Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Газовый двигатель низкого давления

Газовый двигатель низкого давления

Природный газ в газовые двигатели стационарных и транспортных энергетических установок поступает непосредственно из магистральных газопроводов с давлением 5,4…7,4 МПа.

Для питания стационарных двигателей газообразным топливом из газопроводов высокого давления на магистрали, идущей от газопровода к двигателю, размещают дросселирующее устройство для снижения давления газа. Перед смесительными органами двигателя помещают регулятор давления газа, который автоматически поддерживает заданное давление газа независимо от его расхода двигателем.

На автомобильных газовых заправочных станциях природный газ, поступающий из магистральных газопроводов, после очистки и сушки сжимается до 20 МПа и поступает для заправки газовых баллонов транспортных установок. Вследствие больших изменений давления газа и его расхода в газовых двигателях транспортных установок на пути газа от баллонов к двигателю устанавливают редуктор, снижающий давление газа перед смесительными устройствами. Этот редуктор представляет собой автоматический регулятор давления газа. Он отличается от регулятора давления газа, используемого в системе питания стационарного двигателя, лишь более высокой степенью снижения давления газа. В зависимости от числа элементов, в которых происходит последовательное снижение давления газа, различают одно-, двух- и многоступенчатые редукторы.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Для двигателей транспортных установок можно использовать газ среднего и низкого давления, получаемый на газораспределительных станциях конечных участков газопроводов. Эти станции предназначены для снижения давления газа перед его подачей в городскую сеть. В этом случае запас топлива в баллонах будет меньше, соответственно уменьшится и пробег транспортной установки.

В местах, удаленных от магистральных газопроводов, а также в сельской местности доставка топлива для транспортных установок осуществляется передвижными автогазозаправщиками, которые перевозят газ в баллонах при давлении 32 МПа.

Основной задачей системы подачи топлива в газовых двигателях является обеспечение оптимального соотношения между количеством воздуха и топлива на всех режимах работы.

Применение сжиженного природного газа характерно для главных газожидкостных двигателей судов метановозов, перевозящих газ в сжиженном состоянии в теплоизолированных емкостях. Ежедневно количество испарившегося перевозимого газа вследствие естественного нагрева составляет 0,09…0,25 % общего количества. Во избежание повышения давления в емкостях пары газа должны удаляться. Этого количества газа вполне достаточно для работы главных двигателей на полной мощности. При отсутствии газа двигатель автоматически переключается на жидкое топливо.

В газовых двигателях так же, как и в двигателях, работающих на жидком топливе, может быть осуществлено внешнее или внутреннее смесеобразование.

В зависимости от типа и назначения газового двигателя применяют, как и в двигателях, работающих на жидком топливе, количественное, качественное и смешанное регулирование.

Наибольшее распространение получило смешанное регулирование, при котором в области больших нагрузок мощность двигателя меняется в результате изменения качества горючей смеси, а в области малых нагрузок регулирование осуществляется изменением количества свежего заряда постоянного состава, поступающего в цилиндры двигателя.

К смесительным устройствам и газовым клапанам газообразное топливо подводится под давлением, которое зависит от способа смесеобразования и схемы регулирования двигателя.

Для двигателей с внешним смесеобразованием без наддува газ поступает к смесительным устройствам под давлением, возможно близким к атмосферному. Только в этом случае предотвращается утечка газа во внешнюю среду и проникновение воздуха в газопровод. При избыточном давлении происходит утечка газа, а в случае наличия вакуума в газопроводе образование горючей смеси из газа и воздуха может привести к взрыву.

В двигателях с внутренним смесеобразованием без наддува, а также в двигателях с любым смесеобразованием, но с наддувом газ подводится к газовому клапану под давлением, несколько превышающим давление продувки или наддува.

Давление газа перед смесительными устройствами при количественном регулировании должно поддерживаться постоянным независимо от его расхода, при качественном регулировании — изменяться по установленному закону. Эту задачу выполняют автоматические регуляторы давления газа, которые установлены на входе в газовый трубопровод двигателя.

Внешнее смесеобразование

Условия образования горючей смеси в газовых двигателях с внешним смесеобразованием более благоприятны, чем в двигателях, работающих на жидком топливе, так как газообразное топливо и воздух находятся в одном агрегатном состоянии, что позволяет использовать в газовых двигателях более простые смесительные устройства.

Смесеобразование осуществляется в газовоздушном смесителе или смесительном клапане, назначение которых состоит в тщательном перемешивании газа и воздуха в определенной пропорции. Смесительные устройства обычно выполняют функции органов регулирования двигателя.

В быстроходных газовых четырехтактных двигателях малой мощности хорошее смесеобразование благодаря высокой скорости воздуха и газа достигается в простейших газовоздушных смесителях. Простейший газовоздушный смеситель представляет собой обычный тройник, к одному из отверстий которого подводится газ, к другому — воздух, а из третьего газовоздушная смесь поступает в цилиндры двигателя. Смесители такого типа делают с большими проходными сечениями и малым гидравлическим сопротивлением.

В многоцилиндровых двигателях малой мощности обычно устанавливают один общий смеситель, питающий газовоздушной смесью все цилиндры двигателя. Количество горючей смеси, поступающей в цилиндры при различных режимах работы двигателя, и соотношение в ней газа и воздуха (качество смеси) регулируют заслонками, расположенными в патрубках смесителя. Управление газовоздушной заслонкой, регулирующей количество поступающей в цилиндры свежей смеси, осуществляется автоматически от регулятора частоты вращения коленчатого вала двигателя. Регулятор при помощи тяг и рычагов связан с валиком газовоздушной заслонки. Управление воздушной и газовой заслонками, регулирующими качество смеси, производится вручную.

Для лучшего перемешивания газа с воздухом и получения более равномерного состава смеси в цилиндрах в некоторых конструкциях газосмесительных устройств газовый поток разделяют на отдельные струи с помощью отверстий в диффузоре.

Качественное и количественное регулирование горючей смеси в газовоздушном смесителе осуществляется воздушной и газовоздушной заслонками.

Для обогащения горючей смеси, необходимого при работе двигателя с полной (номинальной) нагрузкой, в конструкции смесителя имеется дозирующее обогатительное устройство. Вакуумная полость А экономайзера соединена с впускным трубопроводом двигателя за газовоздушной заслонкой. При работе на частичных нагрузках, когда при прикрытой газовоздушной заслонке создается относительно высокий вакуум во впускном трубопроводе, мембрана вследствие разности давлений в полостях А и Б сжимает пружину и удерживает клапан экономайзера в закрытом положении. Газ поступает в диффузор смесителя через отверстие, соответствующее экономичной регулировке шайбы. При полном открытии газовоздушной заслонки, когда вакуум во впускном трубопроводе относительно низкий, пружина отжимает мембрану вверх и открывает клапан экономайзера. В диффузор поступает дополнительное количество газа через отверстие, соответствующее мощ-ностной регулировке шайбы.

В газовых двигателях средней и большой мощности необходимо перемешивать значительные объемы газа и воздуха. При использовании одного газового смесителя для питания многоцилиндрового двигателя трудно сохранить одинаковое наполнение цилиндров вследствие различия сопротивлений при впуске, а также одинаковый состав смеси ввиду изменения его во впускном трубопроводе. Нагрузка по цилиндрам двигателя в этом случае распределяется неравномерно. При неправильно отрегулированном составе смеси, при неполадках в работе органов газораспределения двигателя возрастает опасность взрыва горючей смеси во впускной системе, который может привести к аварии.

Для более равномерного распределения нагрузки по цилиндрам и предотвращения случайных взрывов во впускной системе уменьшают объем горючей смеси, приближая смесительные устройства к впускным клапанам двигателя. Поэтому для многоцилиндровых двигателей средней и большой мощности применяют специальные клапаны-смесители или индивидуальные смесители, устанавливаемые на каждый цилиндр отдельно.

В клапане-смесителе смешение газа и воздуха осуществляется над головкой впускного клапана, который приводится в действие обычным способом при помощи рычага и штанги с толкателем от кулачка распределительного вала. На стержень впускного клапана посажен газовый клапан, отжимаемый вверх пружиной 3 и перекрывающий отверстие для прохода газообразного топлива. При нажатии рычага на стержень впускного клапана он начинает открываться, и в цилиндр поступает только воздух. При дальнейшем открытии клапана упорное кольцо 4 на стержне открывает газовый клапан 2, и в цилиндр поступает смесь газа и воздуха, образующаяся непосредственно перед впускным клапаном. Запаздывание открытия газового клапана определяется величиной зазора (в существующих конструкциях 1…4 мм) между уступом и газовым клапаном. Порядок закрытия клапанов обратный, т. е. сначала закрывается газовый клапан, а затем впускной. При таком способе наполнения цилиндра свежей смесью исключается возможность обратной вспышки, так как в начале наполнения в цилиндр поступает только воздух, обеспечивающий его продувку, а не горючая смесь и, следовательно, она не может воспламениться от догорающих в цилиндре газов.

Внутреннее смесеобразование

Внутреннее смесеобразование используют для двух- и четырехтактных двигателей с наддувом и без наддува для исключения потерь газа во время продувки. В двигателях с внутренним смесеобразованием в крышке каждого цилиндра необходимо установить дополнительный клапан для ввода газообразного топлива и использования системы качественного регулирования. Газовый клапан приводится в действие механическим либо гидравлическим способом. В последнем случае управляющий гидравлический насос под воздействием регулятора частоты вращения изменяет ход газового клапана в зависимости от нагрузки двигателя.

Читать еще:  Что такое вгк двигателя

Хорошее смешение газов и воздуха при внутреннем смесеобразовании в двухтактных двигателях возможно лишь при условии впуска газа в начале хода сжатия под давлением, превышающим давление продувочного воздуха. Ограниченное время, отводимое на процесс смесеобразования, не позволяет получить однородную (по составу) смесь, как при внешнем смесеобразовании. Поэтому полнота сгорания в двигателях при внутреннем смесеобразовании несколько ниже, чем при внешнем.

На рис. 3 показана схема управления газожидкостного четырехтактного двигателя метановоза. Испарившийся сжиженный газ под давлением 0,3 МПа через отдельный газовпускной клапан в крышке двигателя поступает в цилиндр в процессе наполнения. Газовпускной клапан 3 приводится в действие механическим способом. Клапан впуска воздуха открывается с некоторым опережением относительно газовпускного клапана, чтобы предупредить обратные вспышки газа. Поступающий сначала воздух продувает цилиндр, снижает температуру остаточных газов. Газ и воздух перемешиваются и в конце процесса сжатия в газовоздушную смесь впрыскивается небольшое количество жидкого топлива, смесь паров которого с воздухом обладает более низкой температурой воспламенения по сравнению с газовоздушной смесью. Воспламеняясь, факел жидкого топлива образует в объеме газовоздушного заряда мощный многоочаговый источник зажигания и тур-булизации, достаточный для воспламенения и эффективного сгорания бедных газовоздушных смесей. Остальные процессы в газожидкостном двигателе происходят так же, как и у дизеля. Минимальное количество жидкого топлива, необходимого для устойчивого воспламенения и сгорания газовоздушной смеси, составляет 10% общего количества, потребляемого дизелем. Регулирование состава смеси осуществляется возвратом контролируемой части сжатого в турбокомпрессоре воздуха обратно на впуск в компрессор. Перепускной воздушный клапан, смонтированный в корпусе турбокомпрессора, реагирует на температуру выпускных газов и содержание в них кислорода.

Газовый двигатель

Устройство и принцип действия газового двигателя

Газовый двигатель – особый вид двигателя внутреннего сгорания, работающий на газообразном топливе, работающий по циклу Отто. Чаще всего газовые двигатели работаю на пропане, но есть и другие, работающие на попутных (нефтяных), сжиженном, доменных, генераторных и других видах газообразного топлива.

Цикл Отто – процесс описывающий термодинамическую работу ДВС, с воспламенение сжатой смеси с помощью стороннего источника энергии (свечи зажигания)

Принципиальное отличие газовых двигателей от бензиновых и дизельных в более высокой степени сжатия. Применение газа позволяет избежать излишнего износа деталей, так как процессы сгорания топливовоздушной смеси происходят более правильно, благодаря исходному (газообразному) состоянию топлива. Также газовые двигатели более экономичны, так как газ стоит дешевле нефти и легче добывается.

К несомненным преимуществам двигателей на газе стоит отнести безопасность и бездымность выхлопа, что делает их незаменимыми при использовании на погрузчиках в больших складах, а также под землей и на общественном транспорте

Сами по себе газовые двигатели редко выпускаются серийно, чаще всего они появляются после переделки традиционных ДВС, путем оборудования их специальным газовым оборудованием.

По большей части любой бензиновый ДВС может стать универсальным если поставить на него газовое оборудование. Любую машину Российского производства как правило легко переоборудовать на газ, при условии грамотного подхода.

Пи переоборудовании машины на газ в багажник

Но у таких газовых двигателей есть один существенный недостаток. Пи понижении температуры окружающего воздуха, давление в баллоне падает и автомобиль невозможно завести, поэтому чаще всего применяются гибридные установки – газ/бензин. Заводится машина с бензина, а затем переключается на газ.

Оборудование автомобиля газобаллонным оборудованием не займет много времени и производится во многих мастерских по всему миру.

1 – баллон 2 – мультиклапан 3 – газовая магистраль высокого давления 4 – выносное заправочное устройство 5 – газовый клапан 6 – редуктор-испаритель 7 – дозатор 8 – смеситель воздуха и газа 9 – бензиновый клапан 10 – переключатель видов топлива

Газель обрудованная ГБО

Однако не только бензиновый но дизельный двигатель можно перевести на газ, для этого дизель снабжается системой зажигания, поскольку при сильном сжатии газ не детонирует как дизельное топливо. Еще одним способом воспламенить топливо является впрыскивание вместе с газом в цилиндры еще ди дизельного топлива, в количестве примерно 40-50%.

Газовый двигатель, переоборудованный из дизельного наиболее полно раскрывает все плюсы использования газа, так как степень сжатия в дизелях намного выше, что позволяет добиться КПД в районе 30-45%.

В сумме переоборудование двигателей на газ достаточно дорогое удовольствие – от 500 до 1000 долларов за импортное оборудование, но при условии достаточно интенсивной езды, затраты на ГБО окупаются достаточно быстро, поскольку газ стоит примерно в два раза дешевле бензина или дизельного топлива.

В начале статьи приведена фотография газового двигателя Caterpillar G 3508, мощностью 528 кВт, объемом 34,5 литра и степенью сжатия 9:1.

Беседы о ракетных двигателях

Просто о том, что кажется сложным

  • Привет!
  • Статьи
  • Ссылки
  • Об авторах
  • Карта сайта

Газовый ракетный двигатель

Автор публикации: Редколлегия · 14 декабря 2015 · Комментариев нет

ГАЗОВЫЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ — ракетный двигатель, рабочим телом которого является газ. Большинство газовых ракетных двигателей работает на сжатом газе, поступающем из баллона высокого давления через редуктор ( пневматические РД ); давление газа понижается с 10-40 до 0,1-1 МПа. По мере расходования газа тяга газового ракетного двигателя уменьшается. Газовые ракетные двигатели на «холодном» газе (с температурой ≈20°С) просты и надежны в работе, однако их удельный импульс мал (350-700 м/с), поскольку с целью получения приемлемой массы ДУ используются газы с большой молекулярной массой (азот, хладоны, аргон, криптон, неон и др.).

Уменьшение массы ДУ достигается при использовании газовых ракетных двигателей, работающих на испарённом рабочем теле. Исходным рабочим веществом является жидкость (например, сжиженный аммиак) или твёрдое вещество (например, бикарбонат аммония, гидросульфид аммония, гидрид лития), которые газифицируются перед подачей в РД путём нагрева от электрического, радиоизотопного источника энергии или от более тёплых элементов конструкции КА. Газовые ракетные двигатели, работающие на продуктах сублимации твёрдого вещества, называются сублимационными ракетными двигателями . Преимущество их состоит в том, что низкое давление паров сублимирующего вещества (менее 0,1 МПа) позволяет использовать для хранения рабочего тела тонкостенные ёмкости любой удобной формы. Указанное преимущество можно реализовать, однако, лишь при очень малых тягах, свойственных сублимационным РД (до нескольких ньютонов).

Газовые ракетные двигатели на испарённом рабочем теле по удельному импульсу несколько превосходят газовые ракетные двигатели на «холодном» газе. Этот параметр можно значительно повысить путём дополнительного нагрева рабочего тела от электрического или радиоизотопного источника энергии, размещённого перед РД или в самом РД (который становится соответственно электрическим или радиоизотопным РД). При нагреве до 1100 К удельный импульс газового ракетного двигателя на сжатом газе увеличивается приблизительно вдвое. Несколько больший удельный импульс — 1500 м/с — у газового ракетного двигателя на продуктах каталитического разложения гидразина, в котором (в отличие от гидразинового ЖРД) катализаторный пакет размещён в отдельном газогенераторе и вырабатываемый газ поступает вначале в ёмкость – ресивер.

Описанные выше газовые ракетные двигатели являются по существу реактивными соплами, которые снабжены управляющими клапанами. Имеются также газовые ракетные двигатели, работающие на газообразном монотопливе и двухкомпонентном топливе, по устройству аналогичные ЖРД. Монотопливом может быть смесь газов, например «трайдайн» (Tridyne): 85% N2, 10% Н2, 5% О2 – по объёму), реагирующая в каталитической камере РД. Двухкомпонентным топливом газового ракетного двигателя могут быть, например, продукты испарения первичных жидких окислителя и горючего или продукты электролиза воды (т.е. газообразные кислород и водород). Газовые ракетные двигатели на двухкомпонентном топливе сравнимы по удельному импульсу с ЖРД.

Тяга газовых ракетных двигателей находится в диапазоне от нескольких миллиньютонов (мН) до сотен ньютонов (Н), причём большинство их относится к ракетным микродвигателям. Основное применение газовых ракетных двигателейреактивные системы управления и индивидуальные ракетные двигательные установки, где они работают преимущественно в импульсном режиме (см. Импульсный ракетный двигатель).

Схемы двигательных установок с газовыми РД:
а — двигательная установка с пневматическими РД; б — двигательная установка с РД на испарённом рабочем теле; в — двигательная установка с сублимационными РД; г — двигательная установка с РД на продуктах каталитического разложения жидкостного монотоплива; д — двигательная установка с РД на продуктах каталитического разложения газообразного монотоплива; е — двигательная установка с РД на продуктах электролиза воды
1 — управляющий клапан; 2 — дренажно-предохранительный клапан; 3 — датчик (реле) давления; 4 — сжатый газ; 5 — заправочный клапан; 6 — фильтр; 7 — редуктор давления; 8 — реактивные сопла (камеры); 9 — ресивер газа (пара); 10 — испаритель-подогреватель; 11 — жидкое топливо (рабочее тело); 12 — разделительная диафрагма; 13 — терморегулируемый дроссель; 14 — сублимирующее твёрдое вещество; 15 — термочувствительный элемент; 16 — катализатор; 17 — электролитическая установка

Газотурбинный двигатель

Газотурбинный двигатель (ГТД) — тепловой двигатель, в котором газ сжимается и нагревается, а затем энергия сжатого и нагретого газа преобразуется в механическую работу на валу газовой турбины.

Читать еще:  Глухой стук в двигателе бмв

В отличие от поршневого двигателя, в ГТД процессы происходят в потоке движущегося газа.

Сжатый атмосферный воздух из компрессора поступает в камеру сгорания, туда же подаётся топливо, которое, сгорая, образует большое количество продуктов сгорания под высоким давлением. Затем в газовой турбине энергия газообразных продуктов сгорания преобразуется в механическую работу за счёт вращения струёй газа лопаток, часть которой расходуется на сжатие воздуха в компрессоре. Остальная часть работы передаётся на приводимый агрегат. Работа, потребляемая этим агрегатом, является полезной работой ГТД. Газотурбинные двигатели имеют самую большую удельную мощность среди ДВС, до 6 кВт/кг.

Содержание

Основные принципы работы

Как и во всех циклических тепловых двигателях, чем выше температура сгорания, тем выше КПД. Сдерживающим фактором является способность стали, никеля, керамики или других материалов, из которых состоит двигатель, выдерживать температуру и давление. Значительная часть инженерных разработок направлена на то, чтобы отводить тепло от частей турбины. Большинство турбин также пытаются рекуперировать тепло выхлопных газов, которое, в противном случае, теряется впустую. Рекуператоры — это теплообменники, которые передают тепло выхлопных газов сжатому воздуху перед сгоранием. При комбинированном цикле тепло передается системам паровых турбин. И при комбинированном производстве тепла и электроэнергии (когенерация) отработанное тепло используется для производства горячей воды.

Как правило, чем меньше двигатель, тем выше должна быть частота вращения вала(ов), необходимая для поддержания максимальной линейной скорости лопаток. [источник не указан 404 дня] Максимальная скорость турбинных лопаток определяет максимальное давление, которое может быть достигнуто, что приводит к получению максимальной мощности, независимо от размера двигателя. Реактивный двигатель вращается с частотой около 10000 об/мин и микро-турбина — с частотой около 100000 об/мин. [источник не указан 404 дня]

Авиационные двигатели также часто используются для генерации электрической мощности, благодаря их способности запускаться, останавливаться и изменять нагрузку быстрее, чем промышленные машины. [источник не указан 404 дня]

Типы газотурбинных двигателей

Воздушно-реактивный двигатель — газовый двигатель, оптимизированный для получения тяги от выхлопных газов или от туннельного вентилятора, присоединенного к газовой турбине. [источник не указан 404 дня] Реактивные двигатели, которые производят тягу, главным образом, от прямого импульса выхлопных газов, часто называются турбореактивными, в то время, как те, которые создают тягу от туннельного вентилятора, часто называются турбовентиляторными. [источник не указан 404 дня]

Одновальные и многовальные двигатели

Простейший газотурбинный двигатель имеет только одну турбину, которая приводит компрессор и одновременно является источником полезной мощности. Это накладывает ограничение на режимы работы двигателя.

Иногда двигатель выполняется многовальным. В этом случае имеется несколько последовательно стоящих турбин, каждая из которых приводит свой вал. Турбина высокого давления (первая после камеры сгорания) всегда приводит компрессор двигателя, а последующие могут приводить как внешнюю нагрузку (винты вертолёта или корабля, мощные электрогенераторы и т. д.), так и дополнительные компрессоры самого двигателя, расположенные перед основным.

Преимущество многовального двигателя в том, что каждая турбина работает при оптимальном числе оборотов и нагрузке. При нагрузке, приводимой от вала одновального двигателя, была бы очень плоха приемистость двигателя, то есть способность к быстрой раскрутке, так как турбине требуется поставлять мощность и для обеспечения двигателя большим количеством воздуха (мощность ограничивается количеством воздуха), и для разгона нагрузки. При двухвальной схеме легкий ротор высокого давления быстро выходит на режим, обеспечивая двигатель воздухом, а турбину низкого давления большим количеством газов для разгона. Также есть возможность использовать менее мощный стартер для разгона при пуске только ротора высокого давления.

Турбореактивный двигатель

В полёте поток воздуха тормозится во входном устройстве перед компрессором, в результате чего его температура и давление повышается. На земле во входном устройстве воздух ускоряется, его температура и давление снижаются.

Проходя через компрессор, воздух сжимается, его давление повышается в 10—45 раз, возрастает его температура. Компрессоры газотурбинных двигателей делятся на осевые и центробежные. В наши дни в двигателях наиболее распространены многоступенчатые осевые компрессоры. Центробежные компрессоры, как правило, применяются в малогабаритных силовых установках.

