Содержание к диссертации
Введение
Г л а в а I. Рабочие процессы ДВС, использующих газовые топлива 12
1.1. Свойства газовых топлив 12
1.2. Организация процессов смесеобразования 15
1.2.1. Внутреннее смесеобразование по сжиженному нефтяному газу 15
1.2.2. Непосредственный впрыск сжиженного нефтяного газа в цилиндры дизеля 20
1.2.3. Впрыскивание смеси дизельного топлива со сжиженным нефтяным газом 23
1.3. Двигатель, конвертированный на работу на газе 26
' ВЫВОДЫ по главе 1 26
Г л а в а II. Анализ влияния высокогорных условий работы двигателей на токсичность их выбросов 31
II. 1. Введение 31
II.2. Анализ условий работы двигателя в высокогорье (применительно к условиям Арекипы) 33
II.3. Методика определения суммарной условной токсичности выбросов 39
ІІ.4. Регулирование рабочего процесса дизеля изменением физико - химических свойств топлива 47
И.4.1. Принципиальная схема системы оперативной замены компонентов топлива во время работы дизеля 48
И.4,2. Разработка конструкции системы с клапаном РИД 53
И.4.3. Возможности регулировки параметров функционирования системы с клапаном РНД 61
П.4.4. Система для повышения эффективности пуска дизеля 65
ВЫВОДЫ по главе II 67
ГЛАВА III. Объекты исследования, стенды, методики исследования, погрешности измерений 70
III. 1. Объекты исследования 70
III.2. Методика исследования 81
Ш.2.1. Исследования топливной системы на безмоторном стенде ...81
III.2.2. Расчёты по результатам экспериментальным исследований..85
Ш.2.3. Экспериментальные исследования дизеля 88
Выводы по главе III 88
ГЛАВАІV. Анализ результатов исследований 92
IV. 1Исследования системы топливоподачи 92
IV.2. Результаты испытаний дизеля на стенде 100
IV.3. Результаты испытаний дизеля с добавкой сжиженного газа (испытания газодизеля) 108
Выводы по главе IV 114
Общие выводы по работе 118
Список литературы
- Свойства газовых топлив
- Анализ условий работы двигателя в высокогорье (применительно к условиям Арекипы)
- Исследования топливной системы на безмоторном стенде
- Исследования системы топливоподачи
Введение к работе
Проведение данной работы в регионе Арекипы было согласовано с региональным управлением здравоохранения.
Регион Арекипы занимает площадь в 63345 км2 и имеет население численностью 1078707 человек, из которых 752658 (или около 74%) размещаются в провинции Арекипа, расположенной на высоте 2335 метров над уровнем моря. Такую высоту называют среднегорьем, но часто - высокогорьем.
Парк автомобилей согласно последним данным составляет 73591 единицу. Местная индустрия располагает 2614 установками с ДВС, из которых 96% находятся в провинции Арекипа.
Основными источниками загрязнения окружающей среды являются автомобильный транспорт и промышленность. Проблема окружающей среды становится ещё более существенной, если учесть топографические особенности расположения города Арекипа и провинции (окружённое горами плато, где затруднено естественное ветровое удаление загрязнителей атмосферы).
Проблемой Перу является то, что в последние годы страна из экспортёра нефти превращается в импортёра, в связи с исчерпанием сравнительно лёгких и близкозалегающих нефтей. Ресурсы тяжёлых нефтей пока достаточны, однако, производство светлых нефтепродуктов существенно подорожало. Поэтому одной из актуальных для Перу проблем является освоение крупного месторождения природного газа в районе Комисеа. Необходимость крупных инвестиций в освоение месторождения требует разработки правильных технологических решений в части последующего использования этих энергетических ресурсов.
Использование газовых топлив особенно актуально для высокогорных районов, так как таким путём облегчается решение экологической проблемы, связанной с использованием автомобильного транспорта с ДВС.
Известно, что природный газ может использоваться как сырьё для химической промышленности, как топливо для теплотехнических установок, а также в качестве альтернативного топлива для ДВС, с целью замещения традиционных жидких топлив (бензинов и дизельного), расширения топливных ресурсов и снижения токсичности выбросов автомобильного транспорта.
Без сомнения газ Комисеа целесообразно использовать в теплоэнергетических установках с газовыми, газо - дизельными или паротурбинными установками, с тем, чтобы затем транспортировать электроэнергию в заинтересованные районы страны.
