0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Влияние воды на работу дизельного двигателя

Влияние воды на работу дизельного двигателя

ВЛИЯНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ И КОНСТРУКТИВНЫХ ФАКТОРОВ НА РАБОТУ ДИЗЕЛЯ

Ранее указывалось, что одним из важнейших параметров рабочего процесса транспортного дизеля является период запаздывания самовоспламенения, от которого в значительной степени зависит характер процесса сгорания топлива. Последний оказывает влияние на характер нарастания давления по углу по ворота коленчатого вала, а также на величины максимального и среднего индикаторного давлений. Таким образом, запаздыва ние самовоспламенения влияет на динамику и экономичность рабочего процесса.

Продолжительность запаздывания самовоспламенения зависит от ряда факторов, которые связаны с величиной скорости физико-химических процессов, происходящих с топливом от начала подачи до начала сгорания. К числу таких факторов относятся: химический состав топлива, начальные условия на впуске, начало впрыска, состав смеси, нагрузка и число оборотов, конструктивные факторы.

ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ТОПЛИВА

В дизелях воспламенение рабочей смеси связано с температурой самовоспламенения топлива, которая, при прочих равных условиях, зависит от химического состава топлива . Химический состав топлива оказывает весьма существенное влияние на продолжительность периода запаздывания самовоспламенения. Замечено, что чем больше в топливе содержится парафиновых углеводо родов с нормальным строением, тем меньше период запаздывания самовоспламенения. Наоборот, чем больше ароматических углеводородов , тем больше период запаздывания. Нафтеновые угле водороды занимают в этом отношении промежуточное положение между парафиновыми и ароматическими.

Связь между химическим составом смеси и запаздыванием самовоспламенения очевидна. Таким образом, если известно запаздывание самовоспламенения топлива, то не трудно определить его цетеновое число, показывающее процентное содержание цетена всмеси с а-метилнафталином, которая по призна ку задержки самовоспламе нения равноценна испытуемому топливу. Дизельные сорта топлив при оценке по признаку воспламенения пол ностью охватываются цете новой шкалой.

ВЛИЯНИЕ НАЧАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ НА ВПУСКЕ

Начальными условиями на впуске являются: давление и тем пература воздуха, поступающего в цилиндр двигателя, а также концентрация кислорода в воздухе. Изменение давления и температуры связано с наддувом и дросселированием, а так же с изменением состояния окружающей атмосфе ры; концентрация кислорода — с содержанием водяных паров и инертных газов в воздухе. Увеличение давления среды, куда впрыскивается топливо, резко снижает температуру самовоспла менения, поэтому изменение давления на впуске, а следовательно и в конце сжатия, отражается на периоде запаздывания самовос пламенения.

Повышение давления на впуске, а равно и в конце сжатия увеличивает плотность воздуха, в результате улучшается теплообмен между воздухом и топливом и повышается концентрация кис лорода, способствующая быстрейшему окислению топлива. Это приводит к снижению запаздывания самовоспламенения и более плавному развитию процесса сгорания топлива, характеризуемого снижением степени повышения давления λ . Несмотря на то, что при повышении давления на впуске максимальное давление сгорания возрастает, отношение максимального давления рг к среднему индикаторному давлению Pi, как показывают опыты, понижается, обусловливая снижение

степени неравномерности крутящего момента.

При уменьшении давления на впуске (дросселирова нием) давление конца сжатия и концентрация кислорода умень шаются. Уменьшение концентрации кислорода вызывается еще и тем обстоятельством, что относительное содержание остаточ ных газов увеличивается. Поэтому имеются все предпосылки к увеличению периода запаздывания самовоспламенения.

При исследовании вопроса влияния давления на впуске на продолжительность запаздывания самовоспламенения не учитыва лось изменение температуры воздуха в конце сжатия, которое также оказывает влияние.

Опытами установлено, что примесь паров воды к воздуху тормозит реакции, предшест вующие самовоспламенению, и реакции сгорания топлива . Введение водяных паров в камеру сгорания может оказать отрицательное действие на рабочий процесс быстроходного дизеля. Наблюдаемое иногда на практике повышение мощности и снижение расхода топлива при добавлении паров воды во впускной трубопровод объясняется неудачной конструкцией двигателя, в котором имеются ненормально горячие поверхности, и сгорание протекает с копотью и нагаро-образованием.

ВЛИЯНИЕ НАЧАЛА ВПРЫСКА ТОПЛИВА

В двигателе параметры теплового процесса связаны по вре мени с движением поршня и зависят прежде всего от скорости и своевременности сгорания топлива. Момент начала впрыска топлива в дизель оказывает значительное влияние на период запаздывания самовоспламенения и тем самым на пара метры рабочего процесса: скорость нарастания давления, максимальное давление сгорания, полноту и продолжительность сгорания и, следовательно, на мощность и экономичность двигателя.

