Материал: 2409
штанге форсунки приварен шток 3, выполнен также из немагнитной стали. На конце штока 3 припаяна короткая стальная трубка, расположенная в середине катушек 4. При движении иглы и штанги шток 3 перемещается, изменяя индуктивность катушек 4, что позволяет фиксировать ход иглы.
С |
|
|
бА |
||
Рис. 4.14. Верхняя часть фор- |
Рис. 4.15. Датчик давления съемный (зажимной): |
|
сунки д зеля 16ЧН 26/26 с |
1 – неподвижный корпус датчика; 2 – подвижный |
|
датчикомндукт вного т па корпус датчика; 3 – упругий элемент; 4 – наружный |
||
для записи хода глы: 1 – кор- |
электрод; 5 – внутренний электрод (медная фоль- |
|
пус форсунки; 2 – в нт регул - |
га); |
6 – петля; 7 – трубопровод; 8 – пьезопленка; |
ровочный; 3 – шток; 4 – катуш- |
|
9 – ручка прижимного устройства; |
ки; 5 – корпус датчика; |
|
10 – гнездо датчика |
6 – штуцер |
|
|
Для определения давления |
в трубопроводе возможно применение |
|
|
|
Д |
съемного датчика [8], пьезоэлектрическая пленка 8 которого при помощи специального устройства прижимается к поверхности трубопровода 7
(рис. 4.15).
При деформации трубки высокого давления изменяется сопротивление пьезоэлектрической пленки. Используя усиливающуюИи регистрирующую аппаратуру, фиксируют импульс давления. атчик давления с рычажным креплением выпускает австрийская фирма AVL. Размер внутренней полости датчика должен соответствовать значению наружного диаметра трубопровода (6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 мм).
На рис. 4.16 приведены импульсы давления на входе в форсунку Рф и перемещения иглы распылителя форсунки hи с отметкой времени 0,002 с. Изменение давления записано тензометрическим датчиком (см. рис. 4.9), а перемещение иглы определено индуктивным датчиком, расположенным на выходе из форсунки (см. рис. 4.14).
Число оборотов в минуту (частота вращения) вала насоса дизеля ЯМЗ -238 была равна nн = 600 мин-1, цикловая подача дизельного топли-
51
ва qц = 140 мм3. Форсунка имела распылитель с эффективным проходным сечением 0,3 мм2, давлением начала открытия иглы распылителя
форсунки Рфо = 20 МПа. Продолжительность впрыска топлива φВ составила 9о.
С |
|
|
и |
|
|
бА[nн = 600 мин ; qц = 140 мм ; Рфо = 20 МПа; φВ |
= 9 ] |
|
Рис. 4.16. Осциллограммы изменения давления |
||
перед форсункой Рф и перемещения |
|
|
-1 |
иглы распылителя hи: |
о |
3 |
||
Относительная погрешность датчиков для измерения перемещения |
дви- |
жущихся деталей насоса и форсунки, Да также давления топлива не должна |
пре- |
1.Для какой цели используют датчики давленияИи перемещения?
2.Каков принцип работы тензодатчика, пьезодатчика для измерения давления топлива и датчика индуктивного типа для измерения перемещений деталей?
(клапана насоса, иглы распылителя) топливной аппаратуры
3.Как определяют перемещение иглы распылителя датчиком давления?
4.Почему индуктивный датчик в виде «проставки», расположенный между корпусом распылителя и корпусом форсунки, наиболее точно фиксирует перемещение иглы распылителя?
5.Каким образом датчик давления съемный (зажимной) фиксирует изменения давления топлива в трубопроводе высокого давления?
52
Практическая работа № 5
РАСЧЕТНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОТЫ СГОРАНИЯ ТОПЛИВА
|
5.1. Цели и задача практической работы |
||
С |
|
|
|
|
Цели практической работы: формирование и закрепление знаний по |
||
разделу «Теплота сгоран я жидких и газообразных топлив». |
|||
|
Задача: пр обрести навыки по расчетному определению теплоты |
||
един |
|
||
сгорания топл в. |
|
|
|
|
Теплотой сгоран я называется количество теплоты, выделяющейся |
||
при полном сгоран |
ед ницы массы топлива, а для газообразного топли- |
||
Под низшейспособностьеплотой сгорания (или полезной) понимается количество |
|||
ва – |
цы объёма. Обозначается теплота сгорания символом Q. |
||
|
Разл чают высшую Qо и низшую Qи теплоту сгорания топлива (теп- |
||
лотворную |
). Под высшей теплотой сгорания понимают то |
||
количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании топлива, |
|||
включая теплоту конденсации водяных паров при охлаждении продуктов |
|||
сгорания. |
|
|
|
теплоты, которое выделяется при полном сгорании топлива, но без учета |
|||
теплоты конденсации водяного пара. Величина Qи |
меньше Qо на вели- |
||
|
|
Дж |
|
чину скрытой теплоты парообразования воды. |
|
||
|
Теплота, затраченнаяАна превращение воды в пар, является потерян- |
||
ной, так как температура отработавших газов значительно выше 100 оС и |
|||
часто достигает 400 |
– 600 оС. Пар вместе с продуктами сгорания выбра- |
||
сывается из выхлопной трубы в атмосферу. Можно принять, что на пре- |
||
вращение 1 кг воды в пар затрачивается 2,5 М |
И |
|
ж (2,5 ∙ 106 |
). |
|
При сгорании 1 кг углерода С выделяется 33, 91 М ж |
теплоты, а при |
|
сгорании 1 кг водорода Н выделяется 125,6 М |
ж теплоты. |
|
5.2. Процесс сгорания топлива
Сгорание топлива – это быстрая реакция окисления углеводородов кислородом. При этом образуется вспышка, молекулярные связи разрываются, накопившаяся ранее энергия выделяется в виде теплоты. При сгорании 1 кг топлива выделяется следующее количество теплоты, Дж : бензин – 44·106, дизельное топливо – 42·106, метан – 49,7·106.
53
Стехиометрия (греч. stoicheion – основа, элемент и метрия – измеряю) часть химии, включающая законы количественных соотношений между реагирующими веществами, вывод формул и уравнений химических реакций. В основе стехиометрии лежат законы Авогадро, Гей– Люссака и сохранения массы.
Балансовые уравнения, показывающие исходные и конечные состояния участвующих в реакциях веществ, называют стехиометрическими. Напомним, что атомные и молекулярные массы в граммах химических элементов, участвующих в процессе сгорания топлива, следующие
[1]: Н=1, (Н2=2); О=16, (О2=32); С=12, (С2=24); N=14, (N2=28);
кислородомЧтобы сжечь 4 кг водорода (2 кмоля), необходимо затратить 32 кг (1 кмоль) к слорода. При этом выделяется 36 кг водяного пара. Для сгорания 1 кг водорода тре уется 8 кг кислорода. Выделяется 125,6 МДж те-
S = 32, (S2 = 64).
|
Конечная реакц я сгорания водорода и углерода в результате окисле- |
||
С |
|
|
|
ния |
протекает так [13]: |
|
|
|
2Н2 + О2 = 2Н2О; |
С + О2 = СО2 |
(5.1) |
Чтобы сжечьбА12 кг углерода, необходимо затратить 32 кг кислорода. При этом выделяется 44 кг двуокиси углерода. ля сгорания 1 кг углерода С требуется 8/3 кислорода (2,66). Выделяется 34 М ж теплоты и 3,6 кг
плоты и 9 кг воды (4Н + 32О = 36Н2О или, сокращая левую и правую части уравнения на 4, получим 1Н + 8О = 9 Н2О). У работающего двигателя вода в виде пара выбрасывается в атмосферу.
лоты. Зная процентное содержаниеДуглерода и водорода в топливе, подсчитывают его теплотворную способность.
двуокиси |
углерода СО2 (12С + 32О = 44 СО 2 или, сокращая левую и пра- |
вую части уравнения на 12, получим выражение 1С + 8/3О = 44/12СО 2). |
|
Один кг |
углерода и водорода, сгорая, выделяют 34 и 125,6 МДж теп- |
Горение – это сложный процесс. Факел горящих углеводородов напоминает своеобразный организм, живущий до тех пор, пока в его огнен-
ной оболочке, в которую поступает газифицированноеИтопливо и кислород воздуха, происходит правильный обмен веществ. Даже простейшие газообразные метан, этилен, пары бензина сами по себе не горят, пока не будут преобразованы до простейших составляющих в виде молекул СО и
Н2. При окислении (горении) углеводородная молекула «опускается» на более низкие энергетические уровни и достигает нулевого уровня, когда полностью «разваливается» на углекислый газ СО2 и воду Н2О.
54
Окисление – это реакция взаимодействия молекул углеводородного топлива с молекулами кислорода. Если температура воздуха достигает требуемого значения, то окисление переходит в процесс горения [11].
В жидком топливе имеют место легкие, средние и тяжелые молекулы.
В процессе распыливания топлива легкие фракции уже являются газифи- |
|
цированными и в окружении кислорода воздуха под действием темпера- |
|
С |
|
туры электрической искры (10 000 0С) воспламеняются, образуя началь- |
|
ную зону пламени (бензиновые двигатели). Далее действует принцип цеп- |
|
ной реакц |
. У д зеля топливо должно самостоятельно воспламеняться |
при нагреве его в к слороде воздуха до температуры самовоспламенения |
|
циальных |
|
250 – 300 |
0 . Для надежного пуска и работы дизеля температура в конце |
такта сжат я должна быть не менее 500 – 600 0С. |
|
Теплота сгоран я может ыть определена сжиганием топлива в спе- |
|
|
пр борах, которые называют калориметрами (1 кал = 4,187 Дж), |
а также подсч тана по формулам, если известен состав топлива. |
|
В табл. 5.1 представлены удельные значения теплоты сгорания раз- |
|
личных газовых топл в для 1 м3 и 1 кг при атмосферных условиях |
|
(Р = 736 мм рт. ст. = 0,98 ∙ 105 Н/м2 и Т = 293 К). |
|
5.3. Расчетное определение теплоты сгорания топлив |
|
В расчетных формулах наи олее распространенной является форму- |
|||
ла Д.И. Менделеева, основанная на том, что общая теплота сгорания рав- |
|||
|
Дж |
|
|
на сумме теплоты, полученной от сгорания отдельных элементов, вхо- |
|||
дящих в составбАтоплива. Эта формула для жидких топлив имеет вид [13] |
|||
Qи = [34 С + 125,6 Н – 10,9 (О – S) – 2,5 (9Н + W)] 106 /кг , |
(5.2) |
||
|
И |
||
где С, Н, О, S, W – содержание в рабочей массе топлива углерода, водо- |
|||
рода, кислорода, серы, влаги в процентах (по массе). При изучении топ- |
|||
лив и их состава различают рабочую и сухую (без влаги) массу. Общая |
|||
масса всех составляющих топлива должна быть равна 100%. |
|
||
Например, для бензина |
марки Аи-98 и наличии |
С = 0,85 |
(85%), |
Н = 0,15 (15%), но без присутствия кислорода, серы, |
влаги величина |
||
низшей теплотворности равна |
|
|
|
Qи = [34∙ 0,85 + 125,6∙ 0,15 – 2,5∙ (9∙ 0,15) ] ∙ 106 = |
(5.3) |
||
= (28,9 + 18,84 - 3,37) ∙10 6 |
= 44,37 ∙106 Дж/кг = 44,37 МДж/кг. |
||
55