Диплом_Жилин (1210948), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Устройство для подогрева топлива и стабилизации его температуры. Топливо поступает через штуцер 18 в кольцевой сборник 21. Далее через окна топливо поступает в канал 8, где омывает термочувствительный элемент 7 и затем че­рез штуцер 5 подается в топливную систему двигателя.

Если температура топлива ниже необ­ходимой, то обечайка 11, закрепленная на силовом штоке 9, перекрывает окна ряда, расположенного в зоне кольцевого сборни­ка 21. Топливо из сборника 21 через канал 19, где оно через стенку корпуса 1 нагрева­ется за счет теплоты жидкости системы ох­лаждения, и окна, размещенные у днища 2 корпуса 1, поступает во внутреннюю по­лость, образованную направляющей 3, обе­чайкой 11 и днищем 2. а затем в канал 8.

1 - корпус; 2 - днище; 3 - направляющая; 4 - наконечник; 5 - штуцер для отвода топлива; 6 - крепежный элемент; 7 - термочувствительный элемент; 8 - цилиндрический канал; 9 -силовой шток; 10 - винт; 11 - обечайка; 12 - водяная рубашка; 13 - днище водяной рубашки; 14 - зазор; 15,19 - канал; 16 - щтуцер для подвода жидкости; 17 - щтуцер для отвода жидкости; 18 - штуцер для подвода топлива; 20 - внутренная полость; 21 - кольцевой сборник

Рисунок 2.5 – Устройство для подогрева топлива и стабилизации его температуры

Если температура топлива повышается выше необходимой, то силовой шток 9 тер­мочувствительного элемента 7 перемещает закрепленную на нем обечайку 11 влево, полностью или частично перекрывая окна, расположенные у днища 2 и открывая окна, размещенные в зоне кольцевого сбор­ника 21, открывая доступ топлива непосред­ственно из сборника 21 в канал 8.

Таким образом, осуществляется стаби­лизация температуры топлива на выходе из устройства.

Подогрев топлива в канале 19 осущест­вляется за счет теплоты жидкости системы охлаждения двигателя, поступающей через штуцер 16 в зазор 14, затем в канал 15 и штуцер 17.

Данная конструкция подогревателя имеет низкую точность регулирования.

Проанализировав все рассмотренные конструкции подогревателей топлива, было установлено, что все они имеют свои недостатки. Таким образом, новая конструкция подогревателя топлива должна быть достаточно надежна, обеспечивать необходимую температуру нагрева топлива при минимальных затратах энергии. Также она должна быть проста в изготовлении и обслуживании, экономически обоснованной.

3 РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ НАГРЕВАТЕЛЯ ТОПЛИВА

Прежде чем начать конструирование нагревателя топлива необходимо произвести сравнение дизельного топлива с рапсовым маслом и произвести тепловой расчет двигателя на дизельном топливе и рапсовом масле.

3.1 Показатели дизельного топлива и рапсового масла

Ниже проанализированы наиболее важные характеристики рапсового мас­ла (в сравнении с товарным дизельным топливом).

Растительные масла являются липидами, эфирами жирных кислот или гли­церинами. Обладая высокой теплотворной способностью, они содержат прямые углеводородные цепи, что обуславливает их относительно высокие цетановые числа. В табл. 3.1 приведены значения низшей теплоты сгорания, вязкости и цетанового числа рапсового масла и дизельного топлива среднего состава.

Таблица 3.1 – Физико-химические показатели рапсового масла и товарного дизельного топлива

Вид топлива	Низшая теплота сгорания, кДж/кг	Плотность при 15 оС, кг/м3	Цетановое число	Вязкость при 20 оС, мм2/с
Рапсовое масло	37300	915	32…37,6	68,8
Дизельное топливо	42500	840	45	6

Как видно из табл. 3.1, рапсовое масло обладает близкими энергетиче­скими возможностями по отношению к дизельному топливу, но его вязкость в 11 с лишнем раза выше. Это создает определенные трудности в организации рабочего процесса дизеля, т.к. увеличивает сопротивление топливоподаче, уменьшает производительность топливного насоса, ухудшает распыливание и смесеобразование. Все это приведет (если не принять необходимые меры) к увеличению удельного расхода топлива и интенсивному нагароотложению на стенки деталей цилиндро-поршневой группы двигателя.

С целью снижения вязкости рапсового масла можно снижать его темпера­туру (табл. 3.2).

Таблица 3.2 – Влияние температуры на плотность и вязкость рапсового масла

Вязкость,мм3/с при температурах, оС
69,5	31,5	16,8	10,2
Плотность масла, кг/м3
20 оС	40 оС	60 оС	80 оС
918	904,2	890,5	877

Данные табл. 3.2 свидетельствуют о возможности снижения вязкости рапсового масла путем его подогрева.

При использовании рапсового масла в качестве моторного топлива требу­ется ввести в топливную систему двигателя специальные подогреватели (теп­лообменники), обеспечивающие его локальный подогрев и, как следствие, сни­жающий вязкость.

Вязкость рапсового масла можно снижать, как показывают литературные данные, и замещением трехвалентных молекул глицерина посредством добавления небольшого количества метанола или этанола. На 1000 кг растительного масла обычно добавляют 110 кг метилового или этилового спирта и получают 1000 кг метилового или этилового эфира и 110 кг глицерина.

После такой трансэтерфикации (замещения трехвалентных молекул глице­рина тремя одновалентными молекулами спирта) рапсовое масло приобретает свойства, весьма близкие к дизельному топливу (табл. 3.3).

Таблица 3.3 – Показатели рапсового масла после метилэтерфикации

Температура воспламенения, оС	Вязкость при 20 оС, мм2/с	Минимальное цетановое число	Низшая теплотворная способность, кДж/кг
81	5,1	54	34300

Достигнутые, положительные качества объясняются тем, что добавленные метилы и этилэфиры по сравнению с рапсовым маслом имеют лучшие мотор­ные качества. К тому же при их использовании на стенках деталей цилиндро-поршневой группы не образуют нагароотложения.

Однако эфиры (особенно метилэфиры) нестабильны (при низких темпера­турах образуют кристаллы масличного эфира) и поэтому требуют частого кон­троля качества. К тому же они взаимодействуют с материалами деталей топ­ливной системы. Эти обстоятельства затрудняют применение трансэтерфикации.

Важными характеристиками рапсового масла являются йодное число, ха­рактеризующее термическую стабильность рапсового масла, и кислотность, оп­ределяющая коррозийный износ деталей системы топливоподачи и степень на тепловыделения при сгорании.

Как видно из табл. 3.4, рапсовое масло имеет незначительные показатели кислотности и йодного числа.

Таблица 3.4 – Некоторые химические показатели растительных масел

Рапсовое масло	Йодное число	Кислотность, мгКОН/г
	95…106	4…6

Это результат того, что насыщенные масла, к числу которых относятся и рапсовое, имеют лучшие сами по себе характеристики, чем не насыщенные, на­пример, подсолнечное.

Величина поверхностного натяжения масла позволяет судить о возможно­сти возникновения проблем её испарения и отрыва капель с поверхности каме­ры сгорания. В табл. 3.5 приведены данные поверхностного натяжения рапсо­вого масла на границе топливо-воздух при 101,3 кПа.

Таблица 3.5 – Значения величины поверхностного натяжения рапсового масла и дизельного топлива

Вид топлива	Величина поверхностного натяжения, дин/см (при 20оС)
Рапсовое масло	неочищенное	Рафинированное
	34,5	35,8
Дизельное топливо	26..30

Характеристики результатов испытаний рапсового масла и дизельного то­плива при пониженных температурах позволяют предусмотреть мероприятия для сохранения работоспособности систем топливоподачи и фильтрации. В табл. 3.6 приведены эти характеристики для рапсового масла и дизельного то­плива - температуры помутнения, застывания, фильтруемости и плавления.

Таблица 3.6 – Некоторые физические показатели рапсового масла и дизельного топлива

Вид топлива	Температура, оС
	помутнения	застывания	фильтруемости
Рапсовое масло	-9	-5	15
Дизельное топливо	≤0	≤-7	≤0

В целом, по совокупности рассмотренных физико-химические показателей в целом можно утвердить, что для производства биотоплива вполне может ис­пользоваться рапсовое масло. Основой при этом является обязательный подог­рев с целью снижения его вязкости.

3.2 Тепловой расчет двигателя

3.2.1 Процесс впуска

Температура Т_а в конце процесса впуска, К:

(3.1)

где Т_о – температура окружающей среды, К;

∆ Т – подогрев свежего заряда, К;

_r - коэффициент остаточных газов;

Т_r – температура остаточных газов, К;

Т_о= 293 К при работе двигателя без наддува.

∆ Т = 10…40^о – для дизеля без наддува. Он зависит от конструкции и установки на двигатель впускного трубопровода, оптимизации его подогрева и скоростного режима двигателя. Повышение температуры улучшает процесс испарения топлива, но снижает плотность заряда и, таким образом, отрицательно влияет на наполнение двигателя.

Принимаем для дизельного топлива ∆Т = 25^о, для биотоплива ∆Т = 100^о.

_r- характеризует качество очистки цилиндра от продуктов сгорания. С увеличением _r уменьшается количество свежего заряда, поступающего в цилиндр двигателя в процесса впуска. Для двухтактных дизелей без наддува _r = 0,03…0,06 _.

Примем для дизельного топлива _r = 0,03, для биотоплива ^д_r = 0,06.

В зависимости от типа двигателя, степени сжатия, частоты вращения и коэффициента избытка воздуха устанавливается значение температуры Т_{r .}

Т_{r =} 700…900 К.

Принимаем для дизельного топлива Т_{r =} 850 К, для биотоплива Т_r=700 К.

Подставив все значения в формулу (3.1) найдем температуру в конце процесса впуска и биотоплива:

- для дизельного топлива:

- для биотоплива:

Давление Р_а в конце впуска, кПа:

(3.2)

где Р_о – давление окружающей среды. Примем Р_о = 100 кПа.

- для дизельного топлива:

Р_а = (0,85…0,9)∙100 = 0,90∙100 = 90 кПа,

Характеристики

Список файлов ВКР