Из результатов испытаний видно , что абсолютная величина наивыгоднейшего угла опере жения впрыска для каждой камеры сгорания различна. Одина ковое максимальное давление устанавливается при разных углах опережения впрыска, которым соответствует разная продолжи тельность задержки самовоспламенения и разные средние индика торные давления. В данном случае наивыгоднейшей по эконо мичности процесса является камера сго рания с вихреобразованием.

Двигатели с вихревой камерой ме нее чувствительны к углу опережения впрыска, чем двигатели с непосредствен ным распиливанием топлива. Таким образом, абсолютное значение наивыгоднейшего угла опережения впрыска зависит от ряда факторов, в том числе от способа смесеобразова ния и начальных условий на впуске.

ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ФАКТОРОВ

Основными конструктивными факто рами, влияющими на мощность двигателя, являются: степень сжатия, конструкция камеры сгорания, материал поршня, а также качество рас пыливания и продолжительность пода чи топлива.

Влияние степени сжатия
Увеличение степени сжатия повышает начало впрыска давление и температуру к концу сжатия. Это приводит к увеличению концентрации кислорода и улучшению

теплообмена между впрыснутым топливом и воздухом. Таким путем сокращается период подготовки топлива к воспла менению, что выгодно отражается на протекании рабочего процесса.

С увеличением степени сжатия значительно сокращается период запаздывания самовоспламенения, снижается скорость нарастания давления, работа двигателя

становится более плавной. Максимальное да вление сгорания возрастает; удельный индикаторный расход топлива уменьшается, поскольку повышается среднее индика торное давление, вызывающее увеличение индикаторного к. п. д. Пусковые качества двигателя улучшаются. Влияния свойств топлив, в смысле продолжительности задержки самовос пламенения, с увеличением ε значительно сглаживаются.

При выборе степени сжатия, стремясь получить высокое сред нее эффективное давление и хорошую экономичность, прихо дится считаться с величиной максимального давления сгорания и чувствительностью двигателя к опережению впрыска. Особенно чувствительны к углу опережения впрыска двигатели с повы шенной степенью сжатия, работающие с неразделенной камерой сгорания; двигатели с вихревыми камерами в этом отношении менее чувствительны. В двигателе с небольшой степенью сжатия путем увеличения угла опережения впрыска можно получить высокое среднее эффективное давление, но при этом наблюдается увеличение периода задержки самовоспламенения, что создает жесткую работу двигателя со стуками и вибрацией.

Влияние конструкции камеры сгорания

Многочисленные конструктивные изыскания наивыгоднейшей формы камеры сгорания связаны с вопросом получения высокого среднего эффективного давления и минимального удельного эффективного расхода топлива при умеренном максимальном давлении сгорания.

Вихревое движение воздуха способствует улучшению теплообмена, сокращает запаздывание самовоспламенения. В то же время с увеличением вихревого отношения скорость нарастания давления и максимальное давление сгорания увеличиваются. Соответственно возрастает среднее эффективное давление; удельный эффективный расход топлива уменьшается.

Вихревое отношение зна чительно влияет на закон сгорания топлива. На процесс смесе образования эффективное влияние оказывает вихреобразование в конце хода сжатия.

Снижение температуры отработавших газов с увеличением вихревого отношения при постоянной подаче и угле опережения впрыска указывает на равномерное распределение топлива по сечению камеры, на полноту и своевременность сгорания большей части топлива при положении поршня в в. м. т. Сочетание вихревого движения с подогревом воздуха после впуска благоприятно отражается на работе двигателя.

Влияние материала поршня

Горячие поверхности камеры сгорания сокращают период задержки самовоспламенения. Температура чугунного поршня выше температуры поршня из алюминиевого сплава вследствие меньшей теплопроводности чугуна, что способствует уменьшению периода задержки самовоспламенения.

Для двигателей с чугунным и алюминиевым поршнями, при наивыгоднейших углах опережения впрыска, посто янной нагрузке и числе оборотов удельные индикаторные расходы топлива оказались одинаковыми. В случае работы двигателя с чугунным поршнем процесс сгорания развивался более плавно (максимальное давление ниже на 6—8 кг/см 2 , умень шился наивыгоднейший угол опережения впрыска на 6—8 0 угла поворота коленчатого вала, что выгодно отразилось на процессе сгорания и на виде индикаторной диаграммы. Опыты показывают, что при одном и том же максимальном давлении сгорания среднее индикаторное давление при чугунном поршне при близительно на 1,5 кг/см 2 больше, чем при алюминиевом.

