Главное меню

Судовые двигатели

Главная Судовые двигатели внутреннего сгорания Топлива и масла для двигателей Рабочий цикл газовых и газожидкостных двигателей
Рабочий цикл газовых и газожидкостных двигателей

Газовые двигатели, получившие применение в судовых установках, работают по четырехтактному способу, как наиболее экономичному. При работе двигателя в два такта, с продувкой цилиндра газовой смесью, неиз­бежна утечка горючего газа через выпускные органы двигателя, что пони­жает его экономичность. При раздельной же зарядке цилиндра двухтактного двигателя воздухом и горючим газом значительно усложняется кон­струкция двигателя.

Образование рабочей смеси в газовых двигателях осуществляется или путем смешения газа с воздухом в газовых смесителях до поступления смеси в цилиндр двигателя, или смешение происходит непосредственно в цилиндре двигателя.

Поступившая смесь газа с воздухом в цилиндре сжимается, значение параметров конца сжатия при этом зависит от способа воспламенения смеси. В газовых двигателях применяют воспламенение смеси от постороннего источника, которым является электрическая искра или жидкое запальное топливо. Горючие газы имеют высокую температуру самовоспламенения, а потому в газовых двигателях с искровым зажиганием смеси допускается повышенное значение степени сжатия (? = 10?12). При таких значениях степени сжатия наблюдаются реакции окисления горючего газа в период его сжатия, что приводит к возрастанию давления в конце сжатия и к более плавному переходу линии сжатия к линии сгорания и к некоторому сокра­щению периода процесса сгорания. Скорость сгорания смеси горючего газа с воздухом в основном зависит от состава смеси и от начальных значений температуры и давления. Чем больше концентрация газа в смеси (при зна­чениях ?>1) и чем выше температура и давление смеси, тем больше скорость сгорания ее. Наличие инертных газов в газовой смеси (N2, СО2) уменьшает скорость сгорания, и продолжительность процесса сгорания значительно возрастает.

Содержание водорода в газовой смеси способствует повышению скоро­сти сгорания; при значительном его содержании (>18%) большая скорость сгорания вызывает жесткую работу двигателя. Газовые двигатели с искро­вым зажиганием смеси обычно работают с коэффициентом избытка воздуха ? = 1,1?1,2.

Работа двигателей с воспламенением газовой смеси жидким запальным топливом, или, как их называют, газожидкостных двигателей, может про­изводиться двумя способами. По первому способу цилиндр заполняется воздухом, необходимым для горения газа, а газ в сжатом состоянии вду­вается в цилиндр через форсунку в конце такта сжатия в смеси с жидким запальным топливом. Жидкое топливо в среде сжатого нагретого воздуха самовоспламеняется и воспламеняет газ. Данный способ может быть эф­фективным при работе двигателя на газах с высокой, теплотворностью.

По второму способу в цилиндр двигателя поступает газовая смесь, ко­торая затем сжимается за ход сжатия до температуры, при которой впрыс­нутое в цилиндр жидкое топливо в небольшом' количестве самовоспламе­няется. Горение начальных и последующих капель топлива производит вос­пламенение газовой смеси.

В газожидкостных двигателях для получения надежного самовоспламе­нения жидкого запального топлива применяют степень сжатия газовой смеси ? = 12,5?15.

Горение паров жидкого топлива воспламеняет во многих местах газо­вую смесь, находящуюся в пространстве сжатия цилиндра двигателя, и тем самым определяет образование развитого фронта пламени в самом начале процесса сгорания газовой смеси. Высокая степень сжатия газовой смеси, равномерность состава ее и одновременное возникновение очагов горения во многих местах способствуют сокращению периода сгорания газовой смеси в газожидкостных двигателях. Благодаря этому температура отработавших газов у газожидкостных двигателей значительно ниже, чем у газовых дви­гателей, а потому газожидкостные двигатели имеют более высокие индика­торные к. п. д. Для избежания высоких значений максимального давления цикла коэффициент избытка воздуха при горении в газожидкостных двига­телях с полной нагрузкой колеблется в пределах ? = 1,4—1,7.

Выразим мощность газового и газожидкостного двигателей в зависи­мости от основных параметров их циклов.

Расход газа двигателем

Удельный индикаторный расход газа выразим через индикаторный к. п. д., который для газожидкостного двигателя будет равен

Подставляя значение Vi в уравнение (213), найдем среднее индикаторное давление газожидкостного двигателя:

При работе двигателя с наддувом

Подставляя значение рiг в выражение индикаторной мощности, найдем индикаторную мощность газожидкостного двигателя:

и соответственно эффективная мощность газожидкостного двигателя будет равна

Эффективная мощность газового двигателя при м = 0 будет равна

Здесь ?mг —механический к. п. д. газожидкостного или газового двига­теля.

Эффективная мощность двигателя, работающего на жидком топливе, как это было получено ранее (158а), равна

Пренебрегая объемом жидкого топлива ввиду его малости, низшая теплотворность рабочей смеси двигателя при работе его на жидком топливе в ккал/нм3 равна

Из полученных выражений (218), (219) и (220) находим эффективную мощность газожидкостного и газового двигателей, выраженную через эф­фективную мощность двигателя, развиваемую на жидком топливе:

Полученные выражения (221) и (222) позволяют сопоставить мощности, развиваемые двигателем при работе на газе и при работе на жидком топливе.