गैस इंजन

जेनबैकर से इलेक्ट्रिक पावर जनरेशन के लिए गैस इंजन

एस-टाइप हार्टटॉप गैस इंजन का मॉडल

गैस इंजन एक आंतरिक दहन इंजन है जो गैसीय ईंधन पर चलता है, जैसे कोयला गैस, उत्पादक गैस, बायोगैस, लैंडफिल गैस या प्राकृतिक गैस । यूनाइटेड किंगडम और ब्रिटिश अंग्रेजी बोलने वाले देशों में, शब्द स्पष्ट है। संयुक्त राज्य अमेरिका में, गैसोलीन (पेट्रोल ) के संक्षिप्त नाम के रूप में गैस के व्यापक उपयोग के कारण, ऐसे इंजन को गैसीय-ईंधन वाला इंजन या प्राकृतिक गैस इंजन या प्रज्वलित चिंगारी भी कहा जा सकता है।

सामान्यतः आधुनिक उपयोग में, 'गैस इंजन' शब्द एक भारी-शुल्क वाले औद्योगिक इंजन को संदर्भित करता है, जो गैसोलीन ऑटोमोबाइल इंजन के विपरीत, प्रति वर्ष 8,760 घंटे के उच्च अंश तक पहुंचने वाली अवधि के लिए पूर्ण भार पर लगातार चलने में सक्षम है, जो हल्का, उच्च-घूमने वाला और सामान्यतः अपने पूरे जीवन में 4,000 घंटे से अधिक नहीं चलता है। विशिष्ट शक्ति 10 kW (13 hp) से लेकर 4 MW (5,364 hp) तक होती है।^[1]

इतिहास

लेनोर गैस इंजन 1860।

ओटो-यूजेन लैंगेन गैस इंजन 1867।

एनसन इंजन संग्रहालय में 3 बीएचपी गैस से चलने वाला क्रॉसली वायुमंडलीय इंजन कार्य कर रहा है।

लेनोर

19वीं शताब्दी में गैस इंजनों के साथ कई प्रयोग हुए, लेकिन पहला व्यावहारिक गैस-ईंधन वाला आंतरिक दहन इंजन 1860 में बेल्जियम के इंजीनियर एटियेन लेनोइर द्वारा बनाया गया था।^[2] यद्यपि, लेनोर इंजन को कम बिजली उत्पादन और उच्च ईंधन खपत का सामना करना पड़ा।

ओटो और लैंगेन

एक जर्मन इंजीनियर निकोलस ओटो द्वारा लेनोइर के कार्य पर और अधिक शोध और सुधार किया गया, जो बाद में पिस्टन कक्ष में सीधे ईंधन को कुशलता से जलाने के लिए पहले फोर-स्ट्रोक इंजन का आविष्कार करने वाले थे। अगस्त 1864 में ओटो ने यूजेन लैंगेन से मुलाकात की, जो तकनीकी रूप से प्रशिक्षित थे, उन्होंने ओटो के विकास की क्षमता की आभा दिखाई, और बैठक के एक महीने पश्चात, कोलोन में दुनिया के पहले इंजन कारखाने, एनए ओटो एंड सी की स्थापना की। 1867 में ओटो ने अपने बेहतर डिजाइन का पेटेंट कराया और इसे 1867 पेरिस विश्व प्रदर्शनी में ग्रांड पुरस्कार से सम्मानित किया गया। यह वायुमंडलीय इंजन गैस और हवा के मिश्रण को एक ऊर्ध्वाधर सिलेंडर में खींचकर कार्य करता था। जब पिस्टन लगभग आठ इंच बढ़ जाता है, तो गैस और हवा का मिश्रण बाहर जलती हुई एक छोटी पायलट लौ से प्रज्वलित होता है, जो पिस्टन (जो दांतेदार रैक से जुड़ा होता है) को ऊपर की ओर धकेलता है, जिससे उसके नीचे एक आंशिक वैक्यूम बनता है। ऊपर स्ट्रोक पर कोई कार्य नहीं होता है। कार्य तब किया जाता है जब पिस्टन और दांतेदार रैक वायुमंडलीय दबाव और अपने स्वयं के वजन के प्रभाव में उतरते हैं, मुख्य शाफ्ट और चक्का गिरते ही मुड़ जाते हैं। वर्तमान भाप इंजन की तुलना में इसका लाभ मांग पर शुरू और बंद करने की इसकी क्षमता थी, जो इसे बार्ज लोडिंग या अनलोडिंग जैसे आंतरायिक कार्य करने के लिए आदर्श बनाता था।^[3]

