Давление газа для газопоршневого двигателя

Газопоршневые двигатели – конструкция и принцип работы

Газопоршневый двигатель – это двигатель внутреннего сгорания с системой внешнего образования топливно-воздушной смеси и искровым зажиганием. В качестве топлива использует природный магистральный газ и др. виды газового топлива, что обеспечивает экономичность, высокий ресурс работы и минимальный уровень шума. В данной статье мы рассмотрим, что представляет собой газопоршневый двигатель, принцип работы и его особенности.

Основные элементы и принцип работы газопоршневого двигателя

Как и у любого ДВС, у газопоршневого двигателя принцип действия основан на сгорании топливовоздушной смеси и поступательном движении поршней за счет энергии расширяющихся газов. С помощью кривошипно-шатунного механизма поступательное движение поршней преобразуется во вращательный выходного вала двигателя.В схеме подачи газа в газопоршневых двигателях основную роль играет газораспределительный механизм, подача газа осуществляется из магистрали или баллонного оборудования.

Чаще всего данный вид двигателей применяется в качестве основного элемента электрогенератора. Так, современные газопоршневые электростанции, характеристики потребления топлива которых делают их наиболее выгодными из всех решений автономного энергообеспечения. Дополнительным преимуществом является возможность выработки тепла или холода для хозяйственных нужд – когенерации и тригенерации. Современный газопоршневой двигатель, принцип работы которого позволяет обеспечить и одновременную тригенерацию, делает оптимальным его применение в приводе холодильной установки. Также применяются они в насосном оборудовании, морском судостроении и др. сферах деятельности.

Особенности газопоршневого двигателя

Наибольшие значения мощности газопоршневых двигателей достигают десятков мегаватт, что достаточно для обеспечения работы мощного оборудования и автономного энергообеспечения производственных и строительных объектов. Важным преимуществом является высокий ресурс работы, достигающий 250 тысяч часов при 80-100 тыс. часов межремонтного интервала (между капитальными ремонтами).

Подача газа в газопоршневых двигателях может быть баллонной или магистральной, а в качестве топлива, помимо метана, применяется:

  • пропан;
  • бутан;
  • коксовый и другие сопутствующие промышленные газы;
  • древесный газ;
  • газы нефтяной промышленности и многие другие виды.

При этом схема подачи газа в газопоршневых двигателях не требует наличия дожимного компрессора благодаря малому потребному давлению. Благодаря большому выбору вариантов можно гибко использовать оборудование на различных объектах, оперативно адаптировать систему к изменению технических или экономических условий. Перенастройка системы подачи топлива занимает минимум времени, газопоршневый двигатель можно свободно настроить на эксплуатацию на попутном газе, биогазе и др. топливе.

К основным особенностям газопоршневых двигателей можно отнести:

  • Небольшую зависимость КПД от окружающей температуры.
  • Незначительные колебания КПД при снижении нагрузки на 50% и, соответственно, эффективное использование двигателя при любых нагрузках.
  • Малые затраты на эксплуатацию.
  • Неограниченное количество запусков мотора.
  • Возможность параллельного подключения нескольких двигателей и, соответственно, возможность значительного повышения и рационального использования мощности системы.

С каждым годом газопоршневые двигатели получают всё большее применение в различных сферах, в т. ч. в качестве основного элемента газоэлектростанций для коттеджных поселков. Их экономичность и эксплуатационные обеспечивают им солидные преимущества в сравнении с другими вариантами автономного, резервного или аварийного электроснабжения различных объектов.

Источник

Основные типы газопоршневых двигателей

Использование газообразного топлива в двигателях внутреннего сгорания имеет ряд неоспоримых преимуществ по сравнению с жидким топливом. Во первых, в 1,5 – 2 раза снижается износ основных деталей или повышается моторесурс двигателя; во вторых, снижается токсичность выхлопных газов; в третьих, возрастает срок работы смазочных материалов. КПД газопоршневых двигателей приближается к КПД дизелей такого же класса [27].

Читайте также:  Как откапиталить двигатель на уаз 469

Однако при применении газообразного топлива требуется температура, практически в два раза превышающая температуру воспламенения дизельного (жидкого) топлива. Это, в свою очередь, приводит к возрастанию теплонапряженности рабочих цилиндров, к ухудшению смесеобразования и управления началом воспламенения.

В настоящее время газопоршневые двигатели делят в зависимости от способа воспламенения рабочей смеси, способа смесеобразования и числа тактов.

По способу воспламенения газопоршневые двигатели классифицируют на:

1) двигатели с искровым зажиганием;

2) двигатели с зажиганием от дизельного топлива;

3) двигатели с форкамерно-факельным зажиганием.

На рис.7.5 показаны схемы работы четырехтактных газовых двигателей с искровым зажиганием (7.5 а), с зажиганием от дизельно-

го топлива (7.5 б), с форкамерно-факельным зажиганием (7.5 в) [27].

Рис.7.5. Схемы работы различных типов двигателей внутреннего сгорания:

а – с искровым зажиганием; б – с зажиганием воспламеняющей дозой жидкого топлива (газодизель); в – с форкамерно-факельным воспламенением;

1 – газовоздушный смеситель; 2 – свеча зажигания; 3 – дизельная форсунка; 4 – форкамера

В двигателях с искровым зажиганием газ от ре­дуктора давления подается к смесителю, где он смешивается в нужной пропорции с воздухом и затем через управляемую за­слонку газовоздушная смесь поступает в цилиндр двигателя, в котором воспламеняется искрою. Такие двигатели, как уже указывалось, работают по циклу Отто.

Газовые двигатели с зажиганием от воспламеняющей дозы жидкого топлива подразделяются на два типа [27]:

1. В рабочие цилиндры подается газовоздушная смесь, при сжатии которой температура повышается, но не до величины самовоспламенения газа. Однако этой температуры достаточно для воспламенения дизельного топлива, которое впрыскивается в газовоздушную смесь и зажигает ее.

2. В рабочие цилиндры подается воздух, температура которого в конце хода сжатия повышается до величины, превышающей температуру самовоспламенения жидкого топлива. Последнее впрыскивается в цилиндр и вос­пламеняется, еще больше повышая температуру. Газовое топли­во с температурой 30-50 °С и давлением порядка 35 МПа впрыс­кивается в цилиндр, где высокая температура приводит к его воспламенению. Такие двигатели получили наименование двух­топливных.

В двигателях с форкамерно-факельным зажиганием, помимо основной камеры сгорания, имеется дополнительная – форкамера, объем которой составляет 2-5 % от основной. В ней размещена свеча зажигания. Основная камера и форкамера имеют раздельные системы пи­тания. Благодаря этому, а также подбору параметров форкаме­ры, в последней на всех режимах работы двигателя обеспечи­вается обогащенная смесь, наиболее благоприятная для воспламенения. Выбрасываемый из форкамеры в основную камеру факел горящих газов, который является более интенсив­ным источником зажигания чем искра, воспламеняет газовоз­душную обедненную смесь, находящуюся в ней [27].

В большинстве рассмотренных схем газовых двигателей, за исключением второй разновидности системы зажигания от воспламеняющей дозы жидкого топлива, применяют так на­зываемую систему внешнего смесеобразования, при которой га­зовоздушная смесь приготовляется вне цилиндров двигателя.

Система, при которой газ и воздух подают в цилиндры дви­гателя раздельно, а их смешение происходит внутри каждого цилиндра или непосредственно перед цилиндром, называют системой внутреннего смесеобразования [27].

Читайте также:  Bmw m40 двигатель характеристики

Схемы подвода газа к газопоршневым двигателям аналогичны схемам подвода газа к горелкам паровых и водогрейных котлов.

На рис. 7.6 приведены схемы топливных систем с внешним смесеобразованием. Регулирующим элементом в этих схемах является газовая заслонка 1. После заслонки газ поступает в газовоздушный смеситель 2. Абсолютное давление газа на входе в газовоздушный смеситель, как правило, несколько ниже атмосферного давления и составляет 90. 100 кПа.

В двигателях, не имеющих системы наддува (рис. 7.6 а), регулирование подачи топливной смеси осуществляется газовоздушной заслонкой 3, установленной в смесителе. После смесителя газовоздушная смесь поступает во впускной коллектор 4 и далее – через впускные клапаны в цилиндры двигателя [27].

Рис.7.6. Схемы топливных систем газопоршневых двигателей с газовоздушным смесителем:

а – без системы наддува; б – с турбонаддувом; в — с форкамерой и турбонаддувом; 1 – управляемая газовая заслонка; 2 – газовоздушный смеситель; 3 – газовоздушная дроссельная заслонка; 4 – впускной коллектор; 5 – выпускной коллектор; 6 – исполнительное устройство регулятора частоты вращения; 7 – турбокомпрессор; 8 – клапан подачи газа в форкамеру; 9 – форсунка с обратным клапаном; 10 – форкамера; 11 – газовый коллектор; 12 – регулятор давления

В двигателях с наддувом смесители 2 устанавливаются перед компрессором (рис.7.6 б и 7.6 в), а газовоздушные заслонки — после компрессора.

Во всех трех схемах на рис.7.6 управление газовоздушными заслонками осуществляется исполнительным устройством 6 регулятора частоты вращения.

В двигателях, оборудованных форкамерами (рис.7.6 в), дав­ление газа перед клапаном 8, подающим газ в форкамеру, как правило, составляет 300 — 400 кПа. С целью понижения давления газа, необходимого для нормальной работы смесителя 2, в схеме предусмотрен дополнительный регулятор давления 12. В форкамере 10 устанавливается также свеча зажигания, не показанная на рисунке.

В схемах рис. 7.6 а и 7.6 б устройство зажигания газовоздуш­ной смеси также не показано, так как в этих схемах может ис­пользоваться либо свеча зажигания, либо форсунка, впрыски­вающая дизельное топливо. В газодизелях используют также форкамерно-факельное зажигание. При этом в форкамере ус­танавливается форсунка, впрыскивающая малую дозу запаль­ного дизельного топлива [27].

На рис. 7.7 представлены топливные системы газопоршневых двигателей, в которых газ подводится к каждому цилиндру перед впускным клапаном. Смесеобра­зование в таких системах начинается во впускных патрубках, а завершается внутри цилиндра на тактах всасывания и сжатия.

Рис.7.7. Схемы топливных систем газопоршневых двигателей с подводом газа к каждому цилиндру перед впускными клапанами:

а, б – без наддува, с воздушной дроссельной заслонкой; в, г – с турбонаддувом без воздушной заслонки;

1 – газовая заслонка; 2 – газовый коллектор; 3 – исполнительное устройство регулятора частоты вращения; 4 – жиклер с регулировочным дросселем; 5 – выпускной коллектор; 6 – впускной коллектор; 7 – воздушная дроссельная заслонка; 8 – электромагнитный газовый клапан; 9 – турбокомпрессор; 10, 11 – перепускные клапаны; 12 – клапан подачи газа в форкамеру; 13 – форсунка с обратным клапаном; 14 – форкамера

В каждой схеме на рис. 7.7 газ поступает в газовый коллек­тор 2, а затем — во впускной патрубок каждого цилиндра двигате­ля через индивидуальное устройство дозирования подачи газа.

Читайте также:  Потеря мощности двигателя причины лачетти

В схеме рис. 7.7 а имеется общая для всех цилиндров газовая заслонка 1, управляемая исполнительным устройством 3 регу­лятора частоты вращения, а индивидуальным дозирующим уст­ройством для каждого цилиндра является жиклер 4 с регули­ровочным дросселем. В такой схеме газ подается непрерывно во впускные патрубки, частично попадая во впускной коллек­тор 5. Давление газа перед газовой заслонкой может находиться в пределах 70. 150 кПа.

Дроссельные заслонки 7 в схемах рис. 7.7 а и 7.7 б используются для регулирования состава газовоздушной смеси путем изменения количества воздуха, поступающего во впускной кол­лектор 5.

В схемах рис. 7.7 б -7.7 г индивидуальным дозирующим устрой-

ством для каждого цилиндра является управляемый газовый клапан 8, смонтированный во впускном патрубке перед впускным клапа­ном. Этим клапаном управляет система регулирования частоты вращения. В схеме на рис. 7.8 г для каждого цилиндра необходим еще один клапан 12, дозирующий подачу газа в форсунку 13 форкамеры 14. Давление газа перед клапанами 8 и 12 может находиться в пределах 250. 500 кПа.

Принципиальным отличием схем рис. 7.7 б и 7.7 г от схемы 7.7 а является так называемая фазированная подача газа в каждый цилиндр двигателя — клапаны 8 открывают на такте впуска, причем только после окончания фазы продувки цилиндров, т. е. после закрытия выпускных клапанов двигателя. Продолжи­тельность фазы открытого состояния клапана 8 зависит от по­требного количества подаваемого в цилиндры газа. Угол пово­рота коленчатого вала, в течение которого клапан остается открытым, может достигать 150 º после верхней мерт­вой точки.

Следует отметить, что на тактах сжатия и рабочего хода элек­тромагнитные клапаны 8 изолированы от высокого давления в цилиндрах, так как впускные клапаны данного цилиндра за­крыты, а для предохранения клапана 12 от воздействия высо­кого давления и температуры газов необходимо устанавливать обратный клапан, который, как правило, является элементом конструкции газовой форсунки 13, как показано на рис. 7.7 г.

В схемах на рис. 7.7 в и 7.7 г изменение количества пода­ваемого воздуха осуществляется с помощью регулируемых пе­репускных клапанов 10 или 11. Клапан 10 способен снижать давление наддувочного воздуха, перепуская его на вход комп­рессора агрегата наддува 9, а клапан 11 — путем перепуска выпускных газов в выпускной тракт, минуя турбину агрегата наддува 9.

На рис. 7.8 приведены схемы топливных систем с непос­редственным впрыскиванием газа в каждый цилиндр. Во всех схемах управление началом впрыскивания и продолжительно­стью впрыскивания осуществляется по командам системы ре­гулирования частоты вращения [27].

Рис. 7.8. Схемы топливных систем газопоршневых двигателей с непосредственным впрыскиванием газа:

а – с газовой форсункой в двухтактном двигателе; б – с газовой форсункой в четырехтактном газодизеле;

1 – газовый коллектор; 2 – газовый клапан; 3 – газовая форсунка; 4 – свеча зажигания; 5 – впускной коллектор; 6 – выпускной коллектор

В схемах рис. 7.8 а и 7.8 б газ из газового коллектора 1 по­ступает через клапан 2 в газовую форсунку 3. Впрыскивание газа в цилиндры двигателей производится на такте сжатия. В различных конструкциях двигателей давление газа перед фор­сункой составляет 2,2-25 МПа.

Дата добавления: 2017-04-05 ; просмотров: 4740 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Adblock
detector