Размещено на http://www.allbest.ru/

Вступ

У наш час все більш гостро ставиться питання економії рідкого пального.

Найбільшими споживачами нафтового пального є двигуни внутрішнього згорання, і переведення таких двигунів на місцеве пальне шляхом його газифікації є найбільш ефективним практичним рішенням питання економії рідкого моторного пального.

Територія України і країн СНД багата різноманітними видами місцевого твердого палива. Значна кількість цього палива щорічно поповнюється (рослинні відходи, деревина), це дає стійку позицію в енергогосподарстві, яке створюється на базі такого палива.

Поряд з транспортними двигунами в різноманітних галузях народного і фермерського господарства працює велика кількість стаціонарних двигунів внутрішнього згорання, які споживають рідке пальне. Для таких господарств питання енергопостачання є першочерговим.

Тому використання газогенераторної установки в будь-якому господарстві, а особливо у фермерському, є найбільш ефективним рішенням питання економії рідкого палива.

1. Аналіз літературних джерел

При підготовці дипломного проекту було обстежено літературні та технічні матеріали по темі дипломного проекту. Згідно цього обстеження було вибрані конструкція газогенератора та метод відновлення частин двигуна, наведені нижче.

1.1 Горючі гази, їхні властивості й застосування

Горючі гази - найцінніший вид палива, тому що спалювати їх простіше будь-якого іншого палива. Гази повністю згоряють при мінімальному коефіцієнті надлишку повітря, у зв'язку із чим досягається висока температура згоряння й поліпшується використання тепла. При спалюванні горючих газів у двигунах не розріджуються мастила. Крім того, гази мало схильні до детонації й допускають роботу двигунів на підвищених ступенях стиску.

Недоліками горючих газів є їхня мала щільність, летючість і пов'язані із цим труднощі при зберіганні й транспортуванні. Із цих причин величезні кількості горючих газів, що виділялися з надр землі, а також відходили при видобутку й переробці нафти й при одержанні кам'яновугільного коксу й дерев'яного вугілля, раніше не використали й даремно випускали в атмосферу.

Розвиток автомобільного й тракторного парків, а також необхідність забезпечити потреби промисловості й комунального господарства в паливі спонукали організувати видобуток, переробку й застосування горючих газів. Для збору й зберігання газів були розроблені конструкції вмістищ, називаних газгольдерами. Для транспортування газів на далекі відстані будують газопроводи. Прикладом подібного способу транспортування газів є газопровід Саратов - Москва. Для постачання газом окремих дрібних споживачів і використання його на автомобілях і тракторах розроблені легені, міцні балони, у яких гази перевозять у стислому чи в зрідженому стані.

Горючі гази широко застосовують у промисловості при різанні, зварюванні й термічній обробці металів, для опалення парових казанів, як паливо для газових двигунів у комунальному господарстві.

У сільському господарстві горючі гази застосовують головним чином як паливо для стаціонарних газових двигунів (на млинах і т.д.), а також для автомобільних і тракторних двигунів. Застосування горючих газів для побутових і виробничих потреб (опалення парників, оранжерей) ще не одержало належного розвитку, хоча воно має більші перспективи, особливо при наявності місцевого природного газу.

1.2 Класифікація горючих газів

По своєму походженню горючі гази підрозділяють на природні й штучні. Природними називаються гази, що виділяються з надр землі. У багатьох випадках це виділення пов'язане із присутністю в надрах землі нафти. При експлуатації нафтових свердловин горючі гази піднімаються на поверхню разом з нафтою. У ряді місць виявлені скупчення газів, не пов'язані із присутністю нафти. Виділення природного горючого газу також мають місце в шахтах (рудничний газ) і болотах (болотний газ).

Серед горючих газів, застосовуваних у техніку й для побутових потреб, велике місце займають штучні гази. Їх підрозділяють по виду вихідної сировини, по методу одержання, по застосуванню й т.д. У таблиці 1.1. наведена докладна класифікація горючих газів і коротка характеристика методів їхнього виробництва. Нижче докладно розглядаються гази, використовувані в якості палива для автомобілів, тракторів і дрібних стаціонарних двигунів.

Таблиця 1.1 Горючі гази

Походження	Групи	Метод одержання	Рід газу	Найменування газу	Вища теплотворна здатність у кал/м3 при 0°; 760 мм	Примітка
Природні гази		Виділяються із землі	Метановий газ	Природний газ, жирний Природний газ, худий або сухий	6000--9000	Худий газ складається в основному з метану. Жирний газ містить, крім метану, більше важкі вуглеводні, завдяки чому відрізняється більше високою теплотворною здатністю
Штучні гази	Гази із твердих палив	Суха перегонка	Гази коксування	Кам'яновугільний, коксовий, світильний	4000--4500	Гази коксування одержують при нагріванні твердого палива без доступу повітря, при температурі вище червоного розжарювання (900--1100°)
			Гази, одержувані швелеванням (напівкоксуванням)	Кам'яновугільний, буровугільний, торф'яний, дерев'яний	3000--8000 і вище	Швельгази, називані також первинними, одержують нагріванням твердого палива без доступу повітря при температурі нижче червоного розжарювання (450-- 600°)
	Гази із твердих палив	Газирікація	Бідні гази	Колошниковий газ	700--900	Колошниковий газ виділяється зпід колошників доменної печі й містить, крім азоту, переважно окис вуглецю й вуглекислий газ
				Генераторний газ	800--1400	Генераторний газ одержують шляхом спалювання в газогенераторі твердого палива й наступного відновлення продуктів, що утворяться, згоряння в сусідніх розпечених, але не палаючих шарах палива. Залежно від умов газифікації в окисну зону газогенератора підводить чисте повітря або суміш повітря з водяними парами. Колишні найменування цього газу: повітряний газ, змішаний газ, напівводяний газ

1.3 Генераторний газ

Генераторний газ внаслідок його низької теплотворної здатності (Qн=800--1200 кал/м3) ставиться до групи бідних газів. Його одержують у спеціальних печах, називаних газогенераторами. Сутність дії газогенератора полягає в тім, що частина палива, що перебуває в ньому, спалюють. продукти, Що Утворяться при цьому, згоряння проходять через шар розпеченого палива, від якого вони віднімають вуглець і перетворюються знову в горючі гази З і Н2, що з'єднуються з летучими продуктами розкладання палива. Поряд із цим може відбуватися безпосереднє утворення З і Н2 у масі газифіцируємого палива. У транспортних установках для підведення повітря до палаючого палива й для отсосу з газогенератора горючих газів використають розрідження, створюване двигуном.

Розрізняють газогенератори із прямими, перекинутими й горизонтальним процесами газифікації.

Над зоною окислювання перебуває шар розпеченого палива, що не горить внаслідок відсутності необхідного для горіння повітря. При проходженні через цей шар продукти, що утворилися в зоні окислювання, згоряння відновлюються шляхом приєднання вуглецю палива. При цьому протікають наступні реакції: вуглекислий газ, з'єднуючись із вуглецем, перетворюється в окис вуглецю по рівнянню СО2+С=2СО. Водяні пари, приєднуючи вуглець, утворять окис вуглецю й водню Н2О+С=СО+Н2. Частина водню, що виділяється, взаємодіючи з вуглецем, дає метан С+2Н2=СН4.