चार स्ट्रोक इंजन

बदले में वायुमंडलीय गैस इंजन को अंततः ओटो के फोर स्ट्रोक इंजन से परिवर्तित कर दिया गया। 1877 में बनाए गए अंतिम वायुमंडलीय इंजनों के साथ फोर-स्ट्रोक इंजनों में परिवर्तन उल्लेखनीय रूप से तीव्र था। तरल-ईंधन वाले इंजनों ने जल्द ही डीजल (1898 के आसपास) या गैसोलीन (1900 के आसपास) का उपयोग किया।

क्रॉसली

यूनाइटेड किंगडम में गैस इंजन का सबसे प्रसिद्ध निर्माता मैनचेस्टर का क्रॉसली था, जिसने 1869 में नए गैस-ईंधन वाले वायुमंडलीय इंजन के लिए ओटो और लैंगडेन के पेटेंट के लिए यूनाइटेड किंगडम और विश्व (जर्मन को छोड़कर) अधिकार प्राप्त किए। 1876 में उन्होंने अधिक कुशल ओटो फोर-स्ट्रोक चक्र इंजन के अधिकार प्राप्त कर लिए।

तंग्ये

मैनचेस्टर क्षेत्र में भी कई अन्य फर्में थीं। बर्मिंघम के पास स्मेथविक के टैन्जे लिमिटेड ने 1881 में अपना पहला गैस इंजन, एक नाममात्र अश्वशक्ति दो-चक्र प्रकार बेचा, और 1890 में फर्म ने चार-चक्र गैस इंजन का निर्माण शुरू किया।^[4]

संरक्षण

स्टॉकपोर्ट, इंगलैंड के पास पोयटन में एंसन इंजन संग्रहालय में इंजनों का एक संग्रह है जिसमें कई कार्य करने वाले गैस इंजन सम्मलित हैं, जिनमें अब तक का सबसे बड़ा संचालन वाला क्रॉसली वायुमंडलीय इंजन भी सम्मलित है।

वर्तमान निर्माता

गैस इंजन के निर्माताओं में बर्गन मरीन, हुंडई भारी उद्योग, रोल्स-रॉयस के साथ बर्गन-इंजन एएस, कावासाकी हेवी इंडस्ट्रीज, लिबेर्र ग्रुप, एमटीयू फ्रेडरिकशफेन, इनिओ जेनबैकर, कैटरपिलर इंक, पर्किन्स इंजन, कमला ऊर्जा समाधान, कमिन्स, वार्टसिला, वौकेशा इंजन, ड्रेसर-रैंड समूह, ड्युट्ज़ एजी, एमटीयू, मैन, स्कैनिया एबी, फेयरबैंक्स-मोर्स, डूसन और यानमार सम्मलित हैं। आउटपुट लगभग 10 kW (13 hp) सह-उत्पादन (सीएचपी) से लेकर 18 MW (24,000 hp) तक होता है।^[5] सामान्य तौर पर, आधुनिक हाई-स्पीड गैस इंजन परिस्थितियों के आधार पर 50 मेगावाट (67,000 hp) तक के गैस टर्बाइनों के साथ बहुत प्रतिस्पर्धी है, और सर्वोत्तम गैस टर्बाइनों की तुलना में बहुत अधिक ईंधन कुशल होते हैं। बर्गन इंजन के साथ रोल्स-रॉयस, कैटरपिलर और कई अन्य निर्माता अपने उत्पादों को डीजल इंजन ब्लॉक और क्रैंकशाफ्ट पर आधारित करते हैं। इनिओ जेनबैकर और वुकेशा केवल दो कंपनियाँ हैं जिनके इंजन केवल गैस के लिए प्रतिरूप और समर्पित हैं।

विशिष्ट अनुप्रयोग

स्थिर

विशिष्ट अनुप्रयोग आधार भाग या उच्च-घंटे की उत्पादन योजनाएँ हैं, जिसमें संयुक्त ऊष्मा और शक्ति सम्मलित है (सामान्य प्रदर्शन के आंकड़ों के लिए देखें^[6]), लैंडफिल गैस, खुदाई गैस, ऑयल वेल-हेड गैस और बायोगैस, जहां डाइजेस्टर्स को गर्म करने के लिए इंजन से अपशिष्ट ऊष्मा का उपयोग किया जा सकता है। विशिष्ट बायोगैस इंजन स्थापना मापदंडों के लिए देखें।^[7] एक बड़े गैस इंजन सीएचपी प्रणाली के मापदंडों के लिए, जैसा कि एक कारखाने में लगाया गया है, देखें।^[8] स्टैंडबाय अनुप्रयोगों के लिए गैस इंजनों का संभव ही कभी उपयोग किया जाता है, जो बड़े पैमाने पर डीजल इंजनों का प्रांत बना हुआ है। इसका एक अपवाद छोटा (<150 kW) आपातकालीन जनरेटर है जिसे अधिकांशतः खेतों, संग्रहालयों, छोटे व्यवसायों और आवासों में स्थापित किया जाता है। सार्वजनिक उपयोगिता से प्राकृतिक गैस या ऑन-साइट संचयन टैंक से प्रोपेन से जुड़े, इन जनरेटर को बिजली की विफलता पर स्वत: शुरू करने की व्यवस्था की जा सकती है।

परिवहन

तरलीकृत प्राकृतिक गैस (एलएनजी) इंजन समुद्री बाजार में विस्तार कर रहे हैं, क्योंकि लीन-बर्न गैस इंजन बिना किसी अतिरिक्त ईंधन उपचार या निकास सफाई प्रणाली के नई उत्सर्जन आवश्यकताओं को पूरा कर सकता है। बस क्षेत्र में संपीडित प्राकृतिक गैस (सीएनजी) पर चलने वाले इंजनों का उपयोग भी बढ़ रहा है। यूनाइटेड किंगडम के उपयोगकर्ताओं में पढ़ने वाली बसें सम्मलित हैं। गैस बसों का उपयोग गैस बस एलायंस द्वारा समर्थित है^[9]और निर्माताओं में स्कैनिया एबी सम्मलित हैं।^[10]

गैसीय मीथेन या प्रोपेन का प्रयोग

चूंकि प्राकृतिक गैस, मुख्य रूप से मीथेन, लंबे समय से एक स्वच्छ, सस्ता और आसानी से उपलब्ध ईंधन है, कई औद्योगिक इंजनों को या तो गैस का उपयोग करने के लिए प्रारूप या संशोधित किया जाता है, जैसा कि गैसोलीन से अलग है। उनका संचालन कम जटिल-हाइड्रोकार्बन प्रदूषण पैदा करता है, और इंजनों में कम आंतरिक समस्याएं होती हैं। एक उदाहरण तरलीकृत पेट्रोलियम गैस है, मुख्यतः प्रोपेन। इस इंजन का उपयोग बड़ी संख्या में फोर्कलिफ्ट ट्रकों में किया जाता है। संयुक्त राज्य अमेरिका में गैस का सामान्य मतलब गैसोलीन के उपयोग के लिए प्राकृतिक गैस इंजन की स्पष्ट पहचान की आवश्यकता होती है। प्राकृतिक गैसोलीन जैसी कोई चीज भी होती है,^[11] लेकिन यह शब्द, जो प्राकृतिक-गैस घनीभूत के एक उपसमूह को संदर्भित करता है, रिफाइनिंग उद्योग के बाहर बहुत कम देखा जाता है।

तकनीकी विवरण

ईंधन-वायु मिश्रण

एक गैस इंजन एक पेट्रोल इंजन से भिन्न होता है जिस तरह से ईंधन और हवा मिश्रित होती है। एक पेट्रोल इंजन कैब्युरटर या ईंधन इंजेक्शन का उपयोग करता है। लेकिन एक गैस इंजन अधिकांशतः वायु प्रवाह में गैस को समक्ष करने के लिए एक साधारण वेंटुरी प्रभाव प्रणाली का उपयोग करता है। प्रारंभी गैस इंजनों में हवा और गैस के लिए अलग-अलग इनलेट वाल्व के साथ तीन-वाल्व प्रणाली का प्रयोग होता था।

