Размещено на http://www.allbest.ru/

26

ВВЕДЕНИЕ

При работе двигателя на обогащенной рабочей смеси для получения наибольшей мощности не обеспечиваются условия достижения наилучшей экономичности. Ухудшение экономичности является следствием химической неполноты сгорания топлива из-за недостатка кислорода (а << 1).

Наилучшая экономичность в современных автомобильных карбюраторных двигателях достигается при коэффициенте избытка воздуха а = 1,05 -т - 1,15. В этом случае, хотя процесс сгорания протекает медленно и работа цикла уменьшается, все топливо сгорает полностью. В результате этого при указанных значениях а использование теплоты в действительном цикле будет наилучшим, а его индикаторный к. н. д. наивысшим.

1. ПРОЦЕСС СГОРАНИЯ В ДВИГАТЕЛЯХ С ИСКРОВЫМ ЗАЖИГАНИЕМ

Для того чтобы основная масса рабочей смеси сгорала в процессе расширения вблизи в. м. т., необходимо, учитывая продолжительность начальной фазы сгорания, подавать электрическую искру с некоторым опережением до в. м. т., соответствующим нескольким градусам поворота коленчатого вала.

На рис. 1 показаны индикаторные диаграммы карбюраторного двигателя, снятые при различных углах опережения зажигания и одинаковом положении дроссельной заслонки.

Диаграмма, изображенная на рис.1, а, получена при установке наивыгоднейшего угла опережения зажигания. Своевременная подача искры обеспечила развитие процесса сгорания вблизи в. м. т. В этом случае была получена наибольшая мощность двигателя и наилучшая его экономичность.

При установке слишком большого угла опережения зажигания (рис. 55, б) процесс сгорания начался до прихода поршня в в. м. т., давление резко увеличилось и достигло наибольшей величины еще при движении поршня к в. м. т. Затем наблюдается снижение давления и вблизи в. м. т. получается «петля», заштрихованная площадь которой определяет непроизводительно затраченную работу. Слишком раннее зажигание приводит к уменьшению мощности и ухудшению экономичности двигателя. Установка чрезмерно большого угла опережения зажигания может вызвать ненормальное детонационное сгорание.

При очень малом угле опережения зажигания (рис. 55, в) процесс сгорания происходит во время расширения, когда поршень уже находится далеко от в. м. т. В результате позднего сгорания мощность и экономичность двигателя ухудшаются, температура отработавших газов в процессе расширения и выпуска повышается и двигатель перегревается.

Наивыгоднейший угол опережения зажигания зависит от всех перечисленных выше факторов, влияющих на процесс сгорания. Выбор его производится при испытании двигателя на тормозном испытательном стенде. Метод выбора наивыгоднейшего угла опережения приводится в § 41. Влияние состава рабочей смеси. Состав рабочей смеси, определяемый коэффициентом избытка воздуха, оказывает значительное влияние на процесс сгорания. Опыты показали, что процесс сгорания имеет наименьшую продолжительность тогда, когда рабочая смесь воспламеняется при коэффициенте избытка воздуха а == 0,8 -=--^0,9, при котором достигается наибольшая скорость распространения фронта пламени. При зтих значениях коэффициента избытка воздуха начальная фаза процесса сгорания сокращается, а основная развивается быстро и при правильном выбранном угле опережения зажигания протекает вблизи в. м. т., обеспечивая наивысшие значения давления pz и наибольшую работу цикла.

При а > 0,9 продолжительность сгорания увеличивается главным образом из-за увеличения начальной фазы.

На рис. 56, а--в, показаны осциллограммы, снятые в следующих один за другим циклах при трех значениях коэффициента избытка воздуха. При а = 0,98 и особенно при а = 1,14 развитие процесса сгорания в последовательных циклах нестабильно и в отдельных циклах наблюдается очень медленное его развитие. При дальнейшем обеднении смеси все большее количество последовательных циклов протекает при медленном развитии процесса сгорания, что приводит к неустойчивой и неэффективной работе двигателя. Обеднение смеси сверх определенного предела, зависящего от формы камеры сгорания, степени сжатия и нагрузки двигателя, приводит к невозможности воспламенения и сгорания топливо-воздушной смеси.

Возможность получения наибольшей работы цикла при коэффициенте избытка воздуха а = 0,8 н - 0,9 используется в автомобильных карбюраторных двигателях. Если по условиям движения автомобиля необходимо, чтобы двигатель развивал наибольшую мощность, дроссельную заслонку полностью открывают при одновременном включении экономайзера.

При работе двигателя на обогащенной рабочей смеси для получения наибольшей мощности не обеспечиваются условия достижения наилучшей экономичности. Ухудшение экономичности является следствием химической неполноты сгорания топлива из-за недостатка кислорода (а << 1).

Наилучшая экономичность в современных автомобильных карбюраторных двигателях достигается при коэффициенте избытка воздуха а = 1,05 -т - 1,15. В этом случае, хотя процесс сгорания протекает медленно и работа цикла уменьшается, все топливо сгорает полностью. В результате этого при указанных значениях а использование теплоты в действительном цикле будет наилучшим, а его индикаторный к. н. д. наивысшим.

В связи с изменением скорости сгорания в зависимости от состава рабочей смеси меняется наивыгоднейший угол опережения зажигания.

