Ph.D. A.M. Kuznetsov, Moscow Power Engineering Institute (TU)
Specyficzne zużycie konwencjonalnego paliwa do produkcji i dostarczania energii cieplnej z elektrociepłowni w celu dostarczania ciepła do odbiorców jest ważnym wskaźnikiem działania elektrociepłowni.
W książkach znanych wszystkim inżynierom elektryków wcześniej zaproponowano metodę fizyczną polegającą na podzieleniu zużycia paliwa na ciepło i wytwarzanie energii elektrycznej w elektrociepłowni. Na przykład w podręczniku E.Ya. Sokolov, "Ogrzewanie i sieci cieplne", podaje wzór do obliczenia określonego zużycia paliwa do wytwarzania ciepła w elektrociepłowni:
b = 143 m / η do c = 143 / 0,9 = 159 kg / Gcal gdzie 143 - liczba kondycjonowanego paliwa ze kg spalania, które stoi 1 gcal ..; do T | c. - moc sprawność kotła biorąc pod uwagę straty ciepła w liniach parowych między kotłem a hali turbin (przyjęta wartość 0,9). I w podręczniku V.Ya. Ryzhkina „Elektrownie cieplne” w przykładzie obliczania schemat turbiny cieplnej T-250-240 jest ustalone, że jednostkowe zużycie paliwa energii cieplnej wynosi 162,5 kg CE / Gcal.
Za granicą ta metoda nie jest stosowana, aw naszym kraju od 1996 r. W RAO "UES Rosji" zaczęła stosować inną, doskonalszą - metodę proporcjonalną ORGRES. Ale ta metoda daje również znaczącą przeszacowanie zużycia paliwa do wytwarzania ciepła w elektrociepłowni.
Najbardziej poprawnym obliczeniem kosztów paliwa do wytworzenia ciepła w elektrociepłowni jest metoda efektywności selekcji, która została szerzej przedstawiona w artykule. Obliczenia wykonane w oparciu o ten sposób pokazują, że zużycie paliwa w elektrowni do wytwarzania energii cieplnej CHP-T 250-240 60 kg / Gcal i CHP turbin T-110 - 40 / 120-12,8-5M , 7 kg / Gcal.
Rozważmy metodę efektywności selekcji na przykładzie CCGT CHPP z turbiną parową T-58 / 77-6,7. Główne wskaźniki wydajności takiej turbiny przedstawiono w tabeli, z której widać, że jej tryb pracy w połowie zimy ogrzewa się, a tryb letni się skrapla. U góry tabeli w obu trybach wszystkie parametry są takie same. Różnica przejawia się tylko w selekcji. Dzięki temu możemy śmiało przeprowadzić obliczenia zużycia paliwa w trybie ogrzewania.
Turbina parowa T-58 / 77-6,7 przeznaczony jest do pracy w dual-PZG-230 w TPP Molzhaninovo pod Moskwą. Obciążenie cieplne wynosi Q r = 586 GJ / h (162,8 MW lub 140 Gcal / h). Zmiana mocy elektrycznej instalacji turbiny w przejściu z trybu ogrzewania do trybu kondensacji wynosi:
N = 77,1-58,2 = 18,9 MW.
Skuteczność selekcji oblicza się za pomocą następującej formuły:
ηт = N / Q r = 18,9 / 162,8 = 0,116.
W tym samym obciążenia cieplnego (586 GJ / h), ale w odrębnym wytwarzaniem ciepła w ciepłowniczego kotła spalania zostaną:
BK = 34,1 poradnik / ηr K = 34,1.586 / 0,9 = = 22203 kg / h (158.6 kg / gcal), w którym 34,1 - liczba kondycjonowanej paliwa kg, który jest uwalniany podczas spalania 1 GJ energia cieplna; η рк. - Sprawność kotłowni okręgowej do oddzielnego wytwarzania energii (przyjmuje się wartość 0,9).
Zużycie paliwa w systemie elektroenergetycznym do wytwarzania ciepła w kogeneracji z uwzględnieniem efektywności selekcji:
gdzie η kc. - Sprawność kotłowni zastępczego IES; ηо - sprawność turbiny zastępczego IES; η э с. - Wydajność sieci elektrycznych w przesyle energii elektrycznej z zastępowanej IES.
Zużycie paliwa w połączeniu wytwarzania energii cieplnej i energii elektrycznej, w porównaniu z rośliną ciepłowniczej: V do -As = B, T = 22203-7053 = 15150 kg / godz.
Zużycie paliwa w wydajność wytwarzania energii cieplnej przez wybór metody: B, T = R / P t = 7053/140 = 50,4 kg / Gcal.
Podsumowując, należy stwierdzić, że pozycje efektywności metoda naukowo uzasadnione, odpowiednio uwzględnia procesy zachodzące w systemie elektroenergetycznym w warunkach ogrzewania, łatwy w obsłudze i można znaleźć najszersze zastosowanie.
Literatura
1. Ryzhkin V.Ya. Elektrownie termiczne. M.-L.: Energia, 1967. 400 str.
2. Sokolov E.Ya. Sieci grzewcze i grzewcze. Moskwa: Energoizdat, 1982. 360 pkt.
3. Kuznetsov A.M. Porównanie wyników rozdziału zużycia paliwa na energię elektryczną i ciepło dostarczane z CHPP różnymi metodami, Energetik. 2006. № 7. P. 21.
4. Kuznetsov A.M. Oszczędność paliwa podczas transferu turbin do trybu ogrzewania // Energetik. 2007. № 1. P. 21-22.
5. Kuznetsov A.M. Zużycie paliwa na bloku z turbiną T-250-240 i jej wskaźnikami wydajności // Oszczędność energii i uzdatnianie wody. 2009. № 1. P. 64-65.
6. Kuznetsov A.M. Obliczanie zużycia paliwa i osiągów turbiny T-110 / 120-12,8-5M // Oszczędność energii i przygotowanie wody. 2009. № 3. P. 42-43.
7. Barinberg GD, Valamin AE, Kultyshev A.Yu. Turbiny parowe UTZ dla potencjalnych projektów CCGT // Teploenergetika. 2009. № 9. Z. 6-11.
EFEKTYWNA MOC.
Moc otrzymana w cylindrach silnika jest przekazywana do wału korbowego za pośrednictwem CCM. Przenoszenie energii towarzyszy strat mechanicznych, które powstają na skutek strat tarcia na tłoku ścianka cylindra łożysko wału korbowego mechanizmu krzywkowego, jak również mechanizmów zawieszony na silnik i na straty „pompowanie” (w silnikach 4-skoku).
Moc użyteczna opracowany przez wał korbowy silnika w kołnierz, dają konsumentowi, nazywany jest skuteczna moc (NE), który jest mniejszy niż wielkość wskaźnika strat mechanicznych wydatkowane na mechanizmach uruchamiających tarcia i montowane. Następnie
gdzie N m oznacza moc strat mechanicznych.
ŚREDNIE SKUTECZNE CIŚNIENIE.
Przy określaniu mocy efektywnej wprowadza się pojęcie średniego ciśnienia skutecznego (p e), które wyraża się jako:
p e = p i ∙ η m
Wiemy, co to jest; podobny do powyższego można stwierdzić, że średnie ciśnienie efektywne mniejsza od średniej wartości wskaźnika w średnich strat ciśnienia mechanicznych, tj
Następnie, stosując do wzoru wskaźnik wartości energii zamiast p i p e, otrzymujemy LP 2 = 52,3D ∙ P e ∙ Cm ∙ I [EHP]
Korzystając z tego wzoru, znajdujemy średnicę cylindra D = √ (Ne / 52,3 ∙ Pe ∙ C m ∙ z)
Moment obrotowy jest połączony z efektywną mocą i charakteryzuje obciążenie silnika Me = 716.2 Ne / n [kg-m]
Efektywna moc zależy od wielu parametrów:
p e ∙ F ∙ S ∙ n ∙ k ∙ z
Ne = ----- [e.e.],
W oparciu o tę zależność konstruuje się wykresy pokazujące zależność między mocą a parametrami, które ją determinują. Takie wykresy nazywane są charakterystykami silnika. Wyróżnia cechy dużej prędkości, obciążenia i śruby.
