энергосберегающие технологии

С газом. Без газа. История применения газогенераторов

Очень большое значение в предвоенные годы специалисты нашей автомобильной промышленности уделяли использованию газового топлива. Наиболее практичным представлялось использование машин не с запасом сжатого или сжиженного газа на борту, а с установкой газогенератора для получения газа из органического сырья — дерева, угля, торфа. Организация сети газонаполнительных станций требовала значительных капиталовложений, для производства высокопрочных баллонов для сжатого газа необходима была легированная сталь. Отсутствие необходимой производственной базы сделало эти причины решающими и поставило в центр внимания создание газогенераторов.

Пионером работ по автомобильным газогенераторам стал ленинградский профессор В. С. Наумов, который в 1927 г. построил установку с прямым процессом газификации древесного угля и испытал её на грузовом автомобиле «ФИАТ-15-тер». В дальнейшем над газогенераторами, использующими древесный уголь, стали вести эксперименты В. П. Карпов в ВАММ — Военной академии механизации и моторизации Красной Армии (1927 — 1933 гг.), Н. А. Михайловский в ЦНИИМЭ — Центральном научно-исследовательском институте механизации и энергетики лесной промышленности (1935 г.), В. М. Володин в Ленинградском индустриальном институте (1935 — 1936 гг.).

На смену простейшим установкам, работавшим на древесном угле, пришли более сложные, которые использовали в качестве исходного продукта газификации древесные чурки размером 40×40×50 мм. Их применение предъявляло более жесткие требования к конструкции газогенератора. Тем не менее соблазн использовать легкодоступное сырье (для чурок годились и некондиционная древесина и даже горбыль) стал причиной, по которой многие конструкторы направили внимание на дровяные установки. Над ними работали трест «Лесосудомашстрой» и ЦНИИМЭ (генераторы «Пионер» С. И. Декаленкова 1933 — 1935 гг.), «Газогенераторстрой» (А. А. Введенский, 1934 — 1935 гг.), НАТИ (И. С. Мезин, А. И. Пельтцер, С Л. Косов, 1935 — 1936 гг.), ГАЗ (Н. Т. Юдушкин, 1936 — 1939 гг.), ЗИС (А. И. Скерджиев, 1936 — 1939 гг.), ЛТА — Лесотехническая академия имени Кирова в Ленинграде (профессор Е. В. Фролов, 1935 г.) и другие организации. Одновременно шли опыты по использованию для получения газа антрацита, торфа, даже соломенных брикетов.

Рис. 6. ГA3-А с газогенераторной установкой «Автодор-3». 1935 г.

В процессе этой работы было построено и испытано очень большое количество установок, преимущественно с наиболее практичным для автомобиля опрокинутым процессом газификации. Немало специалистов, изобретателей, энтузиастов-любителей занимались усовершенствованием процессов горения, очистки газа, розжига генератора, удаления побочных продуктов перегонки. Большие трудности вызвало создание долговечной и эффективной камеры сгорания — выбор конструкции и материала. Были испытаны керамика, углеродистая сталь с алюминиевым покрытием, кремнистый чугун, жаропрочная хромоникелевая сталь. Последняя давала наилучшие результаты, но никель в ту пору был дефицитен и импортировался. Выполненные же из других материалов камеры сгорания оказывались недолговечными — быстро прогорали.

Рис. 7. ГА3-М 1 с газогенераторной установкой НАТИ-Г12. 1938 г.

Газогенераторные установки (генератор, охладители и очистители газа) были довольно громоздкими и тяжелыми. Их масса колебалась от 400 до 600 кг. В результате газогенераторная модификация, скажем, грузовика ЗИС-5 теряла полтонны грузоподъемности.

Очень сложно компоновалась вся система на легковом автомобиле, что требовало инженерной изощренности от конструкторов. И здесь надо отдать должное А. И. Пельтцеру, который сконструировал опытные газогенераторные модификации ГАЗ-А и ГАЗ-М1. На первом в 1935 г. была смонтирована установка «НАТИ-Автодор-3», а на втором — в 1938 г. разновидность установки НАТИ-Г12.

Любопытно, что в сентябре 1938 г. А. И. Пельтцер, А. Н. Понизовкин и Н. Д. Титов прошли без остановок на газогенераторном ГАЗ-М1-Г 5000 км, показав среднюю скорость 60,96 км/ч. Этот результат превышал тогдашний мировой рекорд скорости на эту дистанцию для газогенераторных автомобилей.

Как известно, при переводе с бензина на газ мощность двигателя внутреннего сгорания падает. Для компенсации такой потери приходится увеличивать степень сжатия. Так, на ГАЗ-М1-Г она была увеличена с 4,6 до 6,4. Кроме того, его двигатель был оборудован впускным коллектором без подогрева отработавшими газами (ненужного при газовом топливе) и отдельные детали подверглись некоторым переделкам. Несмотря на эти меры, мощность двигателя достигала только 37 л. с., а максимальная скорость — 87 км/ч. Расход древесных чурок составлял 32 кг на 100 км пути. Масса ГАЗ-М1-Г в снаряженном состоянии равнялась 1600 кг против 1370 кг у серийного ГАЗ-MI.

Рис. 8. Серийный газогенераторный грузовик ЗИС-13 на длинно-базовом шасси ЗИС-11. 1936 г.

Рис. 9. Компоновка ЗИС-13. 1936 г.

Газогенераторные установки различных конструкций испытывались преимущественно на грузовиках: ГАЗ-А, ЗИС-5, ЯГ-4. Из-за потери мощности газогенераторная модификация двигателя ЗИС-5 оказалась малопригодной для такой тяжелой машины, как ЯГ-4. Поэтому все внимание сосредоточили на других моделях.