Влияние скорости вихревого движения рабочей смеси. Увеличение скорости вихревого движения рабочей смеси способствует ускорению развития фронта пламени и резкому уменьшению общей продолжительности сгорания вследствие сокращения его второй фазы. Опыты показали, что скорость распространения пламени в карбюраторных двигателях при вихревом движении рабочей смеси составляет 15--60 м/сек, т. е. в 8--12 раз больше, чем когда оно отсутствует.

Вихревое движение рабочей смеси в цилиндре возникает в процессе впуска свежего заряда. Для увеличения скорости вихревого движения рабочей смеси в период сгорания, когда поршень приближается к в. м. т., применяют камеры сгорания с вытеснителем. В такой камере сгорания при приближении поршня к в. м. т. в зоне, противоположной размещению свечи зажигания, образуется небольшой (около 1 мм) зазор между поршнем и головкой цилиндров, из которого заряд вытесняется в направлении к свече зажигания; при этом происходит усиление вихревого движения. При наличии вытеснителя, в котором сгорает последняя порция топлива, уменьшается возможность возникновения детонационного сгорания.

Влияние числа оборотов. При повышении числа оборотов двигателя, время, отводимое на осуществление процесса сгорания, сокращается прямо пропорционально увеличению числа оборотов. Рассмотрим зависимость от числа оборотов фаз сгорания. С повышением числа оборотов время начальной фазы сгорания 6iнесколько сокращается, но это сокращение не пропорционально росту числа оборотов, вследствие этого длительность фазы 6ь выраженная в градусах угла поворота коленчатого вала, увеличивается.

Из-за усиливающейся интенсивности движения заряда скорость распространения фронта пламени при увеличении числа оборотов растет так, что продолжительность основной фазы сгорания 6 ц по углу поворота коленчатого вала практически не меняется.

С увеличением числа оборотов возрастает также длительность фазы сгорания

Для компенсации увеличения угла поворота коленчатого вала, соответствующего фазе 6ь и получения оптимальных условий для сгорания, когда этот процесс происходит вблизи в. м. т., необходимо при повышении числа оборотов увеличивать угол опережения зажигания.

Изменение угла опережения зажигания производится автоматически действующим центробежным регулятором.

Влияние нагрузки двигателя. При снижении нагрузки двигателя дроссельную заслонку прикрывают, уменьшая количество свежей смеси, поступающей в цилиндр. При этом начальные и конечные значения давления и температуры понижаются. Количество остаточных газов остается при этом неизменным, а коэффициент остаточных газов увеличивается и, следовательно, свежая смесь больше загрязняется инертными газами. В результате этого ухудшаются условия воспламенения смеси, уменьшается скорость распространения пламени и увеличивается продолжительность начальной и основной фаз процесса сгорания.

При прикрытии дроссельной заслонки вследствие уменьшения скорости движения воздуха в диффузоре процесс смесеобразования ухудшается.

Частичное улучшение процесса сгорания при прикрытой дроссельной заслонке достигается специальной регулировкой состава горючей смеси в зависимости от положения дросселя и изменением угла опережения зажигания.

Состав горючей смеси регулируется так, чтобы при прикрытии дроссельной заслонки от положения, при котором обеспечивается наилучшая экономичность двигателя (а = 1,05 - н 1,15), смесь обогащалась. Обогащение смеси способствует ускорению процесса сгорания. Увеличение угла опережения зажигания, производимое автоматически с помощью вакуум-корректора, обеспечивает протекание второй фазы сгорания ближе кв. м. т. При обогащении смеси (а <; 1) из-за химической неполноты сгорания топлива часть теплоты не выделяется, вследствие чего расход топлива резко возрастает. Одновременно с этим с отработавшими газами выбрасывается в атмосферу большое количество продуктов неполного сгорания, содержащих отравляющие вещества (окись углерода и другие ядовитые вещества).

Влияние степени сжатия. При увеличении степени сжатия давление и температура в конце процесса сжатия возрастают. С увеличением температуры и давления подготовка топлива к сгоранию ускоряется и скорость распространения пламени повышается. В результате этого общая продолжительность процесса сгорания уменьшается и показатели работы двигателя улучшаются. При увеличении степени сжатия угол опережения зажигания уменьшают.

Следует отметить, что повышение степени сжатия дает положительный эффект, если не возникает детонационного сгорания, преждевременного или последующего самовоспламенения.

Влияние формы камеры сгорания и размещения свечи зажигания. Форма камеры сгорания и расположение в ней свечи зажигания существенно влияют на продолжительность процесса сгорания. Наиболее удачной является такая форма камеры сгорания, в которой расстояние от свечи зажигания до наиболее удаленной точки будет наименьшим.

На рис. 57 показаны наиболее распространенные формы камер сгорания. При расположении свечи зажигания в центре камеры сгорания создаются наилучшие условия для сгорания рабочей смеси, так как фронт пламени от свечи может распространяться равномерно во все стороны. Процесс сгорания в случае применения клиновидной и полуклиновой камер сгорания с клапанами, расположенными под углом, и смещенной относительно центра свечей зажигания улучшается вследствие наличия небольшого зазора между днищем поршня и головкой цилиндров (вытеснителя) в наиболее удаленной от свечи зажигания части камеры, где происходит сгорание последней порции рабочей смеси. Такое устройство камеры сгорания обеспечивает возможность бездетонационного сгорания последней порции рабочей смеси, увеличивает объем смеси, находящейся вблизи источника зажигания, и создает дополнительное вихревое движение заряда.