Окись вуглецю, водень і метан є горючими частинами генераторного газу. Крім того, цей газ містить ще небагато важких вуглеводнів, значна кількість азоту, що попадає в газогенератор разом з повітрям, а також деяка кількість вуглекислого газу, що не встиг відновитися, і кисень.

Над зоною відновлення газогенератора розташовані зони сухої перегонки й підсушування палива. У першій із цих зон паливо під впливом високих температур (450--500°) піддається напівкоксуванню з утворенням первинного газу й пар смол. У зоні підсушування відбувається виділення вологи з палива в часткове розкладання останнього. Що утворяться в зонах сухої перегонки й підсушування продукти змішуються з газом, що виходить із відбудовної зони, забруднюючи його парами смол.

Конденсуючись у газогенераторі й частково у двигуні, пари смол забруднюють газові очисники, сприяють пригорянню впускних клапанів і поршневих кілець, а також осмолюють мастило. Тому прямий процес газифікації застосовують тільки при роботі на безсмольних паливах, у противному випадку газогенератори постачають пристосуваннями для конденсації й уловлювання смол. У стаціонарних умовах із цією метою застосовують скрубери, у яких газ спочатку пропускають через кокс, інтенсивно зрошуваний водою, а потім додатково піддають сухому очищенню.

В автотракторних газогенераторах застосовують перекинутий процес газифікації, що дає можливість звільнитися від пар смол безпосередньо в шахті газогенератора (рис. 1.1,Б). При цьому процесі повітря подається у верхню частину топливника газогенератора. продукти, Що Утворяться, згоряння під впливом усмоктувальної дії поршнів двигуна рухаються вниз, проходять через знаходуючийся нижче зони горіння шар розпеченого палива, що представляє собою відбудовну зону, перетворяться там у горючі гази й направляються в циліндри двигуна. Пари смол попадають у зону горіння, у якій вони або згоряють із наступним відновленням продуктів згоряння у відбудовній зоні, або ж під впливом високих температур зони горіння (1200--1300°) розкладаються з утворенням більше легких летучих продуктів.

При перекинутому процесі газифікації протікають ті ж хімічні реакції окислювання й відновлення горючих частин палива, що й при прямому процесі.

В останні роки з метою спрощення конструкції газогенераторів, зменшення ваги й полегшення розжигу застосовують горизонтальний процес газифікації.

У газогенераторах з горизонтальним процесом також є чотири зони: горіння, відновлення, сухої перегонки й підсушування; особливість полягає в тім, що зони горіння й відновлення розташовані в одній

горизонтальної площини й фурми для підведення повітря розташовані із протилежної сторони газовідводючого патрубка. Розташування зон сухої перегонки й підсушування залишається без зміни.

Для зробленої газифікації палива й можливо більше повного видалення смол конструкції газогенераторів розробляються стосовно до властивостей даного палива.

У таблиці 1.2. представлений середній состав газу, одержуваного в транспортних газогенераторах. Як видно із цієї таблиці, баласт (вуглекислий газ і азот) становить близько 70 % газу. Цим і пояснюється низька теплотворна здатність газу.

Газ, що виходить із газогенератора, необхідно остудити й очистити від вугільного пилу, золи й смолистих речовин, уносимих разом з газом. У зв'язку із цим у газогенераторній установці є очисники й охолоджувачі.

При газифікації палива з одного кілограма деревини одержують близько 2,2--2,5 м3 газу, з кілограма дерев'яного вугілля -- 4,5--5 м3, а з кілограма антрациту-- 5--5,2 м3 газу.

Таблиця 1.2 Середній состав генераторного газу при газифікації різних палив

Компоненти газу	Частина газу	Состав газу (в % по обсязі) при газифікації
		дерев'яні чурки	торф	дерев'яне вугілля	кокс і худі кам'яні вугілля
Окис вуглецю СО, Водень Н2 Метан СН4	Горюча	18--22 10--18 До 4	18--22 15--18 До 4	26--30 6-8 До 2	До 25 » 11 »2,5
Вуглекислий газ СО2 , Азот N2 , Кисень ,О2	Баластова	До 12 50--60 0,5--1,0	До 16 50--60 0,5--1,0	3-8 50-60 0,5-1,0	До 10 50--60 0,5--1,0

Приймаючи теплотворну здатність деревини рівної 3400 кал при вологості 20%, а теплотворну здатність газу -- 1100 кал, знаходимо, що коефіцієнт корисної дії газогенератора становить близько 70 %, тобто близько 70% теплової енергії твердого палива, що спалює, використається й переходить у хімічну енергію газу. Інше тепло губиться в процесі газифікації.

Теплотворна здатність робочої суміші генераторного газу з повітрям становить усього близько 600 кал/м3, у той час як теплотворна здатність робочої суміші рідкого палива (бензину, гасу)-- близько 850 кал/м3. Внаслідок низької теплотворної здатності робочої, суміші на генераторному газі переклад карбюраторних двигунів на газ завжди викликає падіння індикаторної потужності двигуна приблизно на 33 %. Через зменшення наповнення циліндрів сумішшю, обумовленого більше високою її температурою й збільшенням опору усмоктуванню, що створюють газогенератор і система очищення газу, дійсна втрата ефективної потужності при роботі на газі ще більше й становить для двигунів близько 48%.

Одним з найбільш ефективних і розповсюджених засобів боротьби з падінням потужності є підвищення ступеня стиску газових двигунів. Властивості генераторного газу дозволяють двигуну нормально працювати при ступені стиску, що доходить до 9,0. У більшості випадків обмежуються ступенем стиску 8,5. При цьому падіння потужності становить близько 20 %.

Потужність газового двигуна можна збільшити також за рахунок поліпшення якості газу, збільшення прохідного перетину впускних клапанів і обсягу циліндрів, а також застосуванням подвійного запалювання.



1.4 Технічні характеристики двигуна ЯМЗ-236

Двигуни ЯМЗ-236 V-Образні, чотиритактні, із запаленням від стиску й з безпосереднім упорскуванням палива в камеру згоряння, являють собою дві моделі одного сімейства й відрізняються один від іншого кількістю циліндрів і потужністю.

Ці двигуни призначені для установки на автомобілі Мінських і Кременчуцького автомобільних заводів.

