Газовоз

Газово'з,судно, перевозящее сжиженные газы (пропан, бутан, метан, аммиак и др.). Газы транспортируются в цистернах под давлением 1-1,8 Мн/м ²(10-18 кгс/см ²) ,сильно охлажденными либо при небольшом совместном охлаждении и сжатии. Грузоподъёмность современных Г. от нескольких десятков до 25-35 тыс. т,грузовместимость достигает 70 тыс. м ³и более. Цистерны Г. цилиндрические, сферические или прямоугольные, с тепловой изоляцией наружной или внутренние поверхности. Г. оборудуются системами разгрузки, отвода испаряющихся газов, подачи в цистерны инертного газа и др. Предусмотрены дистанционный контроль состояния груза (уровня, температуры, давления) и противопожарные средства.

Газовыделение

Газовыделе'ниегорные выработки, выделение метана или др. природного газа из толщи полезного ископаемого и вмещающих пород в подземные горные выработки. Различают Г.: обыкновенное (происходит медленно, но непрерывно из трещин и пор в угле и породе по всей свободной поверхности; оно увеличивается при отделении угля от массива); суфлярное (местное выделение газа из трещин, газовый фонтан, действующий иногда продолжит, время); внезапное (местное бурное выделение больших количеств газа за небольшой промежуток времени, сопровождающееся разрушением поверхности забоя). Борьба с Г. успешно ведётся с помощью дегазации полезных ископаемых и вмещающих пород. См. также Газовый баланс.

Газовые конгрессы

Га'зовые конгре'ссымеждународные, проводятся с 1931 по инициативе Международного газового союза (МГС), основанного в 1930. К 1970 проведено одиннадцать Г. к., в пяти из которых принимали участие советские специалисты (табл.). Местом проведения очередного Г. к. является страна, представитель которой избирается на 3-летний срок президентом МГС. Программа Г. к. разрабатывается оргкомитетом страны-организатора совместно с Советом МГС. На обсуждение конгресса представляются отчётные доклады комитетов МГС, а также индивидуальные доклады специалистов и учёных национальных газовых ассоциаций по вопросам добычи и производства газа, состояния науки и техники газового дела и др.

  К 11-му Г. к., проходившему в Москве в июне 1970, впервые в международной практике была приурочена специализированная Международная выставка газового оборудования, аппаратуры и приборов «Интергаз-70».

  12-й Г. к. принято решение провести в 1973 в Канне (Франция), 13-й - в 1976 в Лондоне (Великобритания).

Международные газовые конгрессы с участием СССР

  А. И. Сорокин.

Газовые приборы

Га'зовые прибо'ры,устройства, применяемые в жилых и общественных зданиях для приготовления пищи, подогрева воды, отопления помещений и для создания искусственного холода. В качестве энергии в Г. п. используют тепло, выделяющееся при сгорании газа. Г. п., как правило, состоит из газовой горелки с подводящим газопроводом, теплообменного устройства и устройства для удаления продуктов сгорания. Газовые холодильники, кроме этих элементов, имеют холодильный аппарат и камеру. Г. п. разделяют на: бытовые - газовые кухонные плиты, водонагреватели и холодильники домашние;отопительные (см. Газовое отопление ) и приборы предприятий общественного питания - ресторанные плиты, духовые шкафы, пищеварочные котлы и кипятильники. Г. п. чаще всего имеют газовые горелки атмосферного типа. Газ под давлением до 500 мм вод. cm.выходит из сопла и эжектирует из атмосферы от 40 до 60% воздуха, необходимого для горения. Часть газа, обеспеченная «первичным» воздухом, сгорает во внутреннем конусе пламени, образующемся на горелке. Он четко очерчен и имеет зеленовато-голубой цвет. Остальная часть газа сгорает в наружном конусе, имеющем размытые контуры и бледно-голубой цвет. «Вторичный» воздух поступает к нему непосредственно из окружающей среды. Пламя горелки не должно иметь жёлтых кончиков, а внутренний конус не должен касаться поверхностей нагрева. В противном случае в продуктах сгорания может недопустимо увеличиться концентрация окиси углерода. Для устранения жёлтых кончиков с помощью регулировочного воздушного шибера увеличивают количество первичного воздуха.

