Cieľom spoločnosti Tuvatech, s.r.o. so sídlom v Trenčíne je vývojradu jednoduchých a spoľahlivých motorov s vonkajším spaľova-ním, ktoré dokážu efektívne využiť nízko teplotné tepelné zdroje navýrobu elektrickej energie v rozsahu 1 až 100 kW elektrického vý-konu.

Pri vývoji radu nových parných motorov sme využili naše znalostio princípe činnosti a konštrukcii Wankelovho motoru. Je to motors vnútorným spaľovaním a v súčasnosti jediný spoľahlivý a overenýmotor s rotujúcim piestom, ktorý sa aj sériovo vyrába a komerčnepoužíva.

Na základe Wankelovho motora sme vyvinuli prototyp novéhomotora s vonkajším spaľovaním – nový parný motor s rotujúcimpiestom. Mal by byť efektívnym a spoľahlivým prostriedkom na vý-robu elektrickej energie, vo výkone 1 až 100 kW, z obnoviteľnýchzdrojov tepelnej energie.

Popis činnosti motoraNa obr. 1 je schéma zapojenia parného motora s rotujúcim pies-

tom (2) v uzatvorenom okruhu s parným kotlom (1), chladičom (3)a čerpadlom kondenzu (4).

Pracovné médium – horúca vodná para (červená), vznikajúcav parnom kotli (1), prúdi dvomi vstupnými potrubiami k dvom vstup-ným ventilom motora. Vstupné ventily motora sa striedavo otvárajúa zatvárajú. Horúca vodná para (červená), ktorá vstúpi do pracovnejkomory motora, naráža na bok piestu motora, odovzdá mu svoju ki-netickú energiu a núti piest motora k pohybu. Po uzavretí vstupnéhoventilu sa para v komore ďalej rozpína, tlačí svojim tlakom na bokpiestu a odovzdáva mu ďalšiu časť svojej energie. To tiež núti piestmotora k pohybu. Pohyb piesta otvorí výstupné otvory a para, ktoráodovzdala svoju energiu piestu motora (modrá), je vytlačovaná po-hybom piesta do chladiča (3), kde kondenzuje. Skondenzovaná pa-

ra je čerpadlom kondenzu (4) pretlačená naspäť do parného kotla(1) na ďalší ohrevu. Na internetovej stránke http://www. tuva-tech.sk/sk/produkty/parny-motor-midi/popis/ je možné vidieť ani-máciu a princíp činnosti tohto motora v pohybe.

Popis merania základných parametrov motoraKoncom apríla 2012 prebehli v parnej kotolni v Trenčíne merania

základných parametrov prototypu parného motora. Merali sa naj-mä: závislosť výkonu motora na tlaku pary, závislosť spotreby pary

Časopis EE, 18, 2012, č. 56

OZE

PPPPrrrroooossssttttrrrr iiiieeeeddddooookkkk nnnnaaaa ddddeeeecccceeeennnnttttrrrraaaallll iiiizzzzoooovvvvaaaannnnúúúú vvvvýýýýrrrroooobbbbuuuueeeelllleeeekkkkttttrrrr iiiicccckkkkeeeejjjj eeeennnneeeerrrrggggiiiieeee zzzz oooobbbbnnnnoooovvvviiii tttteeeeľľľľnnnnýýýýcccchhhh zzzzddddrrrroooojjjjoooovvvv

Ján Tuna, Vladimír Vavruš* Nový parný motor s rotujúcim piestom

* Ing. Ján Tuna, Ing. Vladimír Vavruš, Tuvatech, s.r.o., Staničná 1062/24, 911 05 Trenčín, tel.: 0917 594 963, e-mail: ingrtuna@stonline.sk

Obr. 1 Schéma zapojenia parného motora s rotujúcim piestom(2) v uzatvorenom okruhu s parným kotlom (1)chladičom (3) a čerpadlom (4)

na výkone motora a iné. Tieto merania boli urobené pomocou asyn-chrónneho motora typ F22M08 (22 kW, 730 ot/min., 3 x 400 VD,pätkový IMB3), ktorý bol zapojený ako generátor elektrickej ener-gie. Podľa údajov zo štítku motora účinnosť tohto asynchrónnehomotora zapojeného ako generátor elektrickej energie bola na úrov-ni 0,85. Elektrický generátor (asynchrónny motor) bol pripojenýk parnému motoru reťazovou spojkou. Otáčky parného motora, akoaj elektrického generátora sa udržiavali na hodnote 750 otáčok zaminútu. Pri vyššej záťaži sa otáčky parného motora a elektrickéhogenerátora mierne zvyšovali, aby sa na výstupných svorkách elek-trického generátora udržala výstupná frekvencia na úrovni 50 Hz.Marenie výkonu elektrického generátora bolo prevedené na elek-trických odporových špirálach, kde sa vyrobená elektrická energiamenila na tepelnú energiu. Meranie elektrických veličín bolo vyko-nané pomocou multifunkčného meracieho prístroja SiemensSentron PAC3200. Meranie spotreby pary bolo zabezpečené za-požičaným meracím prístrojom SPIRAFLO DN50 od spoločnostiSpirax Sarco a za prítomnosti a asistencie pracovníka tejto spoloč-nosti.