Godzinowe zużycie paliwa jest mierzone w [kg / h] i służy do określania i raportowania zużycia paliwa (GH).
Konkretne nazywa się godzinowe zużycie paliwa, w odniesieniu do jednostki efektywnej wydajności. GH
g e = - [g / hp ∙ godz.]
Zależność między zużyciem paliwa a sprawnością efektywną określa wzór 632
g e = - [g / hp ∙ godz.]
Porównajmy konkretne zużycie paliwa:
silniki o niskiej prędkości spalania wewnętrznego g e = 0.141-0.165 [kg / ls ∙ h]
średniobiegowe silniki spalinowe g e = 0,150-0,166 [kg / ls ∙ h]
silniki wysokoprężne g e = 0,165-0,180 [kg / ls ∙ h]
SPOSOBY I SPOSOBY ZWIĘKSZENIA MOCY LODÓW.
Zwiększenie mocy ICE można osiągnąć w następujący sposób:
1. zwiększenie rozmiarów cylinder (średnica - D, udar - S), lub wiele cylindrów (Z), a tym samym nie następuje wzrost całkowitej wielkości silnika;
2. Zwiększenie prędkości (prędkości - n), przy jednoczesnym zmniejszeniu żywotności części. siły prędkości i siły bezwładności rosną;
3. przejście z 4-suwowego ICE na 2-suwowy;
4. doładowanie silnika, tj. podawanie powietrza do cylindrów pod ciśnieniem, co pozwala spalić więcej paliwa. Jednak mechaniczne doładowanie pozwala na zwiększenie mocy wraz z pogarszającymi się wskaźnikami ekonomicznymi, a turbina gazowa - na zwiększenie mocy przy jednoczesnym zmniejszeniu, lub nawet przy pewnej poprawie wskaźników ekonomicznych, na przykład, jeśli
η e = ↓ η i ∙ η m, ale
η i = η t ∙ η e, i η t = 1- (1 / ε k), a następnie dla η m = f (n),
η m = Ne / Ni = (Ni-N m) Ni = 1- (N m / Ni)
Napełnianie turbiny gazowej czterosuwowym ICE było łatwe, ponieważ napełnianie cylindra i jego czyszczenie odbywa się podczas "pompowania" suwów, a przewody ssące i wydechowe prawie nie są zgłaszane. Ciśnienie powietrza doładowującego może być większe i mniejsze niż ciśnienie wylotowe.
W 2-suwowym ICE ciśnienie powietrza doładowującego musi być większe niż ciśnienie na końcu swobodnego wylotu. W tym celu musi zostać osiągnięta moc gazów turbiny, aby zapewnić ciśnienie doładowania. Wolne spaliny zaczynają się wcześniej z większym ciśnieniem gazu i zmniejszają PA. W wyniku tego, z powodu wypalenia na linii ekspansji, temperatura gazów i ich energia kinetyczna będą większe. Ponadto w urządzeniu pod ciśnieniem zmniejsza się stopień sprężania (E). Odbywa się to w celu zmniejszenia Pc i Pz oraz w celu zapobieżenia wzrostowi obciążeń mechanicznych.
Wszystkie powyższe prowadzi do gwałtownego pogorszenia wskaźników wskaźnikowych:
dla silników spalinowych z doładowaniem, g i = 125-138 g / KM ∙ h;
dla silników spalinowych bez doładowania, g i = 118-120 g / KM ∙ h.
Zachowanie lub nawet poprawa efektywnych wskaźników osiąga się dzięki gwałtownemu wzrostowi sprawności mechanicznej. Zwiększa się, ponieważ straty mechaniczne ze stałą prędkością nie rosną. N m = f (n) ≈ const.
CIEPŁO, WSKAŹNIK, WYDAJNOŚĆ, EFEKTYWNOŚĆ MECHANICZNA.
Określenie wydajności cieplnej podano wcześniej. Dodamy trochę.
Sprawność cieplna nazywamy stosunek ciepła, przekształconego w użyteczną pracę, do całego dostarczonego ciepła.
Wydajność cieplna charakteryzuje stopień wykorzystania ciepła w dowolnej konstrukcji silnika cieplnego, a zatem pozwala tylko na utratę ciepła podczas przechodzenia do lodówki. Następnie wzór efektywności cieplnej można zapisać w formie dogodnej do obliczeń:
1 λ ∙ ρ k ~ 1
η t = 1- -. -----
ε k ~ 1 λ-1 + k ∙ λ (ρ-1)
Sprawność cieplna wzrasta wraz ze wzrostem stopnia sprężania, wraz ze wzrostem wykładnika adiabatycznego k oraz wzrostem ciśnienia (stopień wzrostu ciśnienia λ).
Wydajność cieplna maleje wraz ze wzrostem stopnia wstępnego rozprężania ρ.
Sprawność wskaźnika to stosunek ilości ciepła przekazanego do pracy wskaźnika (Q i), do całkowitej ilości ciepła zużytego na uzyskanie tej pracy (Q-sash). η i = Q i / Q lat (η i = 0,42-0,53).
η i = --- = ---, gdzie
Gq ∙ Q rn g i ∙ Q r n
632 - równoważnik cieplny 1 hp hour [kcal]
Gh - godzinowe zużycie paliwa;
Q р н - działająca gorsza wartość opałowa paliwa.
Ta wydajność charakteryzuje straty ciepła z gazów spalinowych, z wodą chłodzącą, a także straty spowodowane niepełnym spalaniem paliwa. Bierze pod uwagę całkowitą ilość strat ciepła podczas cyklu. To, oprócz ciepła odprowadzanego spalinami, powoduje straty spowodowane obecnością wymiany ciepła, niepełnego spalania paliwa, niewystarczająco wysokiej szybkości spalania paliwa. Zwiększenie udziału ciepła opuszczającego ścianki cylindra i spaliny, wzrost niekompletności spalania niekorzystnie wpływa na sprawność wskaźnika. Wraz ze wzrostem współczynnika nadmiaru powietrza, wydajność wskaźnika na ogół wzrasta.
W silnikach wysokoprężnych η i ≈ 0,4-0,5
Skuteczna wydajność jest stosunkiem ilości ciepła wydatkowanego na użyteczną pracę silnika (Qe), do całego dostarczonego ciepła (Q).
Uwzględnia straty zarówno cieplne, jak i mechaniczne.
632 Ne 36 ∙ 10 5
η e = ---- lub η e = ---
Q rn ∙ G Q Q ∙ g ∙ g e
Zależność między wydajnością wyraża η e = η i ∙ η m
Wykres pokazuje wykresy zmiany wydajności w zależności od obciążenia przy n = const. (η)
1,00 25 50 75 100 (Ne%)
Porównajmy silnik Diesla z innymi maszynami cieplnymi pod względem efektywnych wartości sprawności: niskoobrotowe silniki spalinowe η e = 0,42-0,39 turbiny gazowe η e = 0,42-0,31
silniki o średniej prędkości η e = 0,42-0,37 silniki parowe η e<0.20
wieloobrotowe silniki spalinowe η e = 0,42-0,31 turbiny parowe η e\u003e 0,30
silniki spalinowe z gaźnikiem η e = 0,20-0,28
Dlatego też, zgodnie z określonym zużyciem ciepła, olej napędowy jest najbardziej ekonomiczny. (η e = 0,35-0,42). Jednak w instalacjach z turbinami parowymi stosuje się tańszy olej opałowy, a im więcej mocy, tym mniejsza różnica w kosztach między silnikami wysokoprężnymi i turbinami parowymi. A ponieważ turbiny mają wiele zalet w porównaniu z silnikami wysokoprężnymi, są one stosowane częściej przy wyższych wydajnościach. Silniki wysokoprężne zachowują swoją konkurencyjność w zakładach o mocy do 45 000 KM.
Sprawność mechaniczna nazywany współczynnikiem mocy efektywnej do mocy wskaźnika lub moc strat mechanicznych.