Технічні характеристики двигуна ЯМЗ-236 зведені у таблицю:

Таблиця 1.3

Тип двигуна	Чотиритактний, із запаленням від стиску
Число циліндрів	6
Розташування циліндрів	V-Образне, з кутом розвалу 90°
	1-4-2-5-3-6
Діаметр циліндра, мм	130
Хід поршня, мм	140
Робочий обсяг циліндрів, л	11,15
Ступінь стиску	16,5
Номінальна потужність, л. с.	180
Номінальне число обертів, про /хв	2100
Максимальний крутний момент, 1 кГм	67
Число обертів при максимальному крутний моменті, про /хв	Не більше 1500
Мінімальне число обертів холостого ходу, об/хв	450 - 55
Максимальне число обертів холостого ходу, об/хв	2225 - 2275
Мінімальна питома витрата палива, г/э.л.с.ч.	175
Спосіб сумішоутворення	Безпосереднє упорскування
Камера згоряння	Нерозділеного типу в поршні
Число клапановo на циліндр	Один впускний і один випускний
Розподільний вал	Загальний для обох рядів циліндрів, із шестерним приводом
Топливоподаюча апаратура	Розділеного типу
Регулятор числа обертів	Відцентровий, всережимний
Форсунки	Закриті, із многодырчатыми розпилювачами
Система змащення	Змішана. Під тиском змазуються корінні й шатунні підшипники колінчатого вала, підшипники розподільного вала, втулки верхньої головки шатуна, втулки коромисел клапанів, втулки проміжної шестірні масляного насоса, сферичні опори штанг і втулки штовхачів. Дзеркало циліндрів, зубчасті передачі, підшипники кочення й кулачки розподільного вала змазуються розбризкуванням
Повітряний фільтр	Інерційно-масляний з контактним елементом
Температура охолодної рідини	75-95
Масляні фільтри:
грубого очищення	З фільтруючим елементом з металевої сітки
тонкого очищення	Відцентровий з реактивним приводом
Система охолодження масла	Масляний радіатор, установлений поза двигуном
Система охолодження двигуна	Рідинна, закритого типу, із примусовою циркуляцією охолодної рідини
Габаритні розміри, мм:	-
довжина	1020
ширина	1000
висота (з повітряним фільтром)	1245
Суха вага, кг:	-
без допоміжного устаткування (за ДСТ 491-55)	800
с коробкою передач, зчепленням і допоміжним устаткуванням	1140

Висновки

В даному розділі були розглянуті наступні теми: горючі гази, їхні властивості й застосування, класифікація горючих газів, генераторний газ, розглянуто прототип проектованого двигуна.

2. Розрахунок циклу двигуна, що працює на змішаному паливі

2.1 Розрахунок ефективної потужності

Ефективна потужність ДВЗ визначається по залежності:

Ne=13.1*D2*S*n*z*i*Pe

Для визначення потужності необхідно задати:

D - Діаметр циліндра (м)=0,13

S - Хід поршня (м)=0,14

n - Частота обертання (1/хв)=2100

Z - Тактность (2-х,4-х)=0,5

i - Число циліндрів=6

Розрахунок Ре робиться при завданні наступних вихідних даних:

Тиск наддування Рк (МПа)=0,24

Тиск навколишнього середовища РО (МПа)=0,103

Температура навколишнього середовища ТО (К)=297

Показник політропи стиску в компресорі nk=l,85.

Для подальшого розрахунку необхідно вибрати:

Коефіцієнт надлишку повітря для згоряння =1,8

Коефіцієнт продувки Fla=1,05

Коефіцієнт залишкових газів r=0,05

Коефіцієнт використання тепла в крапці z xz=0,72

Коефіцієнт використання тепла в крапці b xb=0,83

Ступінь стиску =16,5

Ступінь підвищення тиску при згорянні =1,2

Підігрів заряду від стінок циліндра Ta (К)=10

Коефіцієнт скругления індикаторної діаграми ж=0,98

Коефіцієнт втрати тиску у впускному колекторі ДPa=0,98

Механічний КПД двигуна зm=0,83

Втрата тиску в повітроохолоджувачі ДPohl (МПа)=0,003

Зниження температури в повітроохолоджувачі ДTohl (К)=70

Температура залишкових газів Тг (К)=800

Паливо використовуване у двигуні:

Складова	Частка в суміші
Рідке нафтове паливо	0,05
Газоподібне паливо	0,95
Альтернативне паливо	0
Сума	1

Склад газоподібного палива:

Вуглець СО2	0,87
Водень Н2	0,13
Сірка S	0
Кисень ПРО2	0
Процентний вміст води W	0
Сума	1

Масова сполука газового палива

Окис вуглецю СО	0
Водень Н2	0,033
Метан СН4	0,94
Двоокис вуглецю СО2	0
Кисень О2	0
Азот N2	0,001
Ацетилен С2Н2	0,012
Етилен С2Н4	0
Етан С2Н6	0
Пропан СЗН8	0,008
Бутан С4Н10	0,004
СУМА	1



Масова сполука альтернативного палива

Метанол СНЗОН	1
Етанол С2Н5ОН	0
Пропанол СЗН7ОН	0
Бутанол С4Н9ОН	0
Пентанол С5Н11ОН	0
Гексанол С6Н13ОН	0
Гектанол С7Н15ОН	0
Октанол С8Н17ОН	0
Нонанол С9Н19ОН	0
Деканол С10Н2OН	0
СУМА	1

2.2 Розрахунок процесу наповнення

Температура повітря за компресором Тк=432,5(К)

Температура заряду перед двигуном Ts=362,5(К)

Температура заряду до кінця процесу наповнення Та=392,9(К)

Тиск повітря перед двигуном Ps=0,237(МПа)

Тиск заряду до кінця процесу наповнення Ра=0,232(МПа)

Коефіцієнт наповнення зН=0,9361

2.3 Розрахунок процесу стиску

Avc=19,2920

Be=0,00253

Теплоємність газовоповітряної суміші й залишкових газів

на ході стиску визначається по формулі:

Cvc=19,2920+0,00253*T

Середній показник політропи стиску nl=1,3645

Тиск наприкінці стиску (МПа)=7,2897

Температура наприкінці стиску Тс(К)=986,5



2.4 Розрахунок процесу згоряння

Хімічний коефіцієнт молекулярної зміни вО=0,9049

Дійсний коефіцієнт молекулярної зміни в=0,9094

Частка палива згоріла в крапці z, xz=0,8675

Коефіцієнт молекулярної зміни в крапці z вz=0,9214

Avz=19,7789

Bz=0,00304

Avb=20,0368

Bb=0,00314

Середня мольна ізохорна теплоємність у крапці z визначається по формулі:

Cvz=19,7789+0,00304*T

Середня мольна ізохорна теплоємність у крапці b визначається по формулі:

Cvb=20,0368+0,00314*T

Максимальна температура згоряння Tz (К)=1 966,0

Максимальний тиск згоряння Pz (МПа)=8,748

2.5 Розрахунок процесу розширення

Ступінь попереднього розширення rо=1,530

Ступінь наступного розширення Д=8,169

Середній показник політропи розширення n2=1,2368

Температура наприкінці процесу розширення Тb (К)=1 194,0

Тиск наприкінці процесу розширення Рb (МПа)=0,6512

2.6 Індикаторні показники

Теоретичний середній індикаторний тиск Pli (МПа)=1,2830

Дійсний середній індикаторний тиск Pi (МПа)=1,2573

Індикаторний КПД зi=0,3835

Індикаторна питома витрата газу big, м3/(кВт*ч) =0,25

Індикаторна питома витрата рідкого палива bineft, кг/(кВт*ч) =0,0109 Індикаторна питома витрата альтернат, палива bialt, кг/(кВт*ч) =0,0000 Індикаторна потужність двигуна Ni, квт=245,1

2.7 Ефективні показники

Середній ефективний тиск Ре (МПа)=1,0436

Ефективний КПД двигуна зе=0,3183

Ефективна питома витрата газу beg, м.куб/(кВт*ч)=0,30

Ефективна питома витрата рідкого палива benefit, кг/(кВт*ч)=0,0131 Ефективна питома витрата альтернат, палива bealt, кг/(кВт*ч)=0,0000

Ефективна потужність двигуна Ne, кВт=203,78

Нижча теплотворна способнось нафтового палива ql, кДж/кг=43 122,0

Нижча теплотворна здатність газового палива Hg, кДж/м3=36 083,8

Нижча теплотворна здатність альтернат, палива qalt, кДж/кг=0,0

2.8 Розрахунок і побудова індикаторної діаграми

Розрахункову індикаторну діаграму будують за даними розрахунку робочого циклу. Надалі ця діаграма є вихідним матеріалом для динамічного й прочностного розрахунків двигуна. Побудова діаграми виконують аналітичним способом, тому що графічні методи побудови дають більші помилки.

Ординати крапок політропи стиску й розширення обчислюють по наступних формулах:

-для процесу стиску:



-для процесу розширення:

де v/vc = Јх - відношення об'ємів, що представляє собою поточне значення ступеня стиску

Для розрахунку й побудови індикаторної діаграми необхідно ввести наступні дані:

Показник політропи стиску n1	1,364
Показник політропи розширення n2	1,236
Тиск кінця стиску рс, МПа	7,289
Максимальний тиск згоряння pz, МПа	8,748
Ступінь попереднього розширення р	1,53
Ступінь стиску	16,5
(Визначається крок по осі ординат)	0,5485

Таблица 2.1 Розрахунок індикаторної діаграми

v/vc	Рстиск	Ррозшир
1,00	8,75
1,00	7,29	8,75
1,53	4,08	8,75
2,08	2,69	5,99
2,63	1,95	4,48
3,18	1,51	3,55
3,72	1,21	2,91
4,27	1,01	2,46
4,82	0,85	2,12
v/vc	Рстиск	Ррозшир
5,37	0,74	1,85
5,92	0,64	1,64
6,47	0,57	1,47
7,02	0,51	1,33
7,56	0,46	1,21
8,11	0,42	1,11
8,66	0,38	1,03
9,21	0,35	0,95
9,76	0,33	0,89
10,31	0,30	0,83
10,85	0,28	0,78
11,40	0,26	0,73
11,95	0,25	0,69
12,50	0,23	0,65
12,50		0,23

Pi=1,257

Рmicp=1,3

Pmiд=1,40

ДPi=3,2059 %

Похибка не перевищуе 5 %

2.9 Розрахунок динамічних зусіль діючих в КШМ

Сили, що діють у кривошипно-шатунному механізмі.

При вивченні динамічних явищ у ДВЗ у першу чергу розглядають сили від тиску газів Рг і сили інерції Р]. Сумарна сила є :

При повороті колінчастого валу сумарна сила може бути розкладена на складники.

Припустимо, що сумарна сила Р давить униз на поршень і лінія дії збігається з віссю циліндра. Розкладемо цю силу на дві складові, одну з яких S направимо по осі шатуна, іншу N перпендикулярно осі циліндра. Бічна сила N притискає поршень до тієї чи іншої стінки циліндра

Сила S діє по шатуні, чи розтягуючи стискаючи його, і передається на шатунну шийку кривошипа:

Перенесемо силу S по лінії її дії і допустивши, що вона прикладена до кривошипа, повторимо операцію розкладання. Направимо першу складову Т перпендикулярно радіусу кривошипа, а другу К - по його радіусі. Тоді тангенціальна складова:

відповідно нормальна:

Сила Т створює момент двигуна, що крутить

що через колінчатий вал передається споживачу. У той же час опори двигуна сприймають перекидаючий момент.



Де:

Перекидаючий момент у точності дорівнює моменту, що крутить, зі зворотним знаком:

У результаті дії на опори двигуна перекидаючого моменту в них розвивається рівний йому і протилежний за знаком реактивний момент. Напрямку сил і моменту, що крутить, по годинній стрілці прийнято вважати позитивними. Зворотні ним - негативними.

Для одержання кількісних величин сил, що діють у КПІМ, використовують індикаторну діаграму, за допомогою якої визначають силу тиску газів при будь-якім положенні кривошипа, і аналітичні залежності для визначення сил інерції. Силу інерції, що діє на поршень, знаходять на підставі рівняння другого закону Ньютона:

Величину j визначають по рівнянню



Як масу mn беруть масу всіх деталей, що разом з поршнем роблять зворотно-поступальний рух. Сюди відносять поршень, кільця, поршневий палець, деталі, що охороняють поршневий палець від осьових переміщень. Маса цих деталей зосереджена на осі поршневого пальця. Шатун робить складний плоско-рівнобіжний рух. Для спрощення аналізу деталі групи шатуна заміщають сукупністю мас, динамічно їм еквівалентних. Звичайне число мас системи, що замется, беруть рівним двом. Приводячи їх до осей поршневого пальця і шатунної шийки, вважають, що перша маса робить рух разом з поршнем, а друга - разом із кривошипом. Аналіз виконаних конструкцій д. в. с. показує, що на частку маси, относимой до осі поршневого пальця, приходиться 0,25-0,33 загальної маси деталей групи шатуна, а 0,75 - 0,67 приходиться на частку маси, що робить обертальний рух разом із кривошипом. Таким чином, сила інерції деталей, що рухаються разом з поршнем:

де mn - маса деталей групи поршня і частина маси деталей групи шатуна, віднесена до осі поршневого пальця.

Задача даного розділу є визначення сил, що діють у КПІМ, проектування маховика для забезпечення заданої ступені нерівномірності обертання колінчатого валу, а також побудова графіків зміни цих сил по куту повороту колінчатого валу.

Таблиця 2.2 Основні характеристики двигуна

Двигун: 6 Ч 13/14 Тронковий
Діаметр циліндра D (м)	0,13
Хід поршня S (м)	0,14
Частота обертання п (1/хв)	2100
Тактність Z	0,5
Тип КШМ	Тронковий
Число циліндрів i	6
Тиск навколишнього середовища Р0 (МПа)	0,103
Ступінь стиску	16,5
Частка загубленого ходу Fipi	0
Середній показник політропи стиску nl	1,364
Тиск наприкінці стиску Рс (МПа)	7,289
Ступінь підвищення тиску при згорянні lambda	1,2
Максимальний тиск згоряння Pz (МПа)	8,748
Ступінь попереднього розширення r0	1,53
Ступінь наступного розширення д	8,169
Середній показник політропи розширення n2	1,236
Тиск наприкінці процесу розширення Рb (МПа)	0,651
Постійна механізму lamsh	0,25
Маса частин, що рухаються поступально, ms (kg)	15

Таблиця 2.3.

Результати динамічного розрахунку
Fi	Pg	Pj	Pdv	N	T	Z	Tsum
0	0,237	-2,4544	-2,2174	0	0	-2,2174	0,4331
15	0,237	-2,3217	-2,0847	-0,1352	-0,6701	-1,9787	1,3858
30	0,237	-1,9459	-1,7089	-0,2153	-1,0409	-1,3723	1,5739
45	0,237	-1,3884	-1,1514	-0,2068	-0,9604	-0,6679	1,0579
60	0,237	-0,7363	-0,4993	-0,1107	-0,4878	-0,1538	1,404
75	0,237	-0,0831	0,1539	0,0383	0,1586	0,0028	1,9168
90	0,237	0,4909	0,7279	0,1879	0,7279	-0,1879	1,6035
Fi	Pg	Pj	Pdv	N	T	Z	Tsum
105	0,237	0,9333	1,1703	0,2912	1,055	-0,5842	0,5967
120	0,237	1,2272	1,4642	0,3247	1,1057	-1,0133	0,4331
135	0,237	1,3884	1,6254	0,2919	0,9429	-1,3558
150	0,237	1,455	1,692	0,2132	0,6614	-1,5719
165	0,237	1,4715	1,7085	0,1108	0,3352	-1,6789
180	0,237	1,4726	1,7096	0	0	-1,7096
195	0,2363	1,4715	1,7078	-0,1107	-0,335	-1,6783
210	0,2484	1,455	1,7034	-0,2146	-0,6658	-1,5825
225	0,2708	1,3884	1,6592	-0,298	-0,9625	-1,384
240	0,3081	1,2272	1,5353	-0,3405	-1,1593	-1,0625
255	0,3685	0,9333	1,3018	-0,3239	-1,1736	-0,6498
270	0,4684	0,4909	0,9593	-0,2477	-0,9593	-0,2477
285	0,6412	-0,0831	0,5581	-0,1389	-0,575	0,0103
300	0,9599	-0,7363	0,2236	-0,0496	-0,2185	0,0689
315	1,5951	-1,3884	0,2067	-0,0371	-0,1724	0,1199
330	2,9297	-1,9459	0,9839	-0,124	-0,5993	0,7901
345	5,4109	-2,3217	3,0892	-0,2003	-0,993	2,9321
360	8,748	-2,4544	6,2936	0	0	6,2936
375	8,748	-2,3217	6,4263	0,4167	2,0657	6,0995
390	6,4789	-1,9459	4,5331	0,5711	2,7611	3,6402
405	3,7345	-1,3884	2,3461	0,4214	1,9569	1,361
420	2,3571	-0,7363	1,6208	0,3594	1,5834	0,4991
435	1,6352	-0,0831	1,5521	0,3862	1,5992	0,0287
450	1,2303	0,4909	1,7212	0,4444	1,7212	-0,4444
465	0,9899	0,9333	1,9232	0,4786	1,7338	-0,96
480	0,8416	1,2272	2,0688	0,4588	1,5622	-1,4317

Висновки

В даному розділі були проведені наступні розрахунки: розраховано ефективну потужність двигуна, процеси наповнення, стиску, згоряння та розширення, розраховані індикаторні та ефективні показники, розрахована і побудована індикаторна діаграма, розраховано динамічні зусилля, діючі у КШМ.



3. Будова та робота газогенераторної установки

3.1 Основні частини газогенераторної установки

За допомогою газогенераторної установки, застосовуваної на автомобілі, тверде паливо (звичайно дерев'яні чурки) перетворюються в горючий газ.

У газогенераторну установку автомобіля входять газогенератор 1 , повітродувка 3, інерційний грубий очисник 2 гази, охолоджувач 4 гази, вертикальний тонкий очисник 5, вентилятор 8 розжигу газогенератора, змішувач б, повітреочищувач 7 і пусковий підігрівник 9. Для живлення двигуна бензином, що необхідно для пуску двигуна й короткочасного маневрування в гаражі, на автомобілі встановлені паливний бачок і пусковий карбюратор.

Газогенератор 1 завантажують дерев'яними чурками, внаслідок газифікації яких у газогенераторі виходить горючий газ. Цей газ проходить через систему очищення й охолодження й по трубопроводах підводить до смесителю 6, де змішується з повітрям, що проходить через повітреочищувач 7. Отримана газо-повітряна горюча суміш надходить по впускному трубопроводі в циліндри двигуна.

3.2 Газогенератор

Газогенератор служить для одержання із твердого палива горючого газу.

Основні частини газогенератора. У газогенераторі є (Рис. 3.2, а) корпус 2, бункер 1, корпус 7 камери горіння, колосникові ґрати 10, завантажувальний люк 15, нижні й верхній бічні люки 9 і 8.

Корпус газогенератора виготовлений у вигляді циліндра з листової сталі, звареної в місцях стику. До корпуса в нижній частині приварене днище, а у верхній частині - сполучний фланець.

Бункер служить для завантаження палива і являє собою циліндр, виготовлений з листовий маловуглеродистої стали. Бункер установлений усередині корпуса й закріплений болтами на азбестових прокладках на його фланці разом із кришкою.

Камера горіння служить для забезпечення інтенсивного згоряння палива. Корпус 7 камери горіння виготовлений з маловуглеродистої листової сталі й приварений до нижньої частини бункера. У нижній частині корпуса закріплена на чотирьох штирях горловина 12, відлита із хромистої сталі. Між корпусом і горловиною прокладений ущільнювальний азбестовий шнур.

а)

Рис. 3.1 Газогенераторна установка автомобіля.

а -- схема; б -- розміщення на автомобілі.

У середній частині корпуса камери горіння розташовано по окружності п'ять отворів -- фурм 3 для підведення повітря. Одна фурма безпосередньо з'єднана з повітророзподільною коробкою 4, привареної до корпуса 7. Інші чотири фурми з'єднані з повітророзподільною коробкою трубами. До повітророзподільної коробки прикріплений чавунний повітрепроводящий патрубок 6, що з'єднує зовні за допомогою трубопроводів з повітродувкою. У патрубку встановлений зворотний клапан 5, заважаючий виходу газу з газогенератора при зупинці двигуна. Отвір у патрубку, загорнене пробкою, служить для розжигу газогенератора.

Колосникові ґрати, розташовані в нижній частині корпуса газогенератора, підтримує шар розпеченого вугілля під камерою горіння. Зола через колосникові ґрати провалюється в зольникову камеру. Середня частина колосникових ґрат 10, відлита з ковкого чавуну, зроблена рухливий, що поліпшує її очищення від згорілого вугілля. Поворот ґрат здійснюється ключем, з'єднаним із квадратним кінцем осі 11 ґрат, що проходять назовні через чепцеве ущільнення в стінці корпуса. Завантажувальні пристрої складаються з люків, що закривають кришками. На верхній частині корпуса зроблений люк 15 для завантаження в бункер палива, що закриває відкидною кришкою. По зовнішній окружності в кришці встановлений азбестовий шнур, що ущільнює кришку. У кріпленні кришки люка 15 уведений амортизатор у вигляді листової ресори 14; у випадку підвищення тиску усередині газогенератора (наприклад, при спалахах газу) внаслідок наявності амортизатора кришка може трохи відкриватися, випускаючи надлишок газу назовні, тобто амортизатор є запобіжним клапаном. На бічній поверхні корпуса в нижній його частині зроблені два люки із кришками, що загортають на різьбленні. Нижній люк 9 служить для видалення золи із зольникової камери, а верхній 8 -- для довантаження вугілля в зону відновлення. Люки мають ущільнюючі асбостальні прокладки.

Для відбору газу у верхній частині корпуса газогенератора приварений патрубок 13, до якого приєднаний газовідводячий трубопровід. При такім розташуванні патрубка газ, що відсмоктує із зони відновлення, проходить по кільцевій порожнині, утвореної стінками корпуса й бункера, і обігріває бункер, поліпшуючи в ньому підсушування палива, а сам при цьому прохолоджується.

Газогенератор прикріплений на рамі автомобіля за допомогою кронштейнів і розташований збоку кабіни.

Процес газифікації твердого палива. Генераторний газ утвориться в результаті неповного згоряння твердого палива при обмеженому доступі повітря.

Бункер газогенератора доверху заповнюють дерев'яними чурками, а нижню його частину, починаючи від камери горіння, заповнюють вугіллям, паливо підпалюють; тяга повітря через газогенератор здійснюється працюючим двигуном.

У працюючому газогенераторі весь внутрішній його простір можна розбити на чотири зони (Рис. 2.2, б): зона I -- підсушування палива, зона II -- сухої перегонки, зона III -- горіння й зона IV -- відновлення.

Зона підсушування палива розташована у верхній частині бункера; температура в ній при працюючому газогенераторі дорівнює 150--200° С. При цій температурі паливо, що перебуває в цій зоні, піддається попередньому підсушуванню, і з нього випаровується волога.

Зона сухої перегонки розташована в середній частині бункера до камери горіння. Температура в цій зоні дорівнює 300--500° С, і паливо, що надходить туди із зони підсушування, піддається сухій перегонці, тобто сильному підігріву без доступу повітря. Паливо обвуглюється, і з нього виділяються смоли, кислоти й інші продукти сухої перегонки.

Звона горіння розташована на рівні фурм. Вступником у зону горіння обвуглене паливо й продукти сухої перегонки його при наявності достатньої кількості кисню, подводимого з повітрям через фурми, згоряють. Температура в зоні горіння досягає 1100--1300° С. При згорянні палива кисень повітря з'єднується з вуглецем палива, і утвориться негорючий вуглекислий газ.

Зона відновлення розташована між зоною горіння й колосниковими ґратами. У цій зоні перебуває розпечене вугілля, що надходить сюди із зони горіння. Температура в зоні відновлення досягає 900-1100°С.

Вуглекислий газ, одержуваний у зоні горіння, проходить через шар розпеченого вугілля зони відновлення, з'єднується із частками вуглецю й відновлюється в горючий газ - окис вуглецю.

Горіння, що просмоктують через зони, і відновлення смоли й пари води під дією високої температури розкладаються й частково згоряють, образуючи різні гази. У результаті газифікації твердого палива виходить генераторний газ, що представляє собою суміш різних газів, основними горючими частинами якого є окис вуглецю й водень. Газ надходить через систему охолодження й очищення до змішувача, де, змішуючись із повітрям, утворить горючу суміш.

Залежно від розташування зон і напрямку потоку газів процеси газифікації діляться на прямий, перекинутий і горизонтальний.

Розглянутий вище процес (Рис. 3.2, б) є перекинутим, тому що потік повітря й газів у газогенераторі спрямований зверху вниз і вихід газу] з камери горіння газогенератора відбувається знизу. Цей процес найпоширеніший в автомобільних газогенераторах.

Основна перевага цього процесу полягає в тім, що смоли, кислоти й пари води, що виділяються в зонах підсушування й сухої перегонки, проходять через зони горіння й відновлення, де під дією високої] температури частково розкладаються на складові частини, перетворюючись у газо-образний стан. Внаслідок цього влучення смол і кислот у систему очищення й охолодження й у двигун зменшується, і тому сама установка й двигун працюють довше без забруднення.



3.3 Повітродувка

Повітродувка забезпечує примусову подачу повітря через фурми в камеру горіння і являє собою відцентровий повітряний насос. Повітродувка закріплена на головці циліндрів двигуна в передній частині і приводиться в дію пасовою передачею від шківа вентилятора. Вал 4 повітродувки встановлений у корпусі 3 на двох шарикопідшипниках. На задньому кінці вала закріплена крильчатка 2, а на передньому -- шків 5. Повітря надходить до центра крильчатки через запобіжну сітку 1.

Повітряна порожнина корпуса трубопроводом з'єднана з патрубком повітророзподільної коробки газогенератора. Натяг приводного ременя повітродувки здійснюється натяжним роликом 6 із пружиною.

3.4 Очисники-охолоджувачі газу

Очисники-охолоджувачі служать для зниження температури газу й очищення його від механічних домішок, вологи й смол.

Газ, що надходить із газогенератора, має високу температуру й містить пари води й кислот, частки смол і частки золи, вугілля й пилу. Тому газ перед надходженням у двигун необхідно очистити й остудити.

Для грубого очищення газу застосовують інерційний очисник (циклон), що складається з корпуса 3 з напрямним конусом 4. У нижній частині корпуса є люк, що служить для очищення циклона й закрили пробкою 5 на різьбленні. газопровід, Що Підводить, 2 приєднаний до верхньої частини корпуса, відносно до його циліндричного поверхні. газопровід, Що Відводить, 1 прикріплений зверху в центрі корпуса.

Газу, що входить в очисник, повідомляється сильний обертовий рух, і великі механічні частки, що перебувають у газі, відкидаються до стінок корпуса й випадають у піддон.

Для охолодження газу застосовують трубчастий охолоджувач 4 (див. Рис. 1), що складається із чотирьох послідовно з'єднаних труб, розташованих уздовж рами в задній частині автомобіля й що обдувають повітрям при його русі. Очищають охолоджувач через люки, закриті кришками 10.

Охолоджувач має пропускну трубу 11 із заслінкою, за допомогою якої в холодну пору року можна пропускати газ повз охолоджувач.

Тонкий очисник зроблений у вигляді циліндричного вертикального корпуса 11 (Рис. 3.4, б) із днищем і кришкою. У корпусі на опорних ґратах 8 насипані у два шари фільтруючі кільця 12. Кожне кільце являє собою згорнуту з листової сталі трубку диаметром і висотою по 15 мм. Тонкий очисник кріпиться на рамі збоку кабіни й при русі автомобіля обдувається повітрям.

Газ по трубі 14 уводиться в нижню частину корпуса й просмоктується між шарами кілець. При цьому до змоченою вологою, що конденсує, поверхні кілець прилипають всі дрібні механічні домішки, не затримані при першому очищенні. Очищений газ надходить у верхню частину корпуса, а потім по трубі, що відводить, 10 - до змішувача.

Конденуючись на кільцях з газу волога стікає поступово вниз, змиваючи затримані частки. Для видалення конденсатора в нижній частині корпуса очисника є зливальна трубка 7 і зливальний отвір, загорнений пробкою 6.

Для очищення піддона корпуса, а також для вивантаження й завантаження кілець із метою їхнього промивання на корпусі зроблені люки 9 і 13, щільно закриті на прокладках кришками.

У нижній частині корпуса встановлена перегородка, що забезпечує зіткнення вступника в очисник газу з водою, що накопичується в нижній частині корпуса.



3.5 Змішувач

Змішувач служить для змішування повітря з газом і готування горючої суміші.

Змішувач складається із чавунного корпуса 3 із двома патрубками: газовим 4 (з'єднаним з газогенераторною установкою) і повітряним 5 (з'єднаним з повітреочищувачем). Фланець 2 корпусу прикріплений до впускного трубопроводу двигуна.

Для регулювання кількості горючої суміші, що надходить у двигун, у корпусі змішувача встановлена дросельна заслінка 1.

Якість суміші регулюється зміною кількості подаваного в змішувач повітря. Для цього в повітряному патрубку поставлена повітряна заслінка 6.

Для очищення повітря, що надходить у змішувач, застосований комбінований повітреочищувач.

Пристосування для розжигу й пускові пристрої

Для розжигу газогенератора застосовують вентилятор відцентрового типу й факел.

Вентилятор служить для створення тяги повітря через газогенераторну установку при непрацюючому двигуні. Вентилятор установлений па патрубку, з'єднаному з газовим трубопроводом за тонким очисником, і приводиться в дію електродвигуном від акумуляторної батареї.

Для пуску двигуна без розжигу газогенератора й для короткочасного маневрування автомобіля в гаражі, де робота на газі не дозволяється, на двигун установлюють найпростіший пусковий карбюратор типу ДО-12ЕА з горизонтальним потоком і компенсацією суміші пневматичним гальмуванням палива.

Для швидкого прогріву двигуна перед пуском у холодний час на автомобілі ставлять пусковий підігрівник, що харчує газом від газогенераторної установки.

Пусковий підігрівник 9 (див. Рис. 3.1) складається з бачка, заповненого водою, усередині якого проходить трубопровід, з'єднаний з вентилятором розжигу газогенератора. Перед пуском двигуна після розжигу газогенератора газ, що направляє в трубопровід підігрівника, підпалюють, і виділяючимуся при цьому теплом вода в бачку швидко нагрівається до кипіння. Одержувана пара направляється по шлангу через верхній водяний патрубок у водяну сорочку двигуна, забезпечуючи швидкий його прогрів. Гарячі гази, що виходять із трубопроводу підігрівника, направляються на піддон картера двигуна для підігріву, що перебуває в ньому масла.

3.6 Зміна конструкції двигуна при переході його на живлення газом

Двигуни газогенераторних автомобілів відрізняються від дизельних двигунів тільки деякими конструктивними змінами, уведеними для зменшення втрат потужності.

Втрати потужності при перекладі бензинового двигуна на живлення газом виходять внаслідок: 1) меншої теплотворності газо-повітряної суміші в порівнянні з бензино-повітряной; 2) гіршого заповнення циліндрів двигуна газоповітряной сумішшю через великий опір всієї газогенераторної установки просмоктуванню й внаслідок високої температури вступника газу.

У випадку застосування газо-повітряної суміші ступінь стиску двигуна може бути збільшена до 7-8. Тому основним способом зменшення втрат потужності двигуна при перекладі його на живлення газом є підвищення ступеня стиску двигуна. Це досягається установкою на двигун іншої головки з меншим обсягом камер згоряння.

Для підвищення потужності часто збільшують число обертів колінчатого вала двигуна, фази розподілу, а також підйом клапанів.



3.7 Догляд за газогенераторною установкою і її несправності

Основними операціями по догляду за газогенераторною установкою є: 1) довантаження палива і його шурування; 2) довантаження вугілля в зону відновлення газогенератора; 3) очищення всіх частин газогенераторної установки; 4) підтяжка кріплень; 5) випуск конденсату; 6) запобігання газогенераторної установки від переохолодження в зимовий час.

Основним паливом для газогенераторних автомобілів є дерев'яні чурки. Дерев'яні чурки виготовляють із деревини будь-яких, бажано твердих порід, але не ураженою гнилизною. чурки із хвойних порід застосовують навпіл із чурками із твердих порід (берези, бука й ін.). Найбільший розмір чурок не повинен перевищувати 70 х 70 х 70 мм.

Чурки повинні бути чистими й мати вологість у припустимих межах. Вологі чурки погано горять і не утворять газу належної якості. Показником ступеня просушеності чурок є їхня абсолютна вологість, виражена у відсотках.

Абсолютну вологість В підраховують по вираженню:

А -- вага випробовуваних чурок;

Б -- вага цих же чурок, але повністю висушених.

Для одержання найбільшої потужності двигуна, що працює від газогенераторної установки, бажане застосування сухих чурок з абсолютною вологістю, що не перевищує 20%. Газогенераторні установки сучасних автомобілів можуть працювати й на чурках з підвищеною абсолютною вологістю до 40%, однак при роботі на таких чурках потужність двигуна знижується.

Для розжигу газогенераторів, що працюють на дерев'яних чурках, застосовують дерев'яне вугілля. Вугілля повинне бути добре випалене із твердих порід, досить міцні й мати розмір, що не перевищує 20 х 20 х 20 мм. Абсолютна вологість вугілля повинна бути не вище 12%.

Заготовлені й просушені чурки й дерев'яне вугілля варто зберігати в критих сараях так, щоб вони не насичувалися вологою. На автомобілі для зберігання чурок або вугілля є ящик, закритий кришкою.

Щодня й перед виїздом у рейс необхідно довантажувати паливо з таким розрахунком, щоб рівень палива в бункері не знижувався більш ніж на 2/3 висоти від верху. При більшому вигорянні свіже паливо не буде повністю підготовлено до інтенсивного горіння перед надходженням у камеру горіння. Шурування палива необхідне для того, щоб попередити його «зависання» і забезпечити безперервне надходження його в камеру горіння.

При довантаженні двигун переводять на роботу з малим числом обертів колінчатого вала, відкривають кришку завантажувального люка, шурують старе паливо й завантажують свіже паливо при безперервному його шуруванні.

Необхідно також довантажувати вугілля у відбудовну зону газогенератора, тому що вугілля, наявний там, поступово вигорає.

Періодично потрібно очищати всі частини газогенераторної установки від золи й відкладень смол і підтягувати всі з'єднання.

До основних несправностей газогенераторної установки ставляться:

1) порушення процесу газифікації палива; 2) підвищений опір установки просмоктуванню газів; 3) посилене засмоління деталей установки й двигуна; 4) прогоряння деталей установки; 5) роз'їдання кислотами деталей газогенераторної установки; 6) скупчення конденсату; 7) заїдання заслінок змішувача й вентилятора.

Основні несправності в газогенераторній установці можуть відбутися внаслідок застосування невідповідного по вологості й розмірам палива, рідкого його шурування й довантаження, забруднення всієї газогенераторної установки або підсмоктування повітря через нещільні з'єднання. Виявлені несправності повинні бути усунуті.

При догляді за газогенераторною установкою, обслуговуванні її й усуненні несправностей треба повністю дотримувати всі правила техніки безпеки, щоб запобігти отруєнню генераторним газом і опіки від спалахів газу й викиду полум'я при відкриванні різних люків і від зіткнення з розпеченими частинами установки.

Висновки

В даному розділі було розглянуто наступні питання: основні частини газогенераторної установки, різні моделі газогенераторів, пристрій повітродувки, очисники-охолоджувачі газу, опис конструкції змішувачу

Також розглянута зміна конструкції двигуна при переході його на живлення газом та питання догляду за газогенераторною установкою і її несправності.



4. Розрахунок основних Параметрів газогенератора із зворотним процесом газифікації

4.1 Розрахунок продуктивності

Для чотирьохтактного двигуна погодинна витрата суміші, яка віднесена до 0?C і 760 мм рт. ст.

Кількість газу, який вживає двигун за 1 годину при 0?С і 760мм рт.ст.

де - теоретично необхідна кількість повітря для згорання 1 м3 генераторного газу.

- коефіцієнт об'ємного вмісту парів води в генераторному газі.

- тиск генераторного газу перед входом у змішувач

- тиск пару, який насичує генераторний газ.

Витрата палива, яке газифікується у газогенераторі

де Е - вихід газу із 1 кг робочого палива(м3/год)

4.2 Розрахунок розмірів бункера

Об'єм бункера газогенератора

де = 290 кг/м3 - насипна вага дров

z = 4 години - час роботи газогенератора з одним завантаженням

Ставимо діаметром бункера D = 0,88м і підраховуємо висоту бункера:

4.3 Розрахунок камери газифікації

Площина перетину камери газифікації

де R = 320кг/м2 год - інтенсивність процесу.

Діаметр камери Dk в плоскості підведення повітря

Розрахункова кількість повітря, яке поступає до газогенератора

де - коефіцієнт молекулярних змін при газифікації.

Справжній об'єм повітря

де T=313?K - температура підігрітого повітря на вході у газогенератор

P=770 мм.рт.ст - тиск повітря на вході у газогенератор

Задаємо на основі експериментальних даних швидкістю дуття V=23м/с і числом фурм n=8шт і визначаємо діаметр фурм



4.4 Розрахунок активної зони

Активна зона в газогенераторі поверненого процесу розташовується між фурменим поясом і колосниковою решіткою.

Об'єм активної зони

де L0=1,48 - витрачання повітря газогенератором

t=375?C - температура газу, який виходить

n=2 - парозность шару

4.5 Розрахунок попільника

У нижній частині газогенератора розташований попільник, у якому по мірі вигорання палива збираються осередкові залишки, які складаються із попелу, шлаків і деякої частини недопалу.

За умов експлуатації період очищення попільника t= 24 години, а коефіцієнт запасу рівний 25%, то необхідний об'єм попільника, за умови, що з газом не виходять попіл і вугільні дрібниці буде:

де А=1% - процент попелу у складі палива

m=0,17кг/кг попелу - величина недопалу

- питома вага осередкових залишків

Приймаємо діаметр попільника рівним діаметру камери газифікації Dк.

Орієнтовна висота газогенератора

Приймаємо Нзаг=6,3м

4.6 Розрахунок газопроводів

Діаметр трубопровода від газогенератора до охолоджувача-очищувача

де Qr=416,5м3 - кількість газу, який вживає двигун за 1 годину при 0?С і 760мм рт. ст..

Tr=643?K - температура газу, який виходить із газогенератора

Vr = 8м/с - швидкість газу у трубопроводі

Pr =741 мм рт.ст. - тиск у вихідному патрубку

Діаметр трубопровода після охолоджувача очищувача:

4.7 Тепловий розрахунок газогенератора

Приймаємо об'ємний склад газу

У 100молях газу кількість і О2 буде рівним:



Склад 1кг пального на основі аналізу:

Кількість вуглецю, водню, кисню і азоту, що міститься в 100 молях газу:

Приймаючи втрату вуглецю у вигляді очарків, пилу рівний 1,5% отримаємо:

Кількість палива, яке необхідно для отримання 100 молей газу:

Вихід сухого газу:

Число молей азоту, внесеного разом з повітрям:

Кількість повітря, яке необхідне для газифікації СТ кг палива:

Кількість повітря в кг, яке необхідне для газифікації СТ кг палива:

Кількість повітря в м3 для газифікації 1 кг палива:

Підрахуємо вологість пару; кількість пару в газі:

Вміст вологи в 1м3 :

Вихід вологого газу із 1 кг палива:

Вага 100 молей сухого газу буде рівною:

Найнижча теплоутворювальна здатність газу (при 0?С і 760 мм рт.ст.) = 1124,715 ккал/м3

Збалансуємо:

Як бачимо із підрахунків:

Розходження пояснюються деякою невідповідністю складу газу. В процентному вираженні розходження рівне:

4.8 Тепловий баланс газогенератора

Тепло, яке вноситься з паливом і повітрям

Повна кількість тепла, яке внесене з паливом і повітрям.

Прихована теплова енергія газу

Тепловміст, який виходить із газогенератора

Тепловміст вологи газу, який виходить із газогенератора

Тепло, яке втрачене з винесенею сажею і т.д.

де - теплоутворювальна здатність вуглецю.

- втрати вуглецю у вигляді огарків.

Визначаємо тепло Qk, яке втрачається в результаті теплопередачі. Газогенератор передбачається виконати циліндричним; за попередніми розрахунками діаметр і висота газогенератора прийняті рівними 1,3мі 2,9м.За цими розмірами:

Приймаємо коефіцієнти на основі таблиць оцінюємо середнє значення температур:

Температуру навколишнього повітря приймаємо рівною .

Підраховуємо значення коефіцієнтів теплопередачі:

Число годин роботи газогенератора, при якому буде витрачено 1028,6 кг палива:

де - погодинна витрата газу при роботі на повну потужність, яка приведена до 0?С і 760мм рт.ст.

Витрата тепла в результаті теплопередачі

Визначаємо втрату тепла випромінюванням. Тепло, яке випромінюється боковою поверхнею і верхньою кришкою випромінюється у повітря; тепло, яке випромінюється днищем, відбивається поверхнею землі. Прийнявши значення постійної випромінювання знаходимо кількість тепла, яке випромінюється верхньою кришкою і днищем:

Тепло, яке випромінюється боковою поверхнею газогенератора, визначаємо без урахування тепла, яке відбивається:

Повна кількість тепла, яке втрачене випромінюванням, а потім і Q5 будуть рівні:

Для визначення температури виходу газу складаємо рівняння балансу:

Розв'язуючи рівняння, знаходимо:

Виходячи із температури газу при виході, знаходимо кількість тепла, яке виноситься із генератора з газом і з паром:

Коефіцієнт корисної дії газогенератора буде рівний:

де - найнижча теплоутворювальна газу

4.9 Розрахунок основних розмірів охолоджувача-очищувача газу

У багатьох газогенераторних установках функції охолоджувачів виконують очищувачі. Практично досягаюча температура охолодженого газа перед двигуном вар'їрує у межах:

де - температура газу перед двигуном, ?С

- температура навколишнього середовища

Кількість газу, яке треба відвести від газу протягом години:

де - вихід газу

- погодинна витрата палива

- теплоємність газогенераторного газу

- температура газу перед входом в охолоджувач-очищувач

- температура газу на виході із охолоджувача-очищувача