ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.04.2024
Просмотров: 13
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
В ряде исследований [91, 94, 100, 108]отмечено, что применение ВТЭ позволяет снизить выброс с ОГ оксидов азота NOх, но при этом отмечается рост ПЗВ. В качестве эффективного средства снижения ПЗВ в работе [89] рассматривается повышение температуры воздуха на впуске. Испытания проведены на одноцилиндровом дизеле типа CLR с неразделенной КС, рабочим объемом Vh=1,4 л, степенью сжатия ε=16,7. Электрический подогрев воздуха обеспечивал изменение температуры на впуске в диапазоне от 20 до 1500С. При испытаниях снимались индикаторные диаграммы и контролировались параметры дизеля – давление впрыскивания, подъем иглы форсунки, прозрачность ОГ, концентрации в ОГ оксидов азота NOх, монооксида углерода СО и углеводородов СНх. Для стабилизации ВТЭ, полученных на основе дистиллированной деионизированной воды, была использована 2 %-ная добавка ПАВ. Результаты испытаний подтвердили возрастание ПЗВ при увеличении доли воды в топливе. Повышение температуры воздуха до 1500С позволило компенсировать увеличение ПЗВ только для ВТЭ с содержанием воды до 30%. Дальнейшее повышение температуры воздуха в расчете на более насыщенные водой ВТЭ нецелесообразно из-за снижения коэффициента наполнения ηv на 15 %. Подогрев воздуха снижал дымность ОГ и увеличивал концентрацию в ОГ оксидов азота NOх. Однако такое увеличение эмиссии NOх существенно меньше его снижения, вызванного присутствием в КС воды. Сделан вывод о перспективности применения ВТЭ в дизелях.
В работе [95] представлены результаты испытания в качестве топлив нестабилизированных эмульсий дизельного топлива и воды (в количестве 10 и 20%), а также ДТ и этилового спирта (в количестве 10-40%). Эксперименты проведены на четырехтактном четырехцилиндровом дизеле размерности S/D=120/108 с неразделенной КС. Исследовалось влияние состава топлива, нагрузочного и скоростного режимов (в диапазоне n=1200-2100 мин -1) на эффективный КПД дизеля ηе и содержание 48 в ОГ оксидов азота NOх, монооксида углерода СО, углеводородов СНх, а также на уровень дымности ОГ. Показано, что на режимах с высокой нагрузкой увеличение содержания воды или этанола в ДТ приводит к некоторому росту ηе, снижению
369стр.
содержания СО в ОГ, твердых частиц и уровня дымности. Концентрация NOх в ОГ имеет минимум при содержании в ДТ 10% воды и 20% этанола. На режимах с частичными нагрузками работа на эмульсиях приводит к небольшому снижению η
е. Увеличение угла опережения впрыскивания эмульсий сопровождается ухудшением основных характеристик дизеля, но при этом наблюдается снижение эмиссии СО и дымности ОГ. Введение в ДТ этанола приводило к росту скорости агломерации сажистых частиц в ОГ, что требует проведения дополнительных исследований химического состава и доли растворимой органической фракции.
Исследования дизелей, работающих на ВТЭ, проведены и в нашей стране. В работах [50, 51] приведены результаты исследований отечественного быстроходного дизеля типа ЧН16/17, работающего на ВТЭ. Схема приготовления ВТЭ для быстроходного дизеля типа ЧН16/17 приведена на рис. 10.15. Смешивание топлива и воды осуществляется в диспергаторе 6, расходы топлива и воды через который контролируется ротаметрами 5. Для приготовления эмульсии применена конструкция механического диспергатора с приводом от автономного электромотора с относительно невысокой частотой вращения (n=2000-3000 мин -1). Диспергатор обеспечивает мелкозернистую ВТЭ с размерами капель топлива – 1-4 мкм. Недостаток ВТЭ – их невысокая стабильность. Стабилизация ВТЭ в данных исследованиях достигалась применением различных ПАВ, растворимых либо только в одном компоненте эмульсии (в топливе), либо в обоих компонентах.
Рис. 10.15.
Схема дозирования компонентов и приготовления водотопливной эмульсии: 1 – дизель; 2, 3, 4, 7 – баки эмульсии, топливный, воды, промежуточный; 5 – ротаметр; 6 – диспергатор.
На рис. 10.16 представлены результаты испытаний дизеля 1 ЧН16/17, работающего на ВТЭ с содержанием воды до 53% (при большем содержании воды наблюдалась неустойчивая работа дизеля). Для исследуемых режимов оптимальное содержание воды в эмульсии составило 45-50% по массе. При этом удается обеспечить снижение содержания СО в ОГ в 5-8 раз, сажи – более чем в 10 раз, NOx – в 6-8 раз. Эффективный расход топлива снизился на 15-18 г/(кВт×ч). При исследованиях также отмечено, что на режиме с Ne=43,7 кВт при n=1700 мин -1 оптимальное содержание воды в эмульсии составляет 45 %, а на режиме с Ne=59 кВт при n=2000 мин -1 – 53 %. То есть для достижения максимального положительного эффекта при снижении токсичности и дымности ОГ необходимо оптимизировать сдержание воды в эмульсии в зависимости от режима работы дизеля. Для этого целесообразно применять системы автоматического контроля и системы автоматического регулирования (САР) концентрации воды в ВТЭ [3, 69].
Рис. 10.16.
Зависимость параметров дизеля типа 1 ЧН16/17 от содержания воды в ВТЭ: 1 – на режиме с Ne=59 кВт при n=2000 мин -1 ; 2 – на режиме с Ne=43,7 кВт при n = 1700 мин -1.
