CC BY
27
Список литературы
1. ГОСТ 51232-98. Вода питьевая. -М.: Изд-во стандартов, 1998. -40 с.
2. СанПиН 2.14.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. М.: Изд-во стандартов. - 2001. - 45 с.
3. Абрамов, Н. Н. Водоснабжение [Текст] /Н. Н. Абрамов. -М.: Стройиздат, 1974. -480 с.
4. Патент РФ на полезную модель № 90064 МПК С 02 Г 1/00. Обеззараживатель воды / А. Н. Головаш, А. П. Семенов, Ю. И. Матяш, В. К. Кучеренко, С. И. Подоляк, О. С. Мотови-лова. - № 2009133812/22; Заявл. 08.09.2009; Опубл. 27.12.2009 // Открытия. Изобретения. 2009.-№36.-6 с.
5. Патент РФ на полезную модель № 88327, МКИ В 61 Б 35/00. Устройство для обработки воды ультрафиолетовым излучением / Ю. И. Матяш, О. С. Мотовилова. -№ 2009127016/22; Заявл. 14.07.2009; Опубл. 10.11.2009 // Открытия. Изобретения. - 2009. №31.-6с.
УДК 621.436:629.424.1
ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВЫГОРАНИЯ ТОПЛИВА НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ
РАБОЧЕГО ЦИКЛА ДИЗЕЛЯ
Приводятся данные по определению пределов изменения продолжительности сгорания и показателя характера сгорания при моделировании теплового расчета дизельного двигателя методом Вибе. Дан анализ влияния продолжительности сгорания и показателя характера сгорания на параметры процесса сгорания и индикаторные показатели работы дизеля.
Наиболее объективным критерием для оценки рабочего цикла двигателя служит индикаторная диаграмма, по которой можно судить об основных показателях рабочего цикла: работе, КПД, максимальном давлении, быстроте нарастания давления и др.
Сгорание является одним из главных процессов, влияющих на основные показатели рабочего цикла, поэтому важно выяснить, в каком направлении должен быть усовершенствован процесс сгорания, чтобы получить индикаторную диаграмму с наилучшими показателями, т. е. получить оптимальный рабочий цикл.
Для описания процесса сгорания удобно использовать уравнение Вибе [1]:
где х2 - доля топлива, сгорающего к моменту практического конца реакции; - отвлечен-
ное время сгорания; ср - угол поворота коленчатого вала; ср2 - продолжительность сгорания, выраженная в углах поворота коленчатого вала; т - показатель характера сгорания, параметр, отображающий характер изменения во времени относительной плотности эффективных центров в процессе сгорания.
Опытные данные по сгоранию топлива в дизелях, приведенные в работе [1], соответствуют закономерности скорости сгорания топлива. Во всех рассмотренных случаях опытная проверка приведенного выше уравнения показала его несомненную пригодность для описания развития во времени процессов сгорания в дизелях.
Для выяснения влияния на показатели рабочего цикла дизеля продолжительности сгорания ср2 было рассчитано 24 рабочих цикла для шести значений продолжительности сгорания (р2— 20, 40, 60, 80, 100 и 120° при постоянных, близких к расчетным значениям, коэффициенте избытка
Е. И. Сковородников, А. С. Анисимов, Ю. Б. Гришина
воздуха в цилиндре а и угле опережения подачи топлива (р0п. В таблице 1 приведены значения параметров работы дизеля 1А-5Д49, его системы наддува и рабочего тела на линии сжатия до момента воспламенения.
Таблица 1 - Параметры работы дизеля на линии сжатия
Параметр работы дизеля Значение параметра
Эффективная мощность дизеля, кВт 2206
Частота вращения вала дизеля, мин"1 1000
Коэффициент избытка воздуха 2,0
Давление начала сжатия, МПа 0,216
Температура начала сжатия, К 364
Давление воздуха в момент подачи топлива, МПа 4,39
Температура воздуха в момент подачи топлива, К 820
Угол опережения подачи топлива (фактический), °п.к.в. 19
Период задержки воспламенения, °п.к.в. 10
Давление конца «чистого» сжатия, МПа 6,05
Температура конца «чистого» сжатия, К 887
Угол конца «чистого» сжатия, °п.кв. 9
На рисунке 1 приведены диаграммы изменения за цикл давления, температуры и доли сгоревшего топлива при неизменных значениях коэффициента воздуха а = 2,0 и фактическом угле опережения подачи топлива (р0п= 19°п.кв.
Продолжительность сгорания оказывает существенное влияние на линию сгорания (рисунок 1, а). Наклон линии «видимого» сгорания (от точки начала сгорания до точки максимального давления сгорания ртах) с увеличением ср2 значительно уменьшается, при этом резко снижается ртах и увеличивается угол поворота коленчатого вала от в.м.т. до точкиртах.
В таблице 2 приведены значения показателей рассматриваемых циклов.
Таблица 2 - Зависимость показателей рабочего цикла дизеля от продолжительности сгорания топлива
Показатели рабочего цикла Продолжительность сгорания топлива (р:, град. Экспериментальны данные
20 40 60 80 100 120
Среднее индикаторное давление, 1,624 1,565 1,497 1,469 1,440 1,429 1,430
МПа
Индикаторный КПД. 0,521 0,502 0,480 0,471 0,462 0,458 0,468
Удельный индикаторный расход 0,160 0,166 0,174 0,177 0,181 0,182 0,181
топлива, кг/(кВт-ч)
Максимальное давление сгора- 16,81 13,67 11,06 10,97 10,9 11,33 11,5
ния, МПа
Угол поворота коленчатого вала 4 10 12 10 9 8 -
0Ср от в.м.т. до точки /;П1ах, град.
Максимальная температура сго- 2290 2106 1929 1848 1790 1782 -
рания, К
Угол поворота коленчатого вала 6 17 26 27 27 24 -
а-[ от в.м.т. до точки Ттах, град.
аТ- 0Ср, град. 2 7 14 17 18 16 -
Температура конца сгорания, К 2252 1920 1663 1470 1345 1254 -
Давление конца сгорания, МПа 14,77 7,14 3,50 2,00 1,33 0,99 -
Коэффициент эффективности сго- 0,794 0,765 0,772 0,712 0,669 0,610 0,70 - 0,85
рания
Показатель характера сгорания 1,0 1,0 1,0 0,6 0,4 0,2 —
Из данных таблицы 2 видно, что наилучшие значения показателей ри 77, и Ь, получаются при (рг= 20 - 80 а при больших значениях ср2 эти показатели ухудшаются. Из таблицы 2 видно также, что Ттах с ростом продолжительности сгорания уменьшается, а соответствующий угол сст увеличивается. Температура Тг и давление рг конца сгорания с ростом (рг уменьшаются.
28 ИЗВЕСТИЯ Транссиб!1 Ир
111,12
Угол поворота коленчатого вала, град
о 10 20 зс 40 50
Угол поворота коленчатого вала, град.
г
Рисунок 1 - Диаграммы давления (а), температуры газов (б), хода выгорания топлива (в) и коэффициента эффективности сгорания (г) в цикле по углу поворота коленчатого вала для продолжительности сгорания ф7
Однако следует принять во внимание, что для (р2 = 20 - 40° значение максимального давления сгорания существенно отличается от известных экспериментальных данных [2, 3]. К тому же маловероятно, что при (р2 = 20 - 40 ° можно будет достигнуть таких значений показателей ри 77, и Ь, при прочих неизменных условиях. Для продолжительности сгорания (р2= 100 - 120 ° для номинального режима работы дизеля коэффициент эффективности сгорания оказывается низким (менее 0,7), что также не согласуется с известными экспериментальными данными [2, 3]. Анализируя данные таблицы 2, приходим к выводу, что более ве-
Угол поворота коленчатого вала, град
роятной продолжительностью сгорания следует считать величину, находящуюся в интервале 50-90
Чтобы выяснить влияние на показатели рабочего цикла дизеля показателя характера сгорания т, были рассчитаны рабочие циклы для значений т = 0 - 1 с шагом 0,2 при постоянных, близких к расчетным значениям, коэффициенте избытка воздуха в цилиндре а и угле опережения подачи топлива (р0п.
На рисунке 2 приведены расчетные диаграммы рабочих циклов дизеля.
в г
Рисунок 2 - Диаграммы давления (а), температуры газов (б), хода выгорания топлива (в) и коэффициента эффективности сгорания (г) в цикле по углу поворота коленчатого вала для показателей характера сгорания т
Угол поворота коленчатого вала, град
Угол поворота коленчатого вала, град.
Угол поворота коленчатого вала, град.
Угол поворота коленчатого вала, град.
30 ИЗВЕСТИЯ Транссиб!^— ^
Наклон линии «видимого» сгорания (от точки начала сгорания до точки ртах) с увеличением т уменьшается, при этом снижается максимальное давление сгорания и увеличивается угол поворота коленчатого вала от в.м.т. до точкиртах (рисунок 2, а).
В таблице 3 приведены значения показателей рассматриваемых циклов.
Таблица 3 - Зависимость показателей рабочего цикла дизеля от показателя характера сгорания
Показатели рабочего цикла Показатель характера сгорания ш Экспериментальные данные
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
Среднее индикаторное давле-
ние, МПа 1,461 1,424 1,443 1,460 1,468 1,474 1,430
Индикаторный КПД 0,469 0,457 0,463 0,469 0,471 0,473 0,468
Удельный индикаторный рас-
ход топлива, кг/(кВт-ч) 0,178 0,183 0,180 0,178 0,177 0,177 0,181
Максимальное давление сго-
рания, МПа 12,74 11,33 11,09 11,11 11,11 11,06 11,5
Угол поворота коленчатого
вала ар от в.м.т. до точки рпих,
град. 7 8 9 10 11 12 -
Максимальная температура
сгорания, К 1888 1782 1811 1861 1900 1929 -
Угол поворота коленчатого
вала ат от в.м.т. до точки Тпих,
град. 18 24 26 26 26 25 -
ат- ар, град. 11 16 16 16 15 14 -
Температура конца сгорания,
К 1230 1254 1362 1484 1584 1663 -
Давление конца сгорания,
МПа 0,97 0,99 1,42 2,09 2,82 3,50 -
Коэффициент эффективности
сгорания 0,527 0,610 0,669 0,712 0,745 0,772 0,70-0,85
Продолжительность сгорания
120 120 96 78 67 60 -
Из данных таблицы 3 видно, что с увеличением т показатели ри 77, и b¡ изменяются незначительно. Следовательно, изменение характера сгорания, при прочих равных условиях, практически не влияет на величины значений среднего индикаторного давления и удельного индикаторного расхода топлива (индикаторного КПД). Незначительное влияние оказывает т и на максимальные давление и температуру газа. Основное влияние т оказывает на продолжительность сгорания и, как следствие, на значения давления и температуры в конце процесса сгорания.
Значение коэффициента эффективности сгорания, близкое к экспериментальным данным, получается, когда показатель характера сгорания становится больше 0,4. При этом продолжительность сгорания входит в интервал 50 - 90 определенный ранее как наиболее вероятный. Возвращаясь к данным таблицы 1, можно отметить, что именно для этого интервала показатель характера сгорания имеет значения более 0,4. Таким образом, можно выделить вероятный интервал изменения показателя характера сгорания топлива от 0,4 до 1,0.
Список литературы
1. Вибе, И. И. Новое о рабочем процессе двигателя [Текст] / И. И. Вибе. Свердловск: Машгиз, 1962.-272 с.
2. Тепловозные двигатели внутреннего сгорания: Учебник [Текст] / А. Э. Симеон, А. 3. Хомич и др. М.: Транспорт, 1987. - 536 с.
3. Володин, А. И. Локомотивные двигатели внутреннего сгорания [Текст] / А. И. Володин. М.: Транспорт, 1978. -239 с.