  Производительность горелок бытовых Г. п. изменяется от 0,02 до 5 м ³/час(в расчёте на природный газ). На газопроводе перед Г. п. устанавливают отключающий пробочный кран. Г. п. оснащают автоматически действующими устройствами, прекращающими поступление газа при нарушениях работы Г. п. и регулирующими производительность горелок в зависимости от технологических требований. Газовые горелки располагают открыто или в топочных камерах. При открытом расположении продукты сгорания поступают в помещение; при наличии топочных камер продукты сгорания отводятся в дымоходы .

  Лит.:Стаскевич Н. Л., Справочное руководство по газоснабжению, Л., 1960; Газовое оборудование, приборы и арматура. (Справочное руководство), под ред. Н. И. Рябцева, М., 1963: Ионин А. А., Газоснабжение, М., 1965.

  А. А. Ионин.

Газовые туманности

Га'зовые тума'нностив астрономии, см. Туманности галактические .

Газовый анализ

Га'зовый ана'лиз,анализ смесей газов с целью установления их качественного и количественного состава. Различают химические, физико-химические и физические методы Г. а. Химические методы основаны на поглощении компонентов газовой смеси различными реагентами. Так, углекислый газ поглощают раствором щёлочи, кислород - щелочным раствором пирогаллола,ненасыщенные углеводороды - бромной водой. О количестве газа судят по уменьшению его объёма. Достоинство химических методов Г. а. - простота конструкции приборов (газоанализаторов) и выполнения анализа. В физико-химических методах Г. а. компоненты газовой смеси поглощают раствором соответствующего реагента и измеряют электрическую проводимость (см. Электрохимические методы анализа ) ,оптическую плотность (см. Колориметрия ) или др. физико-химическую характеристику раствора. Для определения состава смесей углеводородов широко применяют метод хроматографического адсорбционного анализа (см. Хроматография ) .Физические методы Г. а. основаны на измерении плотности, вязкости, температуры кипения, теплопроводности, поглощения и испускания света (см. Спектральный анализ ) ,масс-спектров (см. Масс-спектроскопия ) и др. физических свойств газовой смеси, зависящих от её состава.

  Существенные преимущества физико-химических и физических методов Г. а. перед химическими - быстрота выполнения, возможность автоматизации анализа - обусловили их широкое распространение в различных отраслях промышленности. Г. а. применяют для установления состава природных и промышленных газов, контроля технологических процессов в металлургической, химической, нефтяной и газовой промышленности, определения токсичных, легко воспламеняющихся или взрывоопасных газов в воздухе производственных помещений. О приборах для Г. а. см. Газоанализаторы см. также лит. при этой статье.

  В. В. Краснощекое.

Газовый баланс

Га'зовый бала'нс,количество выделяющегося в шахте газа и распределение газовыделения по источникам или по системе горных выработок. Различают Г. б. отдельной выработки, выемочного участка и шахты или рудника в целом. Знание Г. б. является основной предпосылкой для выбора методов управления газовыделением,системы вентиляции шахты и системы разработки полезного ископаемого. Один из методов установления Г. б. - газовая съёмка. Г. б. шахты определяется в основном природными условиями и горнотехническими показателями разработки. Г. б. шахты по источникам метана слагается из газовыделений разрабатываемого угольного пласта (пластов); смежных газоносных угольных пластов; вмещающих пород. По структуре Г. б. метанообильные шахты могут быть разделены на 2 группы: к 1-й относят шахты, разрабатывающие одиночный пласт, ко 2-й - свиту пластов. Для 1-й группы при выемке пласта с незначительными потерями характерно выделение в призабойном пространстве свыше 75%, а в выработанном - менее 25% общего дебита метана на выемочном участке. Отличительная особенность 2-й группы - выделение в призабойном пространстве 50-60% и менее, а в выработанном 40-50% и более общего дебита метана в пределах выемочного поля.