Влияние мелкости распыливания и продолжительности подачи топлива

Мелкость распыливания заметно влияет на время сгорания поскольку мелкие капли топлива, перемешиваясь с воздухом равномерно распределяются по объему камеры сгорания и образуют более однородную смесь. Одной из причин увеличения угла опережения впрыска у двигателей с неразделенными камерами сгорания по сравнение с двигателями других конструкций являются образование неоднородной смеси по объему камеры и начало дымления при боль шем коэффициенте избытка воздуха. Мелкое распиливание ско рее приводит к гомогенной реакции топлива с воздухом, так как скорость испарения топлива при данном давлении и температуре зависит, главным образом, от размеров капли и ее скорости относительно воздуха. Наконец, мелкораспыленное топливо менее склонно к нагарообразованию. Опытами установлено, что давле ние распиливания практически не влияет на период запаздыва ния самовоспламенения, но мелкость распиливания связана с да влением распиливания.

Читать еще:  Двигатель x25xe какое масло залить

Влияние вихревого движения воздуха в цилиндре, создаваемое за счет тангенциального выхода из продувочных окон, подогрев воздуха от днища чугунного поршня и высокое давление распыливания приводят к углу опережения впрыска, равному 12,5°, что для двигателей с неразделенной камерой встречается редко.

Продолжительность впрыска топлива сильно сказывается на процессе сгорания и параметрах рабочего процесса. Изменяя продолжительность впрыска, можно получить разные индикаторные диаграммы при одной и той же подаче топлива на цикл Продолжительность подачи определяется по углу поворота коленчатого вала и зависит от профиля кулачка топливного насоса, диаметра плунжера, длины и диаметра топливного трубопровода, конструкции и регулировки форсунки. Подачу топлива можно охарактеризовать двумя способами, взяв за основу или количество топлива в граммах, впрыскиваемого через форсунку, на каждый градус поворота вала насоса, или суммарное количество топлива, поступившее в цилиндр от начала впрыска до рассматриваемого момента. Первый способ характеризует подачу топлива насосом в каждый момент времени; второй — суммарный закон подачи топлива в цилиндр за текущее время. Для выяснения вопроса, как влияет закон подачи по времени на работу двигателя, удобнее принять второй способ.

На рисунке представлены две индикаторные диа граммы двигателя при постоянном числе оборотов, постоянной п одаче топлива на цикл, но с разной продолжительностью впрыска.

Продолжительность впрыска, а равно количество впрыскиваемого топлива не влияют на период запаздывания самовос пламенения, поэтому период запаздывания самовоспламенения τ s , для первого и второго случаев впрыска остается постоянным, ко личество же топлива, вступающего в реакцию сгорания по углу поворота коленчатого вала, различно. Работе двигателя с растя нутым впрыском соответствует нижняя кривая подачи 1. Работе с сокращенным впрыском соответствует верхняя кривая подачи 2; в этом случае поступает большее количество топлива. Следовательно, при сокращенном впрыске после воспламенения большее количество топлива вступает в реакцию сгорания, выделяется большее количество теплоты, величины скорости нарастания давления и максимального давления сгорания возрастают Растянутый по времени впрыск не только снижает величину скорости нарастания давления и

максимальное давление сгорания, но приводит к догоранию по линии расшире ния, площадь индикаторной диаграммы уменьшается, индикатор ный к. п. д. снижается. Сокращение продолжительности впрыска при одной и той же подаче топлива уменьшает величину наивы годнейшего угла опережения впрыска. При изменении подачи топлива на цикл приходится изменять угол опережения впрыска Так, например, с уменьшением подачи, что соответствует частичным нагрузкам двигателя, условия подготовки топлива ухудшаются, поэтому угол опережения впрыска увеличивают. Устранить необходимость изменения угла опережения впрыска можно за счет закона подачи, подобрав конструкцию насоса так, чтобы с изменением подачи менялось начало впрыска. Последнее более вы годно с точки зрения подготовки топлива к воспламенению.

Влияние закона подачи то плива на вид индикаторной диаграммы дизеля.

О влиянии сажи на работу двигателя внутреннего сгорания

Таким образом, современные требования к работе дизельных двигателей и их надежности ставят задачу измерения как концентрации сажи, так и ее дисперсности.

Установлено, что сажа в дизельном масле содержит от 80 до 95 мас.% углерода. Исследования с помощью электронного микроскопа частиц сажи, выделенных из дизельного масла, показали, что исходный (до агломерации) размер частиц составляет 30–50 нм. Содержание сажи в дизельных двигателях может доходить до 7%.