Далее сжатый воздух попадает в камеру сгорания, в так называемые жаровые трубы, либо в кольцевую камеру сгорания, которая не состоит из отдельных труб, а является цельным кольцевым элементом. В наши дни кольцевые камеры сгорания являются наиболее распространёнными. Трубчатые камеры сгорания используются гораздо реже, в основном на военных самолётах. Воздух на входе в камеру сгорания разделяется на первичный, вторичный и третичный. Первичный воздух поступает в камеру сгорания через специальное окно в передней части, по центру которого расположен фланец крепления форсунки и участвует непосредственно в окислении (сгорании) топлива (формировании топливо-воздушной смеси). Вторичный воздух поступает в камеру сгорания сквозь отверстия в стенках жаровой трубы, охлаждая, придавая форму факелу и не участвуя в горении. Третичный воздух подаётся в камеру сгорания уже на выходе из неё, для выравнивания поля температур. При работе двигателя в передней части жаровой трубы всегда вращается вихрь раскалённого газа (что обусловлено специальной формой передней части жаровой трубы), постоянно поджигающего формируемую топливовоздушную смесь, происходит сгорание топлива (керосина, газа), поступающего через форсунки в парообразном состоянии.

Газовоздушная смесь расширяется и часть её энергии преобразуется в турбине через рабочие лопатки в механическую энергию вращения основного вала. Эта энергия расходуется, в первую очередь, на работу компрессора, а также используется для привода агрегатов двигателя (топливных подкачивающих насосов, масляных насосов и т. п.) и привода электрогенераторов, обеспечивающих энергией различные бортовые системы.

Основная часть энергии расширяющейся газовоздушной смеси идёт на ускорение газового потока в сопле и создание реактивной тяги.

Чем выше температура сгорания, тем выше КПД двигателя. Для предупреждения разрушения деталей двигателя используют жаропрочные сплавы, оснащённые системами охлаждения, и термобарьерные покрытия.

Турбореактивный двигатель с форсажной камерой

Турбореактивный двигатель с форсажной камерой (ТРДФ) — модификация ТРД, применяемая в основном на сверхзвуковых самолётах. Между турбиной и соплом устанавливается дополнительная форсажная камера, в которой сжигается дополнительное горючее. В результате происходит увеличение тяги (форсаж) до 50%, но расход топлива резко возрастает. Двигатели с форсажной камерой, как правило, не используются в коммерческой авиации по причине их низкой экономичности.

«Основные параметры турбореактивных двигателей различных поколений»

Поколение/
период
Т-ра газа
перед турбиной
°C
Степень сжатия
газа, πк *
Характерные
представители
Где установлены
1 поколение
1943-1949 гг.
730-7803-6BMW 003, Jumo 004Me 262, Ar 234, He 162
2 поколение
1950-1960 гг.
880-9807-13J 79, Р11-300F-104, F4, МиГ-21
3 поколение
1960-1970 гг.
1030-118016-20TF 30, J 58, АЛ 21ФF-111, SR 71,
МиГ-23Б, Су-24
4 поколение
1970-1980 гг.
1200-140021-25F 100, F 110, F404,
РД-33, АЛ-31Ф
F-15, F-16,
МиГ-29, Су-27
5 поколение
2000-2020 гг.
1500-165025-30F119-PW-100, EJ200,
F414, АЛ-41Ф
F-22, F-35,
ПАК ФА

Начиная с 4-го поколения рабочие лопатки турбины выполняются из монокристаллических сплавов, охлаждаемые.

Турбовинтовой двигатель

В турбовинтовом двигателе (ТВД) основное тяговое усилие обеспечивает воздушный винт, соединённый через редуктор с валом турбокомпрессора. Для этого используется турбина с увеличенным числом ступеней, так что расширение газа в турбине происходит почти полностью и только 10—15 % тяги обеспечивается за счёт газовой струи.

Турбовинтовые двигатели гораздо более экономичны на малых скоростях полёта и широко используются для самолётов, имеющих большую грузоподъёмность и дальность полёта. Крейсерская скорость самолётов, оснащённых ТВД, 600—800 км/ч.

Турбовальный двигатель

Турбовальный двигатель (ТВаД) — газотурбинный двигатель, у которого вся развиваемая мощность через выходной вал передается потребителю. Основная область применения — силовые установки вертолетов.

Двухконтурные двигатели

Дальнейшее повышение эффективности двигателей связано с появлением так называемого внешнего контура. Часть избыточной мощности турбины передаётся компрессору низкого давления на входе двигателя.

Двухконтурный турбореактивный двигатель

В турбореактивном двухконтурном двигателе (ТРДД) воздушный поток попадает в компрессор низкого давления, после чего часть потока проходит по обычной схеме через турбокомпрессор, а остальная часть (холодная) проходит через внешний контур и выбрасывается без сгорания, создавая дополнительную тягу. В результате снижается температура выходного газа, снижается расход топлива и уменьшается шум двигателя. Отношение количества воздуха, прошедшего через внешний контур, к количеству прошедшего через внутренний контур воздуха называется степенью двухконтурности (m). При степени двухконтурности 4 — потоки выбрасываются раздельно, так как из-за значительной разности давлений и скоростей смешение затруднительно.

Двигатели с малой степенью двухконтурности (m 2 для дозвуковых пассажирских и транспортных самолётов.

Турбовентиляторный двигатель

Турбовентиляторный реактивный двигатель (ТВРД) — это ТРДД со степенью двухконтурности m=2—10. Здесь компрессор низкого давления преобразуется в вентилятор, отличающийся от компрессора меньшим числом ступеней и большим диаметром, и горячая струя практически не смешивается с холодной.

Читать еще:  Двигатель ifa 6vd характеристики

Турбовинтовентиляторный двигатель

Дальнейшим развитием ТВРД с увеличением степени двухконтурности m=20—90 является турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). В отличие от турбовинтового двигателя, лопасти двигателя ТВВД имеют саблевидную форму, что позволяет перенаправить часть воздушного потока в компрессор и повысить давление на входе компрессора. Такой двигатель получил название винтовентилятор и может быть как открытым, так и закапотированным кольцевым обтекателем. Второе отличие — винтовентилятор приводится от турбины не напрямую, как вентилятор, а через редуктор.

Вспомогательная силовая установка

Вспомогательная силовая установка (ВСУ) — небольшой газотурбинный двигатель, являющийся дополнительным источником мощности, например, для запуска маршевых двигателей самолетов. ВСУ обеспечивает бортовые системы сжатым воздухом ( в том числе для вентиляции салона), электроэнергией и создает давление в гидросистеме летательного аппарата.

Судовые установки

Используются в судовой промышленности для снижения веса. GE LM2500 и LM6000 — две характерных модели этого типа машин.

Наземные двигательные установки

Другие модификации газотурбинных двигателей используются в качестве силовых установок на судах (газотурбоходы), железнодорожном (газотурбовозы) и другом наземном транспорте, а также на электростанциях, в том числе, передвижных, и для перекачки природного газа. Принцип работы практически не отличается от турбовинтовых двигателей.

Газовая турбина с замкнутым циклом

В газовой турбине с замкнутым циклом рабочий газ циркулирует без контакта с окружающей средой. Нагрев (перед турбиной) и охлаждение (перед компрессором) газа производится в теплообменниках. Такая система позволяет использовать любой источник тепла (например, газоохлаждаемый ядерный реактор). Если в качестве источника тепла используется сгорание топлива, то такое устройство называют турбиной внешнего сгорания. На практике газовые турбины с замкнутым циклом используются редко.

Газовая турбина с внешним сгоранием

Большинство газовых турбин представляют собой двигатели внутреннего сгорания, но также возможно построить газовую турбину внешнего сгорания, которая, фактически, является турбинной версией теплового двигателя. [источник не указан 404 дня]

При внешнем сгорании в качестве топлива используется пылевидный уголь или мелкоистолченная биомасса (например, опилки). Внешнее сжигание газа используется как непосредственно, так и косвенно. В прямой системе, продукты сгорания проходят сквозь турбину. В косвенной системе, используется теплообменник и чистый воздух проходит сквозь турбину. Тепловой КПД ниже в системе внешнего сгорания косвенного типа, однако лопасти не подвергаются воздействию продуктов сгорания.

Газодизельный двигатель принцип работы

Отличия газодизельных ДВС от бензиновых, работающих на компримированном газе

В результате исследований по использованию природного газа в качестве топлива в дизелях установлено следующее:

  • природный газ (метан) в отличие от дизельного топлива обладает малым цетановым числом (10 ед.) и, следовательно, плохой воспламеняемостью;
  • осуществить воспламенение газа в дизеле со степенью сжатия менее 25 без постороннего источника зажигания смеси невозможно, так как температура воспламенения метана (680 °С) существенно выше температуры воспламенения дизельного топлива (280 °С);
  • для природного газа наиболее приемлемым процессом организации воспламенения рабочей смеси является газодизельный, при котором газовоздушная смесь воспламеняется от небольшой запальной дозы дизельного топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания в конце такта сжатия;
  • газодизельный процесс является наиболее экономически оправданным, так как при этом не требуется переделка двигателя и его систем, а только дооборудование двигателя ГСП и перерегулировка топливной аппаратуры, которая выполняется автоматически с помощью электронных устройств;
  • при прекращении подачи газа газодизель может полноценно работать как обычный дизель. В отличие от бензиновых ГБА газодизельный процесс ДВС не только не ухудшает технико-экономические показатели работы автомобиля, но даже несколько увеличивает КПД двигателя (на 1 …2 %) по сравнению с дизельным циклом;
  • эксплутационный расход дизельного топлива при работе в газодизельном режиме снижается на 75…80 %.