Производственной базой для выпуска газогенераторных установок был избран харьковский завод «Свет шахтера». В конце 1935 г. он приступил к изготовлению для грузовиков ЗИС-5 партии в 500 комплектов системы «Пионер-Д8» конструкции С. И. Декаленкова. Их выпуск прекращен в 1936 г. Одноврвменно завод поставил на ГАЗ опытную партию из 76 газогенераторов В-5 конструкции А. А. Введенского.

Рис. 10. Газогенераторная установка ЗИС-21. 1938 г.

Что касается НАТИ, то последовательная работа над моделями НАТИ-10 для ЗИС-5 и НАТИ-11 для ГАЗ-АА (обе — дальнейшее развитие конструкции «НАТИ-Автодор-2» И. С. Мезина) позволила коллективу института накопить значительный практический опыт и создать совершенные конструкции, пригодные для серийного производства. Одной из них стала в 1936 г. установка НАТИ-П4, разработанная под руководством С. Л. Косова. Её выпуск для установки на ГАЗ-АА начал в 1936 г. завод «Свет шахтера».

В дальнейшем Горьковский автомобильный завод, опираясь на практические знания по эксплуатации на грузовиках ГАЗ-АА газогенераторов В-5, НАТИ-11, а позже и НАТИ-Г14, скомпилировал собственную установку, которой оснащал серийные газогенераторные грузовики ГАЗ-42. С 1939 по 1946 г. он изготовил 33840 машин этой модели.

Рис. 11. Серийный газогенераторный грузовик ГАЗ-42. 1939 г.

Рис. 12. Машины ГАЗ-42 на вывозке древесины из леспромхоза. 1940 г.

Газогенератор, очиститель и охладитель газа, а также вспомогательное оборудование ГАЗ-42 имели массу 415 кг, и грузоподъемность автомобиля снизилась с 1500 до 1200 кг. Несмотря на повышенную до 6,2 степень сжатия и другие меры, мощность двигателя не превышала 30 л. с., а наибольшая скорость снизилась до 50 км/ч. Чтобы как-то компенсировать резкое ухудшение тяговых показателей, передаточное число главной передачи на ГАЗ-42 пришлось увеличить с 6,6 до 7,5.

Розжиг газогенератора занимал 10 — 14 мин, расход древесных чурок равнялся около 53 кг/100 км пути, а запас хода — 60 — 70 км.

На ЗИСе под руководством А. И. Скерджиева и А. И. Пельтцера был сконструирован газогенераторный ЗИС-13 на длинно-базном шасси ЗИС-11. В отличие от ГАЗ-42, у которого камера сгорания выполнялась из дешевой малоуглеродистой стали с аллитиро-ванием (покрытием слоем алюминия), у ЗИС-13 она изготовлялась из хромоникелевой жароупорной стали. ЗИС-13 производился с середины 1936 г. до середины 1938 г.

Степень сжатия двигателя ЗИС-13 была повышена до 7,0. Для зажигания служило магнето. Мощность не превышала 48 л. с., а наибольшая скорость — 45 км/ч. Машина получилась тяжелой (3850 кг), а её грузоподъемкость составляла лишь 2500 кг. Расход древесных чурок достигал 80–85 кг/100 км, а запас хода — 90 км. Розжиг газогенератора занимал 7 — 9 мин.

В общей сложности за два года из ворот завода вышло около 900 грузовиков ЗИС-13. На смену им в конце 1938 г. пришли машины ЗИС-21. Их газогенераторная установка была проще и надежней, а её масса составляла 440 кг. Базовым шасси стало не ЗИС-11, а ЗИС-5, и хотя грузоподъемность газогенераторной модификации осталась неизменной (2500 кг), её снаряженная масса уменьшилась до 3700 кг.

Двигатель развивал мощность 45 л. с., а автомобиль — скорость 45 км/ч.

Эта модель оказалась наиболее удачной среди газогенераторных машин и в модернизированном варианте («Урал ЗИС-21, А») выпускалась Уральским автомобильным заводом в период 1946—1952 гг.

Помимо грузовых машин в предвоенный период были испытаны газогенераторные модификации городского автобуса (НИИГТ-П) и даже полугусеничного вездехода ГАЗ-60. Тяговые возможности последнего, скромные даже с 50-сильным двигателем, в газогенераторной модификации (всего 37 л. с.) стали ничтожными. В армии дымящий газогенератор демаскировал машину.

Наряду с газогенераторными автомобилями, работавшими на древесных чурках, были разработаны модели, для которых топливом служил древесный уголь. Они получили очень небольшое распространение, главным образом в тех районах, где это топливо являлось побочным продуктом основного производства. Для выпуска таких моделей НАТИ разработал установки Г21 и Г23, которыми оснащались соответственно ГАЗ-43 и ЗИС-31. Эти установки проще и легче работающих на дровяных чурках: масса НАТИ-Г21 составляла 250 кг, а НАТИ-Г23-310 кг. Они расходовали примерно в полтора раза меньше (по массе) топлива, их розжиг происходил быстрее (за 3 — 4 мин). Однако очистку их газогенераторов, а также очистителя-охладителя приходилось делать через каждые 250 км пробега, в то время как у древесно-чурочных газогенераторов через каждые 1000 км.

Несмотря на все дополнительные трудности по обслуживанию газогенераторных установок, десятки тысяч оснащенных ими автомобилей как в предвоенный период, так и в годы войны помогли существенно сэкономить жидкое топливо.