η m = Ne / Ni lub η m = p e / p i
Wydajność mechaniczna pokazuje tę część mocy wskaźnika, którą byłoby pożądane, aby przekształcić się w użyteczną efektywną pracę. Ta wydajność uwzględnia:
Straty związane z tarciem elementów ruchomych, które zależą od materiałów i jakość budowy wytwarzania, manipulowania i montażu części, prędkość przemieszczania się poszczególnych węzłów ciśnień Pary (więcej niż połowa tych strat przechodzi do współpracy rękawa tłoka), jakości oleju, etc. ;
- straty "pompujące". W 4-suwowym ICE straty "pompowania" obejmują koszty energii związane z pokonywaniem oporów podczas czyszczenia cylindrów z produktów spalania. Zależą one od czasu otwarcia zaworów ssących i wydechowych (patrz schemat czasowy). Przy późnym otwarciu zaworu wlotowego ciśnienie ssania będzie niższe. Wraz z późnym otwarciem ceremonii rozdania dyplomów presja na uwolnienie będzie wyższa. W obu przypadkach wzrasta obszar ujemnej pracy. Moc wydatkowana na "pompowanie" skoku, kiedy doładowany, może przekształcić się w użyteczną pracę. (Jeden ze sposobów na zwiększenie wydajności.)
Straty w kosztach napędów mocy dołączonych do mechanizmów silnika (charakteryzuje racjonalność projektu);
Aby zmniejszyć straty mechaniczne, konieczne jest utrzymanie i utrzymanie silnika w dobrym stanie technicznym. Należy zachować wszystkie niezbędne luzy w zalecanych instrukcjach producenta, wybrać odpowiednią jakość i klasę smarów. Przestrzegać odpowiednich warunków temperaturowych, regulacji obciążenia cylindrów, temperatury wody, oleju, czystości kolektorów itp.
Wartości sprawności mechanicznej.
2-suwowe silniki spalinowe do silników czterosuwowych
bez zwiększenia, η m = 0,75-0,85 bez zwiększenia, η m = 0,75-0,85
z doładowaniem η m = 0,86-0,93 z doładowaniem η m = 0,85-0,95
OBSŁUGA SILNIKA
WPŁYW METEOROLOGICZNYCH WARUNKÓW NA PRACĘ DIESLA.
Przy zmianie warunkach atmosferycznych (temperatura T = 20 ° C, bar ciśnienia atmosferycznego P = 760 mm Hg;. Wilgotność względna φ = 70%) nie jest zmiana ładunku powietrza w cylindrze, a mianowicie ładowanie masy maleje wraz ze wzrostem temperatury powietrze, ze spadkiem ciśnienia atmosferycznego, ze wzrostem wilgotności względnej powietrza. W takim przypadku:
1, średnie ciśnienie wskaźnika p i zmniejsza się;
2, zmniejsza się współczynnik nadmiaru powietrza α;
3, wzrasta temperatura gazów spalinowych;
4 zwiększa stres cieplny części GPG;
Zredukowano 5 mocy silnika.
Gdy temperatura powietrza wchodzącego do cylindrów wzrasta, zmniejsza się stopień ładunku powietrza, a tym samym współczynnik nadmiaru powietrza. Prowadzi to do pogorszenia spalania paliwa i wzrostu jego zużycia. Zmniejsza p i, a co za tym idzie, moc silnika. Ze względu na wzrost temperatury ładunku powietrza temperatura gazów wydechowych wzrośnie, co oznacza, że wzrośnie średnia temperatura cyklu i stres cieplny silnika.
Aby uniknąć termicznego przeciążenia silnika, należy monitorować jego pracę nad maksymalnym ciśnieniem spalania (Pz) i temperaturą spalin, nie dopuszczając do ich wzrostu powyżej wartości nominalnych.
Aby poprawić parametry, konieczne jest zmniejszenie dopływu paliwa na cykl. Powoduje to spadek p i zmniejszenie prędkości wału śruby napędowej podczas pracy na VPSH, aw konsekwencji zmniejszenie prędkości statku. W praktyce obsługi silników głównych przyjmuje się ogólnie, że przy wzroście temperatury powietrza o 10 ° C albo zmniejsz prędkość obrotową o 2%, albo zmniejsz skok śruby śmigła o 3%.
Gdy wzrasta wilgotność powietrza, zmniejsza się zawartość suchego powietrza w cylindrach. To również się zmieni (α). W rezultacie warunki spalania ulegną pogorszeniu, co również doprowadzi do zmniejszenia mocy p i, w konsekwencji, mocy silnika. Temperatura gazów wzrośnie nieco, co doprowadzi do przeciążenia ICE.
Ponadto wpływ wilgotności przyczynia się do zmiany mocy i korozji w cylindrach silnika, szczególnie podczas pracy z paliwami siarkowymi. Dlatego konieczne jest zapewnienie, że warunki rosy nie są tworzone w układzie dolotowym. Temperatura punktu rosy dla każdego oleju napędowego z doładowaniem i chłodnicą powietrza jest podana w paszporcie i formie.
CHARAKTERYSTYKA LODY.
Pełne wykorzystanie mocy morskich silników wysokoprężnych jest jednym z głównych zadań mechanika okrętowego. Ważne jest, aby silnik pracował z mocą, która nie wykracza poza jej rzeczywiste możliwości. Aby rozwiązać ten problem w sposób kompetentny, konieczne jest poznanie charakterystyki silnika Diesla i podstawy jego interakcji z odbiorcą energii. Tryb działania silnika wysokoprężnego charakteryzuje się zestawem parametrów: mocy, oszczędności, prędkości, obciążeń termicznych i mechanicznych. Wydajność silników jest konwencjonalnie podzielona na:
1) energetyczny - Ni, Ne, Me, p, p, n;
2) ekonomiczne - Gh, g e, ε, (i);
3) eksploatacyjne - ciśnienie i temperatura, ustalone standardowymi przyrządami, a także szereg dodatkowych parametrów, które dają możliwość oceny wytrzymałości cieplnej i mechanicznej silnika.
Napięcie termiczne - w bezpośredniej zależności od obciążenia, charakteryzującej się średnim ciśnieniem wskaźnikowym lub położeniem pompy wtryskowej paliwa. Monitorowana jest temperatura gazów spalinowych (Tg), woda (Tv) i olej (Tm). Ostatnio warunków morskich wytwarzać tuleje pomiarów temperatury w górnej części cylindra, w strefie portów wiążące i w dnie tłoka i łożysk i wolframu.
Napięcie mechaniczne - którego głównym kryterium jest maksymalne ciśnienie spalania paliwa (Pz) i siła bezwładności ruchomych mas (Pj).
Jeżeli podczas pracy silnika Diesla jego parametry pozostają stałe, wówczas reżim nazywa się stabilnym. Przejście z jednego ustalonego reżimu na inny może nastąpić spontanicznie pod wpływem warunków ścieżki; automatycznie - pod wpływem regulatora; lub ręcznie - przez operatora działającego na szynie sterującej pompy paliwowej.
Przy wystarczającym czasie utrzymywania między schematami możliwe jest uzyskanie zestawu układów stanu ustalonego, połączonych ze sobą za pomocą regularnej zmiany parametrów pracy silnika.
Zestaw schematów stanu ustalonego, reprezentowanych jako analityczne, tabelaryczne lub graficzne zależności od głównego, wstępnie wybranego parametru, nazywany jest charakterystyką silnika wysokoprężnego. W tym przypadku, jeśli obciążenie jest przyjmowane jako główny parametr, wówczas charakterystyka nazywana jest charakterystyką obciążenia, a jeżeli częstotliwość obrotowa, wówczas charakterystyka nazywana jest charakterystyką prędkości.
ŁADOWANIE CHARAKTERYSTYKI.
Zależność parametrów pracy silnika od obciążenia przy stałej prędkości nazywana jest charakterystyką obciążenia. Ne lub p e jest traktowane jako zmienna niezależna lub ich rodzaj, na przykład p e / p e. Na osi rzędnych wszystkie parametry będące przedmiotem zainteresowania są zdeponowane. Jako przykład rozważmy charakterystykę g e = f (Ne).
Charakterystyki obciążenia przy różnych prędkościach nie pokrywają się. W związku z tym, w trakcie pracy, tworzony jest wykres złożonych charakterystyk, dzięki którym łatwo jest wyznaczyć wartość dowolnego parametru odpowiadającego danemu obciążeniu i prędkości obrotowej.
