Научная статья на тему 'Эффективность перевода дизеля Д-240 (4ч 11/12,5) трактора МТЗ на компримированный природный газ'

Эффективность перевода дизеля Д-240 (4ч 11/12,5) трактора МТЗ на компримированный природный газ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
2345
262
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СИСТЕМА ПИТАНИЯ / ДИЗЕЛЬ / ГАЗОДИЗЕЛЬ / ПРИРОДНЫЙ ГАЗ / МЕТАН / FUEL FEED SYSTEM / DIESEL ENGINE / GAS DIESEL / NATURAL GAS / METHANE

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Захаров Сергей Васильевич

Представлено обоснование эффективности использования компримированного природного газа в автотракторных дизелях и результаты сравнительных экспериментальных исследований системы питания дизеля компримированным природным газом.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Захаров Сергей Васильевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Substantiation of application efficiency of compressed natural gas in automotive and tractor diesel engines and the results of comparative experimental research of diesel engine fuel feed system by compressed natural gas are presented.

Текст научной работы на тему «Эффективность перевода дизеля Д-240 (4ч 11/12,5) трактора МТЗ на компримированный природный газ»

ТЕХНОЛОГИИ И СРЕДСТВА МЕХАНИЗАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

УДК 621.436:621.2 С.В. Захаров

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПЕРЕВОДА ДИЗЕЛЯ Д-240 (4Ч 11/12,5) ТРАКТОРА МТЗ НА КОМПРИМИРОВАННЫЙ ПРИРОДНЫЙ ГАЗ

Ключевые слова: система питания, дизель, газодизель, природный газ, метан.

Применение газообразного топлива в дизелях практически возможно путем конвертирования дизеля в двигатель с искровым зажиганием или переходом на газодизельный процесс.

В настоящее время во многих странах, особенно где имеются большие запасы газообразного топлива, резко возрос интерес к созданию двигателей с воспламенением газовоздушной смеси от «запальной» дозы жидкого топлива (газодизельный процесс). Преимущества данного способа использования газового топлива определяются возможностью быстрого перехода на работу с жидкого топлива на газообразное и обратно и отсутствием существенных конструктивных изменений базового варианта двигателя.

Основным экономическим результатом перевода сельскохозяйственной техники и автотракторных средств на компримиро-ванный природный газ (КПГ) является снижение затрат на производство продукции. В наших условиях КПГ в 2 раза дешевле жидких топлив. Кроме того, за счет уменьшения выбросов в атмосферу вредных веществ двигателем внутреннего сгорания при работе на природном газе значительно снижается экологический ущерб [1, 2].

Исследования эксплуатационных показателей и эффективность использования природного газа в качестве топлива для

автотракторных дизелей могут быть определены сравнительными моторными испытаниями.

Опытный образец системы питания газодизеля разработан и выполнен на кафедре тракторов, автомобилей и ЭМТП ФГОУ вПо ОмГАУ на базе штатной топливной системы питания дизеля Д-240 (4Ч 11/12,5) трактора МТЗ-82.

Особенностью системы питания газодизеля является конвертирование всережим-ного центробежного регулятора топливного насоса высокого давления УТН-5, обеспечивающее регулирование подачи как дизельного, так и газообразного топлива. При питании дизеля газообразным топливом разработанный регулятор устанавливает рейку топливного насоса в положение подачи минимальной запальной порции дизельного топлива, составляющей 15-20% от номинальной подачи. Кроме того, при переводе двигателя на газодизельный процесс рычаг регулятора отключается от рейки топливного насоса и всережимно управляет подачей газообразного топлива во всасывающий коллектор дизеля через дозатор подачи газа. Всережимность управления подачей газа обеспечивается посредством кинематической связи рычага регулятора с дроссельной заслонкой дозатора подачи газа.

Сравнительные моторные испытания опытной системы питания газодизеля проведены в ФГУ «Сибирская государственная зональная машиноиспытательная станция» Таврического района Омской области.

пе. мин ' 2300 2200

2100

2000

1900

йт,кг/ч

16

12

8

4

Мк,Нм) 250 200 150 100 50

//;

0

4 Ш

щ. / ш **— —<

5

>гм

От

— м

Ь 0 >’К

У..¥

-—. ^

О

10

ццгд.мг/цикл ■20 ■10 ■О

де,г/кВтч

■500

■450

■400

■350

■300

■250

20 30

40 50

60 ,кВт

--------- дизельный процесс

х х х - газодизельный процесс

Рис. Внешняя регуляторная характеристика дизеля Д-240 (4 Ч 11/12,5) на дизельном и газодизельном процессе

Моторные испытания проведены по методике, определенной ГОСТ 18509-80 на электротормозном стенде RAPIDO, оборудованным необходимой измерительной и регистрирующей аппаратурой [3]. Сняты мощностные и экономические показатели дизеля Д-240 по внешней регуляторной характеристике на дизельном и газодизельном процессах. По результатам сравнительных испытаний дизеля Д-240 построены внешние регуляторные характеристики в зависимости от мощности и приведены на рисунке.

Как следует из рисунка при работе двигателя на метане по газодизельному процессу максимальная или номинальная мощность двигателя сохраняется равной при работе на дизельном топливе и составляет 54,6 кВт (75 л.с.). Частота вращения коленчатого вала пе и крутящий момент двигателя Мк сохраняются практически равными.

При переводе дизеля на газ рейка топливного насоса переводится в положение подачи запальной порции дизельного топлива, соответствующей работе дизеля на холостом ходу и соответствующей цикловой подаче ЧЦЗП = 12,5 мг/цикл.

По мере нагружения двигателя цикловая подача дизельного топлива сохраняется постоянной, а часовой расход топлива уменьшается незначительно — от 3,5 кг/ч на холостом ходу до 2,75 кг/ч в конце перегрузки вследствие уменьшения частоты вращения двигателя. Уменьшение часовой подачи запальной порции топлива (кг/ч) зависит от цикловой подачи топлива и частоты вращения двигателя и определяется по формуле:

G.

6 •

Чц.

З.П

пе • 4

Т .З.П

. (1)

200000

где Чц,З.п. — цикловая подача запальной порции топлива, 12,5 мг/цикл;

Вестник Алтайского государственного аграрного университета № 9 (59), 2009

61

пе — частота вращения коленчатого вала, мин.-1.

При работе по газодизельному процессу часовой расход метана GГМ на регуляторной ветви повышается от нуля на холостом ходу до 11 кг/ч на номинальном режиме работы дизеля.

Номинальный часовой расход метана GГ.М.Н = 11 кг/ч меньше номинального часового расхода дизельного топлива GТ дН = 16 кг/ч. Часовой расход метана меньше часового расхода дизельного топлива вследствие большей теплотворной способности метана и подачи запальной порции дизельного топлива.

Для оценки топливной экономичности двигателя при работе по газодизельному процессу необходимо привести часовой расход метана (кг/ч) к часовому расходу дизельного топлива по формуле:

^.Д.прив = З.П. + ^.М • О— , (2)

Уд.т

где GГ З П — запальная порция дизельного топлива, кг/ч;

GГ.М — часовой расход метана, кг/ч;

Ог — теплота сгорания метана, 50 МДж/ кг;

ОдТ — теплота сгорания дизельного топлива, 42,7 МДж/ кг.

Тогда приведенный к дизельному топливу часовой расход топлива при работе на метане определяется как:

^.Д.прив = ^.З.П. + 1Д7 • GГ.М .

Приведенный часовой и удельный расход топлива при работе на метане в пределах погрешности измерений совпадают при работе двигателя на дизельном топливе по внешней регуляторной характеристике.

Из приведенных результатов сравнительных моторных испытаний комприми-рованный природный газ (метан) можно считать одним из перспективных альтернативных топлив для использования в автотракторных дизелях. Это обусловлено следующими факторами:

- отмечаются удобство монтажа, простота обслуживания и гибкость регулировок системы подачи газообразного топлива;

- увеличение моторесурса двигателя в 1,25-2 раза (за счет снижения содержания в продуктах сгорания твердых частиц и

сульфатов серы, а также уменьшения или полного отсутствия разжижения масла топливом, попадающим на стенки камеры сгорания);

- увеличение срока службы моторного масла в 2 раза (при уменьшении его расхода на угар на 30-40%);

- уменьшение стоимости эксплуатации на 40-50%;

- снижение эмиссии оксидов азота на 10-20%, твердых частиц — в 2-3 раза, соединений серы — в 5-7 раз (при организации смешанного регулирования газодизеля возможно уменьшение эмиссии монооксида углерода и углеводородов до уровня, соответствующего дизелю, работающему на дизельном топливе).

- сохранение энергетических показателей в газодизельном режиме на уровне базового дизельного двигателя.

- сохранение возможности полноценной работы двигателя на чистом дизельном топливе (в случае необходимости) и быстрого перехода с одного вида топлива на другое.

Производительность машинно-тракторного агрегата при работе по газодизельному циклу практически одинакова с дизельным циклом. Затраты на топливо снижаются, а коэффициент замещения дизельного топлива существенно увеличивается при увеличении загрузки двигателя. Так, при загрузке двигателя на 100%, номинальный режим, замещение дизельного топлива газом достигает 80%, экономия затрат по топливу составляет 115092,5 руб/год на один трактор с наработкой 950 ч в год.

Библиографический список

1. Марков В.А. Работа дизелей на нетрадиционных топливах / В.А. Марков и др. — М.: Легион — Автодата, 2008. — 464 с.

2. Марков В.А. Топлива и топливопода-ча многотопливных и газодизельных двигателей / В.А. Марков, С.И. Козлов. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. — 296 с.

3. Николаенко А.В. Повышение эффективности использования тракторных дизелей в сельском хозяйстве / А.В. Николаенко, В.Н. Хватов. — Л.: Агропромиздат. Ленингр. отд-ние, 1986. — 191 с.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.