Испытания отечественных дизелей 2 Ч 9,5/11 и 6 ЧН 21/21 на ВТЭ показали, что при содержании воды в эмульсии до 20% топливная экономичность несколько улучшалась, а при содержании воды более 30% – ухудшалась [51, 58]. Выбросы NOx существенно снижались с ростом
370стр.
содержания воды в эмульсии. Уменьшение эмиссии NOx составило 8-13% на каждые 10% увеличения количества воды в ВТЭ. Дымность ОГ и эмиссия СО при работе на эмульсии с содержанием воды до 20% заметно снижалась, а при 30% - проявлялась тенденция их роста. При содержании воды в ВТЭ свыше 30-35% наблюдалась неустойчивая работа дизелей.
В целом, следует отметить, что улучшение показателей дизеля, работающего на ВТЭ, объясняется следующими обстоятельствами. Капли эмульгированного топлива, образовавшиеся после впрыскивания ВТЭ в КС, состоят из частиц топлива, внутри которых располагаются частицы воды. Размеры этих частиц обычно колеблются от 1 до 3 мкм и практически не зависят от условий распыливания ВТЭ. Из-за более низкой температуры кипения и парообразования воды при нагреве частиц воды, содержащихся в ВТЭ, в КС дизеля они взрывоподобно превращаются в пар, подвергая окружающие их частицы топлива дополнительному дроблению и турбулентному перемешиванию за счет выбросов паров воды из капель топлива. Поэтому время существования капелек ВТЭ сокращается по сравнению с существованием капелек чистого дизельного топлива, что уменьшает продолжительность процесса смесеобразования и улучшает его качество. Кроме того, впрыскивание в КС дизеля ВТЭ позволяет снизить температуру конца сжатия, среднюю и максимальную температуры цикла, что благоприятно сказывается на сгорании. Применение ВТЭ в дизелях позволяет снизить дымность ОГ и эмиссию СО в 2 раза, выбросы NOx – в 1,5 раза, расход топлива – на 8-10 г/(кВт×ч) [51].
Кроме водотопливных эмульсий в качестве топлива для дизелей могут использоваться и многокомпонентные эмульсии, содержащие кроме воды и дизельного топлива ряд других компонентов, например спирты. Проводятся исследования по использованию в дизелях эмульсий растительных масел, их эфиров, спиртов и воды [105, 119].
В работе [103] приведены результаты испытаний дизелей на эмульсиях, полученных на базе дизельного топлива с добавками воды или метанола, а также метанола с присадкой воды. Для приготовления эмульсий использовалась система, содержащая подкачивающий насос и центробежный гомогенизатор типа ORF HydroShear, обеспечивающий получение мелкодисперсных частиц размером до 1 мкм. Методика анализа ОГ предусматривала определение выхода обычных газообразных продуктов, а также углерода и органических веществ. Испытание провели на четырехтактном дизеле воздушного охлаждения Deutz F6L714 с разделенной КС и на двухтактном дизеле Detroit 71N с неразделенной КС. Впрыскивание эмульсий осуществлялся с помощью стандартный топливной аппаратуры. Испытания показали, что эффект от применения ВТЭ сильно зависит от типа КС. В дизельный с разделенной КС влияние воды была существенно выше. При концентрации воды в ВТЭ, равные 15-20% , выбросы с ОГ оксидов азота NOx, и твердых частиц ТЧ снижались на 50% при одновременном увеличении выбросов CO, CHx и сульфатов. Концентрация СО в ОГ может быть уменьшена до начальных величин путем применения каталитического нейтрализатора. Мощность дизеля снижалась примерно пропорционально содержанию воды в ВТЭ. В дизеле с неразделённой КС положительное влияние ВТЭ на показатели двигателя было незначительным. Более эффективным оказалось введение в впускной турбопривод, Что обеспечивает снижение выброса с ОГ оксидов азота NOx на 40-50% при одновременном увеличении выбросов СО, СОx и твердых частиц. На метанолотопливных эмульсиях дизель с неразделенной КСС удовлетворительно работал с концентрацией метанола до 30%. При этом отмечено некоторое повышение эффективного КПД не. Дальнейшее увеличение добавки метанола приводило к увеличению жесткости сгорания. Добавка воды в метанол способствовало получению более стабильных эмульсий. Небольшая концентрация воды (0,2-0,25%) в дизельном топливе вызывала снижение крутящего момента дизеля Ме, дальнейшее увеличение присадки воды до 2-2,5% приводило к росту Ме по сравнению с добавкой только метанола. При этом выброс ЦЧ с ОГ снижался до 50%. Отмечено, что применение ВТЭ при опрыскивании стандартной топливной аппаратурой дешевле использование системы раздельного впрыскивания компонентов эмульсий. Пуск и прекращение работы дизеля при этом желательно проводить на чистом дизельном топливе, что снижает опасность коррозии деталей двигателя.
Следует отметить, что подача ВТЭ в цилиндры дизеля штатной системой топливоподачи позволяет значительно уменьшить нагарообразование на поверхностях деталей камеры сгорания, а также коксование распыливающих отверстий форсунки [73].
Применение ВТЭ в качестве топлива для дизелей имеет ряд недостатков, к которым можно отнести необходимость специального оборудования и эмульгаторов для приготовления эмульсий, их нестабильность, проблемы износа деталей цилиндро-поршневой группы и топливо подающий аппаратуры, а также фильтрации ВТЭ, необходимость перехода на дизельное топливо при пуске и остановке двигателя [102, 108]. Часть этих недостатков устраняется при подаче воды во впускной трубопровод двигателя.