ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.04.2024
Просмотров: 7
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
365стр.
ПРОВЕРЬ НАЧАЛО Впрыскивание топлива производилось штифтовой форсункой Bosch DN4SD24 при давлениях затяжки ее иглы рфо=29,4; 24;5; 19,6 и 14,7 МПа. Эмульсии приготавливались с применением трубчатого смесителя. Для сравнительных испытаний использовалась ВТЭ с содержанием воды от 0 до 50 % и добавлением 1 % (от массы нефтяного топлива) эмульгатора HLB-6, обеспечивающего стабилизацию топлива при 5 %-ном расслоении в течение 12 суток. После этого срока водяные капли в эмульсии стабильно сохраняли свои размеры. Агрессивность водотопливной эмульсии проверялась испытанием медного образца на коррозионную стойкость. Установлено, что по этому показателю эмульсии 41 практически не отличаются от нефтяного топлива. Испытания показали, что увеличение содержания воды в водотопливной эмульсии до 20-40 % приводит к снижению выбросов оксидов азота NOx, дымности ОГ и удельного эффективного расхода топлива gе. Среди причин улучшения топливной экономичности выделены микровзрывы водяных капель водотопливной эмульсии, а также интенсивное поступление воздуха в распыливаемую эмульсию, уменьшение потерь теплоты из-за снижения температуры сгорания и устранение термической диссоциации топлива. Показано, что интенсивность микровзрывного испарения зависит от вязкости топлива, содержания воды в водотопливной эмульсии и размеров капель воды в последней. Интенсивность микровзрывов растет с ростом диаметра водяных капель. Увеличение вязкости топлива в эмульсии приводит к менее выраженному эффекту улучшения топливной экономичности по сравнению с использованием нефтяного дизельного топлива. Снижение давления затяжки иглы форсунки рфо в сочетании с меньшим диаметром плунжера dпл (8 мм вместо 9 мм) позволяет при том же диапазоне регулирования УОВТ снизить содержание оксидов азота NOx в ОГ без ухудшения экономических показателей дизеля.
В работе приведены результаты исследований дизеля двухтактного судового типа 4RLB76 фирмы Sulzer, работающего на водотопливной эмульсии. В качестве топлив использовались дизельное топливо и тяжелое дизельное топливо вязкостью νт=400мм 2 /с при 50оС. Вязкостные характеристики тяжелого дизельного топлива и его эмульсий с водой при различных температурах приведены на рис. 10.10. Поскольку водотопливная эмульсия тяжелого топлива имеет более высокую вязкость, чем само тяжелое дизельное топливо, то применялся подогрев эмульсии до температуры t=130
0С. При исследованиях использовано три системы подготовки и подачи эмульсии в дизель 4RLB76, схемы которых представлены на рис. 10.11. Все три системы обеспечивают подготовку эмульсий с близкими свойствами. Распределение размеров капель воды в водотопливной эмульсии, подготовленной в системе Stat-Mischer фирмы Sulzer, показано на рис. 10.12.
Рис. 10.10.
Зависимость вязкости эмульсии на базе тяжелого ДТ от содержания воды в ВТЭ при различных температурах t: 1 – 600C; 2 – 800C.
Рис. 10.11.
Схемы систем подготовки и подачи водотопливной эмульсии в дизель 4RLB76 фирмы Sulzer: 1 – система B; 2a, 2b, 2c – система Stat-Mischer; 3 – система A; 4 – бак; 5 – насос низкого давления; 6 – буферный бак; 7 – насос высокого давления; 8 – теплообменник; 9 – вискозиметр; 10a, 10b, 10c – места отбора проб; 11 – фильтр; 12 – газовый вентилятор.
366стр.
Рис. 10.12.
Распределение размеров капель воды в водотопливной эмульсии, подготовленной в системе StatMischer: Nк – относительное число капель; dк – диаметр капель.
При испытаниях отмечено, что применение различных систем подготовки эмульсии не оказывает заметного влияния на параметры дизеля. Приведенные на Рис. 10.13 зависимости параметров дизеля 4RLB76 фирмы Sulzer от нагрузки, свидетельствуют о том, при его работе на ВТЭ, содержащей 20 % воды, основные показатели работы дизеля улучшаются. В частности, температуры газов на входе в турбину tог и на выходе из турбины tвып при работе дизеля на ВТЭ оказались на 100С ниже, чем при работе на ДТ. При переходе на ВТЭ концентрация оксидов азота NOx в ОГ снизилась на 8 % при одновременном уменьшении удельного эффективного расхода топлива g
e.
