CC BY
238
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.