Полуклиновая камера сгорания получила широкое распространение в автомобильных двигателях (двигатели ЗИЛ-130, ГАЗ-21, МЗМА-408).

При нижнем размещении клапанов применяется камера сгорания, показанная на рис. 57, д. Эта камера сгорания характеризуется интенсивным вихревым движением рабочей смеси в конце процесса сжатия вследствие вытеснения из зазора между поршнем и головкой цилиндра в направлении к источнику зажигания.

Указанная камера сгорания применялась на двигателях ЗИЛ-120, ГАЗ-51 и ГАЗ-20; на двигателях новой конструкции она не используется.

При сравнительно больших диаметрах цилиндра для ускорения процесса сгорания и обеспечения безотказной работы двигателя иногда устанавливают две свечи зажигания. Такое же мероприятие целесообразно применять и в газовых двигателях, где скорость меньше, чем в карбюраторных.

3. Детонационное сгорание. Факторы, влияющие на появление детонации

При некоторых условиях в двигателях с искровым зажиганием возникают звенящие металлические стуки, которые являются признаком детонационного сгорания топлива. При слабой детонации они появляются через некоторые интервалы и похожи на стуки, возникающие при увеличении зазора между верхней втулкой шатуна и поршневым пальцем. С увеличением интенсивности детонации в цилиндре двигателя слышатся сильные непрерывные стуки. При этом работа двигателя становится неустойчивой, уменьшается число оборотов коленчатого вала, поршень, цилиндр и головка цилиндров перегреваются и появляется черный дым в отработавших газах.

В случае длительной работы двигателя с детонационным сгоранием возможно обгорание кромок поршня, прокладки между цилиндрами и головкой блока, а также электродов и изоляторов свечи зажигания. Местные высокие давления, возникающие при детонации, создают повышенные ударные нагрузки на кривошиппо-шатунный механизм и вызывают разрушения антифрикционного слоя в шатунных подшипниках. Из-за разрушения масляной пленки, а также под воздействием содержащихся в продуктах сгорания активных веществ усиливается износ гильз цилиндров в верхней части.

По указанным выше причинам длительная работа двигателя с детонацией недопустима.

Опыты показали, что в процессе сгорания перед фронтом пламени вследствие расширения продуктов сгорания несгоревшая рабочая смесь сжимается, и ее температура повышается. В результате повышения температуры и давления несгоревшей части рабочей смеси в ней возникают химические реакции окисления молекул топлива и образуются перекисные соединения. При достаточно высоких давлениях и температуре эти соединения воспламеняются еще до того, как к этой части рабочей смеси приблизится фронт пламени. Начавшийся процесс сгорания распространяется с весьма высокой скоростью на соседние слои рабочей смеси, где также произошли предварительные реакции окисления.

В результате такого развития процесса сгорания возникают ударные волны, которые распространяются с большой скоростью по всему объему камеры сгорания и, отражаясь от стенок, вызывают металлические стуки. Попадая в зоны, где указанные химические реакции близки к завершению, эти ударные волны вызывают детонационный взрыв. Распространение детонационной волны происходит со скоростью 2000--2300 м/сек.

Опытным путем установлено, что детонационное сгорание, как правило, возникает в зоне камеры сгорания, наиболее удаленной от свечи зажигания, где рабочая смесь сгорает в последнюю очередь и наиболее подвержена сжатию газами, образовавшимися от сгоревшего топлива, и воздействию высоких температур.

На возникновение детонации влияют различные факторы. Степень сжатия. При увеличении степени сжатия температура и давление в конце процесса сжатия возрастают, что способствует возникновению детонации. Поэтому пределом увеличения степени сжатия является такое ее значение, при котором возникает детонационное сгорание. При прочих равных условиях возможное повышение степени сжатия зависит от октанового числа топлива и применяемой формы камеры сгорания. Поэтому степень сжатия для данного двигателя выбирают с учетом предназначаемого для него топлива и типа камеры сгорания.

Форма камеры сгорания и расположение свечи зажигания. Форма камеры сгорания в известной мере определяет характер распространения фронта пламени. Компактная камера сгорания с размещением свечи зажигания в центре так, чтобы пламя распространялось равномерно во все стороны, позволяет повысить допускаемую степень сжатия, при которой процесс сгорания протекает без детонации. При использовании камеры сгорания с вытеснителем, улучшается отвод теплоты от сгорающей в последнюю очередь части рабочей смеси, и склонность двигателя к детонации снижается.

Размер и число цилиндров. При больших диаметрах цилиндра путь пламени до наиболее удаленной точки камеры сгорания увеличивается, что способствует возникновению детонации. В этом случае для получения бездетонационного сгорания устанавливают две свечи зажигания, располагая их в диаметрально противоположных концах.

В многоцилиндровых двигателях с внешним смесеобразованием возможно возникновение детонации в отдельных цилиндрах из-за неравномерного распределения смеси по цилиндрам. Склонность к детонации появляется в тех цилиндрах, в которые поступает обогащенная горючая смесь (а = 0,8 -=- 0,9).