Газовый двигатель

Га'зовый дви'гатель,двигатель внутреннего сгорания, работающий на газообразном топливе: природном и нефтяном (попутном) газах, а также сжиженном газе (пропано-бутановая смесь), доменных, генераторных и др. газах. Преимущества Г. д. перед жидкотопливными: значительно меньший износ основных деталей благодаря более совершенному смесеобразованию и сгоранию; отсутствие в выхлопных газах вредных примесей; возможность применения более высокой степени сжатия,чем в двигателях, работающих на бензине. Эффективный кпд современных стационарных Г. д. достигает 42%. Наиболее распространены Г. д., работающие по циклу дизеля (см. Газодизель ) .Г. д. мощностью до 12 тыс. квт(16 тыс. л. с.) используются в качестве энергетического источника в различных отраслях народного хозяйства, особенно в газовой и нефтяной промышленности в качестве привода газоперекачивающих установок.

  Г. д., работающие на сжиженном газе (газожидкостные двигатели), применяют в тех случаях, когда важно обеспечить безвредность и бездымность выхлопных газов, например при работе автомобилей, автопогрузчиков и тягачей в складских и подземных помещениях, для городских автобусов и т. п.

  Лит.:Генкин К. И., Газовые двигатели, М., 1962; Коллеров Л. К., Газовые двигатели поршневого типа, 2 изд., Л., 1968.

  К. И. Генкин.

Газовый каротаж

Га'зовый карота'ж,метод выявления нефтяных и газовых залежей путём систематического определения газообразных и лёгких жидких углеводородов в буровом растворе, реже в керне.

 При пробуривании скважин через нефтегазоносный пласт углеводороды попадают в буровой раствор, который и выносит их на поверхность. Производится эпизодическая или непрерывная дегазация бурового раствора, а полученный газ анализируется. Результаты анализов наносятся на диаграммы, показывающие изменения состава и содержания углеводородов по разрезу скважины. По этим диаграммам определяется глубина нахождения нефтеносного или газоносного пласта.

  Для проведения работ применяются газокаротажные станции - автомашины, в которых располагаются различные приборы, позволяющие следить за глубиной забоя скважины, скоростью её проходки и циркуляцией бурового раствора, анализировать газ, поступающий из дегазатора, определять присутствие нефти в буровом растворе и др. Результаты анализов газа автоматически регистрируются с помощью самописца. Учитывая скорость проходки скважины и её глубину, вносятся поправки, позволяющие более точно определить местоположение залежей нефти и газа по разрезу скважины.

  Г. к. проводится также и при остановке бурения скважины. Буровой раствор стоит некоторое время в скважине и обогащается углеводородами на тех участках раствора, которые находятся против нефтеносных и газоносных пластов. Затем начинается обычная циркуляция бурового раствора (как при бурении скважины) и проводится Г. к., позволяющий определить интервалы раствора, обогащенные углеводородами. Вводя поправки, учитывающие глубину скважины и скорость циркуляции бурового раствора, определяют местоположение нефтяных и газовых залежей по разрезу скважины.

  Проводится также Г. к. по кернам, которые подвергаются дегазации, а извлечённый газ анализируется. Результаты анализов позволяют делать выводы о местоположении нефтегазоносных пластов. Метод Г. к. используется также для изучения газоносности угольных пластов. В перспективе предусматривается совместное применение Г. к. с электрокаротажем.

  Г. к. впервые был разработан в СССР (1933).

  Лит.:Соколов В. А., Юровский Ю. М., Теория и практика газового каротажа, М., 1961; Юровский Ю. М., Разрешающие способности газового каротажа, М., 1964.

  Ю. М. Юровский.

Газовый конденсатор

Га'зовый конденса'тор,конденсатор с газообразным диэлектриком; к Г. к. относятся газонаполненные, воздушные и вакуумные конденсаторы. Применяются в электрических цепях, приборах и устройствах с напряжением от долей вдо сотен кв,при частотах до сотен Мгц(см. Конденсатор электрический ) .

Газовый лазер

Га'зовый ла'зер,лазер с газообразной активной средой. Трубка с активным газом помещается в оптический резонатор,состоящий в простейшем случае из двух параллельных зеркал. Одно из них является полупрозрачным.

  Испущенная в каком-либо месте трубки световая волна при распространении её через газ усиливается за счёт актов вынужденного испускания, порождающих лавину фотонов. Дойдя до полупрозрачного зеркала, волна частично проходит через него. Эта часть световой энергии излучается Г. л. вовне. Другая же часть отражается от зеркала и даёт начало новой лавине фотонов. Все фотоны идентичны по частоте, фазе и направлению распространения. Благодаря этому излучение лазера может обладать чрезвычайно большой монохроматичностью, мощностью и резкой направленностью (см. Лазер, Квантовая электроника) .

 Первый Г. л. был создан в США в 1960 А. Джаваном. Существующие Г. л. работают в очень широком диапазоне длин волн - от ультрафиолетового излучения до далёкого инфракрасного излучения - как в импульсном, так и в непрерывном режиме. В табл. приведены некоторые данные о наиболее распространённых Г. л. непрерывного действия.

  Из Г. л., работающих только в импульсном режиме, наибольший интерес представляют лазеры ультрафиолетового диапазона на ионах Ne (l =0,2358 мкми l =0,3328 мкм) и на молекулах N ₂(l = 0,3371 мкм). Азотный лазер обладает большой импульсной мощностью.

  В излучении Г. л. наиболее отчётливо проявляются характерные свойства лазерного излучения - высокая направленность и монохроматичность. Существенным достоинством является их способность работать в непрерывном режиме. Применение новых методов возбуждения (см. ниже) и переход к более высоким давлениям газа могут резко увеличить мощность Г. л. С помощью Г. л. возможно дальнейшее освоение далёкого инфракрасного диапазона, диапазонов ультрафиолетового и рентгеновского излучений. Открываются новые области применения Г. л., например в космических исследованиях.

  Особенности газов как лазерных материалов.По сравнению с твёрдыми телами и жидкостями газы обладают существенно меньшей плотностью и более высокой однородностью. Поэтому световой луч в газе практически не искажается, не рассеивается и не испытывает потерь энергии. В таких лазерах сравнительно просто возбудить только один тип электромагнитных волн (одну моду). В результате направленность лазерного излучения резко увеличивается, достигая предела, обусловленного дифракцией света.Расходимость светового луча Г. л. в области видимого света составляет 10 ^-5- 10 ^-4 рад,а в инфракрасной области 10 ^-4- 10 ^-3 рад.

 В отличие от твёрдых тел и жидкостей, составляющие газ частицы (атомы, молекулы или ионы) взаимодействуют друг с другом только при соударениях в процессе теплового движения. Это взаимодействие слабо влияет на расположение уровней энергии частиц. Поэтому энергетический спектр газа соответствует уровням энергии отдельных частиц. Спектральные линии, соответствующие переходам частиц с одного уровня энергии на другой, в газе уширены незначительно. Узость спектральных линий в газе приводит к тому, что в линию попадает мало мод резонатора.

  Так как газ практически не влияет на распространение излучения в резонаторе, стабильность частоты излучения Г. л. зависит главным образом от неподвижности зеркал и всей конструкции резонатора. Это приводит к чрезвычайно высокой стабильности частоты излучения Г. л. Частота w излучения Г. л. воспроизводится с точностью до 10 ^-11, а относительная стабильность частоты

  Малая плотность газов препятствует получению высокой концентрации возбуждённых частиц. Поэтому плотность генерируемой энергии у Г. л. существенно ниже, чем у твердотельных лазеров.

  Создание активной газовой среды в газоразрядных лазерах.Активной средой Г. л. является совокупность возбуждённых частиц газа (атомов, молекул, ионов), обладающих инверсией населённостей.Это означает, что число частиц, «населяющих» более высокие уровни энергии, больше, чем число частиц, находящихся на более низких энергетических уровнях. В обычных условиях теплового равновесия имеет место обратная картина - населённость низших уровней больше, чем более высоких (см. Больцмана статистика ) .В случае инверсии населённостей акты вынужденного испускания фотонов с энергией hn = Ев - Ен, сопровождающие вынужденный переход частиц с верхнего уровня Евна нижний Ен,преобладают над актами поглощения этих фотонов. В результате этого активный газ может генерировать электромагнитное излучение частоты

  или с длиной волны

  Одна из особенностей газа (или смеси газов) - многообразие физических процессов, приводящих к его возбуждению и созданию в нём инверсии населённостей. Возбуждение активной среды излучением газоразрядных ламп, нашедшее широкое применение в твердотельных и жидкостных лазерах, мало эффективно для получения инверсии населённостей в Г. л., т. к. газы обладают узкими линиями поглощения, а лампы излучают свет в широком интервале длин волн. В результате может быть использована только ничтожная часть мощности источника накачки (кпд мал). В подавляющем большинстве Г. л. инверсия населённостей создаётся в электрическом разряде (газоразрядные лазеры). Электроны, образующиеся в разряде, при столкновениях с частицами газа (электронный удар) возбуждают их, переводя на более высокие уровни энергии. Если время жизни частиц на верхнем уровне энергии больше, чем на нижнем, то в газе создаётся устойчивая инверсия населённостей. Возбуждение атомов и молекул электронным ударом является наиболее разработанным методом получения инверсии населённостей в газах. Метод электронного удара применим для возбуждения Г. л. как в непрерывном, так и в импульсном режимах.

  Возбуждение электронным ударом удачно сочетается с др. механизмом возбуждения - передачей энергии, необходимой для возбуждения частиц одного сорта от частиц др. сорта при неупругих соударениях (резонансная передача возбуждения). Такая передача весьма эффективна при совпадении уровней энергии у частиц разного сорта ( рис. 1 ).

  В этих случаях создание активной среды происходит в два этапа: сначала электроны возбуждают частицы вспомогательного газа, затем эти частицы в процессе неупругих соударений с частицами рабочего газа передают им энергию. В результате этого населяется верхний лазерный уровень. Чтобы хорошо накапливалась энергия, верхний уровень энергии вспомогательного газа должен обладать большим собственным временем жизни. Именно по такой схеме осуществляется инверсия населённостей в гелий-неоновом лазере.

  Гелий-неоновый лазер(А. Джаван, США, 1960). В гелий-неоновом лазере рабочим веществом являются нейтральные атомы неона Ne. Атомы гелия Не служат для передачи энергии возбуждения. В электрическом разряде часть атомов Ne переходит с основного уровня e ₁на возбуждённый верхний уровень энергии E ₃. Но в чистом Ne время жизни на уровне E ₃мало, атомы быстро «соскакивают» с него на уровни E ₁и E ₂, что препятствует созданию достаточно высокой инверсии населённостей для пары уровней E ₂и E ₃. Примесь Не существенно меняет ситуацию. Первый возбуждённый уровень Не совпадает с верхним уровнем E ₃неона. Поэтому при столкновении возбуждённых электронным ударом атомов Не с невозбуждёнными атомами Ne (с энергией E ₁) происходит передача возбуждения, в результате которой атомы Ne будут возбуждены, а атомы Не вернутся в основное состояние. При достаточно большом количестве атомов Не можно добиться преимущественного заселения уровня неона. Этому же способствует опустошение уровня E ₂неона, происходящее при соударениях атомов со стенками газоразрядной трубки. Для эффективного опустошения уровня E ₂диаметр трубки должен быть достаточно мал. Однако малый диаметр трубки ограничивает количество Ne и, следовательно, мощность генерации, Оптимальным, с точки зрения максимальной мощности генерации, является диаметр около 7 мм.Т. о., в результате специального подбора количеств ( парциальных давлений ) Ne и Не и при правильном выборе диаметра газоразрядной трубки устанавливается стационарная инверсия населённостей уровней энергии E ₂и E ₃неона.

 неона E ₂и E _3.Уровни обладают сложной структурой, т. е. состоят из множества подуровней. В результате гелий-неоновый лазер может работать на 30 длинах волн в области видимого света и инфракрасного излучения. Зеркала оптического резонатора имеют многослойные диэлектрические покрытия. Это позволяет создать необходимый коэффициент отражения для заданной длины волны и возбудить тем самым в Г. л. генерацию на требуемой частоте.

  Основной конструктивный элемент гелий-неонового лазера - газоразрядная трубка (обычно из кварца). Давление газа в разряде 1 мм рт. ст.,причём количество Не обычно в 10 раз больше, чем Ne. На рис. 2 приведена конструкция гелий-неонового лазера, разработанная для применения в открытом космосе. Разрядная трубка с внутренним диаметром 1,5 ммиз корундовой керамики помещена между полупрозрачным зеркалом и отражающей призмой, смонтированными на жёсткой бериллиевой трубе (цилиндре). Разряд осуществляется на постоянном токе (8 ма,1000 в) в двух секциях (каждая длиной 127 мм) с общим центральным катодом. Холодный оксиднотанталовый катод (диаметром 48 мми длиной 51 мм) разделён на 2 половины диэлектрической прокладкой, обеспечивающей более однородное распределение тока по поверхности катода. Вакуумные сильфоны из нержавеющей стали, являющиеся анодами, образуют подвижное соединение каждой трубки с держателями зеркала и призмы. Кожух завершен с левого конца выходным окном. Лазер рассчитан на работу в космосе в течение 10 000 ч.

  Мощность излучения гелий-неоновых лазеров может достигать десятых долей вт,кпд не превышает 0,01%, но высокая монохроматичность и направленность излучения, простота в обращении и надёжность конструкции обусловили их широкое применение. Красный гелий-неоновый лазер (l = 0,6328 мкм) используется при юстировочных и нивелировочных работах (шахтные работы, кораблестроение, строительство больших сооружений). Гелий-неоновый лазер широко применяется в оптической связи и локации, в голографии и в квантовых гироскопах.

  Лазер на углекислом газе(К. Пател, США, Ф. Легей, Н. Легей-Соммер, Франция, 1964). Молекулы, в отличие от атомов, имеют не только электронные, но и т. н. колебательные уровни энергии, обусловленные колебаниями атомов, составляющих молекулу, относительно положений равновесия (см. Молекула ) .Переходы между колебательными уровнями энергии соответствуют инфракрасному излучению. Лазеры, в которых используются эти переходы, называются молекулярными. Из числа молекулярных лазеров особенно интересен лазер, в котором используются колебательные уровни молекулы СО ₂, между которыми создаётся инверсия населённостей (СО ₂-лазер).

  В газоразрядных CO ₂-лазерах инверсия населённостей также достигается возбуждением молекул электронным ударом и резонансной передачей возбуждения. Для передачи энергии возбуждения служат молекулы азота N ₂, возбуждаемые, в свою очередь, электронным ударом. Обычно в условиях тлеющего разряда около 90% молекул азота переходит в возбуждённое состояние, время жизни которого очень велико. Молекулярный азот хорошо аккумулирует энергию возбуждения и легко передаёт её молекулам CO ₂в процессе неупругих соударений. Высокая инверсия населённостей достигается при добавлении в разрядную смесь Не, который, во-первых, облегчает условия возникновения разряда и, во-вторых, в силу своей высокой теплопроводности охлаждает разряд и способствует опустошению нижних лазерных уровней молекулы CO ₂. Эффективное возбуждение СО ₂-лазеров может быть достигнуто химическими или газодинамическими методами.

  Тонкая структура колебательных уровней молекулы C0 ₂позволяет изменять длину волны (перестраивать лазер) скачками через 30-50 Ггцв интервале длин волн от 9,4 до 10,6 мкм.

 СО ₂-лазеры обладают высокой мощностью (наибольшая мощность лазерного излучения в непрерывном режиме) и высоким кпд. При возбуждении молекул CO ₂электронным ударом и длине газоразрядной трубы 200 мСО ₂-лазер излучает мощность 9 квт.Существуют компактные конструкции с выходной мощностью в 1 квт.Кроме высокой выходной мощности, СО ₂-лазеры обладают большим кпд, достигающим 15-20% (возможно достижение кпд 40%). СО ₂-лазеры могут принципиально эффективно работать и в импульсном режиме. Перечисленные особенности CO ₂-лазеров обусловливают многообразие их применения: технологические процессы (резание, сварка), локация и связь (атмосфера прозрачна для волн с l = 10 мкм) ,физические исследования, связанные с получением и изучением высокотемпературной плазмы (высокая мощность излучения), исследование материалов и т. д.