Твг двигателя


ООО Авиагамма. Температуру выхлопных газов — под контроль!

Любой отказ любого двигателя любого транспортного средства вызывает массу острых ощущений, потому что он происходит (в большинстве случаев) в тот самый момент, когда Вы требуете от него максимальной отдачи: взлет, набор высоты, уход на второй круг… Можно подумать, что если в момент обгона (это уже про автомобили) двигатель чихнет с провалом мощности, то все будут в диком восторге…

Так что же лучше? Одеть розовые очки — «да то ж иномарка, чё ей будет…» или, прочитав «Руководство по эксплуатации» от «А» до «Я», быть готовым к внезапному отказу? Мое мнение, что второй вариант предпочтительнее, а лучший вариант — предотвратить отказ….. А что для этого надо? — Грамотная эксплуатация при своевременном обслуживании вместе с контролем и диагностикой.

Отказы кривошипного механизма и цилиндро-поршневой группы наиболее опасны из-за «внезапности» и тяжести последствий. Основная масса таких отказов связана с нарушениями процесса сгорания. Возникает необходимость контроля и понимания данного процесса.

I. Нормальное сгорание топливовоздушной смеси

Топливо-воздушная смесь сжимается во время хода поршня вверх и в определенный момент, называемый «моментом зажигания», воспламеняется электрической искрой. Существует также термин «опережение зажигания» — величина, измеряемая в градусах поворота коленвала (ПКВ) или в миллиметрах движения поршня и показывающая опережение момента зажигания времени достижения поршнем верхней мертвой точки (ВМТ).

На рис.1 представлена индикаторная диаграмма — зависимость давления в камере сгорания от угла ПКВ, дающая наглядное представление процесса сгорания.

Процесс сгорания начинается в конце такта сжатия, когда поршень, сжимая топливо-воздушную смесь, приближается к ВМТ. В момент зажигания (А) искровой разряд вызывает мгновенный (около 10-5с или одной сотой доли микросекунды) разогрев смеси до температуры более 1000°С в очень малом объеме между электродами свечи, приводящий к термическому разложению, ионизации молекул топлива и кислорода и воспламенению смеси. Возникает очаг горения, насыщенный продуктами сгорания, и поверхность раздела между ним и несгоревшей смесью (фронт пламени). Если объем очага достаточен для прогрева и воспламенения соприкасающихся с ним слоев смеси (это зависит, в основном, от мощности искрового разряда, температуры и давления смеси в конце такта сжатия), то процесс сгорания начинает распространяться по объему камеры сгорания от свечи в сторону еще не сгоревшей смеси со скоростью менее 1 м/с. Турбулентные потоки, возникающие при наполнении и сжатии смеси, искривляют и разрушают четкие границы фронта пламени: объемы горящих компонентов внедряются в негорящую смесь. Площадь поверхности фронта резко возрастает, а вместе с ней повышается и скорость распространения фронта — до 50-80 м/с.(точка (В) на индикаторной диаграмме).

Ускоряющееся движение фронта вызывает все более быстрое воспламенение и сгорание новых порций смеси. В результате температура и давление в камере сгорания резко увеличиваются. Точка С, соответствующая максимуму давления (5…6 МПа), примерно совпадает с моментом достижения фронтом пламени стенок цилиндра. Уменьшение количества смеси и теплоотвод от газов в стенки цилиндра приводят к падению скорости сгорания. Температура продуктов сгорания, достигнув максимума (более 2000°С) несколько позже, чем давление, начинает падать вместе с началом движения поршня вниз. Процесс сгорания, занявший З0 — 400 ПКВ, закончился. Начинается процесс расширения — такт рабочего хода.

Нормальный процесс сгорания характеризуется следующими параметрами:

  • скорость распространения пламени — 50-80 м/с.
  • величина и момент максимального давления — 5-6 МПа, 12…150 после ВМТ
  • величина и момент максимальной температуры — 2100-2300°С, 25…300 после ВМТ.

На указанные параметры существенное влияние оказывают многие факторы:

  1. Конструкция и размеры камеры сгорания;
  2. Степень сжатия;
  3. Количество остаточных газов;
  4. Опережение зажигания;
  5. Мощность искры;
  6. Скорость вращения коленвала;
  7. Температура стенок камеры сгорания;
  8. Температура топливовоздушной смеси;
  9. Давление топливовоздушной смеси;
  10. Качество топливовоздушной смеси;
  11. Свойства топлива;
  12. Состояние двигателя.

Только часть из этих параметров эксплуатант может контролировать и еще меньшую часть обязан контролировать. При выполнении требований по установке, эксплуатации и обслуживания двигателя все параметры будут в норме, и производитель гарантирует нормальный процесс сгорания, т.е. нормальную работу двигателя.

Это в идеале, а в реальных условиях эксплуатации получить аномальный процесс сгорания не сложно, учитывая особенности национального воздухоплавания и бензиноварения.

Возникает необходимость контролировать сам процесс сгорания. Самый доступный способ — контроль температур: головки цилиндра (ТГЦ) и выхлопных газов (ТВГ).

ТГЦ — комплексный параметр. На величину ТГЦ оказывает влияние температура сгорания и эффективность система охлаждения. Инерционность параметра зависит от теплопроводности материала головки.

ТВГ — параметр, косвенно характеризующий процесс сгорания топлива. Измерение практически безинерционно. Существенным недостатком данного параметра является неоднозначность и сложность анализа. Для полноценного использования указателя ТВГ как оперативного и диагностического средства контроля необходимо, как минимум, знать нормальные значения ТВГ и влияние на них различных изменений в условиях эксплуатации и отклонений в процессе сгорания. На рис 2. Представлен типовой график зависимости ТВГ от частоты вращения коленвала.

II. Нарушения процесса сгорания

Наиболее распространенные причины нарушения процесса сгорания:

  1. Неисправность топливной системы
  2. Неисправность системы зажигания
  3. Выстрелы (хлопки)
  4. Калильное зажигание
  5. Дизелинг
  6. Детонационное сгорание
  7. Бензин с низким октановым числом или фальсифицированный бензин

1. Неисправность топливной системы

Под данной неисправностью подразумевается любое нарушение или отказ, вызывающие обеднение или обогащение топливо-воздушной смеси.

Количество воздуха (или кислорода), необходимое и достаточное для полного окисления топлива (в СО2 и Н2О), называется теоретически необходимым количеством воздуха (или кислорода). В среднем для сгорания 1 кг топлива необходимо 14,8 кг воздуха. В действительности эта величина сильно зависит от состава бензина (способа получения) и может колебаться от 13,8 до 15,2.

Количество воздуха, при котором происходит сгорание топлива, может отличаться от теоретически необходимого. В этом случае сгорание происходит с избытком или недостатком воздуха. Для оценки соотношения между топливом и воздухом используется коэффициент избытка воздуха альфа - отношение количества располагаемого для сгорания воздуха к теоретически необходимому.

При альфа  1,0 (избыток воздуха) смесь называется бедной. Многоцилиндровый двигатель может устойчиво работать в диапазоне альфа от 0,5 до 1,15.

Влияние коэффициента избытка воздуха на процесс сгорания и тепловое состояние двигателя даны на рис. 3 и 4.

У карбюраторных авиационных двигателей коэффициент избытка воздуха заключен в пределах 0,70…1,10. Чаще всего двигатели работают на богатой смеси с недостатком воздуха. Объясняется это тем, что двигатель развивает наибольшую мощность при богатой смеси 0,85…0,90. На взлетном режиме смесь обогащается до 0,75…0,80 для снижения рабочих температур головок цилиндров и выпускных клапанов. С уменьшением нагрузки (дросселированием) тепловое состояние двигателя становится менее напряженным, что дает возможность перейти на более бедные смеси. Работа на бедной смеси (1,05…1,10) сопровождается падением мощности (на 4…6%) и увеличением экономичности (на 10…15%) по сравнению с работой на составе смеси, соответствующей максимальной мощности двигателя. У многоцилиндровых двигателей, обычно страдающих неравномерностью распределения топлива по цилиндрам, приходится устанавливать состав смеси по наиболее бедно работающим цилиндрам. В этом случае редко удается обеспечить устойчивую работу при значениях альфа > 1,05 (для всего двигателя). Работа на бедных смесях возможна только при дросселировании, при мощностях порядка 0,6…0,9 номинальной мощности. На режиме малого газа смесь необходимо обогатить до 0,65…0,70 для обеспечения устойчивой работы и улучшения приемистости. Для надежного запуска холодного двигателя требуется еще большее обогащение смеси до 0,45…0,55.

Оптимальный состав топливо-воздушной смеси на всех режимах работы двигателя должен обеспечивать карбюратор. Шесть систем карбюратора:

  • поплавковая камера,
  • пусковая система,
  • система холостого хода,
  • промежуточная система,
  • система частичной нагрузки,
  • система полной нагрузки

отвечают за приготовление топливовоздушной смеси на различных режимах работы двигателя (рис. 5).

Учитывая характеристику карбюратора можно сделать следующие выводы:

  1. Небольшое обогащение топливо-воздушной смеси сопровождается уменьшением температуры головки цилиндра и выхлопных газов.
  2. Небольшое обеднение топливо-воздушной смеси сопровождается значительным ростом температуры головки цилиндра и выхлопных газов. Наиболее опасно обеднение смеси на режимах 4500…5000 об/мин и 6000…6800 об/мин.
  3. Сильное обеднение или обогащение смеси вызывает значительное падение температуры головки цилиндра и выхлопных газов. Т.к. падает скорость сгорания, максимум давления достигается в более поздний момент, что вызывает жесткую работу двигателя.
  4. Сильное обеднение смеси (уменьшение подачи топлива) вызывает снижение мощности, происходит самопроизвольное падение оборотов, как правило до 4500 об/мин (наименьший удельный расход топлива).
  5. Сильное обеднение или обогащение смеси в одном из цилиндров сопровождается повышенными вибрациями, падением температур данного цилиндра, пропусками зажигания и полным отключением цилиндра.

Основные причины обогащения смеси:

  • загрязнения воздушного фильтра,
  • нарушение регулировки карбюратора (одной или нескольких систем),
  • повышенное давление топлива,
  • «тяжелый» воздушный винт.

Основные причины обеднения смеси:

  • подсос воздуха в топливную систему или впускной патрубок,
  • нарушение регулировки карбюратора (одной или нескольких систем),
  • снижение производительности насоса,
  • засорение элементов топливной системы,
  • неправильная установка крейсерского режима (при движении РУД от высоких оборотов к низким) (Рис. 6).
  • «легкий» воздушный винт.

2. Неисправность системы зажигания

Наиболее распространенная неисправность системы зажигания — пропуски воспламенения. Учитывая зависимость высоковольтного напряжения от оборотов и напряжения пробоя от зазора между электродами (рис. 7), основными причинами этого может быть:

  • увеличенный зазор между электродами.
  • утечка высоковольтного тока (пробои ВВ части системы зажигания, отложения и нагар на свечах, повреждения изолятора).
  • недостаточное напряжение (отказ генератора, датчика, электронного блока).

Т.к. каждую камеру сгорания обслуживают две независимые свечи, то кратковременные пропуски зажигания одной из свечей незаметны ни на слух, ни по ТВГ. Длительные пропуски или отказ одного контура вызывают падение ТВГ, снижение мощности, т.к. сгорание происходит не полностью. На некоторых режимах из-за неполноты сгорания топлива создаются условия, при которых в следующем цикле воспламенение невозможно. В работе двигателя возникают перебои (вздрагивания).

Опережение зажигания в процессе эксплуатации не меняется и не требует регулировок. Но если регулировка выполнялась, то возможна ошибка в ту или иную сторону.

На рис. 8 показано изменение индикаторной диаграммы при отклонении опережения зажигания.

На рис.9 дана зависимость мощности и температуры двигателя от угла установки зажигания.

  1. Раннее зажигание вызывает повышение температуры двигателя из-за увеличения времени и поверхности соприкосновения горячих газов со стенками камеры сгорания. По этой же причине происходит снижение ТВГ. При раннем зажигании двигатель работает жестко со звонким стуком. Чрезмерно раннее зажигание приводит к падению мощности и может вызвать калильное зажигание и/или детонацию.
  2. Позднее зажигание вызывает понижение температуры двигателя, повышение ТВГ, снижение мощности. При позднем зажигании двигатель работает жестко с глухим стуком.

3. Выстрелы (хлопки)

Выстрелы во впускной системе обычно появляются именно тогда, когда топливо-воздушная смесь горит слишком медленно и/или поздно воспламенилась. При этом смесь способна продолжать гореть даже на такте выпуска. А поскольку в любом двигателе существует перекрытие клапанов (продувка), продукты сгорания получают возможность поджечь свежую смесь, начавшую поступать в цилиндр. Тогда быстрое распространение пламени из цилиндра во впускные каналы создает характерный «хлопок» — своеобразный взрыв на впуске.

Выстрелы в глушителе связаны с накоплением в нем несгоревшей топливо-воздушной смеси. При работе двигателя с пропусками воспламенения в отдельных цилиндрах и/или неполным сгоранием горючая смесь скапливается и способна воспламениться с характерным «выстрелом», к примеру, при резком открытии дроссельной заслонки. Выстрелы в глушителе происходят и при недостаточном охлаждении двигателя на режиме малого газа перед выключением. После выключения зажигания коленвал совершает несколько оборотов, и топливо-воздушная смесь попадает в глушитель. Если температура глушителя достаточна для самовоспламенения смеси (415…425°С), то происходит взрыв.

4. Калильное зажигание

Калильное зажигание — это преждевременное самовоспламенение топливо-воздушной смеси от раскаленного вещества, например нагара, образовавшегося в камере сгорания, или от перегретых (более 700…800°С) деталей — свечей зажигания, головки, выпускных клапанов и др. Калильное зажигание нарушает процесс нормального сгорания бензина, имеет непосредственную связь с развитием или возникновением детонации. Сгорание при калильном зажигании по своей физической сущности похоже на нормальное сгорание, но начинается раньше, на большей площади и идет быстрее. Преждевременное воспламенение — саморазвивающийся процесс, поэтому момент самовоспламенения наступает все раньше и раньше. Сильно возрастает давление и температура в камере сгорания, максимумы которых могут достигнуть еще до прихода поршня в ВМТ (рис. 10). Все это вызывает рост нагрузок на детали цилиндро-поршневой группы и коленвала, увеличение шумности работы двигателя, в том числе стуки глухого тона, которые довольно сложно выделить из ряда звуков мотора. Но главное — калильное зажигание приводит к значительному росту тепловых нагрузок на поверхности, образующие камеру сгорания. Как правило, происходит оплавление и/или прогар поршня и оплавление электродов свечи зажигания. При калильном зажигании повышается температура двигателя и падает ТВГ.

Наиболее вероятные причины возникновения калильного зажигания:

  • применение более горячих свечей,
  • детонация,
  • большое количество нагара,
  • перегрев двигателя,
  • некачественный бензин,
  • сильное дросселирование (несоответствие оборотов двигателя положению РУД — легкий винт и ВИШ в том числе; пикирование) вызывает повышение температуры головки (из-за большого количества остаточных газов) и температуры выхлопных газов (из-за уменьшения скорости сгорания). При этом режиме происходит небольшое обеднение смеси, что дополнительно увеличивает рост температур и повышает вероятность возникновения детонации.

5. Дизелинг

Дизелинг — самопроизвольная работа двигателя после выключения зажигания. Многие это явление ошибочно называют калильным зажиганием или детонацией.

При выключении зажигания частота вращения коленвала падает (*) и увеличивается время цикла сжатия, т.е. время контакта топливовоздушной смеси с горячими деталями. Этого времени достаточно для самовоспламенения. Происходит самовоспламенение смеси, совершается рабочий ход, увеличивается частота вращения коленвала, время цикла сжатия уменьшается. Самовоспламенение становиться невозможным, частота вращения коленвала падает…(повторите чтение абзаца с места, обозначенного (*))…

Дизелинг редко встречается на авиационных двигателях и однозначно указывает на низкое качество бензина, перегрев двигателя и большое количество нагара. Более часто встречается подобная по внешним признакам работа двигателя при обрыве (нарушении контакта) одного из проводов выключения зажигания.

6. Детонационное сгорание

Детонационное сгорание — аномальный процесс сгорания, при котором наиболее удаленная часть топливо-воздушной смеси объемно самовоспламеняется с образованием ударных волн.