Испытания показали, что по мере увеличения содержания воды в эмульсии необходимо применять более раннее впрыскивание топлива, чтобы сохранить максимальное давление сгорание рz на исходном уровне. Работа дизеля не нарушается при содержании воды в эмульсии до 30 %. Такое содержание воды приводит к небольшому снижению ge, при котором затраты на систему подготовки эмульсии и дооборудование топливной аппаратуры не оправдываются. В процессе… ДОПИШИ, НЕ ВИЖУ
Проблемам фильтрации эмульгированных топлив, износа деталей цилиндропоршневой группы и топливной аппаратуры дизелей посвящено большое число публикаций. В частности, в работе приведены результаты исследования противоизносных свойств водотопливной эмульсии на основе дизельного топлива марки дизельного топлива, предназначенной для среднеоборотных судовых дизелей. Испытания проведены на дизелях 2 Ч 8,5/11 и 8 ЧНР 32/48. При работе этих дизелей на ВТЭ подтверждена возможность экономии топлива на 3-5 %.
Рис. 10.13.
Зависимость параметров дизеля 4RLB76 фирмы Sulzer от нагрузки при его работе на различных топливах: 1 – на дизельном топливе; 2 – на водотопливной эмульсии, содержащей 20 % воды.
Однако, в процессе испытаний отмечены увеличенные износы деталей двигателя.
ВТЭ приготавливали гидродинамическим перемешиванием топлива, воды и присадок. Получаемые образцы ВТЭ не расслаивались в течение нескольких суток. Эмульсии с 20%-ным содержанием воды имели следующие свойства: плотность ρ=930кг/м 3 при 200С, вязкость ν=16мм 2 /с при 200С, содержание серы 1,7 %, температура вспышки 830С, тонкость диспергирования 3-5 мкм. Испытания, проведенные на машине трения МИ-1, показали, что при введении воды в топливо скорость изнашивания трущихся деталей увеличивается. Это объясняется тем, что вода обладает хорошими смачивающими свойствами. Прочно сорбируясь на трущихся металлических поверхностях, вода препятствует топливу выполнять функции смазки. Вместе с тем, некоторые поверхностно-активные вещества (ПАВ), способные вытеснять воду с поверхности металлов, используются и в качестве противоизносных присадок к ВТЭ, восстанавливающих нормальный режим трения. В результате проведенных исследований выбрано ПАВ, обеспечивающее наименьший износ деталей. Оно является побочным продуктом органического синтеза. Результаты испытаний этого ПАВ в топливе ДТ и ВТЭ с 20 %-ным содержанием воды на машине трения МИ-1 и на дизеле 2Ч8,5/11 представлены в Таблице 10.4.
367стр.
Скорость изнашивания деталей цилиндропоршневой группы и топливной аппаратуры; а также топливная экономичность дизеля при работе на различных топливах.
Испытания показали, что улучшение противоизносных свойств ВТЭ с некоторым содержанием ПАВ, связано с уменьшением потерь на трение, что, в свою очередь, приводит к небольшой экономии топлива. Так, с введением в ВТЭ 0,03 % ПАВ расход топлива двигателя типа 2Ч8,5/11 уменьшился на 2 %. Причем, действие ПАВ сказывается не сразу, а через определенное время, необходимое для образования прочного сорбционного слоя на поверхности металла. Следует отметить, что с ростом содержания ПАВ в ВТЭ скорость изнашивания сначала снижается, а при дальнейшем увеличении концентрации ПАВ в ВТЭ начинает повышаться.
Представленные данные, а также результаты исследований дизелей на ВТЭ, приведенные в работах [18, 38, 47, 76, 87], получены преимущественно в судовых дизелях. В то же время, проводятся исследования по использованию ВТЭ в быстроходных дизелях транспортного и автотракторного назначения [17, 22, 23, 26, 27, 40, 50, 67]. В частности, Техническим университетом Западного Берлина исследовано влияние добавки воды к дизельному топливу или к смеси дизельного топлива и тяжелого топлива на работу двух автомобильных дизелей: дизеля с неразделенной КС типа OM617 фирмы Daimler-Benz и дизеля с предкамерой типа D226/6 фирмы MWM [179]. Для фундаментальных исследований использовался одноцилиндровый дизель типа AVL520. Испытания проводились на режимах с постоянной нагрузкой. При выборе нагрузки обращалось внимание на то, чтобы максимальная цикловая подача топлива уменьшалась по мере повышения содержания воды в ВТЭ. В процессе исследований определялись показатели процессов смесеобразования и сгорания, токсичность и дымность ОГ (содержание в них твердых частиц, выброс ПАУ и др.). Для обеспечения эффекта «микровзрывов» были реализованы мероприятия, позволяющие в процессе впрыскивания сохранить распределение мелких частиц воды в топливе и исключить впрыск в КС от топлива воды. При этом использовались только стабильные ВТЭ. Смесевое топливо состояло из 70 % ДТ и 30 % тяжелого котельного топлива. свободной от топлива воды. При этом использовались только стабильные ВТЭ. Смесевое топливо состояло из 70 % ДТ и 30 % тяжелого котельного топлива. В процессе испытаний определено, что добавка воды к топливу не оказывает существенного влияния на эффективный КПД дизеля, который изменялся в диапазоне ±3 %. 46 Период задержки воспламенения увеличивался на 0,5 мс на каждые 10 % возрастания доли воды в ВТЭ. Скорость нарастания давления при сгорании и максимальное давление сгорания рz повышались по мере увеличения доли воды в ВТЭ, а выброс оксидов азота NOх снижался. При этом выбросы монооксида углерода СО и углеводородов СНх возрастали в среднем на 20 % на каждые 10 % увеличения доли воды в топливе. В предкамерном дизеле эмиссия твердых частиц уменьшалась с ростом доли воды в топливе, но при этом содержание и распределение твердых частиц в ОГ зависят от концентрации воды в ВТЭ. В дизеле с неразделенной КС повышение содержания воды в ВТЭ приводит к росту выбросов твердых частиц и ПАУ, в том числе, бенз(а)пирена. В предкамерном дизеле с ростом доли воды в ВТЭ наблюдалось снижение содержания ПАУ в ОГ.
В работе [111] исследован четырехцилиндровый дизель транспортного назначения, работающий на штатном дизельном топливе и на ВТЭ с различным содержанием воды. Объектом исследования являлся дизель модели BF4M1012C фирмы Deutz с турбонаддувом, рабочим объемом iVh=3,2 л, мощностью Ne=82 кВт при n=2400 мин -1. Дизель исследовался на скоростном режиме с n=2100 мин -1 на ВТЭ с массовым содержанием воды, равным 0% (рекомендуемое дизельное топливо), 9, 18, 27, 36 и 45%. Эмульсия впрыскивалась в КС дизеля штатной системой топливоподачи. Некоторые результаты проведенных исследований представлены на рис. 10.14. Состав ВТЭ оказывает наибольшее влияние на дымность ОГ. На режиме с максимальной нагрузкой перевод дизеля с рекомендуемого дизельного топлива на ВТЭ с содержанием воды, равным 36%, позволяет снизить дымность ОГ в 10 раз. При этом удельный эффективный расход топлива ge практически не изменялся, а содержание в ОГ оксидов азота C NOx уменьшалось примерно в 2 раза. На номинальном скоростном режиме при снижении выбросов NOx составило 40%, а на режиме максимального крутящего момента при n=1500 мин -1 - 60%. Наилучшее сочетание основных показателей работы дизеля получено при содержании воды в ВТЭ, равном 27 и 36%. При переводе дизеля на ВТЭ с массовым содержанием воды, равным 45%, наблюдались неустойчивая работа двигателя на режимах с малой нагрузкой, реальный процесс сгорания и увеличенный удельный эффективный расход топлива ge.
368стр.
Рис. 10.14.
Зависимость дымности ОГ Кx, содержания в ОГ оксидов азота СNOx и удельного эффективного расхода топлива gе от нагрузки (крутящего момента Ме) дизеля типа BF4M1012C фирмы Deutz, работающего на режиме с n=2100 мин -1 на ВТЭ с различным массовым содержанием воды: 1 – 0% (рекомендуемое дизельное топливо); 2 – 9%; 3 – 18%; 4 – 27%; 5 – 36%.
368стр.
В работе [90] представлены результаты исследований влияния ВТЭ на содержании твердых частиц (ТЧ) в ОГ быстроходного дизеля, проведенные Лионском университете. Испытания проведены на одноцилиндровом четырехтактном дизеле типа Petter-AVL c рабочим объемом Vh=0,533 л, степенью сжатия ε=19, мощностью Ne=3,7 кВт при n=1500 мин -1 . В качестве топлива использовались нефтяное ДТ марки D-2 с цетановым числом ЦЧ=51,2, содержанием водорода 13,2 % и плотностью ρ=853 кг/м 3 и ВТЭ с содержанием вода 5 и 10 %. При содержании воды в ВТЭ, равном 20 %, ее воспламенение не обеспечивалось. Отобранные на специальные фильтры твердые частицы анализировались на содержание растворимой органической фракции и ПАУ, затем методами газовой хроматографии определялось содержание в ОГ токсичных компонентов. Исследование сгорания ВТЭ показало, что относительно малое введение воды в топливо приводит к значительному росту периода задержки воспламенения (ПЗВ). Введение в топливо 5 и 10 % воды привело к заметному сокращению концентрации NOх в ОГ, но одновременному росту содержания в них СО и СНх, в том числе и в жидкофазном виде. Одновременно на 40 % (при 5 %-ном содержании воды в ВТЭ) и на 70 % (при 47 10 %-ном содержании воды в ВТЭ) уменьшилось содержание ТЧ в ОГ и соответственно доли растворимой органической фракции ТЧ. Отмечено, что основным источником образования ПАУ является несгоревшее топливо.