Рис. Газовая система питания газодизельных и бензиновых двигателей внутреннего сгорания:1 — баллоны высокого давления; 2 — межбаллонные трубопроводы с компенсационными витками; 3 — манометр; 4 — расходный вентиль; 5 — межсекционная крестовина; 6 — наполнительный вентиль; 7 — магистральный вентиль; 8 — подогреватель газа; 9 — редуктор высокого давления; 10 — датчик падения давления газа в магистрали; 11 — предохранительный клапан; 12 — фильтр с электромагнитным клапаном; 13 — редуктор низкого давления; 14 — газовый смеситель; 15 — карбюратор-смеситель; 16 — трубка подачи газа системы холостою хода; 17— электромагнитный клапан пусковой системы; 18 — кнопочный переключатель; 19 — фильтр бензиновой системы питания с электромагнитным клапаном; 20 — дозатор газа; 21 — трехходовой электромагнитный клапан; 22 — смеситель газа; 23 — сопло Вентури; 24 — датчик блокировки; 25 — механизм установки запальной дозы; 26 — подвижный упор; 27 — телескопическая тяга; 28 — тяга регулятора ТНВД; 29 — датчик частоты вращения; 30 — зубчатый венец датчика; 31 — педаль акселератора

Конструкция газодизеля по сравнению с карбюраторной газобаллонной системой питания имеет некоторые отличия и дополнительно включает в себе следующие элементы: дозатор газа 20, трехходовой электромагнитный клапан 21, смеситель 22 с диффузором типа сопла Вентури 23, датчик блокировки 24, механизм установки запальной дозы 25, подвижный упор 26, телескопическую тягу 27 управления регулятора 28 ТНВД, индуктивный датчик 29 частоты вращения ДВС, зубчатый венец 30 коленчатого вала ДВС, рычаг-педаль 31 привода подачи топлива.

Газодизельный процесс осуществляется следующим образом. Газ после прохождения редуктора низкого давления 13 попадает в дозатор-смеситель, выполненный в виде самостоятельных блоков дозатора 20 и смесителя 22.

Дозатор газа, представляющий собой дроссельную заслонку, изготовлен в едином корпусе с диафрагменным механизмом ограничения подачи газа. Управление приводом дроссельной заслонки осуществляется с помощью педали 31 и соответствующей тяги из кабины водителя.

Управление работой диафрагменного механизма производится с помощью трехходового электропневматического клапана 21. Основное назначение дозатора — регулирование количества подаваемого в смеситель газа в зависимости от нагрузки двигателя и автоматическое уменьшение подачи газа при достижении двигателем максимальной частоты вращения коленчатого вала (2 550 мин»1). Система ограничения максимальной частоты вращения состоит из зубчатого венца 30, индуктивного датчика 29, электронного реле и трехходового электромагнитного клапана 21.

Смеситель 22 представляет собой цилиндр со вставленным в него диффузором типа сопла Вентури 23. Внутри диффузор имеет кольцевой коллектор подвода газа с радиальными отверстиями, через которые газ смешивается с воздухом, образуя гомогенную смесь, поступающую в цилиндры двигателя. Таким образом, мощность двигателя в газодизельном режиме меняется только за счет изменения количества поступающего в цилиндры газа через смеситель при постоянной величине запальной дозы дизельного топлива, равной 12… 16 мм3. Напомним, номинальная цикловая подача топлива при работе по дизельному циклу составляет в пять раз большую величину — 79…81 мм3.

Механизм установки запальной дозы топлива 25 при переводе тумблера, расположенного в кабине автомобиля, в положение «Газ» включает питание электромагнита, который переводит подвижный упор 26 в положение, когда он препятствует дальнейшему перемещению рычага управления регулятора топливного насоса 25.

Одновременно подвижный упор 26 при включении электромагнита отходит от концевого выключателя датчика 24 блокировки подачи газа и «неограниченной» доли дизельного топлива, обеспечивая тем самым включение питания электромагнитного клапана-фильтра 12 подачи газа. При выключении электропитания двигателя или в аварийных ситуациях, связанных, например, с выходом из строя электромагнита механизма установки запальной дозы 25, упор 26 вернется в первоначальное положение, включит датчик блокировки 24, который в свою очередь отключит цепь питания электромагнитного клапана 12 подачи газа. Аналогичные операции происходят при переводе двигателя из газодизельного в дизельный режим, когда тумблер в кабине водителя переводится в положение «Дизель».

Телескопическая тяга 27 служит для обеспечения перемещения педали 31 акселератора при включенном механизме ограничения хода рычага 28 управления регулятором ТНВД. В этом случае при нажатии на педаль 31 происходит сжатие пружины в телескопической тяге, и движение от педали передается на привод дроссельной заслонки дозатора 20 газа. В дизельном режиме телескопическая тяга работает как жесткий элемент, так как жесткость ее пружины значительно выше жесткости пружины рычага управления регулятора 28 ТНВД.

Возможна ли установка газового оборудования на дизельном двигателе

Как понятно из названия, речь – о системах питания газом двигателей, работающих на дизельном топливе.Действительно, переоборудовать для работы на газовом топливе, неважно, метане (CNG) или пропане (LPG), можно не только бензиновый, но и дизельный двигатель как грузового, так и легкового автомобиля.

* Базовая цена без учета баллонной части и опций. Для крупнотоннажных автомобилей цена рассчитывается отдельно. Звоните.

Коммерческое предложение для дизелей с поддержкой от Газпрома.

Установка газового оборудования (метан) на дизельные автомобили.

Переоборудование дизеля на метан

Метан на ISUZU Bogdan

Конвертация МАЗ 6430 на метан

2 акции от Газпром Газомоторное Топливо для юридических лиц

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector