Газовые двигатели (прил. 3 и 4)

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 9Следующая ⇒

В этом разделе приведены рекомендации по выбору исходных данных для расчета циклов поршневых двигателей, работающих на газовом топливе, с воспламенением от искры (газовый двигатель) и от впрыска запальной дозы дизельного топлива (газодизель). Условные номера газовых топлив, их элементарный состав приведен в табл. 1.1.

3.3.1. Первые восемь строк имеют вид:

• газовый двигатель

File D130G7.dat 24.04.16 г.

PACЧET цикла газового двигателя (AFiDBG4.exe)

Прототип: дизель Д130(3Ч 10, 5/12). Peжим Ne nom.

Okpуж. cpeдa: PO=0.1000 МПа TO=298.0 K.

Условный номер газового топлива (ниже состав в долях).... NT=07

Генераторный газ из древесных чурок (ГДЧ)

CH4 C2H6 C3H8 C4H10 CNHM H2 CO AZ CO2 O2

0.0360 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.1440 0.1800 0.5400 0.0900 0.0100

• газодизель

File D130GD.dat 24.04.16г.

PACЧET газодизеля. (model FiDBG4.exe). Peжим Ne nom.

Прототип: двигатель D130 (3Ч 10, 5/12)

Okpуж. cpeдa: PO=0.1000 МПа TO=298.0 K.

Усл.номер топлива(ниже состав газа в долях)для газодизеля NT=21

Сжатый природный газ (СПГ)

CH4 C2H6 C3H8 C4H10 CNHM H2 CO AZ CO2 O2

0.9100 0.0296 0.0017 0.0055 0.0042 0.0014 0.0014 0.0515 0.0047 0.0000

В первой строке указывается имя программного файла, дата выполнения расчёта и фамилия исполнителя. В последующих строках уточняется прототип двигателя и рассчитываемый режим. Приведены принятые давление [PO] и температура [TO] окружающей среды, а также условный номер топлива [NT], его название и элементарный состав.

Ниже приведены сведения об элементарном составе 10 газовых топливах.

Номер=01 СЖИЖЕНЫЙ ПРИРОДНЫЙ ГАЗ (СПГ); Состав в долях:

CH4=0.9100; C2H6=0.0296; C3H8=0.0017; C4H10=0.0055; CNHM=0.0042

H2=0.0014; CO=0.0014; AZ=0.0515; CO2=0.0047; O2=0.0000

Номер=02 ГАЗ - ПРОПАН АВТОМОБИЛЬНЫЙ (ПА); Состав в долях:

CH4=0.0400; C2H6=0.0000; C3H8=0.9000; C4H10=0.0600; CNHM=0.0000

H2=0.0000; CO=0.0000; AZ=0.0000; CO2=0.0000; O2=0.0000

Номер=03 ГАЗ - ПРОПАН-БУТАН АВТОМОБИЛЬНЫЙ (ПБА); Состав в долях:

CH4=0.0000; C2H6=0.0000; C3H8=0.5000; C4H10=0.5000; CNHM=0.0000

H2=0.0000; CO=0.0000; AZ=0.0000; CO2=0.0000; O2=0.0000

Номер=04 ГАЗ - ЭТАН-ПРОПАН АВТОМОБИЛЬНЫЙ (ЭПА); Состав в долях:

CH4=0.0000; C2H6=0.0900; C3H8=0.8500; C4H10=0.0600; CNHM=0.0000

H2=0.0000; CO=0.0000; AZ=0.0000; CO2=0.0000; O2=0.0000

Номер=05 ВОДЯНОЙ ГАЗ (ВГ); Состав в долях:

CH4=0.0000; C2H6=0.0000; C3H8=0.0000; C4H10=0.0000; CNHM=0.0000

H2=0.5000; CO=0.5000; AZ=0.0000; CO2=0.0000; O2=0.0000

Номер=06 ГЕНЕРАТОРНЫЙ ГАЗ ИЗ ТОРФА (ГТ); Состав в долях:

CH4=0.0300; C2H6=0.0000; C3H8=0.0000; C4H10=0.0000; CNHM=0.0040

H2=0.1500; CO=0.2800; AZ=0.4640; CO2=0.0700; O2=0.0020

Номер=07 ГЕНЕРАТОРНЫЙ ГАЗ ИЗ ДРЕВЕСНЫХ ЧУРОК (ГДЧ); Состав в долях:

CH4=0.0360; C2H6=0.0000; C3H8=0.0000; C4H10=0.0000; CNHM=0.0000

H2=0.1440; CO=0.1800; AZ=0.5400; CO2=0.0900; O2=0.0100

Номер=08 ГЕНЕРАТОРНЫЙ ГАЗ ИЗ ДРЕВЕСНОГО УГЛЯ (ГДУ); Состав в долях:

CH4=0.0090; C2H6=0.0000; C3H8=0.0000; C4H10=0.0000; CNHM=0.0000

H2=0.0920; CO=0.2620; AZ=0.5950; CO2=0.0370; O2=0.0050

Номер=09 СИНТЕТИЧЕСКИЙ ГАЗ; Состав в долях:

CH4=0.5200; C2H6=0.0000; C3H8=0.0000; C4H10=0.0000; CNHM=0.0340

H2=0.0900; CO=0.1100; AZ=0.2460; CO2=0.0000; O2=0.0000

Номер=10 СВЕТИЛЬНЫЙ ГАЗ; Состав в долях:

CH4=0.1620; C2H6=0.0000; C3H8=0.0000; C4H10=0.0000; CNHM=0.0860

H2=0.2780; CO=0.2020; AZ=0.2220; CO2=0.0500; O2=0.0000

Приведенный список газовых топлив может сокращаться или дополняться (не более 17). При необходимости элементарный состав топлива корректируется.

В файле D130GD.dat номер топлива для газодизеля сформирован из двух слагаемых: условного номера дизельного топлива NT=20 и любого газового, например, для СПГ NT=01 и тогда NT=20+01=21.

При газогенераторном топливе газодизельный цикл не применяется.

3.3.2. Строки 9 – 11:

Число цилиндров в ряду и в расчете циклов,... KC=03 KCI=1

Число итераций и шаг печати текущих парамет.. IT=15 MS=10

Обьем информации о результатах расчета (МУ, прил.1)...... MP 41101161

При выборе количества цилиндров [KC] необходимо иметь в виду, что в программе предполагается наличие в двигателе только одного впускного и одного выпускного трубопроводов.

Идентификатор [KCI] определяет объеминформации о текущих показателях цикла. При равномерном порядке работы цилиндров [KCI]=1 и вывод результатов только для первого цилиндра. При неравномерном порядке впусков в ряду с числом цилиндров [KC] не более 4-х [KCI]=[KC].

Идентификатор [IT] определяет число итераций расчета цикла, необходимых для получения результатов, отличающихся от предыдущего на принятую погрешность. Для отлаженной программы [IT]=15. Шаг печати текущих показателей [MS] в град. ПКВ выбирается таким, чтобы по построенным графикам можно было установить характер изменения показателей за цикл.

Коды [MP] имеют 8 позиций (00000000), цифровые значения которых определяют параметры и объём информации о результатах расчёта, а в ряде случаев и вариант расчета цикла. Расшифровка и цифровые значения кодов приведены в прил. 1. Вывод результатов расчёта в позиции 1 выполняется последовательно от большего кода к меньшему коду (например от 7 до 1). По кодам в позициях 7 и 8 выводится контрольная информация о ходе расчёта цикла.

3.3.3. Строки 12 – 13:

• газовый двигатель

Эфф.мощность, кВт при частоте вращения, мин-1. PNe=024.0 OBd=1500.0

Удельный эффективный расход газа, м3/(кВт.ч)........... ve=2.538

• газодизель

Эфф.мощность, кВт при частоте вращения, мин-1. PNe=032.0 OBd=2000.0

Доза дизтоп.и уд.эф. расход газа, м3/(кВт.ч).DDT=0.12 ve=0.305

Принимается мощность [PNe], которую должен обеспечивать проектируемый двигатель на расчетном режиме при частоте вращения коленчатого вала [OBd].

Удельный эффективный расход газового топлива [Ve], м /(кВт.ч) принимается в соответствии с техническим заданием или со статистическими данными. При расчете цикла газодизеля указывается доля дизельного топлива, впрыскиваемого в цилиндр (в общей массе топлива), для воспламенения газо-воздушной смеси [DDT].

** В первом приближении, для выбора параметров, определяющих состав газо-воздушной смеси, рекомендуется использовать соотношение

где , кВт; плотность газа, кг/м³; принятый коэффициент избытка воздуха; количество цилиндров в двигателе; частота вращения коленчатого вала, мин ; рабочий объём цилиндра, дм³. Размерность и должна быть одинаковой (в объёмных или массовых единицах).