निकास वाल्व

डीजल इंजन की तुलना में गैस इंजन का कमजोर बिंदु निकास वाल्व है, क्योंकि किसी दिए गए आउटपुट के लिए गैस इंजन की निकास गैसें बहुत अधिक गर्म होती हैं, और यह बिजली उत्पादन को सीमित करती है। इस प्रकार, किसी दिए गए निर्माता के डीजल इंजन में सामान्यतः गैस इंजन संस्करण में समान इंजन ब्लॉक आकार की तुलना में उच्च अधिकतम उत्पादन होता है। डीजल इंजन की सामान्यतः तीन अलग-अलग रेटिंग होती हैं - स्टैंडबाय, प्राइम और निरंतर, अर्थात यूनाइटेड किंगडम में 1-घंटे की रेटिंग, 12-घंटे की रेटिंग और निरंतर रेटिंग, जबकि गैस इंजन की सामान्यतः केवल निरंतर रेटिंग होती है, जो डीजल निरंतर रेटिंग से कम होगी।

इग्निशन^[8]

हॉट-ट्यूब इग्नाइटर और स्पार्क-इग्निशन इंजन सहित विभिन्न इग्निशन प्रणाली का उपयोग किया गया है। अधिकांश आधुनिक गैस इंजन अनिवार्य रूप से दोहरे ईंधन वाले इंजन होते हैं। ऊर्जा का मुख्य स्रोत गैस-हवा का मिश्रण है लेकिन इसे डीजल ईंधन की एक छोटी मात्रा के इंजेक्शन से प्रज्वलित किया जाता है।

ऊर्जा संतुलन

थर्मल दक्षता

प्राकृतिक गैस पर चलने वाले गैस इंजनों में सामान्यतः 35-45% (एलएचवी आधार) के बीच तापीय दक्षता होती है।^[12] वर्ष 2018 तक, सर्वश्रेष्ठ इंजन 50% (एलएचवी आधार) तक तापीय दक्षता प्राप्त कर सकते हैं।^[13] ये गैस इंजन सामान्यतः मध्यम गति के इंजन होते हैं बर्गन इंजन कि ईंधन ऊर्जा आउटपुट शाफ्ट पर उत्पन्न होती है, शेष अपशिष्ट ऊष्मा के रूप में दिखाई देती है। बड़े इंजन छोटे इंजनों की तुलना में अधिक कुशल होते हैं। बायोगैस पर चलने वाले गैस इंजनों में सामान्यतः थोड़ी कम दक्षता (~1-2%) होती है और सिनगैस दक्षता को और भी कम कर देता है। जीई जेनबैकर का हाल ही का जे624 इंजन दुनिया का पहला उच्च दक्षता वाला मीथेन-ईंधन वाला 24-सिलेंडर गैस इंजन है।^[14] इंजन दक्षता पर विचार करते समय किसी को यह विचार करना चाहिए कि क्या यह गैस के निम्न ताप मान (एलएचवी) या उच्च ताप मान (एचएचवी) पर आधारित है। इंजन निर्माता सामान्यतः गैस के निचले ताप मूल्य के आधार पर क्षमता का उद्धरण देंगे, अर्थात गैस के भीतर आंतरिक नमी को वाष्पित करने के लिए ऊर्जा के पश्चात की दक्षता। गैस वितरण नेटवर्क सामान्यतः गैस के उच्च ताप मान के आधार पर चार्ज करेंगे। जैस कुल ऊर्जा सामग्री। एलएचवी पर आधारित एक उद्धृत इंजन दक्षता 44% हो सकती है जबकि उसी इंजन में प्राकृतिक गैस पर एचएचवी के आधार पर 39.6% की दक्षता हो सकती है। यह सुनिश्चित करना भी महत्वपूर्ण है कि दक्षता तुलना समान आधार पर हो। उदाहरण के लिए, कुछ निर्माताओं के पास यांत्रिक रूप से संचालित पंप होते हैं, जबकि अन्य बिजली से चलने वाले पंपों का उपयोग इंजन को ठंडा करने वाले पानी को चलाने के लिए करते हैं, और प्रत्यक्ष ड्राइव इंजनों की तुलना में बिजली के उपयोग को कभी-कभी गलत उच्च स्पष्ट दक्षता देते हुए अनदेखा किया जा सकता है।