Tab. 1 Namerané veličiny

Obr. 2 Graf závislosti mechanického výkonu od tlaku parya spotreba pary

V tab. 1 sú uvedené namerané veličiny. Graf závislostí je na obr. 2.Parný motor je postavený až na prevádzkový tlak 1,6 MPa.

Namerané hodnoty sú však len do hodnoty tlaku 0,9 MPa. Dôvodombola nemožnosť merať vyššie hodnoty, pretože prevádzkové pod-mienky v parnej kotolni v Trenčíne neumožňovali merať pri vyšších tla-koch. Tiež aj preto, lebo sme mali k dispozícii generátor elektrickejenergie (asynchrónny motor), len s maximálnym výkonom 22 kW.

Spotreba pary zodpovedá aktuálnemu stavu motora, ktorý nie jeešte úplne optimalizovaný. Ide hlavne o optimalizáciu práce vstup-ných a výstupných ventilov. Nastavenie optimálnej plniacej dávky,optimálneho predstihu a časovania.

Výhody nového parného motora s rotujúcim piestom1 Pomalobežný motor. Otáčky hriadeľa motora sú 750 otáčok za

minútu. Otáčky piesta motora sú len 250 otáčok za minútu. Toumožňuje využívať aj nekvalitnú, sýtu, alebo mokrú paru, ktorú nieje možné využiť v turbínach. Preto motor dokáže využiť aj menejkvalitné palivo, ktoré nedokáže vyrobiť dostatok kvalitnej – suchejpary, akú potrebujú pre svoju prevádzku turbíny.

2 Nižší počet súčiastok, vyššia spoľahlivosť. Nový parný motors rotujúcim piestom vychádza z koncepcie Wankelovho motora,ktorý má až o tretinu menej pohyblivých súčiastok, ako klasickýpiestový motor s lineárnym, vratným pohybom piestu. Nižší početsúčiastok, znamená vyššiu prevádzkovú spoľahlivosť.

3 Znížené riziko znečistenia pracovného média mazacím ole-jom. Súčasné parné motory s lineárnym, vratným pohybom pies-tu majú vysoké riziko znečistenia pracovného média (vodnej pa-ry) mazivom. Aby sa piest motora, konajúci lineárny, vratný pohybnezadrel, je nutné do valcov motora vstrekovať mazací olej.Mazací olej je potom stieraný zo stien pomocou stieracích krúž-kov. Po zotrení oleja je do pracovnej komory vpustené pracovnémédium – vodná para. Preto existuje vysoké riziko, že stieracíkrúžok po určitom čase prestane správne fungovať a pracovnémédium – vodná para sa znehodnotí mazacím olejom.

V novom parnom motore s rotujúcim piestom typu Wankel je totoriziko znížené na úroveň turbíny. Pracovné médium – vodná paraa mazací olej sú tak ako v turbíne – priestorovo od seba oddelené.V pracovných komorách, kde sa vyskytuje vodná para nie je po-trebné žiadne mazanie. V novom parnom motore sú mazané moto-rovým olejom len ložiská hriadeľa a piesta, ktoré sa nachádzajú mi-mo pracovného priestoru s vodnou parou.

Využitie motoraNový parný motor s rotujúcim piestom je vhodný najmä na de-

centralizovanú výrobu elektrickej energie, pre výstavbu mikro a mi-nikogeneračných jednotiek s výkonom 1 až 100 kW na báze bio-masy, termosolárnej energie alebo odpadového tepla vznikajúcehov plynových kogeneračných jednotkách, či vo výrobných proce-soch.

Teda:• V domácnostiach - v mikrokogeneračných jednotkách (o výkone

0,1 až 2 kW) využívajúcich biomasu, alebo termosolárnu energiu.Na výrobu tepla a elektrickej energie pre domácnosti.

• V poľnohospodárskej a drevospracujúcej sfére, ktorá má dosta-tok biomasy. Značná časť biomasy sa dnes používa len na vyku-rovanie a ohrev teplej vody. Nový parný motor umožní vyššiezhodnotenie biomasy. Umožní vyrobiť z biomasy nielen teplo, aleaj elektrickú energiu pomocou minikogeneračných jednotiek.

• V energetickom sektore je to najmä zvýšenie elektrického výkonuplynových kogeneračných jednotiek na úkor odpadového tepla,ktoré kogeneračné jednotky produkujú. (Využitie tepla výfuko-vých spalín kogeneračných jednotiek).

• V teplárenstve, ako aj iných výrobných odvetviach ako pomalo-bežná točivá redukcia.

• Dnes v mnohých parných kotolniach a regulačných staniciach jepotrebné redukovať tlak pary z vyšších tlakov na nižšie. Nový par-ný motor umožní tieto tlakové spády využiť na výrobu elektrickejenergie.

PoďakovanieTáto práca bola podporovaná Agentúrou na podporu vý-

skumu a vývoja na základe zmluvy č. VMSP-II-0038-09.

Časopis EE, 18, 2012, č. 5 7

OZE