В газовых двигателях с наддувом величина ориентировочной массы циклового заряда повышается в соответствии со степенью повышения давления .

3.3.4. Строки 14 – 17:

• газовый двигатель

Дезаксаж, мм и усл.мех.КПД(без насос. потерь).DEZ=02.0 AMT=0.856

Диаметр цилиндра и радиус кривошипа, мм....... D=105.0 RK=060.0

Степени сжатия в цил. и повыш. давл. в компр...E=09.0 PIK=1.000

Отношение Rк/Lш и тeмпepaтypa ocт. гaзoв, K,. ORL=0.279 TOG=0800.0

• газодизель

Дезаксаж, мм и усл.мех.КПД(без насос. потерь).DEZ=02.0 AMT=0.828

Диаметр цилиндра и радиус кривошипа, мм....... D=105.0 RK=060.0

Степени сжатия в цил. и повыш. давл. в компр...E=14.5 PIK=1.000

Отношение Rк/Lш и тeмпepaтypa ocт. гaзoв, K,. ORL=0.279 TOG=0950.0

Дезаксаж [DEZ] принимается по прототипу двигателя или по статистическим данным, с учётом задания на проектирование двигателя. На большинстве двигателей [DEZ]=0.

В дезаксиальных механизмах [DEZ]< 0, 05Rk, по сравнению с обычным, имеются следующие особенности:

– меньше скорость поршня у ВМТ;

– более равномерный износ цилиндра;

– несколько увеличивается продолжительность тактов впуска и расширения при сокращении остальных.

– [AMT] идентификатор условного коэффициента, учитывающего только механические потери, включающие затраты мощности на преодоление трения и привод вспомогательных механизмов. Доля затрат на газообмен составляет, примерно, =0, 20…0, 30 от общих механических потерь. Условный коэффициент механических потерь (на трение и привод вспомогательных механизмов ) [AMT], в первом приближении, вычисляется по формуле . Коэффициент механических потерь находится в пределах:

– - двигатели без наддува ;

– - двигатели с турбонаддувом .

– Диаметр цилиндра [D], радиус кривошипа [RK] принимаются в соответствии с заданием.

[E] - cтепень сжатия. Это отношение полного объёма цилиндра к объёму камеры сжатия .

В газовых двигателях пределы степени сжатия обычно шире, чем в бензиновых двигателях, так как выше антидетонационные свойства топлива.

В газодизелях верхний предел степени сжатия [E] ограничивается свойствами топлива, составом горючей смеси, конструкцией камеры сжатия, условиями теплообмена и образования токсичных веществ (в первую очередь оксидов азота NO_x), величиной нагрузок в кривошипно-шатунном механизме и другими факторами. Рекомендуемые степени сжатия [E] = 14…17 (см. табл. 3.7).

Нижний предел степени сжатия в газодизеле должен обеспечивать температуру рабочего тела в цилиндре в конце сжатия достаточную для воспламенения впрыснутого топлива (см. табл. 3.13).

[PIK] - идентификатор степени повышения давления воздуха в компрессоре . Значение его определяет варианты расчета: без наддува [PIK]=1.000; с наддувом [PIK] > 1.000 (см. прил. 1 и раздел 6).

В двигателе с наддувом принятое значение [PIK] должно обеспечивать получение заданной мощности двигателя [PNе]. В газовых двигателях турбонаддув обычно применяют, если смесительная аппаратура устанавливается после компрессора. Топливо в этом случае подается под давлением выше давления наддува.

При малом числе цилиндров, неравномерном чередовании впусков из одного трубопровода в исходные данные должны быть дополнительно введены параметры наддува и характеристика компрессора агрегата наддува близкая к гидравлической характеристике двигателя (см. раздел 6).

Отношение радиуса кривошипа Rk к длине шатуна Lш [ORL] принимается по прототипу или статистическим данным. На большинстве двигателей [ORL]=0, 23…0, 30.

Температуры остаточных газов предварительно принимается в зависимости от теплоты сгорания топлива [TOG]=(750…950)°K.

3.3.5. Строки 18 – 19 для газового и газодизеля:

Коэф. избытка воздуха и использов. теплоты.. ALI=1.050 CIZ=0.780

Интервал между тактами впуска, гр. пкв...... IC: 240 240 240

[ALI]- коэффициент избытка воздуха , представляющий отношение действительного количества воздуха , кг (или , кмоль), участвующего в сгорании 1 кг топлива, к теоретически необходимому количеству воздуха (или ) для его полного сгорания .

