Детонационное сгорание
На некоторых режимах работы двигателя при использовании бензина, качество которого не соответствует всем требованиям стандарта, может возникнуть так называемое детонационное сгорание рабочей смеси или просто детонация.
Детонацией в двигателе называют процесс очень быстрого завершения сгорания в результате самовоспламенения части рабочей смеси и образова-ния ударных волн, распространяющихся со сверхзвуковой скоростью. Внешние проявления детонации — это звонкие металлические стуки, образу-ющиеся в результате многократного отражения ударных волн от стенок камер сгорания.
Детонация поставила перед учёными много загадок. Теорию детонации, основанную на теории ударных волн, построили русский физик В.А.Михельсон, английский учёный Д. Чепмен и французский механик Эрнест Жуге. Источником ударной волны может быть взрыв заряда взрывчатого вещества, очень мощный электрический разряд, самолёт, летящий со сверхзвуковой скоростью.
Резкий перепад давления во фронте, распространяющемся со сверхзву-ковой скоростью, и движение газа в ту же сторону, куда перемещается фронт, — наиболее характерные внешние признаки ударной волны.
Скорость каждой из последующих волн выше предыдущей, потому что каждая из последующих волн идёт по движущемуся газу. Кроме того, скорость звука тем больше, чем выше температура газа. Поэтому скорость каждой последующей волны выше скорости звука, с которой распро-страняется предшествующая волна, так как она уже сжала и нагрела газ. Задние волны, догоняя передние, через некоторое время сольются –возникает ударная волна.
Нечто подобное происходит в то время, когда люди, находящиеся на рас-стоянии нескольких километров от аэродрома, иногда слышат резкий удар, подобный орудийному выстрелу. За ним обычно следует шум взлетающего тяжёлого реактивного самолёта. Этот удар возникает от слияния слабых волн, появляющихся при ускорении взлетающего самолёта.
Если достаточно сильная ударная волна входит в горячую газовую смесь, то, вызывая на своём пути воспламенение газа, она превращается в детонационную волну. Воспламенение в детонационной волне происходит через некоторое время после сжатия.
Детонация в бензиновом двигателе. В годы бурного развития авто-мобильной техники (между двумя мировыми войнами) и расцвета поршневой авиации детонация была истинным бедствием для конструкторов двигателей. Экономичность двигателя и его мощность сильно возрастают с повышением степени сжатия (отношение исходного объёма горючей смеси к объёму после сжатия её поршнем). Мощность увеличивается, а удельный вес (вес двигателя на одну лошадиную силу) падает с повышением начальной плотности смеси и с увеличением размеров камеры сгорания и цилиндра.
Но на каждом из этих очень эффективных путей усовершенствования двигателя вырастало препятствие в виде “стука” — детонации. Борьба с детонацией в те годы была задачей номер один науки о горении в двига-телях.
По мере выгорания смеси давление в камере повышается, ещё не сго-ревшая часть смеси сжимается и поэтому сильно нагревается. В ней, ес-тественно, начинаются химические реакции, продолжающиеся тем дольше и успевающие пройти тем глубже, чем длительнее горение в первой и второй фазах (вблизи свечи и в середине камеры).. Эти реакции, активируя смесь, могут вызвать более или менее быстрое сгорание последней части заряда, приводящее к появлению ударной волны, производящей стук. Ударная волна, отражаясь многократно от стенок камеры, увеличивает теплоотдачу в стенки и создаёт перегрев отдельных частей двигателя. Достигнув заметной силы, она может вызвать и механические повреждения, выводящие двигатель из строя.
Ударная волна и соответственно стук тем сильнее, чем больший объём смеси охватывают предварительные реакции и чем дальше они заходят. Теперь понятно, почему увеличение размеров камеры, увеличение опережения сгорания, продлевающие сгорание и оставляющие больше времени для химических реакций, способствуют возникновению стука. Благоприятствует этому и повышение степени сжатия и начальной пло-тности смеси (наддув и усиление подачи газа нажимом на акселератор), поскольку они увеличивают температуру и плотность последней части заряда и ускоряют этим предварительные реакции. Так как скорость реакции сильно зависит от температуры, повышение степени сжатия особенно способствует появлению стука.
Пути повышения детонационной стойкости бензинов.Ещё до возникно-вения промышленности антидетонационных топлив Т. Миджлей и Т. Бойд (США), испытавшие тысячи различных веществ, нашли в 1921 г. добавку к топливу, сильно подавлявшую детонацию. Это был известный с середины прошлого века как химическое соединение тетраэтилсвинец
Открытие антидетонационных свойств этого вещества сыграло очень большую роль в повышении экономичности бензиновых двигателей и в расширении топливных ресурсов для них.
Возникновение детонации в двигателе зависит от химического состава применяемого топлива. Если используют бензин, в составе которого преоб-ладают углеводороды, не дающие при высоких температурах значительных количеств активных промежуточных соединений и имеющие большой пери-од задержки самовоспламенения, то в последних порциях смеси не происхо-дит самовоспламенения и сгорание заканчивается нормально без детонации. Если в последних порциях смеси накапливается много активных соедине-ний, возможно самовоспламенение с возникновением детонации.
Стойкость углеводородов к химическим изменениям в паровой фазе в условиях камеры сгорания двигателя называют детонационной стойкостью.
Углеводороды, входящие в состав бензинов, различаются по детонационной стойкости. Наименьшей детонационной стойкостью обладают н-алканы. С увеличением числа углеродных атомов в цепи н-алканов их детонационная стойкость ухудшается. Переход от нормальной к изомерной структуре всег-да сопровождается улучшением антидетонационных свойств алканов.
Олефины имеют более высокие антидетонационные свойства, чем н-ал-каны с тем же числом атомов углерода.
Детонационная стойкость нафтеновых углеводородов выше, чем у н-ал-канов, но ниже, чем у ароматических углеводородов с тем же числом ато-мов углерода в молекуле.