После воспламенения рабочей смеси от искры фронт пламени распространяется по камере сгорания. Давление и температуры в этой части заряда повышаются до 5…6 МПа и 2000…2300°С. Наиболее удаленная от фронта пламени часть смеси нагревается в результате поджатия до температуры, превышающей температуру самовоспламенения. Но при нормальном сгорании самовоспламенение не происходит, т.к. не хватает времени для его развития. Но если создать условия (факторы, влияющие на появление детонации, указаны ниже), то самовоспламенение произойдет с взрывным характером: давление в зоне резко увеличивается до 16 МПа, температура — до 3000…4000°С. Скорость распространения взрывной волны в десятки раз превышает скорость распространения пламени при нормальном сгорании и составляет 1500…2000 м/с.

Интенсивность детонации зависит от того, какая часть циклового заряда топлива перейдет во взрывное сгорание, что определяется главным образом химическим строением углеводородов топлива, температурой и давлением газов. Если нормально сгорает 93…95 % рабочей смеси, а детонирует 5…7 %, то наблюдается слабая детонация. Если же со взрывом сгорает 20…25 % циклового заряда, то возникает очень сильная детонация, часто приводящая к аварии. На рис. 11 дана индикаторная диаграмма двигателя работающего с сильной детонацией

.

Детонационные волны многократно ударяются и отражаются от стенок камеры сгорания, вызывая характерный металлический стук, разрушая пристеночный слой газов с пониженной температурой и масляную пленку на стенках цилиндра.

Все это способствует повышению теплоотдачи в стенки цилиндра, камеры сгорания, тарелки клапанов, днище поршня, вызывая их перегрев и оплавление; повышенный износ верхней части цилиндра, поломка поршней (межкольцевые перемычки, юбки) и колец, разрушение подшипников. При работе с детонацией происходит отслоение частиц нагара от стенок камеры сгорания и днища поршня. Типичное разрушение поршня при детонации: верхнее кольцо срезает перемычку, ломает второе кольцо и перемычку под ним, заклинивая маслосъемное кольцо.

Увеличение теплоотдачи в стенки камеры сгорания, а также неполнота сгорания топлива вызывают резкое увеличение ТГЦ и падение ТВГ.

«Вы увидели темный (черный) выхлоп с зеленоватым оттенком??? Так то была детонация………… Почему „была“? Да потому, что вовремя Вы ее не заметили и теперь алюминий от разрушающегося поршня вылетает через выхлопную трубу. Довести двигатель до состояния столь сильной детонации, к счастью, дано не каждому.» — конец цитаты.

Детонация как химическое явление.

Основная причина возникновения детонации — образование и накопление в рабочей смеси активных перекисей (кислородсодержащих веществ), которые разлагаются в последней фазе сгорания, выделяют избыточную энергию и вызывают взрывное сгорание топлива. Пероксиды (R — О — О — R) и гидроперекиси (R — О — О -Н) — это первичные продукты окисления углеводородов топлива. Они образуются при прямом присоединении молекулы кислорода к углеводородам. Если присоединение молекулы происходит по С — С связи, получается перекись, а если по С — Н связи, то гидроперекись. При дальнейшем окислении накапливаются альдегиды, органические кислоты, спирты и другие соединения Конечными продуктами являются углекислый газ и вода.

Процессы окисления носят цепной характер. Согласно теории цепных реакций, вместе с образованием конечных продуктов окисления восстанавливаются нестойкие активные соединения, которые вновь разлагаются, выделяют теплоту и становятся новыми очагами реакций окисления. В результате непрерывно повторяющихся реакций появляются цепи с большим числом активных центров, вызывающих самоускорение реакции.

В двигателе окисление топлива кислородом воздуха начинается в процессе наполнения и сжатия горючей смеси. Чем выше степень сжатия, тем больше давление и температура цикла, интенсивнее протекают процессы окисления. Эти процессы еще более энергично продолжаются после воспламенения топлива, особенно в тех порциях рабочей смеси, которые сгорают последними: здесь количество продуктов окисления максимально. Когда концентрация нестойких соединений достигает критического значения для данного вида топлива, происходит взрывное сгорание оставшейся части несгоревшей рабочей смеси.

Очевидно, что из многочисленных факторов, препятствующих детонационному сгоранию, наиболее важным является правильный подбор химического состава бензина для данного типа двигателя. Если бензин обладает малой детонационной стойкостью, то в нем накапливается много перекисных соединений, способных выделять атомарный кислород и вызывать детонацию. У бензинов с высокой детонационной стойкостью концентрация продуктов окисления недостаточна для возникновения детонации. Более того, скорость воспламенения и сгорания высокооктановых бензинов ниже, чем низкооктановых.

Кроме химического состава топлива и конструктивных особенностей двигателя (степень сжатия, форма камеры сгорания, турбулизация заряда, количество и расположение свечей) на возникновение детонации некоторое влияние оказывают и условия эксплуатации:

  1. Состав топливо-воздушной смеси. Наибльшая детонация наблюдается при коэффициенте избытка воздуха близком к 0,9. Обогащение смеси (альфа  0,9) снижает вероятность детонации из-за недостаточного количества кислорода для образования перекисей и снижения температур сгорания и камеры сгорания.
  2. Распространенным приемом снижения детонации является уменьшение угла опережения зажигания. При этом снижается максимальное давление и скорость нарастания давления, т.е. происходит меньшее поджатие смеси, находящейся перед фронтом пламени.
  3. Все факторы повышающие температуру и давление в цилиндре увеличивают склонность к детонации и наоборот. Типовые случаи:
  • В карбюраторы подается горячий воздух из под капота в летнее время!!!! 
  • Перегрев двигателя из-за недостаточной эффективности системы охлаждения.
  • Нагар на деталях камеры сгорания ухудшает теплоотвод от них и увеличивает степень сжатия. Нагар, как катализатор, ускоряет процесс окисления.
  • Влажный воздух снижает вероятность детонации, т.к. часть тепла затрачивается на испарение воды, а также вследствие некоторого антидетонационного эффекта водяных паров.
  • Октановое число легких фракций бензина меньше, чем у средних и тяжелых. При резкой приемистости тяжелые фракции поступают в цилиндр с некоторой задержкой, что приводит к появлению детонации. То же касается антидетонационных присадок.
  • Уменьшение нагрузки. Дросселирование связано с увеличением остаточных газов в цилиндре из-за ухудшения продувки, что вызывает уменьшение давления, температуры и скорости сгорания. В результате снижается склонность к детонации.
  • Сильное дросселирование (несоответствие оборотов двигателя положению РУД — легкий винт и ВИШ в том числе; пикирование) вызывает повышение температуры головки (из-за большого количества остаточных газов) и температуры выхлопных газов (из-за уменьшения скорости сгорания). При этом режиме происходит небольшое обеднение смеси, что дополнительно увеличивает рост температур и повышает вероятность возникновения детонации.
  • 7. Бензин с низким октановым числом или фальсифицированный бензин

    Рабочим телом карбюраторного двигателя внутреннего сгорания с принудительным искровым зажиганием является топливо-воздушная смесь, приготовляемая в карбюраторе из топлива и воздуха в заданном соотношении.

    При снижении октанового числа скорость сгорания топливо-воздушной смеси увеличивается, что вызывает повышение температуры двигателя и снижение температуры выхлопных газов (рис. 12).

    Работа двигателя на некачественном (фальсифицированном) или низкооктановом бензине сопровождается ростом температуры двигателя. Температура выхлопных газов, как правило, ниже нормальной, но может быть и выше, в зависимости от базовых компонентов бензина и присадок (добавок) использованных для повышения детонационной стойкости бензина (снижения скорости сгорания топливовоздушной смеси).

    III. Выводы, литература

    1. Процесс сгорания, а значит, и температура выхлопа зависят от многих факторов, начиная от температуры окружающего воздуха и заканчивая объемом поглощенной пищи летчиком и/или пассажиром, но не так значительно, чтобы вызвать отказ двигателя.
    2. Резкое изменение температуры выхлопа (отклонение от привычных значений) в полете возможно из-за неправильного выбора режима или отказа топливной системы.
    3. Резкое изменение температуры выхлопа (отклонение от привычных значений) после обслуживания двигателя связано, как правило, с тем действием, которое выполнил техник — регулировка карбюратора, снятие-установка агрегата топливной системы, заправка бензином.
    4. Наиболее опасные аномалии — детонация и/или калильное зажигание не возникают сразу в обоих цилиндрах, поэтому не допускайте эксплуатацию двигателя с большой разницей температур выхлопа.
    5. Опасна не только высокая температура выхлопных газов, но и низкая.

    Процессы сжатия, сгорания и расширения в двухтактных и четырехтактных двигателях не имеют принципиальных отличий, поэтому данный материал применим для обоих типов двигателей.

    Литература:

    1. Пай Д. Р. Двигатели внутреннего сгорания. М., 1940.
    2. Теория авиационного двигателя/Под редакцией Е. П. Бугрова. М., 1940.
    3. Итинская Н. И. Топливо, масла и технические жидкости. М. 1989.
    4. Двигатели внутреннего сгорания/Под редакцией В. Н. Луканина. М., 1995

    Дмитрий ПетровТехнический директор ООО «Авиагамма»

    www.aviagamma.ru

    Способ запуска газотурбинного двигателя

    Изобретение относится к способу запуска газотурбинного двигателя. Способ запуска газотурбинного двигателя включает поддержание минимальной скорости газотурбинного двигателя после достижения "окна зажигания" до тех пор, пока не будет определено достижение требуемого уровня прогрева камеры сгорания двигателя. Затем, после достижения требуемого уровня прогрева камеры сгорания, повышают скорость двигателя-стартера, чтобы разогнать газотурбинный двигатель. Изобретение позволяет повысить надежность запуска газотурбинного двигателя. 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

     

    Область техники

    Изобретение относится к газотурбинному двигателю, и более конкретно, к способу запуска вспомогательной силовой установки, включающему цикл прогрева камеры сгорания.

    Уровень техники

    Последовательность действий при запуске газотурбинного двигателя, например используемого во вспомогательной силовой установке (ВСУ), обеспечивает согласование скорости двигателя, момента зажигания и начала подачи топлива, чтобы обеспечить надежный запуск. К газотурбинному двигателю присоединен двигатель-стартер, который приводит газотурбинный двигатель во вращение. По мере раскрутки основного двигателя двигателем-стартером топливный насос начинает подавать топливо в основной двигатель. Затем активируется устройство зажигания, чтобы произвести зажигание в камере сгорания. После успешного проведения зажигания и достижения двигателем самоподдерживающейся скорости двигатель-стартер отсоединяется или работает в качестве генератора.

    В некоторых условиях, например на больших высотах или при низких температурах, или при сочетании этих условий возможен срыв пламени в газотурбинном двигателе. Вероятность неудачного запуска возрастает в случае предельных высот и температур входного потока воздуха.

    Раскрытие изобретения

    Способ запуска газотурбинного двигателя согласно одному из аспектов изобретения включает: управление скоростью двигателя-стартера при выполнении операций запуска с целью придания газотурбинному двигателю заданной минимальной скорости; поддерживание заданной минимальной скорости газотурбинного двигателя после осуществления зажигания, пока не будет определено достижение требуемого уровня прогрева камеры сгорания, и повышение скорости двигателя-стартера по достижении требуемого уровня прогрева камеры сгорания, чтобы разогнать газотурбинный двигатель.

    Способ запуска газотурбинного двигателя согласно другому аспекту изобретения включает: управление скоростью двигателя-стартера при выполнении операций запуска с целью придания газотурбинному двигателю заданной минимальной скорости; поддерживание заданной минимальной скорости газотурбинного двигателя после осуществления зажигания, пока не будет достигнута заданная температура выхлопных газов (ТВГ), и повышение скорости двигателя-стартера по достижении заданной ТВГ, чтобы разогнать газотурбинный двигатель.

    Краткое описание чертежей

    Различные свойства изобретения станут ясны специалистам при рассмотрении нижеследующего подробного описания неограничивающего варианта изобретения совместно с прилагаемыми чертежами.

    На фиг.1 представлена блок-схема стартера-генератора газотурбинного двигателя согласно изобретению.

    На фиг.2 приведена блок-схема, иллюстрирующая последовательность действий при запуске с использованием модуля прогрева согласно изобретению.

    На фиг.3 представлен график успешного запуска с использованием последовательности действий по фиг.2 в течение временного цикла, близкого к 3 мин.

    На фиг.4 приведена последовательность действий, известная из уровня техники.

    На фиг.5 представлен график неудачного запуска с использованием последовательности действий по фиг.4 в течение временного цикла менее 1 мин.

    Осуществление изобретения

    На фиг.1 представлена схема вспомогательной силовой установки (ВСУ) 10. ВСУ 10 содержит газотурбинный двигатель 12, систему 14 стартера-генератора и топливную систему 16. Газотурбинный двигатель 12 содержит компрессорную секцию 12С, турбинную секцию 12Т и секцию (камеру) 12М сгорания. Компрессорная секция 12С обеспечивает нагнетание воздуха в камеру 12М сгорания для сжигания топлива в этой камере в условиях высокого давления. Горение топлива в камере 12М сгорания обеспечивает нагрев воздуха до его поступления в турбинную секцию 12Т. Продукты горения, расширяющиеся внутри турбинной секции 12Т до объема, превышающего поток топлива, в режиме холостого хода генерируют более высокую мощность, чем требуемая для функционирования компрессорной секции 12С. Поэтому часть воздуха (именуемая "стравливаемым воздухом") может быть отведена и использована в качестве пневматического источника для питания других устройств. Альтернативно эта мощность может быть использована для приведения в действие дополнительного компрессора, который обеспечивает сжатие воздуха на отдельной ступени, приводит в действие другие системы или выполняет обе названные функции.

    Система 14 стартера-генератора и топливная система 16 могут содержать независимые контроллеры 18, 20, которые обеспечивают управление данными системами и могут быть реализованы в виде соответственно запрограммированных микропроцессоров или любых иных процессорных устройств, снабженных устройством интерфейса и датчиками. Хотя на схеме контроллеры 18, 20 представлены в виде отдельных блоков, они могут быть объединены в единый контроллер ВСУ. Дополнительно или альтернативно контроллеры 18, 20 могут быть связаны друг с другом через центральный контроллер более высокого уровня, например соответствующий электронно-цифровой системе управления двигателем (full authority digital electronic control, FADEC) 22. Контроллеры 18, 20, 22 связываются друг с другом через коммуникационную шину 23 или аналогичный канал связи. Контроллеры 18, 20, 22 могут быть снабжены системами обратной связи, содержащими средства линейного управления, реализующими пропорционально-интегрально-дифференциальное (ПИД) регулирование для обеспечения требуемого отклика и компенсации нежелательных дестабилизирующих сил. Должно быть понятно, что изобретение допускает применение различных комбинаций контроллеров и датчиков.

    Система 14 стартера-генератора содержит двигатель-стартер 24, который получает электропитание через преобразователь 25 от электрического источника 26 питания, такого как батарея, источник переменного тока, источник постоянной мощности или комбинированный источник. Двигатель-стартер 24, который может представлять собой бесщеточный двигатель постоянной мощности, двигатель переменного тока, вентильно-индукторный двигатель (Switched Reluctance Motor, SRM) или их комбинацию, связан с ротором 34 газотурбинного двигателя 12 через редуктор 30, чтобы передавать крутящий момент двигателю 12 или получать крутящий момент от этого двигателя. Должно быть понятно, что, в качестве альтернативы, двигатель-стартер 24 может вращать ротор 34 непосредственно, без применения промежуточного редуктора, муфты и т.д. После того как газотурбинный двигатель 12 достигнет своей рабочей скорости, двигатель-стартер 24 может функционировать как электрогенератор, питающий различные нагрузки и системы.

    Двигатель-стартер 24 реагирует на сигналы, поступающие от контроллера 18 системы стартера-генератора и FADEC 22. FADEC 22 связана с комплектом датчиков, включающим датчик Ss скорости, который отслеживает скорость ротора 34, и датчик St температуры, который отслеживает температуру выхлопных газов (ТВГ) газотурбинного двигателя 12. Должно быть понятно, что в комплект датчиков можно дополнительно или альтернативно включать и другие датчики. Контроллер 18 реагирует также на командный сигнал, который может быть выдан замыканием ключа 32, инициирующим или завершающим последовательность действий при запуске.