Использование газового топлива в автомобильном транспорте требует развития газопроводов, строительства газозаправочных и компрессорных станций (набивка сжатым газом баллонов высокого давления). Этот путь очевиден, но он долог и требует больших затрат финансовых и временных.
Одним из возможных путей использования газа Комисеа является создание установок синтеза из природного газа метанола с последующим его применением в качестве добавки к жидким топливам. Возможно также синтезировать из газа жидкие углеводороды (наиболее дешёвые - лёгкие синтетические парафиновые углеводороды (ЛСПУ) вида СпН2п, где п=5 -10). Эти углеводороды имеют свойства, близкие к бензиновым топливам, но отличаются низким (порядка 30-35 ед.) октановым числом. Возможно повышение 04, для чего применяются различные присадки, но в этом случае существенно растёт стоимость топлива. Эти углеводороды имеют высокие цетановые числа (ЦЧ), т.е. могут быть применены в дизелях. Однако, их высокая испаряемость, низкая вязкость осложняют проблему. Одним из путей её решения является использование ЛСПУ в смеси с тяжёлыми дизельными топливами.
Использование сжиженного нефтяного газа (ГСН) в ДВС является перспективным как в плане решения экологических проблем, так и в плане
8 расширения ресурсов топлив в стране на период, пока существуют месторождения нефти. С учётом более простого транспорта ГСН, его применение перспективно, хотя и требует значительных переделок двигателя, особенно дизеля - в газодизель, повышает требования к условиям технического обслуживания и т.д.
Реально использованию газовых топлив в дизелях должен предшествовать всесторонний анализ экономической и экологической эффективности применения того или иного топлива в конкретных условиях эксплуатации, например, в условиях Арекипы. Представляется, что для Перу применение ГСН в дизелях путём впрыскивания его штатной системой топли-воподачи может быть наиболее целесообразно, особенно при модерниза-ционном решении задачи, т.е. без существенных переделок серийного двигателя.
Известно, что токсичность выбросов двигателя зависит от состава его отработавших газов. Причём, во многих случаях уменьшение одного компонента (например, сажи) приводит к росту других (например, оксиды азота). Поэтому выбор антитоксичных мероприятий представляет собой сложную и актуальную методологически и технически проблему. Её решение должно быть связано с конкретными условиями эксплуатации двигателей, например, высокогорные условия Перу.
Известен метод сравнения суммарной токсичности выбросов ДВС, основанный на использовании индексов ПДК - предельно допустимых концентраций вредных веществ. Однако, эти индексы разработаны медиками для нормальных условий эксплуатации, т.е. на уровне моря. Особенностью эксплуатации дизелей в Арекипе является высота - порядка 2500 м. над уровнем моря. Следовательно для транспортных двигателей, созданных и отрегулированных для нормальных условий в Арекипе возникает проблема переобогащения смеси, повышенной дымности ОГ, проблемы
9 охлаждения и проч. Согласно последним исследованиям медиков вредность, токсичность сажи возрастает с ростом высоты над уровнем моря.
В Перу около 15000 баррелей ГСН в месяц производит основной производитель — Петроперу, ещё около 5000 баррелей в месяц - другие производители, прежде всего REPSOL. Сейчас ГСН используется в основном для домашнего пользования, а также в качестве топлива автомобильных двигателей с принудительным зажиганием. С ростом числа заправочных станций, а также с расширением применения природного газа в домашнем хозяйстве растут возможности использования ГСН и для дизелей.
Цель работы и задачи исследования. Целью диссертации является разработка и исследование методов и средств снижения дымности и токсичности выбросов дизелей различного назначения, эксплуатирующихся в условиях высокогорья.
Для достижения указанной цели в работе решаются следующие задачи.
Разработать систему топливоподачи малоразмерного быстроходного дизеля типа 248,5/11, обеспечивающую использование сжиженного нефтяного газа (ГСН) как добавки к основному дизельному топливу, с целью регулирования рабочего процесса дизеля изменением физико — химических свойств топлива.
Разработать стенд для испытаний дизеля типа 248,5/11 и его газодизельной модификации (с внутренним смесеобразованием) для натурных испытаний в условиях повышенной высоты над уровнем моря.
Исследовать возможности компенсации высокогорных потерь мощности и экономичности, а также для снижения дымности выбросов, путём добавки сжиженного нефтяного газа к основному топливу.
Методы исследования. В работе применены преимущественно экспериментальные и расчётно-экспериментальные методы исследования.
Достоверность результатов экспериментальных исследований определяется достаточной точностью применявшегося оборудования и стендов, сходимостью с результатами опубликованных экспериментальных исследований, обработанных с применением методики, основанной на методах математической статистики.
Научная новизна работы заключается в том, что в ней впервые разработан и исследован в реальных условиях высокогорья метод и средства компенсации высокогорных потерь по показателям эффективности, экономичности и дымности и токсичности выбросов путём добавки сжиженного нефтяного газа к основному топливу. Показаны возможности снижения дымности и токсичности выбросов, в том числе в экстремальных условиях, например, в условиях высокогорья.
Практическая ценность работы заключается в том, что при реализации предложенного метода организации газодизельного процесса с внутренним смесеобразованием нет необходимости снижения степени сжатия дизеля, конвертирование дизеля на газодизельный процесс осуществляется путём модернизации двигателя, без существенных его конструктивных изменений. При этом сохраняются высокие показатели экономичности, снижаются дымность и токсичность выбросов, появляются возможности форсирования двигателя по составу горючей смеси, в том числе в условиях высокогорья, что обеспечивает компенсацию высокогорных потерь.
Реализация работы. Материалы исследования включены в отчёты по проведению госбюджетных НИР кафедры комбинированных ДВС Российского университета дружбы народов, а также переданы в соответствующие органы муниципалитета Арекипы и применяются в учебном процессе обоих университетов, в том числе при подготовке магистерских и кандидатских диссертаций.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены на Всесоюзных науч. - техн. конференциях в UNSA в 1993, 1994, 1996 г.г, на научно - технических конференциях инженерного факультета Российского университета дружбы народов в 1997, 1999, 2002 и 2004 г.г.
Публикации. По результатам исследований, вошедших в диссертацию, опубликовано 5 работ.
Структура и объём работы. Диссертация изложена на странице и содержит введение, 4 главы основного содержания, результаты и выводы, заключение и список использованной литературы, включающий наименования. Диссертация изложена на страницах машинописного текста, рисунках и таблицах.
Свойства газовых топлив
Очевидно, что во всех этих случаях возникает опасность парообразования в ЛВД, а следовательно нарушеЕшй топливоподачи. Высокая сжимаемость ГСН ухудшает параметры впрыскивания (увеличивает его продолжительность), которая возрастает также из - за более низкой плотности ГСН. В схеме 4 дизельное топливо подаётся с помощью штатного ТНВД 1. ГСН вводится в ЛВД 15 между циклами впрыскивания, благодаря волнам пониженного давления, сформированным в ЛВД при отсечке подачи и посадке нагнетательного клапана 8 в седло. В ЛВД 15 образуется смесь двух топлив, которая при очередном нагнетательном ходе ТНВД впрыскивается в цилиндр штатной форсункой 16.
Схема 5 применима для случаев подачи в цилиндры смеси дизельного топлива с жидкими продуктами синтеза углеводородов из газа, с метанолом и т. д. Мембранный насос 21 в этом случае, имея привод от волн отсечки подачи топлива ТНВД 1, подаёт синтетическое лёгкое топливо к клапану регулирования начального давления 20 в ЛВД 15, где топлива смешиваются и затем впрыскиваются в цилиндр форсункой 16.
В схеме 6 ГСН подаётся из ёмкости 4 непосредственно в форсунку 16 через невозвратный клапан 20 - клапан регулирования начального давления (РНД). Клапан открывается при отсечке подачи насосом 1 и посадки нагнетательного клапана 8 в седло, когда в ЛВД 15 формируется волна разрежения. При очередном нагнетательном ходе плунжера насоса 1 происходит впрыскивание смесевого топлива форсункой 16. Более детально форсунка с клапаном РНД показана на схеме 6 . Следует отметить, что в схемах 4-6 ввод ГСН в ЛВД происходит благодаря гидродинамическим явлениям в ЛВД, т. е. благодаря волновому процессу в ней.
В схемах 7 и 8 предусмотрена установка в цилиндре либо свечи накаливания (21), либо свечи, обеспечивающей электрический разряд (22). Необходимо уточнить, что свечи применяются не для зажигания горючей смеси, а для повышения температуры заряда, с целью уменьшения периода задержки воспламенения.
