31o для грузовых автомобилей и автопоездов.

Необходимо помнить, что при съезде с эстакады преждевременный поворот рулевого колеса может привести к падению автомобиля с эстакады.

На дороге, свободной от транспортных средств, водитель выбирает скорость движения автомобиля в зависимости от дорожных обстоятельств (ширины и числа полос, профиля, качества и состояния дорожного покрытия), условий видимости и установленных ПДД ограничений.

В каждом отдельном случае скорость должна сочетаться с окружающей обстановкой, опытом водителя, интенсивностью движения и дорожных условий. Чем выше скорость, тем труднее водителю, так как меньше времени остается для принятия решения.

В транспортном потоке часть транспортных средств движутся друг за другом с ограниченной дистанцией, причем условия для маневрирования бывают крайне стесненными. В этой ситуации водитель лишен возможности выбирать скорость движения.

Скорость устанавливается под влиянием скоростного режима всего потока и, прежде всего головного автомобиля — лидера. Такой режим движения характерен для многих дорог вне населенных пунктов и в городах.

Действия водителя в плотных транспортных потоках отличаются большой напряженностью. Двигаясь в стесненных условиях, некоторые водители теряют выдержку, идут на лишний риск, пытаясь опередить поток транспортных средств, что нередко приводит к возникновению опасных и аварийных ситуаций.

В плотных транспортных потоках водитель должен уметь сохранять на длительное время благоразумие и выдержку.

Для таких потоков наиболее характерны ДТП с попутными столкновениями, которые бывают при торможении лидера, особенно на мокрых и скользких дорогах. Чаще всего столкновения происходят из-за ошибок водителей в выборе дистанции, невнимательности, а также из-за неумелых действий водителя — лидера или его эгоистических наклонностях. Водитель — лидер должен быть предупредительным в отношении следующих за ним водителей и заблаговременно предупреждать их о каждом своем намерении.

Выбор дистанции в транспортном потоке является важной задачей. Часто это сопряжено с риском, особенно при совместном движении в потоке транспортных средств с разными габаритами, тяговой и тормозной динамичностью. Безопасная дистанция зависит от скорости транспортного потока, размера транспортного средства — лидера, разницы характеристик тормозных систем и загрузки транспортных средств, а также от типа и состояния дорожного покрытия.

С учетом перечисленных факторов дистанцию безопасности выбирают равной остановочному пути в зависимости от скорости движения.

В насаленных пунктах — она должна быть примерно равной (в метрах) скорости автомобиля, выраженной в м/с. Например, при скорости 60 км/час (17 м/с) необходимо поддерживать дистанцию, равную 17 м.

За пределами населенных пунктов — она должна быть примерно равной (в метрах) скорости (км/час). Например: при движении со скоростью 50 км/час безопасная дистанция должна быть 50 метров; при скорости  70 км/час — 70 метров и т.д.

На мокрой, грязной дороге безопасная дистанция также должна быть увеличена, иначе брызги грязной воды могут попасть на лобовое стекло и ухудшить видимость.

В плотных транспортных потоках, особенно в городах, часто приходится двигаться на расстоянии до лидера меньшем, чем дистанция безопасности. В этих случаях водитель должен быть готов к мгновенному торможению.

Определить повышенную опасность при закрытом обзоре можно по разным признакам, например перекрестки — по поведению других участников движения, расположению дорожных знаков, а также судить о намерениях водителя, движущегося впереди по таким признакам: 

  • Снижение скорости и перемещение вправо или влево с включенными указателями поворота (свидетельствуют — остановка, поворот, разворот).

  • Увеличение скорости при включенных указателях поворота и смещение автомобиля — опережение или обгон.

  • Перемещение вправо без снижения скорости — о встречном разъезде.

  • Перемещение влево без увеличения скорости и включенных сигналах поворота — об объезде.

  • Снижение скорости и перемещение к правому краю проезжей части или даже на обочину при включенном левом указателе поворота — о развороте.

Если дистанция до лидера увеличена, этим могут воспользоваться водители других автомобилей меньшей длины, с лучшей тяговой динамичностью и маневренностью, выстраиваясь за лидером. На это нужно реагировать спокойно.

Водитель должен хладнокровно реагировать и на непонятные или неправильные действия лидера и других участников движения.

На многополосных дорогах в плотных транспортных потоках перестроение сопряжено с определенными трудностями, особенно для больших грузовых автомобилей, автобусов и автопоездов. Легче перестроиться на полосу, по которой транспортные средства движутся медленнее. В этом случае достаточно, чтобы расстояние от заднего конца автомобиля до передней части опережаемого транспортного средства было в два — три раза больше длины вашего автомобиля.

Для перестроения на полосу, по которой транспортные средства движутся быстрее, указанное расстояние должно быть в три — четыре раза больше длины автомобиля.

Перестроение должно быть четким и в строгом с ПДД.

Известно, что самое большое число ДТП происходит на перекрестках. А поскольку пересечения, особенно в населенных пунктах, встречаются часто и их проезд довольно сложный, необходимо очень тщательно отработать безопасные приемы маневрирования на перекрестках, доводя их до автоматизма.
Большое значение для удобства и безопасного проезда перекрестка имеют условия обзорности.

Необходимо запомнить последовательность действий при проезде нерегулируемого перекрестка:

  • Определить характер перекрестка (пересечение равнозначных или неравнозначных дорог).

  • Своевременно занять необходимую полосу движения, выверить свое положение на дороге.

  • Снизить скорость движения до безопасной по фактическим условиям движения.

  • Осуществить проезд перекрестка в соответствии с правилами проезда нерегулируемых перекрестков.

  • Быть готовым к предотвращению ДТП.

  • Быть готовым к экстренному торможению.

  • При маневре на перекрестке необходимо:

  • Посмотреть в зеркало заднего вида, убедиться в безопасности маневра и подать сигнал указателем поворота.

  • Через 2-3 сек после подачи сигнала указателем поворота еще раз проконтролировать обстановку в зеркало заднего вида и начать перестроение.

  • На нерегулируемых пересечениях встречаются следующие типичные опасные ситуации, возникающие:

  • При нарушении правил дорожного движения. Водитель не пропустил транспортное средство, имеющее преимущественное право на движение.

  • При ограниченной обзорности из-за поворачивающегося транспортного средства.

  • При сочетании ограниченной обзорности с отвлечением внимания на автобус или другое транспортное средство.

  • При нежелании пропустить пешеходов на пешеходном переходе, совершая, правый или левый повороты.

  • При повороте (автопоезда) не из крайнего правого ряда направо из-за больших габаритов.

  • При сочетании нарушений ПДД с невнимательностью.

Техника выполнения поворотов и разворотов на регулируемом перекрестке аналогична технике выполнения этих маневров на нерегулируемых перекрестках. Только эти маневры выполняются при соответствующих сигналах светофора или регулировщика.

При проезде регулируемых пересечений возникают следующие типичные опасные ситуации:

Приёмы управления автомобилем и скоростью его движения на спуске следует проводить с учетом крутизны уклона, ширины дороги и состояния её покрытия. Движение накатом допустимо на пологих спусках, при этом двигатель выключать нельзя, так как вместе с ним окажутся выключенными гидроусилитель рулевого управления и компрессор тормозной системы. Недопустимо движение накатом даже на отлогих спусках по обледенелой или заснеженной дороге, так как водитель должен быть готовым при первой необходимости тормозить двигателем.

Для преодоления затяжных и крутых спусков перед спуском следует снижать скорость и включать необходимую передачу. Это правило особенно важно выполнять водителям грузовых автомобилей, автобусов и автопоездов большой массы. Выбирать передачу надо таким образом, чтобы двигатель работал на малых оборотах. На затяжных крутых спусках необходимо включать ту же передачу, что и для преодоления подъёма такой же крутизны.

Водитель, изменяя положение педали управлением дроссельной заслонкой, корректирует скорость движения, недопуская её роста до опасных значений.

При остановке на крутых подъёмах и спусках во избежание произвольного движения автомобиля колёса следует упереть в бордюр, камень или другое препятствие, включив заднюю или первую передачу и стояночный тормоз. Если на спуске или за ним образовался затор, рекомендуется выбрать место для остановки и дожидаться освобождения дороги. При неблагоприятной погоде (сильный снегопад, ветер, туман) на крутых подъёмах и спусках горных дорог благоразумнее всего проявить выдержку и не спешить.

При тумане и во время сильного дождя, когда видимость не превышает 10 м., автомобиль останавливают в стороне от проезжей части, включают свет и при необходимости подают звуковые сигналы. Во время длительной стоянке на большой высоте нужно проверять состояние воды в системе охлаждения. При резком движении температуры воздуха двигатель прогревают или сливают воду из системы охлаждения.

3. ОХРАНА ТРУДА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

Техника безопасности при проведении ремонтных работ Гараж или бокс, где проводятся ремонтные работы, должен хорошо проветриваться, дверь — легко открываться как изнутри, так и снаружи. Проход к двери всегда держите свободным. При работе двигателя (особенно на пусковых режимах) выделяется оксид углерода (угарный газ) — ядовитый газ без цвета и запаха. Опасная для жизни концентрация оксида углерода может образоваться даже в открытом гараже, поэтому перед запуском двигателя обеспечьте принудительный отсос отработавших газов за пределы гаража. При отсутствии принудительной вытяжки можно запускать двигатель на короткое время, надев на выпускную трубу отрезок шланга и вынув его наружу. При этом система выпуска и ее соединение со шлангом должны быть герметичны.

При ремонте системы питания впрысковых двигателей необходимо отсоединять «отрицательную» клемму аккумуляторной батареи от «массы» и сбрасывать давление в системе.

На время сварочных работ запаситесь огнетушителем (лучше углекислотным). Перед этим отсоедините провода от всех клемм генератора и аккумуляторной батареи, отключите все электронные блоки управления от бортовой сети автомобиля, а контакт «массы» сварочного провода располагайте как можно ближе к месту сварки. Проследите за тем, чтобы электрический ток не проходил через подвижные (подшипники, шаровые опоры) или резьбовые соединения – иначе они могут быть повреждены.

При ремонте цепей электрооборудования или при риске их повреждения (сварка, рихтовка вблизи жгутов проводов) отключайте клемму «-» аккумулятора.

Для защиты рук от порезов и ушибов во время «силовых» операций надевайте перчатки (лучше кожаные). Для защиты глаз надевайте очки (лучше специальные, с боковыми щитками).

При работе с электролитом очки обязательны

При возможности пользуйтесь ромбическим или гидравлическим домкратами взамен штатного — они более устойчивы и надежны. Не применяйте неисправный инструмент: рожковые ключи с «раскрывшимся» зевом или смятыми губками, отвертки со скругленным, скрученным шлицем или неправильно заточенные, пассатижи с плохо закрепленными пластмассовыми ручками, молотки с незафиксированной ручкой и т.п.

При вывешивании автомобиля (с помощью домкрата или подъемника) никогда не находитесь под ним. Предварительно убедитесь, что соответствующие силовые элементы кузова (усилители пола, пороги) достаточно прочны. Используйте для подъема автомобиля только штатные точки опоры. Запрещается вывешивать автомобиль на двух или более домкратах — используйте подставки промышленного изготовления. Запрещается нагружать или разгружать автомобиль, стоящий на домкрате (садиться в него, снимать или устанавливать двигатель). При ремонте автомобиля со снятым двигателем (силовым агрегатом) учитывайте, что развесовка по осям изменилась: при вывешивании на домкрате такой автомобиль может упасть. Работайте только на ровной нескользкой площадке, под невывешенные колеса подкладывайте упоры.

Отработанные масла способствуют возникновению рака кожи. При попадании масла на руки, вытрите их ветошью, а затем протрите специальным «средством для чистки рук» (или подсолнечным маслом) и вымойте теплой водой с мылом (запрещается мыть руки горячей водой, при этом вредные вещества легко проникают через кожу).

При попадании на руки бензина, вытрите их чистой ветошью, а затем вымойте с мылом.

В охлаждающей жидкости системы охлаждения двигателя (антифризе) содержится этиленгликоль, который ядовит при попадании в организм и — в меньшей степени — при попадании на кожу. При отравлении антифризом нужно немедленно вызвать рвоту, промыть желудок, а в тяжелых случаях принять солевое слабительное (например, глауберову соль) и обратиться к врачу. При попадании на кожу – смыть большим количеством воды. То же при отравлении тормозной жидкостью. Электролит при попадании на кожу вызывает жжение, покраснение. Если электролит попал на руки или в глаза, вначале смойте его большим количеством холодной воды. Запрещается мыть руки с мылом! Затем руки можно промыть раствором питьевой соды или нашатырного спирта (из автомобильной аптечки). Помните, что серная кислота даже в малых концентрациях разрушает органические волокна – берегите одежду! Поэтому при работе с аккумуляторной батареей (электролит почти всегда присутствует и на ее поверхности) надевайте очки и защитную одежду (резиновые перчатки желательны).

Бензин, масла, тормозная жидкость почти не перерабатываются естественным путем. Тормозная жидкость содержит ядовитые гликолевые эфиры, масла – отработавшие минеральные и органические присадки, внешние загрязнения, продукты изнашивания. Свинцовые аккумуляторы, помимо свинца, содержат сурьму и другие элементы, образующие высокотоксичные для организма человека соединения, долго сохраняющиеся в почве. Резинотехнические изделия и пластмассы также практически не разлагаются в естественных условиях, а при сжигании образуют токсичные, в том числе канцерогенные соединения.

Охрана природы и рациональное пользование природных ресурсов одна из важнейших экономических и социальных задач государства.

В стране осуществляется широкая программа разработки и серийному освоению высокопроизводительного газа – и пылеулавлещего оборудования, систем сооружений по очистке промышленных и городских сточных вод с применением биологических и физико–химических методов. Ведутся большие работы по рекультивации земель, занятых под отвалы пустых пород на шахтах и карьерах. Во всех больших размеров ведутся посадки лесов взамен вырубленных. Размеры затопляемых при строительстве гидросооружений и земель ограничивается защитными дамбами, резко сокращён отвод пахотных земель для промышленного и гражданского строительства. Не допускается ввод в эксплуатацию промышленных объектов до окончания строительства очистных и пылегазоулавливающих сооружений.

Осуществляется новые меры по рациональному использованию и воспроизводству природных ресурсов. Предстоит усилить охрану природы, земли, ее недр, атмосферного воздуха, водоёмов, животного и растительного мира.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения письменной экзаменационной работы по теме описание технологического процесса ремонта по замене ремня ГРМ двигателя ВАЗ-21083.

Тема имеет практическую значимость, которая определяет работу газораспределительного механизма, виды ремней ГРМ, повреждения ремня ГРМ, периодичность и причины замены ремня ГРМ, ремонт ремня ГРМ и техническое обслуживание.

Актуальность работы заключается в том, что при соблюдении технологии ремонта ремня ГРМ двигателя ВАЗ-21083 повышается безопасность эксплуатации автомобиля. Выполняя техническое обслуживание ремня ГРМ двигателя ВАЗ-21083 повышается надежность и безопасность эксплуатации автомобиля.

Библиографический список

  1. Автомобиль: Основы конструкции [Текст]: Учебник для вузов/ Н.Н. Вишняков, В.К. Вахламов, А.Н. Нарбут и др. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 2013. – 304 с.

  2. Виноградов, В. М. Технологические процессы ремонта автомобилей [Текст]: Учеб. пособие для студ. учреждений сред. проф. образования. – М.: Академия, 2014. – 296 с.

  3. Виноградов, В. М., Храмцова, О. В. Техническое обслуживание и ремонт автомобилей: Основные и вспомогательные технологические процессы [Текст]: Лабораторный практикум: практикум для студ. учреждений сред. проф. образования. – М.: Академия, 2015. – 192 с.

  4. Виноградов, В. М., Черепахин, Основы сварочного производства [Текст]: Учебное пособие для студентов высших учебных заведений. – М.: Академия, 2015. – 242 с.

  5. Карагодин, В. И., Митрохин, Н. Н. Ремонт автомобилей и двигателей [Текст]: Учебник для студентов учреждений среднего проф. образования. – М.: Академия, 2014. – 176 с.

  6. Кудрин, А. И. Основы расчета нестандартного оборудования для тех. обслуживания и текущего ремонта автомобилей [Текст]. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2013. – 189 с.

  7. Родичев, В.А. Легковой автомобиль [Текст]: Учебное пособие для начального профессионального образования. – М.: ПрофОбрИздат, 2013. – 88 с.

  8. Родичев, В.А. Грузовые автомобили [Текст]: Учебник для начального профессионального образования. – М.: РофОбрИздат, 2013. – 256 с.

  9. Родичев, В.А. Устройство и техническое обслуживание грузовых автомобилей [Текст]: учебник водителя автотранспортных средств категории «С» / В.А. Родичев. – 3-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2013. – 256 с.

  10. Родичев, В.А. Устройство и техническое обслуживание легковых автомобилей [Текст]: учебник водителя автотранспортных средств категории «В» / В.А. Родичев, А.А. Кива. – 6-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2012. – 80 с.

  11. Табель гаражного и технологического оборудования для автотранспортных предприятий различной мощности / С. А. Невский, В. Н. Назаров, М. Е. Егоров [и др.] [Текст]. – М.: Центр орг труда автотранс, 2014. – 242 с.

  12. Техническое обслуживание и ремонт автомобилей [Текст]: учебник для студентов учреждений среднего профессионального образования/В.М. Власов, С.В. Жанказиев, С.М. Круглов и др.; под ред. В.М. Власова. – 3-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2015. – 480с.

  13. Чумаченко, Ю.Т. Автослесарь. Устройство, техническое обслуживание и ремонт автомобилей [Текст]: Учебное пособие. – Ростов н/д: Феникс, 2012. – 544 с.

Как работают автомобили, работающие на природном газе?

Транспортные средства, работающие на сжатом природном газе (КПГ), работают во многом как автомобили с бензиновым двигателем и двигателями внутреннего сгорания с искровым зажиганием. Двигатель работает так же, как бензиновый двигатель. Природный газ хранится в топливном баке или цилиндре, обычно в задней части автомобиля. Топливная система КПГ передает газ под высоким давлением из топливного бака по топливопроводам, где регулятор давления снижает давление до уровня, совместимого с системой впрыска топлива двигателя.Наконец, топливо вводится во впускной коллектор или камеру сгорания, где оно смешивается с воздухом, а затем сжимается и воспламеняется свечой зажигания. Узнайте больше о транспортных средствах, работающих на природном газе.

Изображение в высоком разрешении

Ключевые компоненты автомобиля, работающего на природном газе

Батарея: Батарея обеспечивает электричеством для запуска двигателя и электроники / аксессуаров силового транспортного средства.

Электронный блок управления (ЕСМ): ЕСМ контролирует топливную смесь, угол опережения зажигания и систему выбросов; следит за работой автомобиля; предохраняет двигатель от злоупотреблений; а также обнаруживает и устраняет проблемы.

Выхлопная система: Выхлопная система направляет выхлопные газы из двигателя через выхлопную трубу. Трехкомпонентный катализатор предназначен для уменьшения выбросов выхлопной системы при выходе из двигателя.

Заливная горловина: Форсунка топливораздаточной колонки присоединяется к резервуару на транспортном средстве для заправки топливного бака.

Система впрыска топлива: Эта система подает топливо в камеры сгорания двигателя для воспламенения.

Топливопровод: Металлическая трубка или гибкий шланг (или их комбинация) подает топливо из бака в систему впрыска топлива двигателя.

Топливный бак (сжатый природный газ): Хранит сжатый природный газ на борту транспортного средства до тех пор, пока он не понадобится двигателю.

Регулятор высокого давления: Снижает и регулирует давление топлива на выходе из бака, понижая его до приемлемого уровня, требуемого системой впрыска топлива двигателя.

Двигатель внутреннего сгорания (с искровым зажиганием): В этой конфигурации топливо впрыскивается либо во впускной коллектор, либо в камеру сгорания, где оно смешивается с воздухом, а топливно-воздушная смесь воспламеняется искрой от свечи зажигания. .

Ручное отключение: Позволяет оператору транспортного средства или механику вручную отключать подачу топлива.

Топливный фильтр для природного газа: Улавливает загрязнения и другие побочные продукты, чтобы предотвратить их засорение критически важных компонентов топливной системы, таких как топливные форсунки.

Трансмиссия: Трансмиссия передает механическую мощность от двигателя и / или электрического тягового двигателя для привода колес.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом.Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Холодильные установки | Использование воды на электростанции для охлаждения

(обновлено в сентябре 2020 г.)

  • Объем охлаждения, необходимый для любой электростанции с паровым циклом (заданного размера), определяется ее тепловым КПД.По сути, это не имеет никакого отношения к тому, работает ли он на угле, газе или уране.
  • Однако действующие в настоящее время атомные электростанции часто имеют несколько более низкий тепловой КПД, чем угольные аналоги того же возраста, и угольные станции сбрасывают часть отработанного тепла с дымовыми газами, тогда как атомные станции используют воду.
  • Атомные электростанции имеют большую гибкость в размещении, чем угольные электростанции, благодаря логистике топлива, что дает им больше возможностей для определения их местоположения с учетом соображений охлаждения.

Наиболее распространенные типы атомных электростанций используют воду для охлаждения двумя способами:

  • Для передачи тепла от активной зоны реактора к паровым турбинам.
  • Для удаления и сброса излишков тепла из этого парового контура. (На любой электростанции с паровым циклом / циклом Ренкина, такой как современные угольные и атомные электростанции, происходит потеря около двух третей энергии из-за внутренних ограничений преобразования тепла в механическую энергию.)

Чем больше разница температур между внутренним источником тепла и внешней средой, куда сбрасывается избыточное тепло, тем эффективнее процесс выполнения механической работы — в данном случае поворот генератора на .Следовательно, желательно иметь высокую температуру внутри и низкую температуру во внешней среде. Это соображение приводит к желательному размещению электростанций рядом с очень холодной водой. *

* Многие электростанции, как ископаемые, так и атомные, имеют более высокую чистую выработку зимой, чем летом, из-за разницы в температуре охлаждающей воды.

1. Теплопередача парового цикла

Для передачи тепла от активной зоны вода непрерывно циркулирует в замкнутом паровом цикле и практически не теряется b .Он превращается в пар первичным источником тепла, чтобы заставить турбину выполнять работу по выработке электричества, а затем он конденсируется и под давлением перенастраивается на источник тепла в замкнутой системе c . В любой такой системе требуется очень небольшое количество подпиточной воды. Вода должна быть чистой и достаточно чистой. д

Эта функция практически одинакова, независимо от того, является ли электростанция атомной, угольной или газовой. Так работает любая электростанция парового цикла.Таким образом производится не менее 90% электроэнергии, не связанной с гидроэнергетикой, в каждой стране.

В атомной станции есть дополнительное требование. Когда установка, работающая на ископаемом топливе, закрывается, источник тепла удаляется. Когда атомная станция останавливается, некоторое количество тепла продолжает выделяться в результате радиоактивного распада, хотя деление прекращено. Это должно быть надежно удалено, и установка спроектирована таким образом, чтобы обеспечить и гарантировать это, как с обычным охлаждением, так и с системами аварийного охлаждения активной зоны (САОЗ), предоставляемыми в случае серьезной проблемы с первичным охлаждением.Обычное охлаждение первоначально происходит с главным контуром подачи пара в обход турбины и отвод тепла в конденсатор. После падения давления в системе отвода остаточного тепла используется собственный теплообменник. Интенсивность этого остаточного тепла уменьшается со временем, сначала быстро, а через день или два перестает быть проблемой, если циркуляция поддерживается. *

* Когда ядерный реактор Kashiwazaki-Kariwa 7 автоматически остановился из-за сильного землетрясения в 2007 году, потребовалось 16 часов, чтобы температура охлаждающей жидкости снизилась с 287 до 100 ° C, чтобы он больше не закипал.«Холодный останов» — это когда первичный контур находится при атмосферном давлении и не кипит.

Остаточное тепло в топливе на реакторах Фукусима-дайити

2. Охлаждение для конденсации пара и отвода избыточного тепла

Вторая функция воды на такой электростанции — охлаждение системы с целью конденсации пара низкого давления и его рециркуляции. Поскольку пар во внутреннем контуре конденсируется обратно в воду, избыточное (отработанное) тепло, которое удаляется из него, необходимо отводить путем передачи в воздух или в водоем.Это главное соображение при выборе площадок для электростанций, и в исследовании по выбору площадок для АЭС в Великобритании в 2009 году все рекомендации касались площадок в пределах 2 км от обильных водоемов — моря или устья.

Эту функцию охлаждения для конденсации пара можно выполнить одним из трех способов:

  • Прямое или «прямоточное» охлаждение. Если электростанция находится рядом с морем, большой рекой или большим внутренним водоемом, это можно сделать, просто пропустив большое количество воды через конденсаторы за один проход и сбросив ее обратно в море, озеро или реку. на несколько градусов теплее и без особых потерь от выведенной суммы. e Это самый простой способ. Вода может быть соленой или пресной. Некоторое небольшое количество испарений будет происходить за пределами участка из-за того, что вода на несколько градусов теплее.
  • Рециркуляционное или непрямое охлаждение. Если у электростанции нет доступа к обильному количеству воды, охлаждение может быть выполнено путем пропускания пара через конденсатор, а затем с использованием градирни, где восходящий поток воздуха через капли воды охлаждает воду. Иногда для охлаждения воды может быть достаточно пруда или канала.Обычно охлаждение происходит в основном за счет испарения, при этом простая передача тепла воздуху имеет меньшее значение. Градирня испаряет до 5% потока, а охлажденная вода затем возвращается в конденсатор электростанции. 3–5% или около того эффективно расходуются, и их необходимо постоянно заменять. Это основной тип рециркуляционного или непрямого охлаждения.
  • Сухое охлаждение. Некоторые электростанции охлаждаются просто воздухом, не полагаясь на физику испарения.Это могут быть градирни с замкнутым контуром или поток воздуха с высокой принудительной тягой, проходящий через ребристый узел, такой как автомобильный радиатор.

На электростанции, работающей на ископаемом топливе, часть тепла выделяется с дымовыми газами. На большой угольной электростанции около 15% отходящего тепла проходит через дымовую трубу, тогда как на атомной электростанции практически все отходящее тепло должно сбрасываться в охлаждающую воду конденсатора. Это приводит к некоторой разнице в потреблении воды на атомной и угольной электростанциях.(Газотурбинная установка выбрасывает большую часть отработанного тепла в выхлопные газы.)

Помимо этого, и помимо размера, любые различия между установками связаны с термическим КПД , то есть тем, сколько тепла должно быть выброшено в окружающую среду, что, в свою очередь, в значительной степени зависит от рабочей температуры в парогенераторах. В электростанции, работающей на угле или обычном газе, можно эксплуатировать внутренние котлы при более высоких температурах, чем в котлах с тонко спроектированными ядерными топливными сборками, которые должны избегать повреждений.Это означает, что эффективность современных угольных электростанций, как правило, выше, чем у атомных электростанций, хотя это внутреннее преимущество может быть нивелировано средствами контроля выбросов, такими как десульфуризация дымовых газов (FGD), а в будущем — улавливание и хранение углерода (CCS). .

Атомная или угольная электростанция, работающая с тепловым КПД 33%, должна будет сбрасывать примерно на 14% больше тепла, чем электростанция с КПД 36%. f Атомные станции, которые строятся в настоящее время, имеют тепловой КПД около 34-36%, в зависимости от площадки (особенно температуры воды).Более старые часто эффективны только на 32-33%. Относительно новая угольная электростанция Stanwell в Квинсленде работает на 36%, но некоторые новые угольные электростанции приближаются к 40%, а один из новых ядерных реакторов требует 39%.

Некоторые тепловые КПД различных технологий сжигания угля

Страна Технологии Тепловой КПД Прогнозируемая эффективность с CCS
Австралия Черный сверхсверхкритический туалет 43% 33%
Черный сверхкритический переменный ток 39%
собственный сверхсверхкритический туалет 35% 27%
Коричневый сверхкритический WC 33%
Коричневый Викторианский 2009 WC 25.6%
Бельгия Черный сверхкритический 45%
Китай Черный сверхкритический 46%
Чешская Республика Коричневый PCC 43% 38%
Коричневый IGCG 45% 43%
Германия Черный PCC 46% 38%
Коричневый PCC 45% 37%
Россия Черный сверхсверхкритический PCC 47% 37%
США Черный PCC и IGCC 39% 39%

Прогнозируемые затраты на производство электроэнергии ОЭСР, 2010 г. , таблицы 3.3; Викторианский бурый уголь из отчета ESAA 2010

PCC = сжигание угольной пыли, AC = с воздушным охлаждением, WC = с водяным охлаждением

(В этом отчете нет данных по ядерной эффективности, но сравнимая эффективность поколения III часто указывается как около 36%, см. Таблицу ниже)

Избранные примеры действующих ядерных энергетических реакторов

Реактор Мощность (МВт нетто) Тип / способ охлаждения пуск тепловой КПД
Канада Дарлингтон 1 881 PHWR / озеро, прямоточный 1977 31.2%
Франция Chooz B1 1455 PWR / башня, естественная тяга 1983 29,5%
США Низ персикового цвета 2 1055 BWR / река, однократно
(башня, принудительная тяга в режиме ожидания)
1973 32,3%
Япония Охи 4 1127 PWR / морские прямоточные 1992 34.3%
Южная Корея Ханбит / Юнгван 6 996 PWR / морские прямоточные 2002 37,4%
Россия Белоярск 3 560 FBR / озеро, прямоточный 1980 41,5%

Справочник по ядерной инженерии Данные за 2010 год.Чистая мощность (МВт) — это за вычетом потерь от фактического энергопотребления станции. BWR = реактор с кипящей водой, PWR = реактор с водой под давлением, PHWR = реактор с тяжелой водой под давлением (CANDU). FBR = реактор-размножитель на быстрых нейтронах (при более высокой температуре).

В Европе (особенно в Скандинавии) низкая температура воды является важным критерием для размещения электростанции. Что касается планируемой турецкой атомной электростанции, то производительность будет увеличиваться на один процент, если какая-либо конкретная станция будет расположена на побережье Черного моря с более прохладной водой (в среднем на 5 ° C ниже), чем на побережье Средиземного моря.Для новых атомных электростанций в ОАЭ, поскольку морская вода в заливе в Браке составляет около 35 ° C, а не около 27 ° C, как в эталонных блоках Shin Kori 3 и 4, потребуются более крупные теплообменники и конденсаторы.

Согласно отчету Министерства энергетики (DOE) 2006 г., обсуждаемому в Приложении, в США 43% тепловых электрических генерирующих мощностей используют прямоточное охлаждение, 42% влажное рециркуляционное охлаждение, 14% бассейнов-охладителей и 1% сухое охлаждение (это только газовый комбинированный цикл). Спреды для угля и для атомной энергетики одинаковы.Для 104 АЭС США: 60 используют прямоточное охлаждение, 35 используют мокрые градирни и 9 используют двойные системы, переключаемые в зависимости от условий окружающей среды. Это распределение, вероятно, похоже на континентальную Европу и Россию, хотя АЭС Великобритании используют только прямоточное охлаждение морской водой, как и все электростанции в Швеции, Финляндии, Канаде (вода Великих озер), Южной Африке, Японии, Кореи и Китае. По данным МАГАТЭ, 45% атомных станций используют море для прямоточного охлаждения, 15% используют озера, 14% реки и 26% используют градирни.

Газовым установкам с комбинированным циклом (газовая турбина с комбинированным циклом — ПГУ) требуется лишь около одной трети инженерного охлаждения по сравнению с обычными тепловыми установками (много тепла выделяется в выхлопе турбины), и они часто используют сухое охлаждение на второй стадии. *

* ПГУ имеют газовую турбину (реактивный двигатель), работающую на жидком топливе или газе, соединенную с генератором. Выхлоп пропускается через парогенератор, а пар используется для привода другой турбины. Это приводит к общему тепловому КПД более 50%.Пар во второй фазе должен конденсироваться либо с помощью конденсатора с воздушным охлаждением, либо с помощью влажного охлаждения.

Установки комбинированного производства тепла и электроэнергии (ТЭЦ), очевидно, нуждаются в меньшем количестве технических средств охлаждения, чем другие, поскольку побочное тепло фактически используется для чего-то, а не рассеивается бесполезно.

Из-за потерь тепла через дымовые газы в дымовой трубе угольные электростанции простого цикла имеют более низкую нагрузку отвода тепла через конденсатор и систему охлаждения, чем атомные электростанции простого цикла.Однако они также нуждаются в воде для очистки и удаления угольной золы, что уменьшает разницу между потребностями в воде для атомных и угольных электростанций. Основное различие, оцениваемое Институтом исследований в области электроэнергетики США (EPRI), как правило, составляет 15-25%, не является достаточно значительным фактором при выборе между атомной энергетикой и углем. EPRI считает, что в целом доступная экономия воды за счет таких подходов, как воздушное охлаждение, нетрадиционные источники воды, потоки сточных вод заводов по переработке и повышение эффективности преобразования тепловой энергии, намного перевешивает любые различия между потребностями в воде для ядерных и угольных станций.

График в World Energy Outlook 2016 показывает, что для прямоточного охлаждения атомные и традиционные угольные электростанции очень похожи как по потреблению, так и по расходу в литрах на МВтч, но газовая ПГУ и сверхкритический уголь значительно меньше. Для влажного градирни ядерная энергия имеет больший объем извлечения, но меньшее потребление, чем обычный уголь.

EPRI 2010 (около 15% отработанного тепла угольных электростанций отводится через дымовую трубу, а не через охлаждающую воду).NB галлоны США = 3,79 литра

Прямое или прямоточное влажное охлаждение

Если угольная или атомная электростанция находится рядом с большим объемом воды (большая река, озеро или море), охлаждения можно добиться, просто пропустив воду через станцию ​​и выпустив ее при немного более высокой температуре. В этом случае вряд ли есть смысл в смысле потребления или истощения на месте, хотя некоторое испарение будет происходить по мере охлаждения ниже по потоку. Требуемое количество воды будет больше, чем при использовании рециркуляционной установки, но вода забирается и возвращается, а не расходуется на испарение.В Великобритании потребность в водозаборе для атомного блока мощностью 1600 МВт составляет около 90 кубических метров в секунду (7,8 GL / день).

Многие атомные электростанции имеют прямоточное охлаждение (OTC), поскольку их расположение вообще не определяется источником топлива и зависит, во-первых, от того, где требуется мощность, а во-вторых, от наличия воды для охлаждения. Использование морской воды означает, что для предотвращения коррозии необходимо использовать материалы более высокого качества, но охлаждение часто оказывается более эффективным. Согласно исследованию французского правительства, проведенному в 2008 году, размещение РОП на реке, а не на побережье снизило бы его производительность на 0.9% и увеличить стоимость кВтч на 3%.

Любая атомная или угольная электростанция, которая обычно охлаждается за счет забора воды из реки или озера, будет иметь ограничения на температуру возвращаемой воды (обычно 30 ° C) и / или на разницу температур между входом и выходом. В жарких летних условиях даже поступающая из реки вода может приближаться к установленному пределу сброса, и это будет означать, что установка не сможет работать на полную мощность. В середине 2010 года TVA пришлось снизить энергопотребление на своих трех установках Browns Ferry в Алабаме до 50%, чтобы поддерживать температуру воды в реке ниже 32 ° C, что обошлось клиентам в 50 миллионов долларов.На этой неделе температура Рейна и Неккара в Баден-Вюртемберге приблизилась к критическим 28 ° C, а атомные и угольные электростанции оказались под угрозой закрытия. В августе 2012 года один блок электростанции Миллстоун в Коннектикуте был закрыт из-за того, что морская вода в проливе Лонг-Айленд превысила 24 ° C, но в 2014 году NRC разрешил использовать морскую воду с температурой до 26,7 ° C. Атомная электростанция Турция-Пойнт во Флориде использует 270 км открытых каналов для охлаждения воды конденсатора, а в 2014 году NRC одобрил увеличение предельной температуры на входе до 40 ° C с 37.8 ° С.

Иногда для помощи используется дополнительная градирня, создавая двойную систему, как на заводах TVA Browns Ferry и Sequoyah в США, на многих заводах во Франции и Германии, а также на заводе Huntly в Новой Зеландии, но это означает, что немного воды затем теряется при испарении. В упомянутой выше ситуации с паромом Brown’s Ferry в середине 2010 года шесть «сезонных» градирен с механической тягой высотой 18-24 м работали на полную мощность и проработали большую часть лета. TVA потратила 160 миллионов долларов на добавление одной более крупной (около 50 м) градирни с механической тягой, введенной в эксплуатацию в 2012 году, и постепенно заменяет четыре существующие градирни улучшенной конструкции.

Рециркуляционное или непрямое влажное охлаждение

Если на электростанции мало воды, она может отводить излишки тепла в воздух с помощью систем рециркуляции воды, которые в основном используют физику испарения.

Градирни с рециркуляцией воды — обычная визуальная особенность электростанций, часто наблюдаемая с шлейфами конденсированного водяного пара. Иногда в прохладном климате можно использовать просто пруд, из которого испаряется горячая вода.

Большинство атомных электростанций (и других тепловых) с рециркуляционным охлаждением охлаждаются водой в контуре конденсатора, а горячая вода затем направляется в градирню.При этом может использоваться либо естественная тяга (эффект дымохода), либо механическая тяга с использованием больших вентиляторов (обеспечивающая гораздо более низкий профиль, но с использованием мощности *). Охлаждение в градирне происходит за счет передачи тепла воды воздуху, как напрямую, так и за счет испарения части воды. В Великобритании потребность в воде для атомного блока мощностью 1600 МВт составляет около 2 кубических метров в секунду (173 МЛ / сут), это примерно половина для испарения и половина для продувки (см. Ниже).

* Chinon B во Франции (4×905 МВт) и предлагаемая электростанция Calvert Cliffs в США (1650 МВт) используют низкопрофильные градирни с наддувом.В Chinon B одна градирня на блок имеет высоту 30 м (вместо 155 м, необходимых для этого типа с естественной тягой), диаметр 155 м и использует 8 МВт (эл.) Для своих 18 вентиляторов (0,9% мощности). На Calvert Cliffs вентиляторы градирни будут потреблять около 20 МВт (1,2%) мощности.

Chinon B, Франция, с низкопрофильными градирнями с наддувом

Кредит: EDF / Марк Мурсо

Наиболее распространенная конфигурация градирен с естественной тягой называется противоточной.Эти башни имеют большую бетонную оболочку с теплообменной «заливкой» в слое над входом холодного воздуха в основании оболочки. Воздух, нагретый горячей водой, поднимается вверх через кожух за счет конвекции (эффект дымохода), создавая естественную тягу, обеспечивающую поток воздуха для охлаждения горячей воды, распыляемой сверху. Другие конфигурации включают поперечный поток, когда воздух движется поперечно через воду, и прямоток, когда воздух движется в том же направлении, что и капли воды. Эти башни не требуют вентиляторов и имеют низкие эксплуатационные расходы, но значительные затраты на техническое обслуживание.Для большого растения они могут быть высотой более 200 метров. Они используются на крупных атомных и угольных электростанциях в Европе, восточной части США, Австралии и Южной Африке

Градирни с механической тягой имеют большие осевые вентиляторы, выполненные из дерева и пластика. Вентиляторы обеспечивают воздушный поток и могут обеспечивать более низкую температуру воды, чем градирни с естественной тягой, особенно в жаркие засушливые дни. Однако у них есть недостаток, заключающийся в том, что для них требуется вспомогательная энергия, обычно около 1% от мощности установки, но не более 1.2% от этого. Вытяжные градирни с механической вытяжкой используются исключительно в центральной и западной части США, поскольку они могут обеспечивать более контролируемую производительность в широком диапазоне условий, от замораживания до жарких и сухих. Кроме того, они менее заметны, их высота не превышает 50 метров.

Такие градирни увеличивают потребление воды, при этом испаряется до 3,0 литров на каждый произведенный киловатт-час г , в зависимости от условий ч . Эта потеря воды при испарении из-за фазового перехода нескольких процентов ее из жидкости в пар отвечает за отвод большей части тепла от охлаждающей воды за счет лишь небольшой части объема циркулирующей жидкости (хотя и довольно большой доли воды, фактически забираемой из озера или ручья).Считается, что потребление воды при испарении обычно примерно вдвое больше, чем при прямом охлаждении.

Градирни с рециркуляцией воды снижают общий КПД электростанции на 2-5% по сравнению с прямоточным использованием воды из моря, озера или большого ручья, количество зависит от местных условий. Согласно исследованию Министерства энергетики США, проведенному в 2009 году, они примерно на 40% дороже, чем прямая прямоточная система охлаждения.

Вода, испаряющаяся из градирни, приводит к увеличению концентрации примесей в оставшемся теплоносителе.Некоторый слив — известный как «продувка» — необходим для поддержания качества воды, особенно если вода для начала используется повторно, как муниципальные сточные воды — как, например, в Пало-Верде, штат Аризона *, и предлагается для завода в Иордании Мадждал. Таким образом, необходимая замена воды примерно на 50% больше, чем фактическая замена испарителя, поэтому система такого типа потребляет (за счет испарения) до 70% забираемой воды.

* Около 220 мл очищенных сточных вод в день перекачивается в 70 км от Феникса, Азия, на трехблочную станцию ​​мощностью 3875 МВт (эл.).Испарение составляет 76 мл / день на единицу, а продувка 4,7 мл / день при солености примерно такой же, как у морской воды, сбрасываемой в пруды-испарители, следовательно, используется около 2,6 л / кВтч. Он имеет три градирни с механической тягой для каждого блока.

Даже при относительно невысокой чистой потребности в воде для рециркуляционного охлаждения большие электростанции могут превосходить то, что летом легко достается из реки. На атомной электростанции Civaux мощностью 3000 МВт (эл.) Во Франции в плотинах выше по течению хранится 20 GL воды, чтобы обеспечить адекватное снабжение в условиях засухи.

На некоторых атомных станциях используются бассейны-охладители, которые представляют собой другой тип охлаждения с замкнутым циклом, снижающий потери на испарение, связанные с градирнями. Пруды-охладители требуют значительного количества земли и могут оказаться невозможными по другим причинам. Преимущество пруда-охладителя заключается в том, что он передает больший процент отработанного тепла в атмосферу посредством конвекции или более медленного испарения из-за более низких перепадов температур, что снижает скорость испарения и, таким образом, скорость потребляемых потерь воды по сравнению с градирнями.Кроме того, их воздействие на окружающую среду обычно меньше, чем прямое охлаждение.

Несмотря на то, что на многих угольных и атомных электростанциях используются мокрые градирни, в США на производство электроэнергии приходится только около 3% всего потребления пресной воды, по данным Геологической службы США — около 15,2 гигалитра в день (5550 GL / год). Это было бы просто для внутренних угольных и атомных станций без доступа к обильному количеству воды для прямоточного охлаждения. Австралийские угольные электростанции потребляют около 290 GL в год , что эквивалентно двум третям водоснабжения Мельбурна.

Сухое охлаждение

В тех случаях, когда доступ к воде еще более ограничен или приоритетом являются экологические и эстетические соображения, для обычных реакторов могут быть выбраны методы сухого охлаждения. Как следует из названия, в этом случае в качестве среды передачи тепла используется воздух, а не испарение из контура конденсатора. Сухое охлаждение означает минимальную потерю воды. Доступны два основных типа технологий сухого охлаждения.

Одна конструкция работает как автомобильный радиатор и использует принудительную тягу с высоким потоком через систему ребристых труб в конденсаторе, через которые проходит пар, просто передавая свое тепло напрямую окружающему воздуху.В этом случае вся электростанция использует менее 10% воды, необходимой для установки с влажным охлаждением j , но некоторая мощность (около 1–1,5% выходной мощности электростанции) потребляется необходимыми большими вентиляторами. k Это прямое сухое охлаждение с использованием конденсатора с воздушным охлаждением (ACC), и единственная атомная электростанция, на которой он обычно используется, — это очень маленькие реакторы в Билибино в арктическом регионе вечной мерзлоты в Сибири, хотя THTR-300 экспериментальный реактор в Германии в 80-е годы также имел воздушное охлаждение.

В качестве альтернативы может все еще существовать контур охлаждения конденсатора, как в случае с влажным рециркуляционным охлаждением, но вода в нем закрывается и охлаждается потоком воздуха, проходящим через оребренные трубы в градирне. * Тепло передается воздуху, но неэффективно. Эта технология не является предпочтительной, если возможно влажное охлаждение в зависимости от испарения, но потребление энергии составляет всего 0,5% от выхода.

Резервная система отвода остаточного тепла, вводимая в эксплуатацию на атомной электростанции Ловииса в Финляндии в 2015 году, имеет две градирни: одна для системы отвода остаточного тепла, подключенной к парогенераторам, а другая — для других нужд, включая топливо. бассейны.Они могут сначала перевести установку в режим горячего, а затем в холодный режим.

* Некоторые градирни с механической тягой представляют собой гибридную конструкцию, включающую сухую часть над мокрой. Используемый режим охлаждения зависит от сезона, при этом предпочтительнее сухое охлаждение в более холодные месяцы.

В обоих случаях нет зависимости от испарения и, следовательно, потерь охлаждающей воды на испарение. Использование вентиляторов также позволяет лучше контролировать охлаждение, чем просто использование естественной тяги.Однако передача тепла намного менее эффективна и, следовательно, требует гораздо более крупной охлаждающей установки, которая механически более сложна. Компания Eskom в Южной Африке указывает на установки с сухим охлаждением, у которых общее потребление воды составляет менее 0,8 л / кВтч, что соответствует потерям в паровом цикле (сравните примерно 2,5 л / кВтч для установок с влажным охлаждением). Eskom строит две из крупнейших угольных электростанций в мире — каждая мощностью 6 x 800 МВт, — и одна из них будет крупнейшей в мире электростанцией с сухим охлаждением.

Вряд ли какие-либо генерирующие мощности в США используют сухое охлаждение, а в Великобритании оно было исключено как непрактичное и ненадежное (в жаркую погоду) для новых атомных станций.В исследовании Министерства энергетики США в 2009 году говорится, что они в три-четыре раза дороже, чем рециркуляционная система влажного охлаждения. Во всех заявках на получение лицензии на новые установки в США сухое охлаждение отвергалось как неосуществимое или неприемлемое из-за потери эффективности выработки электроэнергии и значительно более высоких капитальных и эксплуатационных затрат. Для больших блоков также существуют последствия для безопасности, связанные с отводом остаточного тепла после аварийного останова с потерей мощности. В Иране четыре немецких реактора мощностью 1300 МВт, запланированные в 1970-х годах в Исфахане и Савехе, должны были использовать сухое охлаждение с двумя градирнями высотой 260 м и диаметром 170 м каждая.Маловероятно, что в обозримом будущем крупные атомные станции перейдут на сухое охлаждение.

Однако два американских малых модульных реактора (SMR) — Holtec SMR-160 и B&W mPower — используют сухое охлаждение или могут использовать его, что дает гораздо большую гибкость при выборе места установки. B&W заявляет о 31% тепловом КПД при использовании конденсатора с воздушным охлаждением, а также о снижении мощности со 180 МВт для водяного охлаждения до 155 МВт для охлаждения с воздушным конденсатором в результате снижения термодинамической эффективности.В модуле реактора NuScale 60 МВт, который планируется построить в Национальной лаборатории Айдахо, будет использоваться сухое охлаждение, что снизит потребление воды примерно на 90% и снизит выходную мощность на 5-7%.

Оба типа сухого охлаждения связаны с большими затратами на установку охлаждения и намного менее эффективны, чем водяные градирни, использующие физику испарения плавники, а не испарением. В жарком климате температура окружающего воздуха может составлять 40 градусов C, что сильно ограничивает охлаждающий потенциал по сравнению с температурой по влажному термометру, составляющей, возможно, 20ºC, что определяет потенциал для влажной системы.Однако, если модернизируются сухие системы, влажная система по-прежнему доступна для жаркой погоды.

Прогнозируемые данные Австралии по углю * показывают 32% -ное снижение теплового КПД воздушного охлаждения по сравнению с водяным охлаждением, например. с 33% до 31%.

* В ОЭСР Прогнозируемые затраты на производство электроэнергии 2010 г. Таблицы 3.3.

Вода является препятствием для выработки электроэнергии на угле во внутреннем Китае, большая часть которого находится в регионах с дефицитом воды. Модернизация воздушного охлаждения снижает эффективность на 3-10% и, как сообщается, стоит около 200 миллионов долларов на 1000 МВтэ мощности * — около 2.5 центов / кВтч. World Energy Outlook 2015 сообщает, что более 100 ГВт (эл.) Угольных электростанций в северном Китае (12% всего угольного парка) используют сухое охлаждение, и ожидается, что потребность в нем будет расти. В частности, около 175 ГВт установленной мощности по сжиганию угля необходимо модернизировать с использованием сухого охлаждения. Из-за высокой стоимости транспортировки угля, более чем в три раза превышающей стоимость добычи от Синьцзяна до восточного побережья, много новых мощностей строится рядом с шахтами на севере, а энергия передается на юг по линиям HVDC.Прирост стоимости сухого охлаждения показан примерно на уровне 0,7 долл. США / МВт-ч, как и стоимость HVDC.

* Финансовый отчет Bloomberg New Energy от 25.03.13.

Китай планирует построить небольшие модульные реакторы на расплаве соли в качестве энергетического решения на северо-западе страны, где мало воды и низкая плотность населения. Применение безводного охлаждения в засушливых регионах с использованием реакторов TMSR-SF предусматривается в конце 2020-х годов. Помимо твердотопливных конструкций, планируется установка MSR на жидком топливе мощностью 168 МВт (эл.).Отвод остаточного тепла пассивный, путем охлаждения полости.

Экологические и социальные аспекты охлаждения

Каждый из различных методов охлаждения влечет за собой свой собственный набор местных экологических и социальных воздействий и подлежит регулированию.

В случае прямого охлаждения, воздействия включают количество забираемой воды и воздействие на организмы в водной среде, особенно на рыбу и ракообразных. Последнее включает в себя как убой из-за столкновения (отлов более крупной рыбы на экранах), так и увлечение (вытягивание более мелкой рыбы, икры и личинок через системы охлаждения), а также изменение условий экосистемы, вызванное повышением температуры сбрасываемой воды.

В случае мокрых градирен воздействия включают потребление воды (в отличие от простого забора) и эффекты визуального шлейфа пара, выбрасываемого из градирни. Многие люди считают такие шлейфы помехой, в то время как в холодных условиях некоторые конструкции башен допускают образование льда, который может покрывать землю или близлежащие поверхности. Другой возможной проблемой является унос, когда в каплях воды могут присутствовать соль и другие загрязнители.

Со временем знания об этих эффектах расширились, воздействия были количественно оценены, и были разработаны решения.Технические решения (такие как рыбные сетки и каплеуловители) могут эффективно смягчить многие из этих воздействий, но с соответствующими затратами, которые возрастают со сложностью.

На атомной станции, за исключением незначительного хлорирования, охлаждающая вода не загрязняется при использовании — она ​​никогда не контактирует с ядерной частью станции, а только охлаждает конденсатор в машинном зале.

В региональном и глобальном масштабе менее эффективные средства охлаждения, особенно сухое охлаждение, приведут к увеличению связанных выбросов на единицу отправляемой электроэнергии.Это больше беспокоит электростанции, работающие на ископаемом топливе, но, возможно, имеет последствия и для ядерной энергетики с точки зрения образующихся отходов.

Что касается политики, то в одном отчете Министерства энергетики США отмечается, что основным эффектом Закона США о чистой воде является регулирование воздействия использования охлаждающей воды на водную флору и фауну, и это уже приводит к выбору рециркуляционных систем вместо прямоточных для пресная вода. Это увеличит потребление воды, если не будут использоваться более дорогие и менее эффективные системы сухого охлаждения.Это поставит атомную энергетику в невыгодное положение по сравнению со сверхкритическим углем, хотя требования по десульфуризации дымовых газов (FGD) для угля выровняют водный баланс, по крайней мере, до некоторой степени, а любое будущее улавливание и хранение углерода (CCS) еще больше ухудшит уголь.

В августовском отчете Национальной лаборатории энергетических технологий (NETL) Министерства энергетики США были проанализированы последствия введения новых экологических норм для угольных электростанций в США. Ожидается, что надвигающееся нормотворчество Агентства по охране окружающей среды в феврале 2011 года обяжет использование градирен в качестве «наилучшей доступной технологии» для минимизации воздействия на окружающую среду от водозаборов, вместо того, чтобы позволять проводить оценки для конкретных участков и анализ затрат и выгод для определения наилучшего варианта из возможных. ряд проверенных технологий для защиты водных видов.Это может означать, что на всех новых заводах — и, возможно, на многих существующих установках — необходимо установить градирни вместо использования прямоточного охлаждения, которое требует много воды, но около 96% ее возвращается, немного теплее. Градирни, будучи более дорогими, работают за счет испарения большого количества воды, создавая нагрузку на запасы пресной воды — согласно отчету, они потребляют 1,8 л / кВт · ч, по сравнению с менее 0,4 л / кВт · ч для прямоточного охлаждения. . В отчете NETL отмечается, что прогнозируемое увеличение использования воды на угольных электростанциях в течение следующих двух десятилетий, если прямое охлаждение больше не будет разрешено на новых станциях, не влияет на вероятность того, что многие угольные электростанции добавят технологию улавливания и хранения углерода (CCS) в свои системы. ограничивают выбросы углерода в США, тем самым увеличивая потребление воды еще на 30-40%.

Исследование, проведенное в 2010 году Исследовательским институтом электроэнергетики (EPRI), показало, что общая стоимость модернизации электростанций США с градирнями превысит 95 миллиардов долларов. Стоимость только 39 АЭС (63 реактора) составит почти 32 миллиарда долларов. Исследование EPRI охватывало 428 электростанций США с прямоточными системами охлаждения, которые потенциально подпадали под действие пересмотренных правил Агентства по охране окружающей среды США якобы для защиты водных организмов от попадания в водозаборные сооружения охлаждающей воды.Как отмечалось выше, согласно предложенным поправкам к Закону о чистой воде, EPA могло бы потребовать, чтобы охлаждение замкнутого цикла было «наилучшей доступной технологией» для минимизации неблагоприятного воздействия на окружающую среду для водных организмов. В исследовании EPRI рассматривались капитальные затраты, потери доходов от продолжительных отключений, необходимых для изменения систем, и затраты, связанные с потерями в эффективности установки, включая увеличение потребления энергии вентиляторами и насосами в системах охлаждения с замкнутым циклом. Такое изменение обойдется 311 миллионам граждан США в 305 долларов на человека, чтобы модернизировать все электростанции с прямоточной системой охлаждения, «чтобы устранить практически несуществующее воздействие на окружающую среду, согласно научным исследованиям популяций водных организмов на этих станциях», — говорится в сообщении. Институт ядерной энергии, промышленная ассоциация США.

В мае 2014 года EPA издало окончательное правило для водозаборов, охватывающее 1065 заводов и фабрик, которое позволяет существующим предприятиям использовать ряд вариантов защиты водных организмов, хотя новым потребуются системы замкнутого цикла. *

* NEI прокомментировал: «Градирни потребляют вдвое больше воды из водоемов, которые мы хотим защитить, по сравнению с прямоточными системами охлаждения. Этот факт очень важен с учетом прогнозов о том, что большая часть нашей страны столкнется с нехваткой водных ресурсов в будущем.Технологические решения для водозабора охлаждающей воды электростанции могут быть очень эффективными в защите рыб и могут учитывать экологическое разнообразие различных участков. Как EPA ранее указывало, такие решения, как передвижные экраны с системой сбора и возврата, сопоставимы с градирнями в защите водных организмов в водоемах, используемых для охлаждения электростанций ».

Во Франции все атомные электростанции EdF, кроме четырех (14 реакторов), находятся внутри страны и требуют пресной воды для охлаждения.Одиннадцать из 15 внутренних станций (32 реактора) имеют градирни с испарительным охлаждением, остальные четыре (12 реакторов) напрямую используют речную или озерную воду. При нормативных ограничениях на повышение температуры в водоприемниках это означает, что в очень жаркое лето выработка электроэнергии может быть ограничена. *

* Например, в Бугее максимальное повышение температуры воды летом обычно составляет 7,5 ° C, а летом — 5,5 ° C, при максимальной температуре нагнетания 30 ° C (34 ° C летом) и максимальной температуре ниже по течению 24 ° C (26 ° C допускается до 35 лет. дней).Для заводов, использующих прямое охлаждение с моря, допустимое повышение температуры на море составляет 15 ° C.

В США заводы, использующие прямое охлаждение от рек, должны снижать мощность в жаркую погоду. Три агрегата Browns Ferry компании TVA работают на 50%, в то время как температура в реке превышает 32 ° C.

За одним исключением, все атомные электростанции в Великобритании расположены на побережье и используют прямое охлаждение. В исследовании 2009 года, проведенном в Великобритании для размещения новой атомной электростанции, все рекомендации относились к площадкам в пределах 2 км от обильных водоемов — моря или устья.

Австралийское исследование, предлагающее возобновляемые источники энергии (ветряные и солнечные) для объекта в Южной Австралии, предлагает цифру 0,74 GL / год использования воды для очистки зеркал (гелиостатов) на установке CSP общей мощностью 540 МВт, 2810 ГВт / год, следовательно, 0,26 L / кВтч.

При сравнении потребности в воде атомных электростанций и электростанций, работающих на угле, необходимо учитывать использование воды помимо охлаждения. При очистке и транспортировке угля, а также при удалении золы часто используется много воды. Это может вызвать загрязнение, как и стоки с угольных складов.

Будущие последствия требований к охлаждению для ядерной энергетики

Пресная вода — ценный ресурс в большинстве частей мира. Там, где его совсем мало, общественное мнение поддерживает политику правительства, основанную на здравом смысле, чтобы свести к минимуму ее растрату.

Помимо близости к основным центрам нагрузки, нет причин размещать атомные электростанции вдали от побережья, где они могут использовать прямоточное охлаждение морской водой. При размещении угольных заводов необходимо учитывать логистику поставок топлива (и связанный с этим внешний вид), поскольку на каждую станцию ​​мощностью 1000 МВт в год требуется более трех миллионов тонн угля в год.

«Потребление воды атомными станциями является значительным, но лишь немного выше, чем потребление воды угольными станциями. Атомные станции работают при относительно более низких температуре и давлении пара, и, следовательно, более низкий КПД цикла, что, в свою очередь, требует более высоких расходов охлаждающей воды. Угольные заводы с более высокой эффективностью могут охлаждаться с немного меньшим количеством воды на единицу мощности, но разница небольшая. *

* Проблемы и возможности охлаждающей воды на АЭС США, октябрь 2010 г., INL / EXT-10-2028.

Если какая-либо тепловая электростанция — угольная или атомная — должна быть расположена внутри страны, наличие охлаждающей воды является ключевым фактором в месте расположения. Там, где количество охлаждающей воды ограничено, большое значение имеет высокий тепловой КПД, хотя любое преимущество, скажем, сверхкритического угля по сравнению с ядерным, вероятно, будет значительно уменьшено из-за потребности в воде для FGD.

Даже если количество воды настолько ограничено, что ее нельзя использовать для охлаждения, тогда установка может быть размещена вдали от требований нагрузки и там, где имеется достаточно воды для эффективного охлаждения (с учетом некоторых потерь и дополнительных затрат на передачу) m .

Атомные станции

поколения III + имеют высокий тепловой КПД по сравнению с более старыми, и не должны находиться в невыгодном положении по сравнению с углем с точки зрения использования воды.

Соображения по ограничению выбросов парниковых газов, конечно, будут накладываться на вышеизложенное. Данные Министерства энергетики США показывают, что улавливание CO2 увеличит потребление воды на угольных и газовых электростанциях на 50-90%, что сделает первые более водоемкими, чем атомные. *

* «Требования к воде для существующих и новых технологий термоэлектрических установок» DOE / NETL-402/080108, август 2008 г.

Еще одно значение связано с когенерацией, использующей отходящее тепло атомной электростанции на побережье для опреснения MSF. В большинстве случаев опреснения на Ближнем Востоке и в Северной Африке уже используется отходящее тепло нефтегазовых электростанций, и в будущем ряд стран ожидают использования ядерной энергии для этой роли когенерации. См. Также информационный документ по ядерному опреснению.


ПРИЛОЖЕНИЕ: Комментарий к отчетам США

Очевидно, что кроме тепла, отводимого с дымовыми газами от угольной установки, и любой разницы в тепловом КПД, которая влияет на количество тепла, сбрасываемого в систему охлаждения, нет реальной разницы в количестве воды, используемой для охлаждение атомных электростанций по сравнению с угольными электростанциями того же размера.Однако в некоторых исследованиях в США указывается на существенное различие между угольными и атомными станциями, очевидно, связанное с (неустановленным) тепловым КПД выбранных примеров. Исследования исключают атомные станции на побережье, которые используют для охлаждения соленую воду.

Технический отчет EPRI за март 2002 года: Вода и устойчивость (том 3): Потребление воды в США для производства электроэнергии — следующие полвека. стремится оценить будущее потребление воды, связанное с производством электроэнергии в США, примерно до 2020 года.В нем используются некоторые «типичные» цифры забора и потребления воды, которые показывают заметные различия между углем и атомной электростанцией, без указания их источника или объяснения их величины. Он ориентирован только на пресную воду и игнорирует растения с охлаждением морской водой. Его выводы представлены на региональной основе в свете прогнозируемого увеличения количества поколений и вероятных изменений в технологиях производства, таких как переход от угля к газу комбинированного цикла.

EPRI указывает, что этот отчет за 2002 год заменен отчетом 2008 года: «Использование воды в производстве электроэнергии», но его нет в открытом доступе.Отчеты за 2002 и 2008 годы основаны на примерах из общедоступных данных и базах данных EPRI, которые предоставляют информацию об использовании охлаждающей воды и отклонении тепла для нескольких объектов. Цифры, приведенные в этих отчетах, и приведенная выше столбчатая диаграмма в целом представляют потребности в водопользовании. Полученные EPRI числа постоянно были примерно на 10% ниже, чем аналогичные числа, предоставленные DOE, поскольку DOE использует теоретические расчеты для получения своих показателей водопользования, а не усреднение фактических данных по растениям, как в подходе EPRI.

Другие отчеты по оценке потребностей в пресной воде взяты из Национальной лаборатории энергетических технологий Министерства энергетики США в 2006 году с обновлением за 2008 год и более общие отчеты за 2009 год. Первые два рассчитаны на 2030 год и используют пять сценариев охлаждения, применяемых к региональные прогнозы прироста и выбытия. Здесь предположения для будущих угольных электростанций: 70% сверхкритических n и 30% докритических, первые из которых имеют очень высокий тепловой КПД, превышающий таковой у любой атомной электростанции поколения III.Однако предполагается, что угольные электростанции нуждаются в десульфуризации дымовых газов (ДДГ), что обычно увеличивает потребление воды.

Требования к охлаждающей воде для каждого типа установок были рассчитаны на основе данных NETL и представлены в следующей таблице для «модельных» заводов потребления пресной воды:

Уголь, прямоточный, докритический, мокрый FGD 0,52 л / кВтч
Уголь прямоточный, сверхкритический, мокрая ДДГ 0.47 литров / кВтч
Ядерная, прямоточная, подкритическая 0,52 л / кВтч
Уголь рециркуляционный, докритический, мокрая ДДГ 1,75 л / кВт · ч
Уголь рециркуляционный, сверхкритический, мокрая ДДГ 1,96 л / кВт · ч
Атомная, рециркуляционная, докритическая 2,36 л / кВт · ч

Цифры озадачивают, поскольку для сверхкритического угля следует использовать значительно менее эффективные докритические угольные электростанции, а для рециркуляционного использования градирен большая разница между докритическим углем и ядерной энергией необъяснима.Очевидно, что существуют важные переменные, которые не учитываются, хотя они, безусловно, должны иметь отношение к прогнозам NETL.

Отчет DOE / NETL за 2009 год показывает диаграмму (рис. 3-6), в которой приводится отчет EPRI за 2002 год, где указано чистое потребление с использованием градирен от 2,27 до 3,8 л / кВтч для атомной энергетики *. Это намного больше, чем цифры на диаграмме докритического сжигания угля с FGD (рис. 3-2) — 1,9–2,5 л / кВтч (0,505–0,665 галлонов / кВтч) с аналогичной продувкой.

* Подпитка охлаждающей воды 3.От 0 до 4,1 л / кВтч (0,8-1,1 галлона / кВтч), без продувки 0,06-0,20 галлона / кВтч.

Другая диаграмма (рис. 3-1) со ссылкой на EPRI 2002 дает нетто 2,7 л / кВтч (0,72 галлона / кВтч) для атомной энергетики и 2,0 л / кВтч (0,52 галлона) для докритического угля. В пояснении в тексте говорится: «Атомные станции имеют более высокую нагрузку на градирню по сравнению с чистой выработкой электроэнергии. Это связано с тем, что условия пара ограничиваются эффектами хрупкости металла от ядерного реактора, что снижает эффективность». Однако ни он, ни отчет EPRI не оправдывают большую разницу, которая должна быть напрямую связана с потерями тепла в дымовой трубе на угольных электростанциях и с тепловым КПД.


Примечания и ссылки

Банкноты

а. При теоретической полной эффективности и с учетом только паровой фазы это известно как цикл Карно. Эффективность Карно системы относится к разнице между уровнями тепла на входе и выходе и в более общем смысле называется термической эффективностью. [Назад]

г. Этот термодинамический процесс превращения тепла в работу также известен как цикл Ренкина или, в более простом смысле слова, как паровой цикл, который можно рассматривать как практический цикл Карно, но с использованием насоса для возврата текучей среды в виде жидкости к источнику тепла.[Назад]

г. Конденсатор предназначен для конденсации отработавшего пара из паровой турбины за счет потери скрытой теплоты парообразования охлаждающей воде (или, возможно, воздуху), проходящей через конденсатор. Температура конденсата определяет давление на этой стороне конденсатора. Это давление называется противодавлением турбины и обычно представляет собой частичный вакуум. Снижение температуры конденсата приведет к снижению противодавления турбины, что увеличит тепловой КПД турбины.Типичный конденсатор состоит из трубок в кожухе или кожухе.

Могут быть первичные и вторичные контуры, как в реакторах с водой под давлением (PWR) и двух или трех других типах. В этом случае первый контур просто передает тепло от активной зоны реактора к парогенераторам, а вода в нем остается жидкой под высоким давлением. В реакторах с кипящей водой и в реакторах другого типа вода закипает в активной зоне или рядом с ней. То, что сказано в основной части статьи, относится ко второй ситуации или вторичной цепи, где их два.[Назад]

г. В ядерном реакторе вода или тяжелая вода должна поддерживаться под очень высоким давлением (1000-2200 фунтов на квадратный дюйм, 7-15 МПа), чтобы она оставалась жидкой при температуре выше 100ºC, как в современных реакторах. Это имеет большое влияние на реакторную технику.

Более подробная информация о различных теплоносителях первого контура содержится в статье Nuclear Power Reactors . [Назад]

e. В отчете Геологической службы США за 1995 г. говорилось, что 98% изъятия обычно возвращается в источник.[Назад]

ф. Для данной электрической мощности, поскольку установка должна быть больше (для данной мощности при 36% необходимо сбросить в 1,78 раза больше тепла, при 33% необходимо сбросить в 2,03 раза больше тепла — разница 14%). Если просто посмотреть на долю потерь тепла на конкретной установке при двух значениях эффективности, разница составит 5%, а вырабатывается на 8% меньше электроэнергии. [Назад]

г. На каждый киловатт-час электрической мощности при тепловом КПД 33% необходимо сбросить 7,3 МДж тепла.При тепловом КПД 36% сбрасывается 6,4 МДж. При скрытой теплоте парообразования 2,26 МДж / л это приводит к испарению 3,2 литра или 2,8 литра на кВтч соответственно, если весь охлаждающий эффект является просто испарительным. Это составило бы 77 или 67 мегалитров в день соответственно для станции мощностью 1000 МВт, если бы все охлаждение было только испарительным. На практике около 60-75% испаряется, в зависимости от атмосферных факторов. Другие расчетные цифры для более высокой эффективности: для сверхсверхкритического парового цикла (USC) с использованием градирни потребуется около 1.Произведено 5-1,7 л / кВтч; Современная ПГУ составляет около 0,9-1,1 л / кВтч. [Назад]

ч. В отчете Министерства энергетики за 2006 год, который подвергается критике ниже, указано типичное значение 2,9 л / кВтч. Другие источники в США указывают 1,5 л / кВтч для прямоточного охлаждения и 2,7 или 3,0 л / кВтч для испарительных градирен (, например, NEI 2009, примечание 11; NEI 2012). [Назад]

и. На основе 50% от общего объема производства 261 ТВт-ч при расходе воды 2,25 л / кВт-ч (60% электроэнергии вырабатывается из угля, в основном с использованием испарительного охлаждения).По более авторитетной, но более ранней оценке, общие потери от испарения для внутренних электростанций составляют 225 GL / год (Hunwick 2008). Мельбурн использует около 440 GL в год. [Назад]

Дж. Около 0,18–0,25 л / кВтч на заводе Коган-Крик в Квинсленде, включая небольшое дополнительное количество влажного охлаждения, и 0,15 л / кВтч на заводе Миллмерран. [Назад]

к. 48 вентиляторов на Коган-Крик диаметром 9 метров каждый. [Назад]

л. В Австралии на угольных электростанциях Коган-Крик (750 МВт в сверхкритическом состоянии) и Милмерране (в сверхкритическом диапазоне 840 МВт) используется сухое охлаждение, как и на электростанциях Матимба и Маджуба в Южной Африке.Новый завод Medupi будет использовать его и станет крупнейшей в мире станцией с сухим охлаждением (4800 МВт). Кендал в Южной Африке использует систему непрямого сухого охлаждения. Судя по всему, сухое охлаждение также используется в Иране и Европе. Южноафриканский опыт оценивает стоимость ACC примерно на 50% больше, чем рециркуляционное влажное охлаждение и непрямое сухое охлаждение на 70–150% больше. [Назад]

г. В них используется вода в сверхкритическом состоянии с давлением около 25 МПа, температура пара от 500 до 600 ° C и тепловая эффективность 45%. По всему миру работает более 400 таких заводов.Одним из направлений разработки ядерных реакторов поколения IV являются конструкции с водяным охлаждением в сверхкритическом состоянии. На сверхкритических уровнях (30+ МПа) может быть достигнут 50% тепловой КПД.

Сверхкритические флюиды — это флюиды выше термодинамической критической точки, определяемой как самая высокая температура и давление, при которых газовая и жидкая фазы могут сосуществовать в равновесии, как однородная флюид. У них есть свойства между газом и жидкостью. Для воды критическая точка составляет 374 ° C и 22 МПа, что придает ей плотность «пара», составляющую одну треть от плотности жидкости, так что она может приводить в движение турбину так же, как и обычный пар.[Назад]

п. В Великобритании все атомные станции находятся на берегу, и общие потери при передаче в системе составляют 1,5%. [Назад]

Источники

Агентство по окружающей среде Великобритании, 2010 г., Варианты охлаждающей воды для атомных электростанций нового поколения в Великобритании.
EPRI 2002, Вода и устойчивость (том 3): Потребление воды в США для производства электроэнергии — следующие полвека, Технический отчет EPRI
DOE / NETL 2006: Оценка потребностей в пресной воде для удовлетворения будущих потребностей в производстве термоэлектрической энергии, DOE / NETL-2006/1235
DOE / NETL 2008: Оценка потребностей в пресной воде для удовлетворения будущих требований к выработке термоэлектрической энергии, обновление, DOE / NETL-400/2008/1339
DOE / NETL 2009: Требования к воде для существующих и новых технологий термоэлектрических станций, DOE / NETL-402/080108
Использование воды в производстве электроэнергии, отчет Института электроэнергетики 1014026 (февраль 2008 г.)
EPRI 2011, Национальная оценка затрат на модернизацию U.S. Электростанции с замкнутым циклом охлаждения, Технический бюллетень EPRI 1022212; и исследование модернизации замкнутого цикла: оценка капитальных затрат и производственных затрат, Технический отчет EPRI 1022491.
DOE / NETL, август 2010 г., Уязвимость воды для существующих угольных электростанций, отчет 1429. DOE / INL 2010, Проблемы и возможности охлаждающей воды на АЭС США, октябрь 2010 г., INL / EXT-10-2028.
Ханвик, Ричард 2008, Австралийские внутренние электростанции: утоляют жажду
Международное энергетическое агентство и Агентство по ядерной энергии ОЭСР, Прогнозируемые затраты на производство электроэнергии, издание 2010 г.,
Международное энергетическое агентство, World Energy Outlook 2015
Международное энергетическое агентство, World Energy Outlook 2016 — глава 9, посвященная воде
Справочник по ядерной инженерии 2010
ESAA, Electricity Gas Australia 2010
МАГАТЭ 2012, Эффективное управление водными ресурсами в реакторах с водяным охлаждением, Серия изданий МАГАТЭ по ядерной энергии No.НП-Т-2.6.
Уильям Скафф, Институт ядерной энергии, водопользование, электроэнергия и ядерная энергия: целостный подход к охране окружающей среды, представленный на Ежегодном форуме Совета по охране грунтовых вод (GWPC) 2009, 14-16 сентября 2009 г.
Информационный бюллетень Института ядерной энергии, водопользование и атомные электростанции (ноябрь 2013 г.)
ThinkClimate & Brown & Pang, Варианты с нулевым выбросом углерода (для электростанции Порт-Огаста), 2012 г.

спасение морских обитателей от шквала шума

В заливе Трибуга Колумбии глубокий канал выходит из Тихого океана к берегу.Перспективное место для порта. Но прямо сейчас эти воды курсируют лишь изредка. Рыбалка в крошечных прибрежных городках вокруг залива мелкая; многие местные жители пользуются байдарками-лодками. Это спокойное побережье, о котором большинство людей не задумывается: его моря практически не испорчены человеческим шумом. Его подводный мир наполнен свистом и щелканьем исчезающих горбатых китов, кряхтением рыб и щелканьем креветок.

«Это ваша идеальная какофония из звуков животных, когда хочется засыпать», — говорит Керри Сегер, исследователь из компании Applied Ocean Sciences из Санта-Моники, Калифорния, занимающейся морскими технологиями, которая занимается изучением морской акустики региона.

Это может скоро измениться. Планируется построить крупный международный порт в Персидском заливе для улучшения транспортных путей в Азию. Переход от тихого побережья к оживленному судоходному маршруту может нарушить работу горбатых ( Megaptera novaeangliae ) и других местных популяций. Хотя Сегер надеется, что местные протесты помешают развитию порта, она также рассматривает тихоокеанское побережье Колумбии как редкую экспериментальную площадку, которая может помочь ответить на насущный вопрос морской науки: насколько серьезно растущий акустический след человечества разрушает жизнь океана?

Международное беспокойство растет быстрыми темпами, поскольку появляется все больше свидетельств о проблемах, возникающих из-за шума, создаваемого военными гидролокаторами, сейсмическими исследованиями, бурением нефтяных скважин, дноуглубительными работами и судовыми двигателями.Короткие, громкие звуки могут причинить физический ущерб; постоянный фоновый шум, например, от судоходства, может изменить множество систем и поведения, от общения до кормления.

Крики китов из капсулы маскируются звуком проплывающего мимо большого корабля.

Ваш браузер не поддерживает аудио элементы. Скачать MP3

Авторское право: OrcaLab

«Существует политическая воля к регулированию подводного шума», — говорит Якоб Тугард, биолог из Орхусского университета в Дании.В ноябре прошлого года Организация Объединенных Наций согласовала резолюции по сохранению здоровья океана, в которых отмечена «острая необходимость» в исследованиях и сотрудничестве для устранения последствий антропогенного подводного шума. Европейский Союз принял законодательство, направленное на достижение здоровых морских систем к 2020 году, включая положение, гарантирующее, что подводный шум не «отрицательно влияет» на морскую жизнь. Обеспокоены и судоходные организации: в 2014 году Международная морская организация выпустила руководство по снижению шума от судов.

Но в науке все еще есть пробел. Поскольку шум настолько распространен, трудно изучить влияние, когда оно нарастает. Неясно, смогут ли морские системы обойти это или адаптироваться к нему — или же это приведет к авариям у уже подвергшихся стрессу групп населения. Таким образом, исследователи становятся акустическими изыскателями, ищущими тихие зоны и шумные места обитания, пытаясь записать, что именно происходит при изменении уровня звука. Усилия варьируются от естественных экспериментов по последствиям плана по изменению маршрута судоходных путей в Балтийском море до исследования воздействия экспериментальной схемы в Канаде по снижению скорости судов в прибрежных водах у берегов Ванкувера.

В общей схеме угроз экосистеме океана изменение климата может быть более серьезной проблемой — наряду с подкислением и загрязнением. Но исследователи опасаются, что фоновый шум станет той соломинкой, которая сломает спину исчезающим видам. «Два стрессора вместе — это больше, чем просто А плюс В», — говорит Линди Вейлгарт, биолог из Канадского университета Далхаузи в Галифаксе. «Негативный эффект больше, чем сумма частей».

Вдали от тишины мир

Десятилетия назад было мало что известно о шуме океана.Когда французский океанограф Жак Кусто снял документальный фильм об океане в 1956 году, он назвал его The Silent World — неправильное название, на которое сегодня с большим весельем указывают исследователи. На самом деле океан — шумное место: волны, морская жизнь и осадки создают свой собственный шум. По словам Сегера, горбатый кит может быть таким же громким, как подвесной мотор.

Человечество значительно улучшило звуковой ландшафт океана. Глобальной карты шума океана не существует, но исследователи согласны с тем, что движение судов примерно удвоилось в период с 1950 по 2000 год, увеличивая вклад звука примерно на 3 децибела за десятилетие.Это означает удвоение интенсивности шума каждые 10 лет (децибелы рассчитываются в логарифмической шкале). Звук распространяется по воздуху и по воде по-разному, что затрудняет сравнение этих двух сред. Но взрыв сейсмической пневматической пушки, используемой для картографирования морского дна для нефти и газа, может быть столь же громким, как запуск ракеты или взрыв подводного динамита; судовые двигатели и бурение нефтяных скважин могут дотянуться до рок-концерта (см. «Море звуков»). Некоторые из этих звуков слышны за сотни километров.

По материалам Seiche.

Самый очевидный признак беды проявился, когда на пляжах стали появляться массы мертвых клювых китов. Громкие звуки, кажется, вызывают панические погружения, которые вызывают у китообразных своего рода декомпрессионную болезнь и кровоизлияния в их мозг и сердце. За пять десятилетий до 1950 года исследователи зарегистрировали всего семь массовых выбросов; но с тех пор по 2004 год, после внедрения гидроакустических станций большой мощности для морских операций, их было более 120 1 .Исследования показывают, что воздействие громких звуков может повредить уши и вызвать потерю слуха у китообразных. Он также может поражать беспозвоночных — нарушая развитие личинок гребешка, например 2 . В 2017 году исследователи сообщили, что сейсмические взрывы могут пробиться сквозь воду и убить зоопланктон на расстоянии более одного километра 3 ; акустический луч направляет их «как косить лужайку», — говорит Роб Уильямс, соучредитель группы по сохранению китообразных «Oceans Initiative» в Сиэтле, штат Вашингтон.

Также влияет фоновый шум. У исследователей появилась редкая возможность изучить это в 2001 году, после террористических атак на башни-близнецы Нью-Йорка. Коммерческий транспорт остановился, и это существенно приглушило морской шум. Розалинд Ролланд, директор по вопросам здоровья океана в Центре океанической жизни Андерсона Кэбота в Бостоне, штат Массачусетс, проводила длительное исследование образцов фекалий гладких китов ( Eubalaena glascialis ) и заметила снижение количества метаболитов, связанных со стрессом 4 .Это было первое биологическое свидетельство того, что воздействие низкочастотного корабельного шума было связано с хроническим стрессом у китообразных.

Ряд других исследований показал, что шум лодки может повышать уровень гормонов стресса у животных, включая рыб и крабов, заставляя их тратить больше времени на патрулирование в поисках опасности, чем, например, на уход за потомством. В одном исследовании 5 выживаемость амбонской стрекозы ( Pomacentrus amboinensis ) на рифе упала до менее чем половины своего предыдущего уровня, когда животные подвергались шуму лодки.Дельфины меняют свою мелодию: они свистят с меньшей частотой, с меньшими вариациями, если окружающий шум громкий 6 . Некоторые горбатые киты просто перестают петь. По словам Уильямса, все это, вероятно, изменит отношения между видами еще неизвестным образом: более громкое море, безусловно, меняет того, кто может эффективно ловить пищу, находить себе пару или прятаться от хищников.

Анимация, созданная на основе данных, собранных с регистраторов на дне бостонской гавани, показывает свист и щелчки китов (маленькие точки), которые заглушаются кораблями (большие точки), входящими и выходящими.Предоставлено: Д. Пониракис, Л. Хэтч и К. В. Кларк,

.

Эмпирическое правило, предложенное в 2016 году Национальным управлением океанических и атмосферных исследований США, состоит в том, что звуковые импульсы выше 160 дБ заставляют морских млекопитающих изменять свое поведение. Для хронического, непрерывного шума этот эталон составляет менее 120 дБ.

Сложный вопрос заключается в том, могут ли экосистемы и популяции адаптироваться к этому шуму или что-то более серьезное.

Возможно, лучшим доказательством того, что фоновый шум может быть серьезной проблемой, являются данные о косатках ( Orcinus orca ) у тихоокеанского побережья Канады.Исследователи, в том числе Уильямс, сообщили, что местные киты тратили на кормление на 18–25% меньше времени в окружении шума лодки, чем когда купались в тишине 7 , 8 . По словам Уильямса, в этом районе осталось всего 75 южных косаток, и они уже борются с резким сокращением запасов корма из-за сокращения запасов лосося. «Мы не говорим о проблеме качества жизни; мы говорим о чем-то, имеющем реальное влияние ».

Эксперименты с тихим океаном

Перед лицом таких проблем ученый-эколог Джесси Осубель из Университета Рокфеллера в Нью-Йорке десять лет назад предложил великую идею Международного эксперимента в тихом океане (IQOE).Аусубель ранее был соучредителем амбициозных проектов, включая «Перепись морской жизни» — масштабный проект, направленный на каталогизацию всех океанических организмов. В 2011 году он и другие опубликовали идею о том, чтобы замолчать океан, чтобы увидеть, что позволяет отсутствие шума.

Поскольку успокоить весь океан невозможно даже на один день, идея была адаптирована для решения более мелких и более управляемых задач. В 2015 году IQOE опубликовал свой научный план, и теперь он действует как объединяющий орган, занимающийся координацией, но не финансированием исследований морского шума.Одна из его основных целей — просто собрать больше данных: в прошлом году он убедил Глобальную систему наблюдений за океаном, хваленый проект ООН, который координирует спутники, буи и исследовательские суда, наблюдающие за океаном, добавить шум в свой список основных переменных. , наряду с другими фундаментальными показателями, такими как температура.

Среди проектов, одобренных IQOE, — работа Сегера в Колумбии и естественный эксперимент в Балтийском море. Швеция и Норвегия приняли необычное решение разделить главный судоходный путь через Каттегатское море (между Данией и Швецией) на два, начиная со следующего года, чтобы сделать навигацию по загруженному маршруту более безопасным.Этим летом Тугаард и его коллеги планируют развернуть 10–20 гидрофонов по всему региону, чтобы помочь документировать эффект смещения траектории движения около 80 000 судов в год. Такие данные будут полезны и в других регионах, говорит Тоугард, в том числе на судоходном пути, который пересекает несколько песчаных отмелей, используемых критически опасной популяцией морских свиней Балтийского моря ( Phocoena phocoena ) для разведения. «Если произойдет столкновение, возможно, имеет смысл переместить эту транспортную полосу», — говорит он. «Это будет более длинный маршрут, который стоит денег и означает, что из дымохода выходит больше CO 2 .Так что мы должны быть уверены ».

Арктика — еще одна область возможностей для изучения, — говорит Сегер. По мере таяния льда и открытия судоходных путей антропогенный шум может стать основным фактором стресса для видов, сталкивающихся с многочисленными быстрыми изменениями. С 2005 по 2017 год судоходство в регионе увеличилось на 75%, и некоторые исследователи рекомендовали переместить морские пути, чтобы избежать попадания в организм уязвимых видов.

Исследователи устанавливают гидрофоны у берегов Бали, чтобы измерить эффект Ньепи, дня тишины.Предоставлено: Hanggar Prasetio, CI, Индонезия,

.

Уильямс считает, что нашел еще одно место для контролируемых исследований. В 2016 году он узнал об индуистской традиции под названием Ньепи — дне молчания, которое проходит на Бали в начале марта. Это неукоснительно соблюдается: все магазины, аэропорты, судоходство и рыбалка закрыты, а туристов осторожно уводят с пляжа обратно в их гостиничные номера. Уильямс увидел в этом уникальную возможность: «Никто в мире не заткнется ни на день», — говорит он. В 2017 году он отправился на Бали и поместил в воду шесть гидрофонов, чтобы измерить эффект тишины 9 .«Падение было порядка 6–9 дБ. Примерно то же самое в Нью-Йорке и Бостоне после 11 сентября », — говорит он. «Это было необычно». Следующим шагом, по словам Уильямса, будет исследование того, что кораллы и рыбы делают в ответ на тишину, хотя пока у него нет конкретных планов или средств на возвращение.

Сохранение тишины

Как и в случае с изменением климата, существует достаточно доказательств того, что морской шум наносит вред, чтобы действовать дальше, но споры по поводу масштабов и срочности проблемы продолжаются.К счастью, шум легче и быстрее уменьшить, чем, скажем, подкисление океана или использование ископаемого топлива, — говорит Сегер. «Это изменение конструкции гребных винтов и изменение маршрута судоходных путей», — говорит она. «Мы можем внести ощутимые изменения».

В ходе одного эксперимента были проверены некоторые из этих изменений в проливе Аро у юго-восточной оконечности острова Ванкувер в Канаде, где ежегодно проводит время клан косаток, которых изучал Уильямс. С августа по октябрь 2017 года многие контейнеровозы и торговые суда, следующие через проливы, добровольно снизили скорость до 11 узлов (морских миль в час) со скорости до 18 узлов.Это добавило полчаса к их поездке, но снизило шум двигателей. Суда отвечали на запрос портовой программы улучшения среды обитания и наблюдения за китообразными (ECHO), которая провела в прошлом году второе испытание. Для некоторых судов снижение скорости всего на 3 узла снижает интенсивность шума вдвое.

Когда ECHO контролировало место, важное для косаток, уровни шума колебались между 75 дБ и 140 дБ как до, так и во время замедления, в зависимости от погоды, дикой природы и проходящих судов.Но во время замедления темпов роста в 2017 году уровень шума снизился в среднем на 1,2 дБ, что на 24% снизило интенсивность звука. Испытание не предназначалось для изучения поведения китов, но модели предсказывают, что это снижение шума должно сократить примерно на 10% время, в течение которого вода забивается непонятным шумом (для этих китов уровень шума оценивается выше 110 дБ), что дает у китов больше шансов набить брюхо. Полные результаты за 2018 год еще не опубликованы.

Житель юга косаток всплывает на поверхность в оживленной гавани Ванкувера.Кредит: Джоан Лопес

.

Одно из исследований Уильямса показало, что в современном флоте, состоящем из более чем 1500 судов, половина шума исходит всего от 15% судов 10 , поэтому нацеливание на самых злоумышленников может иметь большое значение. «Это означает, что нам не нужны драконовские правила для всего флота, чтобы достичь наших целей по сохранению», — говорит Уильямс. Но дооснащение корабля системой шумоподавления может быть дорогостоящим, и все призывы к замораживанию судов до сих пор носили добровольный характер. В 2017 году администрация порта Ванкувера начала предлагать скидки на более тихие суда, что сделало Канаду первой страной в мире, у которой был финансовый стимул для снижения морского шума.«На мой взгляд, порт Ванкувера на годы опережает остальной мир», — говорит Уильямс. Но пока их использование ограничено: в 2017 году только 34 из примерно 3000 судов, посетивших этот район, воспользовались скидками за шум.

Тем временем акустические изыскатели помогают определить другие области, где можно было бы снизить уровень шума. Уильямс нанес на карту горячую точку, где окружающий шум перекрывается с популяциями морских свиней у берегов Хайда-Гвайи — малонаселенного архипелага у побережья Британской Колумбии, который иногда называют «Галапагосскими островами севера» 6 .Аналогичная работа была посвящена шумовому загрязнению Средиземного моря. Такая работа также может определить районы, которые часто посещаются дикой природой и все еще тихие — основные районы, как утверждает Уильямс, для сохранения. По мнению Уильямса, существующие природоохранные механизмы, такие как охраняемые морские районы (МОР), могут быть естественными местами для внедрения идеи ограничения шума. По его словам, это было бы удачным ходом, если бы кто-то устроил первый в мире официальный «тихий МОР».

Хорошая новость заключается в том, что с шумовым загрязнением можно очень быстро бороться; существуют известные решения и эффективные способы снижения риска.Вейлгарт говорит, что пневматические пушки, обычно используемые при сейсмических исследованиях, можно заменить подводным вибратором, который создает меньший звуковой отпечаток и более низкое пиковое давление, что снижает вероятность травмирования морских обитателей. По словам Вайльгарта, когда регулирующие органы установили ограничения на шум при забивке свай для морских ветряных электростанций в Германии, промышленность быстро обратилась к более тихим методам, например, обернув сваи завесой из пузырьков, чтобы поглотить звук. «Сейчас компании придумывают способы погружать сваи, а не забивать их молотком», — добавляет она.

Суда можно сделать тише, подняв двигатели над дном корабля или используя гребные винты, предназначенные для уменьшения кавитации — создания крошечных пузырьков, которые громко лопаются при взрыве. Современные методы связи могут помочь судам медленно приближаться к портам, добавляет Тугард, вместо того, чтобы ускоряться только для того, чтобы простаивать снаружи, пока не станет доступна стыковочная точка. Многие круизные лайнеры в настоящее время используют электродвигатели для привода гребных винтов, в основном для снижения уровня шума для платежеспособных клиентов, но также в интересах морской флоры и фауны.

К счастью, говорит Вейлгарт, большинство мер по снижению шума судов идут рука об руку с повышением эффективности использования топлива. «Я очень сосредоточена на решениях, — говорит она. «Нам просто нужно заглушить кровавый шум».

Горные породы и минеральные ресурсы | Геология

Изучите общие процессы геологического образования горных пород и минеральных ресурсов.

Этот раздел знакомит вас с процессами, ведущими к образованию общих горных пород и минеральных ресурсов. Вы узнаете, как и почему работают эти процессы и чем они отличаются.

Что вы научитесь делать

  • Опишите различные процессы, которые приводят к образованию различных руд
  • Опишите процессы, которые приводят к образованию всех видов ископаемого топлива: нефти, природного газа и угля

Происхождение руды

Различные теории рудогенеза объясняют, как различные типы залежей полезных ископаемых образуются в земной коре. Теории рудогенеза зависят от минерала или товара.

Теории рудогенеза обычно включают три компонента: источник, транспорт или канал и ловушку.Это также относится к нефтяной промышленности, которая первой применила эту методологию.

  • Требуется источник, потому что металл должен откуда-то поступать и выделяться каким-то процессом
  • Транспортировка требуется в первую очередь для перемещения жидкостей, содержащих металл или твердых минералов, в правильное положение и относится к физическому перемещению металла, а также к химическому или физическому явлению, которое способствует перемещению.
  • Улавливание требуется для концентрирования металла с помощью какого-либо физического, химического или геологического механизма в концентрацию, при которой образуется руда, пригодная для добычи

Самые большие отложения образуются, когда источник большой, транспортный механизм эффективен, а ловушка активна и готова в нужное время.

Процессы рудогенеза

Эндогенный
Магматические процессы
  • Фракционная кристаллизация: разделяет рудные и нерудные минералы в соответствии с их температурой кристаллизации. По мере того, как формируются ранние кристаллизующиеся минералы, они включают в себя определенные элементы, некоторые из которых являются металлами. Эти кристаллы могут оседать на дне интрузии, концентрируя там рудные минералы. Хромит и магнетит — рудные минералы, образующиеся таким образом.
  • Несмешиваемость с жидкостью: в результате этого процесса могут образовываться сульфидные руды, содержащие медь, никель или платину.По мере изменения магмы ее части могут отделяться от основной массы магмы. Две жидкости, которые не смешиваются, называются несмешивающимися; например, масло и вода. В магмах сульфиды могут отделяться и опускаться ниже богатой силикатами части интрузии или закачиваться в окружающую их породу. Эти отложения встречаются в основных и ультраосновных породах.
Гидротермальные процессы

Эти процессы представляют собой физико-химические явления и реакции, вызванные движением гидротермальных вод внутри земной коры, часто как следствие магматической интрузии или тектонических потрясений.В основе гидротермальных процессов лежит механизм источник-перенос-ловушка.

Источники гидротермальных растворов включают морскую воду и метеорную воду, циркулирующую через трещиноватую породу, пластовые рассолы (вода, удерживаемая в отложениях при отложении) и метаморфические флюиды, образовавшиеся в результате обезвоживания водных минералов во время метаморфизма.

Источники металла могут включать множество горных пород. Однако большинство металлов, имеющих экономическое значение, переносятся в виде микроэлементов в породообразующих минералах и поэтому могут высвобождаться гидротермальными процессами.Это происходит из-за:

  • Несовместимость металла с минералом-хозяином, например цинком в кальците, что способствует контакту водных жидкостей с минералом-хозяином во время диагенеза.
  • Растворимость основного минерала в образующихся гидротермальных растворах в нефтематеринских породах, например минеральных солей (галит), карбонатах (церуссит), фосфатах (монацит и торианит) и сульфатах (барит)
  • Повышенные температуры, вызывающие реакции разложения минералов

Для переноса гидротермальными растворами обычно требуются соли или другие растворимые вещества, которые могут образовывать металлосодержащий комплекс.Эти металлосодержащие комплексы облегчают перенос металлов в водных растворах, обычно в виде гидроксидов, но также с помощью процессов, подобных хелатированию.

Этот процесс особенно хорошо изучен в металлогении золота, где присутствуют различные тиосульфатные, хлоридные и другие химические комплексы, несущие золото (особенно хлорид / сульфат теллура или хлорид / сульфат сурьмы). Большинство залежей металлов, образованных гидротермальными процессами, включают сульфидные минералы, что указывает на то, что сера является важным комплексом, несущим металл.

Осаждение сульфидов: Осаждение сульфидов в зоне ловушки происходит, когда металлсодержащие сульфаты, сульфиды или другие комплексы становятся химически нестабильными из-за одного или нескольких из следующих процессов;

  • Падение температуры, делающее комплекс нестабильным или нерастворимым в металле
  • потеря давления, что имеет тот же эффект
  • Реакция с химически активными вмещающими породами, обычно с пониженной степенью окисления, такими как железосодержащие породы, основные или ультраосновные породы или карбонатные породы
  • Дегазация гидротермального флюида в систему газа и воды или кипение, которое изменяет несущую способность раствора по металлу и даже разрушает химические комплексы, несущие металл.

Металл также может выпадать в осадок, когда температура и давление или степень окисления благоприятствуют различным ионным комплексам в воде, например, переход от сульфида к сульфату, летучесть кислорода, обмен металлов между сульфидными и хлоридными комплексами и так далее.

Метаморфические процессы

Боковая секреция: рудные месторождения, образованные боковой секрецией, образуются в результате метаморфических реакций во время сдвига, которые высвобождают минеральные компоненты, такие как кварц, сульфиды, золото, карбонаты и оксиды, из деформирующих пород и фокусируют эти компоненты в зоны пониженного давления или расширения, такие как разломы. . Это может происходить без значительного потока гидротермальных флюидов, и это типично для месторождений грушевидного хромита.

Метаморфические процессы также управляют многими физическими процессами, которые образуют источник гидротермальных флюидов, описанных выше.

Поверхностные процессы (экзогенные)

Поверхностные процессы — это физические и химические явления, которые вызывают концентрацию рудного материала в реголите, как правило, под действием окружающей среды. Это включает россыпные отложения, латеритные отложения и остаточные или элювиальные отложения. Физические процессы образования рудных месторождений в поверхностной области включают:

  • эрозия
  • осаждение осадочными процессами, включая веяние, разделение по плотности (например,г.; россыпи золота)
  • выветривание путем окисления или химического воздействия на горную породу, либо с высвобождением фрагментов породы, либо с образованием химически осажденных глин, латеритов или гипергенного обогащения
  • Осаждение в окружающей среде с низким энергопотреблением на пляже

Классификация рудных месторождений

Рудные месторождения обычно классифицируются по процессам рудообразования и геологическим условиям. Например, месторождения SEDEX, буквально означающие «осадочный эксгаляционный», представляют собой класс рудных отложений, образованных на морском дне (осадочные) в результате выдыхания рассолов в морскую воду (выдыхание), вызывающих химическое осаждение рудных минералов, когда рассол охлаждается, смешивается с морем. вода и теряет металлическую несущую способность.

Рудные месторождения редко помещаются плотно в ящики, в которые их хотят поместить геологи. Многие из них могут быть сформированы одним или несколькими основными процессами генезиса, описанными выше, создавая неоднозначные классификации и множество споров и предположений. Часто рудные месторождения классифицируются по примерам их типа, например месторождения свинца-цинка-серебра типа Брокен-Хилл или месторождения золота типа Карлин.

Классификация гидротермальных рудных месторождений также достигается путем классификации по температуре образования, которая примерно также коррелирует с конкретными минерализующими флюидами, минеральными ассоциациями и структурными стилями.Эта схема, предложенная Вальдемаром Линдгреном (1933), классифицирует гидротермальные месторождения как гипотермальные , мезотермальные , эпитермальные и телетермальные .

Происхождение обыкновенных руд

Поскольку для образования требуется сочетание определенных условий окружающей среды, определенные типы месторождений полезных ископаемых имеют тенденцию занимать определенные геодинамические ниши, [1] , следовательно, эта страница была организована по металлу. Также возможно организовать теории и другим способом, а именно в соответствии с геологическими критериями образования.Часто руды одного и того же металла могут быть образованы несколькими процессами, и это описано здесь для каждого металла или металлического комплекса.

Утюг

Железные руды в подавляющем большинстве происходят из древних отложений, известных как полосчатые железные образования (BIFs). Эти отложения состоят из минералов оксида железа, отложенных на морском дне. Для переноса достаточного количества железа в морскую воду для образования этих отложений необходимы особые условия окружающей среды, такие как кислая и бедная кислородом атмосфера в протерозойскую эру.

Часто требуется более позднее выветривание, чтобы превратить обычные минералы магнетита в более легко перерабатываемый гематит. Некоторые месторождения железа в пределах Пилбара в Западной Австралии представляют собой россыпные месторождения , образованные скоплением гематитового гравия, называемого пизолитами , которые образуют месторождения руслового железа. Они предпочтительны, потому что они дешевы в добыче.

Свинец Цинк Серебро

Свинцово-цинковые месторождения обычно сопровождаются серебром, содержащимся в сульфидном минерале свинца галените или в минерале сульфид цинка сфалерите.

Свинцовые и цинковые месторождения образуются в результате сброса глубоких осадочных рассолов на морское дно (называемые осадочными осадками или SEDEX) или замещением известняка в скарновых отложениях, некоторые из которых связаны с подводными вулканами (так называемые вулканогенные массивные месторождения сульфидной руды или ВМС) или в ореоле субвулканических интрузий гранита. Подавляющее большинство месторождений свинца и цинка SEDEX имеют протерозойский возраст, хотя есть значительные юрские образцы в Канаде и на Аляске.

Месторождение карбонатного замещающего типа представлено рудными месторождениями типа долины Миссисипи (MVT). MVT и подобные стили возникают при замене и деградации карбонатных последовательностей углеводородами, которые считаются важными для транспортировки свинца.

Золото

Рис. 1. Золотая руда с высоким содержанием золота, брекчированный кварц-адулярный риолит. Самородное золото (Au) встречается в этой породе в виде коллоформных полос, частично замещает обломки брекчии, а также рассеивается в матрице.Опубликованные исследования показывают, что породы Слипер-Майн представляют собой древнее эпитермальное месторождение золота (месторождение золота горячих источников), образованное вулканизмом во время тектоники растяжения бассейнов и хребтов. Рудник Слипер, округ Гумбольдт, Невада.

Месторождения золота образуются в результате самых разнообразных геологических процессов. Месторождения подразделяются на первичные, аллювиальные или россыпные, или остаточные или латеритные. Часто месторождение содержит смесь всех трех типов руды.

Тектоника плит является основным механизмом образования месторождений золота.Большинство первичных месторождений золота делятся на две основные категории: залежи золота или месторождения, связанные с вторжением.

Залежи золота обычно высокосортные, тонкие, с прожилками и разломами. Они в основном состоят из кварцевых жил, также известных как жилы или рифов , которые содержат либо самородное золото, либо сульфиды и теллуриды золота. Месторождения рудного золота обычно располагаются в базальтах или в отложениях, известных как турбидиты, хотя в разломах они могут занимать интрузивные магматические породы, такие как гранит.

Месторождения Lode-gold тесно связаны с орогенезом и другими событиями столкновения плит в геологической истории. Большинство залежей золота было получено из метаморфических пород, поскольку считается, что большинство из них образовано дегидратацией базальта во время метаморфизма. Золото переносится по разломам гидротермальными водами и откладывается, когда вода слишком остывает, чтобы удерживать золото в растворе.

Золото , связанное с интрузиями, обычно находится в гранитах, порфирах или, реже, в дайках.Золото, связанное с интрузией, обычно также содержит медь и часто ассоциируется с оловом и вольфрамом и редко с молибденом, сурьмой и ураном. Связанные с интрузией месторождения золота зависят от золота, присутствующего во флюидах, связанных с магмой (White, 2001), и неизбежном сбросе этих гидротермальных флюидов в вмещающие породы (Lowenstern, 2001). Скарновые месторождения — еще одно проявление отложений интрузивного происхождения.

Россыпь месторождений получены из ранее существовавших месторождений золота и являются вторичными месторождениями.Россыпные отложения образуются в результате аллювиальных процессов в реках, ручьях и на пляжах. Отложения россыпного золота образуются под действием силы тяжести, при этом плотность золота заставляет его опускаться в ловушки в русле реки или в местах, где скорость воды падает, например, в изгибах рек и за валунами. Часто в осадочных породах встречаются россыпные отложения, возраст которых может составлять миллиарды лет, например месторождения Витватерсранда в Южной Африке. Осадочные россыпные отложения известны как «отводы» или «отводы глубин».

Россыпные месторождения часто добываются окаменелостями, а добыча золота — популярное занятие.

Месторождения латеритного золота образуются из ранее существовавших месторождений золота (включая некоторые россыпные месторождения) во время длительного выветривания коренных пород. Золото откладывается в оксидах железа в выветрившейся породе или реголите и может быть дополнительно обогащено за счет эрозии. Некоторые отложения латерита образуются в результате ветровой эрозии коренных пород, оставляя на поверхности остатки самородного металла золота.

Бактерия Cupriavidus Metallidurans играет жизненно важную роль в образовании золотых самородков, осаждая металлическое золото из раствора тетрахлорида золота (III), соединения, очень токсичного для большинства других микроорганизмов.Точно так же Delftia acidovorans может образовывать золотые самородки.

Платина

Платина и палладий — драгоценные металлы, обычно встречающиеся в ультраосновных породах. Источником залежей платины и палладия являются ультраосновные породы, в которых содержится достаточно серы для образования сульфидного минерала, пока магма еще находится в жидком состоянии. Этот сульфидный минерал (обычно пентландит, пирит, халькопирит или пирротин) получает платину за счет смешивания с основной частью магмы, потому что платина халькофильная и концентрируется в сульфидах.С другой стороны, платина встречается в ассоциации с хромитом либо внутри самого хромитового минерала, либо в связанных с ним сульфидах.

Сульфидные фазы образуются в ультраосновных магмах только тогда, когда магма достигает насыщения серой. Обычно считается, что это практически невозможно при чистой фракционной кристаллизации, поэтому в моделях рудогенеза обычно требуются другие процессы для объяснения насыщения серой. К ним относятся загрязнение магмы материалом земной коры, особенно богатыми серой вмещающими породами или отложениями; перемешивание магмы; неустойчивый выигрыш или потеря.

Часто платина связана с отложениями никеля, меди, хрома и кобальта.

Никель

Месторождения никеля обычно встречаются в двух формах: сульфид или латерит.

Отложения никеля сульфидного типа образуются практически так же, как отложения платины. Никель — это халькофильный элемент, который предпочитает сульфиды, поэтому ультраосновная или основная порода, имеющая сульфидную фазу в магме, может образовывать сульфиды никеля. Лучшие месторождения никеля образуются там, где сульфид накапливается в основании лавовых труб или вулканических потоков, особенно в лавах коматиита.

Коматиитовые никель-медные сульфидные месторождения считаются образованными смесью сегрегации сульфидов, несмешиваемости и термической эрозии сульфидных отложений. Считается, что отложения необходимы для насыщения серой.

Некоторые субвулканические силлы в поясе Томпсона в Канаде содержат залежи сульфида никеля, образовавшиеся в результате отложения сульфидов вблизи подводящего канала. Сульфид накапливался около жерла из-за потери скорости магмы на границе жерла.Считается, что массивное месторождение никеля в заливе Войзи образовалось в результате аналогичного процесса.

Процесс образования месторождений латерита никеля по существу аналогичен образованию месторождений золотого латерита, за исключением того, что требуются ультраосновные или основные породы. Обычно никелевые латериты требуют очень крупных оливинсодержащих ультраосновных интрузий. Минералы, образующиеся в месторождениях латеритного никеля, включают гиббсит.

Медь

Медь встречается вместе со многими другими металлами и стилями месторождений.Обычно медь либо образуется в осадочных породах, либо связана с магматическими породами.

Крупнейшие месторождения меди в мире образованы в гранитно-порфировом типе меди. Медь обогащается в процессе кристаллизации гранита и образует халькопирит — сульфидный минерал, который переносится гранитом.

Иногда граниты всплывают на поверхность в виде вулканов, и на этом этапе образуется медная минерализация, когда гранит и вулканические породы охлаждают за счет гидротермальной циркуляции.

Осадочная медь образуется в океанических бассейнах в осадочных породах. Обычно он образуется рассолом из глубоко захороненных отложений, выходящим в глубокое море, и осаждением меди, а часто и сульфидов свинца и цинка непосредственно на морское дно. Затем он засыпается отложениями. Этот процесс аналогичен процессу цинка и свинца SEDEX, хотя существуют некоторые примеры, содержащие карбонат.

Часто медь связана с месторождениями золота, свинца, цинка и никеля.

Уран

Рисунок 2.У видов Citrobacter концентрация урана в организме может быть в 300 раз выше, чем в окружающей среде.

Месторождения урана обычно получают из радиоактивных гранитов, где определенные минералы, такие как монацит, выщелачиваются во время гидротермальной активности или во время циркуляции подземных вод. Уран переводится в раствор в кислых условиях и осаждается, когда эта кислотность нейтрализуется. Обычно это происходит в определенных углеродсодержащих отложениях в пределах несогласия в осадочных толщах.Большая часть мировой ядерной энергетики производится из урана, находящегося в таких месторождениях.

Уран также содержится почти во всех углях в концентрации нескольких частей на миллион и во всех гранитах. Радон — обычная проблема при добыче урана, поскольку это радиоактивный газ.

Уран также связан с некоторыми магматическими породами, такими как гранит и порфир. Месторождение Олимпик Дам в Австралии является примером такого типа урановых месторождений. Он содержит 70% доли Австралии в 40% известных мировых запасов дешевого извлекаемого урана.

Титан и цирконий

Минеральные пески являются преобладающим типом месторождений титана, циркония и тория. Они образованы накоплением таких тяжелых минералов в пляжных системах и представляют собой тип россыпных отложений . Минералы, которые содержат титан, — это ильменит, рутил и лейкоксен, цирконий содержится в цирконе, а торий обычно содержится в монаците. Эти минералы получают в основном из гранитной коренной породы в результате эрозии и переносятся в море реками, где они накапливаются в песчаных пляжах.Редко, но это важно, месторождения золота, олова и платины могут образовываться в прибрежных россыпях.

Олово, вольфрам и молибден

Эти три металла обычно образуются в определенном типе гранита по механизму, аналогичному механизму, связанному с интрузивным золотом и медью. Их рассматривают вместе, потому что процесс образования этих отложений по сути одинаков. Минерализация скарнового типа, связанная с этими гранитами, является очень важным типом месторождений олова, вольфрама и молибдена. Скарновые отложения образуются в результате реакции минерализованных флюидов гранита с вмещающими породами, такими как известняк.Скарновая минерализация также играет важную роль в минерализации свинца, цинка, меди, золота и иногда урана.

Гранит Greisen — еще один родственный тип минерализации олова, молибдена и топаза.

Редкоземельные элементы, ниобий, тантал, литий

Подавляющее большинство редкоземельных элементов, тантала и лития находятся в пегматите. Теории рудогенеза этих руд широки и разнообразны, но большинство из них связано с метаморфизмом и магматической деятельностью. Литий присутствует в пегматите в виде сподумена или лепидолита.

Интрузии карбонатитов являются важным источником этих элементов. Рудные минералы по существу являются частью необычной минералогии карбонатита.

Фосфат

Фосфат используется в удобрениях. Огромные количества фосфоритов или фосфоритов встречаются в осадочных отложениях шельфа, возраст которых варьируется от протерозоя до формирующихся в настоящее время сред. Считается, что отложения фосфата происходят из скелетов мертвых морских существ, скопившихся на морском дне.Считается, что, как и в случае с месторождениями железной руды и нефти, особые условия в океане и окружающей среде способствовали появлению этих месторождений в геологическом прошлом.

Рис. 3. Оболочки, подобные этой оболочке колокольчика, содержат ванадий в виде ванабина.

Фосфатные месторождения также образуются из щелочных магматических пород, таких как нефелиновые сиениты, карбонатиты и связанные с ними породы. В этом случае фосфат содержится в магматикапатите, монаците или других редкоземельных фосфатах.

Ванадий

Из-за присутствия ванабинов концентрация ванадия в клетках крови Ascidia gemmata , принадлежащих подотряду Phlebobranchia, в 10 000 000 раз выше, чем в окружающей морской воде. Подобный биологический процесс мог сыграть роль в образовании ванадиевых руд. Ванадий также присутствует в отложениях ископаемого топлива, таких как сырая нефть, уголь, горючие сланцы и нефтеносные пески. Сообщалось о концентрациях в сырой нефти до 1200 ppm.

Нефть

Рис. 4. Pumpjack качает нефтяную скважину возле Лаббока, штат Техас

Нефть — это природная жидкость от желтого до черного цвета, обнаруженная в геологических формациях под поверхностью Земли, которая обычно перерабатывается в различные виды топлива.

Состоит из углеводородов разной молекулярной массы и других органических соединений. Название petroleum охватывает как природную необработанную сырую нефть , так и нефтепродукты, состоящие из очищенной сырой нефти.Нефть, являющаяся ископаемым топливом, образуется, когда большое количество мертвых организмов, обычно зоопланктона и водорослей, закапывается под осадочными породами и подвергается воздействию сильной жары и давления.

Нефть добывается в основном путем бурения нефтяных скважин (природные источники нефти встречаются редко). Это происходит после изучения структурной геологии (в масштабе коллектора), анализа осадочного бассейна, определения характеристик коллектора (в основном с точки зрения пористости и проницаемости геологических структур коллектора).Его очищают и разделяют, наиболее легко перегонкой, на большое количество потребительских товаров, от бензина (бензина) и керосина до асфальта и химических реагентов, используемых для производства пластмасс и фармацевтических препаратов. Нефть используется в производстве самых разных материалов, и, по оценкам, в мире ежедневно потребляется около 90 миллионов баррелей.

Обеспокоенность по поводу истощения конечных запасов нефти на Земле и последствий этого для зависимого от нее общества — это концепция, известная как пиковая нефть.Использование ископаемого топлива, такого как нефть, оказывает негативное влияние на биосферу Земли, нанося ущерб экосистемам в результате таких событий, как разливы нефти, и выбрасывает в воздух целый ряд загрязняющих веществ, включая приземный озон и диоксид серы из примесей серы в ископаемом топливе.

Композиция

В самом строгом смысле слова нефть включает только сырую нефть, но в обычном использовании она включает все жидкие, газообразные и твердые углеводороды. В условиях поверхностного давления и температуры более легкие углеводороды метан, этан, пропан и бутан встречаются в виде газов, а пентан и более тяжелые углеводороды находятся в форме жидкостей или твердых веществ.Однако в подземном нефтяном пласте пропорции газа, жидкости и твердого вещества зависят от подземных условий и от фазовой диаграммы нефтяной смеси.

Из нефтяной скважины добывается преимущественно сырая нефть с некоторым количеством растворенного в ней природного газа. Поскольку давление на поверхности ниже, чем под землей, часть газа выйдет из раствора и будет извлечена (или сожжена) как попутный газ или растворный газ . Газовая скважина добывает преимущественно природный газ.Однако, поскольку температура и давление под землей выше, чем на поверхности, газ может содержать более тяжелые углеводороды, такие как пентан, гексан и гептан в газообразном состоянии. В поверхностных условиях они будут конденсироваться из газа с образованием конденсата природного газа, часто сокращенного до конденсата . Конденсат по внешнему виду напоминает бензин и по составу похож на некоторые летучие легкие сырой нефти.

Доля легких углеводородов в нефтяной смеси сильно различается в зависимости от месторождения нефти: от 97 процентов по массе в более легких нефтях до всего лишь 50 процентов в более тяжелых нефтях и битумах.

Углеводороды в сырой нефти — это в основном алканы, циклоалканы и различные ароматические углеводороды, в то время как другие органические соединения содержат азот, кислород и серу, а также следовые количества металлов, таких как железо, никель, медь и ванадий. Многие нефтяные резервуары содержат живые бактерии. Точный молекулярный состав широко варьируется от образования к формации, но пропорции химических элементов варьируются в довольно узких пределах и составляют:

Весовой состав
Элемент Процентный диапазон
Углерод от 83 до 85%
Водород от 10 до 14%
Азот 0.1-2%
Кислород от 0,05 до 1,5%
сера от 0,05 до 6,0%
Металлы <0,1%

В сырой нефти присутствуют четыре различных типа молекул углеводородов. Относительный процент каждого из них варьируется от масла к маслу, определяя свойства каждого масла.

Весовой состав
Углеводород Среднее значение Диапазон
Алканы (парафины) 30% от 15 до 60%
Нафтен 49% от 30 до 60%
Ароматические углеводороды 15% от 3 до 30%
Асфальт 6% остаток

Сырая нефть сильно различается по внешнему виду в зависимости от ее состава.Обычно он черный или темно-коричневый (хотя может быть желтоватым, красноватым или даже зеленоватым). В пласте он обычно находится в сочетании с природным газом, который, будучи более легким, образует газовую шапку над нефтью, и соленой водой, которая, будучи тяжелее большинства форм сырой нефти, обычно опускается под нее. Сырая нефть также может быть найдена в полутвердой форме, смешанной с песком и водой, как в нефтеносных песках Атабаски в Канаде, где ее обычно называют сырым битумом. В Канаде битум считается липкой, черной, смолоподобной формой сырой нефти, которая настолько густая и тяжелая, что ее необходимо нагреть или разбавить, прежде чем она потечет.Венесуэла также имеет большое количество нефти в нефтеносных песках Ориноко, хотя углеводороды, захваченные в них, более текучие, чем в Канаде, и их обычно называют сверхтяжелой нефтью. Эти ресурсы нефтеносных песков называются нетрадиционной нефтью, чтобы отличить их от нефти, которую можно добыть с использованием традиционных методов добычи нефти из скважин. Между ними Канада и Венесуэла содержат примерно 3,6 триллиона баррелей (570 × 10 9 м 3 ) битума и сверхтяжелой нефти, что примерно в два раза превышает объем мировых запасов традиционной нефти.

Нефть используется в основном по объему для производства мазута и бензина, важных источников «первичной энергии» . 84 процента по объему углеводородов, присутствующих в нефти, преобразуется в богатое энергией топливо (топливо на основе нефти), включая бензин, дизельное топливо, реактивное топливо, отопительное и другое жидкое топливо, а также сжиженный нефтяной газ. Более легкие сорта сырой нефти обеспечивают лучший выход этих продуктов, но по мере того, как мировые запасы легкой и средней нефти истощаются, НПЗ все чаще приходится перерабатывать тяжелую нефть и битум и использовать более сложные и дорогие методы для производства этих продуктов. обязательный.Поскольку более тяжелая сырая нефть содержит слишком много углерода и недостаточно водорода, эти процессы обычно включают удаление углерода из молекул или добавление водорода к молекулам, а также использование каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем для преобразования более длинных и сложных молекул в нефти в более короткие и простые молекулы. топливо.

Благодаря высокой плотности энергии, удобству транспортировки и относительному изобилию нефть стала самым важным источником энергии в мире с середины 1950-х годов. Нефть также является сырьем для многих химических продуктов, включая фармацевтические препараты, растворители, удобрения, пестициды и пластмассы; 16 процентов, не используемых для производства энергии, превращаются в эти другие материалы.Нефть содержится в пористых горных породах в верхних слоях некоторых областей земной коры. Также нефть содержится в нефтеносных песках (битуминозных песках). Известные запасы нефти обычно оцениваются примерно в 190 км 3 (1,2 триллиона (кратковременных) баррелей) без нефтяных песков или 595 км 3 (3,74 триллиона баррелей) с нефтяными песками. В настоящее время потребление составляет около 84 миллионов баррелей (13,4 × 10 6 м 3 ) в сутки, или 4,9 км 3 в год. Что, в свою очередь, дает оставшуюся поставку нефти только около 120 лет, если текущий спрос останется неизменным.

Формация

Рисунок 5. Природный нефтяной источник в Корче, Словакия

Нефть — это ископаемое топливо, получаемое из древних ископаемых органических материалов, таких как зоопланктон и водоросли. Огромные количества этих останков оседают на дно морей или озер, смешиваются с отложениями и захоронены в бескислородных условиях. По мере того, как последующие слои оседают на дне моря или озера, в нижних областях нарастают сильная жара и давление. Этот процесс заставил органическое вещество преобразоваться сначала в воскообразный материал, известный как кероген, который содержится в различных горючих сланцах по всему миру, а затем с большим количеством тепла в жидкие и газообразные углеводороды посредством процесса, известного как катагенез.Образование нефти происходит в результате пиролиза углеводородов в различных, в основном, эндотермических реакциях при высокой температуре и / или давлении.

Были определенные теплые, богатые питательными веществами среды, такие как Мексиканский залив и древнее море Тетис, где большое количество органического материала, падающего на дно океана, превышало скорость, с которой он мог разлагаться. Это привело к тому, что большие массы органического материала были погребены под последующими отложениями, такими как сланец, образовавшийся из ила. Позднее это массивное органическое отложение нагрелось и превратилось под давлением в масло.

Геологи часто называют температурный диапазон, в котором образуется нефть, «нефтяным окном» — ниже минимальной температуры нефть остается в ловушке в виде керогена, а выше максимальной температуры нефть превращается в природный газ в процессе термического крекинга. . Иногда нефть, образовавшаяся на очень большой глубине, может мигрировать и попадать в ловушку на гораздо более мелком уровне. Нефтяные пески Атабаски — один из примеров этого.

Альтернативный механизм был предложен русскими учеными в середине 1850-х гг. — абиогенное происхождение нефти, но это опровергается геологическими и геохимическими данными.

Резервуары

Резервуары сырой нефти

Для образования нефтяных коллекторов должны присутствовать три условия: материнская порода, богатая углеводородным материалом, похороненная достаточно глубоко для того, чтобы подземное тепло могло превратить ее в нефть, пористая и проницаемая порода-коллектор, в которой она может накапливаться, и покрывающая порода (уплотнение). или другой механизм, предотвращающий его выход на поверхность. Внутри этих коллекторов флюиды обычно организуются как трехслойная корка со слоем воды под слоем нефти и слоем газа над ним, хотя разные слои различаются по размеру в разных коллекторах.Поскольку большинство углеводородов менее плотны, чем порода или вода, они часто мигрируют вверх через соседние слои породы, пока не достигнут поверхности или не будут захвачены в пористых породах (известных как резервуары) непроницаемыми породами выше. Однако на этот процесс влияют потоки подземных вод, в результате чего нефть мигрирует на сотни километров по горизонтали или даже на короткие расстояния вниз, прежде чем попасть в резервуар. Когда углеводороды концентрируются в ловушке, образуется нефтяное месторождение, из которого жидкость может быть извлечена путем бурения и откачки.

Реакции, приводящие к образованию нефти и природного газа, часто моделируются как реакции разложения первого порядка, когда углеводороды расщепляются на нефть и природный газ посредством набора параллельных реакций, а нефть в конечном итоге распадается на природный газ посредством другого набора реакций. Последний набор регулярно используется на нефтехимических и нефтеперерабатывающих заводах.

Бурение скважин на нефтяные пласты для добычи нефти. Методы добычи с «естественным подъемом», основанные на естественном пластовом давлении для выталкивания нефти на поверхность, обычно достаточны в течение некоторого времени после первого вскрытия пластов.В некоторых водохранилищах, например на Ближнем Востоке, естественного давления достаточно в течение длительного времени. Однако естественное давление в большинстве резервуаров со временем исчезает. Затем масло нужно добыть средствами «искусственного лифта». Со временем эти «первичные» методы становятся менее эффективными, и могут использоваться «вторичные» методы производства. Распространенным вторичным методом является «заводнение» или закачка воды в пласт для повышения давления и нагнетания нефти в пробуренный ствол или «ствол скважины». В конечном итоге «третичные» или «усиленные» методы добычи нефти могут быть использованы для увеличения характеристик потока нефти путем нагнетания пара, диоксида углерода и других газов или химикатов в пласт.В Соединенных Штатах на методы первичной добычи приходится менее 40 процентов добываемой ежедневно нефти, на вторичные методы приходится около половины, а на третичное извлечение — оставшиеся 10 процентов. Извлечение нефти (или «битума») из залежей нефтеносного / битуминозного песка и горючего сланца требует добычи песка или сланца и его нагревания в резервуаре или реторте, либо с использованием методов «на месте» закачивания нагретых жидкостей в залежь с последующей перекачкой. из нефтенасыщенной жидкости.

Нетрадиционные залежи нефти

Маслоедные бактерии разлагают масло, которое вырвалось на поверхность.Нефтяные пески — это резервуары частично биоразложенной нефти, все еще находящейся в процессе выхода и биоразложения, но они содержат так много мигрирующей нефти, что, хотя большая часть ее ускользнула, все еще присутствуют огромные количества — больше, чем можно найти в обычных нефтяных резервуарах. В первую очередь разрушаются более легкие фракции сырой нефти, в результате чего образуются резервуары, содержащие чрезвычайно тяжелую форму сырой нефти, называемую сырым битумом в Канаде или сверхтяжелой сырой нефтью в Венесуэле. В этих двух странах находятся крупнейшие в мире месторождения нефтеносных песков.

С другой стороны, горючие сланцы представляют собой нефтематеринские породы, которые не подвергались воздействию тепла или давления достаточно долго, чтобы преобразовать захваченные ими углеводороды в сырую нефть. Технически говоря, горючие сланцы не всегда являются сланцами и не содержат нефти, а представляют собой мелкозернистые осадочные породы, содержащие нерастворимое органическое твердое вещество, называемое керогеном. Кероген в породе можно превратить в сырую нефть с помощью тепла и давления для имитации естественных процессов. Этот метод известен веками и был запатентован в 1694 году под патентом Британской короны №330, «Способ извлечения и производства больших количеств смолы, дегтя и масла из камня». Хотя горючие сланцы находятся во многих странах, в Соединенных Штатах находятся крупнейшие в мире месторождения.

Природный газ

Природный газ — это ископаемое топливо, которое образуется, когда слои погребенных растений, газов и животных подвергаются интенсивному воздействию тепла и давления в течение тысяч лет. Энергия, которую растения изначально получали от солнца, хранится в виде химических связей в природном газе.Природный газ — невозобновляемый ресурс, потому что он не может быть восполнен в человеческие сроки. Природный газ представляет собой смесь углеводородного газа, состоящую в основном из метана, но обычно включает различные количества других высших алканов и иногда обычно меньшее процентное содержание диоксида углерода, азота и / или сероводорода. Природный газ — это источник энергии, который часто используется для отопления, приготовления пищи и производства электроэнергии. Он также используется в качестве топлива для транспортных средств и в качестве химического сырья при производстве пластмасс и других коммерчески важных органических химикатов.

Природный газ находится в глубоких подземных горных породах или связан с другими коллекторами углеводородов в угольных пластах и ​​в виде клатратов метана. Нефть — это еще один ресурс и ископаемое топливо, которое можно найти в непосредственной близости от природного газа и вместе с ним. Большая часть природного газа создавалась с течением времени двумя механизмами: биогенным и термогенным. Биогенный газ создается метаногенными организмами на болотах, болотах, свалках и неглубоких отложениях. Глубже под землей, при более высокой температуре и давлении, термогенный газ создается из погребенного органического материала.

Прежде чем природный газ можно будет использовать в качестве топлива, его необходимо обработать для удаления примесей, в том числе воды, для соответствия техническим условиям товарного природного газа. Побочные продукты этой обработки включают: этан, пропан, бутаны, пентаны и углеводороды с более высокой молекулярной массой, сероводород (который может быть преобразован в чистую серу), диоксид углерода, водяной пар, а иногда и гелий и азот.

Природный газ часто неофициально называют просто «газом», особенно по сравнению с другими источниками энергии, такими как нефть или уголь.Однако его не следует путать с бензином, особенно в Северной Америке, где термин «бензин» в разговорной речи часто сокращается до , газ .

Природный газ использовался китайцами примерно в 500 году до нашей эры. Они обнаружили способ транспортировки газа, просачивающегося из-под земли в неочищенных трубопроводах из бамбука, туда, где его использовали для кипячения соленой воды для извлечения соли, в районе Цзилюцзин провинции Сычуань. Первая в мире промышленная добыча природного газа началась в Фредонии, штат Нью-Йорк, США, в 1825 году.К 2009 году было использовано 66 триллионов кубометров (или 8%) из общих 850 триллионов кубометров оцененных остающихся извлекаемых запасов природного газа. Исходя из оценочного уровня мирового потребления газа в 2015 году в размере около 3,4 триллиона кубометров газа в год, общих расчетных остаточных экономически извлекаемых запасов природного газа при текущих темпах потребления хватит на 250 лет. Ежегодное увеличение использования на 2–3% может привести к тому, что извлекаемые в настоящее время запасы останутся значительно меньше, возможно, всего от 80 до 100 лет.

Рисунок 6. Добыча природного газа по странам в кубических метрах в год.

Источники

Природный газ

Рисунок 7. Буровая установка на природном газе в Техасе.

В 19 веке природный газ обычно получали как побочный продукт при добыче нефти, так как небольшие углеродные цепочки легких газов выходили из раствора, когда извлеченные флюиды подвергались снижению давления от коллектора к поверхности, подобно открытию крышки. бутылка для безалкогольных напитков, из которой бурлит углекислый газ.Нежелательный природный газ был проблемой утилизации на действующих нефтяных месторождениях. Если рядом с устьем скважины не было рынка для природного газа, он был практически бесполезен, поскольку его приходилось поставлять конечному пользователю по трубопроводу.

В XIX — начале XX века такой нежелательный газ обычно сжигали на нефтяных месторождениях. Сегодня нежелательный газ (или нереализованный газ без рынка), связанный с добычей нефти, часто возвращается в пласт с помощью «нагнетательных» скважин в ожидании возможного будущего рынка или для повторного повышения давления в пласте, что может повысить темпы добычи из других скважин.В регионах с высоким спросом на природный газ (например, в США) трубопроводы строятся тогда, когда экономически целесообразно транспортировать газ от буровой площадки до конечного потребителя.

Помимо транспортировки газа по трубопроводам для использования в производстве электроэнергии, другие виды конечного использования природного газа включают экспорт в виде сжиженного природного газа (СПГ) или преобразование природного газа в другие жидкие продукты с помощью технологий преобразования газа в жидкое топливо (GTL). Технологии GTL могут преобразовывать природный газ в жидкие продукты, такие как бензин, дизельное или реактивное топливо.Были разработаны различные технологии GTL, в том числе технологии Фишера – Тропша (F – T), превращение метанола в бензин (MTG) и STG +. F – T производит синтетическую нефть, которая может быть переработана в готовую продукцию, а MTG может производить синтетический бензин из природного газа. STG + может производить бензин, дизельное топливо, реактивное топливо и ароматические химикаты непосредственно из природного газа с помощью одноконтурного процесса. В 2011 году в Катаре был введен в эксплуатацию завод Royal Dutch Shell F – T, производящий 140 000 баррелей в сутки.

Природный газ может быть «попутным» (находящимся на нефтяных месторождениях) или «несвязанным» (изолированным на месторождениях природного газа), а также обнаружен в угольных пластах (как метан угольных пластов).Иногда он содержит значительное количество этана, пропана, бутана и пентана — более тяжелых углеводородов, удаляемых для коммерческого использования до того, как метан будет продан в качестве потребительского топлива или сырья для химических заводов. Неуглеводороды, такие как диоксид углерода, азот, гелий (редко) и сероводород, также должны быть удалены перед транспортировкой природного газа.

Природный газ, добываемый из нефтяных скважин, называется попутным газом (независимо от того, добывается ли он в затрубном пространстве и через выпускное отверстие из обсадной колонны) или попутным газом.Отрасль природного газа добывает все большее количество газа из сложных видов ресурсов: высокосернистого газа, газа плотных пластов, сланцевого газа и метана угольных пластов.

Существуют разногласия по поводу того, какая страна имеет самые большие доказанные запасы газа. Источники, которые считают, что Россия имеет самые большие доказанные запасы, включают ЦРУ США (47,6 трлн кубометров), Управление энергетической информации США (47,8 трлн кубометров) и ОПЕК (48,7 трлн кубометров). Однако BP считает Россию всего лишь 32,9 трлн кубометров, что ставит ее на второе место, немного уступая Ирану (33.От 1 до 33,8 трлн куб. М в зависимости от источника). Вместе с «Газпромом» Россия часто является крупнейшим добытчиком природного газа в мире. Основные доказанные ресурсы (в миллиардах кубических метров): мировые 187 300 (2013), Иран 33 600 (2013), Россия 32 900 (2013), Катар 25 100 (2013), Туркменистан 17 500 (2013) и США 8 500 (2013).

По оценкам, существует около 900 триллионов кубометров «нетрадиционного» газа, такого как сланцевый газ, из которых 180 триллионов могут быть извлечены. В свою очередь, многие исследования Массачусетского технологического института, Black & Veatcha и Министерства энергетики предсказывают, что в будущем на природный газ будет приходиться большая часть выработки электроэнергии и тепла.

Крупнейшее газовое месторождение в мире — шельфовое газоконденсатное месторождение Южный Парс / Норт-Доум, совместно используемое Ираном и Катаром. По оценкам, он содержит 51 триллион кубометров природного газа и 50 миллиардов баррелей конденсата природного газа.

Поскольку природный газ не является чистым продуктом, так как пластовое давление падает, когда не попутный газ добывается из месторождения в сверхкритических (давление / температура) условиях, компоненты с более высокой молекулярной массой могут частично конденсироваться при изотермическом сбросе давления — эффект, называемый ретроградным. конденсация.Образовавшаяся таким образом жидкость может попасть в ловушку по мере истощения пор газового резервуара. Одним из методов решения этой проблемы является закачка осушенного газа без конденсата для поддержания подземного давления и обеспечения возможности повторного испарения и извлечения конденсата. Чаще жидкость конденсируется на поверхности, и одной из задач газовой установки является сбор этого конденсата. Полученная жидкость называется сжиженным природным газом (ШФЛУ) и имеет коммерческую ценность.

Сланцевый газ

Сланцевый газ — это природный газ, получаемый из сланца.Поскольку проницаемость матрицы сланца слишком низка, чтобы позволить газу течь в экономичных количествах, скважины сланцевого газа зависят от трещин, позволяющих газу течь. Первые скважины сланцевого газа зависели от естественных трещин, через которые проходил газ; почти для всех скважин сланцевого газа сегодня требуются трещины, искусственно созданные путем гидроразрыва пласта. С 2000 года сланцевый газ стал основным источником природного газа в США и Канаде. После успеха в Соединенных Штатах разведка сланцевого газа начинается в таких странах, как Польша, Китай и Южная Африка.С увеличением добычи сланца Соединенные Штаты стали крупнейшим производителем природного газа в мире.

Городской газ

Городской газ — легковоспламеняющееся газообразное топливо, получаемое путем деструктивной перегонки угля и содержащее различные теплоносители, включая водород, монооксид углерода, метан и другие летучие углеводороды, а также небольшие количества некалорийных газов, таких как диоксид углерода и азот. , и используется аналогично природному газу.Это историческая технология, которая сегодня обычно экономически не конкурентоспособна с другими источниками топливного газа. Но все же есть некоторые конкретные случаи, когда это лучший вариант, и это может быть так в будущем.

Большинство городских «газовых хранилищ», расположенных на востоке США в конце 19-го и начале 20-го веков, были простыми коксовыми печами, которые нагревали битуминозный уголь в герметичных камерах. Газ, вытесненный из угля, собирался и распределялся по сетям труб в жилые дома и другие здания, где он использовался для приготовления пищи и освещения.(Газовое отопление не получило широкого распространения до второй половины 20-го века.) Каменноугольная смола (или асфальт), скапливающаяся на дне газовых печей, часто использовалась для кровли и других целей гидроизоляции, а также при смешивании с песком. и гравий использовался для мощения улиц.

Биогаз

Метаногенные археи ответственны за все биологические источники метана. Некоторые живут в симбиотических отношениях с другими формами жизни, включая термитов, жвачных животных и культурных растений.Другие источники метана, основного компонента природного газа, включают свалочный газ, биогаз и гидрат метана. Когда газы, богатые метаном, образуются в результате анаэробного разложения неископаемых органических веществ (биомассы), они называются биогазом (или природным биогазом). Источники биогаза включают болота, болота и свалки (см. Свалочный газ), а также сельскохозяйственные отходы, такие как осадок сточных вод и навоз, получаемые из анаэробных варочных котлов, в дополнение к кишечной ферментации, особенно у крупного рогатого скота.Свалочный газ образуется при разложении отходов на свалках. За исключением водяного пара, около половины свалочного газа составляет метан, а большая часть остального — диоксид углерода с небольшими количествами азота, кислорода и водорода, а также различными следовыми количествами сероводорода и силоксанов. Если газ не удалить, давление может стать настолько высоким, что он достигнет поверхности, что приведет к повреждению конструкции полигона, появлению неприятного запаха, отмиранию растительности и опасности взрыва. Газ можно выбрасывать в атмосферу, сжигать в факелах или сжигать для производства электричества или тепла.Биогаз также можно производить путем отделения органических материалов от отходов, которые в противном случае отправляются на свалки. Этот метод более эффективен, чем просто улавливание производимого им свалочного газа. Анаэробные лагуны производят биогаз из навоза, а биогазовые реакторы могут использоваться для навоза или частей растений. Как и свалочный газ, биогаз состоит в основном из метана и углекислого газа с небольшими количествами азота, кислорода и водорода. Однако, за исключением пестицидов, обычно уровень загрязнения ниже.

Свалочный газ нельзя распределять по трубопроводам природного газа, если он не очищен до уровня менее 3 процентов CO 2 и нескольких частей на миллион H 2 S, потому что CO 2 и H 2 S разъедают трубопроводы.Присутствие CO 2 снизит уровень энергии газа ниже требований для трубопровода. Силоксаны, содержащиеся в газе, образуют отложения в газовых горелках, и их необходимо удалить перед подачей в любую газораспределительную или транспортную систему. Следовательно, может быть более экономичным сжигать газ на месте или на небольшом расстоянии от полигона с использованием специального трубопровода. Водяной пар часто удаляется, даже если газ сжигается на месте. Если при низких температурах вода конденсируется из газа, количество силоксанов также может быть снижено, поскольку они имеют тенденцию конденсироваться с водяным паром.Другие неметановые компоненты также могут быть удалены для соответствия стандартам выбросов, для предотвращения загрязнения оборудования или по экологическим соображениям. Совместное сжигание свалочного газа с природным газом улучшает сгорание, что снижает выбросы.

Биогаз, и особенно свалочный газ, уже используются в некоторых областях, но их использование может быть значительно расширено. Экспериментальные системы предлагались для использования в некоторых частях Хартфордшира, Великобритания, и Лиона во Франции. Использование материалов, которые в противном случае не приносили бы дохода или даже стоили денег, чтобы избавиться от них, улучшает прибыльность и энергетический баланс производства биогаза.Газ, вырабатываемый на очистных сооружениях, обычно используется для выработки электроэнергии. Например, канализационная установка Hyperion в Лос-Анджелесе сжигает 8 миллионов кубических футов (230 000 м 3 ) газа в день для выработки электроэнергии. Нью-Йорк использует газ для работы оборудования на очистных сооружениях, для выработки электроэнергии и в котлах. Использование канализационного газа для производства электроэнергии не ограничивается крупными городами. Город Бейкерсфилд, штат Калифорния, использует когенерацию на своих канализационных станциях. В Калифорнии 242 очистных сооружения сточных вод, на 74 из которых установлены анаэробные варочные котлы.Общая выработка биоэнергии на 74 электростанциях составляет около 66 МВт.

Кристаллизованный природный газ — гидраты

Рисунок 8. Завод по переработке природного газа McMahon в Тейлоре, Британская Колумбия, Канада.

Огромные количества природного газа (в основном метана) существуют в виде гидратов под отложениями на морских континентальных шельфах и на суше в арктических регионах, подверженных вечной мерзлоте, например, в Сибири. Для образования гидратов требуется сочетание высокого давления и низкой температуры.

В 2010 году стоимость добычи природного газа из кристаллизованного природного газа оценивалась в 100–200% от стоимости добычи природного газа из традиционных источников и даже выше из морских месторождений.

В 2013 году Японская национальная корпорация нефти, газа и металлов (JOGMEC) объявила, что они извлекли коммерчески значимые количества природного газа из гидрата метана.

Истощение

Добыча природного газа в США достигла пика в 1973 году и превысила второй более низкий пик в 2001 году, но недавно снова достигла пика и продолжает расти.

Использует

Природный газ средней части потока

Природный газ, протекающий в распределительных линиях и на устье скважины, часто используется для питания двигателей, работающих на природном газе. Эти двигатели вращают компрессоры для облегчения транспортировки природного газа. Эти компрессоры требуются в средней линии потока для повышения давления и повторного повышения давления природного газа в линии передачи по мере движения газа. Линии передачи природного газа простираются до завода или установки по переработке природного газа, которые удаляют углеводороды природного газа с более высокой молекулярной массой для получения значения британской тепловой единицы (BTU) от 950 до 1050 BTU.Затем обработанный природный газ можно использовать в жилых, коммерческих и промышленных целях.

Часто газы в средней части потока и в устье скважины требуют удаления многих различных углеводородов, содержащихся в природном газе. Некоторые из этих газов включают гептан, пентан, пропан и другие углеводороды с молекулярной массой выше метана (Ch5) для производства топлива из природного газа, которое используется для работы двигателей, работающих на природном газе, для дальнейшей передачи под давлением. Как правило, компрессорам природного газа требуется от 950 до 1050 БТЕ на кубический фут для работы в соответствии со спецификациями ротационной таблички двигателей, работающих на природном газе.

Несколько методов используются для удаления этих высокомолекулярных газов для использования в двигателе, работающем на природном газе. Вот несколько технологий:

  • Блок Джоуля – Томсона
  • Криогенная или охлаждающая система
  • Система химической энзимологии
Энергетика

Природный газ является основным источником выработки электроэнергии за счет использования когенерации, газовых и паровых турбин. Природный газ также хорошо подходит для комбинированного использования в сочетании с возобновляемыми источниками энергии, такими как ветер или солнце, и для питания электростанций с пиковой нагрузкой, работающих в тандеме с гидроэлектростанциями.Большинство сетевых пиковых электростанций и некоторые автономные двигатели-генераторы используют природный газ. Особенно высокий КПД может быть достигнут за счет объединения газовых турбин с паровой турбиной в режиме комбинированного цикла. Природный газ горит более чисто, чем другие углеводородные виды топлива, такие как нефть и уголь, и производит меньше углекислого газа на единицу выделяемой энергии. Что касается транспорта, то при сжигании природного газа образуется примерно на 30 процентов меньше углекислого газа, чем при сжигании нефти. Для эквивалентного количества тепла сжигание природного газа дает примерно на 45 процентов меньше энергии, чем сжигание угля.Управление энергетической информации США сообщает о следующих выбросах диоксида углерода в мире в 2012 году в миллионах метрических тонн:

  • Природный газ: 6,799
  • Нефть: 11 695
  • Уголь: 13 787

При производстве электроэнергии на угле выделяется около 2 000 фунтов углекислого газа на каждый выработанный мегаватт-час, что почти вдвое превышает количество углекислого газа, выделяемого электростанцией, работающей на природном газе, на выработанный мегаватт-час. Из-за более высокой углеродной эффективности производства природного газа, поскольку топливный баланс в Соединенных Штатах изменился, чтобы сократить уголь и увеличить производство природного газа, выбросы диоксида углерода неожиданно снизились.Показатели, измеренные в первом квартале 2012 года, были самыми низкими из всех зарегистрированных за первый квартал любого года с 1992 года.

Производство электроэнергии с комбинированным циклом с использованием природного газа в настоящее время является наиболее чистым доступным источником энергии с использованием углеводородного топлива, и эта технология широко и все чаще используется, поскольку природный газ может быть получен по все более разумным ценам. Технология топливных элементов может в конечном итоге предоставить более чистые варианты преобразования природного газа в электричество, но пока что она не является конкурентоспособной по цене.Электроэнергия и тепло, производимые на месте с использованием ТЭЦ, работающей на природном газе, считаются энергоэффективными и быстрым способом сокращения выбросов углерода. Популярность электростанций, работающих на природном газе, растет, и они вырабатывают 22% всей электроэнергии в мире. Примерно вдвое меньше, чем на угле.

Внутреннее использование

Природный газ, подаваемый из простой плиты, может генерировать температуру выше 1100 ° C (2000 ° F), что делает его мощным домашним топливом для приготовления пищи и отопления.В большинстве развитых стран он поставляется по трубам в дома, где используется для многих целей, включая кухонные плиты и печи, сушилки для одежды с газовым обогревом, отопление / охлаждение и центральное отопление. Обогреватели в домах и других зданиях могут включать котлы, печи и водонагреватели.

Сжатый природный газ (КПГ) используется в сельских домах без подключения к водопроводным коммунальным службам или с переносными грилями. Природный газ также поставляется независимыми поставщиками природного газа в рамках программ Natural Gas Choice на всей территории Соединенных Штатов.Однако, поскольку КПГ стоит больше, чем СНГ, СНГ (пропан) является доминирующим источником газа в сельской местности.

Транспорт

Рис. 9. Метробус в Вашингтоне, округ Колумбия, работающий на природном газе.

CNG — более чистая и более дешевая альтернатива другим автомобильным видам топлива, таким как бензин (бензин) и дизельное топливо. К концу 2012 года в мире насчитывалось 17,25 миллиона автомобилей, работающих на природном газе, в первую очередь Иран (3,3 миллиона), Пакистан (3,1 миллиона), Аргентина (2,18 миллиона), Бразилия (1,73 миллиона), Индия (1.5 миллионов) и Китай (1,5 миллиона). Энергоэффективность обычно такая же, как у бензиновых двигателей, но ниже по сравнению с современными дизельными двигателями. Транспортные средства с бензиновым / бензиновым двигателем, переоборудованные для работы на природном газе, страдают из-за низкой степени сжатия их двигателей, что приводит к снижению передаваемой мощности при работе на природном газе (10% –15%). Однако двигатели, специально предназначенные для КПГ, используют более высокую степень сжатия из-за более высокого октанового числа этого топлива, составляющего 120–130.

Уголь

Рисунок 10.Каменный уголь

Уголь (от древнеанглийского термина col , который с XIII века означал «минерал из окаменелого углерода») представляет собой горючую черную или коричневато-черную осадочную породу, обычно встречающуюся в пластах породы слоями или жилами, называемыми углем . пластов или угольных пластов . Более твердые формы, такие как антрацитовый уголь, можно рассматривать как метаморфическую породу из-за более позднего воздействия повышенных температуры и давления. Уголь состоит в основном из углерода, а также других элементов, в основном водорода, серы, кислорода и азота.

На протяжении всей истории уголь использовался как энергетический ресурс, в основном сжигаемый для производства электроэнергии и / или тепла, а также в промышленных целях, таких как рафинирование металлов. В качестве ископаемого топлива уголь образуется, когда мертвые растительные вещества превращаются в торф, который, в свою очередь, превращается в лигнит, затем полубитуминозный уголь, затем битуминозный уголь и, наконец, антрацит. Это связано с биологическими и геологическими процессами, которые происходят в течение длительного периода. Управление энергетической информации США оценивает запасы угля в 948 × 10 9 коротких тонн (860 Гт).По одной оценке, ресурсы составляют 18 000 Гт.

Уголь является крупнейшим источником энергии для производства электроэнергии во всем мире, а также одним из крупнейших в мире антропогенных источников выбросов диоксида углерода. В 1999 году мировые валовые выбросы диоксида углерода в результате использования угля составили 8 666 миллионов тонн диоксида углерода. В 2011 году мировые валовые выбросы от использования угля составили 14 416 миллионов тонн. При производстве электроэнергии на угле выделяется около 2000 фунтов углекислого газа на каждый мегаватт-час, что почти вдвое больше, чем примерно 1100 фунтов углекислого газа, выбрасываемого электростанцией, работающей на природном газе, на выработанный мегаватт-час.Из-за более высокой углеродной эффективности производства природного газа, поскольку рынок в Соединенных Штатах изменился в сторону сокращения угля и увеличения производства природного газа, выбросы диоксида углерода снизились. Показатели, измеренные в первом квартале 2012 года, были самыми низкими из всех зарегистрированных за первый квартал любого года с 1992 года. В 2013 году глава климатического агентства ООН посоветовал оставить большую часть мировых запасов угля в земле, чтобы избежать катастрофических последствий. глобальное потепление.

Уголь добывается из земли путем добычи угля, либо подземным способом шахтным способом, либо открытым способом добычи на уровне земли.С 1983 года крупнейшим производителем угля в мире является Китай. В 2011 году Китай добыл 3 520 млн тонн угля — 49,5% от 7 695 млн тонн мировой добычи угля. В 2011 году другими крупными производителями были США (993 миллиона тонн), Индия (589), Европейский Союз (576) и Австралия (416). В 2010 году крупнейшими экспортерами были Австралия с 328 миллионами тонн (27,1% мирового экспорта угля) и Индонезия с 316 миллионами тонн (26,1%), а крупнейшими импортерами были Япония с 207 миллионами тонн (17.5% мирового импорта угля), Китай — 195 млн тонн (16,6%) и Южная Корея — 126 млн тонн (10,7%).

Формация

Рис. 11. Обнаружение берега пласта Мыс Акони (Новая Шотландия)

В разное время в геологическом прошлом на Земле были густые леса в низинных заболоченных районах. Из-за естественных процессов, таких как наводнение, эти леса были погребены под землей. По мере того, как на них оседало все больше и больше почвы, они сжимались. Температура также повышалась, когда они опускались все глубже и глубже.По мере продолжения процесса растительный материал защищался от биоразложения и окисления, обычно с помощью грязи или кислой воды. Это задержало углерод в огромных торфяных болотах, которые в конечном итоге были покрыты и глубоко погребены отложениями. Под высоким давлением и высокой температурой мертвая растительность медленно превращалась в уголь. Поскольку уголь содержит в основном углерод, превращение мертвой растительности в уголь называется карбонизацией.

Широкие мелководные моря каменноугольного периода обеспечивали идеальные условия для образования угля, хотя уголь известен с большинства геологических периодов.Исключение составляет угольная пропасть в период пермско-триасового вымирания, где уголь встречается редко. Уголь известен из докембрийских слоев, которые появились раньше наземных растений — предполагается, что этот уголь образовался из остатков водорослей.

Звания

Поскольку геологические процессы оказывают давление на мертвый биотический материал с течением времени, при подходящих условиях его метаморфическая степень последовательно увеличивается до:

  • Торф , который считается прекурсором угля, имеет промышленное значение в качестве топлива в некоторых регионах, например, в Ирландии и Финляндии.В обезвоженном виде торф является высокоэффективным абсорбентом разливов топлива и нефти на суше и в воде. Он также используется в качестве кондиционера для почвы, чтобы она лучше удерживала и медленно выделяла воду.
  • Бурый уголь , или бурый уголь, является углем самого низкого сорта и используется почти исключительно в качестве топлива для выработки электроэнергии. Гет, компактная форма лигнита, иногда полируется и используется в качестве поделочного камня с верхнего палеолита.
  • Полубитуминозный уголь , свойства которого варьируются от лигнита до каменного угля, используется в основном в качестве топлива для пароэлектрической генерации и является важным источником легких ароматических углеводородов для промышленности химического синтеза.
  • Битуминозный уголь представляет собой плотную осадочную породу, обычно черного цвета, но иногда темно-коричневого цвета, часто с четко выраженными полосами яркого и тусклого материала; он используется в основном в качестве топлива в пароэлектрической генерации, при этом значительные количества используются для производства тепла и электроэнергии, а также для производства кокса.
  • « Энергетический уголь » — это сорт между битуминозным углем и антрацитом, который когда-то широко использовался в качестве топлива для паровозов. В этом специализированном использовании он иногда известен как «морской уголь» в Соединенных Штатах.Мелкий энергетический уголь (сухой малый паровой орех или ДССН) использовался в качестве топлива для нагрева воды для бытовых нужд.
  • Антрацит , высший сорт угля, представляет собой более твердый глянцевый черный уголь, используемый в основном для отопления жилых и коммерческих помещений. Его можно далее разделить на метаморфно измененный битуминозный уголь и «окаменелую нефть», как из месторождений в Пенсильвании.
  • Графит , технически высший класс, трудно воспламеняется и обычно не используется в качестве топлива — он в основном используется в карандашах, а в порошкообразном виде — в качестве смазки.

Классификация угля обычно основана на содержании летучих веществ. Однако точная классификация варьируется в зависимости от страны. Согласно немецкой классификации уголь классифицируется следующим образом:

Немецкая классификация Английское обозначение Летучие вещества% C Углерод% H Водород% Кислород% Сера% Теплосодержание кДж / кг
Braunkohle Бурый уголь (бурый уголь) 45–65 60–75 6.0–5,8 34-17 0,5-3 <28 470
Flammkohle Пламенный уголь 40-45 75-82 6,0–5,8 > 9,8 ~ 1 <32 870
Gasflammkohle Уголь газовый 35-40 82-85 5,8-5,6 9,8-7,3 ~ 1 <33 910
Gaskohle Газовый уголь 28-35 85-87.5 5,6-5,0 7,3-4,5 ~ 1 <34 960
Fettkohle Жирный уголь 19–28 87,5-89,5 5,0-4,5 4,5–3,2 ~ 1 <35,380
Esskohle Кузнечный уголь 14-19 89,5-90,5 4,5-4,0 3,2–2,8 ~ 1 <35,380
Magerkohle Уголь необжигаемый 10-14 90.5-91,5 4,0–3,75 2,8–3,5 ~ 1 35,380
Антразит Антрацит 7-12 > 91,5 <3,75 <2,5 ~ 1 <35,300
Примечание: указанные элементы указаны в процентах по массе

Шесть средних классов в таблице представляют собой постепенный переход от англоязычного суббитуминозного к битуминозному углю, в то время как последний класс является приблизительным эквивалентом антрацита, но более инклюзивным (антрацит США содержит <6% летучих веществ) .

Каннельный уголь (иногда называемый «свечным углем») представляет собой разновидность мелкозернистого высокосортного угля со значительным содержанием водорода. Он состоит в основном из «экзинитных» мацералов, теперь называемых «липтинитом».

Закон Хилта

Закон Хилта — это геологический термин, который гласит, что на небольшой территории, чем глубже уголь, тем выше его класс (сорт). Закон верен, если градиент температуры полностью вертикальный, но метаморфизм может вызвать латеральные изменения ранга, независимо от глубины.

Содержимое

Среднее содержание
Вещество Содержание
Ртуть (Hg) 0,10 ± 0,01 частей на миллион
Мышьяк (As) 1,4 — 71 частей на миллион
Селен (Se) 3 стр. / Мин

Использует сегодня

Уголь в качестве топлива

Рис. 12. Электростанция Castle Gate возле Хелпера, Юта, США

Уголь в основном используется в качестве твердого топлива для производства электроэнергии и тепла путем сжигания.Мировое потребление угля составило около 7,25 млрд тонн в 2010 году (7,99 млрд коротких тонн) и, как ожидается, увеличится на 48% до 9,05 млрд тонн (9,98 млрд коротких тонн) к 2030 году.

В 2011 году Китай произвел 3,47 млрд тонн (3,83 млрд коротких тонн). В 2011 году Индия произвела около 578 млн тонн (637,1 млн коротких тонн). 68,7% электроэнергии Китая вырабатывается из угля. США потребили около 13% мирового потребления в 2010 году, то есть 951 миллион тонн (1,05 миллиарда коротких тонн), используя 93% из них для производства электроэнергии.46% всей электроэнергии, произведенной в США, было произведено с использованием угля.

Когда уголь используется для производства электроэнергии, его обычно измельчают, а затем сжигают (сжигают) в печи с котлом. Тепло печи преобразует котловую воду в пар, который затем используется для вращения турбин, которые вращают генераторы и вырабатывают электричество. Термодинамическая эффективность этого процесса со временем улучшалась; некоторые старые угольные электростанции имеют тепловой КПД около 25%, тогда как новейшие сверхкритические и «сверхсверхкритические» турбины парового цикла, работающие при температурах более 600 ° C и давлениях более 27 МПа (более 3900 фунтов на квадратный дюйм), могут практически достижение теплового КПД более 45% (на основе LHV) при использовании антрацитового топлива или около 43% (на основе LHV) даже при использовании низкосортного бурого топлива.Дальнейшее повышение термической эффективности также достигается за счет улучшенной предварительной сушки (особенно актуальной для топлива с высоким содержанием влаги, такого как бурый уголь или биомасса) и технологий охлаждения.

Рисунок 13. Угольные вагоны

Альтернативный подход к использованию угля для производства электроэнергии с повышенным КПД — это электростанция с комбинированным циклом с интегрированной газификацией (IGCC). Вместо того, чтобы измельчать уголь и сжигать его непосредственно в качестве топлива в парогенерирующем котле, уголь можно сначала газифицировать (см. Газификация угля) для создания синтез-газа, который сжигается в газовой турбине для производства электроэнергии (точно так же, как сжигается природный газ. в турбине).Горячие выхлопные газы турбины используются для подъема пара в парогенераторе с рекуперацией тепла, который приводит в действие дополнительную паровую турбину. Тепловая эффективность существующих электростанций IGCC колеблется от 39-42% (на основе HHV) или ~ 42-45% (на основе LHV) для битуминозного угля и при условии использования основных технологий газификации (Shell, GE Gasifier, CB&I). Электростанции IGCC превосходят обычные электростанции, работающие на пылеугольном топливе, с точки зрения выбросов загрязняющих веществ и позволяют относительно легко улавливать углерод.

Не менее 40% электроэнергии в мире вырабатывается из угля, а в 2012 году около одной трети электроэнергии в Соединенных Штатах вырабатывается из угля, по сравнению с примерно 49% в 2008 году. По состоянию на 2012 год в Соединенных Штатах использование угля производство электроэнергии сокращалось, так как большие запасы природного газа, полученного путем гидроразрыва плотных сланцевых пластов, стали доступны по низким ценам.

В Дании на угольной ТЭЦ Nordjyllandsværket получен чистый электрический КПД> 47%, а общий КПД станции достигает 91% с когенерацией электроэнергии и централизованного теплоснабжения.Многотопливная ТЭЦ Avedøreværket недалеко от Копенгагена может достичь чистого электрического КПД до 49%. Общий КПД станции с когенерацией электроэнергии и централизованного теплоснабжения может достигать 94%.

Альтернативной формой сжигания угля является водоугольное топливо (CWS), которое было разработано в Советском Союзе. CWS значительно снижает выбросы, улучшая теплотворную способность угля. Другими способами использования угля являются комбинированное производство тепла и электроэнергии и цикл доливки MHD.

Всего известных месторождений, извлекаемых с помощью современных технологий, включая сильно загрязняющие виды угля с низким содержанием энергии (например, бурый уголь, битуминозный), достаточно на многие годы. Однако потребление увеличивается, и максимальная добыча может быть достигнута в течение десятилетий (см. Мировые запасы угля ниже). С другой стороны, возможно, придется многое оставить в земле, чтобы избежать изменения климата.

Газификация

Газификацию угля можно использовать для производства синтез-газа, смеси монооксида углерода (CO) и водорода (H 2 ).Синтез-газ часто используется для зажигания газовых турбин для производства электроэнергии, но универсальность синтез-газа также позволяет преобразовывать его в транспортное топливо, такое как бензин и дизельное топливо, с помощью процесса Фишера-Тропша; в качестве альтернативы синтез-газ может быть преобразован в метанол, который может быть непосредственно смешан с топливом или преобразован в бензин посредством процесса превращения метанола в бензин. [59] Газификация в сочетании с технологией Фишера-Тропша в настоящее время используется химической компанией Sasol в Южной Африке для производства моторного топлива из угля и природного газа.В качестве альтернативы водород, полученный в результате газификации, можно использовать для различных целей, таких как обеспечение экономии водорода, производство аммиака или улучшение качества ископаемого топлива.

Во время газификации уголь смешивается с кислородом и паром, а также нагревается и находится под давлением. Во время реакции молекулы кислорода и воды окисляют уголь до окиси углерода (CO), одновременно выделяя газообразный водород (H 2 ). Этот процесс применялся как на подземных угольных шахтах, так и при производстве городского газа.

C ( как уголь ) + O 2 + H 2 O → H 2 + CO

Если нефтепереработчик хочет производить бензин, синтез-газ собирается в этом состоянии и направляется в реакцию Фишера-Тропша. Однако, если желаемым конечным продуктом является водород, синтез-газ подают в реакцию конверсии водяного газа, где выделяется больше водорода.

CO + H 2 O → CO 2 + H 2

В прошлом уголь перерабатывался в угольный газ (городской газ), который подавался по трубам для сжигания для освещения, отопления и приготовления пищи.

Сжижение
Уголь

также может быть преобразован в синтетическое топливо, эквивалентное бензину или дизельному топливу, с помощью нескольких различных прямых процессов (которые по сути не требуют газификации или косвенного преобразования). В процессах прямого ожижения уголь гидрогенизируется или карбонизируется. Процессы гидрирования — это процесс Бергиуса, процессы SRC-I и SRC-II (рафинированный уголь с использованием растворителя), процесс гидрирования NUS Corporation и несколько других одностадийных и двухступенчатых процессов.В процессе низкотемпературной карбонизации уголь коксуется при температуре от 360 до 750 ° C (от 680 до 1380 ° F). Эти температуры оптимизируют производство каменноугольных смол, более богатых более легкими углеводородами, чем обычная каменноугольная смола. Затем каменноугольная смола перерабатывается в топливо. Доступен обзор сжижения угля и его будущего потенциала.

Методы ожижения угля включают выбросы диоксида углерода (CO 2 ) в процессе конверсии. Если сжижение угля осуществляется без использования технологий улавливания и хранения углерода (CCS) или смешивания биомассы, результатом жизненного цикла будут выбросы парниковых газов, которые, как правило, больше, чем выбросы при добыче и переработке жидкого топлива при производстве жидкого топлива из сырой нефти.Если используются технологии CCS, на установках из угля в жидкость (CTL) может быть достигнуто снижение на 5–12%, а при совместной газификации угля с коммерчески подтвержденными уровнями биомассы (30% биомассы по весу) можно достичь сокращения до 75%. на заводах по переработке угля / биомассы в жидкости. Для будущих проектов создания синтетического топлива предлагается связывание диоксида углерода, чтобы избежать выброса CO 2 в атмосферу. Секвестрация увеличивает стоимость производства.

Уголь очищенный

Рафинированный уголь является продуктом технологии обогащения угля, которая удаляет влагу и некоторые загрязняющие вещества из низкосортных углей, таких как полубитуминозные и бурые угли.Это одна из форм нескольких предварительных обработок и процессов обработки угля, которые изменяют характеристики угля перед его сжиганием. Цели угольных технологий предварительного сжигания заключаются в повышении эффективности и сокращении выбросов при сжигании угля. В зависимости от ситуации, технология предварительного сжигания может использоваться вместо или в качестве дополнения к технологиям после сжигания для контроля выбросов от котлов, работающих на угле.

Промышленные процессы

Мелкоизмельченный битуминозный уголь, известный в данной заявке как морской уголь, является составной частью формовочного песка.Пока расплавленный металл находится в форме, уголь горит медленно, выделяя восстановительные газы под давлением, предотвращая проникновение металла в поры песка. Он также содержится в «промывке формы», пасте или жидкости с той же функцией, применяемой к форме перед отливкой. Морской уголь можно смешивать с глиняной футеровкой («бод»), используемой для дна вагранки. При нагревании уголь разлагается, и тело становится слегка рыхлым, что облегчает процесс взлома открытых отверстий для выпуска расплавленного металла.

Производство химикатов

Уголь — важное сырье для производства широкого спектра химических удобрений и других химических продуктов. Основным способом получения этих продуктов является газификация угля для производства синтез-газа. Первичные химические вещества, которые производятся непосредственно из синтез-газа, включают метанол, водород и монооксид углерода, которые являются химическими строительными блоками, из которых производится целый спектр производных химических веществ, включая олефины, уксусную кислоту, формальдегид, аммиак, мочевину и другие.Универсальность синтез-газа в качестве прекурсора для первичных химикатов и дорогостоящих производных продуктов дает возможность использовать относительно недорогой уголь для производства широкого спектра ценных товаров.

Исторически сложилось так, что производство химикатов из угля использовалось с 1950-х годов и уже прочно вошло на рынок. Согласно Всемирной базе данных по газификации за 2010 год, обзору действующих и планируемых газификаторов, с 2004 по 2007 год химическое производство увеличило долю продуктов газификации с 37% до 45%.С 2008 по 2010 год 22% новых газогенераторов должны были приходиться на химическое производство.

Поскольку в составе химических продуктов, которые могут быть произведены посредством газификации угля, в целом также может использоваться сырье, полученное из природного газа и нефти, химическая промышленность имеет тенденцию использовать то сырье, которое является наиболее экономически эффективным. Следовательно, интерес к использованию угля имеет тенденцию возрастать в связи с повышением цен на нефть и природный газ и в периоды высокого мирового экономического роста, который может затруднить добычу нефти и газа.Кроме того, производство химикатов из угля представляет гораздо больший интерес в таких странах, как Южная Африка, Китай, Индия и США, где имеются богатые запасы угля. Обилие угля в сочетании с нехваткой ресурсов природного газа в Китае является сильным стимулом для развития угольной промышленности в химической промышленности. В Соединенных Штатах лучшим примером отрасли является компания Eastman Chemical Company, которая с 1983 года успешно эксплуатирует завод по переработке угля на своем предприятии в Кингспорте, штат Теннесси.Точно так же Sasol построила и эксплуатировала предприятия по переработке угля в Южную Африку.

Уголь для химических процессов требует значительного количества воды. По состоянию на 2013 год большая часть угля для химической промышленности приходилась на Китайскую Народную Республику, где экологическое регулирование и управление водными ресурсами были слабыми.

Мировые запасы угля

948 миллиардов коротких тонн извлекаемых запасов угля, оцененных Управлением энергетической информации, составляют около 4 196 баррелей нефтяного эквивалента.Количество сожженного угля в 2007 году оценивается в 7,075 миллиарда коротких тонн, или 133,179 квадриллиона БТЕ. Это в среднем 18,8 млн БТЕ на короткую тонну. По теплосодержанию это около 57 000 000 баррелей (9 100 000 м3, 3 ) нефтяного эквивалента в сутки. Для сравнения, в 2007 году природный газ давал 51 000 000 баррелей (8 100 000 м 3, 3 ) нефтяного эквивалента в день, а нефть — 85 800 000 баррелей (13 640 000 м 3, 3 ) в день.

Рисунок 14.Угольная шахта в Вайоминге, США. Соединенные Штаты обладают крупнейшими в мире запасами угля.

Бритиш Петролеум в своем отчете за 2007 год оценил на конец 2006 года, что отношение запасов к добыче составляло 147 лет, исходя из доказанных запасов угля во всем мире. Эта цифра включает только запасы, классифицированные как «доказанные»; Программы разведочного бурения горнодобывающих компаний, особенно на малоизученных территориях, постоянно дают новые запасы. Во многих случаях компаниям известно об угольных месторождениях, которые не были пробурены в достаточной степени, чтобы их можно было квалифицировать как «доказанные».

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *