ОБЕСПЕЧЕНИЕ РОБОТОСПОСОБНОСТИ ДИЗЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ ПРИ ПЕРЕВОДЕ НА ГАЗОВОЕ ТОПЛИВО

ENSURING THE WORKING CAPACITY OF THE DIESEL

Традиционными видами топлив для мотора являются жидкие топлива нефтяного происхождения - бензин и дизельное топливо. Ежегодно непосредственно двигателем внутреннего сгорания (ДВС) сжигается около двух миллиардов тонн топлива. Проблема частично может решаться путем перехода мотора на иные сорта топлив, например на природный газ. Также перевод мотора на питание газовым топливом является эффективным методом снижения токсичности отработавших газов. Использование газовых топлив позволяет существенно увеличить срок службы работы ДВС. У газовых ДВС, в сравнении с жидкотопливными, наблюдается уменьшенный износ основных деталей цилиндро - поршневой группы, увеличение срока службы и соответственно уменьшение расхода масла, снижение нагарообразования, достижение практически неизменного технического состояния двигателей в процессе эксплуатации [1,2].

Способы конвертации дизельного двигателя ДГУ в газовый с искровым зажиганием.

При конвертации дизельных ДВС в газовый возможны два варианта изменения конструкции:

Рис. 1- Схема способов конвертации

Наиболее распространённым, на сегодняшний день и практически единственным решением является способ изменения степени сжатия путём замены поршневой группы. При этом геометрическая степень сжатия принимается в диапазоне 10,5 – 13,0 единиц. Созданные таким способом газовые двигатели имеют худшие (до 30%) показатели по эксплуатационным расходам газового горючего (в объёмных единицах) по сравнению с дизельным аналогом [3].

Рис. 2- Схема газовой системы питания ДВС ДГУ.

 

1 — блок управления двигателем; 2 — сервопривод управления направляющим аппаратом турбины турбокомпрессора; 3 — турбина; 4 — компрессор; 5 — регулятор давления в контуре газоснабжения форкамеры; 6— привод газового клапана; 7— газовый коллектор; 8— газовый клапан; 9— воздушная заслонка; 10 — изменяемый дроссель регулирования подачи природного газа в двигатель; 11 — сервопривод дросселя регулирования подачи природного газа в двигатель; 12 — регулятор давления в контуре газоснабжения рабочего цилиндра; 13 — датчик детонации; 14 — блок управления искровым зажиганием; 15 — блок обработки данных с датчика детонации; 16 — катушка зажигания; 17— входы с датчиков частоты вращения, положения коленчатого вала, температуры воздуха на входе.

На втором рисунке показана схема газовой системы питания ДВС ДГУ.

Опыт разработок отечественных и соответственно зарубежных специалистов показывает, что газовые двигатели с искровым зажиганием (ИЗ) на базе дизелей обладают хорошими мощностными и экономическими характеристиками, а по интегральному показателю экологической безопасности существенно превосходят базовые двигатели. Это дает основание утверждать, что при решении комплексной проблемы снижения темпов потребления жидких нефтяных топлив и охраны окружающей среды следует существенно увеличивать долю ДГУ с газовыми двигателями (в т.ч. н на базе дизелей), а для этого, в числе других мер, следует совершенствовать технологии конвертации дизелей в газовые двигатели с ИЗ [4].

Для получения устойчивого воспламенения и соответственно эффективного сгорания бедных газовых смесей энергии электрической искры зачастую оказывается недостаточно, поэтому в судовых двигателях широкое применение находит схема с так называемым форкамерно-факельным зажиганием, показанная на рисунке 3.

Рис. 3- Газовый двигатель с форкамерно-факельным зажиганием

1- форкамера; 2- свеча зажигания; 3-газовый клапан; 4-газовый смеситель.

Форкамера устанавливается на место штатной топливной форсунки и представляет собой полость, соединяющуюся с основной камерой сгорания посредствам нескольких каналов, выполненных в кончике форкамеры, выступающем из крышки цилиндра в непосредственно форкамере устанавливаются электрическая свеча зажигания и клапан подачи газа, который приводится в действие от распределительного вала ДВС.

На такте наполнения газ в полость рабочего цилиндра поступает через специальный смеситель, который распределяет его в потоке входящего воздуха (Рис. 4а). Подача природного газа смесителем подобрана таким образом, чтобы готовить бедную смесь. Параллельно с поступлением природного газа в рабочий цилиндр через смеситель в полость форкамеры поступает дополнительная порция газового горючего через клапан подвода газа в непосредственно результате в форкамере формируется обогащенная рабочая смесь. При подаче электрической искры смесь в форкамере легко воспламеняется, давление резко возрастает и горящие газы в виде плазменных струй вылетают в основную камеру сгорания, эффективно поджигая бедную рабочую смесь, способствуя ее полному сгоранию (Рис. 4б). Далее совершается рабочий ход (Рис. 4в).

Рис. 4- Рабочий процесс газового мотора с форкамерно-факельным зажиганием

а — заполнение рабочего цилиндра бедной, а форкамеры — богатой газо-воздушной смесью; б — воспламенение смеси в форкамере от электрической искры и поджог плазменными струями смеси в камере сгорания; в — рабочий ход.

Существенным преимуществом данного способа воспламенения рабочей смеси является то, что мощность источника зажигания в нем значительно больше, чем в двигателе с искровым зажиганием. Кроме того, рабочая смесь поджигается не в одной точке у холодной стенки, а в центре заряда в непосредственно результате эффективность рабочего процесса, реализуемого по данной технологии, может достигать 48%.

К недостаткам этого направления следует отнести то, что после конвертации дизеля в газовый двигатель с искровым зажиганием он становится однотопливным, а это усложняет его эксплуатацию в условиях отрицательных температур (-15 °С и соответственно ниже). Причем, это касается только его пусковых характеристик, при существенном улучшении износных характеристик и сокращения времени выхода на рабочий режим, а два последних фактора являются не недостатками, а преимуществами конвертированного двигателя.

Заключение

Без создания нового производства, при относительно небольших затратах можно получить двигатель с высокой степенью сжатия, а значит с более экономичным рабочим циклом: современные ДГУ оснащены, как правило, мощными силовыми установками с дизелями, а следовательно этот сектор имеет неоспоримое преимущество. Такой вид силовой установки был бы крайне необходим в труднодоступных районах Республики Саха (Якутия), где высокие тарифы на электроэнергию определяются высокой стоимостью привозного горюче-смазочного материала, транспортировкой дизельного горючего для ДЭС на дальние расстояния с низкой плотностью транспортной инфраструктуры.

 

Список литературы

  1. Генкин К.И. Газовые двигатели. М.: Машиностроение, 2010. - 196 с.
  2. Мамедова М.Д. Работа дизеля на сжиженном газе. М.: Машиностроение, 1980. - 149 с.
  3. https://www.science-education.ru/ru/article/view?id=14894.
  4. https://cyberleninka.ru/article/v/opyt-konvertatsii-dizeley-v-gazovye-dvigateli-s-iskrovym-zazhiganiem