Ароматические углеводороды обладают высокой детонационной стой-костью, и, в отличие от других углеводородов, их детонационная стойкость с увеличением числа углеродных атомов в молекуле не снижается. Умень-шение длины боковой цепи и повышение её разветвлённости улучшает детонационную стойкость ароматических углеводородов.
Октановое число.Мерой детонационной стойкости бензинов является их октановое число. Октановое число численно равно содержанию изооктана (выраженному в %) в эталонной смеси с гептаном, которая по детонационной стойкости эквивалентна испытуемому бензину.
Высокая детонационная стойкость товарных бензинов достигается тремя основными способами. Первый — использование в качестве базовых бен-зинов наиболее высокооктановых вторичных продуктов переработки нефти или увеличение их доли в товарных бензинах. Второй способ предусмат-ривает широкое использование высокооктановых компонентов, вовлека-емых в товарные бензины. Третий путь состоит в применении антидетона-ционных присадок. В настоящее время широко используют все три направ-ления повышения детонационной стойкости бензинов.
Бензины прямой перегонки сернистых нефтей с температурой конца кипения 180-200 0С содержат 60-80% алканов и имеют ОЧ в пределах 40-50.
Бензины прямой перегонки и их головные фракции используют в не-большом объёме для приготовления автомобильного бензина А-76.
Октановые числа бензинов термического крекинга находятся в пределах 64-70 в зависимости от качества сырья и температурного режима крекинга.
Бензины, полученные каталитическим крекингом, имеют более высокую детонационную стойкость, чем бензины термического крекинга. Это обусловлено, главным образом, увеличением содержания в бензиновых фрак-циях изоалканов и ароматических углеводородов.
Бензины каталитического крекинга часто используют как базовые для приготовления товарных высокооктановых бензинов.
В процессе каталитического риформинга получают бензины с высокой детонационной стойкостью за счёт ароматизации и частичной изомериза-ции углеводородов. Сырьём для каталитического риформинга является, в основном, прямогонный бензин и реже дистилляты вторичного происхождения, например, бензин термического крекинга, коксования и гидрокрекинга. Эти фракции обычно содержат высокие концентрации парафинов и нафтенов. В процессе каталитического риформинга многие из этих компонентов превращаются в ароматические соединения, которые имеют гораздо более высокие октановые числа.
Основной реакцией в процессе каталитического риформинга является дегидроциклизация.
При дегидроциклизации парафинов в присутствии хромосодержащего катализатора при температурах выше 450 0С получают высокие выходы ароматических углеводородов, причём эффективность катализатора значительно улучшается, если применять его не в чистом виде, а на носителях и в присутствии некоторых добавок.
Процесс называется платформингом,если онпротекает в присутствии платинового катализатора. В этом процессе (по одному из механизмов) алкан, например гексан с ОЧ, близким к нулю, циклизуется в циклогексан, который дегидрируется с образованием соответствующего арена – бензола с ОЧ>100:
СН3СН2СН2СН2СН2СН3 ® ®
В отличие от процессов, которые мы обсуждали до сих пор, в процессе каталитического риформинга температуры кипения веществ меняются очень незначительно. Изменение касается, в основном, химического состава.
Бензины платформинга широко используют в качестве базовых при изготовлении товарных высокооктановых бензинов, причём не только дистиллят платформинга, но и его отдельные фракции, оставшиеся после извлечения индивидуальных ароматических углеводородов.
Похожие статьи:
poznayka.org
3.Детонационное сгорание рабочей смеси
Детонация
наиболее вероятна, когда двигатель
работает с полностью открытой дроссельной
заслонкой, а частота вращения коленчатого
вала мала. В этом случае наполнение
цилиндров свежей смесью максимальное,
остаточных газов мало, а время, в течение
которого отдаленные от свечи части
заряда подвергаются воздействию давления
и температуры, наиболее велико и
достаточно для образования перекисей.
Наглядное проявление этого положения
знакомо каждому водителю. Если во время
разгона с малой начальной скорости при
полностью открытой дроссельной заслонке
отчетливо слышны звонкие детонационные
стуки, то это лишь вначале, а при достижении
определенной скорости они пропадают.
Или наоборот, когда автомобиль движется
на подъем с замедлением (дроссельная
заслонка опять-таки полностью открыта),
то вначале детонации нет, а при падении
скорости до какой-то величины она может
появиться. В подобных случаях для
прекращения стуков достаточно прикрыть
дроссель (уменьшить наполнение цилиндров)
или перейти на пониженную передачу
(ускорить вращение коленчатого вала).
Характерными внешними признаками детонации являются повышенное дымление двигателя — черный дым из выхлопной трубы и падение его мощности из-за того, что горение протекает не лучшим образом.
4.Факторы, влияющие на детонацию
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.
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.
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.
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 — 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.
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.
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.
Сорт топлива. Характеризуется октановым числом, который оценивает антидетонационную стойкость бензина. Чем выше октановое число, тем выше антидетонационные свойства топлива. Октановое число легких фракций бензина меньше, чем у средних и тяжелых фракций. При быстром открытии дроссельной заслонки (например, при интенсивном разгоне) тяжелые фракции поступают в цилиндр с некоторой задержкой, что приводит к детонации в начале разгона из-за временного снижения октанового числа топлива, поступившего в цилиндр.
Температура и давление воздуха на впуске в цилиндр. Увеличение температуры и давления окружающей среды усиливает вероятность детонации. Поэтому применение наддува в двигателях с принудительным воспламенением затруднительно.
studfiles.net
Детонационное сгорание — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Детонационное сгорание
Cтраница 1
Детонационное сгорание протекает с чрезмерно высокими скоростями. Если при нормальном сгорании рабочей смеси в цилиндре скорость распространения пламени колеблется в пределах 15 — — 40 м / сек, то при детонационном сгорании она достигает 1500 н — 2500 м / сек и выше. [1]
Детонационное сгорание в двигателе сопровождается: металлическими стуками, повышением температуры головки цилиндра, перегревом охлаждающей жидкости, падением мощности и иногда появлением черного дыма на выпуске. [2]
Детонационное сгорание недопустимо для нормальной работы двигателя вследствие уменьшения мощности, ухудшения экономичности и вредного воздействия на лоршень и подшипники. [4]
Детонационное сгорание ( со скоростью распространения пламени 2000 — 3000 м / сек) приводит к резкому возрастанию давления в цилиндрах и создает ударные нагрузки на детали кривошипно-шатунного механизма. Кроме того, детонация является причиной перегрева двигателя и вызывает падение мощности. [5]
Детонационное сгорание сопровождается повышением дымности отработавших газов и увеличением их температуры в цилиндрах двигателя. Главная опасность детонации заключается в повышении передачи теплоты от сгоревших газов к стенкам камеры сгорания и днищу поршня. Повышенная теплопередача приводит к местному перегреву двигателя, может вызвать отдельные разрушения камеры сгорания и днища поршня. Первоначально они выражаются в появлении на поверхности металла небольших щербинок. Часто при этом происходит разрушение кромок прокладки между цилиндром и головкой, завершающееся ее прогоранием. Характерно, что такие разрушения появляются во вполне определенных для данного двигателя местах. Следует отметить, что еще до появления каких-либо видимых разрушений работа двигателя с детонацией приводит к повышенному износу основных деталей. В некоторых случаях долговечность двигателя снижается в 1 5 — 3 раза. Перегрев двигателя от детонации способствует нарушению его теплового режима и ведет к перерасходу топлива. [6]
Детонационное сгорание имеет двухстадийный характер. Первая стадия — холоднопламенный процесс, во время которого в рабочей смеси образуется значительная часть перекисей. Образование перекисей начинается в такте всасывания при соприкосновении топлива с нагретыми клапанами и другими деталями и продолжается в тактах сжатия и воспламенения. [7]
Детонационное сгорание чаще всего происходит при неправильном выборе бензина для двигателей с высокой степенью сжатия. Поскольку пространство камеры сгорания невелико, упругие детонационные волны многократно ударяются и отражаются от стенок камеры сгорания, что вызывает характерный для детонации металлический стук. Отражающиеся ударные волны нарушают нормальный процесс сгорания, вызывают вибрацию деталей двигателя, в результате чего значительно возрастает износ. Выпускные газы приобретают темный, иногда черный цвет, т.е. при детонации увеличивается неполнота сгорания топлива. [8]
Детонационное сгорание смеси иногда ошибочно путают с самовоспламенением или калильным зажиганием. Самовоспламенение может наступить в цилиндрах перегретого двигателя в тот момент, когда электрическая искра еще не поступила в цилиндр, а также при воспламенении от раскаленных частиц нагара или электродов свечи. Как в том, так и в другом случае смесь горит с нормальной скоростью. Обычно это явление наблюдается при выключении зажигания, когда двигатель еще продолжает некоторое время работать. [9]
Детонационное сгорание бензина вызывает разрушительный стук в двигателе, чрезмерное повышение температуры цилиндров, поршней клапанов, уштотнителышх колец, неполное сгорание бензина, дымнш чео-ный выхлоп и вследствие всего этого падение модности двигателя. [10]
Детонационное сгорание бензинов — это сгорание со скоростью, превышающей нормальную примерно в 100 раз. Признаками детонации являются резкий металлический стук в цилиндрах, вибрация двигателя, перегрев головок цилиндров, падение мощности двигателя, дымный выпуск. При сильной детонации в двигателе возникают ударные нагрузки, разрушаются поршни и подшипники, пригорают поршневые кольца, прогорают клапаны цилиндров, перерасходуется горючее, двигатель преждевременно изнашивается. [11]
Детонационное сгорание горючего ведет к повышению ядовитости отработавших газов. Борьба с ядовитостью отработавших газов ведется путем установки различного рода дожигателей и уловителей, изменения состава горючего, применения специальных присадок. [12]
Детонационное сгорание рабочей смеси сопровождается характерным металлическим стуком в цилиндре, повышением температуры цилиндра и поршня, снижением мощности двигателя. [13]
Возникновение детонационного сгорания сопровождается появлением детонационных волн. Эти волны отражаются от стенок цилиндра в виде ударных волн, которые вызывают колебания давления в смеси и вибрацию стенок цилиндра. [14]
Возникновение детонационного сгорания связано с особенностями протекания предпламенных химических реакций в последней части заряда топливно-воздушной смеси и образования в этой части заряда высокой концентрации активных частиц, весьма склонных к взрывному сгоранию. [15]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
Почему возникает детонация?
Детонация
Природа явления детонации
Детонация двигателя — это процесс самопроизвольного воспламенения горючей смеси в цилиндрах, носящий характер взрывной волны. Чаще детонации подвержены бензиновые двигатели, в которых рабочая смесь воспламеняется принудительно, но иногда явления детонации проявляются и у дизелей.
Попробуем разобраться в физической природе детонации и причинах, вызывающих ее, пристальнее рассмотрев процесс сгорания топлива в цилиндрах двигателя.
Попавшая в цилиндр двигателя во время такта впуска горючая смесь перемешивается с остатками отработавших газов, образуя рабочую смесь, и начинает быстро сжиматься в процессе такта сжатия. На подходе поршня к верхней мертвой точке рабочая смесь сильно разогревается за счет сжатия и контакта с горячими деталями кривошипно-шатунного механизма, после чего в требуемый момент цикла воспламеняется искрой зажигания.
Горение распространяется по объему камеры сгорания лавинообразно, увеличивая давление в цилиндре, толкая поршень и совершая, таким образом, полезную работу.
Таков механизм протекания нормального процесса горения. Но иногда он может нарушаться.
Ничего в природе не происходит в единый миг, и рабочая смесь тоже воспламеняется не одновременно по всему объему камеры сгорания, — горение начинается у места запала смеси искрой, в центральной части камеры, а затем быстро распространяется к периферии. По мере роста очага возгорания создается так называемый фронт горения (или фронт пламени), на границе которого образуется зона повышенного давления и температуры.
Часть рабочей смеси, до которой фронт пламени доходит в последнюю очередь, нагревается дополнительно в результате прироста давления со стороны фронта пламени. Тем не менее, при достижении температуры самовоспламенения очаги горения в этих зонах, чаще всего, не возникают из-за местного недостатка кислорода и относительно большого времени протекания первой стадии сгорания, что характерно для периферийных зон.
Однако несгоревшая смесь в этих зонах чрезвычайно активизируется и оказывается на границе теплового взрыва. Из-за высокого давления и больших температур несгоревшая горючая смесь образует очень активные химические соединения — альдегиды, спирты, перекиси и т. д. При достижении критических значений температуры и давления между соединениями возникают цепные окислительные реакции, приводящие к самопроизвольному воспламенению смеси, и сопровождающиеся мощным выбросом энергии взрывного характера. В эпицентре такого мини-взрыва образуется взрывная волна, которой распространяется по цилиндру с невероятной скоростью.
Ударные волны со стороны таких очагов самовоспламенения вызывают, в свою очередь, самовоспламенение хорошо подготовленной к этому смеси. Это вызывает еще большее повышение давления, под действием которого фронт пламени принудительно ускоряется. Скорость его может превысить скорость звука и достичь 1500…2300 м/с, что характерно для взрывного горения. Для примера — при нормальном горении скорость фронта пламени составляет всего 20…30 м/с. От разрыва поршень и стенки цилиндра спасает лишь то, что детонация вызывается микровзрывами, которые выбрасывают недостаточную для глобальных разрушений энергию.
Сгорание в цилиндрах двигателя с искровым зажиганием последних порций заряда после его объемного самовоспламенения, сопровождающееся возникновением ударных волн, называется детонационным.
При отражении ударных волн от стенок камеры сгорания возникает звонкий металлический стук, который является внешним проявлением детонации.
***
Последствия детонации
Заблуждением является мнение, будто прирост давления за счет увеличения скорости распространения фронта пламени позитивно влияет на динамику двигателя и обеспечивает прибавку его мощности. Это не так, поскольку взрывная волна распространяется очень быстро (иногда – более 2 км/с), вызывая настолько сильный прирост давления (до 700 Н/см2), что поршень, головка блока и другие детали КШМ испытывают настоящий удар, словно по ним ударяют увесистой кувалдой.
Очевидно, что положительно повлиять на мощность двигателя за такой короткий промежуток времени взрывная волна просто не успевает.
Поэтому микровзрывы в цилиндре приносят только вред — ударяя с невероятной скоростью в стенки цилиндров, взрывная волна разрушает масляную пленку, вызывая интенсивный износ деталей поршневой группы из-за сухого трения, а дополнительный прирост температуры на фронте волны приводит к перегреву стенок цилиндров, поршней, клапанов и головки блока.
Высокая температура разрушает детали двигателя, приводя к обгоранию кромок поршней и клапанов, электродов свечей зажигания, прокладки головки блока цилиндров. Кроме этого нередко имеют место механические разрушения деталей кривошипно-шатунного механизма и даже выкрашивание антифрикционного состава в подшипниках коленчатого вала.
Попробуйте узнать в приведенном на рисунке бесформенном куске металла поршень. Он разрушен последствиями детонационного сгорания топлива.
Заметно снижается динамика двигателя — при сильной детонации его мощность падает, растет расход топлива, в отработавших газах появляется черный дым.
Таким образом, детонационное сгорание отрицательно влияет на рабочий процесс и долговечность деталей КШМ.
***
Причины возникновения детонации
Возникновению детонации способствуют следующие факторы:
Сорт топлива
Сорта топлива характеризуются октановым числом, которым оценивается антидетонационная стойкость бензина. Чем выше октановое число, тем выше антидетонационные свойства топлива. Октановое число легких фракций бензина меньше, чем у средних и тяжелых фракций. При быстром открытии дроссельной заслонки (например, при интенсивном разгоне) тяжелые фракции поступают в цилиндр с некоторой задержкой, что стимулирует детонацию в начале разгона из-за временного снижения октанового числа топлива, поступившего в цилиндр.
Октановое число автомобильных бензинов в соответствии с ГОСТ 2084-77 составляет от 76 до 98 единиц.
Частота вращения коленчатого вала
Увеличение частоты вращения коленчатого вала приводит к росту турбулизации заряда, что влечет за собой увеличение скорости распространения пламени. В результате времени на развитие предпламеных процессов в последних частях заряда становится недостаточно, и детонация снижается.
Кроме того, с увеличением частоты вращения коленчатого вала увеличивается содержание остаточных газов в рабочей смеси, что также снижает интенсивность предпламенных процессов и приводит к снижению детонации.
Нагрузка
Уменьшение нагрузки сопровождается прикрытием дроссельной заслонки карбюратора, вследствие чего давление и температура заряда в конце процесса сжатия снижается, а коэффициент остаточных газов γr увеличивается.
Кроме того, уменьшается количество поступающей в цилиндр горючей смеси, а значит и выделяемая в результате ее сгорания теплота, вследствие чего снижается давление в камере сгорания. По этим причинам уменьшение нагрузки приводит к снижению детонации и наоборот.
Угол опережения зажигания
Увеличение угла опережения зажигания приводит к более раннему тепловыделению относительно прихода поршня в верхнюю мертвую точку (ВМТ). В результате резко повышается давление, что способствует возрастанию степени сжатия рабочей смеси перед фронтом пламени и вызывает появление очагов самовоспламенения.
Поэтому с увеличением угла опережения склонность к детонации возрастает и наоборот.
Тепловое состояние двигателя
С ростом температуры деталей камеры сгорания увеличивается вероятность возникновения очагов самовоспламенения и детонации.
Температура и давление воздуха на впуске в цилиндр
Увеличение температуры и давления окружающей среды усиливает вероятность детонации. Поэтому применение наддува в двигателях с принудительным воспламенением затруднено.
Степень сжатия
Увеличение степени сжатия приводит к увеличению температуры и давления в конце процесса сжатия. Следовательно, увеличение степени сжатия ограничивается, и ее максимально допустимое значение выбирается в зависимости от сорта топлива, формы камеры сгорания, материала поршня, головки блока цилиндров, быстроходности двигателя и способа его охлаждения.
Форма и размеры камеры сгорания
Двигатели с формой камеры сгорания, обеспечивающей наибольшую турбулизацию смеси, более защищены от детонации. С этой точки зрения наиболее рациональными являются камеры сгорания в поршне или клиновые и плоскоовальные камеры с вытеснителями. Уменьшение пути пламени от свечи до периферийных зон камеры сгорания сокращает время его распространения и тем самым снижает вероятность возникновения детонации.
Следовательно, детонацию ограничивает применение двух свечей зажигания вместо одной и уменьшение диаметра цилиндра.
Материал поршня и головки блока цилиндров
Материал этих деталей во многом определяет теплоотвод от рабочего тела. Применение алюминиевых сплавов, обладающих высокой теплопроводностью, позволяет снизить требования к октановому числу бензина на 5…7 единиц.
***
Способы борьбы с детонацией
Для того чтобы устранить данное явление, необходимо обратить внимание на причины его возникновения и помнить, что детонация происходит при включенном зажигании, ненормальные явления, возникающие при глушении мотора, имеют иное название и требует иных мер.
Если двигатель стал работать с детонацией сразу после заправки — значит, в бак попало некачественное горючее. Если двигатель бензиновый, можно добавить в топливный бак немного ацетона, — он повысит октановое число. Либо придется некачественное топливо из бака слить и заправиться более качественным.
Детонация дизельного двигателя иногда сопровождается черным или зеленоватым выхлопом. Это означает, что разрушились поршни, и выхлопные газы содержат частицы алюминия. В такой ситуации необходима замена поршневой группы.
Из-за неисправных свечей зажигания может возникать детонация при запуске двигателя. В этом случае свечи необходимо заменить.
У дизельного двигателя такая проблема может возникнуть после западания иглы форсунки.
Если автомобиль постоянно эксплуатируется с минимальной нагрузкой или же его двигатель часто и подолгу работает на холостом ходу, в камерах сгорания откладывается слой нагара, из-за чего повышается степень сжатия и увеличивается риск появления детонации.
В данном случае полезна своеобразная профилактика — двигателю необходимо периодически давать работать с большой нагрузкой. Хороший метод такой профилактики — периодические динамичные разгоны и движение на пониженной передаче с высокими оборотами.
Разумеется, такая профилактика не должна противоречить правилам дорожного движения.
Современные автомобильные двигатели, оснащенные компьютерным управлением системами питания и зажигания, предохраняют от детонации при помощи датчика, который так и называется — датчик детонации. Он чутко реагирует на посторонние стуки, появляющиеся в двигателе и подает сигнал компьютеру (ЭБУ), а тот, в свою очередь, корректирует зажигание, пытаясь устранить детонацию.
***
Калильное зажигание и дизилинг
Не следует путать детонационное сгорание с преждевременным самовоспламенением, которое может произойти во время процесса сжатия еще до момента появления искры — в результате поджига горючей смеси от раскаленной поверхности центрального электрода свечи зажигания, головки выпускного клапана или нагара. Такое воспламенение носит название калильного зажигания.
Воспламенившаяся от накаленных поверхностей рабочая смесь затем сгорает с нормальной скоростью, однако, момент самовоспламенения неуправляем, и со временем наступает все раньше и раньше. При этом давление и температура достигают своего максимума задолго до прихода поршня в ВМТ, что приводит к уменьшению мощности двигателя и его перегреву. Устранить это явление выключением зажигания нельзя — двигатель будет продолжать работать. Поэтому в случае появления калильного зажигания необходимо просто прекратить подачу горючей смеси.
Иногда водитель пытается остановить двигатель, работающий от калильного зажигания, попыткой трогаться с места на высшей передаче. Двигатель в этом случае глохнет от недостатка тягового усилия на коленчатом валу, но детали КШМ, а также элементы трансмиссии могут повредиться из-за ударных нагрузок.
В некоторых случаях аналогично калильному зажиганию возникает самовоспламенение топлива от чрезмерного сжатия – явление дизилинга.
Такое воспламенение наблюдается при выключении зажигания, когда прогретый карбюраторный двигатель не останавливается и продолжает работать с пониженной частотой вращения коленчатого вала. При этом его работа нестабильна и сопровождается вибрациями.
Дизилинг нередко имеет место при степени сжатия более 8,5. Для его устранения применяют специальные устройства, автоматически перекрывающие в карбюраторе канал холостого хода при выключении зажигания.
***
Свойства автомобильных бензинов
k-a-t.ru
На пути к детонационному двигателю
: 17 Сен 2007 , Алмазный путь длиною в три миллиарда лет , том 16, №4Неуправляемый детонационный срыв мягкого турбулентного режима горения – бич всех типов двигателей внутреннего сгорания. Использование контролируемого, непрерывного процесса генерации детонационных волн как основного элемента подобных двигателей приводит к качественно новому результату…
Наверняка многие из нас испуганно вздрагивали от громкого «хлопка» в двигателе проезжающего мимо автомобиля. Это — детонация. Непредсказуемость ее появления (практически взрыва) в камерах сгорания всех типов двигателей и энергетических установок, с последующим прогоранием и разрушением элементов конструкций, наводит на мысль: вместо того чтобы гасить процесс детонационного (взрывного) характера горения, не попробовать ли организовать его должным образом и использовать во благо?
Не секрет, что при достижении сверхзвуковых скоростей, например в воздушно-реактивных двигателях летательных аппаратов, а также в любых промышленных двигателях внутреннего сгорания, использующих турбулентное сжигание (а других практически и нет), существенная часть несгоревшего топлива выбрасывается в атмосферу, со всеми вытекающими отсюда последствиями для экологии. Сильно ядовитые присадки-антидоты, используемые для гашения детонации, усугубляют картину загрязнения.
В связи с этим внимание ученых всего мира привлечено к теме стабилизации детонационного горения.
Что касается реализации сжигания топливной смеси в поперечной детонационной волне (ПДВ), т. н. волне «спиновой» детонации, то приоритет в решении этой проблемы по праву принадлежит России, в частности Институту гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН. Впервые в непрерывном детонационном управляемом режиме Б. В. Войцеховскому удалось осуществить сжигание ацетиленокислородных смесей в поперечной детонационной волне [1]. После проведения этих опытов за рубежом было оформлено несколько патентов на использование режима непрерывного детонационного сжигания в ракетных двигателях.
Иными словами, то, что считали вредоносным явлением и от чего пытались избавиться много лет, стало неотъемлемым элементом, входящим в основу проектирования нового типа двигателей внутреннего сгорания. Теоретический приоритет принадлежит Я. Б. Зельдовичу, впервые исследовавшему возможности использования детонационного сжигания топлива в энергетике [2].
Он показал, что детонационное сжигание топлива происходит при меньшем возрастании энтропии продуктов горения, а значит, с большей кинетической энергией, меньшей теплонапряженностью. Снимается и проблема борьбы с «хлопками», так как шумовые эффекты и вибрации в камере детонационного сгорания специальной конструкции не выше, чем для режима работы обычного двигателя внутреннего сгорания.
Преимущество детонационного горения в конкретных устройствах характеризуется меньшими габаритами камеры, определяемыми размером детонационной волны. Это приводит к более интенсивному и полному сжиганию широкого класса топлив с увлеченными продуктами детонации и обеспечивает повышенную тягу двигателя.
Авторами продемонстрировано применение оригинального фоторегистратора, позволяющего «заморозить» процессы микросекундного масштаба времени, протекающие в области ПДВ на протяжении длительного периода времени (до 1 секунды). Получен российский патент на способ сжигания топлив [3].
Как выглядит замороженное пламя
Что может гореть в спиновых волнах, почему и как? Возникает уместный с экономической и практической точки зрения вопрос: будут ли смеси традиционных видов топлив и окислителей вообще гореть в столь необычных условиях, «иссеченные» жесткими фронтами непрерывной спиновой детонации? А если даже и будут, то насколько устойчиво, непрерывно и эффективно? Для ответа на этот непростой вопрос было проведено более сотен (если не тысяч!) экспериментов и расчетов, сделано столько же чертежей различных конструкторских решений, из громоздкого «железа» изготовлено множество модификаций камер сгорания различного типа ЖРД (жидкостный реактивный двигатель) и ВРД (воздушный реактивный двигатель).
Результаты превзошли все ожидания, правда, не обошлось без трудоемких, кропотливых и большей частью рутинных исследований. Оказалось возможным, при надлежащей организации процесса горения (ноу-хау!) в этих непростых условиях эффективно сжигать практически любые традиционные газообразные или жидкие углеводородные виды топлив в смеси с газообразным кислородом, воздухом и жидким кислородом в качестве окислителя.
Удалось предсказать и наблюдать (что происходит не так уж часто) не совсем обычный эффект трансзвукового перехода в потоке, при неизменной площади поперечного сечения (чего не бывает в обычной камере, которая не профилирована под сверхзвук). При этом, давление в камере, в зоне поперечных детонационных волн, пульсирует с частотой вращения ПДВ, достигая максимальных значений во фронте, в 3—5 раз превышающих среднее давление в обычных условиях.
Когда человек быстро поднимается в гору, он чувствует, как учащенно начинает биться сердце. Точно так же, чтобы сверхзвуковой лайнер не «схватил инфаркт», не сгорел в течение нескольких секунд от перегрева или не развалился от «фибрилляций», поднимаясь к разным слоям атмосферы, нужно провести очень ответственную работу по определению области существования устойчивой ритмической и непрерывной спиновой ПДВ — сердца двигателя. Вот почему с целью определения области штатных безопасных режимов варьировалась разница давлений в камере сгорания и в окружающей среде. Очень интересным оказалось то, что в камере с расширением канала процесс непрерывной спиновой детонации может протекать устойчиво даже при давлении в камере, меньшем, чем давление окружающей среды. Выявлено было и существенное влияние качества процесса смесеобразования на стабильность скорости ПДВ и устойчивость ее структуры (не считая моментов смены количества детонационных волн) в широком диапазоне соотношений топливных компонентов и разности давлений в камере и во внешней среде [3—5].
Изменение соотношений концентраций компонентов горючей смеси, конфигурации элементов подачи топлива и давлений снаружи и внутри камеры сгорания аппарата приводит к смене скорости ПДВ, образованию сложных режимов суперпозиции 1-2-3 и более волновых структур, а также к их затуханию, усилению и изменению частоты вращения спина.
Все полученные знания совершенно необходимы, прежде всего, для разработки новых типов двигателей летательных аппаратов.
Эпилог, оптимистический и всегда грустный
Все догадываются, что если бы архитектор строил дом по принципу «нарисовал да и живи», то последний непременно рано или поздно рухнул бы, несмотря на то что имеет теоретическое обоснование стоять вечно. При всем том, далеко не каждый знает, что после проведения расчетов обязательно строится макет из различных материалов, втыкается фундаментом в различные грунты и подвергается всевозможным жестоким испытаниям, чтобы оттянуть как можно на более длительное время печальный исход. Неизмеримо более сильные и разнообразные типы нагрузок, не сравнимые даже с земными стихиями, испытывают летательные и космические аппараты.
Несопоставимая стоимость этих двух, надежно защищенных от внешних и внутренних «стихий», проектов и их изделий, соизмеримых разве только по габаритам («земной дом» и «космическая ракета»), отражает несоизмеримость их сложности. Если первый проект может быть профинансирован небольшой группой даже не очень богатых частных лиц, то второй — только в масштабах целого государства. Наличие выделенных крупных инвестиций на аналогичный последний проект в конкурирующих зарубежных государствах требует своевременного выделения не меньших средств и в России.
Литература
1. Войцеховский Б. В. Стационарная детонация // ДАН СССР. — 1959. — Т. 129. — № 6. — С. 1254—1256.
2. Зельдович Я. Б. К вопросу об энергетическом использовании детонационного горения // ЖТФ. — 1940. — Т. 10. — Вып. 17. — С. 1453—1461.
3. Быковский Ф. А., Войцеховский Б. В., Митрофанов В. В. Способ сжигания топлива. Патент № 2003923. Заявка № 4857837/06 от 06.08.1990 // Бюллетень изобретений, 1993. — № 43—44.
4. Быковский Ф. А. Высокоскоростной ждущий фоторегистратор // Журнал научной и прикладной фотографии и кинематографии. — 1981. — № 2. — С. 85—89.
5. Быковский Ф. А., Ждан С. А., Ведерников Е. Ф. Спиновая детонация топливно-воздушной смеси в цилиндрической камере // ДАН. — 2005. — Т. 400. — № 3. — С. 338—340.
: 17 Сен 2007 , Алмазный путь длиною в три миллиарда лет , том 16, №4scfh.ru
Детонационное сгорание в бензиновом двигателе
Автор: Юлиюс Мацкерле (Julius Mackerle)Источник: «Современный экономичный автомобиль» [1]
11096 0
Увеличение степени сжатия бензиновых двигателей ограничено в связи с возможностью возникновения детонации. При этом явлении возникает неконтролируемое сгорание смеси уже после ее воспламенения искрой. Детонационное сгорание протекает с очень высокой скоростью и создает в цилиндре повышенные давление и температуру. Если этот процесс продолжается некоторое время, то двигатель повреждается.
Максимальная степень сжатия, применяемая в бензиновых двигателях, определяется видом и свойствами используемого топлива. Способность топлива противостоять детонации выражается его октановым числом, которое показывает, сколько частей изооктана в смеси с нормальным гептаном нужно иметь в эталонном топливе, чтобы в специальном двигателе CFR оно имело такую же способность противостоять детонации, как и испытываемое топливо. Степень сжатия двигателя CFR может быть изменена без его останова. Условия в этом специальном двигателе не соответствуют условиям в реальном автомобильном двигателе, поэтому два вида топлива в двигателе CFR с одинаковым октановым числом в каждом конкретном автомобильном двигателе ведут себя по-разному. Это зависит от химического состава топлива, формы камеры сгорания и от типа охлаждения двигателя.
Следует отметить, что производство топлива с высоким октановым числом дорого и из одной тонны нефти получить его можно меньше, чем топлива с низким октановым числом. Октановое число можно повысить с помощью антидетонационных присадок, которые, однако, содержат вредные вещества (свинец и т. п.). В данной статье будут рассмотрены возможности специальных изменений конструкции или регулировок двигателя в целях обеспечения возможности использовать в нем топлива с низким октановым числом.
Прежде всего, необходимо объяснить, как возникает в двигателе детонация. После зажигания искрой свечи рабочей смеси в камере сгорания процесс сгорания развивается со скоростью, зависящей от температуры и давления рабочей смеси, типа топлива, состава смеси (соотношения между топливом и воздухом). Большое влияние на процесс сгорания оказывают также движение смеси перед ее зажиганием и температура стенок камеры сгорания и цилиндра.
Часть смеси, сгорающая первой в камере сгорания вблизи свечи, расширяется при повышенной температуре и сжимает остаток еще не сгоревшей смеси. По этой причине температура и давление несгоревшей смеси постоянно увеличиваются, и сама эта смесь оттесняется в места камеру сгорания, отдаленные от свечи. Если давление и температура в оставшейся несгоревшей смеси достигнут критических значений, то произойдет мгновенное воспламенение всей массы этой смеси, что вызовет резкий скачок температуры и давления. Такой тип сгорания называется детонационным и оно проявляется в виде характерного постукивания. Если это явление продолжается некоторое время, то происходит перегрев камеры сгорания и от ее горячих стенок свежая смесь самопроизвольно воспламеняется раньше, чем в свече зажигания возникает искра.
Это самопроизвольное воспламенение (называемое также калильным зажиганием) характерно тем, что может происходить как при включенном, так и при выключенном зажигании. Мощность двигателя в этих условиях быстро падает, а максимальная температура и давление при сгорании резко возрастают. У одноцилиндровых двигателей калильное зажигание проявляется через резкую остановку работы двигателя – как при его заклинивании. У многоцилиндровых двигателей такое преждевременное воспламенение, как правило, не происходит одновременно во всех цилиндрах, поэтому двигатель не останавливается, однако быстро теряет мощность. Причиной калильного зажигания могут являться также перегретые контакты свечи зажигания.
Условием, устраняющим детонацию, является обеспечение минимальной удаленности всех точек поверхности камеры сгорания смеси от свечи зажигания. Кроме того, необходимо учесть температуру стенок камеры сгорания. Объем смеси, сгорающий последним, должен располагаться в холодной части камеры сгорания; в первую очередь должна сгореть смесь, находящаяся в зоне с самой высокой температурой стенок, вблизи выпускного клапана.
Поскольку сгорание вблизи ВМТ протекает весьма быстро, рабочая смесь в зоне свечи сгорит первой и будет долго находиться в соприкосновении со стенками камеры сгорания. Тепловые потери в стенку малы в том случае, когда местная температура стенок достаточно высока (например, тарелка выпускного клапана). Зона вокруг впускного клапана имеет самую низкую температуру, и сюда должен оттесняться остаток несгоревшей смеси. Положение свечи зажигания обычно обусловлено общей концепцией двигателя. Тем не менее, свеча должна располагаться как можно ближе к выпускному клапану, быть легко доступной и хорошо охлаждаться.
Опасность возникновения детонации можно устранить несколькими способами. Запаздывание зажигания сокращает время сгорания перед ВМТ поршня, и последние порции рабочей смеси догорают уже за ВМТ на такте расширения. Разогревание этих порций будет проходить медленно и детонация не возникнет. Однако при таком запаздывании зажигания уже будет невозможно достичь максимальной мощности двигателя и высокой топливной экономичности.
Влияние опережения зажигания и октанового числа топлива на мощность двигателя показано на рис. 1 и в табл. 1 ниже.
| Рис. 1 |
|---|
| Влияние угла опережения зажигания θз и октанового числа топлива на мощность двигателя Ne |
Экспериментальный двигатель со степенью сжатия ε = 7,25 достигает полной мощности при опережении зажигания в 23° и на границе детонации требует топлива с октановым числом 98. Из рис. 1 и табл. 1 видно, что при использовании топлива с октановым числом 93 необходимо уменьшить опережение зажигания до 11°. При этом мощность двигателя упадет до 95 %. Требования к октановому числу при этом опережении уменьшаются.
| Точки на рис. 1 | Октановое число | Мощность, % |
|---|---|---|
| 1 | 98 | 100 |
| 2 | 96 | 99 |
| 3 | 93 | 95 |
| 4 | 90 | 90 |
| 5 | 86 | 85 |
Эти особенности можно использовать для снижения удельного расхода топлива при частичной нагрузке двигателя. Степень сжатия у двигателя необходимо увеличить так, чтобы при частичной нагрузке удельный расход топлива уменьшился и увеличилась мощность. Однако при полностью открытой дроссельной заслонке двигатель будет работать с детонацией. Устранить это можно уменьшением опережения зажигания, например, с помощью вакуумного регулятора. Хотя при этом не будет достигнута максимальная мощность двигателя, но при его частичной нагрузке расход топлива уменьшится. При современном уровне развития электроники обеспечение автоматического регулирования опережения зажигания на основе постоянного слежения за параметрами процесса сгорания в двигателе уже не представляет больших трудностей и способствует снижению расхода топлива при работе двигателя с частичной загрузкой.
Последнее обновление 02.03.2012Опубликовано 13.05.2011
Читайте также
Сноски
- ↺ Мацкерле Ю. Современный экономичный автомобиль/Пер. с чешск. В. Б. Иванова; Под ред. А. Р. Бенедиктова. — М.: Машиностроение, 1987. — 320 с.: ил.//Стр. 110 — 114 (книга есть в библиотеке сайта). – Прим. icarbio.ru
Комментарии
icarbio.ru
3.5. Понятие о детонационном горении
В практике эксплуатации двигателей с искровым воспламенением возможно нарушение нормального сгорания смеси. Скорость распространения пламени может достигнуть 1500-2500 м/с и приобрести взрывной характер. Давление в цилиндре в этом случае повышается почти вдвое, а температура – на 500-1000 градусов. Такое горение называется детонационным.
В результате удара детонационной волны о стенки цилиндра и многократного отражения ее возникает вибрация стенок цилиндра, сопровождающаяся характерными звонкими стуками.
При детонационном горении не успевает полностью сгореть углерод, что снижает мощность двигателя и увеличивает расход топлива; возможен перегрев двигателя и снижение прочности отдельных конструкционных элементов, связанное с точечным разрушением металла. На поршнях, стенках цилиндра появляется множество “лунок”. Детонация сокращает срок службы двигателя, подробнее см. в
Возникновение и протекание детонационного сгорания наиболее полно объясняется перекисной теорией, разработанной А.И. Бахом, Н.Л. Календером, Н.И. Семеновым. По это теории основной причиной возникновения детонации является образование и накопление активных перекисей, представляющих собой первичные продукты окисления углеводородов, а при более высоких температурах свободные радикалы и атомы. Перекиси (формула в общем виде:R-O-O–R) относятся к очень неустойчивым соединениям с большой избыточной энергией, которые дают начало цепным реакциям.
Глава 4 Преобразователи энергии химических топлив
4.1. Виды преобразователей энергии и их характеристики
Во всех сферах жизнедеятельности человека используется колоссальное количество энергии в форме теплоты. В настоящее время распределение тепловой энергии, получаемой из химических топлив, по видам применения в % примерно таково:
– тепловые электростанции, включая теплофикацию ……. …. 35…45;
– промышленность, особенно металлургическая, химическая,
машиностроительная и стройматериалов …………………………………. 30;
– транспорт (автомобильный, железнодорожный, морской),
а также тракторы и другие сельскохо зяйственные машины ………. 15…25;
– бытовые нужды ……………………………………………………. 10…15.
Для получения теплоты из химических топлив используются преобразователи энергии, так называемые х и м и ч е с к и е (огневые) т е п л о г е- н е р а т о р ы, к ним относятся:
– топки водонагревательных, паровых или комбинированных котельных установок;
– камеры сгорания поршневых, газотурбинных, ракетных ДВС;
– камеры сгорания воздухоподогревателей;
– бытовые печи и камины.
Горение топлива происходит в топках печей и котлов, в камерах сгорания двигателей и воздухоподогревателей. Работу каждого из этих теплогенераторов принято оценивать следующими характеристиками.
Т е п л о в а я м о щ н о с т ь – теплота, выделяемая в единицу времени (τ – время),
Nτ = Q / τ, кВт .
О б ъ е м н о е т е п л о н а п р я ж е н и е (или удельная мощность) характеризует компактность теплогенератора и представляет собой тепловую мощность, отнесенную к величине объема Vpрабочего пространства топки или камеры:
qv = Nτ / Vp, кВт/м3.
К о э ф ф и ц и е н т п о л н о т ы т е п л о в ы д е л е н и я, или полноты горения, характеризует полноту сгорания горючего и представляет собой отношение действительно выделившейся теплоты Qдк теоретически возможнойQт:
=Qд/Qт.
К о э ф ф и ц и е н т п о л е з н о г о д е й с т в и я т е п л о г е н е р а — т о р а – отношение полезно использованной теплоты к затраченной энергии в форме теплоты:
тг = Qпол / Qзатр .
В некоторых случаях это отношение называют КПД б р у т т о.
studfiles.net