Вследствие малого размера частиц сажи в масле дизельное работавшее масло можно рассматривать как коллоидную систему. Коагуляция частиц сажи происходит под действием ван-дер-ваальсовых сил притяжения между частицами при достаточном их сближении. При высоких концентрациях сажи в моторном масле двигателю наносится огромный вред. Для создания адсорбционного слоя ограничивающего силы взаимного притяжения между частицами сажи в моторном масле используются моюще-диспергирующие присадки, молекулы которых состоят из короткой реакционноспособной группы атомов и длинной углеводородной цепочки.

Для того чтобы при сгорании дизельного топлива не образовывалась сажа, необходимо обеспечить такие условия и температуру в двигателе, чтобы сажа не образовывалась при сгорании топлива. Но при высокой температуре в камере сгорания окисляется азот, содержащийся в воздухе. Образовавшиеся окислы азота, взаимодействуя с водой, образуют азотную кислоту, выбрасываемую в атмосферу, которая наносит не меньший вред окружающей среде. Исследователи нашли, казалось бы, очень хорошее решение – окислы азота нейтрализовывать непосредственно в системе выхлопа автомобиля мочевиной, а сажу улавливать сажевыми фильтрами. Но при этом моторное масло стало насыщаться сажей. На рис. 1 и 2 показаны зависимость износа в узле трения «обойма – ролик» от содержания сажи в моторном масле при различных температурах. Установлено, что износ узла трения возрастает в 7 раз при подъеме температуры с 25 до 100° С в присутствии 5% сажи в моторном масле.

Рис.1 Рис.2

Учитывая актуальность проблемы с сажей, исследователями и инженерами выполнены различные тесты, включая реальные двигатели внутреннего сгорания, чтобы понять, при каком содержании частиц сажи увеличивается износ деталей, и что более важно – сами механизмы этого износа. Доминирующими механизмами износа были абразивное истирание и масляное голодание, которое происходит при очень высоких уровнях загрязнения сажей и может привести к отказу двигателя, так как узлы трения в конечном итоге окажутся без смазки. Установлено, что наиболее уязвимы клапанный механизм и турбина, ввиду тонкой масляной пленки и интенсивного движения в зоне контакта, так как масляная пленка тоньше, чем диаметр частиц сажи, содержащихся в масле. Компания Lubrizol (США) оценила влияние различных концентраций сажи на износ деталей. Исследования износа роликового толкателя двигателя показали, что увеличение содержания сажи незначительно влияет на интенсивность изнашивания, пока сохраняется высокая дисперсность частиц. Установлено, что интенсивность изнашивания толкателя в большей степени определяется дисперсностью сажи.

Установлено также, что в богатой топливом смеси при высоких нагрузках в условиях работающего двигателя резко возрастает содержание частиц сажи размером примерно 40 нм, которая попадает в моторное масло. Циркулирующие в масляной системе частицы сажи слипаются, образуя сгустки, увеличиваясь до 200 нм. Рециркулирующие отработавшие газы также способствуют увеличению размеров частиц сажи в масле. Установлено, что повышенное образование сажи вызвано следующими причинами: неполным сгоранием топлива из-за низкой компрессии и плохого распыла топлива из-за неисправных форсунок; высокого соотношения «топливо : воздух» из-за неправильной регулировки и закупорка воздушного фильтра; холодного воздуха зимой; перегрузки двигателя; длительной работы двигателя на холостом ходу и при малой нагрузке.

Выявлены проблемы, связанные с загрязнением моторного масла сажей, а именно: у дизельных двигателей с низким уровнем выбросов более высокое давление впрыска, поэтому они чувствительны к абразивному износу частицами сажи из-за трения между клапаном, валом и опорой оси, которое может привести к заклиниванию клапана. Новые устройства рециркуляции отработавших газов на дизельных двигателях увеличивают количество образования сажи и ее абразивность.

Из-за наличия моющих и диспергирующих присадок моторное масло загустевает быстро, что осложняет запуск двигателя в зимнее время, а узлы трения при этом испытывают масляное голодание. Кроме того:

– сажа и шлам в двигателях оседают и накапливаются в определенных зонах, которые являются зонами риска с точки зрения надежности двигателя, включая клапанные коробки, крышки клапанов, маслосборники и головки блока цилиндров;

– отложения на поверхностях двигателя снижают коэффициент полноты сгорания и экономию топлива и масла; сажа стирает защитные износоустойчивые масляные пленки в пограничных зонах, таких как зоны кулачкового упора и толкателя клапана;

– выброс сажи и шлама за кольцами поршней в бороздках может вызывать быстрый износ колец и стенок цилиндров, из-за чего могут быть сломаны или значительно повреждены кольца в условиях холодного запуска двигателя.