संयुक्त ऊष्मा और शक्ति

इंजन द्वारा निराकृत ऊष्मा का उपयोग बिल्डिंग हीटिंग या किसी प्रक्रिया को गर्म करने के लिए किया जा सकता है। एक इंजन में, गर्म पानी के रूप में प्रायः आधी अपशिष्ट ऊष्मा (इंजन जैकेट, ऑयल कूलर और आफ्टर-कूलर सर्किट से) उत्पन्न होती है, जो 110 डिग्री सेल्सियस तक हो सकती है। शेष उच्च तापमान ऊष्मा के रूप में उत्पन्न होता है जो निकास गैस ऊष्मा विनिमायक के उपयोग से दबावयुक्त गर्म पानी या भाप उत्पन्न कर सकता है।

इंजन कूलिंग

दो सबसे आम प्रकार के इंजन एक एयर कूल्ड इंजन या वाटर कूल्ड इंजन और स्वचालित उपयोग इंजन हैं। आजकल आंतरिक दहन इंजन में एंटीफ्ऱीज़र का उपयोग पानी ठंडा करने के लिए करते हैं।

कुछ इंजनों (हवा या पानी) में एक अतिरिक्त तेल कूलर होता है।

अत्यधिक ऊष्मा को दूर करने के लिए शीतलन की आवश्यकता होती है, क्योंकि अधिक गरम होने से इंजन की विफलता हो सकती है, सामान्यतः पहनने, टूटने या मुड़ने से।

गैस की खपत का सूत्र

सूत्र पूर्ण भार पर सामान्य परिस्थितियों में गैस इंजन की गैस प्रवाह आवश्यकता को दर्शाता है।

$Q={\frac {P}{\eta }}\cdot {\frac {1}{LHV_{gas}}}$

कहाँ पे:

$Q$ सामान्य परिस्थितियों में गैस का प्रवाह है
${P}$ इंजन की शक्ति है
${\eta }$ यांत्रिक दक्षता है
एलएचवी गैस का निम्न ताप मान है

ऐतिहासिक गैस इंजनों की गैलरी

Historic Gas Engines
1905 National company's ordinary gas engine of 36 hp
1903 Körting gas engine
Backus upright gas engine
Otto horizontal gas engine
Otto vertical gas engine
Westinghouse gas engine
Crossley gas engine and dynamo
Premier twin gas engine electric generating plant
125 hp gas engine and dynamo
Crossley Brothers Ltd., 1886 No. 1 Engine, 4.5 hp single cylinder, 4-stroke gas engine, 160 rpm.
1915 Crossley Gas Engine (type GE130 No75590), 150 hp.
National Gas Engine
Premier tandem scavenging high-power gas engine
Blast furnace gas engine with blowing cylinder
Stockport gas engine and belt-driven dynamo

यह भी देखें

संदर्भ

↑ "GE Jenbacher | Gas engines". Clarke-energy.com. Retrieved 2013-09-28.
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↑ ^8.0 ^8.1 Andrews, Dave (2010-06-24). "Complete 7 MWe Deutz (2 x 3.5MWe) gas engine CHP system for sale and re-installation in the country of your choice. Similar available on biogas / digester gas | Claverton Group". Claverton-energy.com. Retrieved 2013-09-28.
↑ "Global CNG Solutions Ltd — Gas Alliance Group". Globalcngsolutions.com. Archived from the original on 2017-06-27. Retrieved 2014-08-09.
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↑ "Rolls-Royce introducing new B36:45 gas engines to US market; up to 50% efficiency". Green Car Congress. Retrieved 2019-01-25.
↑ "Products & Services". Ge-energy.com. Retrieved 2013-09-28.

बाहरी कड़ियाँ

Crossley Gas Engine
Antique Stationary Engines
Old Engines
Gas Engine Articles
Gas Engine Magazine — An internal combustion historical magazine
Clerk, Dugald (1911). "Gas Engine" . Encyclopædia Britannica (in English). Vol. 11 (11th ed.). pp. 495–501.

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