Onderkoeling in luchtgekoelde condensors. Analyse van gevallen van abnormale hypothermie
-> 13.03.2012 - Onderkoeling in koelunits
Het onderkoelen van het vloeibare koudemiddel na de condensor is een essentiële manier om de koelcapaciteit van een koelinstallatie te vergroten. Een verlaging van de temperatuur van het ondergekoelde koelmiddel met één graad komt overeen met een verhoging van de prestatie van een normaal functionerende koelinstallatie van ongeveer 1% bij hetzelfde energieverbruik. Het effect wordt bereikt door het verminderen van de hoeveelheid damp in het damp-vloeistofmengsel tijdens onderkoeling, het gecondenseerde koelmiddel dat zelfs vanuit de ontvanger aan de verdamperexpansieklep wordt toegevoerd.
In lagetemperatuurkoelsystemen is het gebruik van onderkoeling bijzonder effectief. In hen, onderkoeling van het gecondenseerde koelmiddel tot significante negatieve temperaturen hiermee vergroot u de koelcapaciteit van de installatie met meer dan 1,5 keer.
Afhankelijk van de grootte en het ontwerp van de koelunits kan deze factor op verschillende manieren worden geïmplementeerd in een extra warmtewisselaar die op de vloeistofleiding tussen de ontvanger en de verdamperexpansieklep is geïnstalleerd.
Onderkoeling van het koudemiddel door externe koudebronnen
- in een waterwarmtewisselaar door het gebruik van beschikbare bronnen is zeer koud water
- in luchtwarmtewisselaars tijdens het koude seizoen
- in een extra warmtewisselaar met koude dampen van een externe / hulpkoelunit
Onderkoeling dankzij de interne bronnen van de koeleenheid
- in de warmtewisselaar - onderkoeler vanwege de expansie van een deel van de freon die in het hoofdkoelcircuit circuleert - wordt geïmplementeerd in units met tweetraps compressie en in satellietsystemen, evenals in units met schroef-, zuiger- en scrollcompressoren met tussenliggende zuigpoorten
- in regeneratieve warmtewisselaars met koude dampen die vanuit de hoofdverdamper in de compressor worden gezogen - geïmplementeerd in installaties die werken op koudemiddelen met een lage adiabatische index, voornamelijk HFC (HFC) en HFO (HFO)
Onderkoelsystemen die gebruikmaken van externe koudebronnen worden in de praktijk nog vrij zelden toegepast. Onderkoeling van koudwaterbronnen wordt in de regel gebruikt in warmtepompen - waterverwarmingsinstallaties, evenals in installaties met gemiddelde en hoge temperatuur, waar een bron van koel water in hun directe omgeving is - gebruikte artesische putten, natuurlijke reservoirs voor scheepsinstallaties, enz. . Onderkoeling van externe extra koelmachines wordt uiterst zelden toegepast en alleen in zeer grote industriële koelinstallaties.
Onderkoeling in luchtwarmtewisselaars wordt ook zeer zelden gebruikt, omdat deze optie van koelunits nog weinig begrepen en ongebruikelijk is voor Russische koelspecialisten. Bovendien zijn ontwerpers in de war door seizoensschommelingen in de waarden van het vergroten van de koelcapaciteit van installaties door het gebruik van luchtonderkoelers daarin.
Onderkoelsystemen die gebruikmaken van interne bronnen worden veel gebruikt in moderne koelinstallaties en met bijna alle typen compressoren. In installaties met schroef- en tweetraps zuigercompressoren domineert het gebruik van onderkoeling met vertrouwen, aangezien de mogelijkheid om dampen met een tussendruk te voorzien direct wordt geïmplementeerd in het ontwerp van dit type compressoren.
De belangrijkste taak waarmee fabrikanten van koel- en airconditioningsystemen voor verschillende doeleinden momenteel worden geconfronteerd, is het verhogen van de productiviteit en efficiëntie van hun compressoren en apparatuur voor warmtewisseling. Dit idee heeft zijn relevantie voor de hele tijd van ontwikkeling niet verloren. koelapparatuur vanaf het begin van deze industrie tot op de dag van vandaag. Nu de kosten van energiebronnen, evenals de omvang van de vloot van operationele en zulke indrukwekkende hoogten hebben bereikt, is het verbeteren van de efficiëntie van systemen die koude produceren en verbruiken een urgent wereldwijd probleem geworden. Aangezien dit probleem complex is, moedigt de huidige wetgeving van de meeste Europese landen ontwikkelaars van koelsystemen aan om hun efficiëntie en productiviteit te verbeteren.
vervoerder
Instructies voor installatie, afstelling en onderhoud
ONDERKOELING EN BEREKENING OVERVERHITTING
hypothermie
1. Definitie
condensatie van verzadigde koelmiddeldamp (Tc)
en temperatuur in de vloeistofleiding (Tl):
AAN = Tk Tzh.
Verzamelaar
temperatuur)
3. Meetstappen:
elektronisch naar de vloeistofleiding naast het filter
droogmiddel. Zorg ervoor dat het leidingoppervlak schoon is,
en de thermometer raakt haar stevig aan. Bedek de kolf of
schuimsensor om de thermometer te isoleren
uit de omringende lucht.
lage druk).
druk in de afvoerleiding.
Er moeten metingen worden uitgevoerd wanneer het apparaat
werkt onder optimale ontwerpomstandigheden en ontwikkelt
maximale prestatie.
4. Volgens de druk-naar-temperatuur conversietabel voor R 22
vind de condensatietemperatuur van verzadigde stoom
koelmiddel (TC).
5. Noteer de temperatuur gemeten door de thermometer
op de vloeistoflijn (Tl) en trek deze af van de temperatuur
condensatie. Het resulterende verschil is de waarde
hypothermie.
6. Wanneer het systeem correct is gevuld met koelmiddel
onderkoeling is van 8 tot 11°C.
Als de onderkoeling minder dan 8 ° C bleek te zijn, moet u:
koelmiddel toevoegen, en indien meer dan 11 ° C verwijderen
overtollige freon.
Druk in de persleiding (volgens de sensor):
Condensatietemperatuur (uit de tabel):
Temperatuur vloeistofleiding (door thermometer): 45°C
Onderkoeling (door berekening)
Voeg koelmiddel toe volgens de berekeningsresultaten.
oververhitting
1. Definitie
Onderkoeling is het verschil tussen de temperatuur
aanzuiging (Tw) en verzadigde verdampingstemperatuur
(Ti):
PG = TV Ti.
2. Meetapparatuur
Verzamelaar
Conventionele of elektronische thermometer (met sensor
temperatuur)
Filter- of warmte-isolerend schuim
Druk-naar-temperatuur conversietabel voor R 22.
3. Meetstappen:
1. Plaats de vloeistofthermometerbol of sensor
elektronisch naar de zuigleiding naast
compressor (10 20 cm). Zorg ervoor dat het oppervlak
de pijp is schoon en de thermometer raakt de bovenkant stevig aan
onderdelen, anders is de thermometerwaarde onjuist.
Bedek de kolf of sensor met schuim om hem warm te houden.
Houd de thermometer uit de buurt van de omgevingslucht.
2. Steek het verdeelstuk in de afvoerleiding (sensor
hoge druk) en zuigleiding (sensor
lage druk).
3. Nadat de omstandigheden zijn gestabiliseerd, neemt u op:
druk in de afvoerleiding. Volgens de conversietabel
druk naar temperatuur voor R 22 vind de temperatuur
verzadigde koudemiddelverdamping (Ti).
4. Noteer de temperatuur gemeten door de thermometer
op de zuigleiding (TV) 10-20 cm van de compressor.
Neem wat metingen en bereken
gemiddelde zuigleidingtemperatuur.
5. Trek de verdampingstemperatuur af van de temperatuur
zuigkracht. Het resulterende verschil is de waarde
oververhitting van het koelmiddel.
6. Wanneer? juiste instelling expansieklep
oververhitting is van 4 tot 6°C. Met minder
oververhitting, er komt te veel in de verdamper
koelmiddel, en u moet de klep sluiten (draai de schroef)
met de klok mee). Met meer oververhitting
de verdamper krijgt te weinig koudemiddel, en
u moet de klep iets openen (draai de schroef tegen)
uurwijzer).
4. Voorbeeld van berekening onderkoeling
Druk in de zuigleiding (volgens de sensor):
Verdampingstemperatuur (uit de tabel):
Zuigleidingtemperatuur (door thermometer): 15°C
Oververhitting (door berekening)
Open het expansieventiel volgens:
rekenresultaten (te veel oververhitting).
AANDACHT
OPMERKING
Denk eraan om na het afstellen van het expansieventiel:
vervang het deksel. Alleen oververhitting wijzigen
na het afstellen van de onderkoeling.
airco
Het opladen van de airconditioner met freon kan op verschillende manieren, elk heeft zijn eigen voor-, nadelen en nauwkeurigheid.
De keuze van de methode voor het bijvullen van airconditioners hangt af van het niveau van professionaliteit van de meester, de vereiste nauwkeurigheid en de gebruikte gereedschappen.
Het is ook noodzakelijk om te onthouden dat niet alle koelmiddelen kunnen worden bijgevuld, maar alleen eencomponent (R22) of voorwaardelijk isotroop (R410a).
Multicomponent freons bestaan uit een mengsel van gassen met verschillende fysieke eigenschappen, die bij lekkage ongelijkmatig verdampen en zelfs bij een klein lek verandert hun samenstelling, dus systemen die dergelijke koelmiddelen gebruiken, moeten volledig worden bijgevuld.
De airconditioner massaal met freon vullen
Elke airconditioner is in de fabriek gevuld met een bepaalde hoeveelheid koelmiddel, waarvan de massa is aangegeven in de documentatie voor de airconditioner (ook aangegeven op het typeplaatje), er is ook informatie over de hoeveelheid freon die extra moet worden toegevoegd voor elke meter van de freonroute (meestal 5-15 gr.)
Bij het tanken met deze methode is het noodzakelijk om het koelcircuit volledig te bevrijden van de resterende freon (in een cilinder of ontluchten in de atmosfeer, dit is helemaal niet schadelijk voor het milieu - lees hierover in het artikel over het effect van freon op klimaat) en stofzuig het. Vul vervolgens het systeem met de gespecificeerde hoeveelheid koudemiddel per gewicht of met behulp van de vulcilinder.
De voordelen van deze methode in hoge precisie en voldoende eenvoud van het tanken van de airconditioner. De nadelen zijn onder meer de noodzaak om freon te evacueren en het circuit te evacueren, en de vulcilinder heeft bovendien een beperkt volume van 2 of 4 kilogram en grote afmetingen, waardoor deze voornamelijk in stationaire omstandigheden kan worden gebruikt.
De airconditioner vullen met freon voor onderkoeling
De onderkoelingstemperatuur is het verschil tussen de condensatietemperatuur van freon bepaald door de tabel of manometerschaal (bepaald door de druk afgelezen van de manometer aangesloten op de hogedrukleiding direct op de schaal of volgens de tabel) en de temperatuur aan de uitlaat van de condensor. De onderkoelingstemperatuur moet gewoonlijk tussen 10-12 0 C liggen (de exacte waarde wordt gespecificeerd door de fabrikanten)
De onderkoelingswaarde onder deze waarden duidt op een gebrek aan freon - het heeft geen tijd om voldoende af te koelen. In dit geval moet er worden bijgetankt
Als de onderkoeling zich boven het gespecificeerde bereik bevindt, is er een overmaat aan freon in het systeem en moet deze worden afgetapt voordat deze wordt bereikt. optimale waarden hypothermie.
Je kunt op deze manier vullen met speciale apparaten, die onmiddellijk de hoeveelheid onderkoeling en condensatiedruk bepalen, of het is mogelijk met behulp van afzonderlijke apparaten - een manometrisch spruitstuk en een thermometer.
De voordelen van deze methode zijn onder meer voldoende vulnauwkeurigheid. Maar de nauwkeurigheid van deze methode wordt beïnvloed door de vervuiling van de warmtewisselaar, daarom moet vóór het tanken met deze methode de condensor van de buitenunit worden schoongemaakt (gewassen).
De airconditioner vullen met oververhitting van het koelmiddel
Oververhitting is het verschil tussen de verdampingstemperatuur van het koelmiddel bepaald door de verzadigingsdruk in het koelcircuit en de temperatuur na de verdamper. Het wordt praktisch bepaald door de druk bij de aanzuigklep van de airconditioner en de temperatuur van de aanzuigleiding te meten op een afstand van 15-20 cm van de compressor.
Oververhitting ligt meestal in het bereik van 5-7 0 C (de exacte waarde wordt aangegeven door de fabrikant)
Een afname van oververhitting duidt op een teveel aan freon - het moet worden afgetapt.
Onderkoeling boven normaal duidt op een gebrek koelsysteem moet worden gevuld totdat de vereiste oververhittingswaarde is bereikt.
Deze methode is vrij nauwkeurig en kan sterk worden vereenvoudigd met behulp van speciale instrumenten.
Andere methoden voor het vullen van koelsystemen
Als het systeem een kijkvenster heeft, kan men door de aanwezigheid van bellen het gebrek aan freon beoordelen. In dit geval wordt het koelcircuit gevuld totdat de stroom van bellen verdwijnt, dit moet in porties worden gedaan, na elke wacht tot de druk stabiliseert en de afwezigheid van bellen.
Het is ook mogelijk om onder druk te vullen, waarbij de door de fabrikant gespecificeerde condensatie- en verdampingstemperaturen worden bereikt. De nauwkeurigheid van deze methode hangt af van de reinheid van de condensor en verdamper.
Rijst. 1.21. Sema dendriet
Het mechanisme van kristallisatie van metaalsmelten bij hoge afkoelsnelheden is dus fundamenteel anders in die zin dat in kleine volumes van de smelt, hoge graad hypothermie. Het gevolg hiervan is de ontwikkeling van bulkkristallisatie, die in zuivere metalen homogeen kan zijn. Kristallisatiecentra die groter zijn dan de kritische grootte kunnen verder groeien.
Voor metalen en legeringen is de meest typische vorm van groei dendritisch, voor het eerst beschreven in 1868 door D.K. Tsjernov. Op afb. 1.21 toont een schets van D.K. Chernov, die de structuur van de dendriet uitlegt. Typisch bestaat een dendriet uit een stam (as van de eerste orde), van waaruit takken zich uitstrekken - assen van de tweede en volgende orden. Dendritische groei verloopt in bepaalde kristallografische richtingen met vertakkingen met regelmatige tussenpozen. In structuren met roosters van kubussen op het gezicht en het lichaam, de dendritische groei komt eraan in drie onderling loodrechte richtingen. Experimenteel is vastgesteld dat dendritische groei alleen wordt waargenomen in een onderkoelde smelt. De groeisnelheid wordt bepaald door de mate van onderkoeling. Het probleem van het theoretisch bepalen van de groeisnelheid als functie van de mate van onderkoeling heeft nog geen onderbouwde oplossing gekregen. Op basis van experimentele gegevens wordt aangenomen dat deze afhankelijkheid bij benadering kan worden beschouwd in de vorm V ~ (D Т) 2 .
Veel onderzoekers zijn van mening dat bij een bepaalde kritische graad van onderkoeling een lawine-achtige toename wordt waargenomen van het aantal kristallisatiecentra dat in staat is tot verdere groei. De nucleatie van steeds meer nieuwe kristallen kan dendritische groei onderbreken.
Rijst. 1.22. Structuur transformatie
Volgens de laatste buitenlandse gegevens, met een toename van de mate van onderkoeling en een temperatuurgradiënt vóór het kristallisatiefront, wordt een transformatie van de structuur van een snel stollende legering waargenomen van dendritisch naar gelijkassig, microkristallijn, nanokristallijn en vervolgens naar een amorfe toestand (Fig. 1.22).
1.11.5. Smelt amorfisatie
Op afb. 1.23 illustreert een geïdealiseerd TTT-diagram (Time-Temperature-Transaction), dat de kenmerken van het stollen van gelegeerde metaalsmelten verklaart, afhankelijk van de afkoelsnelheid.
Rijst. 1.23. TTT-diagram: 1 - matige koelsnelheid:
2 – zeer hoge koelsnelheid;
3 - tussenliggende koelsnelheid
Op de verticale as is de temperatuur uitgezet, op de horizontale as de tijd. Boven een bepaalde smelttemperatuur - T P is de vloeibare fase (smelt) stabiel. Beneden deze temperatuur koelt de vloeistof af en wordt onstabiel, omdat het mogelijk wordt voor de kiemvorming en groei van kristallisatiecentra. Bij abrupte afkoeling kan de beweging van atomen in een sterk onderkoelde vloeistof echter stoppen en bij een temperatuur onder T3 zal zich een amorfe vaste fase vormen. Voor veel legeringen ligt de starttemperatuur van amorfisatie - ТЗ in het bereik van 400 tot 500 ºC. De meeste traditionele blokken en gietstukken worden langzaam gekoeld volgens curve 1 in Fig. 1.23. Tijdens het afkoelen verschijnen en groeien kristallisatiecentra, waardoor de kristalstructuur van de legering in vaste toestand wordt gevormd. Bij een zeer hoge afkoelsnelheid (kromme 2) wordt een amorfe vaste fase gevormd. Van belang is ook de tussenliggende koelsnelheid (curve 3). Voor dit geval is een gemengde variant van stollen met de aanwezigheid van zowel kristallijne als amorfe structuren mogelijk. Een dergelijke variant vindt plaats in het geval dat het begonnen kristallisatieproces geen tijd heeft om te voltooien gedurende de tijd van afkoeling tot de temperatuur T 3. De gemengde variant van stollen met de vorming van kleine amorfe deeltjes wordt verklaard door een vereenvoudigd schema weergegeven in afb. 1.24.
Rijst. 1.24. Schema van vorming van kleine amorfe deeltjes
Links van deze figuur bevindt zich een grote druppel smelt met een volume van 7 kristallisatiecentra, die vervolgens kan groeien. In het midden is dezelfde druppel verdeeld in 4 delen, waarvan er één geen kristallisatiecentra bevat. Dit deeltje zal amorf stollen. Rechts in de figuur is het oorspronkelijke deeltje verdeeld in 16 delen, waarvan er 9 amorf worden. Op afb. 1.25. de werkelijke afhankelijkheid van het aantal amorfe deeltjes van een hooggelegeerde nikkellegering van de deeltjesgrootte en de intensiteit van afkoeling in een gasvormig medium (argon, helium) wordt gepresenteerd.
Rijst. 1.25. Afhankelijkheid van het aantal amorfe deeltjes van nikkellegeringen
deeltjesgrootte en koelintensiteit in een gasvormig medium
De overgang van een metaalsmelt naar een amorfe, of zoals het ook wordt genoemd, een glasachtige toestand is complex proces en hangt van veel factoren af. In principe kunnen alle stoffen in amorfe toestand worden verkregen, maar zuivere metalen vereisen dergelijke hoge snelheden koeling, die nog niet kan worden geleverd door modern technische middelen. Tegelijkertijd stollen hooggelegeerde legeringen, waaronder eutectische legeringen van metalen met metalloïden (B, C, Si, P) in de amorfe toestand bij lagere koelsnelheden. In tafel. 1.9 toont de kritische koelsnelheden tijdens de amorfisatie van nikkelsmelten en sommige legeringen.
Tabel 1.9
In de condensor gaat het door de compressor samengeperste gasvormige koelmiddel in vloeibare toestand (condenseert). Afhankelijk van arbeidsomstandigheden koelcircuit koelmiddeldampen kunnen geheel of gedeeltelijk condenseren. Voor een goede werking van het koelcircuit is volledige condensatie van de koelmiddeldampen in de condensor noodzakelijk. Het condensatieproces vindt plaats bij een constante temperatuur, de condensatietemperatuur.
Onderkoeling van koudemiddel is het verschil tussen de condensatietemperatuur en de temperatuur van het koudemiddel dat de condensor verlaat. Zolang er tenminste één gasmolecuul in het mengsel van gasvormig en vloeibaar koudemiddel zit, zal de temperatuur van het mengsel gelijk zijn aan de condensatietemperatuur. Daarom, als de temperatuur van het mengsel aan de uitlaat van de condensor gelijk is aan de condensatietemperatuur, bevat het koelmiddelmengsel damp en als de temperatuur van het koelmiddel aan de uitlaat van de condensor lager is dan de condensatietemperatuur, dan geeft dit duidelijk aan dat het koelmiddel volledig in vloeibare toestand is geraakt.
Oververhitting van koelmiddel is het verschil tussen de temperatuur van het koelmiddel dat de verdamper verlaat en het kookpunt van het koelmiddel in de verdamper.
Waarom is het nodig om de dampen van het koudemiddel dat al is weggekookt te oververhitten? Het doel hiervan is ervoor te zorgen dat al het koelmiddel gegarandeerd in een gasvormige toestand gaat. De aanwezigheid van een vloeibare fase in het koelmiddel dat de compressor binnenkomt, kan leiden tot waterslag en beschadiging van de compressor. En aangezien het koelmiddel kookt bij een constante temperatuur, kunnen we niet zeggen dat het hele koelmiddel is weggekookt totdat de temperatuur het kookpunt overschrijdt.
Bij verbrandingsmotoren heeft men te maken met het fenomeen torsietrillingen assen. Als deze fluctuaties de sterkte van de krukas in het werkbereik van de assnelheid bedreigen, worden antivibrators en dempers gebruikt. Ze worden aan het vrije uiteinde van de krukas geplaatst, d.w.z. daar waar de grootste torsiekrachten optreden.
fluctuaties.
externe krachten zorgen ervoor dat de dieselkrukas torsietrillingen uitvoert
Deze krachten zijn de gasdruk en de traagheidskrachten van het drijfstang-krukmechanisme, onder de variabele werking waarvan een continu veranderend koppel wordt gecreëerd. Onder invloed van ongelijk koppel worden delen van de krukas vervormd: ze draaien en ontspannen. Met andere woorden, er treden torsietrillingen op in de krukas. De complexe afhankelijkheid van koppel van de rotatiehoek van de krukas kan worden weergegeven als een som van sinusvormige (harmonische) krommen met verschillende amplitudes en frequenties. Bij een bepaalde rotatiefrequentie van de krukas kan de frequentie van de verstorende kracht, in dit geval elke component van het koppel, samenvallen met de frequentie van de natuurlijke trillingen van de as, dwz er zal een resonantieverschijnsel optreden waarbij de amplitudes van de torsietrillingen van de as kunnen zo groot worden dat de as kan bezwijken.
Elimineren resonantiefenomeen in moderne dieselmotoren, van toepassing: speciale apparaten- antivibratoren. Een van de typen van een dergelijk apparaat, de slinger-antivibrator, is wijdverbreid. Op het moment dat de beweging van het vliegwiel tijdens elk van zijn oscillaties wordt versneld, zal de belasting van de antivibrator, volgens de traagheidswet, de neiging hebben om zijn beweging met dezelfde snelheid te handhaven, dwz hij zal achterblijven onder een bepaalde hoek vanaf het gedeelte van de as waaraan de antivibrator is bevestigd (positie II) . De belasting (of liever: de traagheidskracht) zal als het ware de as "vertragen". Wanneer hoeksnelheid vliegwiel (as) tijdens dezelfde oscillatie zal beginnen af te nemen, de belasting, die voldoet aan de traagheidswet, zal de neiging hebben om de as mee te "trekken" (positie III),
De traagheidskrachten van de opgehangen last tijdens elke oscillatie zullen dus periodiek op de as inwerken in de richting tegengesteld aan de versnelling of vertraging van de as, en daardoor de frequentie van zijn natuurlijke oscillaties veranderen.
Siliconen dempers. De demper bestaat uit een afgedichte behuizing, waarbinnen een vliegwiel (massa) is geplaatst. Het vliegwiel kan vrij roteren ten opzichte van het huis dat op het uiteinde van de krukas is gemonteerd. De ruimte tussen de behuizing en het vliegwiel is gevuld met siliconenvloeistof met een hoge viscositeit. Wanneer de krukas gelijkmatig ronddraait, krijgt het vliegwiel door de wrijvingskrachten in de vloeistof dezelfde rotatiefrequentie (snelheid) die gelijk is aan die van de as. En als er torsietrillingen zijn van de krukas? Vervolgens wordt hun energie overgebracht naar de behuizing en geabsorbeerd door de viskeuze wrijvingskrachten die ontstaan tussen de behuizing en de traagheidsmassa van het vliegwiel.
Modi van lage omwentelingen en belastingen. De overgang van de hoofdmotoren naar modi met lage snelheid, evenals de overgang van hulpmotoren naar modi met lage belasting, gaat gepaard met een aanzienlijke vermindering van de brandstoftoevoer naar de cilinders en een toename van overtollige lucht. Tegelijkertijd worden de luchtparameters aan het einde van de compressie verminderd. De verandering in pc en Tc is vooral merkbaar bij motoren met gasturbine-oplading, omdat de gasturbinecompressor praktisch niet werkt bij lage belasting en de motor automatisch overschakelt naar de bedrijfsmodus zonder overvulling. Kleine hoeveelheden brandende brandstof en een grote overmaat aan lucht verlagen de temperatuur in de verbrandingskamer.
Omdat lage temperaturen cyclus verloopt het brandstofverbrandingsproces traag, langzaam, een deel van de brandstof heeft geen tijd om te verbranden en stroomt langs de cilinderwanden naar het carter of wordt met de uitlaatgassen meegevoerd naar het uitlaatsysteem.
De verslechtering van de brandstofverbranding wordt ook vergemakkelijkt door een slechte vermenging van brandstof met lucht, als gevolg van een afname van de brandstofinjectiedruk met een afname van de belasting en een afname van de snelheid. Ongelijkmatige en onstabiele brandstofinjectie, evenals lage temperaturen in de cilinders, veroorzaken een onstabiele werking van de motor, vaak gepaard gaande met misfires en meer rook.
Vooral bij het gebruik van zware brandstoffen in motoren verloopt de koolstofvorming intensief. Bij lage belasting, vanwege slechte verneveling en relatief lage temperaturen in de cilinder, branden druppels zware brandstof niet volledig op. Wanneer de druppel wordt verwarmd, verdampen de lichte fracties geleidelijk en branden ze, en alleen de zware hoogkokende fracties blijven in de kern, die zijn gebaseerd op Aromatische koolwaterstoffen met de sterkste binding tussen atomen. Daarom leidt hun oxidatie tot de vorming van tussenproducten - asfaltenen en harsen, die zeer plakkerig zijn en stevig kunnen worden gehecht aan metalen oppervlakken.
Als gevolg van de bovengenoemde omstandigheden treedt bij langdurig gebruik van motoren bij lage toerentallen en belastingen een intensieve verontreiniging van de cilinders en in het bijzonder het uitlaatkanaal op met producten van onvolledige verbranding van brandstof en olie. De uitlaatkanalen van de deksels van de werkende cilinders en de uitlaatpijpen zijn bedekt met een dichte laag asfalt-teerstoffen en cokes, waardoor hun stroomgebied vaak met 50-70% wordt verminderd. In de uitlaatpijp bereikt de dikte van de roetlaag 10-20 mm. Deze afzettingen, wanneer de belasting van de motor wordt verhoogd, ontbranden periodiek, waardoor een brand in het uitlaatsysteem ontstaat. Alle olieachtige afzettingen branden op en tijdens de verbranding gevormde droge kooldioxide wordt in de atmosfeer geblazen.
Formuleringen van de tweede wet van de thermodynamica.
voor het bestaan warmte motor Er zijn 2 bronnen nodig - een hete bron en een koude bron (omgeving). Als een warmtemotor maar uit één bron werkt, dan wordt het een perpetuum mobile van de 2e soort genoemd.
1 formulering (Ostwald):
"Een perpetuum mobile van de 2e soort is onmogelijk."
Een perpetuum mobile van de 1e soort is een warmtemotor met L>Q1, waarbij Q1 de toegevoerde warmte is. De eerste wet van de thermodynamica "staat" de mogelijkheid toe om een warmtemotor te creëren die de toegevoerde warmte Q1 volledig omzet in werk L, d.w.z. L = Q1. De tweede wet legt strengere beperkingen op en stelt dat het werk minder moet zijn dan de toegevoerde warmte (L
"Warmte kan niet spontaan van een kouder lichaam naar een heter lichaam gaan."
Voor de werking van een warmtemotor zijn 2 bronnen nodig - warm en koud. 3e formulering (Carnot):
"Waar een temperatuurverschil is, kan gewerkt worden."
Al deze formuleringen zijn met elkaar verbonden, van de ene formulering is het mogelijk een andere te verkrijgen.
Indicator efficiëntie hangt af van: compressieverhouding, overmaat luchtverhouding, ontwerp van de verbrandingskamer, voortgangshoek, snelheid, brandstofinjectieduur, vernevelingskwaliteit en mengselvorming.
De indicatorefficiëntie verhogen(door het verbrandingsproces te verbeteren en de brandstofwarmteverliezen in de compressie- en expansieprocessen te verminderen)
????????????????????????????????????
Moderne motoren worden gekenmerkt door een hoge thermische spanning van de CPG, vanwege het forceren van hun werkproces. Dit vereist technisch competente zorg voor het koelsysteem. De vereiste warmteafvoer van de verwarmde oppervlakken van de motor kan worden bereikt door ofwel het verschil in watertemperatuur T = T in.out - T in.in te vergroten, ofwel door het verbruik ervan te verhogen. De meeste dieselbedrijven adviseren voor MOD T \u003d 5 - 7 gr.C, voor SOD en WOD t \u003d 10 - 20 gr.S. De beperking van het watertemperatuurverschil wordt veroorzaakt door de wens om de minimale temperatuurspanningen van de cilinders en bussen langs hun hoogte te handhaven. De intensivering van de warmteoverdracht wordt uitgevoerd vanwege de hoge snelheden van waterbeweging.
Bij koeling met buitenboordwater is de maximale temperatuur 50 gr.С. Alleen gesloten koelsystemen kunnen profiteren van koeling op hoge temperatuur. Met een stijging van de temperatuur-ry cool. water, wrijvingsverliezen in de zuigergroep nemen af en de eff. het vermogen en de efficiëntie van de motor, met een toename van Tv, neemt de temperatuurgradiënt over de dikte van de bus af en nemen ook thermische spanningen af. Met een daling van de temperatuur-ry cool. water, neemt de chemische corrosie toe door condensatie op de cilinder van zwavelzuur, vooral bij verbranding van zwavelhoudende brandstoffen. Er is echter een beperking van de watertemperatuur vanwege de beperking van de temperatuur van de cilinderspiegel (180 graden C) en de verdere toename ervan kan leiden tot een schending van de sterkte van de oliefilm, het verdwijnen ervan en het verschijnen van droge wrijving. Daarom beperken de meeste bedrijven de temperatuur tot 50-60 gr. C en alleen bij verbranding van hoogzwavelige brandstoffen is 70 -75 gr toegestaan. VAN.
Warmteoverdrachtscoëfficiënt- een eenheid die de passage aanduidt van een warmtestroom met een vermogen van 1 W door een bouwconstructie-element met een oppervlakte van 1 m2 bij een temperatuurverschil van 1 Kelvin W / (m2K) tussen de buiten- en binnenlucht.
De definitie van de warmteoverdrachtscoëfficiënt is als volgt: het energieverlies per vierkante meter oppervlak bij het temperatuurverschil tussen buiten en binnen. Deze definitie omvat de relatie van watt, vierkante meter en Kelvin W/(m2K).
Om warmtewisselaars te berekenen, wordt de kinetische vergelijking veel gebruikt, die de relatie uitdrukt tussen de warmteflux Q en het warmteoverdrachtsoppervlak F, genaamd de basisvergelijking voor warmteoverdracht: Q = KF∆tсрτ, waarbij К – kinetische coëfficiënt (warmteoverdrachtscoëfficiënt die de snelheid van warmteoverdracht kenmerkt; ∆tср – gemiddelde drijvende kracht of gemiddeld temperatuurverschil tussen warmtedragers (gemiddeld temperatuurverschil) over het warmteoverdrachtsoppervlak; τ – tijd.
De grootste moeilijkheid is de berekening warmteoverdrachtscoëfficiënt K karakteriseren van de snelheid van het warmteoverdrachtsproces waarbij alle drie soorten warmteoverdracht betrokken zijn. De fysieke betekenis van de warmteoverdrachtscoëfficiënt volgt uit de vergelijking (); zijn afmetingen:
Op afb. 244 OB = R is de straal van de kruk en AB=L is de lengte van de drijfstang. Laten we aangeven dat de verhouding L0 = L/ R- de relatieve lengte van de drijfstang wordt genoemd, voor scheepsdieselmotoren ligt deze in het bereik van 3,5-4,5.
in de theorie van KShM wordt echter DE OMKEERWAARDE = R / L GEBRUIKT
De afstand tussen de as van de zuigerpen en de as van de as bij het draaien over een hoek a
AO \u003d AD + DO \u003d LcosB + Rcosa
Als de zuiger erin zit m.t., dan is deze afstand gelijk aan L+R.
Daarom zal de baan die de zuiger aflegt wanneer de kruk over een hoek a wordt gedraaid, gelijk zijn aan x=L+R-AO.
Door wiskundige berekeningen verkrijgen we de formule voor het pistonpad
X = R ( 1-cosa +1/ λ(1-cosB) ) (1)
gemiddelde snelheid zuiger Vm samen met de rotatiesnelheid is een indicator van de snelheid van de motor. Het wordt bepaald door de formule Vm = Sn/30, waarbij S de zuigerslag is, m; n - snelheid, min-1. Aangenomen wordt dat voor MOD vm = 4-6 m/s, voor SOD vm = 6s-9 m/s en voor VOD vm > 9 m/s. Hoe hoger vm, hoe groter de dynamische spanningen in de motoronderdelen en hoe groter de kans op slijtage - voornamelijk de cilinder-zuigergroep (CPG). Op dit moment heeft de vm-parameter een bepaalde limiet bereikt (15-18,5 m/s), vanwege de sterkte van materialen die worden gebruikt in de motorbouw, vooral omdat de dynamische spanning van de CPG evenredig is met het kwadraat van de vm-waarde. Dus met een 3-voudige toename van vm, zullen de spanningen in de onderdelen 9 keer toenemen, wat een overeenkomstige toename van de sterkte-eigenschappen van de materialen die worden gebruikt om CPG-onderdelen te vervaardigen, vereist.
Het gemiddelde zuigertoerental wordt altijd aangegeven in het fabriekspaspoort (certificaat) van de motor.
De werkelijke snelheid van de zuiger, d.w.z. de snelheid op een bepaald moment (in m / s), wordt gedefinieerd als de eerste afgeleide van het pad ten opzichte van de tijd. Vervang in formule (2) a= ω t, waarbij ω de asrotatiefrequentie in rad/sec is, t de tijd in sec. Na wiskundige transformaties verkrijgen we de formule voor de zuigersnelheid:
C=Rω(sina+0.5λsin2a) (3)
waarbij R de krukstraal vm\ is
ω - hoekfrequentie van rotatie van de krukas in rad / s;
a - draaihoek van de krukas vgrad;
λ= R / L-verhouding van krukradius tot drijfstanglengte;
Co - omtreksnelheid van het midden, krukhals vm / s;
L - lengte drijfstang vm.
Bij een oneindige lengte van de drijfstang (L=∞ en λ =0), is de zuigersnelheid
Door formule (1) op een vergelijkbare manier te differentiëren, verkrijgen we:
C \u003d Rω sin (a + B) / cosB (4)
De waarden van de functie sin(a + B) zijn ontleend aan de tabellen in naslagwerken en handleidingen, afhankelijk van ta en λ.
Uiteraard zal de maximale waarde van de zuigersnelheid bij L=∞ a=90° en a=270° zijn:
Cmax= Rω sin a.. Aangezien Co= πRn/30 en Cm=Sn/30=2Rn/30=Rn/15 dan
Co/Cm= πRn15/Rn30=π/2=1,57 vandaar Co=1,57 Cm
Daarom zal de maximale snelheid van de zuiger gelijk zijn. Cmax = 1,57 Art.
We stellen de snelheidsvergelijking voor in de vorm
С = Rωsin a +1/2λ Rωsin2a.
Grafisch worden beide termen aan de rechterkant van deze vergelijking weergegeven als sinusoïden. De eerste term Rωsin a , die de zuigersnelheid voorstelt bij een oneindige lengte van de drijfstang, wordt voorgesteld door een eerste-orde sinusoïde, en de tweede term 1/2λ Rωsin2a - correctie voor de invloed van de eindige lengte van de drijfstang - een tweede-orde sinusoïde.
door de aangegeven sinusoïden te construeren en ze algebraïsch op te tellen, verkrijgen we een snelheidsgrafiek, rekening houdend met de indirecte invloed van de drijfstang.
Op afb. 247 worden getoond: 1 - kromme Rωsin a,
2 - kromme 1/2λ Rωsin2a
3 - bocht C.
Onder de operationele eigenschappen begrijpt u de objectieve kenmerken van de brandstof, die verschijnen tijdens het gebruik ervan in een motor of eenheid. Het verbrandingsproces is het belangrijkste en bepaalt de operationele eigenschappen. Het proces van brandstofverbranding wordt natuurlijk voorafgegaan door de processen van verdamping, ontsteking en vele andere. De aard van het brandstofgedrag in elk van deze processen is de essentie van de belangrijkste operationele eigenschappen van brandstoffen. De volgende prestatie-eigenschappen van brandstoffen worden momenteel geëvalueerd.
Vluchtigheid kenmerkt het vermogen van een brandstof om van vloeistof in damp te veranderen. Deze eigenschap wordt gevormd door indicatoren van brandstofkwaliteit zoals fractionele samenstelling, verzadigde dampdruk bij verschillende temperaturen, oppervlaktespanning en andere. Verdamping is belangrijk bij de brandstofkeuze en bepaalt in hoge mate de technische, economische en operationele kenmerken van motoren.
Ontvlambaarheid kenmerkt de kenmerken van het proces van ontsteking van mengsels van brandstofdampen met lucht. De beoordeling van deze eigenschap is gebaseerd op kwaliteitsindicatoren zoals de temperatuur- en concentratiegrenzen van ontstekings-, vlam- en zelfontbrandingstemperaturen, enz. De brandbaarheidsindex van de brandstof is van even groot belang als de brandbaarheid; In wat volgt, worden deze twee eigenschappen samen beschouwd.
Brandbaarheid bepaalt de efficiëntie van het verbrandingsproces van lucht-brandstofmengsels in de verbrandingskamers van motoren en verbrandingsapparaten.
Verpompbaarheid kenmerkt het gedrag van brandstof bij het pompen door pijpleidingen en brandstofsystemen, evenals bij het filteren. Deze eigenschap bepaalt de ononderbroken toevoer van brandstof naar de motor bij verschillende bedrijfstemperaturen. De verpompbaarheid van brandstoffen wordt beoordeeld aan de hand van viscositeit-temperatuureigenschappen, troebelheid en vloeipunten,ur, watergehalte, mechanische onzuiverheden, enz.
De neiging om afzettingen te vormen is het vermogen van een brandstof om verschillende soorten afzettingen te vormen in verbrandingskamers, in brandstofsystemen, op inlaat- en uitlaatkleppen. De beoordeling van deze eigenschap is gebaseerd op indicatoren als asgehalte, verkooksingscapaciteit, gehalte aan teerachtige stoffen, onverzadigde koolwaterstoffen, etc.
Corrosiviteit en compatibiliteit met niet-metalen materialen kenmerkt het vermogen van een brandstof om corrosieschade aan metalen, zwelling, vernietiging of verandering in de eigenschappen van rubberen afdichtingen, afdichtingsmiddelen en andere materialen te veroorzaken. Deze prestatie-eigenschap biedt: kwantificering gehalte aan bijtende stoffen in de brandstof, het testen van de weerstand van verschillende metalen, rubbers en afdichtingsmiddelen in contact met brandstof.
Het beschermend vermogen is het vermogen van de brandstof om de materialen van motoren en assemblages te beschermen tegen corrosie wanneer ze in contact komen met een agressieve omgeving in de aanwezigheid van brandstof en, ten eerste, het vermogen van de brandstof om metalen te beschermen tegen corrosie. elektrochemische corrosie bij contact met water. Deze eigenschap is geëvalueerd speciale methoden, die voorziet in de impact van gewoon, zee- en regenwater op metalen in aanwezigheid van brandstof.
Anti-slijtage eigenschappen kenmerken de afname van slijtage van wrijvende oppervlakken in aanwezigheid van brandstof. Deze eigenschappen zijn belangrijk voor motoren waarbij brandstofpompen en brandstofregelapparatuur alleen door de brandstof zelf worden gesmeerd zonder het gebruik van smeermiddel (bijvoorbeeld in een hogedrukplunjerbrandstofpomp). De eigenschap wordt beoordeeld in termen van viscositeit en smering.
Het koelvermogen bepaalt het vermogen van de brandstof om warmte op te nemen en af te voeren van verwarmde oppervlakken wanneer de brandstof als koelmiddel wordt gebruikt. De beoordeling van eigenschappen is gebaseerd op kwaliteitsindicatoren als warmtecapaciteit en thermische geleidbaarheid.
Stabiliteit kenmerkt de persistentie van brandstofkwaliteitsindicatoren tijdens opslag en transport. Deze eigenschap evalueert de fysische en chemische stabiliteit van de brandstof en de gevoeligheid ervan voor biologische aantasting door bacteriën, schimmels en schimmels. Het niveau van deze eigenschap stelt u in staat om de garantieperiode van brandstofopslag in verschillende klimatologische omstandigheden in te stellen.
Milieu-eigenschappen kenmerken de impact van brandstof en zijn verbrandingsproducten op mensen en omgeving. De evaluatie van deze eigenschap is gebaseerd op de indicatoren van toxiciteit van brandstof en producten van verbranding en brand- en explosiegevaar.
De grenzeloze uitgestrektheid van de zee wordt bevaren door grote schepen, gehoorzaam aan de handen en wil van de mens, in beweging gezet door krachtige motoren die gebruik maken van scheepsbrandstof van verschillende typen. Transportschepen kunnen verschillende motoren gebruiken, maar de meeste van deze drijvende constructies zijn uitgerust met dieselmotoren. Brandstof voor scheepsmotoren die in scheepsdieselmotoren wordt gebruikt, is verdeeld in twee klassen: distillaat en zwaar. Gedestilleerde brandstof omvat zomerdieselbrandstof, evenals buitenlandse brandstoffen zoals scheepsdieselolie, gasolie en andere. Het heeft een lage viscositeit, dus
vereist voorverwarming bij het starten van de motor. Het wordt gebruikt in dieselmotoren met hoge en middelhoge snelheid en in sommige gevallen in dieselmotoren met een laag toerental in de opstartmodus. Het wordt soms gebruikt als toevoeging aan zware brandstof in gevallen waar het nodig is om de viscositeit te verlagen. zware cijfers brandstoffen verschillen van distillaat in hogere viscositeit, meer hoge temperatuur ijskoud, de aanwezigheid meer zware fracties, hoog gehalte aan as, zwavel, mechanische onzuiverheden en water. De prijzen voor scheepsbrandstof van dit type zijn veel lager.
De meeste schepen gebruiken de goedkoopste zware scheepsdieselbrandstof of stookolie. Het gebruik van stookolie is in de eerste plaats om economische redenen gedicteerd, omdat de prijzen voor scheepsbrandstof, evenals, algemene uitgaven voor het vervoer van goederen over zee bij het gebruik van stookolie aanzienlijk worden verminderd. Als voorbeeld kan worden opgemerkt dat het verschil in de kosten van stookolie en andere soorten brandstof voor scheepsmotoren ongeveer tweehonderd euro per ton bedraagt.
De regels voor de zeevaart schrijven echter voor in bepaalde bedrijfsmodi, bijvoorbeeld bij het manoeuvreren, het gebruik van duurdere laagviskeuze scheepsbrandstof of dieselbrandstof. In sommige zeegebieden, bijvoorbeeld het Kanaal, is vanwege de complexiteit van de navigatie en de noodzaak om te voldoen aan milieueisen, het gebruik van stookolie als hoofdbrandstof over het algemeen verboden.
Brandstofkeuze hangt grotendeels af van de temperatuur waarbij het zal worden gebruikt. Normale start en geplande werking van de dieselmotor zijn voorzien in de zomer met een cetaangetal van 40-45, in winterperiode het is noodzakelijk om het te verhogen tot 50-55. Voor motorbrandstoffen en stookolie ligt het cetaangetal in het bereik van 30-35, voor diesel - 40-52.
Ts-diagrammen worden voornamelijk ter illustratie gebruikt, aangezien in het Pv-diagram het gebied onder de curve de arbeid uitdrukt die door een zuivere stof in een omkeerbaar proces wordt verricht, en in het Ts-diagram geeft het gebied onder de curve de ontvangen warmte weer voor dezelfde voorwaarden.
De giftige componenten zijn: koolmonoxide CO, koolwaterstoffen CH, stikstofoxiden NOx, fijnstof, benzeen, tolueen, polycyclische aromatische koolwaterstoffen PAK, benzapyreen, roet en fijnstof, lood en zwavel.
Emissienormen zijn momenteel: schadelijke stoffen scheepsdieselmotoren worden gereguleerd door IMO, de internationale maritieme organisatie. Alle momenteel geproduceerde scheepsdieselmotoren moeten aan deze normen voldoen.
De belangrijkste componenten die gevaarlijk zijn voor de mens in uitlaatgassen zijn: NOx, CO, CnHm.
Een aantal methoden, bijvoorbeeld directe waterinjectie, kan alleen worden geïmplementeerd in de fase van het ontwerpen en vervaardigen van een motor en zijn systemen. Voor een reeds bestaande modellenreeks motoren, deze methoden zijn onaanvaardbaar of vergen aanzienlijke kosten voor de modernisering van de motor, de vervanging van zijn eenheden en systemen. In een situatie waarin een aanzienlijke vermindering van stikstofoxiden noodzakelijk is zonder heruitrusting van seriële dieselmotoren - en hier is het precies zo'n geval, de meest effectieve manier is het gebruik van een driewegkatalysator. Het gebruik van een converter is verantwoord in gebieden waar hoge eisen worden gesteld aan NOx-emissies, zoals grote steden.
Zo kunnen de belangrijkste richtlijnen voor het verminderen van de schadelijke uitstoot van dieseluitlaatgassen in twee groepen worden verdeeld:
1)-verbetering van het motorontwerp en de systemen;
2) - methoden die geen modernisering van de motor vereisen: het gebruik van katalysatoren en andere middelen voor het zuiveren van uitlaatgassen, verbetering van de samenstelling van de brandstof, het gebruik van alternatieve brandstoffen.
