Gengas och turbo/gasturbin

[JohnA]

Jag såg nyss en facebookvideo där ett gäng under lättsamt gasglada former blåste igång en lastbilsturbo som gasturbin med en relativt tät vedkamin som brännkammare. Jag har inte tänkt på detta förut, men så här i spontan entusiasm känns det som en mycket intressant idé.

https://www.facebook.com/aaron.sumner.984/videos/10215065516259993/

Det ryker illa och verkar allmänt okontrollerat. Sedan hittade jag en liknande maskin på Youtube som känns mer seriöst menad, i synnerhet som videotiteln innehåller ordet "generator". Det finns dock ingen generator i videon, men jag antar skaparna har tänkt att det skulle kunna vara nästa steg.

https://youtu.be/PfDr-XXuvmo

För många år sedan var jag via dåvarande arbetet i kontakt med några forskare från KTH som i ett tidigare projekt arbetat för Volvo med att ta fram en höghastighetsgenerator för små gasturbiner, inte mycket större än en vanlig personbilsturbo. I princip handlar det om att sätta en permanentmagnet direkt på turboaxeln, men eftersom varvtalen är extrema blir också G-grafterna extrema. Det blir även problem med virvelströmmar i statorkärnan till följd av de höga frekvenser växelströmmen uppnår.

Eftersom jag skriver i avdelningen för fordonsdrift ska jag nu svänga in på "rätt" frågeställningar. 
Hur skulle det fungera att köra gengas i en bil med turbomotor? Kvickt tänkt borde det vara utmärkt att överladda gengasmotorn för att kompensera för den annars ungefär halverade motoreffekten. Gengas/koloxid har väl dessutom högt oktantal så att den tål höga laddtryck? För att fungera måste gengasen blandas med luft innan den når kompressorhjulet, men eftersom gengas inte lär kondensera i första taget borde det ändå fungera fint att ha en laddluftkylare. Däremot bör man kanske ha en avledning för kondensvatten i botten på laddluftkylaren.

Slutligen funderar jag åter på den lilla brittiska hybridbilen Riversimple Rasa, en tvåsitsig sak med bränslecell på ca 10kW följd av superkondensatorer och elmotorer på sammanlagt 40-50kW. Bränslecellen räcker lagom för att hålla uppnådd marchfart och till accelerationen tas extra energi från kondensatorerna. Med tanke på att gengasgeneratorer sägs vara lite långsamma med att anpassa sig till plötsliga ändringar i begärd effekt tänker jag att en seriehybrid liknande Rasa fast med gengas och gasturbin + höghastighetsgenerator vore intressant. Vedgasgeneratorn behöver inte vara större än att den med viss marginal täcker gasbehovet vid marschfart och man kan kanske snåla in på framför allt kylning och utkondensering av vattenånga, men det kanske heller inte är något jätteproblem om det följer med en del sotpartiklar. Alltså en turboladdad vedkamin precis som i videoklippen ovan, fast lite mer high-tech, och med elektrisk generator på turbon.

[G-son]

Gengas är väl vanligtvis inte helt ren? Du nämner själv vatten, och diverse sot och annat misstänker jag att det också följer med. Det är inte så bra att köra sånt genom turboaggregat och intercooler, det nöter på kompressorhjulet och täpper igen och isolerar intercoolern. Gasens blandning med luft vill man alltså göra EFTER turbo och eventuell IC - men det kan vara möjligt att trycksätta gengasaggregatet för att ha motsvarande tryck att jobba med även från det hållet.

[JohnA]

...Gasens blandning med luft vill man alltså göra EFTER turbo och eventuell IC - men det kan vara möjligt att trycksätta gengasaggregatet för att ha motsvarande tryck att jobba med även från det hållet.

Ja sotpartiklar och annat junk i gengasen blir ju dubbelt trubbel, för jag antar det även kan göra skada i turbinen, även om den nog är mer tålig än kompressorhjulet. Att tillsätta gengasen före kompressorhjulet eliminerar behovet av övertryck i "vedgrytan", men som du skriver behöver nog gasen renas, kanske lika bra eller rent av ännu bättre än då den ska in i en vanlig bilmotor. Det borde ju även vara en fördel för de totala temperaturerna i gasturbinen att kyla gengasen innan den ska in i turbon, ja alltså kylas separat och inte i turbons intercooler.

