Строительные машины и оборудование, справочник






Топливные системы газовых двигателей


Категория:
   Устройство и работа двигателя


Топливные системы газовых двигателей

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.



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.

Рис. 1. Газовоздушный смеситель двигателя Д6ГД: 1 — воздушный фильтр; 2 — конический отражатель; 3 — регулировочная ручка воздушной заслонки; 4 — воздушная заслонка; 5 — газовоздушная заслонка

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.

Рис. 2. Газовоздушный смеситель автомобильного типа: А — вакуумная полость экономайзера; Б — газовая полость экономайзера; 1 — входной патрубок для газа; 2 — дозирующая шайба; 3 — дозирующая шайба для режимов частичных нагрузок; 4 — обратный клапан; 5 — корпус воздушной горловины; 6 — диффузор с отверстиями для выхода газа; 7— корпус смесительной камеры; 8 — крышка экономайзера; 9 — пружины; 10 — клапан экономайзера; 11 — мембрана; 12 — корпус экономайзера

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.

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.

Рис. 2 Клапан-смеситель: 1 — впускной клапан; 2—газовый клапан; 3— пружина; 4— упорное кольцо; 5 и 6 — дроссельные заслонки

Рис. 3. Схема управления судового газожидкостного двигателя 124Н 57/62 (PC4-2V) фирмы СЕМТ-Пильстик: 1 — форсунка; 2 — выпускной клапан; 3 — газовпускной клапан; 4 — клапан впуска воздуха; 5 — клапан регулирования подачи газа; 6 — коллектор наддувочного воздуха; 7 — турбокомпрессор; 8 — перепускной воздушный клапан; 9 — ограничитель подачи жидкого топлива; 10 — блок электронного управления; 11 — регулятор частоты вращения; 12 — топливный насос; 13 — кулачок топливного насоса; 14 — кулачок привода пускового клапана; 15 — кулачок выпускного клапана; 16 — кулачок впускных клапанов


Читать далее:

Категория: - Устройство и работа двигателя

Главная → Справочник → Статьи → Форум



Разделы

Строительные машины и оборудование
Для специальных земляных работ
Дорожно-строительные машины
Строительное оборудование
Асфальтоукладчики и катки
Большегрузные машины
Строительные машины, часть 2,
Дорожные машины, часть 2
Ремонтные машины
Ковшовые машины
Автогрейдеры
Экскаваторы
Бульдозеры
Скреперы
Грейдеры Эксплуатация строительных машин
Эксплуатация средств механизации
Эксплуатация погрузочных машин
Эксплуатация паровых машин
Эксплуатация экскаваторов
Эксплуатация подъемников
Эксплуатация кранов перегружателей
Эксплуатация кузовов машин
Крановщикам и стропальщикам
Ремонт строительных машин
Ремонт дорожных машин
Ремонт лесозаготовительных машин
Ремонт автомобилей КАмаЗ
Техническое обслуживание автомобилей
Очистка автомобилей при ремонте
Материалы и шины