    Топливная система 16 обычно содержит приводной двигатель 36 насоса, который связан с контроллером 20 топливной системы и обеспечивает работу на различных скоростях топливного насоса Р, снабжающего топливом камеру 12М сгорания газотурбинного двигателя 12. Топливная система 16 работает в соответствии с сигналами, поступающими от контроллера 20 топливной системы и от FADEC 22.

    Как показано на фиг.2, запуск инициируется пусковой командой (командой "запуск"), подаваемой, например, замыканием стартового ключа 32 (шаг 100). Контроллер 18 стартера выдает команду двигателю-стартеру 24 придать управляемый момент вращения ротору 34 газотурбинного двигателя 12. Газотурбинный двигатель 12 разгоняется до заданной минимальной скорости для осуществления зажигания. Диапазон скоростей двигателя, в котором с наибольшей вероятностью произойдет зажигание, именуется "окном зажигания" ("light-off window") и в типичном случае составляет 5-20% от номинальной скорости двигателя. В неограничивающем варианте изобретения двигатель-стартер 24 к моменту зажигания (примерно за 62 с) раскручивает газотурбинный двигатель до скорости, составляющей от 12% до 8% его номинальной скорости (фиг.3). После включения зажигания ТВГ начинает повышаться.

    Вместо практически немедленно следующего за этим, в типичной ситуации, ускорения газотурбинного двигателя с риском срыва пламени (flame out) (см. фиг.4 и 5, иллюстрирующие уровень техники), двигатель-стартер 24 работает в зависимости от состояния модуля 40 прогрева (см. фиг.2).

    Модуль 40 прогрева осуществляет цикл прогрева, который будет описан в терминах функциональных блок-схем. Из приводимого описания специалистам будет понятно, что данные функции могут быть реализованы с помощью специализированных контуров или электронного управления на базе микропроцессора, в котором запрограммировано выполнение соответствующих действий, или с применением соответствующей машиночитаемой среды. В одном неограничивающем варианте модуль 40 может являться либо частью любого из контроллеров 18, 20, 22 или любой их комбинации, либо каких-либо других систем.

    В процессе функционирования, после инициирования запуска (на шаге 100), контроллер 18 стартера выдает команду двигателю-стартеру 24 придать газотурбинному двигателю 12 момент вращения, соответствующий заданной "минимальной" скорости (шаг 102). Сначала двигатель-стартер 24 раскручивает газотурбинный двигатель 12 до заданной скорости (заданного числа оборотов) (шаг 104). На фиг.3 представлен пример запуска, включающего цикл прогрева камеры сгорания, для газотурбинного двигателя 12 на большой высоте (9,144 км). Период, соответствующий раскрутке до заданной минимальной скорости, начинается примерно через 52 с. По мере возрастания скорости контроллер 18 стартера модулирует вращающий момент двигателя-стартера 24, чтобы обеспечить приближение к скорости, соответствующей окну зажигания (шаг 106). По достижении этой скорости активируется источник зажигания. Скорость газотурбинного двигателя непрерывно отслеживается до достижения скорости, соответствующей началу подачи топлива, после чего в камеру 12М сгорания начинает поступать топливо (шаги 108 и 110). По мере первоначального возрастания скорости газотурбинного двигателя контроллер 18 стартера модулирует вращающий момент, создаваемый двигателем 24 стартера, чтобы удерживать скорость газотурбинного двигателя в пределах указанного окна зажигания (шаги 112 и 114).

    Как показано на фиг.3, после того как двигатель-стартер 24 начинает раскручивать газотурбинный двигатель 12, скорость этого двигателя возрастает. Поскольку двигательная сила создается двигателем 24 стартера, до достижения окна зажигания температура выхлопных газов (ТВГ) газотурбинного двигателя 12 остается примерно постоянной и близкой к температуре окружающего воздуха. После осуществления зажигания ТВГ начинает возрастать.

    Модуль 40 прогрева управляет двигателем 24 стартера таким образом, чтобы заданная минимальная скорость газотурбинного двигателя 12 поддерживалась до достижения заданного прогрева камеры сгорания (шаги 116, 118). В одном неограничивающем варианте заданный уровень такого прогрева определяется достижением ТВГ уровня, составляющего, например, 278°С и соответствующего завершению цикла прогрева камеры 12М сгорания. Альтернативно или дополнительно для определения степени прогрева можно использовать и другие параметры, например временную задержку после достижения окна зажигания или показания измерителя объемного расхода топлива.

    Таким образом, модуль 40 прогрева обеспечивает выполнение цикла прогрева камеры 12М сгорания, что позволяет этой камере достичь нужной температуры и избежать риска срыва пламени, который в известном режиме запуска (см. фиг.4) может иметь место примерно через 23 с (см. фиг.5). Как показано на фиг.5, срыв пламени происходит примерно в то время, когда двигатель-стартер начинает разгонять двигатель после достижения окна зажигания (что является типичным для стандартного режима запуска).

    Модуль 40 прогрева может использоваться только в конкретных вариантах режима запуска, например на больших высотах (более 9 км), чтобы учесть низкую плотность воздуха и низкие температуры. Альтернативно, даже при наземном запуске крайне холодные температуры могут инициировать запуск модуля 40 прогрева. Если на шаге 116 установлено, что разность "текущей ТВГ" и "начальной ТВГ" превышает заданное значение, модуль 40 прогрева может обеспечить соответствующий прогрев. После осуществления необходимого прогрева посредством двигателя 24 стартера создается дополнительный вращающий момент, который обеспечивает раскрутку газотурбинного двигателя 12, но с обеспечением непрерывной работы камеры 12М сгорания (шаг 118). Хотя скорость двигателя, при приложении со стороны двигателя 24 стартера минимального вращающего момента, поддерживается примерно постоянной, она постепенно возрастает по мере постепенного повышения стабильности работы газотурбинного двигателя 12 в связи с нагревом камеры 12М сгорания. Таким образом, даже при приложении минимального вращающего момента двигателем 24 стартера, выходная мощность газотурбинного двигателя 12 увеличивается.

    Должно быть понятно, что хотя модуль 40 прогрева обеспечивает надежный запуск даже в неблагоприятных условиях, его использование приводит к небольшому увеличению длительности запуска. Поэтому может оказаться желательным использовать модуль 40 прогрева только в определенных, сложных условиях запуска двигателя, например на уже упомянутых больших высотах, при низких температурах или при наличии обоих этих условий.

    После выхода из области низких скоростей двигателя в начале запуска двигатель-стартер 24 получает команду приложить максимальный вращающий момент, чтобы быстро разогнать газотурбинный двигатель 12 до самоподдерживающейся (установившейся) рабочей скорости (шаг 120). Когда газотурбинный двигатель достигнет данной скорости, в типичном случае составляющей примерно 50% максимальной управляемой скорости ротора, двигатель-стартер 24 может быть остановлен. После этого газотурбинный двигатель 12 будет продолжать ускоряться до достижения нормальной ("стопроцентной") рабочей скорости, на которой может начаться функционирование генератора. После этого газотурбинный двигатель может быть переведен в режим постоянной скорости.

    Следует отметить, что идентичные или схожие компоненты имеют одно и то же обозначение на различных чертежах. Следует также отметить, что, хотя был описан и проиллюстрирован конкретный вариант изобретения, возможны и другие варианты его осуществления.

    Хотя в описании на чертежах и в прилагаемой формуле изобретения раскрыта определенная последовательность шагов, должно быть понятно, что без выхода за пределы изобретения указанные шаги могут выполняться в любом приемлемом порядке, по отдельности или непрерывно, если порядок их выполнения специально не оговорен.

    Приведенное описание имеет иллюстративный, а не ограничивающий характер. В описании раскрыты различные неограничивающие варианты изобретения; однако специалисту будет понятно, что они допускают модификации, не выходящие за пределы формулы изобретения. Поэтому допустимы различные отклонения от конкретных данных, приведенных в описании, без выхода за границы изобретения, определяемые прилагаемой формулой.

    1. Способ запуска газотурбинного двигателя, включающий:управление скоростью двигателя-стартера при выполнении операций запуска с целью придания газотурбинному двигателю заданной минимальной скорости;инициирование устройства зажигания для осуществления зажигания; поддерживание заданной минимальной скорости газотурбинного двигателя после осуществления зажигания, пока не будет определено достижение требуемого уровня прогрева камеры сгорания, и повышение скорости двигателя-стартера по достижении требуемого уровня прогрева камеры сгорания, чтобы разогнать газотурбинный двигатель.

    2. Способ по п.1, отличающийся тем, что достижение требуемого уровня прогрева камеры сгорания определяют по достижению заданного повышения температуры выхлопных газов (ТВГ).

    3. Способ по п.1, отличающийся тем, что достижение требуемого уровня прогрева камеры сгорания определяют по достижении заданного значения ТВГ.

    4. Способ по п.3, отличающийся тем, что указанное заданное значение соответствует указанному заданному повышению температуры.

    5. Способ по п.4, отличающийся тем, что указанное заданное повышение температуры составляет около 278°С.

    6. Способ по п.1, отличающийся тем, что достижение требуемого уровня прогрева камеры сгорания определяют по истечении заданного времени после осуществления зажигания.

    7. Способ по п.1, отличающийся тем, что достижение требуемого уровня прогрева камеры сгорания определяют по результатам измерения объемного расхода топлива.

    8. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанную последовательность действий по осуществлению запуска инициируют только при превышении заданной высоты.

    9. Способ по п.8, отличающийся тем, что указанную последовательность действий по осуществлению запуска инициируют только при превышении высоты около 9,1 км.

    10. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанную последовательность действий по осуществлению запуска инициируют только при условии, что окружающая среда имеет температуру ниже заданного значения.

    11. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что повышение скорости двигателя-стартера продолжают до достижения газотурбинным двигателем заданной рабочей скорости.

    www.findpatent.ru

    способ запуска газотурбинного двигателя - патент РФ 2467192

    Изобретение относится к способу запуска газотурбинного двигателя. Способ запуска газотурбинного двигателя включает поддержание минимальной скорости газотурбинного двигателя после достижения "окна зажигания" до тех пор, пока не будет определено достижение требуемого уровня прогрева камеры сгорания двигателя. Затем, после достижения требуемого уровня прогрева камеры сгорания, повышают скорость двигателя-стартера, чтобы разогнать газотурбинный двигатель. Изобретение позволяет повысить надежность запуска газотурбинного двигателя. 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

    Область техники

    Изобретение относится к газотурбинному двигателю, и более конкретно, к способу запуска вспомогательной силовой установки, включающему цикл прогрева камеры сгорания.

    Уровень техники

    Последовательность действий при запуске газотурбинного двигателя, например используемого во вспомогательной силовой установке (ВСУ), обеспечивает согласование скорости двигателя, момента зажигания и начала подачи топлива, чтобы обеспечить надежный запуск. К газотурбинному двигателю присоединен двигатель-стартер, который приводит газотурбинный двигатель во вращение. По мере раскрутки основного двигателя двигателем-стартером топливный насос начинает подавать топливо в основной двигатель. Затем активируется устройство зажигания, чтобы произвести зажигание в камере сгорания. После успешного проведения зажигания и достижения двигателем самоподдерживающейся скорости двигатель-стартер отсоединяется или работает в качестве генератора.

    В некоторых условиях, например на больших высотах или при низких температурах, или при сочетании этих условий возможен срыв пламени в газотурбинном двигателе. Вероятность неудачного запуска возрастает в случае предельных высот и температур входного потока воздуха.

    Раскрытие изобретения

    Способ запуска газотурбинного двигателя согласно одному из аспектов изобретения включает: управление скоростью двигателя-стартера при выполнении операций запуска с целью придания газотурбинному двигателю заданной минимальной скорости; поддерживание заданной минимальной скорости газотурбинного двигателя после осуществления зажигания, пока не будет определено достижение требуемого уровня прогрева камеры сгорания, и повышение скорости двигателя-стартера по достижении требуемого уровня прогрева камеры сгорания, чтобы разогнать газотурбинный двигатель.

    Способ запуска газотурбинного двигателя согласно другому аспекту изобретения включает: управление скоростью двигателя-стартера при выполнении операций запуска с целью придания газотурбинному двигателю заданной минимальной скорости; поддерживание заданной минимальной скорости газотурбинного двигателя после осуществления зажигания, пока не будет достигнута заданная температура выхлопных газов (ТВГ), и повышение скорости двигателя-стартера по достижении заданной ТВГ, чтобы разогнать газотурбинный двигатель.

    Краткое описание чертежей

    Различные свойства изобретения станут ясны специалистам при рассмотрении нижеследующего подробного описания неограничивающего варианта изобретения совместно с прилагаемыми чертежами.

    На фиг.1 представлена блок-схема стартера-генератора газотурбинного двигателя согласно изобретению.

    На фиг.2 приведена блок-схема, иллюстрирующая последовательность действий при запуске с использованием модуля прогрева согласно изобретению.

    На фиг.3 представлен график успешного запуска с использованием последовательности действий по фиг.2 в течение временного цикла, близкого к 3 мин.

    На фиг.4 приведена последовательность действий, известная из уровня техники.

    На фиг.5 представлен график неудачного запуска с использованием последовательности действий по фиг.4 в течение временного цикла менее 1 мин.

    Осуществление изобретения

    На фиг.1 представлена схема вспомогательной силовой установки (ВСУ) 10. ВСУ 10 содержит газотурбинный двигатель 12, систему 14 стартера-генератора и топливную систему 16. Газотурбинный двигатель 12 содержит компрессорную секцию 12С, турбинную секцию 12Т и секцию (камеру) 12М сгорания. Компрессорная секция 12С обеспечивает нагнетание воздуха в камеру 12М сгорания для сжигания топлива в этой камере в условиях высокого давления. Горение топлива в камере 12М сгорания обеспечивает нагрев воздуха до его поступления в турбинную секцию 12Т. Продукты горения, расширяющиеся внутри турбинной секции 12Т до объема, превышающего поток топлива, в режиме холостого хода генерируют более высокую мощность, чем требуемая для функционирования компрессорной секции 12С. Поэтому часть воздуха (именуемая "стравливаемым воздухом") может быть отведена и использована в качестве пневматического источника для питания других устройств. Альтернативно эта мощность может быть использована для приведения в действие дополнительного компрессора, который обеспечивает сжатие воздуха на отдельной ступени, приводит в действие другие системы или выполняет обе названные функции.

    Система 14 стартера-генератора и топливная система 16 могут содержать независимые контроллеры 18, 20, которые обеспечивают управление данными системами и могут быть реализованы в виде соответственно запрограммированных микропроцессоров или любых иных процессорных устройств, снабженных устройством интерфейса и датчиками. Хотя на схеме контроллеры 18, 20 представлены в виде отдельных блоков, они могут быть объединены в единый контроллер ВСУ. Дополнительно или альтернативно контроллеры 18, 20 могут быть связаны друг с другом через центральный контроллер более высокого уровня, например соответствующий электронно-цифровой системе управления двигателем (full authority digital electronic control, FADEC) 22. Контроллеры 18, 20, 22 связываются друг с другом через коммуникационную шину 23 или аналогичный канал связи. Контроллеры 18, 20, 22 могут быть снабжены системами обратной связи, содержащими средства линейного управления, реализующими пропорционально-интегрально-дифференциальное (ПИД) регулирование для обеспечения требуемого отклика и компенсации нежелательных дестабилизирующих сил. Должно быть понятно, что изобретение допускает применение различных комбинаций контроллеров и датчиков.

    Система 14 стартера-генератора содержит двигатель-стартер 24, который получает электропитание через преобразователь 25 от электрического источника 26 питания, такого как батарея, источник переменного тока, источник постоянной мощности или комбинированный источник. Двигатель-стартер 24, который может представлять собой бесщеточный двигатель постоянной мощности, двигатель переменного тока, вентильно-индукторный двигатель (Switched Reluctance Motor, SRM) или их комбинацию, связан с ротором 34 газотурбинного двигателя 12 через редуктор 30, чтобы передавать крутящий момент двигателю 12 или получать крутящий момент от этого двигателя. Должно быть понятно, что, в качестве альтернативы, двигатель-стартер 24 может вращать ротор 34 непосредственно, без применения промежуточного редуктора, муфты и т.д. После того как газотурбинный двигатель 12 достигнет своей рабочей скорости, двигатель-стартер 24 может функционировать как электрогенератор, питающий различные нагрузки и системы.

    Двигатель-стартер 24 реагирует на сигналы, поступающие от контроллера 18 системы стартера-генератора и FADEC 22. FADEC 22 связана с комплектом датчиков, включающим датчик Ss скорости, который отслеживает скорость ротора 34, и датчик S t температуры, который отслеживает температуру выхлопных газов (ТВГ) газотурбинного двигателя 12. Должно быть понятно, что в комплект датчиков можно дополнительно или альтернативно включать и другие датчики. Контроллер 18 реагирует также на командный сигнал, который может быть выдан замыканием ключа 32, инициирующим или завершающим последовательность действий при запуске.

    Топливная система 16 обычно содержит приводной двигатель 36 насоса, который связан с контроллером 20 топливной системы и обеспечивает работу на различных скоростях топливного насоса Р, снабжающего топливом камеру 12М сгорания газотурбинного двигателя 12. Топливная система 16 работает в соответствии с сигналами, поступающими от контроллера 20 топливной системы и от FADEC 22.

    Как показано на фиг.2, запуск инициируется пусковой командой (командой "запуск"), подаваемой, например, замыканием стартового ключа 32 (шаг 100). Контроллер 18 стартера выдает команду двигателю-стартеру 24 придать управляемый момент вращения ротору 34 газотурбинного двигателя 12. Газотурбинный двигатель 12 разгоняется до заданной минимальной скорости для осуществления зажигания. Диапазон скоростей двигателя, в котором с наибольшей вероятностью произойдет зажигание, именуется "окном зажигания" ("light-off window") и в типичном случае составляет 5-20% от номинальной скорости двигателя. В неограничивающем варианте изобретения двигатель-стартер 24 к моменту зажигания (примерно за 62 с) раскручивает газотурбинный двигатель до скорости, составляющей от 12% до 8% его номинальной скорости (фиг.3). После включения зажигания ТВГ начинает повышаться.

    Вместо практически немедленно следующего за этим, в типичной ситуации, ускорения газотурбинного двигателя с риском срыва пламени (flame out) (см. фиг.4 и 5, иллюстрирующие уровень техники), двигатель-стартер 24 работает в зависимости от состояния модуля 40 прогрева (см. фиг.2).

    Модуль 40 прогрева осуществляет цикл прогрева, который будет описан в терминах функциональных блок-схем. Из приводимого описания специалистам будет понятно, что данные функции могут быть реализованы с помощью специализированных контуров или электронного управления на базе микропроцессора, в котором запрограммировано выполнение соответствующих действий, или с применением соответствующей машиночитаемой среды. В одном неограничивающем варианте модуль 40 может являться либо частью любого из контроллеров 18, 20, 22 или любой их комбинации, либо каких-либо других систем.

    В процессе функционирования, после инициирования запуска (на шаге 100), контроллер 18 стартера выдает команду двигателю-стартеру 24 придать газотурбинному двигателю 12 момент вращения, соответствующий заданной "минимальной" скорости (шаг 102). Сначала двигатель-стартер 24 раскручивает газотурбинный двигатель 12 до заданной скорости (заданного числа оборотов) (шаг 104). На фиг.3 представлен пример запуска, включающего цикл прогрева камеры сгорания, для газотурбинного двигателя 12 на большой высоте (9,144 км). Период, соответствующий раскрутке до заданной минимальной скорости, начинается примерно через 52 с. По мере возрастания скорости контроллер 18 стартера модулирует вращающий момент двигателя-стартера 24, чтобы обеспечить приближение к скорости, соответствующей окну зажигания (шаг 106). По достижении этой скорости активируется источник зажигания. Скорость газотурбинного двигателя непрерывно отслеживается до достижения скорости, соответствующей началу подачи топлива, после чего в камеру 12М сгорания начинает поступать топливо (шаги 108 и 110). По мере первоначального возрастания скорости газотурбинного двигателя контроллер 18 стартера модулирует вращающий момент, создаваемый двигателем 24 стартера, чтобы удерживать скорость газотурбинного двигателя в пределах указанного окна зажигания (шаги 112 и 114).

    Как показано на фиг.3, после того как двигатель-стартер 24 начинает раскручивать газотурбинный двигатель 12, скорость этого двигателя возрастает. Поскольку двигательная сила создается двигателем 24 стартера, до достижения окна зажигания температура выхлопных газов (ТВГ) газотурбинного двигателя 12 остается примерно постоянной и близкой к температуре окружающего воздуха. После осуществления зажигания ТВГ начинает возрастать.

    Модуль 40 прогрева управляет двигателем 24 стартера таким образом, чтобы заданная минимальная скорость газотурбинного двигателя 12 поддерживалась до достижения заданного прогрева камеры сгорания (шаги 116, 118). В одном неограничивающем варианте заданный уровень такого прогрева определяется достижением ТВГ уровня, составляющего, например, 278°С и соответствующего завершению цикла прогрева камеры 12М сгорания. Альтернативно или дополнительно для определения степени прогрева можно использовать и другие параметры, например временную задержку после достижения окна зажигания или показания измерителя объемного расхода топлива.

    Таким образом, модуль 40 прогрева обеспечивает выполнение цикла прогрева камеры 12М сгорания, что позволяет этой камере достичь нужной температуры и избежать риска срыва пламени, который в известном режиме запуска (см. фиг.4) может иметь место примерно через 23 с (см. фиг.5). Как показано на фиг.5, срыв пламени происходит примерно в то время, когда двигатель-стартер начинает разгонять двигатель после достижения окна зажигания (что является типичным для стандартного режима запуска).

    Модуль 40 прогрева может использоваться только в конкретных вариантах режима запуска, например на больших высотах (более 9 км), чтобы учесть низкую плотность воздуха и низкие температуры. Альтернативно, даже при наземном запуске крайне холодные температуры могут инициировать запуск модуля 40 прогрева. Если на шаге 116 установлено, что разность "текущей ТВГ" и "начальной ТВГ" превышает заданное значение, модуль 40 прогрева может обеспечить соответствующий прогрев. После осуществления необходимого прогрева посредством двигателя 24 стартера создается дополнительный вращающий момент, который обеспечивает раскрутку газотурбинного двигателя 12, но с обеспечением непрерывной работы камеры 12М сгорания (шаг 118). Хотя скорость двигателя, при приложении со стороны двигателя 24 стартера минимального вращающего момента, поддерживается примерно постоянной, она постепенно возрастает по мере постепенного повышения стабильности работы газотурбинного двигателя 12 в связи с нагревом камеры 12М сгорания. Таким образом, даже при приложении минимального вращающего момента двигателем 24 стартера, выходная мощность газотурбинного двигателя 12 увеличивается.

    Должно быть понятно, что хотя модуль 40 прогрева обеспечивает надежный запуск даже в неблагоприятных условиях, его использование приводит к небольшому увеличению длительности запуска. Поэтому может оказаться желательным использовать модуль 40 прогрева только в определенных, сложных условиях запуска двигателя, например на уже упомянутых больших высотах, при низких температурах или при наличии обоих этих условий.

    После выхода из области низких скоростей двигателя в начале запуска двигатель-стартер 24 получает команду приложить максимальный вращающий момент, чтобы быстро разогнать газотурбинный двигатель 12 до самоподдерживающейся (установившейся) рабочей скорости (шаг 120). Когда газотурбинный двигатель достигнет данной скорости, в типичном случае составляющей примерно 50% максимальной управляемой скорости ротора, двигатель-стартер 24 может быть остановлен. После этого газотурбинный двигатель 12 будет продолжать ускоряться до достижения нормальной ("стопроцентной") рабочей скорости, на которой может начаться функционирование генератора. После этого газотурбинный двигатель может быть переведен в режим постоянной скорости.

    Следует отметить, что идентичные или схожие компоненты имеют одно и то же обозначение на различных чертежах. Следует также отметить, что, хотя был описан и проиллюстрирован конкретный вариант изобретения, возможны и другие варианты его осуществления.

    Хотя в описании на чертежах и в прилагаемой формуле изобретения раскрыта определенная последовательность шагов, должно быть понятно, что без выхода за пределы изобретения указанные шаги могут выполняться в любом приемлемом порядке, по отдельности или непрерывно, если порядок их выполнения специально не оговорен.

    Приведенное описание имеет иллюстративный, а не ограничивающий характер. В описании раскрыты различные неограничивающие варианты изобретения; однако специалисту будет понятно, что они допускают модификации, не выходящие за пределы формулы изобретения. Поэтому допустимы различные отклонения от конкретных данных, приведенных в описании, без выхода за границы изобретения, определяемые прилагаемой формулой.

    ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

    1. Способ запуска газотурбинного двигателя, включающий:управление скоростью двигателя-стартера при выполнении операций запуска с целью придания газотурбинному двигателю заданной минимальной скорости;инициирование устройства зажигания для осуществления зажигания; поддерживание заданной минимальной скорости газотурбинного двигателя после осуществления зажигания, пока не будет определено достижение требуемого уровня прогрева камеры сгорания, и повышение скорости двигателя-стартера по достижении требуемого уровня прогрева камеры сгорания, чтобы разогнать газотурбинный двигатель.

    2. Способ по п.1, отличающийся тем, что достижение требуемого уровня прогрева камеры сгорания определяют по достижению заданного повышения температуры выхлопных газов (ТВГ).

    3. Способ по п.1, отличающийся тем, что достижение требуемого уровня прогрева камеры сгорания определяют по достижении заданного значения ТВГ.

    4. Способ по п.3, отличающийся тем, что указанное заданное значение соответствует указанному заданному повышению температуры.

    5. Способ по п.4, отличающийся тем, что указанное заданное повышение температуры составляет около 278°С.

    6. Способ по п.1, отличающийся тем, что достижение требуемого уровня прогрева камеры сгорания определяют по истечении заданного времени после осуществления зажигания.

    7. Способ по п.1, отличающийся тем, что достижение требуемого уровня прогрева камеры сгорания определяют по результатам измерения объемного расхода топлива.

    8. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанную последовательность действий по осуществлению запуска инициируют только при превышении заданной высоты.

    9. Способ по п.8, отличающийся тем, что указанную последовательность действий по осуществлению запуска инициируют только при превышении высоты около 9,1 км.

    10. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанную последовательность действий по осуществлению запуска инициируют только при условии, что окружающая среда имеет температуру ниже заданного значения.

    11. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что повышение скорости двигателя-стартера продолжают до достижения газотурбинным двигателем заданной рабочей скорости.

    www.freepatent.ru

    Теория - особенности работы 2-х и 4-хтактных двигателей - 7 Ноября 2011

    I. Нормальное сгорание топливовоздушной смеси

       Топливо-воздушная смесь сжимается во время хода поршня вверх и в определенный момент, называемый «моментом зажигания», воспламеняется электрической искрой. Существует также термин «опережение зажигания» — величина, измеряемая в градусах поворота коленвала (ПКВ) или в миллиметрах движения поршня и показывающая опережение момента зажигания времени достижения поршнем верхней мертвой точки (ВМТ).     Процесс сгорания начинается в конце такта сжатия, когда поршень, сжимая топливо-воздушную смесь, приближается к ВМТ. В момент зажигания (А) искровой разряд вызывает мгновенный (около 10-5с или одной сотой доли микросекунды) разогрев смеси до температуры более 1000°С в очень малом объеме между электродами свечи, приводящий к термическому разложению, ионизации молекул топлива и кислорода и воспламенению смеси. Возникает очаг горения, насыщенный продуктами сгорания, и поверхность раздела между ним и несгоревшей смесью (фронт пламени). Если объем очага достаточен для прогрева и воспламенения соприкасающихся с ним слоев смеси (это зависит, в основном, от мощности искрового разряда, температуры и давления смеси в конце такта сжатия), то процесс сгорания начинает распространяться по объему камеры сгорания от свечи в сторону еще не сгоревшей смеси со скоростью менее 1 м/с.    Турбулентные потоки, возникающие при наполнении и сжатии смеси, искривляют и разрушают четкие границы фронта пламени: объемы горящих компонентов внедряются в негорящую смесь. Площадь поверхности фронта резко возрастает, а вместе с ней повышается и скорость распространения фронта — до 50-80 м/с. Ускоряющееся движение фронта вызывает все более быстрое воспламенение и сгорание новых порций смеси. В результате температура и давление в камере сгорания резко увеличиваются. Точка С, соответствующая максимуму давления (5…6 МПа), примерно совпадает с моментом достижения фронтом пламени стенок цилиндра. Уменьшение количества смеси и теплоотвод от газов в стенки цилиндра приводят к падению скорости сгорания.    Температура продуктов сгорания, достигнув максимума (более 2000°С) несколько позже, чем давление, начинает падать вместе с началом движения поршня вниз. Процесс сгорания, занявший З0 — 400 ПКВ, закончился. Начинается процесс расширения — такт рабочего хода. Нормальный процесс сгорания характеризуется следующими параметрами: скорость распространения пламени — 50-80 м/с.величина и момент максимального давления — 5-6 МПа, 12…150 после ВМТвеличина и момент максимальной температуры — 2100-2300°С, 25…300 после ВМТ.    На указанные параметры существенное влияние оказывают многие факторы:Конструкция и размеры камеры сгоранияСтепень сжатия;Количество остаточных газовОпережение зажигания;Мощность искрыСкорость вращения коленвала;Температура стенок камеры сгорания;Температура топливовоздушной смеси;Давление топливовоздушной смеси;Качество топливовоздушной смеси;Свойства топлива;Состояние двигателя. .      При выполнении требований по установке, эксплуатации и обслуживания двигателя все параметры будут в норме, и производитель гарантирует нормальный процесс сгорания, т.е. нормальную работу двигателя. Это в идеале, а в реальных условиях эксплуатации получить аномальный процесс сгорания не сложно, учитывая особенности национального  бензиноварения.    Возникает необходимость контролировать сам процесс сгорания. Самый доступный способ — контроль температур: головки цилиндра (ТГЦ) и выхлопных газов (ТВГ). ТГЦ — комплексный параметр. На величину ТГЦ оказывает влияние температура сгорания и эффективность система охлаждения. Инерционность параметра зависит от теплопроводности материала головки. ТВГ — параметр, косвенно характеризующий процесс сгорания топлива. Измерение практически безинерционно. Существенным недостатком данного параметра является неоднозначность и сложность анализа. Для полноценного использования указателя ТВГ как оперативного и диагностического средства контроля необходимо, как минимум, знать нормальные значения ТВГ и влияние на них различных изменений в условиях эксплуатации и отклонений в процессе сгорания.   

    1. Неисправность топливной системы   Под данной неисправностью подразумевается любое нарушение или отказ, вызывающие обеднение или обогащение топливо-воздушной смеси. Количество воздуха (или кислорода), необходимое и достаточное для полного окисления топлива (в СО2 и Н2О), называется теоретически необходимым количеством воздуха (или кислорода).   В среднем для сгорания 1 кг топлива необходимо 14,8 кг воздуха. В действительности эта величина сильно зависит от состава бензина (способа получения) и может колебаться от 13,8 до 15,2. Количество воздуха, при котором происходит сгорание топлива, может отличаться от теоретически необходимого. В этом случае сгорание происходит с избытком или недостатком воздуха. Для оценки соотношения между топливом и воздухом используется коэффициент избытка воздуха альфа - отношение количества располагаемого для сгорания воздуха к теоретически необходимому.   При альфа < 1,0 (недостаток воздуха) сгорание будет неполным. В этом случае смесь называется богатой. При альфа = 1,0 смесь называется теоретической. При альфа > 1,0 (избыток воздуха) смесь называется бедной.

       Многоцилиндровый двигатель может устойчиво работать в диапазоне альфа от 0,5 до 1,15.  У карбюраторных двигателей коэффициент избытка воздуха заключен в пределах 0,70…1,10. Чаще всего двигатели работают на богатой смеси с недостатком воздуха. Объясняется это тем, что двигатель развивает наибольшую мощность при богатой смеси 0,85…0,90. На «взлетном» режиме смесь обогащается до 0,75…0,80 для снижения рабочих температур головок цилиндров и выпускных клапанов. С уменьшением нагрузки (дросселированием) тепловое состояние двигателя становится менее напряженным, что дает возможность перейти на более бедные смеси. Работа на бедной смеси (1,05…1,10) сопровождается падением мощности (на 4…6%) и увеличением экономичности (на 10…15%) по сравнению с работой на составе смеси, соответствующей максимальной мощности двигателя.    У многоцилиндровых двигателей, обычно страдающих неравномерностью распределения топлива по цилиндрам, приходится устанавливать состав смеси по наиболее бедно работающим цилиндрам. В этом случае редко удается обеспечить устойчивую работу при значениях альфа > 1,05 (для всего двигателя).    Работа на бедных смесях возможна только при дросселировании, при мощностях порядка 0,6…0,9 номинальной мощности. На режиме малого газа смесь необходимо обогатить до 0,65…0,70 для обеспечения устойчивой работы и улучшения приемистости. Для надежного запуска холодного двигателя требуется еще большее обогащение смеси до 0,45…0,55.    Оптимальный состав топливо-воздушной смеси на всех режимах работы двигателя должен обеспечивать карбюратор. Шесть систем карбюратора: поплавковая камерапусковая системасистема холостого ходапромежуточная системасистема частичной нагрузкисистема полной нагрузки отвечают за приготовление топливовоздушной смеси на различных режимах работы двигателя.

     Учитывая характеристику карбюратора можно сделать следующие выводы: Небольшое обогащение топливо-воздушной смеси сопровождается уменьшением температуры головки цилиндра и выхлопных газов.Небольшое обеднение топливо-воздушной смеси сопровождается значительным ростом температуры головки цилиндра и выхлопных газов. Наиболее опасно обеднение смеси на режимах 4500…5000 об/мин и 6000…6800 об/мин.Сильное обеднение или обогащение смеси вызывает значительное падение температуры головки цилиндра и выхлопных газов.   Т.к. падает скорость сгорания, максимум давления достигается в более поздний момент, что вызывает жесткую работу двигателя.Сильное обеднение смеси (уменьшение подачи топлива) вызывает снижение мощности, происходит самопроизвольное падение оборотов, как правило до 4500 об/мин (наименьший удельный расход топлива).  Сильное обеднение или обогащение смеси в одном из цилиндров сопровождается повышенными вибрациями, падением температур данного цилиндра, пропусками зажигания и полным отключением цилиндра.

     Основные причины обогащения смеси: загрязнения воздушного фильтра,нарушение регулировки карбюратора (одной или нескольких систем),повышенное давление топлива. Основные причины обеднения смеси: подсос воздуха в топливную систему или впускной патрубок,нарушение регулировки карбюратора (одной или нескольких систем),снижение производительности насоса,засорение элементов топливной системы.

      2. Неисправность системы зажигания    Наиболее распространенная неисправность системы зажигания — пропуски воспламенения. Учитывая зависимость высоковольтного напряжения от оборотов и напряжения пробоя от зазора между электродами , основными причинами этого может быть: увеличенный зазор между электродами.утечка высоковольтного тока (пробои ВВ части системы зажигания, отложения и нагар на свечах, повреждения изолятора).недостаточное напряжение (отказ генератора, датчика, электронного блока).   Т.к. каждую камеру сгорания обслуживают две независимые свечи, то кратковременные пропуски зажигания одной из свечей незаметны ни на слух, ни по ТВГ. Длительные пропуски или отказ одного контура вызывают падение ТВГ, снижение мощности, т.к. сгорание происходит не полностью.

      На некоторых режимах из-за неполноты сгорания топлива создаются условия, при которых в следующем цикле воспламенение невозможно. В работе двигателя возникают перебои (вздрагивания). Опережение зажигания в процессе эксплуатации не меняется и не требует регулировок. Но если регулировка выполнялась, то возможна ошибка в ту или иную сторону.  Раннее зажигание вызывает повышение температуры двигателя из-за увеличения времени и поверхности соприкосновения горячих газов со стенками камеры сгорания. По этой же причине происходит снижение ТВГ.   При раннем зажигании двигатель работает жестко со звонким стуком. Чрезмерно раннее зажигание приводит к падению мощности и может вызвать калильное зажигание и/или детонацию.Позднее зажигание вызывает понижение температуры двигателя, повышение ТВГ, снижение мощности. При позднем зажигании двигатель работает жестко с глухим стуком.   3. Выстрелы (хлопки)    Выстрелы во впускной системе обычно появляются именно тогда, когда топливо-воздушная смесь горит слишком медленно и/или поздно воспламенилась. При этом смесь способна продолжать гореть даже на такте выпуска. А поскольку в любом двигателе существует перекрытие клапанов (продувка), продукты сгорания получают возможность поджечь свежую смесь, начавшую поступать в цилиндр. Тогда быстрое распространение пламени из цилиндра во впускные каналы создает характерный «хлопок» — своеобразный взрыв на впуске. Выстрелы в глушителе связаны с накоплением в нем несгоревшей топливо-воздушной смеси. При работе двигателя с пропусками воспламенения в отдельных цилиндрах и/или неполным сгоранием горючая смесь скапливается и способна воспламениться с характерным «выстрелом», к примеру, при резком открытии дроссельной заслонки.    Выстрелы в глушителе происходят и при недостаточном охлаждении двигателя на режиме малого газа перед выключением. После выключения зажигания коленвал совершает несколько оборотов, и топливо-воздушная смесь попадает в глушитель. Если температура глушителя достаточна для самовоспламенения смеси (415…425°С), то происходит взрыв. 4. Калильное зажигание    Калильное зажигание — это преждевременное самовоспламенение топливо-воздушной смеси от раскаленного вещества, например нагара, образовавшегося в камере сгорания, или от перегретых (более 700…800°С) деталей — свечей зажигания, головки, выпускных клапанов и др. Калильное зажигание нарушает процесс нормального сгорания бензина, имеет непосредственную связь с развитием или возникновением детонации. Сгорание при калильном зажигании по своей физической сущности похоже на нормальное сгорание, но начинается раньше, на большей площади и идет быстрее. Преждевременное воспламенение — саморазвивающийся процесс, поэтому момент самовоспламенения наступает все раньше и раньше. Сильно возрастает давление и температура в камере сгорания, максимумы которых могут достигнуть еще до прихода поршня в ВМТ . Все это вызывает рост нагрузок на детали цилиндро-поршневой группы и коленвала, увеличение шумности работы двигателя, в том числе стуки глухого тона, которые довольно сложно выделить из ряда звуков мотора. Но главное — калильное зажигание приводит к значительному росту тепловых нагрузок на поверхности, образующие камеру сгорания. Как правило, происходит оплавление и/или прогар поршня и оплавление электродов свечи зажигания.При калильном зажигании повышается температура двигателя и падает ТВГ.

     Наиболее вероятные причины возникновения калильного зажигания: применение более горячих свечей,детонация,большое количество нагара,перегрев двигателя,некачественный бензин,сильное дросселирование  вызывает повышение температуры головки (из-за большого количества остаточных газов) и температуры выхлопных газов (из-за уменьшения скорости сгорания). При этом режиме происходит небольшое обеднение смеси, что дополнительно увеличивает рост температур и повышает вероятность возникновения детонации.   

     5. Дизелинг    Дизелинг — самопроизвольная работа двигателя после выключения зажигания. Многие это явление ошибочно называют калильным зажиганием или детонацией. При выключении зажигания частота вращения коленвала падает (*) и увеличивается время цикла сжатия, т.е. время контакта топливовоздушной смеси с горячими деталями. Этого времени достаточно для самовоспламенения. Происходит самовоспламенение смеси, совершается рабочий ход, увеличивается частота вращения коленвала, время цикла сжатия уменьшается. Самовоспламенение становиться невозможным, частота вращения коленвала падает…(повторите чтение абзаца с места, обозначенного (*))…  Дизелинг редко встречается на  двигателях и однозначно указывает на низкое качество бензина, перегрев двигателя и большое количество нагара. Более часто встречается подобная по внешним признакам работа двигателя при обрыве (нарушении контакта) одного из проводов выключения зажигания.  

      6. Детонационное сгорание  Детонационное сгорание — аномальный процесс сгорания, при котором наиболее удаленная часть топливо-воздушной смеси объемно самовоспламеняется с образованием ударных волн. После воспламенения рабочей смеси от искры фронт пламени распространяется по камере сгорания. Давление и температуры в этой части заряда повышаются до 5…6 МПа и 2000…2300°С. Наиболее удаленная от фронта пламени часть смеси нагревается в результате поджатия до температуры, превышающей температуру самовоспламенения. Но при нормальном сгорании самовоспламенение не происходит, т.к. не хватает времени для его развития. Но если создать условия (факторы, влияющие на появление детонации, указаны ниже), то самовоспламенение произойдет с взрывным характером: давление в зоне резко увеличивается до 16 МПа, температура — до 3000…4000°С. Скорость распространения взрывной волны в десятки раз превышает скорость распространения пламени при нормальном сгорании и составляет 1500…2000 м/с. Интенсивность детонации зависит от того, какая часть циклового заряда топлива перейдет во взрывное сгорание, что определяется главным образом химическим строением углеводородов топлива, температурой и давлением газов. Если нормально сгорает 93…95 % рабочей смеси, а детонирует 5…7 %, то наблюдается слабая детонация. Если же со взрывом сгорает 20…25 % циклового заряда, то возникает очень сильная детонация, часто приводящая к аварии.    Детонационные волны многократно ударяются и отражаются от стенок камеры сгорания, вызывая характерный металлический стук, разрушая пристеночный слой газов с пониженной температурой и масляную пленку на стенках цилиндра. Все это способствует повышению теплоотдачи в стенки цилиндра, камеры сгорания, тарелки клапанов, днище поршня, вызывая их перегрев и оплавление; повышенный износ верхней части цилиндра, поломка поршней (межкольцевые перемычки, юбки) и колец, разрушение подшипников. При работе с детонацией происходит отслоение частиц нагара от стенок камеры сгорания и днища поршня.    Типичное разрушение поршня при детонации: верхнее кольцо срезает перемычку, ломает второе кольцо и перемычку под ним, заклинивая маслосъемное кольцо. Увеличение теплоотдачи в стенки камеры сгорания, а также неполнота сгорания топлива вызывают резкое увеличение ТГЦ и падение ТВГ. «Вы увидели темный (черный) выхлоп с зеленоватым оттенком??? Так то была детонация………… Почему „была"? Да потому, что вовремя Вы ее не заметили и теперь алюминий от разрушающегося поршня вылетает через выхлопную трубу. Довести двигатель до состояния столь сильной детонации, к счастью, дано не каждому.» — конец цитаты.

     Детонация как химическое явление.    Основная причина возникновения детонации — образование и накопление в рабочей смеси активных перекисей (кислородсодержащих веществ), которые разлагаются в последней фазе сгорания, выделяют избыточную энергию и вызывают взрывное сгорание топлива. Пероксиды (R — О — О — R) и гидроперекиси (R — О — О -Н) — это первичные продукты окисления углеводородов топлива. Они образуются при прямом присоединении молекулы кислорода к углеводородам. Если присоединение молекулы происходит по С — С связи, получается перекись, а если по С — Н связи, то гидроперекись. При дальнейшем окислении накапливаются альдегиды, органические кислоты, спирты и другие соединения Конечными продуктами являются углекислый газ и вода. Процессы окисления носят цепной характер.   Согласно теории цепных реакций, вместе с образованием конечных продуктов окисления восстанавливаются нестойкие активные соединения, которые вновь разлагаются, выделяют теплоту и становятся новыми очагами реакций окисления. В результате непрерывно повторяющихся реакций появляются цепи с большим числом активных центров, вызывающих самоускорение реакции. В двигателе окисление топлива кислородом воздуха начинается в процессе наполнения и сжатия горючей смеси.    Чем выше степень сжатия, тем больше давление и температура цикла, интенсивнее протекают процессы окисления. Эти процессы еще более энергично продолжаются после воспламенения топлива, особенно в тех порциях рабочей смеси, которые сгорают последними: здесь количество продуктов окисления максимально. Когда концентрация нестойких соединений достигает критического значения для данного вида топлива, происходит взрывное сгорание оставшейся части несгоревшей рабочей смеси. Очевидно, что из многочисленных факторов, препятствующих детонационному сгоранию, наиболее важным является правильный подбор химического состава бензина для данного типа двигателя.    Если бензин обладает малой детонационной стойкостью, то в нем накапливается много перекисных соединений, способных выделять атомарный кислород и вызывать детонацию. У бензинов с высокой детонационной стойкостью концентрация продуктов окисления недостаточна для возникновения детонации. Более того, скорость воспламенения и сгорания высокооктановых бензинов ниже, чем низкооктановых.   Кроме химического состава топлива и конструктивных особенностей двигателя (степень сжатия, форма камеры сгорания, турбулизация заряда, количество и расположение свечей) на возникновение детонации некоторое влияние оказывают и условия эксплуатации: Состав топливо-воздушной смеси. Наибльшая детонация наблюдается при коэффициенте избытка воздуха близком к 0,9. Обогащение смеси (альфа < 0,9) или её обеднение (альфа > 0,9) снижает вероятность детонации из-за недостаточного количества кислорода для образования перекисей и снижения температур сгорания и камеры сгорания.   Распространенным приемом снижения детонации является уменьшение угла опережения зажигания. При этом снижается максимальное давление и скорость нарастания давления, т.е. происходит меньшее поджатие смеси, находящейся перед фронтом пламени.Все факторы повышающие температуру и давление в цилиндре увеличивают склонность к детонации и наоборот.

     Типовые случаи:В карбюраторы подается горячий воздух из под капота в летнее время!!!! Перегрев двигателя из-за недостаточной эффективности системы охлаждения.Нагар на деталях камеры сгорания ухудшает теплоотвод от них и увеличивает степень сжатия. Нагар, как катализатор, ускоряет процесс окисления.Влажный воздух снижает вероятность детонации, т.к. часть тепла затрачивается на испарение воды, а также вследствие некоторого антидетонационного эффекта водяных паров.   Октановое число легких фракций бензина меньше, чем у средних и тяжелых. При резкой приемистости тяжелые фракции поступают в цилиндр с некоторой задержкой, что приводит к появлению детонации. То же касается антидетонационных присадок.Уменьшение нагрузки. Дросселирование связано с увеличением остаточных газов в цилиндре из-за ухудшения продувки, что вызывает уменьшение давления, температуры и скорости сгорания. В результате снижается склонность к детонации. Сильное дросселирование (несоответствие оборотов двигателя положению РУД вызывает повышение температуры головки (из-за большого количества остаточных газов) и температуры выхлопных газов (из-за уменьшения скорости сгорания). При этом режиме происходит небольшое обеднение смеси, что дополнительно увеличивает рост температур и повышает вероятность возникновения детонации.   

     7. Бензин с низким октановым числом или фальсифицированный бензин    Рабочим телом карбюраторного двигателя внутреннего сгорания с принудительным искровым зажиганием является топливо-воздушная смесь, приготовляемая в карбюраторе из топлива и воздуха в заданном соотношении. При снижении октанового числа скорость сгорания топливо-воздушной смеси увеличивается, что вызывает повышение температуры двигателя и снижение температуры выхлопных газов .    Работа двигателя на некачественном (фальсифицированном) или низкооктановом бензине сопровождается ростом температуры двигателя. Температура выхлопных газов, как правило, ниже нормальной, но может быть и выше, в зависимости от базовых компонентов бензина и присадок (добавок) использованных для повышения детонационной стойкости бензина (снижения скорости сгорания топливовоздушной смеси).   

     III. Выводы, литература Процесс сгорания, а значит, и температура выхлопа зависят от многих факторов, начиная от температуры окружающего воздуха и заканчивая объемом поглощенной пищи водителем и/или пассажиром, но не так значительно, чтобы вызвать отказ двигателя.Резкое изменение температуры выхлопа (отклонение от привычных значений) в «полете» возможно из-за неправильного выбора режима или отказа топливной системыРезкое изменение температуры выхлопа (отклонение от привычных значений) после обслуживания двигателя связано, как правило, с тем действием, которое выполнил техник — регулировка карбюратора, снятие-установка агрегата топливной системы, заправка бензином.Наиболее опасные аномалии — детонация и/или калильное зажигание не возникают сразу в обоих цилиндрах, поэтому не допускайте эксплуатацию двигателя с большой разницей температур выхлопа.Опасна не только высокая температура выхлопных газов, но и низкая.

      Процессы сжатия, сгорания и расширения в двухтактных и четырехтактных двигателях не имеют принципиальных отличий, поэтому данный материал применим для обоих типов двигателей.

    Полная статья с диаграммами- ссылка Литература: Пай Д. Р. Двигатели внутреннего сгорания. М., 1940.Теория авиационного двигателя/Под редакцией Е. П. Бугрова. М., 1940.Итинская Н. И. Топливо, масла и технические жидкости. М. 1989.Двигатели внутреннего сгорания/Под редакцией В. Н. Луканина. М., 1995  

    sleds.my1.ru

    низкие цены, в наличии на складе, бесплатная доставка, гарантия 1 год, сервисное обслуживание. ВС, АТИ.

         Измеритель температуры 2ТВГ-3 (2ТВГ3, 2-ТВГ-3, 2ТВГ 3)

        Предназначен для дистанционного измерения средней температуры потока газа турбовинтовых и турбореактивных двигателей, а также температуры под свечами цилиндров поршневых двигателей;

        Рабочий диапазон измерения температур - от +300ºС до +600ºС;

        Погрешность для рабочего диапазона:

         - измеритель - ±8ºС;

         - комплект - ±14ºС.

    Подробнее ...

        Измеритель температуры 2ТВГ-4 (2ТВГ4, 2-ТВГ-4, 2ТВГ 4)

        Предназначен для дистанционного измерения средней температуры потока газа турбовинтовых и турбореактивных двигателей, а также температуры под свечами цилиндров поршневых двигателей;

        Рабочий диапазон измерения температур - от +450ºС до +750ºС;

        Погрешность для рабочего диапазона:

         - измеритель - ±8ºС;

         - комплект - ±16ºС.

    Подробнее ...

        Измеритель температуры 2ТЦТ-47 (2ТЦТ47, 2-ТЦТ-47, 2ТЦТ 47)

        Предназначен для дистанционного измерения средней температуры потока газа турбовинтовых и турбореактивных двигателей, а также температуры под свечами цилиндров поршневых двигателей;

        Рабочий диапазон измерения температур - от +100ºС до +250ºС;

        Погрешность для рабочего диапазона:

         - измеритель - ±5ºС;

         - комплект - ±9ºС.

    Подробнее ...

        Измеритель температуры ИТГ-1 (ИТГ1, ИТГ 1)

        Предназначен для дистанционного измерения средней температуры потока газа турбовинтовых и турбореактивных двигателей, а также температуры под свечами цилиндров поршневых двигателей;

        Рабочий диапазон измерения температур - от +450ºС до +1000ºС;

        Погрешность для рабочего диапазона:

         - измеритель - ±12ºС;

         - комплект - ±17ºС.

    Подробнее ...

        Измеритель температуры ИТГ-1М (ИТГ1М, ИТГ-1-М, ИТГ 1М)

        Предназначен для дистанционного измерения средней температуры потока газа турбовинтовых и турбореактивных двигателей, а также температуры под свечами цилиндров поршневых двигателей;

        Рабочий диапазон измерения температур - от +450ºС до +1000ºС;

        Погрешность для рабочего диапазона:

         - измеритель - ±12ºС;

         - комплект - ±12ºС.

    Подробнее ...

        Измеритель температуры ИТГ-1М1 (ИТГ1М1, ИТГ-1-М1, ИТГ 1М1)

        Предназначен для дистанционного измерения средней температуры потока газа турбовинтовых и турбореактивных двигателей, а также температуры под свечами цилиндров поршневых двигателей;

        Рабочий диапазон измерения температур - от +450ºС до +1000ºС;

        Погрешность для рабочего диапазона:

         - измеритель - ±12ºС;

         - комплект - ±12ºС.

     

    Подробнее ...

        Измеритель температуры ИТГ-2 (ИТГ2, ИТГ 2)

        Предназначен для дистанционного измерения средней температуры потока газа турбовинтовых и турбореактивных двигателей, а также температуры под свечами цилиндров поршневых двигателей;

        Рабочий диапазон измерения температур - от +450ºС до +750ºС;

        Погрешность для рабочего диапазона:

         - измеритель - ±12ºС;

         - комплект - ±17ºС.

    Подробнее ...

        Измеритель температуры ИТГ-3 (ИТГ3, ИТГ 3)

        Предназначен для дистанционного измерения средней температуры потока газа турбовинтовых и турбореактивных двигателей, а также температуры под свечами цилиндров поршневых двигателей;

        Рабочий диапазон измерения температур - от +700ºС до +1100ºС;

        Погрешность для рабочего диапазона:

         - измеритель - ±12ºС;

         - комплект - ±17ºС.

    Подробнее ...

    М-1600/К измеритель температуры предназначен для измерения температуры на судовом оборудовании.

    Диапазон измерения температуры - от 0° С до +100° С.

    Подробнее ...

        Измеритель температуры ТВГ-1 (ТВГ1, ТВГ 1)

        Предназначен для дистанционного измерения средней температуры потока газа турбовинтовых и турбореактивных двигателей, а также температуры под свечами цилиндров поршневых двигателей;

        Рабочий диапазон измерения температур - от +450ºС до +750ºС;

        Погрешность для рабочего диапазона:

         - измеритель - ±7ºС;

         - комплект - ±12ºС.

    Подробнее ...

    zapadpribor.com

    Perkins 4012-46TWG2A (1166 )

     

    Perkins 4012-46TWG2A
    , 1166
    , /1500
    , 45.8
    12, V-
    , 177

    :

    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A.
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • (+) Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A;
    • Perkins 4012-46TWG2A.

    Perkins 4012-46TWG2A

    Perkins

    Z-Power ZP330P

    -

    Wilson P550-3

    Pramac GSW110P

    2010-2017 AllGen .
    AllGen . , , . , , AllGen. . .

    www.allgen.ru

    Расчет котла ТВГ-8М

    Реферат

    Пояснительная записка содержит страниц, таблиц, 21 источников.

    Объект исследования – тягодутьевое оборудование котла ТВГ-8М на Бородинской котельной в г. Запорожье.

    Цель проекта – аэродинамический расчет котла ТВГ-8М.

    Метод исследования – расчетно-графический с использованием стандартных методик.

    Предлагается произвести тепловой и аэродинамические расчеты котла ТВГ-8М и по результатам расчетов установить необходимое тягодутьевое оборудование.

    Проект включает в себя расчет расхода топлива котла, определение объемов воздуха и продуктов сгорания, подсчет энтальпий, расчет геометрических характеристик нагрева котла, тепловой и аэродинамический расчеты котла, а также разработку функциональной схемы автоматического управления котла, расчет выброса вредных веществ в окружающую среду и определение технико-экономических показателей проекта.

    ВОДОГРЕЙНЫЙ КОТЕЛ, ПОВЕРХНОСТИ НАГРЕВА, ТОПКА, КОТЕЛЬНЫЙ ПУЧОК, ЭКОНОМАЙЗЕР, ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ, АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ, КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛООТДАЧИ, ТЕМПЕРАТУРА УХОДЯЩИХ ГАЗОВ, ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ.

    Содержание

    Введение

    1. Принцип работы и описание конструкции водогрейного котла ТВГ 8М

    1.1 Конструкция котла ТВГ-8М

    1.2 Особенности работы котла ТВГ-8М №5 на котельной Бородинского м-на г. Запорожья

    2. Специальная часть

    2.1 Расчет топлива и продуктов сгорания за котлом ТВГ 8М

    2.2 Тепловой баланс котла

    2.3 Расчет теплообмена в поверхностях нагрева

    2.4 Аэродинамический расчет тракта продуктов сгорания

    3. Тепловая автоматика и измерение

    3.1 Техническая характеристика материалов и оборудования

    4. Охрана труда

    4.1 Характеристика котельной и общие вопросы техники безопасности

    4.2 Основные вредности и опасности в котельной

    4.3 Освещение

    4.4 Вентиляция

    4.5 Общие требования пожарной безопасности к оборудованию

    4.6 Загрязнение атмосферы

    4.7 Очистка выбросов от пыли в энергетике

    4.8 Расчет валовых выбросов загрязняющих веществ

    5. Экономика

    5.1 Предварительные замечания к расчетам

    5.2 Расчет заработной платы бригады по монтажу

    5.3 Расчет затрат на электроэнергию

    Заключение

    Список литературы

    Введение

    Основным направлением развития энергетики является централизованная тепловой энергии. План электрификации страны (ГОЭЛРО), основанный на сооружении крупных районных электростанций, предопределил развитие другого типа электростанций, предназначенных для комбинированной выработки энергии.

    Наиболее интенсивно районное теплоснабжение от котельных в городах началось с 1960 года, когда котлостроительными заводами был освоен выпуск водогрейных котлов большой мощности.

    От тепловых сетей получают тепло сотни тысяч жилых и общественных зданий, тысячи промышленных предприятий.

    В быту широко используется теплота низкого и среднего потенциала. На отопление и горячее водоснабжение жилых, общественных и промышленных зданий расходуется большое количество топлива.

    При гигантском росте теплопотребления от районных котельных важное значение принимают вопросы экономии топлива, рациональное сочетание с обеспечением необходимых санитарно-гигиенических условий в жилых домах, общественных и производственных помещениях должно быть тесно увязано с максимальной экономией топливно-энергетических ресурсов.

    Средством экономии топливно-энергетических ресурсов является реконструкция и автоматизация процессов в существующих котельных, снижение потерь тепла в котельных и тепловых сетях.

    1. Принцип работы и описание конструкции водогрейного котла ТВГ 8М

    1.1 Конструкция котла ТВГ-8М

    Одной из наиболее простых конструкций стальных котлов является предложенный Институтом использования газа АН УССР водогрейный котел типа ТВГ производительностью 4,7 и 8,3 МВт (4 и 8 Гкал/ч). Котел состоит из нескольких экранных секций (в том числе с двусторонним освещением) из труб с диаметром 51х2,5 мм, установленных в топочной камере, и оборудован подовыми горелками. За кирпичной перегородкой имеется пучок труб, образующих конвективную поверхность. Вход дымовых газов в пакет этой поверхности сверху, выход – внизу. Продукты сгорания омывают конвективную поверхность, состоящую из труб диаметром 28х2,5 мм, со скоростью 8 м/с. Перегородки между тремя газоходами образованы за счет плавников, приваренных к трубам. Вода из тепловой сети поступает в коллектор конвективной части, проходит через трубы в газоходе и далее последовательно омывает трубы каждого экрана, разделенного для увеличения скоростей на секции. Из секций вода отводится через патрубок, расположенный в верхней части.

    Высокие скорости воды – около 1 м/с получены за счет деления пучка труб конвективного газохода на три части, а каждого экрана – на четыре части. Это привело до увеличения гидравлического сопротивления котла до 4 МПа (4 кгс/см2), что превышает рекомендованное типажом значение.

    Топочная камера котла имеет теплонапряжение 4 кВт/м3 или 235·103 ккал/(м3·ч), число подовых горелок равно числу панелей экранов без одной. Под огневыми каналами для распределения воздуха установлен металлический лист с отверстиями. Вентилятор имеет напор 0,5–1 кПа (50–100 кгс/см2), поскольку к горелкам подводится природный газ среднего давления.

    Значительная скорость дымовых газов и наличие пучка поперечно омываемых труб с большим числом рядов обеспечили необходимость установки дымососа с напором около 1 кПа (100 кгс/см2).

    Котлы ТВГ при испытаниях в эксплуатации подтвердили основные проектные технико-экономические показатели.

    1.2 Особенности работы котла ТВГ-8М №5 на котельной Бородинского м-на г. Запорожья

    1.2.1 Устройство поверхностей нагрева котла ТВГ-8М

    Котел состоит из радиационной и конвективной поверхностей нагрева. Радиационная поверхность нагрева котла состоит из пяти вертикальных топочных экранов, три из которых являются двухсветными, одного топочного, переходящего во фронтовой.

    Вертикальные топочные экраны состоят из двух коллекторов (верхнего и нижнего) Ø 159х6 мм, в которые вварены 40 вертикальных труб Ø 51х2 мм с шагом 75 мм. Высота секции (экрана) в осях коллекторов 3400 мм, расстояние между секциями 740 мм.

    Потолочный экран состоит из 32 труб Ø 51х2 мм (по 8 труб между вертикальными топочными экранами), вваренных в горизонтальные верхний и нижний (фронтовой) коллекторы Ø 159х6 мм. Часть потолочного экрана в верхней части передней степени топки образует фронтовой экран.

    Все коллекторы котла, за исключением верхнего коллектора потолочного экрана, находятся внутри котла. Верхние коллекторы вертикальных топочных экранов имеют перегородки, которые делят экраны на две части (по 20 труб в каждой).

    Для последовательного движения воды каждая часть одного экрана соединена с другим экраном перепускными трубами. Установленными на верхних коллекторах вертикальных экранов.

    Конвективная поверхность состоит из 16 секций. Каждая секция состоит из вертикального стояка-коллектора Ø 57х3 мм. В который вварено 16 Y-образных змеевиков из труб Ø 28х3 мм. Каждый стояк-коллектор разделен 4-я заглушками на пять частей.

    1.2.2 Схема циркуляции воды в котлах ТВГ-8М

    Вода из теплосети поступает параллельно в два нижних коллектора конвективной поверхности, пройдя которые собирается в верхних коллекторах, а из них по ряду потолочно-фронтовых труб направляется в нижний коллектор потолочного экрана.

    Из него по второму ряду потолочно-фронтовых труб вода собирается в верхнем коллекторе потолочного экрана, затем последовательно проходит через левый (со стороны фронта котла) боковой односветный экран, три двухсветных экрана и выходит в контур котельной из верхнего коллектора правого бокового экрана.

    1.2.3 Тягодутьевые устройства котлов ТВГ-8М

    Подача воздуха для горения газа в котле осуществляется дутьевым вентилятором типа Ц-13-50 №5 производительностью 13000 м3/ч и регулируется осевым направляющим аппаратом, установленным перед всасывающим диффузором вентилятора. Направляющий аппарат соединен рычагом с осевым исполнительным механизмом типа М30 регулятора соотношений «газ-воздух» типа Р-25.3.2.

    Управление направляющим аппаратом вентилятора осуществляется автоматически или дистанционно со щита КИПиА котлов.

    Продукты горения поступают из топки в конвективную часть и далее по борову удаляются дымососом типа Д 18 в дымовую трубу, а на котлах ТВГ-4Р дымовые газы из топки котла в конвективную часть котла и через экономойзер выбрасываются дымососом Д-8 в дымовую трубу. Тяга в котле (разряжение) регулируется осевым направляющим аппаратом, установленном перед всасывающим диффузором дымососа, соединенным рычагом с исполнительным механизмом М30 регулятора разряжения Р25.1.2 установленного на щите котла.

    Пуск вентилятора и дымососа следует осуществлять при закрытом направляющем аппарате, чтобы избежать перегрузки двигателя и отключения его электрической защитой. Нагрузку двигателя повышают путем постепенного открывания шибера или направляющего аппарата.

    1.2.4 Воздуховоды, газоходы, дымовая труба

    Под полом котельной, в районе котлов ТВГ-8М установлен общий воздуховод из ж/бетона, выходящий в торец котельной и переходящий в вертикальную шахту. В верхней части вертикальной шахты установлены жалюзи для забора воздуха, подающегося в котел №6. С помещения котельной производится забор воздуха к котлам №1,2,3,4,5.

    Воздуховоды обслуживаемых котлов состоят: из металлического короба, присоединенного к всосу вентилятора и ж/бетонных каналов.

    Подвод воздуха к горелкам осуществляется по ж/бетонному воздухопроводу, проложенному под полом с правой стороны котла и выходящему к фронтальной стенке котла. Воздуховод из фронтальной стенки котла разделен тремя перегородками на четыре отсека. На выходе воздуховода из фундамента, установлены металлические короба с заслонкой на каждую горелку для регулирования количества воздуха, подаваемого на каждую горелку.

    Для удаления продуктов горения из котла служат газоходы, выполненные из ж/бетона, футерированные кирпичем и проходящие под полом котельной. На каждом газоходе, между дымососом и дымовой трубой установлен шибер для отключения борова котла от трубы при ремонтных работах на котле. На газоходе после дымососа устанавливается взрывной клапан, закрытый листовым асбестом и служит для предотвращения разрушения газохода и дымовой трубы при взрыве газовоздушной смеси в котельных установках.

    Для отвода дымовых газов в атмосферу в котельной имеется дымовая труба высотой 30 м, выполненная из красного кирпича.

    Фундамент трубы бетонный, диаметр устья 1,2 м. Труба оборудована металлической лестницей и грозозащитой.

    1.2.5 Насосная группа

    Центробежные насосы состоят из спирального корпуса, крышки корпуса, рабочего колеса, вала, подшипников, муфты сцепления, сальников уплотнения, опорного кронштейна.

    Корпус насоса представляет собой чугунную отливку, внутренняя полость которой выполнена в виде спирали с диффузорным каналом и напорным патрубком. Крышка корпуса – чугунная отливка крепится к корпусу насоса шпильками и является всасывающим патрубком.

    Рабочее колесо – чугунное состоит из двух дисков, соединенных пространственными или цилиндрическими лопатками. Вход жидкости в рабочее колесо осевой. Возникающее во время работы осевое усиление воспринимается подшипниками. Рабочее колесо закрыто на валу с помощью шпонки и гайки. Рабочее колесо имеет одностороннее уплотнение, которое служит для уменьшения утечки жидкости, (циркуляция жидкости вокруг диска) и образуется одним кольцевым выступом на диске рабочего колеса и одним уплотняющим кольцом.

    Вал насоса выполнен из качественной углеродистой стали. На одном конце его насаждено рабочее колесо, на другом – полумуфта. Вал имеет одну внешнюю шарикоподшипниковую опору, с густой смазкой и другую – внутреннюю. В виде бронзовой втулки, запресованной в корпус насоса. Смазка и охлаждение внутренней опоры осуществляется перекачиваемой жидкостью, для чего в корпусе имеется канал, соединяющий рабочую полость насоса с опорной втулкой. Вал насоса вращается против часовой стрелки, если смотреть со стороны привода. Привод осуществляется электродвигателем через упорную муфту.

    Сальниковое уплотнение состоит из камеры, отлитой в одно целое с корпусом насоса, крышки сальника и хлопчатобумажной набивки.

    Опорный кронштейн отлит из чугуна. На нем монтируются все узлы и детали насоса. В самой высокой точке корпуса имеется закрытое пробкой отверстие для выпуска воздуха из корпуса и всасывающего трубопровода при заливке насоса перед пуском. При продолжительных остановках жидкость из насоса выливается через отверстие.

    При включении насоса, электродвигатель начинает вращает рабочее колесо, которое будет выбрасывать находящуюся в нем жидкость к внешнему диску рабочего колеса и в напорный патрубок, создавая разряжение в центре колеса, которое заполняется жидкостью из всасывающегося патрубка. насос нельзя пускать без предварительного осмотра, который должен производится перед каждым пуском.

    При осмотре необходимо проверить:

    а) состояние трубопроводов, опор, систему охлаждения;

    б) наличие масла в корпусе подшипников;

    в) наличие ограждения соединительной муфты и заземление электродвигателя;

    г) наличие заеданий в колесе;

    д) качество набивки сальника;

    е) правильность установки манометров и вакуумметров.

    После проверки исправности насоса, следует открыть запорный орган на всасывающем трубопроводе. Проверить заполнение насоса водой, открыв воздушную пробку, включить электродвигатель и при достижении полного числа оборотов медленно открывать запорный орган на нагнетательном трубопроводе до получения необходимого напора. При непрерывной работе необходимо следить за наличием масла в корпусе подшипников за состоянием сальником (сальник в нормальном состоянии должен слегка пропускать жидкость 15–20 капель 6 минут.), за показанием манометров, за температурой подшипников (она не должна превышать 70оС), работой электродвигателя и т.д., не производить никаких работ на работающем насосе. При остановке насоса необходимо вначале медленно закрыть запорный орган на нагнетательной линии и затем выключить электродвигатель.

    1.2.6 Назначение каждой насосной группы с краткой характеристикой

    Циркуляция воды через котлы и далее в системе отопления осуществляется сетевыми насосами типа 6НДС – 60. Сетевая вода из обратного трубопровода теплосети через грязевик поступает на всос сетевых насосов под давлением 2,5 кг/см2.

    После сетевых насосов вода поступает под давлением 10–11 кг/см2 во входные коллекторы котлов. После котлов нагретая вода поступает в выходной коллектор и далее по подающему трубопроводу к потребителю. Располагающий напор 66–65 м.в.ст.

    Включение и отключение сетевого полюса производится со щита вспомогательного оборудования ключом управления «КУ». При аварийном отключении работающего сетевого насоса автоматически подается импульс на включение резервного насоса. Любой сетевой насос может быть «рабочим» или «резервным». Выбор резервного насоса производится предварительно переключателем ключа блокировки «ПБ» поворотом его в положение «резерв». При кратковременных исчезновениях напряжениях «миганиях» автоматически производится самозапуск работающего сетевого насоса. Для аварийной остановки насоса возле каждого насоса находится выключатель безопасности «ВБ». При включении сетевого насоса в работу ключ переключателя блокировки должен находиться в положении «Рабочий». Поворотом ключ «КУ» по часовой стрелке до упора ввести в работу сетевой насос. Задвижки на нагнетании этого насоса пойдет автоматически на открытие. Загорятся обе сигнальные лампочки. После полного открытия задвижки остается гореть сигнальная «открыто». Предел открытия регулируется отстройкой концевых выключателей. При отключении сетевого насоса ключ «КУ» повернуть в положение «отключено». Задвижка на нагнетании отключенного насоса автоматически идет на «закрытие» по истечении времени самозапуска сетевого насоса 2–2,5 с. Предел закрытия регулируется концевыми выключателями. Для поддержания температуры воды, подаваемой в котлы не ниже 70оС, установлен рециркуляционный насос НКУ-90, включаемый дистанционно со щита вспомогательного оборудования.

    Температура воды на входе в котел поддерживается путем подачи выходящей из котлов воды рециркуляционным насосом в коллектор входа в котлы. Регулировка количества подаваемой воды рециркуляционным насосом на котлы осуществляется регулирующим клапаном Ø 150 мм, установленным после насоса на рециркуляционном трубопроводе. Регулирующий клапан соединен рычагами с исполнительными механизмом регулятора рециркуляции. Управление регулирующим клапаном осуществляется автоматически или дистанционно со щита КИП и вспомогательного оборудования. Для восполнения утечек сетевой воды на тепловых сетях, подпитка оборотной магистрали в котельной осуществляется умягченной деаэрированной водой при помощи подпиточных насосов типа КС-20-50 и типа КС-10-110-4. Давление оборотной магистрали поддерживается автоматически регулятором подпитки типа Р 25–1.2 и исполнительным механизмом в пределах 3,5 кг/см2. При выходе из строя регулятора, регулировка осуществляется вручную задвижкой №506, установленной на запорной линии узла подпитки количество подпиточной воды регистрируется самопишущим электронным прибором. Насосы холодной воды типа 2К – служат для увеличения давления холодной воды, подаваемой на котельную при понижении ее давления в газопроводе.

    Насосная группа состоит из:

    а) насосов рабочей жидкости 2К, служащих для перекачки воды из бака – газоотделителя, через сопло эжектора, который отсасывает выпар из деаэроционной колонки, а тем самым создает разряжение в ней;

    б) насоса взрыхления фильтров типа 2К-9, служащего для подачи воды при взрыхлении фильтров из бака подсоленной воды.

    1.2.7 Водоподготовка и водохимический режим

    Для нужд ХВО используется питьевая вода из городского водопровода. Производительность ХВО – 25 м3/час. Сырая вода поступает от магистрального водопровода Ø 133 мм через ввод на теплообменник холодной (сырой) воды, где нагревается до температуры 40оС и далее поступает на №а – катионовые фильтры.

    Давление газа на котел ОБМ -1 кгс/см2 6

    Давление газа на горелку ОБМ -1 кгс/см2 23

    В п установлен регулятор давления РДУК – 200, предназначенный для понижения давления газа до 0,38 кГц/см2 и поддержания этого давления независимо от количества работающих котлов и нагрузки. Нормы качества воды для котельных города Запорожья приведены в табл. 1.1

    Таблица 1.1 – Нормы качества воды

    № п.п.

    Наименование объекта контроля

    Показатели качества воды

    Температура (оС)

    Содержание растворенного кислорода, мкг/л

    Значение рН

    Свободная СО2, мг/л

    Жесткость общая мкг/л

    Содержание соединений железа, мг/л

    Взвешенные вещества, мг/л

    Содержание хлоридов, мг/л

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    7

    8

    9

    10

    1

    Сетевая вода

    20

    8,3–9,5

    Не допуск

    350

    0,5

    5 не более

    Не более, чем на 30 исх. воды

    2

    Подпиточная вода

    50

    8,3–9,5

    Не допуск

    200

    5 не более

    Не более, чем на 30 исх. воды

    3

    Умягч. вода

    Не допуск

    200

    5 не более

    Не более, чем на 30 исх. воды

    4

    Вода для ГВС

    50

    Т75

    100

    Не допуск

    2. Специальная часть

    2.1 Расчет топлива и продуктов сгорания за котлом ТВГ-8М

    Элементарный состав рабочей массы топлива, %

    Метан СН4=92,8

    Двуокись углерода СО2=0,1

    Этан С2Н6=3,9

    Сероводород Н2S=0

    Пропан С3Н8=1,0

    Кислород О2=0

    Бутан С4Н10=0,4

    Окись углерода СО=0

    Пентан С5Н12=0,3

    Водород Н2=0

    Азот N2=1,5

    Теплота сгорания нижняя сухого газа, МДж/м3

    Qcн=37300

    Объем воздуха, теоретически необходимого для полного сгорания топли – ва, м3/ м3

    Voв=0,0476 [0,5CO+0,5 Н2+1,5 Н2S+Σ (m+n/4)* Cmn – О2] = 0,0476 [0,5*0+0,5*0+1,5*0+(1+4/4)*92,8+(2+6/4)*3,9+(3+8/4)*1+(4+10/4)*0,4+(5+12/4)*0,3) – 0]=9,5724

    Объем продуктов сгорания, которые образовались вовремя сгорания топлива с теоретическим объемом воздуха, м3/ м3

    – теоретический объем азота

    VoN2=0,79 Voв+0,01N2=0,79*9,5724+0,01*1,5=7,5772

    – теоретический объем трехатомных газов

    VoRО2=0,01 (СО2+СО+ Н2S+ Σm CmHn) = 0,01 (0,1+0+0+92,8+2*3,9+3*1+4*0,4+5*0,3)=1,068

    – теоретический объем водяных паров

    VoН2О=0,01 (Н2+ Н2S+Σn/2 CmHn+0,124dг*0,124 dвVoв) = 0,01 (0+0+2*92,8+3*3,9+4*1+5*0,4+6*0,3+0,124*10+0,124*13*9,5724)=2,2177

    Избыток воздуха в конце топки ά m=1,10.

    Для принятой конструкции и компоновки поверхностей нагрева используется присосы воздуха в газоходах:

    – котельный пучок Δ ά к.п.=0,1

    – водяной экономайзер Δ ά в.э.=0,08

    Избытки воздуха в газоходах:

    В конце топки αт=1,1

    Полный объем продуктов сгорания при горении топлива с избытком воздуха, с учетом присосов, м3/ м3

    Voг= VoRО2+ VoN2+ VoН2О+(ά ср-1) Voв

    Объем водяных паров при горении топлива с избытком воздуха, с учетом присосов, м3/ м3

    VН2О= VoН2О+0,0161 (ά ср-1) Voв

    Объемная доля водяных паров

    rh3O = VН2О/ Voг

    Объемная доля трехатомных газов

    rRO2 = VoRО2/ Voг

    Численные значения величин, подсчитанных по приведенным выше формулам, указаны в таблице 2.1

    Таблица 2.1 – Объемные характеристики продуктов сгорания

    Наименование величина и ее обозначение

    Газоходы котла

    топка

    котельный пучок

    водяной экономайзер

    Коэффициент избытка воздуха, ά»

    1,1

    1,2

    1,28

    Средний коэф-нт избытка воздуха в газоходе, άср

    1,1

    1,15

    1,24

    Объем водяных паров в продуктах сгорания, Vh3O,м3/м3

    2,2331

    2,2408

    2,7547

    Полный объем продуктов сгорания, Vг,м3/м3

    11,8355

    12,321

    13,1973

    Объемная доля водяных паров, rh3O

    0,1887

    0,1818

    0,1708

    Объемная доля трехатомных газов, rRO2

    0,0902

    0,0866

    0,0809

    Энтальпия воздуха (МДж/м3) теоретически необходимого для горения топлива, в приделах возможных температур продуктов сгорания, МДж/м3

    Ioв= Voв(cν)в*10-3

    где (cν)в- удельная энтальпия воздуха при соответствующей температуре, кДж/ м3

    Энтальпия газообразных продуктов сгорания при горении с теоретическим объемом воздуха в интервале тех же температур, МДж/м3

    Ioг= [(cν)RO2*VRО2+(cν)N2* VoN2+(cν)h3O* VoН2О]* 10-3

    Численные значения энтальпий, подсчитанных по приведенным выше формулам, указаны в таблице 2.2

    Таблица 2.2 – Энтальпии воздуха и продуктов сгорания в газоходах котла

    ν,°C

    Iво, кДж/кг

    Iго, кДж/кг

    α «т=1,1

    α «к.п.=1,2

    α «эк=1,28

    топка

    котельный пучок

    водяной экономайзер

    100

    1267,424

    966,5408

    200

    2550,1891

    1958,54

    300

    3858,424

    2978,809

    3904,831

    400

    5190,021

    4031,752

    5277,357

    500

    6553,705

    5114,213

    6687,103

    600

    7949,476

    6214,105

    7406,527

    8121,979

    700

    9385,355

    7346,704

    8754,507

    800

    10829,26

    8510,854

    10135,24

    900

    12273,16

    9701,861

    10929,18

    11542,83

    1000

    13757,17

    10905,06

    12280,78

    1100

    15281,28

    1213,42

    13641,54

    1200

    16805,4

    13329,27

    15009,81

    1300

    18329,52

    15840,63

    17673,58

    1400

    19893,74

    16468,8

    18458,17

    1500

    21457,97

    19379,5

    21525,3

    1600

    23022,2

    20836,03

    23138,25

    1700

    24586,42

    22314,26

    24772,91

    1800

    26150,65

    23792,5

    26407,56

    1900

    27754,98

    25273,07

    28048,57

    2000

    29359,32

    26773,01

    29708,96

    2100

    30963,65

    28275,29

    31371,66

    2200

    32567,99

    29777,58

    33034,37

    2.2 Тепловой баланс котла

    Изложенные ниже расчеты, выполнены с целью определения коэффициента полезного действия (КПД) котла и расхода топлива.

    Теплота сгорания единицы объема сухого газа, МДж/м3

    Qcн=37,300

    Подогрев топлива и воздуха вне котельного агрегата не предусмотрен. Отсутствует также форсуночное дутье. Поэтому Qтл=0 Qв.вн.=0 Qф=0.

    Тогда располагаемая теплота, МДж/м3

    Qрр= Qcн+Qтл+ Qв.вн.+ Qф=37,300

    Потери теплоты и коэффициент полезного действия (КПД) котла.

    Температура холодного воздуха, °C

    tх.в.=30

    Энтальпия теоретически необходимого воздуха, кДж/м3

    Ioх.в.= 382,896

    Температура уходящих газов, °C

    νух=152

    Коэффициент избытка воздуха в уходящих газах

    α ух=1,28

    Энтальпия продуктов сгорания при этой температуре (таблица 1.2), МДж/м3

    Iух=1,24499

    Потери теплоты с уходящими газами, %

    q2=[(Iух- α ух* Ioх.в.)/ Qрр]*102=[(1,95854–1,28*0,289)/37,3]* 102=4,55

    Потеря теплоты от химической неполноты сгорания, %

    q3=0,5

    Потеря теплоты от механического недожога, %

    q4=0

    Потеря теплоты поверхностями котла и экономайзера, %

    q5=2,8

    Суммарная потеря теплоты котельным агрегатом, %

    Σ= q2+ q3+ q4+ q5=4,25+0,5+0+2,8=7,85

    Коэффициент полезного действия котельного агрегата, %

    ηк.у.=100- Σ qпот=100–7,55=92,15

    Расход топлива при номинальной тепловой нагрузке.

    Тепловая нагрузка при работе котла в водогрейном режиме, МВт

    Qк=8

    Расчет топлива котла при расчетной нагрузке, м3/с

    В=Qк*100/ Qрр* ηк.у.=8*100/37,3*92,15=0,1725

    Расчетный расход топлива, м3/с

    Вр=В=0,287.

    2.3 Расчет теплообмена в поверхностях нагрева

    2.3.1 Предварительные замечания к расчетам

    Расчет теплообмена выполнен целью получения результатов необходимых для последующего аэродинамического расчета. В основу положена схема движения нагреваемой воды.

    Теплообмен в топке и следующей за ней камере догорания идентичен и осуществляется передачей теплоты излучением газов. На этом основании расчет теплообмена в этих поверхностях выполнен совместно, по суммарным их геометрическим характеристикам с определением температуры продуктов сгорания на входе в котельный пучок.

    Расчет теплообмена в топке и камере догорания изложен в табл. 4.1. из него следует, что принятая как возможная тепловая мощность Q = 8,3 (8 Гкал/ч) может быть реализована, поскольку теплопередачей обеспечивается температура продуктов сгорания в конце топки, не превосходящая допустимой при сжигании топлива.

    В табл. 4.2. приведен расчет теплообмена в котельном пучке. Из него следует, что количество теплоты, необходимое для нагрева воды от t’к = 70оС до t»к = 150оС условиями теплообмена обеспечивается. Расхождение Qб и Qт составляет 0,56%, что значительно меньше допустимого нормами.

    В табл. 4.3. приведен расчет теплообмена в экономайзере. Расчет теплообмена в экономайзере выполнен применительно к условию, что массовая скорость воды в нем будет 730 кг/см2 и соответствующий ей расход Gэк = 6,667 кг/с. При этом температура воды из экономайзера не будет превосходить 80оС. Температура уходящих газов установленная расчетом (tух = 152оС) не отличается от принятой при составлении теплового баланса. Поскольку разница не велика.

    2.3.2 Расчет теплообмена в топке

    Избыток воздуха в конце топки

    Температура воздуха подаваемого в топку, оС

    Энтальпия воздуха при этой температуре, МДж/м3

    Присос воздуха в топку

    Тепло, вносимое в топку воздухом, МДж/ м3

    Потери теплоты от химической неполноты сгорания, %

    Полезное тепловыделение в топке, МДж/м3

    Теоретическая температура, отвечающая полезному тепловыделению, оС

    Температура продуктов сгорания на выходе из топки принимается, оС

    Энтальпия продуктов сгорания при этой температуре, МДж/м3

    Средняя объемная теплоемкость продуктов сгорания, МДж/м3К

    Толщина излучающего газового слоя в топке и в камере сгорания, м

    Давление газов в топке, МПа

    Объемная для водяных паров в продуктах сгорания

    Объемная доля трехатомных газов

    Суммарная объемная доля

    Суммарное парциальное давление трехатомных газов и водяных паров в топке, МПа

    Коэффициент ослабления лучей газами, 1/(м·МПа)

    Степень черноты газового потока

    Соотношение углерода и водорода в составе рабочего топлива

    Коэффициент ослабления лучей сажистыми частицами, 1/(м·МПа)

    Степень светящейся части пламени

    Коэффициент усреднения степени черноты факела

    Эффектная степень черноты факела

    Среднее значение коэффициента тепловой эффективности

    Относительное местоположение максимума температур в топке

    Степень черноты топки

    Параметр температурного поля

    Коэффициент сохранения теплоты

    Эффективная лучевоспринимающая поверхность, м2

    Температура продуктов сгорания на выходе из топки, 0С

    Энтальпия продуктов сгорания при этой температуре, МДж/м3

    Теплота, переданная поверхностям нагрева в топке и в камере догорания, МДж/м3

    Температура воды на входе в радиационные поверхности топки, 0С

    Энтальпия воды при этой температуре, кДж/кг

    Энтальпия воды на выходе из радиационных поверхностей нагрева, кДж/кг

    Температура воды на выходе из радиационных поверхностей нагрева, 0С

    2.3.3 Расчет теплообмена в котельном пучке

    Температура воды на входе в котельный пучок, 0С

    Энтальпия воды при этой температуре, кДж/кг

    Температура воды на выходе из котельного пучка, 0С

    Энтальпия воды при этой температуре, кДж/кг

    Средняя температура воды в котельном пучке, 0С

    Количество теплоты в котельном пучке, МДж/м3

    Температура газов на входе в котельный пучок, 0С

    Энтальпия газов при этой температуре, МДж/ м3

    Присос воздуха в газоходе котельного пучка

    Энтальпия газов на выходе из котельного пучка, МДж/ м3

    Температура продуктов сгорания соответствующая этой энтальпии, 0С

    Температурный напор на входе газов, 0С

    Температурный напор на выходе газов, 0С

    Температурный напор в котельном пучке при противотоке, 0С

    Средняя температура потоков газов, 0С

    Средняя скорость газов в пучке, м/с

    Коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/(м2/К)

    Давление продуктов сгорания, МПа

    Объемная для водяных паров в продуктах сгорания

    Объемная доля трехатомных газов

    Суммарное парциальное давление трехатомных газов и водяных паров в топке, МПа

    Оптическая толщина излучающего газового объема в межтрубном пространстве пучка, м

    Коэффициент ослабления лучей газами, 1/(м·МПа)

    Степень черноты газового потока

    Температура загрязнений на стенках труб котельного пучка, 0С

    Коэффициент теплоотдачи излучением монограммный, Вт/(м2К)

    Коэффициент теплоотдачи излучением в котельном пучке, Вт/(м2К)

    Коэффициент тепловой эффективности

    Коэффициент теплопередачи, Вт/(м2К)

    Количество теплоты, передаваемое в пучке теплопередачей, МДж\м3

    Нетождественность с теплотой баланса, %

    2.3.4 Расчет теплообмена в экономайзере

    Количество теплоты передаваемое в экономайзере, МДж/м3

    Расход воды через экономайзер, кг/с

    Температура воды на входе в экономайзер, 0С

    Энтальпия воды при этой температуре, кДж/кг

    Энтальпия воды на выходе из экономайзера, кДж/кг

    Температура воды при этой энтальпии, 0С

    Температура газов на входе в экономайзер, 0С

    Энтальпия газов при этой температуре, МДж/м3

    Присос воздуха в газоход экономайзера

    Энтальпия газов на выходе из экономайзера, МДж/м3

    Температура газов на выходе из экономайзера, 0С

    Средняя температура газов, 0С

    Температурный напор при входе газов при противотоке, 0С

    Температурный напор на выходе газов при противотоке, 0С

    Температурный напор при противотоке, 0С

    Температурный напор при входе газов при прямотоке, 0С

    Температурный напор на выходе газов при прямотоке, 0С

    Температурный напор при прямотоке

    Скорость газов в экономайзере, м/с

    Коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/(м2·К)

    Коэффициент тепловой эффективности

    Коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·К)

    Количество теплоты, которое может быть передано в экономайзер по условиям теплопередачи, МДж/кг

    Энтальпия воды после смешения потоков воды, кДж/кг

    Температура воды после смешения, 0С

    .

    2.4 Аэродинамический расчет тракта продуктов сгорания

    2.4.1 Предварительные замечания к расчетам

    Аэродинамический расчет газового тракта выполнен с целью проверки возможности использования тягодутьевых установок меньшей мощности, относительно установок, работающих в настоящее время.

    Подача воздуха для горения газа в котле обеспечивается дутьевым вентилятором типа Ц 13–50 №5 производительностью 13000 м3/ч и регулируется осевым направляющим аппаратом, установленным перед всасывающим диффузором вентилятора. Направляющий аппарат соединен рычагом с осевым исполнительным механизмом типа М30 регулятора соотношений «газ-воздух» типа Р 25.3. Продукты горения поступают из топки в конвективную часть и далее по борову удаляются дымососом типа Д 18 в дымовую трубу.

    Расчет выполнен по нормативному методу «Аэродинамический расчет котельных установок». В нем использованы динамические напоры, подсчитанные для воздуха, а в конце суммарный результат пересчитан на газ. В основу положены данные теплового расчета, изложенные в разделе 4 настоящей пояснительной записки.

    Расход топлива при расчетной нагрузке котла, кг/с

    Объем продуктов сгорания на выходе из экономайзера при избытке воздуха в уходящих газах, нм3/кг

    Средняя температура газов в экономайзере, 0С

    Температура продуктов сгорания на выходе из экономайзера, 0С

    Средняя скорость газов в экономайзере, м/с

    Температура газов на выходе из котельного пучка, 0С

    Средняя температура газов в котельном пучке, 0С

    Средняя скорость газов в котельном пучке, м/с

    Разряжение в топке принимается, Па

    Барометрическое давление для данной местности, Па

    Разряжение перед котельным пучком, Па

    Среднее живое сечение котельного пучка, м2

    2.4.2 Расчет сопротивления котельного пучка

    Число рядов по ходу газа в двух ходах котельного пучка

    Относительный поперечный шаг

    Относительный продольный шаг

    Отношение

    Коэффициент сопротивления одного ряда труб коридорного пучка

    Динамическое давление в котельном пучке, Па

    Сопротивление котельного пучка, Па

    Поправочный коэффициент на сопротивление в камере догорания

    Сопротивление котельного пучка с учетом поправочного коэффициента, Па

    2.4.3 Расчет сопротивления участка от котельного пучка до экономайзера

    Входное сечение диффузора, м2

    Выходное сечение диффузора, м2

    Среднее сечение, м2

    Отношение сечений

    Угол раскрытия диффузора

    ,

    Коэффициент полноты удара

    Коэффициент сопротивления выхода

    Коэффициент сопротивления диффузора

    Средняя скорость газов на участке, м/с

    Динамическое давление на рассчитываемом участке, Па

    Сопротивление участка, Па

    2.4.4 Расчет поворотов от входа до выхода газов из экономайзера

    Схема участка приведена на рис. 111. Подсчитываются сопротивления на входе в первую колонку экономайзера, при повороте на 900 из первой во вторую колонку внизу и на выходе из второй колонки.

    Площадь выходного и входного сечения, м2

    Отношение сечений

    Произведение коэффициента, учитывающего влияние стенок, на исходный коэффициент сопротивления поворота

    Поправочный коэффициент к сопротивлению поворотов, зависящий от угла поворота . Поправочный коэффициент к сопротивлению поворотов, зависящий от формы сечения .

    Коэффициент сопротивления поворотов

    Динамическое давление газов на участке, Па

    Сопротивление поворотов, кПа

    2.4.5 Сопротивление в экономайзере

    Диаметр трубы наружный, м

    Шаг ребра, м

    Высота ребра, м

    Средняя толщина ребра, м

    Сторона ребра, м

    Поверхность одного ребра, м2

    Число рядов труб, омываемых трубами

    Длина неоребренной части трубы, м

    Шаг между трубами поперечный, м

    Шаг между трубами продольный, м

    Эквивалентный диаметр сжатого поперечного пучка, м

    Отношение

    Динамическое давление в экономайзере, Па

    Поправка на эквивалентный диаметр

    Поправка на длину неоребренной части

    Поправка на форму коридорного пучка

    Поправка на число рядов

    Сопротивление экономайзера, Па

    2.4.6 Сопротивление участка от экономайзера до колена входного кармана дымососа

    Этот участок имеет ту же конфигурацию и размеры, что и диффузор на выходе их котельного пучка. Поэтому их сопротивления принимаются равными.

    2.4.7 Сопротивление поворота перед входом в дымосос

    Ширина участка, м

    Радиус поворота участка, м

    Отношение

    Произведение коэффициента, учитывающего влияние шороховатости стенок, на исходный коэффициент сопротивления поворота

    Поправочный коэффициент к сопротивлению поворотов, зависящий от угла поворота . Поправочный коэффициент к сопротивлению поворотов, зависящий от формы поворота .

    Коэффициент сопротивления поворота

    Динамическое давление газов на участке, Па

    Сопротивление участка, Па

    2.4.8 Расчет самотяги трубы

    Расстояние от оси горелок до потолка, м

    Участок трубы, на которой развивается самотяга, м

    Самотяга трубы, Па

    Самотяга газового тракта, Па

    Перепад полных давлений в газовом тракте, Па

    2.4.9 Выбор типа дымососа и электродвигателя, обеспечивающего заданный напор и производительность

    Полное сопротивление газового тракта, Па

    Присос воздуха на участке тракта от экономайзера до дымососа принимается .

    Расход газов у дымососов, м3/ч

    Коэффициент запаса дымососа по производительности .

    Коэффициент запаса дымососа по давлению .

    Количество одинаковых параллельно работающих дымососов у одного котла .

    Необходимая расчетная производительность дымососа, м3/ч

    Коэффициент пересчета давления к заводской характеристике

    Необходимое полное расчетное давление, Па

    Каталожное давление

    Потребляемая мощность дымососа, кВт

    Расчетная мощность двигателя, кВт

    Работа котла обеспечивается дымососом типа ДН 10. Привод дымососа осуществляется электрическим двигателем переменного типа А 101–8М, номинальное напряжение его составляет 220/380 В, мощность – 75 кВт, скорость вращения – 750 об/мин.

    3. Тепловая автоматика и измерение

    Автоматика защиты котлов предназначена для мгновенного прекращения подачи газа на горелки котла при нарушении одного из параметров и его световой и звуковой сигнализации. Перечень необходимых приборов и средств автоматизации приведен в табл. 3.1

    Таблица 3.1 – Таблица средств автоматизации

    № пп

    Наименование и техническая характеристика оборудования и материалов

    Тип

    Кол

    1

    2

    3

    4

    1.

    Температура Т=70 оС, обратная сетевая вода перед котлом. Термометр технический ртутный прямой, ГОСТ 2823–73. Длина верхней части 160 мм, нижней – 235 мм. Шкала (0–100) оС

    П 4–1оС 160–253

    1

    2.

    Температура Т=150 оС, прямая сетевая вода после котла. Термометр технический ртутный прямой, ГОСТ 2823–73. Длина верхней части 160 мм, нижней – 235 мм. Шкала (0–200) оС

    П 6–1оС 160–253

    2

    3.

    Температура Т=70 оС подшипников дымососов. Температура Т=70 оС подшипников вентилятора. Термометр технический ртутный прямой, ГОСТ 2823–73. Длина верхней части 160 мм, нижней – 103 мм. Шкала (0–100) оС

    П 4–1оС 160–103

    2

    4.

    Температура Т=150 оС. Мазутопровод к котлу. Термометр технический ртутный прямой, ГОСТ 2823–73. Длина верхней части 160 мм, нижней – 66 мм. Шкала (0–160) оС

    П 5–1оС 160–66

    1

    5.

    Температура Т=70 оС, трубопроводов обратной сетевой воды перед котлом. Термопреобразователь сопротивления платиновый с защитной гильзой. Длина защитной части 200 мм. Предел измерения (-50 ÷ +600) оС

    ТСП 0879

    1

    6.

    Температура Т=70 оС, трубопроводов прямой сетевой воды после котла. Предел измерения (-50 ÷ +600) оС

    ТСП 0879

    1

    7.

    Температура мазута Т=120 оС. Мазутопровод к котлу. Термопреобразователь сопротивления платиновый. Номинальная статическая характеристика 100П. Длина монтажной части 120 мм. Предел измерения (-50 ÷ +600)оС

    ТСП 0879

    1

    8.

    Температура дымовых газов Т=160оС. Газоход после котла. Термопреобразователь сопротивления платиновый. Номинальная статическая характеристика 100П. Длина монтажной части 320 мм. Предел измерения (-50 ÷ +600)оС

    ТСП 0879

    1

    9.

    Мост автоматический следящего уравновешивания для измерений и записи температуры на шести точках измерения. Номинальная статическая характеристика 100П. Скорость продвижения диаграммной ленты 60 мм/ч ТУ 25–1610.001–82. Предел измерения (0–200) оС

    КСМ2–019

    1

    10.

    Температура мазута Т=120 оС. Мазутопровод на котел. Термометр показывающий сигнализирующий газовый. Длина соединительного капилляра – 6 мм. Длина погружения баллона – 200 мм. Предел измерения (0–150) оС

    ТГП 100 ЭК

    1

    11.

    Температура в топке Т= 400 оС. Топочные газы. Термометр показывающий сигнализирующий газовый. Длина соединительного капилляра – 6 мм. Длина погружения баллона – 250 мм. Предел измерения (0–400) оС

    ТГП 100 ЭК

    1

    12.

    Температура Т=70оС подшипников дымососов. Температура Т=70оС подшипников вентилятора. Аппаратура температурной встроенной защиты. В комплект входят:

    1. Температурное реле РТ 230У 1 шт.

    2. Термодатчик ТДП 231У 1 шт.

    Область контролируемых температур (+24÷131)оС. Напряжение питания 220 В. Контролируемая температура срабатывания 60оС

    baza-referat.ru


    Смотрите также