Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ основных направлений уменьшения содержания загрязняющих веществ в отработавших газах судовых дизелей. Постановка задач исследования 9
1.1 Актуальность проблемы уменьшения количества вредных выбросов с отработавшими газами дизеля 9
1.2 Нормирование и анализ содержания токсичных компонентов в отработавших газах дизелей 12
1.3 Основные направления сокращения содержания загрязняющих веществ в отработавших газах дизелей 18
1.4 Анализ рабочего процесса дизеля при использовании водорода и водородосодержащих присадок 25
1.5 Выводы по обзору. Постановка задач дальнейшего исследования 30
2 Теоретическое исследование процесса акустической внутрикапельной кавитации 32
2.1 Применение процесса внутрикапельной кавитации для газификации дизельного топлива 32
2.2 Численное исследование процесса паровой внутрикапельной кавитации 37
2.3 Анализ результатов численного исследования 41
2.4 Основные результаты исследования. Выводы 48
3 Применение процесса внутрикапельной кавитации для газификации дизельного топлива 49
3.1 Анализ известных способов и устройств предназначенных для получения водорода и водородосодержащих газов 49
3.2 Исследование процесса испарения единичной капли дизельного топлива в возмущенной воздушной среде 53
3.3 Исследование процесса газификации конгломерата капель распыленного дизельного топлива в осциллирующей газовой среде 59
3.4 Основные результаты исследования. Выводы 63
4 Проектирование и исследование работы судового газового генератора 64
4.1 Основные требования, предъявляемые к конструкции судового газового генератора 64
4.2 Конструкция термического судового газового генератора 67
4.3 Исследование работы газового генератора 71
4.4 Основные результаты исследования. Выводы 74
5 Исследование влияния водородосодержащей газовой присадки на экологические и экономические показатели судового дизеля 75
5.1 Описание опытной установки и методики проведения эксперимента. Анализ погрешностей измерений 75
5.2 Экспериментальное исследование влияния присадки водородосодер-жащего газа на концентрацию оксидов азота в отработавших газах судового дизеля 80
5.3 Численное исследование влияния газовой присадки на образование загрязняющих веществ в камере сгорания дизеля 87
5.4 Основные результаты исследования. Выводы 95
Заключение 96
Литература 98
Приложение
- Нормирование и анализ содержания токсичных компонентов в отработавших газах дизелей
- Численное исследование процесса паровой внутрикапельной кавитации
- Исследование процесса испарения единичной капли дизельного топлива в возмущенной воздушной среде
- Конструкция термического судового газового генератора
Введение к работе
В настоящее время энергетика является одной из основ существования и развития цивилизации на нашей планете.
Известно, что более 70% всей энергии на планете вырабатывается поршневыми двигателями внутреннего сгорания [55]. Самым экономичным среди них является двигатель с воспламенением от сжатия - дизель. На судах морского и речного флота дизели представляют основной вид судовых энергетических установок, как главных, так и вспомогательных. Такое доминирующее положение по оценкам специалистов сохранится и на обозримую перспективу [54].
К наиболее существенным недостаткам дизеля относится проблема загрязнения атмосферного воздуха токсичными химическими соединениями, содержащимися в отработавших газах.
Наносимый окружающей среде работающим дизелем ущерб в 1,7 раза больше чем ущерб от бензинового двигателя [115]. В настоящее время в отработавших газах обнаружено более 1200 различных химических соединений [77]. Пока среди них нормированию подлежат 4 компонента. Это оксиды азота, оксид углерода, суммарные углеводороды и твердые частицы. Однако со временем их количество будет увеличиваться. Наибольшую опасность для человека представляют оксиды азота, которые поражают дыхательные пути, вызывают отек легких, различные болезни кожи, глаз и других органов. Поэтому этот компонент стоит на первом месте.
Сейчас проблема уменьшения выбросов загрязняющих веществ работающим дизелем является одной из важнейших задач двигателестроения, от решения которой зависит состояние здоровья и сохранение генофонда человечества. Поэтому, исследования связанные с улучшением экологических показателей судовых дизелей являются актуальными.