Исследования и эксперименты подтвердили возможность организации газодизельного процесса путём впрыскивания ГСН с помощью ТНВД через штатные форсунки непосредственно в цилиндр в конце процесса сжатия, несмотря на то, что ГСН имеет меньшую вязкость кинематичес-скую, более высокое давление насыщенных паров, более высокую сжимаемость, чем дизельное топливо. Правда, при этом требуется вносить в систему топливоподачи дизеля определённые усовершенствования.
Поскольку вязкость ГСН в 10 - 20 раз ниже, чем вязкость дизельного топлива, то в ГСН вводится 5 - 10 % дизельного топлива или масла, чтобы снизить утечки по зазорам плунжерной пары, прецизионной паре форсунки и зазорам нагнетательного клапана. Желательно также, чтобы как в системах многотопливных двигателей, к парам ТНВД подавалось смазочное масла, как для уплотнения пары, так и для улучшения воспламеняемости смесевого топлива в цилиндре. На рис 1.2. показана схема такой организации процесса. Дополнительный односекционный ТНВД 8 через форсунку 6 впрыскивает дизельное топливо в смесительную камеру 5, где находится ГСН, подаваемый насосами низкого давления под давлением порядка 3 МПа. По линии низкого давления 2 ГСН в смеси с дизельным топливом поступает в ТНВД и впрыскивается в цилиндры. При этом, часть ГСН попадает в холодильник 3, где происходит испарение ГСН, снижение температуры смесевого топлива в ЛНД 2. Утечки паров ГСН всасываются во впускной коллектор 7 дизеля. Клапан 4 обеспечивает редуцирование давления ГСН для его успешного испарения.
Охлаждение ГСН и повышение его давления в смесевом топливе необходимы из - за того, что появление паровых пробок в ЛНД вызывает нарушения в работе системы.
Давление подачи ГСН должно быть не ниже, чем суммарное давление насыщенного пара ГСН и падений давления в сужениях, поворотах трубопроводов и т. д. Практически это давление не должно быть ниже 0,15 - 0,20 МПа. Кроме того, целесообразно иметь циркуляцию газа в линии низкого давления ТНВД для удаления образовавшихся паровых пробок.
При конвертировании системы на подачу смеси ГСН и дизельного топлива целесообразно учесть, что производительность ТНВД должна быть повышена.
Цикловая подача газа может быть определена из условия, что &ц.г. -и.г. =ц.д.т. а.д.т,- U-U гДе Зц.г. Зц.д.т. Ни.г. Ни.д.т. соответственно цикловые подачи сжиженного газа, дизельного топлива, теплоты сгорания ГСН и дизельного топлива. Ни$т =42МДж/ кг,Ниг =45 - 50МДж/ кг. В этом случае цикловой расход газа в цилиндр должен быть на (5 - 15)% ниже, чем расход дизельного топлива. Однако, объёмный расход газа должен быть больше, так как плотности дизельного топлива и ГСН связаны соотношением рг=Рд.т. К1 45 -1,70), т. е. плотность ГСН на 30 - 40 % меньше, чем плотность дизельного топлива. К тому же при работе с ГСН коэффициент подачи ТНВД на 20 - 26 % меньше, чем при работе на дизельном топливе: Л г. = Лд.иг. /(1 25 -1,35). Коэффициент подачи ТНВД во время работы с ГСН снижается из - за повышенной сжимаемости ГСН (аг =160x10 МПсГ ), в сравнении со сжимаемостью дизельного топлива: (oif)m = 50x10 МПа ). Производительность снижается, так как ГСН занимает весь объём ЛВД, а к тому же происходят утечки из - за по-ниженной вязкости ГСН (примерно 3x10" м /сек.).
Анализ условий работы двигателя в высокогорье (применительно к условиям Арекипы)
В Арекипе, с учётом её географического положения, принимаются различные меры, Еіаправленньїе на решение проблемы обеспечения чистоты атмосферного воздуха, - Proceso de Descontaminacion Atmosferica (Процесс отчистки атмосферы). Начало этих процессов связано с созданием Управления по окружающей среде (GEMA). Под его эгидой появились различные муниципальные управления, подразделения, институты, подготовившие различные законы и положения, направленные на законодательное обеспечение решения проблемы. В частности закон ОМО 12-99 и ОМ 015-99, касающийся уровней шума, предельно допустимых концентраций вредных веществ от автомобильного транспорта, о качестве окружающей среды). Были предприняты меры для стимулирования работ, направленных на снижение токсичности автомобильного транспорта, ограничения верхнего уровня токсичности выбросов. Законодательно было обеспечено финаїїсирование, направленное на приобретение оборудования для измерения и регистрации токсичности выбросов автомобилей. Были созданы посты для контроля и сертификации машин по выбросам токсичных компонентов (РССЕ).
Районное управление здравоохранения Арекипы (DIRSA) через своё управление здравоохранения и защиты окружающей среды в координации с DIGESA (Главное управление здравоохранения и окружающей среды в Лиме) установило станции мониторинга качества воздуха и анализа окружающей среды. Кроме того, были созданы подвижные, на автомобильной базе, установки анализа воздуха и контроля выбросов автомобилями. Результаты их работы используются для обоснования мероприятий, направ ленных на повышение качества окружающей среды. Кроме того законом от 24 июня 2004 года DS № 074-2001-РСМ установлен Регламент национальных стандартов качества окружающего воздуха. Кроме того, сроком на два с половиной года утверждены законы о техническом состоянии поступающих в страну, импортируемых, изношенных автомобилей (закон от 31 августа 2001 г. - DS 047 - 2001 МТС). Все эти законодательные шаги подготовили создание системы ревизии технического состояния транспорта в стране, на национальном уровне.
В соответствии с выполненными мероприятиями Арекипа становится одним из компонентов (элементов) системы решения проблемы защиты окружающей среды в соответствии с закоЕюм D.S.074 - 2001, который находит своё развитие в положении - GESTA ZONAL (см. приложения 1, 2, j,...).
Внутри процессов защиты окружающей среды (процессов "очистки" среды) кроме этапов контроля, планирования и выполнения мероприятий по охране среды приходится разрабатывать и органы и мероприятия надзора за состоянием среды и законодательные акты, направленные на наказание за нарушения положений охраны среды ("фискальные" органы). Они позволят оценивать качественные и количественные изменения в состоянии среды.
Эти последние конечно не создаются специально лишь в Арекипе. Они носят характер глобальный как в части сбора информации, так и в части создания новых методов и средств защиты среды и модернизации существующих. Сбор такой информации по Арекипе позволит количественно оценить эффективность применяемых мероприятий (План мероприятий D.S. 074-2001).
Для того чтобы правильно выбирать технические и технологические средства совершенствования экологических качеств машин, чтобы в одинаковых условиях сравнивать показатели этих двигателей, необходимо разработать, проанализировать влияние условий работы двигателей и привести их к одинаковым условиям, дающим возможность адекватного сравнения показателей.
Экологические качества ДВС существенно зависят как от топлива, используемого двигателем, особенно если это газообразное топливо, от организации рабочего процесса, от режимов эксплуатации, технического состояния находящегося в эксплуатации двигателя и транспортного средства, от условий окружающей среды.
При работе двигателя в условиях высокогорья необходимо учиты вать и анализировать не только изменения его энергетических, экономиче ских качеств, но и экологических. При этом следует учесть, что допусти мые уровни по загрязнению атмосферы в условиях высокогорья также из ( меняются. Так, снижаются предельно допустимые концентрации вредных веществ, растёт вредность сажи и т. д.
Исследования топливной системы на безмоторном стенде
Проведение безмоторных испытаний топливной аппаратуры необходимо для отладки работы топливной системы с клапанами регулирования начального давления (РНД). Поскольку в штатном исполнении ТНВД дизеля связан с форсункой коротким нагнетательным трубопроводом, то не удалось сформировать упорядоченный волновой процесс в ЛВД. А следовательно подача ГСН через РНД хотя принципиально и возможна (за счёт повышенного перепада давлений между источником ГСН и ЛВД), но всё же этот процесс усложняется необходимостью иметь источник регулирования давления в источнике с ГСН. Поэтому штатный нагнетательный трубопровод был заменён экспериментальным длиной 600 мм. В этом случае при работе ТНВД в ЛВД при отсечке подачи формируется надёжная волна разрежения, не искажаемая отражёнными волнами. Однако, увеличение объёма ЛВД привело к росту остаточного давления и как результат - к появлению подвпрыскиваний топлива. Для устранения этого недостатка штатные нагнетательные клапаны были заменены опытными с объёмом разгрузки 33 мм вместо 25 мм у штатного. Повышение объёма ЛВД привело к тому, что на номинальном скоростном режиме цикловая подача дизельного топлива снизилась на 20%. Однако, запас хода плунжера ТНВД позволяет компенсировать эту потерю. А в условиях других, высокогорных регулировок проблемы повышенной подачи нет, подачи топлива вынужденно снижают (для повышения коэффициента избытка воздуха).
Для изучения особенностей работы топливной системы с системой регулирования начального давления исследования проведены также на топливной аппаратуре дизеля Д-240. Полученный опыт распространён на топливную систему исследуемого дизеля. Испытания проводятся в два этапа - в штатном исполнении и с системой РИД.
1. Эксперименты без системы РИД. Объектом исследования служил насос высокого давления с форсункой закрытого типа в условиях Н=2500 м. Требуется исследовать скоростные характеристики насоса. При исследовании регистрируются частоты вра ) щения кулачкового вала - пКЛ1., цикловые подачи топлива - gT, и положение рейки топливного насоса - hp.
Положение рейки hp=100% - это положение, при котором номиналь-пая цикловая подача составляет около 35 мм /цикл.
На рис. І1І.З.ДІІ.5. представлен вид характеристик, которые следует снимать при испытании топливной аппаратуры. Процент положения рейки hp согласован с положениями, принимаемыми при испытаниях двигателя по 13-ти ступенчатому циклу (рис. III.6).
Испытания системы с элементами регулирования начального давления (РИД). При испытаниях через клапан РИД подавались либо штатное дизельное топливо (процесс топливоподачи с регулированием начального давления), либо сжиженный нефтяной газ (процесс с изменением физико -химических свойств топлива). При тех же выбранных ранее положениях рейки ТНВД и тех же частотах вращения снимаются скоростные и нагрузочные характеристики топливной аппаратуры (аналогично рис. Ш.З и III.5). (На рис. Ш.4, Ш.7, Ш.8 представлены схемы испытательного стенда с аппаратурой для проведения испытаний).
При экспериментальных исследованиях топливной аппаратуры используются следующие соотношения.
Ag?/=gfd-g?/, (Ш.5) где Agt, - приращение (изменение) цикловой подачи при работе системы с РИД по отношению к подаче системой без РИД при одинаковых положениях рейки и частотах вращения;
Экспериментальные исследования дизеля Исследования проводились в соответствии со следующим планом.
1. Исследования в штатном исполнении на топливе D-2, т.е. без системы РНД. При этом проводились измерения расходов топлива, воздуха, изменений параметров двигателя, включая дым-ность ОГ в условиях Арекипы.
2. Испытания дизеля с системой РНД и подачей через клапан РНД сжиженного нефтяного газа (ГСН). При этом также измерялись расходы топлива и воздуха, дымность ОГ, а также расход сжиженного газа (ГСН).
Созданы стенды для испытаний топливной аппаратуры и дизеля. Стенды оснащены измерительной и регистрирующей аппаратурой, в соответствии с методикой исследований, в том числе измерителем расхода сжиженного газа (ГСН).
Подготовлены таблицы регистрации и обработки результатов испытаний. Заготовлены формы графического представления результатов, учитывающие предполагаемое изменение исследуемых показателей.
Исследования системы топливоподачи
Окончательным вариантом регулирования двигателя при работе в высокогорье принята такая регулировка, при которой на номинальном режиме дымность ОГ не превышает дымности номинального режима в условиях работы на уровне моря (Н=0). Баланс теплоты, вводимой с компонентами топлива, а также доля тепла, вводимого с ГСН, показаны на рис. IV.12. Видно, что хотя абсолютные значения подаваемого с топливом тепла изменились, но доля ГСН в смесевом топливе практически сохраняется. Это связано очевидно со сравнительно малым изменением производительности системы при разных исследованных регулировках двигателя.
Результаты испытаний в условиях Арекипы сравнивались с результатами, полученными при испытаниях дизеля в Москве, т. е. в нормальных условиях окружающей среды. Эти испытания проводились при подготовке стенда к отправке в Перу. Поскольку дизель предназначен для привода электрогенератора, то его ВСХ характеризуется практически отсутствием повышения момента со снижением частоты, т. е. коэффициент приспособляемости близок к единице (равен 1,007). Диапазон устойчивых режимов работы сравнительно узок (до 0,6 пиом).
Двигатель обладает хорошей экономичностью (для дефорсирован-ного вихрекамерного дизеля), причём, максимум экономичности близок к режиму номинальной частоты вращения - основному режиму работы дизель - генератора.
Дизель предназначен для длительной непрерывной работы в условиях ограниченных возможностей по проведению технического обслуживания, расчётный моторесурс достигает нескольких лет. Для этого дизель дефорсирован, состав смеси на номинальном режиме равен 1,59.
В связи с повышенным а, можно предположить, что потери мощно сти в высокогорье будут не столь ощутимы. . На рис. IV. 13, 14, 15 показаны экспериментальные внешние скоро стные характеристики (ВСХ) дизеля 248,5/11 в исходной его комплектации. Анализ характеристик показывает следующее.
При испытаниях в условиях Арекипы исследованы показатели дизеля в следующих условиях (рис. IV.16):
1 - испытания без изменения регулировок двигателя, т. е. дизель ис следовался в той же комплектации и с теми же регулировками, что он имел в нормальных условиях;
2 - на каждом режиме величина цикловой подачи топлива уменьша I лась так, чтобы на данном скоростном режиме получить коэффициент из бытка воздуха, который дизель имеет в нормальных условиях работы. Па раметры и показатели на уровне моря обозначены индексом «0», в услови ях высокогорья - индексом «н» для неизменной регулировки и индексом «н » - для регулировки с неизменным составом смеси. (Очевидно, что пер вые две характеристики являются внешними скоростными характеристи ками, так как получены при hp=const=100%, а третья является характери стикой, снятой при hp = var для сохранения а„ = а0).
Анализ характеристик показывает следующее. При неизменной ре гулировке мощность при номинальной частоте вращения, развиваемая дизелем в высокогорье, снизилась с 8,8 кВт до 7,36 кВт, т. е. на 16,4%. При этом удельный эффективный расход топлива возрос от 262 до 314 г/кВтч, т. е. эффективный к.п.д. снизился от 32,5 до 27%
Работа при Н=2500 м над уровнем моря привела к снижению расхода воздуха дизелем с 52,3 кг/ч до 35,7 кг/ч. Расход воздуха в этих условиях определён как изменением его плотности, так и изменением коэффициента і наполнения, который снизился на режиме номинальной частоты вращения от 0,76 в нормальных условиях до 0,703 (рис. IV.17). В конечном итоге коэффициент избытка воздуха снизился от а = 1,57 - 1,6 і в нормальных условиях до а = 1,09 - 1,22 в условиях Н=2500 м над уровнем моря. Изменение параметров окружающей среды привело к возрастанию дымности ОГ от 2,3 - 3,2 ед. Бош в нормальных условиях до 3,8 - 5,9 ед. Бош в высокогорье. Т. е. при номианльной частоте вращения дымность возрасла на 65%.
Перерегулировка дизеля на работу в высокогорье при коэффициентах избытка воздуха, равных а0, приводит к существенному снижению дымности и возрастанию эффективного к.п.д., правда, это достигается за счёт ещё более существенного снижения развиваемой мощности. Номинальная мощность снизилась до 5,77 кВт, т. е. уменьшилась на 34,6%, эффективный к.п.д. составил 31%, а дымность снизилась до уровня 1,8 - 2,8. Такое снижение дымности по сравнению с нормальными условиями (при одинаковых а) связано, очевидно, с уменьшением количества топлива, подаваемого в дизель. В то же время некоторое снижение эффективного к.п.д. на режимах повышенной частоты вращения объясняется, очевидно, ухудшением качества распыливания топлива, подаваемого в среду с пониженной плотностью, с меньшей энергией вихревого движения воздушного заряда и т.д. В среднем показатели дымности ОГ в условиях регулировки а,, = а0 сравнимы с дымностыо в нормальных условиях. Рекомендовать такие регулировки для условий эксплуатации конечно нецелесообразно, т. е. требуется управление положением рейки, какой - специальный корректор.
Относительное изменение параметров и показателей при работе дизеля в высокогорье показано на рис. IV. 18, 19. Видно, что работа в высокогорье при неизменной регулировке (рис. IV. 18) приводит к снижению коэффициента избытка воздуха на 30% и более, потеря момента (а следовательно и в конечном итоге снижение эффективного к.п.д.) достигает 18 -20%, а дымность возрастает в 1,5-1,8 раза.