Hmm... blev lite rörigt när jag tänkte på både gengaskonvertarad bilmotor med turbo OCH fristående gasturbiner på gengasaggregat.

När det gäller turbo som gasturbin på vedgas är ju "vedgrytan" själva brännkammaren, åtminstone i de enkla byggena jag länkade till i trådstarten. Fast det kanske är detta som är det stora problemet? -När turbon trycksätter hela vedgrytan blir den ju egentligen inget gengasaggregat, eftersom förbränningen sker under god lufttillförsel. Det blir väl mer som en vanlig jetmotor, bara det att den eldas med ved i stället för med diesel. I ett sådant system MÅSTE brännkammaren trycksättas ganska brutalt, men å andra sidan får turbokompressorn jobba med ren luft. Precis all skit som produceras vid förbränningen kommer dock att passera turbinhjulet, och till följd av de höga temperaturerna måste avgaserna kylas efter turbinen innan de kan renas. Huruvida en laddluftkylare mellan kompressorhjulet och vedgrytan/brännkammaren är till för- eller nackdel vet jag ej. Effektiva gasturbiner har ofta en värmeväxlare mellan avgaserna EFTER turbinen och trycksidan på kompressorhjulet, inte sällan i form av en roterande skiva med celler, enligt samma princip som i ventilationsanläggningar. (har för mig de kallas rekuperator). En sådan värmeväxlare är ju raka motsatsen till en laddluftkylare. Med en smart konstruerad brännkammare/eldstad av keramiska material för att klara höga temperaturer borde förbränningen kunna göras mycket bättre än att lägga några vedklabbar i botten på en gammal trycktank. Hög förbränningstemperatur borde kunna minska röken betydligt.

Hmm... Den ökanda risken för koloxidförgiftning när man mekar med gengasaggregat, och inte då minst påfyllning under drift, borde ju vara betydligt mindre hos en vedeldad gasturbin, eftersom brännkammaren/kaminen ju eldas under ett lätt luftöverskott och inte som i ett gengasaggregat där det råder luftunderskott.

[ensamhet]

Kompressor då?
Funkar på lägre varv och kanske inte är lika känslig för smuts.

[G-son]

Kompressor då?
Funkar på lägre varv och kanske inte är lika känslig för smuts.

Kompressor (av de typer som vanligen menas när man snackar om överladdade motorer) är tyvärr MER känslig för smuts. Kompressorns funktion hänger helt på att delarna har så noggrann passform att läckaget mellan dom blir minimalt, vilket betyder att även ganska små partiklar kommer komma i kläm i mellanrummet och slitaget som uppstår snart kommer leda till orimligt stort internt läckage i kompressorn.

Jetmotorer har nog aldrig haft särskilt bra verkningsgrad jämfört med konventionella motorer, dom används där man behöver maximal effekt med minimal vikt. En gengasdriven dito kan säkert vara rolig, men jag misstänker att det skulle gå åt mycket mer bränsle för att producera samma mängd arbete jämfört med en vanlig gengaskonverterad motor. Enda fördelen är väl enkelheten.

[skalleperbowlhead]

Överladdad gengas är inget jag rekomenderar. Framförallt då pga av förgiftningsrisken. Det som räddar en när man sysslar med detta är just undertryckte.

[torbjorn]

Redan på 40-talet provade man med turbo och gengas, det fungerade tydligen ganska bra vid konstant varvtal och gaspådrag men det blev problem med varierande bränsleblandning om man fick för sig att ändra pådraget snabbt under körning. Man fick ständigt ha en hand på sekundärluftspaken.

Det fungerar vanligtvis inte att köra gengas genom kompressordelen av ett turboaggregat (dels blir ju gasen sällan tillräckligt ren från tjära mm, och dels blir det problem med utfällning av kondensvatten och som regel även diverse sura eller basiska saker), utan man får låta turbon pumpa enbart luft som sedan tillförs dels som primärluft till gasgeneratorn och dels som sekundärluft till gasblandaren.
Bränsleblandningsproblemen borde man idag kunna kringgå med en snabbt verkande lambdareglering.
För att undvika risk att giftiga gaser läcker ut ur systemet borde man kunna begränsa laddtrycket till att bara motsvara tryckfallet i gasgeneratorn, dvs man reglerar så att trycket i gasledningen direkt efter gasgeneratorn är lika med atmosfärstryck.