Ключевые слова: малотоксичный дизельный двигатель

С целью решения задач модернизации выпускаемых и создания новых малотоксичных дизелей в ЦНИДИ разработан программный комплекс для численного моделирования внутрицилиндровых процессов, состоящий из трех объединенных программ:
IMPULS—моделирование эффективных показателей рабочего процесса;
FAKEL—моделирование динамики развития топливного факела, распределения топлива в объеме камеры сгорания, формирования характерных зон горения;
NO-DIESEL—моделирование неравновесной кинетики образования NOx при горении различных топлив.
Программный комплекс широко используется в практике проектирования новых дизелей и прогнозирования развития их параметров. Процессы образования окиси азота при горении топлива описываются с помощью расширенного механизма Я.Б.Зельдовича.
Задача вычисления концентрации окиси азота решается в два этапа. Первый состоит в расчете состава и температуры термодинамически равновесных (за исключением NО и N) продуктов сгорания, второй—в численном интегрировании уравнения первого порядка скорости образования NО при давлении и температуре в каждой характерной зоне горения.
Расслоение смеси при диффузионном горении топлива учитывается разделением суммарного объема камеры сгорания V на любое число меньших объемов Vi, при допущении, что внутри каждого такого объема все характеристики горючей смеси однородны.
Программный комплекс создан для ПЭВМ и может использоваться как современный рабочий инструмент конструктора, а также, при некотором упрощении, для учебных целей.
Фундаментальные исследования процессов сгорания в дизелях, выполненные в ЦНИДИ с использованием разработанных методов численного моделирования, позволили составить достаточно ясное представление о возможных пределах снижения токсичности дизелей, работающих на стандартном топливе, а также на газовом и других альтернативных видах топлива. Показано, что при работе газового двигателя на «бедных смесях», концентрация NOx в отработавших газах может быть снижена до 350 ppm (3,2 г/кВт.ч).
Программный комплекс позволяет решить практические задачи модернизации дизелей за счет моделирования изменения таких конструктивных параметров как камера сгорания, топливная аппаратура (давление и продолжительность впрыска, диаметр соплового отверстия, профиль кулака ТНВД и т.д.), агрегаты (турбокомпрессор, охладитель наддувочного воздуха), а также изменение всех возможных регулировок двигателя и его систем.
Практическое применение данная разработка уже нашла при создании малотоксичных модификаций дизелей промышленных тепловозов, карьерных самосвалов, дизельных электростанций.

Ключевые слова: малотоксичный дизельный двигатель

Современные промышленные процессы каталитического восстановления окислов азота (De—NOx) в продуктах сгорания углеводородного топлива в присутствии избыточного кислорода основаны на применении опасных реагентов (NH3) и катализаторов, содержащих тяжелые металлы (V2O5). В процессах каталитического окисления продуктов неполного сгорания используются металлы платиновой группы (Pt, Pd), потери которых невосполнимы. Часто эти процессы предусматривают повторное нагревание газов, что связано с дополнительными затратами энергии. Все это заставляет искать новые технологии обезвреживания продуктов сгорания.
Технология обработки газов холодной плазмой, полученной в результате импульсных электрических разрядов, интенсивно развивается в США, Японии и России. Эта технология выглядит достаточно привлекательной, поскольку свободна от перечисленных недостатков. Энергия, необходимая для диссоциации основных токсичных продуктов сгорания, оценивается величиной 3— 10% от энергии, вырабатываемой дизелем.
Наибольшие трудности реализации плазменного процесса очистки газов возникают при получении необходимого количества электронов с энергией, достаточной для возникновения свободных радикалов.
Наилучшие результаты по очистке газов были получены в действующей модели устройства, названного разработчиками (ЦНИИМ, г. Санкт-Петербург) генератором холодной плазмы (ГХП), который был испытан в ЦНИДИ на дизеле 1ЧН 9,5/11 мощностью 5 кВт.
В конструкции ГХП удалось реализовать уникальную форму электрического разряда, при котором отсутствуют стримеры (зоны сквозного пробоя межэлектродного пространства). Плазменные образования представляют собой мелкодисперсные замкнутые очаги (искры), которые формируются всей поверхностью электрода и меняют направление движения с частотой, равной частоте изменения напряжения питания.
Такая форма разряда при эффективном напряжении 2800 В (что в 10 раз меньше, чем в аналогичных зарубежных опытах) позволяет реализовывать в межэлектродном пространстве одновременно два процесса:
—восстановление NOx до N2 с эффективностью, достигающей 60% при объемной скорости 550 1/ч (время пребывания 6—7 с);
—окисление СО и СН с эффективностью 70%. Натурная модель ГХП работоспособна также на режимах разгона дизеля, сохраняя эффективность обезвреживания газов от NOx и СО на уровне 30—40%.
Конструкция ГХП пригодна и для очистки вентиляционных выбросов воздуха, загрязненного высшими окислами азота, например, при проведении сварочных работ.

Ключевые слова: дизельный двигатель

В докладе рассматриваются вопросы, связанные с обеспечением соответствия транспортных двигателей типа Д49 новым эклогическим требованиям путем оптимальной организации рабочего процесса (более эффективное смесеобразование и сгорание, понижение температур цикла) и внедрения новых конструктивных разработок (охладитель наддувочного воздуха повышенной эффективности, применение двухфазного впрыска топлива, увеличение объемной скорости подачи топлива, увеличение степени сжатия и мелкости распыливания топлива). При испытании дизеля 2-5Д49М (Ре=2940 кВт, n=1000 об/мин, Рmе=1,63 МПа) получены следующие показатели на номинальном режиме: N0x=10,44 г/кВт.ч; СО=1,39 г/кВт.ч; СН=0,58 г/кВт.ч; r mах 1 ед.Bosch, be=205 г/кВт.ч.

Ключевые слова: ДВС

Хорошая доведенность рабочего процесса и высокая надежность дизелей типа Д49 позволили на их основе создать двухтопливные двигатели. В представленном докладе проводится анализ особенностей организации рабочего процесса среднеоборотных двигателей Д49 при использовании в качестве топлив природного газа и нефти. Применение специальной запатентованной системы газоподачи позволяет расширить диапазон бездетонационной работы. Тепловые нагрузки на детали камеры сгорания при этом снижаются, наблюдается более равномерное распределение температур. Для работы на нефти двигатель не потребовал больших конструктивных изменений, однако в каждом конкретном случае состав применяемой нефти должен быть согласован с заводом. Теплонапряженность деталей камеры сгорания при этом не увеличилась.

Ключевые слова: двигатель внутреннего сгорания.

Сообщается о разработках ОАО «НПО Гелиймаш» по технологии сжижения и длительного хранения природного газа и результатах испытаний СПГ-бака для грузового автомобиля «Газель».

Ключевые слова: ДВС

Разработана оригинальная схема системы топливоподачи дизеля, позволяющая формировать необходимые законы управления цикловой подачей и углом опережения впрыскивания топлива. Проведены исследования элементов системы управления топли- воподачей и испытания топливного насоса высокого давления с системой управления топливоподачей.

Ключевые слова: топливо, метан

Опыт говорит о перспективности использования метана на судах в качестве топлива для двигательных установок. При этом необходима тщательная проработка вопросов взрывопожарной безопасности относительно условий применения метана на водных видах транспорта. Основными направлениями работ здесь являются:
— отработка средств и способов флегматизации метано-воз- душных облаков;
— отработка средств и способов рассеивания метано-воздуш- ных облаков;
— определение кратности вентилирования помещений, в которых обращается метан;
— определение и отработка способов обеспечения пожаробезопасного дренажа метана;
— отработка способов обеспечения взрывобезопасности за счет контролируемого поджига сбрасываемых паров метана;
— отработка способов и средств обеспечения противопожарной защиты судов, на которых обращается метан, в том числе:
— определение оптимальных средств и способов тушения метана;
— отработка способов и средств снижения скорости испарения жидкого метана после пролива;
— отработка средств и способов защиты от теплового воздействия людей и сооружений при пожарах на судах, на которых обращается метан;
— отработка подходов к планированию боевых действий пожарных подразделений и определение основных тактических приемов тушения пожаров на судах, где обращается метан;
— отработка техники безопасности при тушении метана на судах.
Всероссийским научно-исследовательским институтом противопожарной обороны (ВНИИПО МВД РФ) ведутся работы по обеспечению пожарной безопасности объектов, на которых обращаются сжиженные углеводородные горючие.

Ключевые слова: газодизельный двигатель.

Для перспективных газовых двигателей с воспламенением газового топлива от сжатия разработана схема подачи газа в цилиндр в конце процесса сжатия под высоким давлением до 25 МПа. По разработанной компьютерной программе выполнен расчет газовой топливной аппаратуры и определены основные геометрические характеристики каналов и полостей форсунки. Спроектирован и изготовлен опытный образец газовой форсунки с гидромеханическим управлением. Кроме чисто газовых двигателей, форсунка может использоваться в газодизелях для впрыскивания смесевого топлива, состоящего из запальной дозы жидкого топлива, распыливаемого цикловой порцией газа, подаваемого под высоким давлением. Проведены стендовые испытания форсунки по отработке процессов впрыскивания газа и смесевого топлива.

Ключевые слова: дизельный двигатель, выбросы.

Компания «Топсе» разработала процессы и катализаторы для селективного каталитического восстановления NOx (СКВ ДЕНОКС) и каталитического сжигания СО, углеводородов и, частично, сажи (КАТОКС), содержащихся в выхлопных газах двигателей. Применение этих процессов позволяет дизельным и газовым двигателям соответствовать самым жестким требованиям по выбросам. Процессы обладают следующими характеристиками:
—Эффективность удаления NOx до 97%, СО и углеводородов—до 90—98%.
—Нет вторичных загрязнителей, простая схема, низкие эксплуатационные затраты.
Применение процесса СКВ для судовых двигателей реально как в техническом, так и в экономическом аспектах. За последние 10 лет установки ДЕНОКС и КАТОКС внедрены на ряде судов, транспортных средствах и стационарных энергоблоках (более 150 установок).

Ключевые слова: дизельный двигатель, выбросы.

Изложены результаты исследований влияния рециркуляции отработавших газов и применения каталитических нейтрализаторов для снижения токсичных выбросов судового дизель-генератора ДГРА 750/100 с дизелем 64 18/22. Обоснована перспективность применения этих устройств.
Результаты испытаний по нагрузочной характеристике показали следующее: объемная концентрация NOx на номинальном режиме максимальна и составляет 757 ррm (0,0757%), с уменьшением нагрузки она падает. Удельные выбросы оксидов азота максимальны на малой нагрузке (10% Ре) и равны 20,18 г/кВт.ч; на более важном режиме, с точки зрения расчета по методике МАРПОЛ, (25% Ре) равны 15,84 г/кВт.ч; с ростом нагрузки до 100% Ре уменьшаются до 7,69 г/кВт.ч и в целом превышают нормы МАРПОЛ (с учетом весовых коэффициентов каждого режима).
Концентрация СО изменяется от 0,02% (25% Ре) до 0,09% (100% Ре), углеводороды НС изменяются от 0,41 г/кВт.ч (25%) до 0,11 (100%), сажистые частицы изменяются от 0,05 г/кВт.ч (25%) до 0,6 (100%), что не превышает нормы ЕВРО-2.
Применение рециркуляции снижает концентрацию NOx в ОГ при Ре-100% с 757 ррm до 607 ррm (20%), при Ре-25% с 365 ррm до 331 ррm (10%), а максимальное давление в цилиндре при Ре=100% с 6,37 МПа до 6,25 МПа (2%); при Ре-25% с 5,49 МПа до 5,46 МПа (1%). Удельный расход топлива при этом повышается на 2—4% (25% —100% Ре).
Увеличение доли рециркуляции с 5% до 8% приводит к снижению оксидов азота еще в среднем на 5%, при этом расход топлива дополнительно возрастает на 0,5%. Применение испарительного охлаждения рециркулируемых газов ведет к дополнительному снижению оксидов азота в среднем на 5—8%. Продукты неполного сгорания увеличиваются на 2—5%, но при этом не выходят за пределы нормы.
С целью расчетной оценки влияния рециркуляции на экономичность дизеля была разработана математическая модель, использующая зависимости тепловыделения по И.И.Вибе и зависимости показателей Вибе И.И. по Г. Вошни. Сравнение расчетных и экспериментальных данных давления Ртах и удельного эффективного расхода топлива be позволяет сделать вывод о пригодности методики для оценочных расчетов с погрешностью до 1,5% по удельному расходу топлива.
При проведении экспериментов был испытан фильтр-нейтрализатор конструкции ЭКО-НЕЙТРАЛЬ (МГУ). Испытания показали, что продукты неполного сгорания могут быть снижены в 3—4 раза. Фильтр может быть с успехом применен при работе в неустановившихся режимах и, например, при работе с изношенной топливной аппаратурой.

Ключевые слова: дизельный двигатель, выбросы.

Исследования токсичных выбросов пассажирского теплохода проводились при работе главных двигателей 6ЧСП15/18 на дизельном топливе, на природном газе без и с рециркуляцией охлаждаемых до 40°С отработавших газов (ОГ) по винтовой характеристике и на швартовном режиме.
При работе двигателя по дизельному циклу на швартовном режиме с увеличением n и нагрузки наблюдается рост дымности ОГ (до значений S=11% при n=1200об/мин, Ре=80кВт). На том же режиме при работе двигателя по газодизельному циклу выбросы S составили 8%, а при рециркуляции ОГ S повышается до 9%. Рост S в ОГ при увеличении n и нагрузки объясняется снижением коэффициента избытка воздуха, при рециркуляции ОГ газодизеля он снижается до 2,76 при n=1200 об/мин по сравнению с 2,85 без рециркуляции.
Использование газа при высоких коэффициентах избытка воздуха приводит к повышенному содержанию в ОГ несгоревших НС до 560 ppm при n=800 об/мин. При работе только на дизельном топливе концентрация несгоревших НС в ОГ меньше 100 ppm на всем диапазоне частоты вращения коленчатого вала дизеля. Ощутимый эффект по снижению NOx в ОГ вносит рециркуляция ОГ (при n=1200об/мин. Ре=80кВт содержание NOx снизилось на 7% у дизеля и на 25% у газодизеля).
Удельные выбросы NOx дизеля при n=1200 об/мин составили 10,46 г/кВт.ч, что ниже требований МАРПОЛ, по которым удельные выбросы NOx не должны превышать 10,5г/кВт.ч. По содержанию NOx в ОГ наибольший эффект (снижение на 29%) достигается при работе газодизеля с рециркуляцией охлаждаемых ОГ (швартовый режим, n=1200 об/мин) в сравнении с работой газодизеля без рециркуляции. Выбросы СО при тех же условиях повысились всего на 8%.

Ключевые слова: дизельный двигатель, выбросы.

В докладе обсуждаются перспективные методы очистки отходящий газов (ОГ) дизельных двигателей, среди которых предпочтение отдается каталитическим методам. Дизельные ОГ имеют свои особенности, существенно усложняющие очистку, поскольку помимо СО, СnНm в них содержится значительное количество высокотоксичных твердых углеродных и полимерных частиц, оксидов азота и серы. В этих условиях трудно обеспечить стабильную и эффективную работу катализаторов в реакциях окисления продуктов неполного сгорания и особенно—в реакции нейтрализации оксидов азота.
Реализация задачи полной очистки в настоящее время сдерживается отсутствием четырехфункциональных катализаторов и керамических блочных носителей и фильтров с высокой газопроницаемостью.
В процессе выполненной работы сконструированы и опробованы различные керамические конструкции, включая блочные носители и фильтры сотовой и ячеистой структуры, где варьировались размеры пор и ячеек, а также форма каналов.
Первостепенное значение отводилось разработке таких фильтров-уловителей твердых частиц, которые периодически вели бы каталитическую регенерацию сажи в мягких температурных условиях самих ОГ. Наилучшие результаты получены при комбинации каталитических нейтрализаторов и фильтров, совмещающих развитую поверхность активных контактов с фильтрующими свойствами пористой структуры носителя.