Читать еще:  Двигатель z22yh какое масло лить

Особенно уязвимы сажей турбины двигателя с изменяемой геометрией, чувствительные к высоким температурам [2]. Несгоревшее топливо, сажа, прочие несгоревшие частицы, а также пары моторного масла при попадании в турбину откладываются на ее поверхностях, что негативно влияет на балансировку турбины, а также ухудшает аэродинамические параметры крыльчаток. На рис. 4 показаны детали тубины, покрытые сажей и нагаром. Проблемы усугубляются в дизельных двигателях, оснащеных сажевым фильтром. Когда забит сажевый фильтр, то это может увеличить давление выхлопных газов, поступающих в турбину. В результате вал турбины получает повышенную нагрузку, что в итоге может привести к повреждению турбины. Что касается забитого катализатора и, конечно, сажевого фильтра, то их действие сказывается не столько на механизме изменения «геометрии», сколько на самой турбине. Из-за затруднений со свободным выходом из турбины в выхлопную систему отработавшие газы оказывают давление на турбинное колесо, что ведет к появлению продольного люфта ротора турбины.

Рис.3 Рис.4

Необходимо отметить, что на турбину большое влияние оказывает стиль вождения, условия эксплуатации автомобиля, качество моторного масла и дизельного топлива. Например, если вы используете дизельный автомобиль преимущественно в городе, то сажевый фильтр может быстро выйти из строя из-за недостаточной температуры выхлопных газов. Также не рекомендуется эксплуатировать дизельные автомобили без нагрузки.

В силу того что ротор турбокомпрессора вращается с частотой, в 30 раз превышающей скорость двигателя, и достигает 240 тыс. оборотов за одну минуту при температуре в 950° C, подшипники турбинного колеса испытывают на себе колоссальную нагрузку. Неравномерная подача моторного масла в турбину приводит к повреждениям подшипников, поэтому крайне важно следить за уровнем масла и состоянием масляных каналов, периодически проверяя их на наличие засоров. Чистые каналы и масло соответствующего качества – залог долгой службы турбины. На практике определить возникшие проб­лемы можно по изменению динамики, дыму в выхлопных газах или повышенному расходу масла и топлива. В настоящее время в исследовательских лабораториях для измерения концентрации частиц сажи используются термогравиметрический и инфракрасный анализ, метод осаждения, бумажная хроматография, фотонная корреляционная спектроскопия, электрические методы [3]. Присутствие сажи в масле в большой степени изменяет его электрические свойства (проводимость и ди­электрическую проницаемость). На этом принципе построен анализатор нефтепродуктов. Влияние содержания сажи на диэлектрическую проницаемость моторного масла показано на рис. 3. На рис. 5 приведена фотография анализатора нефтепродуктов, который определяет содержание сажи в моторном масле. С увеличением содержания сажи диэлектрическая проницаемость моторного масла увеличивается (рис. 3).

Загрязнение сажей моторного масла можно уменьшить, устранив причины ее поступления, связанные с неполнотой сгорания топлива, прорывом отработавших газов в картер. Если сажа попала в моторное масло, то удалить ее невозможно. Из зарубежной печати известно, что сажу удаляют использованием перепускных фильтров малого расхода и центрифуг-сепараторов.

Литература

1. Фитч Дж., Тройер Д. Анализ масел. Основы и применение. СПб.: ООО «ИПК БИОНТ», 2015. 166 с.

3. Нигматуллин В. Р., Ниг­матул­лин И. Р. Диагностика ДВС по анализу моторного масла. УФА: Уфимский полиграфкомбинат, 2011. 300 с.

Виль Нигматуллин, заведующий кафедрой УГНТУ, канд. техн. наук, доцент

Влияние воды на работу дизельного двигателя

Влияние износа на процесс топливоподачи судовых дизелей

Во время эксплуатации топливной аппаратуры происходит непрерывный износ ее деталей, в результате чего увеличиваются диаметральные зазоры в распылителе форсунки и плунжерной паре ТНВД. Однако, отбраковка указанных прецизионных пар из-за потери гидроплотности должна проводиться только тогда, когда топливная аппаратура не обеспечивает нормальную работу дизеля хотя бы на одном из эксплуатационных режимов, включая холостой ход и режим пуска.