Цель работы. Уменьшение концентрации оксидов азота в отработавших
газах судовых дизелей посредством использования водородосодержащего газа, получаемого на борту судна.
Объектом исследования являются судовой двигатель внутреннего сгорания и судовой кавитационный термический газовый генератор, предназначенный для получения водородосодержащего газа из дизельного топлива.
Методика исследования. В работе использованы как теоретические, так и экспериментальные методы исследования. Расчеты процесса развития кави-тационного зародыша в капле жидкости выполнялись на компьютере посредством численного моделирования. Исследования процесса испарения капли дизельного топлива в нагретой и возмущенной воздушной среде проводились на специальной опытной установке. Процесс газификации дизельного топлива осуществлялся на модели и на опытном образце судового кавитационного термического газового генератора. Химический состав полученной газовой смеси исследовался при помощи хроматографа. Сравнительные испытания судового дизеля при его дополнительном наддуве водородосодержащим газом проводились на нагрузочном стенде. Количество оксидов азота в отработавших газах определялось при помощи газоанализатора. Давление в цилиндре по углу поворота коленчатого вала измерялось стробоскопическим индикатором. Полученные в ходе экспериментального исследования данные обрабатывались на компьютере.
Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечивалась:
— использованием современной поверенной измерительно-
регистрирующей аппаратуры;
— результатами экспериментальных исследований и сравнительными
стендовыми испытаниями судового дизеля;
— удовлетворительным совпадением результатов теоретических исследо
ваний с экспериментом.
Научная новизна. Проведено численное исследование процесса разви-
тия кавитационного зародыша в капле жидкости. В результате анализа полученных материалов установлен ряд закономерностей этого процесса.
Посредством специальных опытов установлено, что периодические пульсации газовой среды интенсивностью более 1 Вт/м" сокращают время испарения неподвижных капель дизельного топлива. Пульсации давления газовой среды, которые превышали пороговое значение, при котором начинается процесс кавитации, приводят к объемному разрушению капель дизельного топлива.
С помощью специально спроектированной и изготовленной модели кавитационного термического генератора осуществлен процесс газификации дизельного топлива. Выполнен хромотографический анализ полученного газообразного продукта.
На основе, анализа результатов полученных при испытаниях модели газового генератора был спроектирован и изготовлен опытный образец судового кавитационного термического газового генератора и проведены его лабораторные испытания. Выполнен хромотографический анализ полученного газообразного продукта.
На моторном стенде проведено экспериментальное исследование влияния водородосодержащего газа подаваемого во всасывающий коллектор на концентрацию оксидов азота в отработавших газах судового дизеля.
Практическая ценность работы заключается в том, что спроектирован, изготовлен и испытан в действии судовой кавитационный термический газовый генератор для газификации дизельного топлива. Показано, что подача во всасывающий коллектор полученного в генераторе водородосодержащего газа значительно уменьшает концентрацию оксидов азота в отработавших газах серийного судового дизеля.
Внедрение полученных результатов на судах позволит сократить загрязнение атмосферного воздуха дизельными энергетическими установками.
Реализация результатов исследования. Научные выводы и практиче-
ские рекомендации реализованы в ФГУ «Обское государственное бассейновое управление водных путей и судоходства» и в Новосибирской государственной академии водного транспорта.
Апробация работы. Основные положения работы представлялись и обсуждались на международных, всероссийских и региональных конференциях: на третьей международной научно-технической конференции «Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт» (г. Омск, 2007г.); на всероссийской научно-практической конференции с международным участием Приоритетные направления науки и техники, прорывные и критические технологии: «Энергетические, экологические и технологические проблемы экономики» (ЭЭТПЭ-2007) (г. Барнаул, 2007г.); на втором международном научно-техническом семинаре «Исследование, проектирование и эксплуатация судовых ДВС» (г. Санкт-Петербург, 2007г.); на международной научно-технической конференции «Повышение эффективности силовых установок» (г. Челябинск, 2008г.); международной научно-технической конференции «Актуальны проблемы развития и эксплуатации поршневых двигателей в транспортном комплексе Азиатско-Тихоокеанского региона» (г. Хабаровск, 2008г.) и научно-технических конференциях в Новосибирской государственной академии водного транспорта.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе две из которых в периодических изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и одного приложения. Работа представлена на 114 страницах машинописного текста, включает 5 таблиц, 36 рисунков и список литературы 150 наименований. Содержание диссертации находится в соответствии с Государственной программой «Развитие отечественного дизе-лестроения на период до 2010 года» и является составной частью госбюджетной научно-исследовательской работы по теме: «Совершенствование процес-
сов смесеобразования и сгорания в судовых дизелях» (№ государственной регистрации 01.2.00.109.551).
К защите представляются результаты теоретических и экспериментальных исследований по комплексному улучшению экологических показателей судовых дизельных энергетических установок, а именно:
результаты численного исследования процесса развития кавитационного зародыша в капле в капле жидкости;
результаты экспериментального исследования процесса испарения капли дизельного топлива в возмущенной газовой среде;
результаты экспериментального исследования процесса газификации дизельного топлива на модели и опытном образце судового кавитационного термического газового генератора;
результаты экспериментального исследования влияния водородосодер-жащего газа подаваемого в дизель на содержание оксидов азота в отработавших газах.
Нормирование и анализ содержания токсичных компонентов в отработавших газах дизелей
В Российской Федерации загрязнение атмосферного воздуха работающим дизелем нормируется по двум показателям. Это:
1 Санитарно-гигиенические показатели, - соблюдение которых гарантирует безопасность и оптимальные условия существования человека. В соответствии с ГОСТ 12.1.005-88 в них нормируются предельно-допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в воздухе рабочей зоны [28]. Измерение этих показателей производится в пространстве, в котором находятся места постоянного или временного пребывания работающих.
2 Технические - показатели, в которых нормируются максимальные значения отдельного компонента содержащегося в отработавших газах работающего дизеля, при условии проведения испытаний на моторном стенде по установленной программе. Измерение содержания вредных веществ в этом случае производится непосредственно в выпускном коллекторе, либо в ограниченном объеме, где отработавшие газы разбавляются воздухом. Технические показатели служат для оценки экологического уровня совершенства конструкции энергетической установки [30, 32].
До 1990 года в мире производился контроль и нормирование содержания в отработавших газах двигателей внутреннего сгорания оксидов азота, оксида углерода и суммарных углеводородов, а для дизелей дополнительно нормировалась дымность. В дальнейшем, в связи со значительным снижением дымно-сти и необходимостью повышения точности измерений, с 1989 года в США и с 1992 года в странах Европейского Содружества ввели контроль и нормирование выбросов частиц (РМ - Particulate Matter)
С начала 90-х годов в Соединенных Штатах вводится нормирование неметановых углеводородов, а для автотранспортных средств - формальдегидов. Кроме перечисленных вредных компонентов существуют показатели по косвенному нормированию вредных веществ. К ним относятся оксиды серы и оксиды свинца. Концентрация этих химических соединений зависит не от технического состояния двигателей, а от качества топлива и оговаривается в стандартах на топливо.
Остальные вредные вещества, содержащиеся в отработавших газах, пока нормированию не подлежат. Однако уже сейчас ведутся интенсивные исследования по количественной оценке влияния на загрязнение атмосферного воздуха таких химических соединений, как аммиак, диоксид серы, сульфаты, альдегиды, фенолы и целого ряда простых и полициклических ароматических углево-дородов (метана, этана, ацетилена, бензола, толуола, бензопиррола, пирролина бензопирролина, бенз(а)пирена, сероводорода, бутадиена, акролеина, альдегидов, цианидов и других соединений). Вполне возможно, что некоторые из них в ближайшее время также будут нормироваться.
Из приведенных сведений видно, что наиболее жесткие нормы содержания оксидов азота для судовых дизелей с частотой вращения коленчатого вала более 2000 об/мин. в настоящее время установлены для судов внутреннего плавания Рейнской компанией (RCINC) [130] и равны 9,2 г/кВт-ч. Менее жесткие нормы вредных выбросов установлены ЕЕА и МАРПОЛ 73/78 и равны 9,8 г/кВт-ч [76].
В США Агентством USEPA с 2006 установлен стандарт Tier 2, в котором нормируется общее содержание оксидов азота, углеводородов и твердых частиц. В странах ЕС с 2009 г. вступает в силу стандарт по «Предельному Уровню Выбросов для Европейских Водных Путей» (Stage III А) [78]. Российскими стандартами установлено, что количество оксидов азота в отработавших газах судовых дизелей должны соответствовать требованиям МАРПОЛ 73/78. В зависимости от частоты вращения коленчатого вала их количество ограничено 9,8-17 г/кВт-ч [30].
В ближайшем будущем на судовые дизели планируется распространить согласованные требования американского стандарта USEPA Tier 2 и европейского стандарта Stage III А. Они предусматривают нормы выбросов оксидов азота на уровне 7,8 и 8,7 г/кВт-ч, а твердых частиц на уровне 0.27 и 0.3 г/кВт-ч соответственно, в зависимости от мощности и литража двигателя.
Кроме этого для транспортных дизелей в США действуют и еще более жесткие нормы «Blue Sky», в которых содержание оксидов азота не должно превышать 5,2 и 5,9 г/кВт-ч [79].
Численное исследование процесса паровой внутрикапельной кавитации
Существующие разделение фазового превращения жидкости в пар на процессы кипения и кавитацию весьма условно [2]. Кипение и кавитация являются фазовыми переходами первого рода, когда вещество переходит из жидкого состояния в пар. Эти процессы характеризуют предельные случаи одного и того же физического явления.
Согласно, классификации предложенной Блэйком [94] различают два вида кавитации. Это газовая и паровая.
Газовая кавитация происходит в обычных условиях, и характеризуются ростом ядер зародышей, вследствие процесса диффузии газа в газовый пузырек из окружающей жидкости в обычных условиях.
Паровая кавитация имеет место в криогенных и обычных жидкостях, которые находятся в близи состояния кипения. В этом случае, процесс характеризуется быстрым расширением пузырька, вследствие потери устойчивости.
Такая классификация является условной, т.к. в действительности процесс паровой кавитации всегда сопровождается диффузией газа внутрь пузырька.
Если диффузионные процессы протекают относительно медленно, то паровой пузырек способен расширяться настолько быстро, что процесс диффузии не успевает оказывать заметного влияния на скорость роста кавитациионного пузырька.
Граница перехода жидкости от кипения к кавитации определяется «кави-тационным порогом» и зависит от параметра, который называется кавитацион-ной прочностью жидкости.
Кавитационная прочность зависит от свойств жидкости, от размеров и физической природы зародышей кавитации, а также от характера воздействия растягивающих усилий в жидкости. Рассмотрим фазовые превращения, происходящие в жидкости под воздействием динамических пульсаций давления гидродинамического или акустического происхождения, результатом действия которого (вследствие локального понижения давления) будет возникновение и рост паровых пузырьков.
Известно, что размеры капель дизельного топлива, полученных в процессе распыливания дизельными форсунками, составляют 5-Ю"6-2-10_4м , а размеры кавитационных зародышей в жидкостях находятся в пределах 10 9-10-5м [65].
Экспериментальные исследования динамики развития кавитационных пузырьков в нагретой свыше 600С газовой среде связано со значительными техническими трудностями. Поэтому, для предварительной качественной оценки процесса развития кавитационных пузырьков в капле жидкости используем возможности численного исследования.
Если принять диаметр капли МО 5м, а диаметр кавитационного пузырька Ы0"7м, то видно, что их размеры отличается на два порядка. Поэтому, условно на начальном этапе исследования можно принять модель эволюции кавитационного зародыша внутри капли, как рост парового пузырька в безграничной жидкости.
Будем считать, что давление паров жидкости внутри пузырька не зависит от времени и равно давлению насыщенного пара Рн, а вне капли топлива давление равно атмосферному Р0. Зависимость изменения радиуса кавитационного пузырька по времени в различных масштабах, где R - относительный радиус кавитационного зародыша, / - относительное время Из рисунка 2.1 (а, б) видно, что в начальный момент времени R = 0,01. Затем, размер кавитационного пузырька резко увеличивается (на два порядка) и становится соизмерим с размером капли.
Это означает, что паровой кавитационный пузырек под действием избыточного давления в капле будет перемещаться от центра к периферии и догонять другие. Во время их движения возможен процесс соединения отдельных мелких кавитационных пузырьков в более крупные.
В связи с тем, что скорость движения кавитационных пузырьков в центре будет выше чем на периферии, то и процесс соединения пузырьков в центре капле будет происходить более интенсивно. Следовательно, с большей долей вероятности, следует ожидать не одиночные прорывы кавитационных пузырь ков за пределы капли, а соединение их в микрообъемы внутри капли. Это может стать причиной потери устойчивости системы капля - паровой пузырек, что приведет к её разрушению в результате объемного микровзрыва. 2.4. Основные результаты исследования. Выводы
По результатам выполненного теоретического исследования можно сделать следующие выводы: 1 Для осуществления процесса газификации дизельного топлива предлагается использовать процесс акустической паровой внутрикапельной кавитации. 2 Численные исследования процесса кавитации единичного парового пузырька в капле жидкости показали: - в начальный момент времени происходит резкое увеличение размера кавитационного пузырька. Затем скорость роста пузырька незначительно снижается и вскоре размер зародыша становится равен первоначальному размеру капли; - наибольшая скорость увеличения диаметра кавитационного пузырька отмечено в начальный период и при увеличении его размера в четыре раза скорость становится постоянной; - наибольшее давление в капле жидкости имеет место в центральной части пузырька и наименьшее на периферии; - с увеличением размера пузырька давление в капле повышается. 3 По результатам численного исследования динамики изменения размера единичного парового пузырька можно сделать следующие вывод: - мгновенный рост паровых пузырьком в начальный период и дрейф их от центра капли к периферии приведет к образованию значительных по сравнению с первоначальным размером капли паровых областей, что приведет к объёмному взрыву всей капли жидкости.
Исследование процесса испарения единичной капли дизельного топлива в возмущенной воздушной среде
Изучение процесса испарения единичных капель дизельного топлива в осциллирующей воздушной среде проводилось в лаборатории СДВС НГАВТ на специальной экспериментальной установке.
Экспериментальная установка представляет собой кварцевый волновод 1 размещенный в электрической печи 2. Пульсации газовой среды в волноводе возбуждались при помощи электродинамического излучателя 3, который получал периодический электрический сигнал заданной частоты и мощности от генератора электрических импульсов 4 через усилитель 5,
Капля дизельного топлива 6 помещалась на специальной державке 7, которая представляла стеклянный шарик, закрепленный на тонкой вольфрамовой нити, натянутой между двумя вертикальными стойками. С помощью электромагнита 8 державка с закрепленной на ней каплей подавалась в волновод.
Волновод в районе размещения капли топлива имел окна для освещения и видеосъемки.
Температура в печи измерялась потенциометром и хромель-копелевой термопарой. Интенсивность пульсаций измерялась прибором ВШВ-003. Процесс испарения капли топлива записывался цифровой видеокамерой марки Panasonic и выводился на экран монитора компьютера. При обработке результатов эксперимента в качестве масштаба линейного размера использован размер стержня державки, размер которой равен 0,75 мм.
Опыты проводились в следующем порядке. После достижения температуры в печи заданного значения, державка с каплей топлива при помощи специального координатного устройства подводилась под прорезь в нижней части волновода. Затем, после включения электродинамического генератора и видеокамеры подавалось питание на электромагнит, подающий державку с каплей в волновод.
Исследования процесса испарения капли дизельного топлива проводились на трех характерных режимах: - в невозмущенной воздушной среде; - в слабо возмущенной среде; - в сильно возмущенной среде. На рисунке 3.3 показаны фрагменты видеосъемки процесса испарения капли в спокойной среде, на рисунке 3.4 в слабо возмущенной, а на рисунке 3.5 в сильно возмущенной воздушной среде. На рисунке 3.6 проведены графики изменения диаметра капли в различных средах. б) Рисунок 3.3 - Видеорегистрации процесса испарения капли топлива в спокойной нагретой воздушной среде, а) в начале процесса испарения, б) в ходе процесса испарения Рисунок 3.4 - Видеорегистрация процесса испарения капли дизельного топлива в слабо возмущенной воздушной среде Рисунок 3.5 - Видеорегистрация объемного взрыва капли дизельного топлива помешенной в сильно возмущенную воздушную среду
Газодинамических колебания интенсивностью до 1 Вт/м видимого влияния на скорость испарения капли дизельного топлива не оказывают и время испарения капли в возмущенной среде равно времени испарения в спокойной среде.
При повышении интенсивности акустических колебаний более 1 Вт/м2 (слабо возмущенная среда), в отличие от спокойной, наблюдается сокращение времени испарения капли топлива. С повышением интенсивности газодинамических колебаний время испарения капли уменьшается.
В сильно возмущенной воздушной среде наблюдается образование, и резкий одновременный рост паровых пузырьков внутри капли. В результате капля практически мгновенно вскипает по всему объему, наблюдается явление похожее на объемный взрыв.
Это дает основание сделать вывод о том, что в сильно возмущенной газовой среде локальные перепады давления, превысили некоторое критическое значение, которое называется «порогом» кавитации. Следствием этого стало возбуждение в капле дизельного топлива процесса паровой кавитации и резкое увеличение количества и размеров паровых пузырьков, что в итоге привело к мгновенному разрушению капли по всему объему. 3.3. Исследование процесса газификации конгломерата капель распыленного дизельного топлива в осциллирующей газовой среде
Для исследования процесса газификации дизельного топлива ГОСТ 305-82 Л, в лаборатории СДВС спроектирована и изготовлена опытная модель кавитационного термохимического генератора, схема которого приведена на рисунке 1, а общий вид изображен на рисунке 2.
Топливо из мерной емкости 1 насосом высокого давления 2 при помощи форсунки 3 распылялось внутри корпуса реактора 4 в нагретую газовую среду. Нагрев газа в реакторе осуществлялся при помощи электрического нагревателя 5. Температура газа контролировалась потенциометром 6 и хромель-копелевой термопарой 7.
В корпусе реактора при помощи газодинамического звукового генератора 8 возбуждались периодические пульсации газовой среды. Привод ротора газодинамического генератора осуществлялся электродвигателем 9. Частота вращения вала электродвигателя измерялась стробоскопическим тахометром марки ТСт-100 и регулировалась при помощи автотрансформатора (они на рисунке не показаны).
Отбор проб газообразного продукта осуществлялся по патрубку А, а оставшейся жидкой фазы по патрубку Б.
В результате проведения опытов из дизельного топлива получен газообразный продукт. Методом вытеснения воды газовая смесь собиралась в специальную емкость и направлялась для исследования в химическую лабораторию.
Конструкция термического судового газового генератора
Для устранения конструктивных недостатков, выявленных в процессе испытаний модели газового генератора, разработана принципиально новая конструкция, в которой реализованы следующие новые технические решения: - нагрев рабочей среды внутри корпуса генератора производится за счет сжигания в нем распыленного топлива при коэффициенте избытка воздуха близком к единице; - непрерывный статический процесс газификации заменен периодически повторяющимся. Это предоставило возможность осуществлять периодическую очистку внутреннего объема генератора от продуктов газификации и его заполнение свежим воздушным зарядом; - газодинамические колебания в реакционной зоне возбуждаются при помощи газоструйного генератора размещенного в корпусе газового генератора.
Исходя из перечисленных выше решений в лаборатории судовых двигателей внутреннего сгорания ФГОУ ВПО «НГАВТ» был разработан, спроектирован и изготовлен опытный образец кавитационного термического газового генератора нового поколения.
Общий вид опытного образца генератора представлен на рисунке 4.1, а его принципиальная схема на рисунке 4.2 .На рисунке 4.3 показан пульт управления газовым генератором.
Кавитационный термический газовый генератор изготовлен с использованием деталей судового дизеля ЗД6 (415/18). Газовый генератор 1 (Рисунок 4.1) при помощи упругой муфты соединен с нагрузочным устройством 2, которое представляло собой электрическую балансирную машину постоянного тока. Это устройство позволяло осуществлять прокрутку, запуск и нагрузку газового генератора.
Генератор снабжен двумя форсунками. При помощи форсунки 4 осуществлялась подача дизельного топлива предназначенного для обеспечения нагрева газовой среды в цилиндре, а через форсунку 5 подается дизельное топливо, предназначенное для получения водородосодержащего газа. Распыленное в нагретой газовой среде дизельное топливо подвергалось действию мощных осцилляции, которые разрушали капли топлива и обеспечивали осуществление процесса газификации. Газодинамические колебания в корпусе генератора возбуждались при помощи резонатора общий вид, которого показан на рисунке 4.4. Полученный в генераторе газообразный продукт порциями под избыточным давлением подавался в магистраль соединяющую генератор с судовым дизелем. Э
Примененные технические решения обеспечивают процессы периодического нагрева газовой среды внутри корпуса генератора, возбуждения в корпусе газодинамических колебаний, газификацию подаваемого дизельного топлива и очистку внутреннего объема от продуктов газификации.
Конструкция газового генератора позволяла также изменять в широком диапазоне температуры и давления в реакционной зоне и количество подаваемого для газификации дизельного топлива.
Ввод термического газового генератора в действие производился в следующей последовательности.
Сначала приводились в действие насосы внутреннего и внешнего контура системы водяного охлаждения. Затем включался электрический привод насоса масляной магистрали.
Затем от привода электрической балансирной машины производилась прокрутка газового генератора и осуществлялась подача топлива на вспомогательную форсунку. При постепенном увеличении нагрузки на балансирную машину производился прогрев корпуса и постепенный выход на рабочий режим.
После достижения расчетных значений параметров рабочего процесса внутри корпуса, при помощи основной форсунки производилась подача дизельного топлива предназначенного для получения водородосодержащего газа.
Вывод газового генератора из действия и его остановка производилась в обратной последовательности.
Длительность процессов ввода газового генератора в действие и вывода его из действия составляет 25-30 минут.
Контроль давления газа внутри корпуса генератора осуществлялось при помощи максиметра, а температуры газообразного продукта на выходе из генератора при помощи термопары и потенциометра.
Отбор газовой смеси для проведения хромотографического анализа производился методом вытеснения воды из емкости, в которую направлялись полученные газообразные химические продукты. Хромотографический анализ проводился квалифицированными специалистами в химической лаборатории на сертифицированном и поверенном оборудовании.
Из приведенных данных видно, что химический состав полученного газообразного продукта аналогичен составу продукта полученного нами ранее на модели термохимического генератора. За счет увеличения температуры и дав ления внутри корпуса реактора содержание водорода в газовой смеси увеличилось в 1,4 раза.
Во время проведения пуско-наладочных работ и проведения экспериментальных исследований установлено, что: - газовый генератор работал устойчиво на всех расчетных режимах эксплуатации; - после профилактической разборки генератора отложения твердых частиц и лака внутри реакционной зоны и на подвижных деталях не обнаружено; - получаемый в кавитационном генераторе газообразный продукт прозрачен и не конденсируется внутри емкости, в которую производился отбор проб; - содержание водорода в газовой смеси в сравнении со смесью полученной ранее на модели генератора увеличилось в 1,4 раза; - в связи с тем, что нагрев рабочего газовой среды в корпусе реактора осуществляется за счет организации в нем процесса сгорания порции дизельного топлива, то отсутствуют ограничения по теплообмену между внутренними стенками генератора и газом, которые имели место на модели газового генератора.