Материал головки цилиндров и поршня. Склонность двигателя к детонации можно уменьшить, улучшив отвод теплоты от деталей, образующих камеру сгорания. С этой целью для изготовления головки цилиндров и поршня следует применять материал, обладающий большой теплопроводностью. Использование алюминиевого сплава, имеющего по сравнению с чугуном большую теплопроводность, позволяет при том же топливе несколько повысить допустимую степень сжатия.

Состав рабочей смеси. Наибольшую склонность к детонации имеет рабочая смесь при коэффициенте избытка воздуха а = = 0,8 ~г 0,9, так как при этом скорость сгорания, температура, и давление оказываются наибольшими, что способствует возникновению детонации.

Число оборотов коленчатого вала. При увеличении числа оборотов уменьшается время для химической подготовки топлива. Кроме того, из-за повышения сопротивления во впускной системе коэффициент остаточных газов возрастает. В результате этого температура и давление в процессе сгорания уменьшаются. Совместное действие этих факторов приводит к тому, что с увеличением числа оборотов склонность двигателя к детонации снижается.

Нагрузка двигателя. При уменьшении нагрузки и соответствующем прикрытии дроссельной заслонки увеличивается коэффициент остаточных газов, а давление и температура конца сжатия снижаются. Оба эти фактора уменьшают склонность двигателя к детонации.

Угол опережения зажигания. При увеличении угла опережения зажигания процесс сгорания развивается ближе к в. м. т., повышая давление и температуру во второй фазе процесса сгорания, что способствует возникновению детонации.

Нагарообразование. При отложении нагара на днище поршня и поверхности головки цилиндров, обращенной к камере сгорания, отвод теплоты от них уменьшается и температура поверхности, ограничивающей камеру сгорания, повышается. Кроме того, по мере отложения нагара несколько увеличивается степень сжатия.

Оба эти фактора приводят к повышению температуры и давления рабочей смеси, что способствует появлению детонационного сгорания.

В случае необходимости эксплуатации двигателя с нагаром на деталях, следует уменьшить угол опережения зажигания.

Охлаждение двигателя. Часть теплоты отработавших газов через стенки отводится в охлаждающую среду. При уменьшении отвода теплоты возникает перегрев внутренних поверхностей цилиндра, поршня и головки цилиндров, что приводит к возникновению детонационного сгорания.

В некоторых случаях при наличии сильно нагретых (более 700--800° С) зон на поверхности головки, выпускного клапана и электродов свечи или тлеющих частиц нагара возможно самовоспламенение заряда до того, как будет подана искра.

Индикаторная диаграмма в случае преждевременного воспламенения имеет вид, показанный на рис. 59, а. При таком ненормальном процессе воспламенения, сопровождающемся глухими стуками, мощность двигателя снижается, увеличиваются потери теплоты и, вследствие резкого повышения давления в процессе сжатия, возникают дополнительные динамические нагрузки на шатунно-кривошипный механизм.

Последующее самовоспламенение

В форсированных автомобильных карбюраторных двигателях, имеющих высокие степени сжатия и использующих высокооктановые топлива с антидетонаторами, после того как процесс сгорания начался, в отдельных зонах камеры сгорания возникают очаги самовоспламенения от частиц тлеющего нагара, отслаивающихся от стенок. В результате этого в камере сгорания распространяются дополнительные фронты пламени, резко увеличивающие скорость повышения давления в основной фазе сгорания и максимальное давление цикла.

Последующее самовоспламенение большей частью возникает при переходе от малых нагрузок к полным.

2. ИСКРОВЫЕ СИГНАЛИЗАТОРЫ ГОРЮЧИХ ГАЗОВ И ПАРОВ

Принцип их работы основан на искусственном воспламенении горючей смеси во взрывной камере.

Сигнализатор взрывоопасности СВИП-1 предназначен для циклического автоматического определения содержания горючих газов, паров и их смесей в воздухе производственных помещений. Действие сигнализатора основано на искровом воспламенении анализируемой газовой смеси воздуха. Проба воздуха обогащается таким образом, чтобы при достижении довзрывоопасных содержаний контролируемых компонентов они в сумме с обогащающим газом образовали горючую смесь предельного состава. Для воспламенения этой смеси во взрывной камере периодически создается искра. Индикация взрыва осуществляется датчиком давления детектирующего устройства, которое подает сигнал в систему сигнализации. Анализируемый воздух, очищенный от механических примесей, просасывается под действием разрежения, создаваемого эжектором. Соотношение расходов обогащенного газа и анализируемого воздуха обеспечивается регулятором давления. Обогащенная смесь поступает в камеру взрыва и через эжектор выбрасывается далее в атмосферу. В сигнализаторе обеспечена периодическая с интервалом 30 мин автоматическая поверка на взрываемость.

В отличие от термохимических газоанализаторов искровой сигнализатор СВИП-1 не имеет ограничений по возможности отравления чувствительных элементов каталитическими ядами (хлор, фтор и др.). В качестве горючего газа применяют водород, метан, пропан, ацетилен и другие газы чистотой >95 % или их смеси. Расход воздуха 600 л/ч при давлении 0,14 МПа. Питание сигнализатора -- от источника переменного тока напряжением 220 В частотой 50 Гц. Потребляемая мощность 50 ВА. Сигнализатор предназначен для работы при температуре окружающего воздуха 5-50 °С и относительной влажности до 80 %. Газовые трассы прокладываются титановой или полиэтиленовой трубой диаметром 44 мм. Обогащающий и сбросной газы подаются через трубы из коррозионностойкой стали или полиэтилена диаметром 6-8 мм. Линия сброса длиной 20 м.

В процессе сгорания химическая энергия топлива превращается в тепловую. Это превращение осуществляется в течение некоторого промежутка времени, когда поршень находится вблизи в. м. т.

Эффективность протекания процесса сгорания зависит от большого количества факторов и прежде всего от способа смесеобразования и воспламенения топлива. Поэтому в отличие от процессов газообмена и сжатия процесс сгорания необходимо рассматривать отдельно для двигателей с искровым зажиганием и дизелей.

Процесс горения топлива, его развитие и полное завершение в короткий срок представляют собой ряд сложных последовательных реакций.

Если температура рабочей смеси в начальный момент реакции сгорания низкая, то реакции кислорода с топливом практически не происходит. При высоких температурах скорость этой реакции возрастает и процесс сгорания происходит очень быстро 1.

Опыты показали, что скорость реакции зависит от состава горючей смеси, т. е. от коэффициента избытка воздуха, а воспламенение однородной горючей смеси возможно в определенных пределах изменения коэффициента избытка воздуха. За пределами этих значений коэффициента избытка воздуха воспламенить однородную смесь невозможно.

Наименьший коэффициент избытка воздуха ccmin, при котором можно воспламенить смесь, называют верхним концентрационным пределом распространения пламени. Наибольший коэффициент избытка воздуха amax, при котором еще можно воспламенить смесь, называют нижним концентрационным пределом распространения пламени.

Показано изменение скорости распространения пламени ин при сгорании смеси некоторых топлив с воздухом в зависимости от коэффициента избытка воздуха. В применяемых для двигателей углеводородных топливах наибольшие скорости имеют смеси при а = 0,85 -=- 0,9. Дальнейшее обогащение или обеднение смеси приводит к плавному снижению скорости распространения пламени до такого значения, при котором смесь не воспламеняется. При повышении температуры в момент воспламенения топлива ин увеличивается (пропорционально квадрату температуры), при повышении давления -- несколько снижается.

В двигателях с внешним смесеобразованием и искровым зажиганием горючая смесь, состоящая из горючего газа или паров жидкого топлива и воздуха, практически однородна и ее воспламенить за пределами воспламеняемости невозможно.

При наличии в смеси остаточных газов пределы воспламеняемости сужаются. Поэтому в карбюраторных двигателях при изменении нагрузки необходимо одновременно изменять количество поступающего в цилиндр топлива и воздуха так, чтобы при всех нагрузках горючая смесь находилась в пределах воспламеняемости. Количество поступающей в цилиндр горючей смеси в карбюраторном двигателе регулируется изменением положения дроссельной заслонки при одновременном изменении в узких пределах (а = 0,85 н - 1,15) состава горючей смеси в зависимости от нагрузки. Такое количественное регулирование состава смеси, когда при прикрытой дроссельной заслонке приходится использовать богатую смесь,снижает экономичность двигателя.

На рис. 53 в координатах р -- Vпоказан участок индикаторной диаграммы процесса сгорания (штриховой линией отмечен процесс подвода теплоты в теоретическом цикле).

В действительном цикле, где сгорание происходит за некоторый промежуток времени (около0,001сек),поршень успевает несколько переместиться от в. м. т. За период сгорания коленчатый вал поворачивается на 15--25°.

На рис. 53 внизу нанесены углы поворота коленчатого вала, соответствующие перемещению поршня. Как видно из диаграммы, за период сгорания (примерно 20° угла поворота коленчатого вала) поршень проходит небольшой путь SZi, при котором отклонение линии, характеризующей процесс сгорания, от линии V= const невелико. Поэтому трудно провести анализ протекания процесса сгорания в системе координат р -- V. Удобнее рассматривать этот процесс в системе координат, где по оси ординат отложено давление р, а по оси абсцисс -- угол поворота коленчатого вала ф. При испытаниях быстроходных двигателей такая диаграмма записывается индикатором.

Показана индикаторная диаграмма процессов сгорания и расширения четырехтактного карбюраторного двигателя с характерными точками цикла. Штриховыми линиями изображены процесс расширения, соответствующий случаю, когда электрическая искра в камеру сгорания не подавалась и топливо не воспламенялось, процесс подвода теплоты на участке cz (V= const) и начало расширения на участке zzx диаграммы в теоретическом цикле.

Для быстрого сгорания рабочей смеси вблизи в. м. т., при котором достигается наилучшее использование теплоты, необходимо в камеру сгорания подать электрическую искру в тот момент, когда коленчатый вал на несколько градусов не доходит до в. м. т. Угол поворота коленчатого вала, соответствующий проскакиванию искры до в. м. т., называют углом опережения зажигания и обозначают через фа. В зоне проскакивания искры она оказывает тепловое и электрическое воздействие на рабочую смесь. Если рабочая смесь находится в пределах воспламеняемости, возникает очаг воспламенения.

Опыты показали, что видимое пламя появляется не мгновенно в момент проскакивания искры, так как для его образования и химической подготовки смеси к сгоранию требуется некоторый промежуток времени, равный тысячным долям секунды. При проведении экспериментов, угол опережения был выбран наивыгоднейший (20° до в. м. т.), который обеспечивает при данном скоростном режиме оптимальные показатели двигателя.

Несмотря на то, что электрическая искра и одавалась в камеру сгорания в точке 1, повышение давления от точки 1 до точки 2 происходит так, как если бы искра не проскакивала. При фотографировании камеры в этот период времени не обнаружено видимого процесса сгорания. В точке 2, соответствующей углу поворота коленчатого вала 8° до в. м. т. заметно начало резкого повышения давления. С этого момента в связи с расширением фронта пламени количество выделившейся теплоты резко увеличивается, что приводит к заметному повышению давления и температуры. Наибольшее давление было достигнуто при ф = 11° после в. м. т.

Анализ процесса сгорания по индикаторной диаграмме (рис. 54, в) показывает, что максимальная температура цикла достигается не при наибольшем давлении, а несколько позже. Это объясняется тем, что интенсивный процесс сгорания продолжается еще после того, как давление достигнет максимального значения. Однако вследствие движения поршня с возрастающей скоростью и происходящего при этом расширения газов давление начинает уменьшаться, чему способствует также увеличивающаяся отдача теплоты от газов к стенкам.

Наблюдение за развитием процесса сгорания в двигателе с искровым зажиганием можно вести несколькими способами. Наиболее наглядным из них является фотографирование процесса через специально вмонтированные в головку цилиндров кварцевые окна, способные выдержать высокие давления и температуру.

При фотографировании различных периодов процесса сгорания в камере сгорания обнаружено наличие светящегося контура, отделяющего сгоревшую смесь от несгоревшей. Этот контур, называемый фронтом пламени, представляет собой тонкий слой смеси, в котором развиваются реакции сгорания.

Волнообразными линиями изображен фронт распространения пламени при соответствующем угле поворота коленчатого вала для случая, когда отсутствует направленное движение заряда.

Окончание процесса видимого сгорания было зафиксировано при повороте коленчатого вала на 14--16° после в. м. т.

На рис. 54, б показано среднее значение скорости распространения пламени ин в зоне, где происходит наиболее интенсивное развитие процесса сгорания (средняя зона камеры сгорания). К концу процесса, развивающегося в пристеночных слоях и в зонах, где нет интенсивного движения заряда, скорость существенно снижается.

При наличии направленного движения заряда развитие процесса значительно ускоряется. В современных быстроходных автомобильных двигателях скорость распространения пламени в средней зоне камеры достигает 60 м/сек.

Процесс сгорания можно разделить на три фазы (рис. 54, а):

Первая фаза -- от момента проскакивания электрической искры до начала резкого повышения давления по индикаторной диаграмме характеризуется углом 6jи называется начальной фазой сгорания. Она включает период, в течение которого возникает небольшой очаг горения в зоне высоких температур между электродами свечи (в момент разряда температура достигает примерно 10 000° К), и период появления видимого начального очага воспламенения. За время, соответствующее первой фазе, сгорает 6--8% горючей смеси.

Вторая -- основная фаза сгорания характеризуется углом 6ц от момента начала резкого повышения давления до момента достижения максимального давления Рг тах (от точки 2 до точки 3). В течение этого периода пламя распространяется в большей части объема рабочей смеси и выделяется наибольшее количество теплоты. За время второй фазы сгорает около 80% горючей смеси.

Вторую фазу сгорания при наличии индикаторной диаграммы оценивают по скорости нарастания давления на каждый градус угла поворота коленчатого вала. Среднее значение этой величины, называемой жесткостью процесса, определяется отношением.

При необходимости оценить величину наибольшего приращения давления (-г^) учитывают только прямолинейный участок нарастания давления в процессе сгорания (от точки к до точки I).

Третья фаза, обозначаемая 6Ш, начинается в точке 3 индикаторной диаграммы и характеризует догорание топлива. Окончание этой фазы зафиксировать на индикаторной диаграмме затруднительно, поскольку не представляется возможным установить момент, когда сгорает все топливо. В двигателях с искровым зажиганием топлива продолжительность третьей фазы невелика, и процесс сгорания при правильном его осуществлении заканчивается полностью на первой половине хода поршня в процессе расширения.

Величина средней жесткости процесса в этих двигателях составляет 1--2 бар/град.

Система мониторинга горючих газов 1220/3220

Система формируется из восьмиканальных контрольных стоек с контроллерами измерительных каналов и вынесенными взрывозащищенными датчиками.

Технические характеристики

· Измеряемые параметры: содержание углеводородных газов (тип 1120) и кислорода (тип 3320) в атмосфере рабочей зоны.

· Тип детектора: углеводороды -- термокаталитический, кислород -- электрохимический.

· Диапазон измерения: углеводороды -- 0-100% ПДК, кислород -- 0-1/10/100%.

· Точность: ±2% от шкалы.

· Время отклика: 1-2 мин.

· Взрывозащита: EExd.

· Сигнальные выходы: 4-20 мА,концентрационные алармы.

· Электропитание: ~220/240 В, 50 Гц, 20 Вт на канал.

· Дополнительное обеспечения: не требуется.

· Способ и условия установки: наружный монтаж датчиков при температуре -20….100?С.

· Управление: контроллер.

· Габариты и вес: контроллер 483?321?178 мм.

3. СИГНАЛИЗАТОРЫ УТЕЧКИ ГАЗОВ

СИГНАЛИЗАТОРЫ УТЕЧКИ ГАЗОВ, устройства, предназначенные для проверки герметичности технол. оборудования (емкостей, аппартов, трубопроводов и др.). Различают переносные и стационарные сигнализаторы утечки газов.

Переносные сигнализаторы утечки газов, или течеискатели,-портативные приборы, используемые для обнаружения утечки в вакуумных системах. По принципу действия течеискатели подразделяют на кондуктометрич., масс-спектрометрич., оптич., ионизационные и др. В хим. лроизвах наиб. распространены термокондуктометрич. устройства, основанные на зависимости теплопроводности контролируемой среды от концентрации газообразных примесей (Н₂, СН₄, О₂, SO₂ и др.). Действие мн. течеискателей основано на избират. восприятии ими нск-рого-пробного в-ва. Применяют масс-спектрометрич. устройства-простейшие масс-спектрометры для газового анализа, искровой течеискатель (трансформатор Теслы), при перемещении электрода к-рого в области течи исследуемой системы возбуждается разряд в виде яркого светящегося пучка искр или изменяется цвет разряда при попадании пробной жидкости (ацетон, спирт и т. п.), а также течеискатели, в к-рых используют св-ва радиоактивных и др. в-в.

Стационарные сигнализаторы утечки газов применяют в процессах транспортирования газов в продуктопроводах, газопроводах и т. д. Они представляют собой информационно-измерит. системы (ИИС), предназначенные для обнаружения при разрыве трубопроводов утечки газов и измерения их концентрации, теплопроводности, электропроводности и др. св-в с целью управления на основе полученной информации процессом отсечки (перекрытая) неисправных участков трубопроводов.

ИИС включают две группы устройств: разнообразные ср-ва для первичного преобразования измеряемых величин (напр., концентраций газов) в сигналы информации (специфичность этих ср-в определяется природой измеряемой величины); ср-ва для обработки полученных сигналов и управления перемещением газового потока (ср-ва отображения измерит. информации от вторичных приборов до дисплеев, цифропечатающих и вычислит. устройств).

Типичным примером применения ИИС для обнаружения утечки газов может служить система автоматич. контроля состава газов з произ-ве NH₃. Система срабатывает при опасном превышении заданной разности концентраций на входе в колонну синтеза и выходе из нее водорода, попадающего в продукционный NH₃ в виде вредной примеси из циркуляц. газа (сырье) вследствие нарушения герметичности теплообменника (циркуляц. газ нагревается в его трубах, а в межтрубяом пространстве испаряется аммиак).

Запально-сигнализирующее устройство инжекционное ЗCУ-ПИ-45-L (Промышленный стандарт)

НАЗНАЧЕНИЕ

Устройство запальное ЗСУ-ПИ-45- L предназначено для розжига и контроля пламени мазутных и газовых горелок на котлах любой производительности под разрежением и с уравновешенной тягой; работает на природном газе (или пропан-бутановой смеси) и имеет электрический выходной сигнал, указывающий на наличие собственного факела и факела горелки. искровое зажигание двигатель газ пар

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

Основан на получении газо-воздушной смеси с использованием газового эжектора, последующем её розжиге и сигнализации о наличии собственного факела и факела горелки.

ОСОБЕННОСТИ:

· Встроенный эжектор позволяет при колебаниях давления питающего газа в широком диапазоне обеспечить надежный розжиг и работу без отрыва пламени;

· Имеет устойчивый факел в сносящих и закрученных потоках;

· Допускает колебания давления питающего газа в широком диапазоне;

· Возможность подключения к системе управления растопки котла;

· Простота в монтаже и техническом обслуживании.

Вариант комплектации 03 обеспечивает:

· Формирование командного сигнала на открытие и закрытие электромагнитного клапана типа КЭГ-15/6-0,25 запального устройства - регулируемая длительность попытки розжига от 10с до 30с;

· Формирование сигнала включения источника высокого напряжения типа БИР-6 (ИВН); Снятие команды, открывающей клапан и выработку аварийного сигнала при пропадании факела запальника;

· Автоматическое отключение электромагнитного клапана и блока искрового розжига при срабатывании технологической защиты котла с любого состояния;

· Автоматическое отключение блока искрового розжига при успешном розжиге запальника

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Диапазон рабочего давления газа перед запальником: природный газ пропан-бутановая смесь	5...100 кПа 8... 60 кПа
Время розжига факела запальника при подаче управляющего сигнала	10 с
Запаздывание выходного сигнала о наличии (отсутствии) пламени	2 с
Длина активной части пламени запальника при давлении газа 40 кПа	1 м
Диаметр погружаемой части запальника	60 мм
Длина погружаемой части запальника L	0,25 м - 5 м
Тепловая мощность при работе на природном газе, мах	110 кВт

ИСПОЛНЕНИЕ ЗСУ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ НАЗНАЧЕНИЯ:

Исполнение	Назначение
ЗСУ-ПИ-45- L - 01	Контроль факела запальника при помощи ионизационного датчика
- 02	Раздельный контроль запального и основного факелов при помощи ионизационного и фотодатчика
- 03	Автоматический дистанционный розжиг, раздельный контроль запального и основного факелов при помощи ионизационного и фотодатчика

КОМПЛЕКТНОСТЬ ПОСТАВКИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ИСПОЛНЕНИЯ

Наименование	Вариант комплектации
	01	02	03
Запальное устройство с встроенным ионизационным датчиком, разрядником и установочным фланцем	1	1	1
Блок розжига запальника БРЗ-04 -М1	-	-	1
Сигнализатор горения "Луч-1АМ"	1	2	1
Фотодатчик ФД-02 (ФД-05ГМ) или УСКФ-И	-	1	1
Блок искрового розжига БИР-6	1	1	1
Электромагнитный клапан КЭГ-15 / 6-0,25	1	1	1
Фильтр газовый сетчатый	1	1	1
Газовый шланг 12	1	1	1
Хомуты	2	2	2
ЗИП	1	1	1
Паспорт на комплект ЗСУ	1	1	1
Руководство по эксплуатации	1	1	1

Принцип работы запальника.

Запальное устройство представляет собой инжекционную горелку с ионизационным датчиком и высоковольтной свечой, монтируется на фланце установочной трубы. Газ подводится к штуцеру 4 запальника.

При открытии электромагнитного клапана газ, очищенный от механических примесей, истекает из сопла 2 эжектора через смесительную камеру 3 в корпус запальника 1. Под действием избыточного давления в корпусе газо-воздушная смесь вытекает из запальника в виде тонкой кольцевой струи через щелевой зазор между сопловым блоком 5 и корпусом 1. После подачи высокого напряжения от блока искрового розжига БИР-6 на электрод 6 газо-воздушная смесь за срезом рабочего торца соплового блока зажигается и поджигает избыточную часть газа, подводимого к запальнику, отбираемую на входе в эжектор и поступающую по трубке 4, увеличивая длину и устойчивость факела.

Количество воздуха, поступающего в эжектор, регулируется с помощью воздушной заслонки 9, начиная с открытого положения- в большинстве случаев регулировка не требуется.

Наличие факела запальника контролируется ионизационным датчиком 4 с помощью сигнализатора горения ЛУЧ-1АМ или блоком розжига запальника БРЗ-04-М1.

ЗАПАЛЬНО - СИГНАЛИЗИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ЗСУ-ПИ-45-L

РЕКОМЕНДУЕМАЯ СХЕМА УСТАНОВКИ ЗСУ-ПИ-45-L НА КОТЛАХ СЕРИИ ДКВр

ЛИТЕРАТУРА

1. Математическое описание процесса в пористом зерне катализатора в области внутренней днффузии/Ю. Б. Наумов, В. В. Платонов и др.//Хим. пром-сть. 1986. № 6. С. 360--361.

2. Расчеты химико-технологических процессов/И. Н. Мухленов, Э. Я. Тарат, А. Ф. Туболкин и др. Л.: Химия, 1982. 248 с.

3. Кйрпухович Д. Т. Влияние относительной высоты цилиндрической части корпуса циклона на его характеристини//Химнческое и нефтяное машиностроение. 1986. № 10. С. 17--18.

4. Влияние запыленности парогазовой смеси на количество активных центров в процессе конденсании/А. Р. Таубаева, В. Г. Голубев и др.//1У Всесоюзная конференция «Химтехника-88»: Тез. докл. Ч. III. Чимкент, 1988. С, 52--53.

5. Перцугов Г, Я.. Бобров О. Г. Биохимические методы га зооч ист к «//Промышленная и санитарная очистка газов. Сер. ХМ-14. 1986. 22 с.

6. Пирумов А, И. Обеспыливание воздуха. М.: Стройиздат. 1981. 296 с,

7. Ужов В, И., Вальдберг А. Ю. Подготовка промышленных газов к очистке. М.: Химия, 1975. 216 с.

8. White И. J. Industrial Electrostatic Precipitation. Addison Wesley. Reading, Mass. 1963.

9. Фукс И. А. Механика аэрозолей. M.: Изд-во АН СССР, 1955, 261 с.

10. Яцков И. В., Сандуляк А. В., Дахненко В. А. Магнитная очистка аммиака, используемого для производства минеральных удобрений//ГУ Всесоюзная конференция «Химтехника-88>: Тез. докл. Ч. I. Чимкент, 1988. С. 52--53.

11. Касаткин А, Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1971. 784 с.

12. Александров И. А. Ректификационные и абсорбционные аппараты. Методы расчета и основы конструирования, М.: Химия, 1971, 296 с.

13. Г. С. Борисов, В. И. Брыков Ю. И. Дытнгрский и др. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию/Под ред. Ю. И. Дытнерского. М.: Химия, 1983. 272 с.

14. Балабеков О. С. Гидродинамика, массообмен н пылеулавливание при про-тивоточных и прямоточных двухфазных капельных и пленочных течениях в слое подвижной насадки: Дне. ... д-ра техн. наук. М„ 1985. 295 с.

15. Лажи Д. Г., Галустов В. С. Распылители жидкости. М.: Химия, 1979. 216 с.

Размещено на Allbest.ru