Предельно допустимый диаметральный зазор в распылителе во время эксплуатации дизеля 5И = б-12 мкм для топливной системы высокого давления без разгрузки топливопровода от остаточного давления р^ и 5И = 8_15 мкм для систем с рт = 0. Предельно допустимый зазор в плунжерной паре 5и = 5

20 мкм. Большие значения соответствуют СОД и МОД с высокой цилиндровой мощностью, а малые — ВОД. При указанных зазорах после регулировки дизеля обеспечиваются заданные параметры впрыскивания топлива и рабочего процесса дизеля, а также нормальная его работа. При этом снижение цикловой подачи топлива, вызванное падением давления рт, компенсируется увеличением геометрически активного хода плунжера ТНВД. Допустимая неравномерность цикловой подачи топлива по насосам многоцилиндрового дизеля и заданное значение угла начала впрыскивания (с погрешностью ±0,5) обеспечиваются, если максимальное отклонение зазора 5И распылителей различных форсунок, установленных на дизеле, не превышает 3-4 мкм, а зазора 5П = 4

Проверка работоспособности и надежности распылителей с большими диаметральными зазорами показала, что возможно возрастание ресурса распылителей, которое обусловлено:

улучшением охлаждения распылителя топливом, протекающим через зазор;

лучшим центрированием иглы (из-за гидравлического клина в зазоре), что уменьшает разбивание запирающих конусов иглы и корпуса распылителя;

устранением зависания иглы в распылителе, так как механические частицы свободно проходят через зазор распылителя.

Распылители и плунжерные пары с увеличенными диаметральными зазорами можно использовать только для топливных систем высокого давления, в которых обеспечен надежный отвод утечек из форсунки и ТНВД. Утечки топлива из форсунок наиболее целесообразно отводить в

расходную цистерну или во всасывающую магистраль топливоподкачивающего насоса. Конструктивные решения по устранению попадания утечек топлива через плунжерную пару в картер топливного насоса или дизеля показаны на примерах ТНВД различных дизелей (см. гл. 3). Если с целью упрощения конструкции топливного насоса или по каким-либо другим причинам не будет гарантии надежного отвода утечек топлива из плунжерной пары, то предельное значение зазора 5П следует определять не по изменению параметров рабочего процесса дизеля, а по скорости, с которой топливо разжижает масло в картере.

Причины дефектов пружин топливовпрыскивающей аппаратуры судовых дизелей

С повышением степени форсировки современных дизелей существенно ухудшились условия работы пружин топливовпрыскивающей аппаратуры: возросли ограничения по установочным габаритным размерам пружин топливных насосов высокого давления и форсунок, увеличились скорости приложения нагрузки. В конечном итоге указанные факторы обусловили более высокие статические и динамические нагрузки пружин и снижение надежности их работы.

Основными дефектами в работе пружин, как известно, являются их поломки и нестабильность упругих характеристик, приводящие, например, к изменению установленного давления открытия иглы распылителя или давления открытия нагнетательного клапана. Разработка мероприятий по повышению надежности работы пружин требует более детального изучения условий их работы.

Для пружин топливовпрыскивающей аппаратуры преобладающей является динамическая нагрузка, при которой максимальные напряжения и деформации существенно отличаются от статической нагрузки. На рис. 4.25 приведены совмещенные осциллограммы подъема иглы hu,

давления топлива рф у форсунки и усилие р^р на неподвижном торце пружины опытной форсунки для дизелей, типа ЧН26/34. Изменение характера колебаний в пружине в основном связано с фазами движения иглы распылителя. До начала очередного цикла впрыска топлива на всех режимах колебания, усилия в пружине полностью затухают. Время приложения импульса силы к пружине при подъеме иглы и амплитуда импульса зависят от характера протекания процесса впрыска. При относительно равномерном подъеме иглы распылителя, максимальная амплитуда усилия на верхнем торце пружины, возникает на первой волне и динамическая сила для этих режимов в 3

4 раза больше статической. Если подъем иглы носит ступенчатый характер, то имеет место наложение волн усилий в период подъема иглы, и возможна работа пружины в режиме резонанса приложения импульса силы. Предварительный небольшой подъем иглы распылителя вызвал колебание усилий на торце пружины с максимальной амплитудой до 150 Н. Следующий основной импульс от подъема иглы совпадает по фазе с волнами в пружине от предыдущего импульса, что вызывает увеличение максимальной динамической силы до 700 Н.

Анализ осциллограмм во всем поле рабочих режимов показывает, что если предварительный подъем иглы распылителя имеет частотную характеристику, не совпадающую со временем приложения последующего импульса силы при подъеме иглы, то амплитуда динамической силы увеличивается обычно в 2

4 раза по сравнению со статической. На частичных режимах работы топливовпрыскивающей аппаратуры, если игла

поднимается до упора, максимальная амплитуда динамической силы такая же, как и в зоне номинальных нагрузок.

Импульс силы, прикладываемый к пружине, в основном определяется скоростью и характером подъема иглы распылителя. С уменьшением частоты вращения кулачкового вала наблюдается уменьшение динамической силы на пружину во время подъема иглы распылителя, что связано с уменьшением давления впрыска и скорости подъема иглы распылителя.