Serwomotorów, przy transmisji bezpośredniej do ślimaka, mającego zmienne regulatorów prędkości, w pewnych warunkach, (gdy obciążenie śruby w wodach płytkich, na zakrętach, etc.) działają na charakterystyce ładowania, gdy sterownik kontroluje położenie pozostaje niezmieniona.
Z wykresu widzimy, że dla danej liczby obrotów (n = const), minimalne jednostkowe zużycie paliwa mieści się w trybie pełnego obciążenia wynoszącym 90%. Niestety, silnik nie może pracować ciągle w tym trybie, ponieważ obciążenie statku i warunków otoczenia (głębokość toru wodnego, kierunek i siła wiatru, prądy itp.) również się zmienia, ale należy to wziąć pod uwagę i, jeśli to możliwe, pracować z taką wydajnością.
Sytuacja jest prostsza przy załadunku generatorów diesla. Charakterystyka obciążenia przy prędkości znamionowej (n nom) przybliża jej pracę do generatora.
CHARAKTERYSTYKA PRĘDKOŚCI.
Charakterystyka prędkościowa - zależność parametrów silnika od częstotliwości jego obrotów. W zależności od warunków, w których są one uzyskiwane, charakterystyki prędkości są podzielone na zewnętrzny, śruba i ograniczający.
Na ryc. pokazuje ogólną postać charakterystyki prędkości, gdzie zmieniając ilość dostarczanego paliwa, uzyskujemy różne prędkości i odpowiednie wartości wybranych parametrów (dwa 625/34).
Efektywne określone zużycie paliwa z znaną efektywną mocą Ne i zużyciem paliwa GT jest określone przez wzór:
g e = 10 3 G t / N e
Jednostka miary rzeczywistego rzeczywistego zużycia paliwa: g / (kWh).
Gdy silnik pracuje na paliwie ciekłym, zależność między ee i n e jest następująca:
n e = 3,6 10 3 / (g eQn)
W przypadku silników samochodowych pracujących w trybie nominalnym efektywne wartości sprawności mieszczą się w następujących granicach: dla silników gaźników 0,25 ... 0,33; dla silników Diesla 0,35-0,4. Jednocześnie wartość rzeczywistego jednostkowego zużycia paliwa wynosi: dla silników gaźnika 300 ... 370 g / (kWh); do silników Diesla z nieekranowanymi komorami spalania 245 ... 270 g / (kWh).
4. Efektywny moment obrotowy i moc.
5. Sprawność mechaniczna, wpływ na jej wielkość trybu pracy, wybór oleju silnikowego, stan cieplny i techniczny silnika.
Sprawność mechaniczna
Wydajność mechaniczna nм - szacowany parametr strat mechanicznych w silniku:
nm = LeLi = re / pi = Me / Mi = Ne / Ni.
Gdy silniki samochodowe działają w trybie nominalnym, wartość mieści się w następujących granicach: dla silników czterosuwowych gaźnikowych 0,7 ... 0,85; dla czterosuwowych silników wysokoprężnych bez doładowania 0,7 ... 0,82, z doładowaniem 0,8-0,9; dla silników gazowych 0,75 ... 0,85; dla dwusuwowych silników wysokoprężnych o dużej prędkości 0,7-0,85.
6. Zewnętrzny bilans cieplny silnika. Składniki bilansu cieplnego.
Efektywność konwersji ciepła spalania paliwa w użyteczną pracę w elektrociepłowni szacuje się za pomocą bilansu cieplnego energii. Ciepło uwalniane przez spalanie paliwa tylko częściowo przenosi się do użytecznej wydajnej pracy na wale silnika. Znaczna jego część jest odprowadzana z wydalonymi gazami, przenoszona do układu chłodzenia, środowiska itp. tj. jest straty ciepła.
Rozprowadzany jest rozkład ciepła uwalnianego podczas spalania paliwa w celu wydajnej pracy i pewnych rodzajów strat ciepła bilans cieplny.
Istnieje zewnętrzny i wewnętrzny bilans cieplny.
Rozkład ciepła wydzielanego podczas spalania paliwa w głównych składników, określoną doświadczalnie dla tak zwanych zewnętrznych parametrów pracy silnika (skutecznej mocy, temperatury wody, oleju, itp) jest nazywana zewnętrzna równowagi cieplnej.
Rozkład ciepła uwalnianego przez spalanie paliwa w zakładzie głównych składników, określenie co jest związane z wiedzą o wskaźniku (wewnętrznego) uzyskiwane z silnika schematów wskaźnik nazywa wewnętrzną równowagi cieplnej.
Skład bilansu cieplnego, jako końcowy etap obliczeń, ma następującą funkcję:
Po pierwsze, to jest obliczenie wielkości strat ciepła. Znając utratę ciepła, można nakreślić sposoby ich ograniczenia, stosując nowe technologie i zasady odzyskiwania ciepła. W wyniku wykorzystania strat ciepła możliwe jest zaprojektowanie instalacji o wyższej sprawności niż efektywność samego silnika;
Drugi -polega na tym, że znajomość strat cieplnych stanowi podstawę do zaprojektowania pomocniczych układów silnika (woda, olej itp.) i oceny ich skuteczności. Na przykład, bilans cieplny określonej temperatury spalin konieczne do analizy i konstrukcji turbosprężarki (jeśli turbina gazowa i doładowania). Zatem skład bilansu cieplnego ma bezpośrednie praktyczne znaczenie;
Trzeci -czysto obliczone. Sporządzenie bilansu ciepła pozwala sprawdzić poprawność obliczeń. Zużycie ciepła powinno być równe przybyciu. Jeśli saldo nie jest zbieżne, oznacza to nieprawidłowe obliczenie.
7. Pojęcie procesu wymiany gazowej. Fazy dystrybucji gazu.
Charakterystyka procesów wymiany gazowej. Wymiana gazowa Zbiór procesów zwalniania i przyjmowania, zapewniających zmianę ciała roboczego, jest nazywany.
Jakość czyszczenia cylindra z gazów spalinowych i skuteczność napełniania go świeżym ładunkiem określają osiągi silnika. W rzeczywistym cyklu procesy początkowe i końcowe wymiany gazowej (wlotowej i wylotowej) nie odpowiadają początkowi ani końcowi uderzeń dolotowych i wylotowych.
Procesy wymiany gazowej są ze sobą powiązane i mają znaczący wpływ na inne procesy zachodzące w rzeczywistym cyklu. Na przykład, tworzenie kierunkowego ruchu wsadu w cylindrze przez profilowanie i rozmieszczenie kanałów wlotowych w głowicy cylindra przyczynia się do poprawy tworzenia mieszanki i spalania.
Aby zwiększyć efektywność wymiany gazowej, konieczne jest zapewnienie możliwie największej przepustowości przekrojów zaworu f, cm2, zwanych "przekrojem czasu". Graficznie przedstawia obszar pod krzywą bieżącego obszaru przekroju zaworu między martwymi punktami w funkcji czasu.
Praca wymiany gazowej (straty pompowania) w silnikach bez doładowania i doładowania turbiny gazowej jest ujemna. Podczas korzystania ze sprężarki napędowej działanie wymiany gazowej jest dodatnie, ale koszt napędu wzrasta.
Rozrząd rozrządu jest okresem od momentu otwarcia zaworów do momentu ich zamknięcia, wyrażonym w stopniach obrotu wału korbowego i są one oznaczone względem początkowych lub końcowych momentów odpowiednich pomiarów.
Zadaniem mechanizmu dystrybucji gazu jest zapewnienie najwyższej wydajności napełniania i czyszczenia cylindra podczas pracy silnika. Wydajność silnika, moc i opracowany moment obrotowy zależą od tego, w jaki sposób wybrane zostaną fazy dystrybucji gazu.
8. Wymogi dotyczące procesów tworzenia mieszaniny w silnikach benzynowych (dawkowanie paliwa, stratyfikacja i homogenizacja mieszaniny).
W przypadku mieszanin w silnikach o zapłonie iskrowym, chodzi o kompleks powiązanych ze sobą procesów towarzyszących dozowaniu paliwa i powietrza, oprysk i odparowanie paliwa oraz mieszanie go z powietrzem. Jakościowe tworzenie mieszanki jest niezbędnym warunkiem uzyskania wysokiej mocy, ekonomicznych i środowiskowych parametrów silnika.
Przepływ procesów tworzenia mieszaniny w dużej mierze zależy od właściwości fizykochemicznych paliwa i sposobu, w jaki jest on podawany. W silnikach z zewnętrznym tworzeniem mieszanki rozpoczyna się proces tworzenia mieszanki w gaźniku (wtryskiwacz, mieszacz), kontynuowany jest w kolektorze dolotowym i kończy się w cylindrze.
Po wylocie strumienia z rozpylacza lub dyszy gaźnika, strumień zaczyna rozpadać się pod wpływem oporu aerodynamicznego (z powodu różnicy prędkości powietrza i paliwa). Dokładność i jednorodność rozpylania zależą od prędkości powietrza w dyfuzorze, lepkości i napięcia powierzchniowego paliwa. Podczas uruchamiania silnika gaźnika w jego względnie niskiej temperaturze praktycznie nie występuje rozpylanie paliwa i do cylindrów wchodzi do 90 procent lub więcej paliwa w stanie ciekłym. W konsekwencji, w celu zapewnienia niezawodnego rozruchu konieczne jest znaczne zwiększenie dostarczania cyklicznego paliwa (doprowadzić wartość α do ≈ 0,1-0,2).
Proces natryskiwania fazy ciekłej paliwa również przepływa przez sekcję wlotową zaworu wlotowego i przy otwartej przepustnicy w szczelinie, którą tworzy.
Część kropelek paliwa porywane przez strumień powietrza i par paliwa nadal parować i część - osadza się w folii nie ma ścianki komory mieszania, do kolektora wlotowego i kanał w głowicy cylindra. Pod działaniem siły stycznej z interakcji z przepływem powietrza, film przesuwa się w kierunku cylindra. Ponieważ prędkości mieszanki paliwowo-powietrznej i kropelek paliwa różnią się nieznacznie (o 2-6 m / s), szybkość parowania kropel jest niska. Parowanie z powierzchni folii przebiega bardziej intensywnie. Aby przyspieszyć proces odparowania folii, rozgrzewany jest kolektor dolotowy w gaźniku i centralne silniki wtryskowe.
Różne opory gałęzi kolektora dolotowego i nierównomierne rozmieszczenie folii w tych gałęziach prowadzą do nierównomiernego składu mieszaniny wzdłuż cylindrów. Stopień nierówności w składzie mieszaniny może wynosić 15-17%.
Podczas odparowywania paliwa przebiega proces jego frakcjonowania. Frakcje lekkie najpierw odparowują, podczas gdy cięższe wchodzą do cylindra w fazie ciekłej. W wyniku nierównomiernego rozkładu fazy ciekłej w cylindrach może to być nie tylko mieszanina o różnym stosunku paliwo-powietrze, ale również paliwo o różnym składzie ułamkowym. W związku z tym liczby oktanowe paliwa w różnych butlach będą różne.
Jakość tworzenia mieszanki poprawia się wraz ze wzrostem prędkości n. Szczególnie zauważalny jest negatywny wpływ folii na działanie silnika w trybach przejściowych.
Nierówności składu mieszanki w silnikach z rozproszonym wtryskiem determinowane są głównie przez charakterystykę działania wtryskiwaczy. Stopień niejednorodności mieszaniny ± 1,5% w działającej na zewnątrz prędkości i ± 4%, na biegu jałowym z minimalną prędkością nh.h.min.
Podczas wstrzykiwania paliwa bezpośrednio do cylindra możliwe są dwa sposoby mieszania:
- w celu uzyskania jednorodnej mieszaniny;
Z warstwowaniem ładunku.
Wdrożenie tej drugiej metody tworzenia mieszanki wiąże się ze znacznymi trudnościami. Wdrożenie tej drugiej metody tworzenia mieszanki wiąże się ze znacznymi trudnościami.
W silnikach gazowych z zewnętrznym tworzeniem mieszanki paliwo jest wprowadzane do strumienia powietrza w stanie gazowym. Niska temperatura wrzenia, wysoka wartość współczynnika dyfuzji i przede wszystkim minimalny teoretycznie niezbędnej ilości powietrza dla silnika spalania wewnętrznego (na przykład benzyna - 58,6, metan - 9,52 (m3 powietrza) / (m3 paliwa) z uzyskaniem zasadniczo jednorodnego rozkładu mieszaniny palnej. mieszanka na cylindrach jest bardziej równa.
1.1 Tworzenie się mieszanki podczas nawęglania
Rozpylanie paliwa. Po wyrzuceniu strumienia rozpylacz gaźnika rozpoczyna swój rozkład. Pod wpływem oporu aerodynamicznego (prędkość powietrza jest znacznie większa niż prędkość paliwa), strumień rozpada się na folie i krople o różnych średnicach. Średnią średnicę kropel na wylocie z gaźnika można z grubsza uznać za równą 100 μm. Poprawienie aerozolu zwiększa całkowitą powierzchnię kropel i przyczynia się do ich szybszego parowania. Zwiększając prędkość przepływu powietrza w dyfuzorze i zmniejszając lepkość i współczynnik napięcia powierzchniowego paliwa, poprawia się rozdrobnienie i równomierność rozpylania. Na początku silnika gaźnika praktycznie nie występuje rozpylanie paliwa.
Tworzenie i ruch filmu paliwa. Pod wpływem przepływu powietrza i sił grawitacyjnych niektóre kropelki osadzają się na ściankach gaźnika i rurociągu wlotowym, tworząc warstwę paliwową. W udarności folii paliwa przylegania do ściany, siła ścinania od przepływu powietrza różnicy ciśnienia statycznego na obwodzie przekroju poprzecznego, jak i ciężkości i napięcia powierzchniowego. W wyniku działania tych sił, film nabiera złożonej trajektorii ruchu. Jego prędkość jest kilkadziesiąt razy mniejsza niż prędkość przepływu mieszaniny. Największa ilość folii powstaje w trybach pełnego obciążenia i niskiej prędkości, gdy prędkość powietrza i stopień rozdrobnienia paliwa są niewielkie. W tym przypadku ilość folii na wylocie rury wlotowej może osiągnąć nawet 25% całkowitego zużycia paliwa. Charakter stosunku stanów fizycznych palnej mieszaniny zależy zasadniczo od cech konstrukcyjnych układu zasilania paliwem.
Odparowanie paliwa. Paliwo odparowuje z powierzchni kropelek, a folia w stosunkowo niskich temperaturach. Kropelki znajdują się w układzie dolotowym silnika przez około 0,002-0,05 s. W tym czasie tylko najmniejszy z nich całkowicie wyparowuje. Niskie szybkości parowania kropel determinuje głównie molekularny mechanizm przenoszenia ciepła i masy, ponieważ w większości przypadków kropelki poruszają się z niewielkim strumieniem powietrza. W związku z tym, odparowanie kropel znacząco wpływa na gęstość liniową rozpylenia paliwa i temperatury początkowej, wpływ temperatury przepływu powietrza nieznacznie.
Folia paliwa jest intensywnie nadmuchiwana przez przepływ. W tym przypadku istotne znaczenie dla jego wymiany ciepła parowania ze ściankami ma drogę wlotową, więc kiedy centralny palnej wtryskowego i kanału wlotowego zwykle ogrzewany silnik płynu lub wyciąg chłodzenia. W zależności od kształtu ścieżki wlotowej i trybu pracy silnika i do gaźnika centralnej iniekcji w wylocie kanału wlotowego zawartości palnej mieszanki oparów paliwa może być 60-95%. Proces odparowywania paliwa trwa w cylindrze podczas skoków pobierania i kompresji. Na początku spalania paliwo praktycznie całkowicie wyparowuje.
Tak więc, w trybie rozruchu na zimno i do rozgrzewania, kiedy temperatura paliwa, powierzchnie wlotowe ścieżki powietrza i mały odparowanie benzyny jest minimalna, w trybie startowym jest prawie bez rozpylania, warunki mieszania są bardzo niekorzystne.
Nierówny skład mieszaniny wzdłuż cylindrów. Ze względu na nierównomierny opór gałęzi przewodu dolotowego napełnienie poszczególnych cylindrów powietrzem może się różnić (o 2-4%). Dystrybucja paliwa wzdłuż cylindrów silnika gaźnika może charakteryzować się znacznie większą nierównością, głównie z powodu nierównomiernego rozłożenia filmu. Oznacza to, że skład mieszaniny w cylindrach nie jest taki sam. Charakteryzuje się stopniem nierównomierności składu mieszaniny:
gdzie αi - współczynnik nadmiaru powietrza w i-tym cylindrze; α jest średnią wartością wskaźnika nadmiaru powietrza mieszanki przygotowanej przez gaźnik lub wtryskiwacz centralnego wtrysku.
Jeśli, Di\u003e 0, oznacza to, że w tym cylindrze mieszanina jest gorsza niż silnik jako całość. Wartość α najłatwiej określić na podstawie analizy składu gazów spalinowych opuszczających i-ty cylinder. Stopień niejednorodności mieszaniny w nieudanej wlotowej konstrukcji ścieżki może osiągnąć 20%, co poważnie utrudnia ekonomiczne, środowiskowych, liczność i inne działania silnika. Nierówny skład mieszaniny zależy również od trybu pracy silnika. Wraz ze wzrostem częstotliwości n wzrasta natryskiwanie i odparowywanie paliwa, a więc zmniejsza się nierównomierność składu mieszanki (ryc. 2a). Mieszanka jest również poprawiona, gdy obciążenie jest zmniejszone, co w szczególności wyraża się przez zmniejszenie stopnia nierównomierności w składzie mieszaniny (fig. 2b).
Podczas tworzenia mieszaniny dochodzi do frakcjonowania benzyny. W tym samym czasie lekkie frakcje (mają niższą liczbę oktanową) wyparowują najpierw, a w kroplach i filmie są średnio średnie i ciężkie. W wyniku nierównomiernego rozprowadzenia paliwa w fazie ciekłej cylindrów może być nie tylko w mieszaninie z inną a, ale również składu frakcyjnego paliwa (a tym samym jej liczby oktanowej), mogą być również nierówne. Dotyczy to również dystrybucji wzdłuż cylindrów dodatków do benzyny, w szczególności do antiknocka. Ze względu na te cechy tworzenia mieszanki mieszanina wchodzi do cylindrów silników gaźnika, zasadniczo różniących się składem, składem paliwa i liczbą oktanową.
Zmiana stopnia niejednorodności mieszaniny 1, 2, 3 i 4 walców, w zależności od prędkości obrotowej N (pełne przepustnicy) (A) i obciążenia (n = 2000 min-1) (b)
1.2 Mieszanina do centralnego i rozproszonego wtrysku paliwa
Wtrysk paliwa w porównaniu z gaźnikiem zapewnia:
1. Zwiększenie współczynnika wypełnienia na skutek zmniejszenia oporu aerodynamicznego układu dolotowego bez udziału gaźnika oraz wlotowy ogrzewania powietrza z powodu mniejszej długości w przewodzie dolotowym.
2. Bardziej równomierny rozkład paliwa wzdłuż cylindrów silnika. Różnica współczynnika nadmiaru powietrza w cylindrach podczas wtryskiwania paliwa wynosi 6-7%, a przy nawilżaniu 20-30%.
3. Możliwość poprawy współczynnika kompresji przez 0,5-2 jednostek w tej samej liczbie oktanowej paliwa w wyniku podgrzewania do świeżego ładunku mniejszy na wlocie, bardziej jednorodny rozkład paliwa w cylindrach.
4. Wzrost wskaźników energetycznych (Ni, Ne, itd.) O 3-25%.
5. Poprawione przyspieszenie silnika i łatwiejszy rozruch.
Rozważ procesy tworzenia mieszaniny w środkowym wtrysku podobne do przebiegu tych procesów w silniku gaźnika i zauważ główne różnice między tymi procesami.
Rozpylanie paliwa. Systemy z wtryskiem paliwa jest prowadzone pod zwiększonym ciśnieniem, jak zwykle, z przewodem wlotowym (wtrysk centralny) albo kanałów wlotowych w głowicy cylindrowej (rozprowadzany wstrzyknięcia) (Fig. 1B, C).
W przypadku układów centralnego i rozmieszczonych parametrach wtrysku, innych niż wymienione próbie rozpylania jest zależne od kształtu otworów ciśnienie wtrysku dyszę natryskową i natężenia przepływu paliwa w nich. W tych systemach, największe zastosowanie otrzymanych wtryskiwacza elektromagnetycznego, do którego paliwo jest dostarczane pod ciśnieniem 0,15¸0,4 MPa, który wytwarza kropelki o średniej średnicy 50400 mikronów, w zależności od rodzaju dyszy (atramentowych, kołek lub odśrodkowej). W przypadku gaźnika ta średnica wynosi do 500 μm.
Tworzenie i ruch filmu paliwa. Film liczba utworzona przez wtrysk benzyny zależy od miejsca montażu dysz, dysze w zakresie, w próbie rozpylania, a gdy rozłożone wtrysku w każdym cylindrze - od momentu jego uruchomienia. Praktyka pokazuje, że przy każdej metodzie organizowania wtrysku, masa filmu wynosi do 60 ... 80% całkowitej ilości dostarczonego paliwa.
Odparowanie paliwa. Zwłaszcza warstewka odparowuje z powierzchni zaworu wlotowego. Jednakże czas parowania jest niewielka, więc wstrzykiwany rozmieszczone na płycie zaworu wlotowego i przy pełnym otwarciu przepustnicy silnika przed wprowadzeniem do cylindra paruje dopiero 30-50% dawki cyklu paliwa.
Przy rozproszonym wtrysku na ściankach kanału wlotowego czas parowania wzrasta z powodu niskiej prędkości folii, a udział odparowanego paliwa wzrasta do 50-70%. Im wyższa prędkość obrotowa, tym krótszy jest czas parowania, a tym samym zmniejsza się także udział odparowanej benzyny.
Ogrzewanie kolektora dolotowego z rozproszonym wtryskiem nie jest wskazane, ponieważ nie może znacząco poprawić tworzenia mieszaniny.
Nierówny skład mieszaniny wzdłuż cylindrów. W silnikach z wtryskiem wielopunkt nierówny skład mieszaniny w butli jest zależne od jakości wykonania (identyczności) z dyszami i dawki wtryskiwanego paliwa. Zwykle, gdy rozprowadzanie jest rozprowadzane, nierównomierność składu mieszanki jest niska. Jego największą wartością są minimalne dawki cykliczne (w szczególności na biegu jałowym) i mogą osiągnąć wartość ± 4%. Gdy silnik pracuje przy pełnym obciążeniu, nierównomierność mieszanki nie przekracza ± 1,5%.
9. Wymogi dotyczące procesów tworzenia mieszanki w silnikach wysokoprężnych. Charakterystyka procesu i wtrysku w silnikach wysokoprężnych.
Mieszanina w silnikach wysokoprężnych wykonywana jest na końcu suwu sprężania i na początku cyklu rozprężania. Proces trwa przez krótki czas, co odpowiada 20-60 ° obrotowi wału korbowego. Ten proces w oleju napędowym ma następujące cechy:
- mieszanina odbywa się wewnątrz cylindra i jest wykonywana głównie podczas wtrysku paliwa;
- w porównaniu z silnikiem gaźnika czas tworzenia mieszanki jest kilkakrotnie mniejszy;
- Mieszanina palna, przygotowana w warunkach ograniczonego czasu, charakteryzuje się dużą niejednorodnością, tj. nierównomierny rozkład paliwa w objętości komory spalania. Wraz ze strefami o wysokim stężeniu paliwa (z małymi wartościami lokalnego (lokalnego) wskaźnika nadmiaru powietrza) występują strefy o niskim stężeniu paliwa (o dużych wartościach α). Ta okoliczność predeterminuje potrzebę spalania paliwa w cylindrach silników wysokoprężnych o stosunkowo dużym całkowitym współczynniku nadmiaru powietrza a\u003e 1,2.
Dlatego, w przeciwieństwie do silnika gaźnika, który ma palne granice palnej mieszaniny, α nie charakteryzuje warunków zapłonu paliwa w oleju napędowym. Zapłon w oleju napędowym jest praktycznie możliwy dla dowolnej wartości całkowitej α, ponieważ Skład mieszaniny w różnych strefach komory spalania (CS) zmienia się w szerokim zakresie. Od zera (na przykład w fazie ciekłej kropli paliwa) do nieskończoności ¾ poza kroplą, gdzie nie ma paliwa.
Mieszanina w silnikach wysokoprężnych, W silnikach wysokoprężnych przygotowanie palnej mieszanki odbywa się w cylindrze w krótkim okresie czasu od 0,003 do 0,005 sekundy. W tym czasie należy osiągnąć dobre rozpylenie, odparowanie i mieszanie oraz równomierny rozkład paliwa w komorze spalania.
Na paliwa do silników wysokoprężnych w trakcie eksploatacji nakładane są podobne wymagania, jak w przypadku benzyn. Można jednak od nich odróżnić szereg specyficznych wymagań, ze względu na specyfikę tworzenia mieszanki i zapłonu w silnikach wysokoprężnych. Wymagania takie są na ogół w następujący zachowanie płynności i specyficznym paliwem lepkości do najniższej możliwej temperaturze, aby zapewnić niezawodne zasilanie cylindrów silnika dobre formowanie i zapalności mieszanki paliwo na wtrysk do komory spalania.
Skład frakcyjny olejów napędowych jest wskaźnikiem ich zmienności. W silniku wysokoprężnym parowanie paliwa odbywa się w bardzo gorącym powietrzu. Dlatego pomimo zbyt krótkiego czasu na tworzenie mieszanki, większość paliwa ma czas na odparowanie i tworzy mieszaninę roboczą. Jednocześnie frakcje paliwa o bardzo niskich temperaturach destylacji nie są wysoce łatwopalne. Dlatego też olej napędowy powinien mieć optymalny skład frakcyjny, aby nie utrudniał parowania i nie pogarszał palności.
Aby robocza mieszanina rozprowadzała się równomiernie i szybko w całej komorze spalania, konieczna jest głęboka penetracja strumienia paliwa i jego drobne rozpylanie. Jednak drobno rozpylone paliwo wnika głębiej w sprężone powietrze komory spalania, dlatego konieczne jest zwiększenie ciśnienia wtrysku paliwa. Ponadto, po wtryśnięciu, paliwo musi dobrze mieszać się z powietrzem, co można osiągnąć przez zawirowania powietrza powstałe, gdy wejdzie on do cylindra i po ściśnięciu. Zgodnie z tym, różne sposoby tworzenia mieszaniny są stosowane w silnikach wysokoprężnych.
Różnica w sposobie tworzenia mieszaniny w silnikach diesla i gaźnika ma również wpływ na różne konstrukcje komór spalania. W silnikach wysokoprężnych kształt komory spalania zapewnia równomierne rozprowadzenie mieszaniny roboczej w komorze, a także wpływa na jakość mieszanki.
W przypadku a\u003e 1, mieszanina paliwa i powietrza nazywa się wyczerpaną, ponieważ więcej paliwa może w niej faktycznie palić. Takie mieszaniny są stosowane w silnikach Diesla w celu zapewnienia kompletności spalania paliwa. Ze względu na słabe tworzenie mieszanki w tych silnikach dla małych a (już przy a = 1,1 ... 1,2) niemożliwe jest zapewnienie całkowitego spalenia paliwa.
Rozwiązanie problemu znaleziono w prosty sposób. Aby wykluczyć samozapłon paliwa, najpierw w maszynie do termicznego rozładowywania silnika ściśnij niepalną mieszankę (mieszankę paliwowo-powietrzną) i powietrze. W procesie kompresji temperatura powietrza wzrasta iw pewnym momencie staje się większa niż temperatura samozapłonu paliwa, ale w maszynie ekspansyjnej paliwo nie jest jeszcze dostępne. W momencie, gdy tłok zbliża się do TDC, paliwo jest wtryskiwane do cylindra maszyny rozprężającej, która zapala się z wysoce ogrzanego powietrza. Aby wtłoczyć paliwo do cylindra maszyny rozszerzającej, jest on sprężany w specjalnej pompie. Ciśnienie paliwa w pompie musi przekraczać ciśnienie powietrza w cylindrze maszyny rozszerzającej, ponieważ tylko w tym przypadku paliwo wpłynie do cylindra. Gdy paliwo dostaje się do cylindra maszyny rozprężającej, jest natryskiwane specjalnym urządzeniem zwanym dyszą. Podczas rozpylania strumień paliwa jest rozdrabniany do najmniejszych cząstek. Im więcej cząsteczek, tym większy jest obszar ich kontaktu z powietrzem, który jest bardzo gorący po ściśnięciu. Szybkość ich parowania zależy od obszaru kontaktu cząstek z powietrzem. W celu szybkiego spalania paliwa należy go przekształcić w stan gazowy (opary) i szybko wymieszać z powietrzem. Tak więc w tym przypadku palna mieszanina jest przygotowywana wewnątrz cylindra maszyny rozprężającej, a więc takie silniki nazywane są silnikami spalinowymi lub wysokoprężnymi. W nich spalanie paliwa jest nieco wolniejsze niż w silnikach z zewnętrznym układem mieszanki (silniki benzynowe). Umożliwia to w pewnym przybliżeniu rozważenie cyklu takich silników jako zbliżonego do wyidealizowanego cyklu z mieszanym procesem dostarczania energii cieplnej do ciała roboczego.
10. Fazy procesu spalania w silnikach.
W normalnym procesie w silnikach z mieszaniny spalania z zapłonem iskrowym mogą być warunkowo dzieli się na trzy fazy pierwszej - pierwotnego, w którym małe palenisko do spalania powstałe między elektrodami świecy, to stopniowo przekształca się w rozwiniętym przedniej turbulentnego płomienia drugie - propagacji ognia fazą główną trzecie - fazę dopalanie mieszaniny. Nie jest możliwe narysowanie ostrej granicy między poszczególnymi fazami spalania, ponieważ zmiana charakteru procesu zachodzi stopniowo.
11. Przyczynia się spalanie detonacyjne i jego przyczyny.
Spalanie detonacyjne najczęściej występuje przy niewłaściwym wyborze benzyny do silników o wysokim stopniu sprężania. Podczas spalania detonacyjnego front płomienia rozprzestrzenia się szybko, osiągając 1500 ... 2000 m / s. Ponieważ komora spalania jest niewielka przestrzeń, elastyczne fali detonacji uderzy wielokrotnie i odbijają się od ściany komory spalania, co powoduje, że charakterystyka do metalowych detonacji stukanie. Odbijające fale uderzeniowe zakłócają normalny proces spalania, powodują wibracje części silnika, powodując znaczny wzrost zużycia. Gazy wydechowe uzyskują ciemny, czasami czarny kolor, tj. E. detonacja zwiększa niepełne spalanie paliwa.
12. Wpływ czynników operacyjnych i reżimowych na proces spalania w oleju napędowym.
) Czynniki wpływające na fazy procesu spalania
Czynniki wpływające na wszystkie fazy procesu spalania, a przede wszystkim na okres opóźnienia samozapłonu τ, można podzielić na fizykochemiczne, strukturalne i operacyjne.
Do czynniki fizykochemiczne obejmują właściwości fizyczne i skład chemiczny ciśnienia paliwa i temperatury powietrza doładowującego, stężenie tlenu, a pozostały gaz w komorze spalania paliwo w obecności katalizatorów w postaci dodatków uszlachetniających spalania. Właściwości fizykochemiczne paliwa znajdują swoje odzwierciedlenie w liczbie cetanowej. Im wyższa liczba cetanowa, tym wyższe stężenie tlenu i niższa zawartość gazów spalinowych, tym krótszy jest okres opóźnienia zapłonu samozapłonu. W obecności katalizatorów promujących spalanie, a także ciśnienia komory spalania powoduje wzrost temperatury i τ I jest zredukowana, co powoduje, że proces spalania jest „miękka” sztywność AP działa / Δφ i zmniejszenie P z maksimum ciśnienia.
Wśród głównych czynniki konstruktywneWpływanie na proces zapłonu i spalania to współczynnik kompresji ε, konstrukcję komory spalania, urządzenia wtryskowego paliwa projekt, materiał tłoka i charakteru jej chłodzenia.
Wzrost ε zwiększa ciśnienie Pc i temperaturę Tc na końcu kompresji, która zmniejsza wartość τi. Jednak, jak to omówiono wcześniej, wraz ze wzrostem P c, zwiększa się także P z, co zwiększa mechaniczne napięcie części silnika.
Spalanie konstrukcja komory i urządzenia do wtrysku paliwa, wpływa na jakość mieszania - rozdrobnienia i jednorodności rozpylenia paliwa jej parowania zwiększa równomierność mieszania cząstek paliwa i powietrza, przy objętości komory spalania, - określenie natężenia ciepła na okres opóźnienia paliwa i zapłonem τ i. Jakakolwiek poprawa jakości tworzenia mieszaniny prowadzi do zmniejszenia spadku τ Pi, ΔP / Δφ i zmniejszenia fazy IV (dopalanie).
W tym samym kierunku wpływa na obecność nieochłodzonych tłoków i okładzin na tłokach. W tłokach żeliwnych współczynnik przewodzenia ciepła jest niższy niż w przypadku aluminium; więc temperatura ich powierzchni jest wyższa. W dwusuwowych silnikach wysokoprężnych iw wymuszonym 4-suwowym mechanizmie należy jednak dbać nie o wzrost temperatury tłoka, ale o jego obniżanie. Tłoki są zwykle chłodzone olejem lub wodą, co zwiększa okres τ i.
Konstrukcja elementów wyposażenia paliwowego determinuje nie tylko jakość powstawania mieszanki, ale także kształtowanie mieszaniny - jakość spalania. Wielki wpływ na prawo w fazie spalania, czyni proces wtrysku paliwa - masa lub objętość dystrybucji dostarczanego paliwa w cylindrze w zależności od czasu (Q lub kąta obrotu wału korbowego (N), patrz poniższy rysunek ..). Inne rzeczy są równe, prawo wtrysku jest określone przez prędkość wtryskiwanego paliwa.
Zwykle dąży do wykonywania wtrysku wraz ze wzrostem prędkości, w celu zmniejszenia dynamiki trakcie cyklu P Z i Dp / Δφ, oraz bardziej skuteczne wykorzystanie powietrza doładowującego znajduje się na oddalonych „narożników”, w komorze spalania (ostatniej porcji paliwa mającego maksymalną prędkością aby zagłębić się w najbardziej odległe zakątki). Parametry dynamiczne cyklu będą tym mniejsze, im mniej ilość paliwa zostanie dostarczona w czasie τ i.
Wśród czynniki operacyjne można sklasyfikować przewód wyprzedzenia paliwa φ np. czas trwania wtrysku φn, aktualny stan techniczny wyposażenia paliwowego, zasilanie powietrzem i gaz-powietrze.
Kąt wyprzedzenia podawania paliwa φ np jest najbardziej elastycznym czynnikiem, który pozwala wpłynąć na charakter procesu spalania w warunkach pracy. Zbyt wcześnie zasilania wcześniej podczas wtrysku wykonuje się w niskiej temperaturze, ściśnięty w ładunku cylindra zwiększa τ i, co zwiększa P z, AP / Δφ (zob. Fig. Poniżej krzywa 1). Zbyt późno posuwu (krzywa 3) prowadzi do linii przesyłowej dla procesu spalania dopalania, wzrost ciśnienia i temperatury gazów spalinowych, co powoduje wzrost temperatury grupy cylindra i zmniejsza sprawność cieplną.
Wydłużenie czasu wtrysku paliwa φ n "w warunkach roboczych jest sposobem zwiększenia mocy silnika Diesla. Jeżeli wcześniejsze podawania konsekwentnie, a następnie zwiększając φ n względny czas trwania III-N-S, a drugie zwiększa fazy spalania, co zwiększa temperaturę gazów spalinowych podwyższa temperaturę ściany cylindra. Wydajność cieplną można zwiększyć, jeśli względny przyrost użytecznej mocy jest większy niż względny przyrost ciepła przenoszonego do źródła zimnego (odprowadzanego wraz z gazami spalinowymi).
Pogorszenie się stanu technicznego urządzeń paliwa ciał powietrza i drogę przepływu powietrza - zatykaniu dysz lub ogień rozpylacz zawiesić igłą dyszy rozwój otworów dyszowych, co oznacza wzrost oporu hydraulicznego ścieżki przepływu zmniejszenie wydajności i zdolności turbosprężarka - ostatecznie prowadzi do pogorszenia procesu spalania, przenoszenia spalanie na linii dopalania, zmniejszając sprawność cieplną i przegrzanie zespołu cylinder-tłok.
13. Zastosowanie wtrysku benzyny. Zasada dawkowania paliwa po wstrzyknięciu.
Mieszanka paliwowo-powietrzna (mieszanka telewizyjna) jest dostarczana z gaźnika do cylindrów silnika spalinowego (ICE) wzdłuż długich rur kolektora dolotowego. Długość tych rur do różnych cylindrów silnika nie jest taka sama, aw kolektorze istnieje nierównomierne nagrzewanie ścian, nawet w całkowicie rozgrzanym silniku.
Prowadzi to do tego, że z homogenicznej mieszanki telewizyjnej wytworzonej w gaźniku w różnych cylindrach ICE powstają różne ładunki paliwa i powietrza. W konsekwencji silnik nie daje obliczonej mocy, traci się moment obrotowy, zwiększa się zużycie paliwa i ilość szkodliwych substancji w spalinach. Zwalczanie tego zjawiska w silnikach gaźników jest bardzo trudne. Należy również zauważyć, że nowoczesny gaźnik działa na zasadzie atomizacji, w której rozpylanie benzyny następuje w strumieniu powietrza zasysanego do cylindrów.
Jednocześnie powstają wystarczająco duże krople paliwa, co nie zapewnia jakościowego mieszania benzyny i powietrza. Słabe mieszanie i duże kropelki ułatwiają osadzanie się benzyny na ściankach kolektora dolotowego i na ściankach cylindrów podczas przyjmowania mieszaniny TV. Jednak zmuszeni rozpylania benzyny pod ciśnieniem przez kalibrowanej dyszy wtryskiwacza paliwa do cząstek mogą być znacznie mniejszy w stosunku do rozpylania paliwa podczas rozdrabniania. Szczególnie skutecznie benzyna jest natryskiwana wąską wiązką pod wysokim ciśnieniem.
Stwierdzono, że podczas rozpylania paliwa na cząstki o średnicy mniejszej niż 15 ... 20 mikronów jej mieszanie z tlenem zawartym w powietrzu, nie jest w postaci cząstek wagowe i na poziomie molekularnym. Dzięki temu miksowanie telewizora jest bardziej odporne na zmiany temperatury i ciśnienia w cylindrze i długich rurach kolektora dolotowego, co przyczynia się do jego pełniejszego spalania. Zatem zrodził się pomysł zastąpienie mechanicznego bezwładności dysze natryskowe gaźnika centralny inertialess dyszy wtryskowej (FVC), który otwiera się przez z góry określony czas za pomocą impulsu elektrycznego od urządzenia sterującego automatyką elektronicznego.
W tym przypadku, oprócz atomizacji jakościowego i efektywnego mieszania paliwa z powietrzem, to jest łatwe do uzyskania większej dokładności dawkowania w mieszaninach TV we wszystkich możliwych trybach lodu. Tak więc, ze względu na zastosowanie układu wtrysku paliwa z wtryskiem benzyny, silniki nowoczesnych samochodów nie mają wyżej wymienionych wad związanych z silnikami gaźnika, i. E. są bardziej ekonomiczne, mają wyższą moc właściwą, utrzymują stały moment obrotowy w szerokim zakresie prędkości obrotowych, a emisja szkodliwych substancji do atmosfery przy spalinach jest minimalna.
Systemy wtrysku paliwa
Common Rail Injection System
Układ wtrysku Common Rail to nowoczesny układ wtrysku paliwa do silników Diesla.
Działanie systemu szynowego Komon polega na dostarczaniu paliwa do wtryskiwaczy ze wspólnego wysokociśnieniowego akumulatora - szyny paliwowej. Układ wtryskowy został opracowany przez specjalistów firmy Bosch.