Значение [ALI] зависит от элементарного состава газового топлива типа смесительной аппаратуры, условий сгорания топлива, способа регулирования мощности, режима работы двигателя и других факторов.

Для топливо-воздушной смеси существуют пределы зажигания от искры (табл. 3.13). За этими пределами пламя, возникшее в камере сгорания у свечи зажигания, затухает. Среднее значение [ALI] в газовых двигателях принимается в диапазоне 1, 05…1, 4. Принятие повышенных значений a возможно в газодизелях. Рекомендации по выбору степени сжатия ε и коэффициента избытка воздуха α приведены в табл. 3.13.

Таблица 3.13

Статистические значения ε и α для номинального режима N_e _nom.

№	Газовое топливо	Октан. число/м	ε [E]	α [ALI]
D< 250мм	D≥ 250мм	Нижний предел	Верхний предел
	Метан	107-120			0, 65	2, 0
	Пропан				0, 4	1, 7
	Природный: без наддува (СПГ) с наддувом	104-107	9-12	8-9	0, 60	1, 9
8-9	7-8

[СIZ] - коэффициент использования теплоты , учитывающий потери теплоты, выделившейся при сгорании топлива. Принимается по опытным данным в диапазоне [СIZ] = 0, 75…0, 90.

[IC] – интервал между очередными тактами впуска в цилиндры свежего заряда.

3.3.6. Строки 20 – 21 для газового двигателя:

Корр.ЗВС и угол опереж. зажигания, гр.до ВМТ...B3=1.00 JOZ=20

Продолж.(гр.пкв) и показат.характ. сгорания..KSG=45 PXSF=2.50

Строки 20 – 22 для газодизеля:

Корр.ЗВС и угол опереж. зажигания, гр.до ВМТ.. B3=1.00 JOZ=16

Продолж. сгор.и впрыска дизтоплива, гр.пкв...KSG=40 JTH=14

Показ. харак. сгоран. газ. и диз.топлива....PXSB=2.35 PXSF=4.95

Процесс сгораниярассчитывается с использованием характеристик выгорания топлива.

[ B3 ] – идентификатор корректирующего коэффициента в формуле для расчета угла задержки воспламенения смеси

где - давление и температура рабочего тела в момент подачи искры; средняя скорость поршня; коэффициент избытка воздуха; корректирующий коэффициент используется для согласования расчетного угла задержки воспламенения смеси с экспериментальным (при наличии его на прототипе двигателя). При отсутствии опытных данных коэффициент .

[JOZ] – угол опережения зажигания °п.к.в. до ВМТ (или впрыска топлива в газодизеле) выбирается таким, чтобы расположение на индикаторной диаграмме начала резкого нарастания давления °п.к.в. до ВМТ и максимального давления °п.к.в. после ВМТ относительно ВМТ соответствовало их реальным значениям на данном режиме. Наибольшему значению индикаторной работы цикла соответствуют углы = (4…6)°п.к.в. до ВМТ. К этим значениям необходимо стремиться при выборе угла опережения зажигания . Ориентировочные значения угла [JOZ] приведены в табл. 3.14.

[KSG] - продолжительность горения смеси принимается по опытным данным. Ориентировочные значения можно принять из табл. 3.14.

[JTH] – продолжительность впрыска дозы дизтоплива в газодизеле. При отсутствии достоверных данных принимается в диапазоне 5…15°п.к.в.

Результаты расчета процесса сгорания существенно зависят от правильности выбора показателей характера сгорания в уравнении характеристики выгорания топлива [PXSGF] и [PXSD]. Рекомендуемые значения этих параметров, принимаемые при расчете процесса сгорания приведены в табл. 3.14.

Таблица 3.14

Параметры	Без наддува	С наддувом
Угол опережения зажигания (впрыска) [JOZ]	15…35	10…30
Продолжительность сгорения [KSG], °п.к.в.	30…50	до 90
Показатели характера сгорания: • газового топлива [PXSF] • дизельного топлива [PXSD]	3, 0…4, 0	2, 5…3, 5
0, 15…1, 45	0, 05…0, 65

3.3.8. Строки 22 – 33 для газового и 23 – 34 для газодизеля:

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 8 9 Следующая ⇒