Читать еще:  Вентилятор с реверсивным двигателем что это такое

Таким образом, можно констатировать, что пружины форсунок работают с максимальной нагрузкой в относительно широком диапазоне режима работы топливовпрыскивающей аппаратуры, охватывая зону от номинальных до частичных режимов, при которых игла распылителя поднимается до упора. В этом диапазоне, как показывает опыт, часто имеет место дробный подъем иглы распылителя и, следовательно, возможна передача импульса силы к пружине в режиме резонанса, приводящая к резкому возрастанию амплитуды волны усилия по виткам пружины.

За период нахождения иглы на упоре во всей зоне рабочих режимов работы топливовпрыскивающей аппаратуры колебания в пружине полностью не затухают. Поэтому импульс силы, передающейся пружине от удара иглы о седло в момент посадки, может также по фазе совпадать с остаточными колебаниями в пружине и в режиме резонанса значительно увеличивать амплитуду волны динамического усилия. При посадке иглы распылителя амплитуда волны динамического усилия примерно равна амплитуде волны при подъеме иглы, хотя статическая нагруженность пружины уменьшилась. Данное обстоятельство, наряду с другими факторами, может быть объяснено наличием резонанса остаточных колебаний с дополнительными колебаниями, возникающими от удара иглы о седло корпуса распылителя.

Для приведенного режима, разгрузка пружины примерно равна 150

Н. При затяге пружины форсунки на 1600 Н, это вызовет периодическое уменьшение давления открытия иглы на 10%. Уменьшение разгруженнос-ти пружины зависит от скорости посадки иглы распылителя. Если игла опускается на седло относительно плавно, то имеет место небольшое колебание волн усилий в пружине в этот период. При резкой посадке иглы распылителя, в частности, когда движение иглы не управляется давлением топлива, разгрузка пружины динамической силой доходит до 300 Н и может уменьшить давление открытия иглы в отдельные моменты до 20%. Этим, видимо, можно объяснить имеющиеся часто на отдельных режимах работы топливовпрыскивающей аппаратуры дополнительные подъемы иглы при давлениях меньших, чем давление открытия иглы. В этом случае максимальные пики колебания давления топлива в распылителе могут совпадать с моментом подхода волны разгрузки пружины, создавая возможность дополнительного подскока иглы распылителя при давлениях меньших, чем установленное давление открытия иглы распылителя.

Пружины топливных насосов высокого давления из-за колебания витков при работе испытывают значительные динамические нагрузки. Резкое

возрастание амплитуды и уровня нагруженности пружины непосредственно связано с резонансными явлениями в работе пружин. Для снижения динамической нагруженности и повышения надежности пружин целесообразно исключить, главным образом, возможность резонанса с высокоамплитудными гармониками кривой движения плунжера. Для пружин топливных насосов дизелей с относительно большими ходами плунжера одной из первых резонирующих высокоамплитудных гармоник является гармоника, имеющая период изменения, примерно соответствующая времени полного подъема плунжера. Для исключения возможности появления интенсивных колебаний витков пружины, необходимо, чтобы период собственных колебаний пружины был меньше, чем время полного подъема плунжера на максимальном скоростном режиме, но не менее чем в 2 раза. При выполнении этого условия нагруженность пружины дополнительными динамическими усилиями не будет превышать 20%.

Основные параметры водотопливных эмульсий и их влияние на работу судовых дизелей и парогенераторов

Наиболее важные свойства ВТЭ:

— дисперсность. Определяет степень раздробленности воды и равномерность распределения ее в топливе. Чем меньше размер капель воды и выше однородность (меньше их отличие по размерам друг от друга), тем устойчивее эмульсия и выше качество ее как топлива.

Для эффективной работы дизеля на ВТЭ средний размер капель воды в эмульсии должен составлять 1. 10 мкм с преобладаемым количеством глобул воды до 5 мкм. Такая степень дисперсности должна быть обеспечена на выходе эмульсии из диспергатора и готовая ВТЭ должна подаваться непосредственно в топливную систему дизеля;

— стабильность (устойчивость). Кинетическая стабильность является устойчивостью частиц воды к осаждению и зависит от степени дисперсности и разности плотности топлива и воды. Агрегативная стабильность характеризуется устойчивостью частиц воды к слиянию.

Особенно высокой стабильностью обладают ВТЭ на основе мазутов (расслоение не наблюдается в течение нескольких месяцев);

— вязкость. Определяется вязкостью исходного топлива, водосодержанием ВТЭ (количеством содержащейся в ВТЭ воды) и температурой эмульсии.

В диапазоне 70. 95 °С вязкость ВТЭ ненамного выше вязкости исходного топлива, поэтому температура подогрева ВТЭ перед дизелем должна превышать температуру подогрева топлива примерно на 5 °С;

— вспенивание. Возникает при подогреве ВТЭ до температуры свыше 90 °С (температура начала вспенивания зависит от марки топлива и водосодержания ВТЭ). Это свойство следует учитывать при назначении предельной температуры подогрева ВТЭ с целью понижения вязкости эмульсии перед ТНВД.

При повышенном давлении топлива, создаваемом топливоподкачивающим насосом, явление вспенивания не наблюдается. Однако, следует считаться с тем, что в современных системах топливоподготовки значительная часть топлива, подаваемого топливоподкачивающим насосом к дизелю, возвращается в деаэратор, поэтому (если в систему возврата ВТЭ включен деаэратор) там может наблюдаться вспенивание при указанных выше значениях температур. Во избежание вспенивания необходимо подогрев ВТЭ до более высокой температуры осуществлять в конечном подогревателе перед дизелем;

— плотность. При теплотехническом контроле дизелей плотность ВТЭ следует определять по формуле

,

где — плотность соответственно ВТЭ, топлива и воды при данной температуре;

Wв — водосодержание (в относительных единицах).

При расчете плотности ВТЭ рекомендуется учитывать изменение плотности воды, содержащейся в эмульсии, от температуры.

— температура вспышки. Определяет степень пожаробезопасности ВТЭ. Поскольку ВТЭ не является стандартным топливом, температура вспышки для нее не нормируется. С увеличением водосодержания ВТЭ ее температура вспышки возрастает по сравнению с температурой вспышки исходного топлива, поэтому при использовании ВТЭ дополнительных пожарных мероприятий не требуется.

Общее признание получил тот факт, что пресная вода в топливе, даже если ее содержится до 50%, при равном распределении в массе топлива в виде микроскопических капель не только не препятствует воспламенению и сгоранию топлива, но наоборот, улучшает процесс их протекания, не вызывая при этом негативных последствий при работе дизеля.

При использовании в дизелях ВТЭ очень важно установить оптимальное содержание воды. Оно зависит от многих факторов: конструктивных особенностей дизеля, его технического состояния и режима работы, вида используемого топлива, качества ВТЭ.

Для судовых МОД оптимальное содержание воды в ВТЭ составляет (10. 20)%, для СОД (4. 24)%.

Максимальное давление цикла при переводе судовых дизелей на ВТЭ возрастает на (0,05. 0,5) МПа, причем более интенсивный рост наблюдается на долевых нагрузках дизелей.

В рабочем диапазоне мощности (60. 90% от номинальной) в большинстве случаев экономия топлива составляет (3. 7)%.

Снижение температуры выпускных газов в рабочем диапазоне мощности составляет у большинства дизелей (6. 15) °С, а у некоторых среднеоборотных дизелей (20. 30) °С. Следовательно, снижается тепловая напряженность дизеля. Результаты эксплуатации некоторых судовых дизелей на ВТЭ приведены в таблице 1.

Таблица 5.1 — Результаты эксплуатации судовых дизелей на ВТЭ

Тип суднаДизельОптимальное водосодержание, %Снижение в диапазоне нагрузок (0,6…0,9) NУвеличение давления цикла, МПа
МаркаНоминальные значенияУдельный расход топлива, %Средняя темпер. вып. газов, о С
N, кВтn, мин -1
БМРТ8ТД-484,5. 610. 150,05. 0,1
ТР пр. 13476ДКРН 74/160-310. 1310. 10,5 5. 105. 12 10. 130,07. 0,1 0,1. 0,12

При распылении в топку котельного агрегата через форсунку эмульсии топлива (мазута), содержащей 25% воды, полученной ультразвуковым диспергатором — установкой РАФ-14, было установлено:

— существенное увеличение КПД сгорания топлива в топке;

— возрастание более чем на порядок эффективности распыления частиц топлива;

— исключение образования на трубах экранов топки и пароперегревателей отложения несгоревших составляющих топлива;

— размер капли эмульсии составляет 0,7 -1,0 мкм.

Концентрации и выбросы всех контролируемых загрязняющих веществ при сжигании водотопливной эмульсии, полученной на установке РАФ-14, ниже, чем при сжигании мазута и составляют:

— по саже (взвешенные вещества) — в 1,2 раза;

— по оксиду углерода — в 23,4 раза;

— по диоксиду серы — в 2,8 раза;

— по окислам азота — в 4,3 раза.

Экономия мазута составляет 18% без потери теплотворности.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector