Переохлаждение хладагента

В конденсаторе газообразный хладагент, сжатый компрессором, переходит в жидкое состояние (конденсируется). В зависимости от условий работы холодильного контура пары хладагента могут сконденсироваться полностью или частично. Для правильного функционирования холодильного контура необходима полная конденсация паров хладагента в конденсаторе. Процесс конденсации протекает при постоянной температуре, называемой температурой конденсации.

Переохлаждение хладагента – это разница между температурой конденсации и температурой хладагента на выходе из конденсатора. Пока в смеси газообразного и жидкого хладагента есть хоть одна молекула газа, температура смеси будет равна температуре конденсации. Следовательно, если температура смеси на выходе из конденсатора равна температуре конденсации, значит, в смеси хладагента содержится пар, а если температура хладагента на выходе из конденсатора ниже температуры конденсации, то это однозначно указывает на то, что хладагент полностью перешел в жидкое состояние.

Перегрев хладагента – это разница между температурой хладагента на выходе из испарителя и температурой кипения хладагента в испарителе.

Для чего нужно перегревать пары уже выкипевшего хладагента? Смысл этого состоит в том, чтобы быть уверенным, что весь хладагент гарантированно перешел в газообразное состояние. Наличие жидкой фазы в хладагенте, поступающем в компрессор, может привести к гидравлическому удару и вывести из строя компрессор. А поскольку кипение хладагента происходит при постоянной температуре, то мы не можем утверждать, что весь хладагент выкипел до тех пор, пока его температура не превысит его температуру кипения.

В двигателях внутреннего сгорания приходится сталкиваться с явлением крутильных колебаний валов. Если эти колебания угрожают прочности коленчатого вала в рабочем диапазоне частоты вращения вала, то применяют антивибраторы и демпферы. Их размещают на свободном конце коленчатого вала, т. е. там, где возникают наибольшие крутильные

колебания.

внешние силы заставляют коленчатый вал дизеля совершать крутильные колебания

Эти силы — давление газов и силы инерции шатунно-кривошипного механизма, под переменным действием которых создается непрерывно меняющийся вращающий момент. Под влиянием неравномерного вращающего момента участки коленчатого вала деформируются: закручиваются и раскручиваются. Иными словами, в коленчатом валу возникают крутильные колебания. Сложная зависимость вращающего момента от угла поворота коленчатого вала может быть представлена в виде суммы синусоидальных (гармонических) кривых с разными амплитудами и частотами. При некоторой частоте вращения коленчатого вала частота возмущающей силы, в данном случае какой-либо составляющей вращающего момента, может совпасть с частотой собственных колебаний вала, т. е. наступит явление резонанса, при котором амплитуды крутильных колебаний вала могут стать настолько велики, что вал может разрушиться.

Чтобы устранить явление резонанса в современных дизелях, применяются специальные устройства —антивибраторы. Широкое распространение получил один из видов такого устройства — маятниковый антивибратор. В тот момент, когда движение маховика во время каждого его колебания будет ускоряться, груз антивибратора по закону инерции будет стремиться сохранить свое движение с прежней скоростью, т. е. начнет отставать на некоторый угол от участка вала, к которому антивибратор прикреплен (положение II). Груз (вернее, его инерционная сила) будет как бы «притормаживать» вал. Когда угловая скорость маховика (вала) во время этого же колебания начнет уменьшаться, груз, подчиняясь закону инерции, будет стремиться как бы «тянуть» за собой вал (положение III),
Таким образом, инерционные силы подвешенного груза во время каждого колебания будут периодически воздействовать на вал в направлении, противоположном ускорению или замедлению вала, и тем самым изменять частоту его собственных колебаний.

Силиконовые Демпферы. Демпфер состоит из герметичного корпуса, внутри которого размещен маховик (масса). Маховик может свободно вращаться относительно корпуса, укрепленного на конце коленчатого вала. Пространство между корпусом и маховиком заполнено силиконовой жидкостью, имеющей большую вязкость. Когда коленчатый вал вращается равномерно, маховик за счет сил трения в жидкости приобретает ту же одинаковую с валом частоту (скорость) вращения. А если возникнут крутильные колебания коленчатого вала? Тогда их энергия передается корпусу и будет поглощена силами вязкого трения, возникающими между корпусом и инерционной массой маховика.

Режимы малых оборотов и нагрузок. Переход главных двигателей на режимы малых оборотов, как и переход вспомогательных на режимы малых нагрузок, связан со значительным сокращением подачи топлива в цилиндры и увеличением избытка воздуха. Одновременно снижаются параметры воздуха в конце сжатия. Особенно заметно изменение рс и Тс в двигателях с газотурбинным наддувом, так как газотурбокомпрессор на малых нагрузках практически не работает и двигатель автоматически переходит на режим работы без наддува. Малые порции сгорающего топлива и большой избыток воздуха снижают температуру в камере сгорания.

Из-за низких температур цикла процесс сгорания топлива протекает вяло, медленно, часть топлива не успевает сгореть и стекает по стенкам цилиндра в картер или уносится с отработавшими газами в выпускную систему.

Ухудшению сгорания топлива способствует также плохое смесеобразование топлива с воздухом, обусловленное снижением давления впрыска топлива при падении нагрузки и снижении частоты вращения. Неравномерный и нестабильный впрыск топлива, а также низкие температуры в цилиндрах вызывают неустойчивую работу двигателя, нередко сопровождающуюся пропусками вспышек и повышенным дымлением.

Нагарообразование протекает особенно интенсивно при использовании в двигателях тяжелых топлив. При работе на малых нагрузках из-за плохого распыливания и относительно низких температур в цилиндре капли тяжелого топлива полностью не выгорают. При нагревании капли легкие фракции постепенно испаряются и сгорают, а в ее ядре остаются исключительно тяжелые высококипящие фракции, основу которых составляют ароматические углеводороды, обладающие наиболее прочной связью между атомами. Поэтому окисление их приводит к образованию промежуточных продуктов — асфальтенов и смол, обладающих высокой липкостью и способных прочно удерживаться на металлических поверхностях.

В силу изложенных обстоятельств при длительной работе двигателей на режимах малых оборотов и нагрузок происходит интенсивное загрязнение цилиндров и особенно выпускного тракта продуктами неполного сгорания топлива и масла. Выпускные каналы крышек рабочих цилиндров и выпускные патрубки покрываются плотным слоем асфальто-смолистых веществ и кокса, нередко на 50—70% уменьшающих их проходное сечение. В выпускной трубе толщина слоя нагара достигает 10— 20мм. Эти отложения при повышении нагрузки на двигатель пе­риодически воспламеняются, вызывая в выпускной системе пожар. Все маслянистые отложения выгорают, а образующиеся при сгорании сухие углекислые вещества выдуваются в атмосферу.

Формулировки второго закона термодинамики.
Для существования теплового двигателя необходимы 2 источника – горячий источник и холодный источник(окружающая среда). Если тепловой двигатель работает только от одного источника то он называется вечным двигателем 2-го рода.
1 формулировка (Оствальда):
" Вечный двигатель 2-го рода невозможен".
Вечный двигатель 1-го рода это тепловой двигатель, у которого L> Q1, где Q1 - подведенная теплота. Первый закон термодинамики " позволяет" возможность создать тепловой двигатель полностью превращающий подведенную теплоту Q1в работу L, т.е. L = Q1. Второй закон накладывает более жесткие ограничения и утверждает, что работа должна быть меньше подведенной теплоты (L< Q1) на величину отведенной теплоты – Q2, т.е. L = Q1 - Q2.
Вечный двигатель 2-го рода можно осуществить, если теплоту Q2 передать от холодного источника к горячему. Но для этого теплота самопроизвольно должна перейти от холодного тела к горячему, что невозможно. Отсюда следует 2-я формулировка (Клаузиуса):
" Теплота не может самопроизвольно переходит от более холодного тела к более нагретому".
Для работы теплового двигателя необходимы 2 источника – горячий и холодный. 3-я формулировка (Карно):
" Там где есть разница температур, возможно совершение работы".
Все эти формулировки взаимосвязаны, из одной формулировки можно получить другую.

Индикаторный КПД зависит от: степени сжатия, коэффициента избытка воздуха, конструкции камеры сгорания, угла опережения, частоты вращения, продолжительности впрыскивания топлива, качества распыливания и смесеобразования.

Повышение индикаторного КПД (за счет совершенствования процесса сгорания и сокращения потерь теплоты топлива в процессах сжатия и расширения)

????????????????????????????????????

Для современных двигателей характерен высокий уровень тепловой напряженности ЦПГ, обусловленный форсировкой их рабочего процесса. Это требует технически грамотного ухода за системой охлаждения. Необходимый теплоотвод от нагретых поверхностей двигателя можно достигнуть либо увеличением разности тем-р воды Т = Т в.вых - Т в.вх, либо увеличением ее расхода. Большинство дизелестроительных фирм рекомендуют для МОД Т = 5 – 7 гр.С, для СОД и ВОД т = 10 – 20 гр.С. Ограничение перепада тем-р воды вызвано стремлением сохранить минимальные температурные напряжения цилиндров и втулок по их высоте. Интенсификация теплоотдачи осуществляется благодаря большим скоростям движения воды.

При охлаждении забортной водой максимальная тем-ра 50 гр.С. Лишь замкнутые системы охлаждения позволяют использовать преимущества высокотемпературного охлаждения. При повышении тем-ры охл. воды уменьшаются потери на трение в поршневой группе и несколько увеличивается эфф. мощность и экономичность двигателя, при увеличении Тв температурный градиент по толщине втулки уменьшается, снижаются и тепловые напряжения. При уменьшении тем-ры охл. воды усиливается химическая коррозия из-за конденсации на цилиндре серной кислоты, особенно при сжигании сернистых топлив. Однако, есть ограничение тем-ры воды по причине ограничения тем-ры зеркала цилиндра (180 гр. С) и ее дальнейшее повышение может привести к нарушению прочности масляной пленки, ее исчезновению и появлению сухого трения. Поэтому большинство фирм ограничивают тем-ру пределами 50 -60 гр. С и лишь при сжигании высокосернистых топлив допускается 70 -75 гр. С.

Коэффициент теплопередачи — единица, которая обозначает прохождение теплового потока мощностью 1 Вт сквозь элемент строительной конструкции площадью 1 м2 при разнице температур наружного воздуха и внутреннего в 1 Кельвин Вт/(м2К).

Определение коэффициента теплопередачи звучит следующим образом: потеря энергии квадратным метром поверхности при разности температур внешней и внутренней. Это определение влечет за собой взаимосвязь ватт, квадратных метров и Кельвина W/(m2·K).

Для расчёта теплообменных аппаратов широко используют кинетическое уравнение, которое выражает связь между тепловым потоком Q и поверхностью F теплопередачи, называемого основным уравнением теплопередачи: Q = KF∆ tсрτ, где К – кинетический коэффициент (коэффициент теплопередачи, характеризующий скорость передачи теплоты; ∆ tср – средняя движущая сила или средняя разность температур между теплоносителями (средний температурный напор) по поверхности теплопередачи; τ – время.

Наибольшую трудность вызывает расчёт коэффициента теплопередачи К, характеризующего скорость процесса теплопередачи с участием всех трёх видов переноса тепла. Физический смысл коэффициента теплопередачи вытекает из уравнения (); его размерность:

[K] =

На рис. 244 OB = R — радиус кривошипа и AB=L — длина шатуна. Обозначим отношение L0 = L/ R- называется относительной длиной шатуна, для судовых дизелей находится в пределах 3.5-4.5.

однако в теории КШМ ИСПОЛЬЗУЮТ ОБРАТНУЮ ВЕЛИЧИНУ λ = R / L

Расстояние между осью поршневого пальца и осью вала при повороте его на угол а

АО = AD +DО= LcosB + Rcosa

Когда поршень находится в в. м. т., то это расстояние равно L+R.

Следовательно, путь, пройденный поршнем при повороте кривошипа на угол а, будет равенx=L+R-AO.

Путем математических вычислений получим формулу пути поршня

Х = R { 1- cosa +1/ λ (1-cosB) } (1)

Средняя скорость поршня Vm наряду с частотой вращения является показателем скоростного режима двигателя. Она определяется по формуле Vm = Sn/30, где S — ход поршня, м; п — частота вращения, мин-1. Считают, что для МОД vm = 4-6 м/с, для СОД vm = 6s-9 м/с и для ВОД vm > 9 м/с. Чем выше vm, тем больше динамические напряжения в деталях двигателя и тем больше вероятность их изнашивания — в первую очередь цилиндропоршневой группы (ЦПГ). В настоящее время параметр vm достиг определенного предела (15—18, 5 м/с), обусловленного прочностью материалов, применяемых в двигателестроении, тем более, что динамическая напряженность ЦПГ пропорциональна квадрату значения vm. Так, при увеличении vm в 3 раза напряжения в деталях возрастут в 9 раз, что потребует соответствующего усиления прочностных характеристик материалов, применяемых для изготовления деталей ЦПГ.

Средняя скорость поршня всегда указывается в заводском паспорте (сертификате) двигателя.

Истинная скорость поршня, т. е. скорость его в данный момент (в м/сек), определяется как первая производная пути по времени. Подставим в формулу (2)a= ω t, где ω - частота вращения вала в рад/сек, t- время в сек. После математических преобразований получим формулу скорости поршня:

C=Rω (sina+0.5λ sin2a) (3)

где R — радиус кривошипа вм\

ω — угловая частота вращения коленчатого вала в рад/сек;

а — угол поворота коленчатого вала вград;

λ = R / L-отношение радиуса кривошипа к длине шатуна;

Со — окружная скорость центра, кривошипной шейки вм/сек;

L — длина шатуна вм.

При бесконечной длине шатуна (L=∞ и λ =0) скорость поршня равна

С ∞ =Rω sina.

Продифференцировав аналогичным образом формулу (1) получим

С= Rω sin (a +B) / cosB (4)

Значения функции sin(a+B) берут из таблиц приводимых в справочниках и пособиях взависимости отaиλ.

Очевидно, что максимальное значение скорости поршня при L=∞ будет приа=90° и а=270°:

Cмакс= Rω sin a.. Так как Со= π Rn/30 иCm=Sn/30=2Rn/30=Rn/15 то

Co/Cm= π Rn15/Rn30=π /2=1, 57 откуда Co=1, 57 Cm

Следовательно, и максимальная скорость поршня будет равна. Смакс = 1, 57 Ст.

Представим уравнение скорости в виде

С = Rω sin a +1/2λ Rω sin2a.

Графически оба члена правой части этого уравнения будут изображаться синусоидами. Первый член Rω sin a, представляющий скорость поршня при бесконечной длине шатуна, изобразится синусоидой первого порядка, а второй член1/2λ Rω sin2a—поправка на влияние конечной длины шатуна — синусоидой второго порядка.

построив указанные синусоиды и сложив их алгебраически, получим график скорости с учетом косвенного влияния шатуна.

На рис. 247 изображены: 1 — криваяRω sin a,

2 — кривая1/2λ Rω sin2a

3 — криваяС.

Под эксплуатационными свойствами понимают объективные особенности топлива, которые проявляются в процессе применения его в двигателе или агрегате. Процесс сгорания является главнейшим и определяющим его эксплуатационные свойства. Процессу сгорания топлива, безусловно, предшествуют процессы его испарения, воспламенения и многие другие. Характер поведения топлива в каждом из этих процессов и составляет суть основных эксплуатационных свойств топлив. В настоящее время оценивают следующие эксплуатационные свойства топлив.

Испаряемость характеризует способность топлива переходить из жидкого состояния в парообразное. Это свойство формируется из таких показателей качества топлива, как фракционный состав, давление насыщенных паров при различных температурах, поверхностное натяжение и другие. Испаряемость имеет важное значение при подборе топлива и во многом определяет технико-экономические и эксплуатационные характеристики двигателей.

Воспламеняемость характеризует особенности процесса воспламенения смесей паров топлива с воздухом. Оценка этого свойства базируется на таких показателях качества, как температурные и концентрационные пределы воспламенения, температуры вспышки и самовоспламенения и др. Показатель воспламеняемости топлива имеет такое же значение, как и его горючесть; в дальнейшем эти два свойства рассматриваются совместно.

Горючесть определяет эффективность процесса горения топливовоздушных смесей в камерах сгорания двигателей и топочных устройствах.

Прокачиваемость характеризует поведение топлива при перекачке его по трубопроводам и топливным системам, а также при его фильтровании. Это свойство определяет бесперебойность подачи топлива в двигатель при разных температурах эксплуатации. Прокачиваемость топлив оценивают вязкостно-температурными свойствами, температурами помутнения и застывания, предельной температурой фильтруемости, содержанием воды, механических примесей и др.

Склонность к образованию отложений - это способность топлива образовывать отложения различного рода в камерах сгорания, в топливных системах, на впускных и выпускных клапанах. Оценка этого свойства базируется на таких показателях, как зольность, коксуемость, содержание смолистых веществ, непредельных углеводородов и т.д.

Коррозионная активность и совместимость с неметаллическими материалами характеризует способность топлива вызывать коррозионные поражения металлов, набухание, разрушение или изменение свойств резиновых уплотнений, герметиков и других материалов. Это эксплуатационное свойство предусматривает количественную оценку содержания в топливе коррозионно-активных веществ, испытание стойкости различных металлов, резин и герметиков при контакте с топливом.

Защитная способность - это способность топлива защищать от коррозии материалы двигателей и агрегатов при их контакте с агрессивной средой в присутствии топлива и в первую очередь способность топлива защищать металлы от электрохимической коррозии при попадании воды. Данное свойство оценивается специальными методами, предусматривающими воздействие обычной, морской и дождевой воды на металлы в присутствии топлива.

Противоизносные свойства характеризуют уменьшение изнашивания трущихся поверхностей в присутствии топлива. Эти свойства имеют важное значение для двигателей у которых топливные насосы и топливно-регулирующая аппаратура смазывается только самим топливом без использования смазочного материала (например, в плунжерном топливном насосе высокого давления). Свойство оценивается показателями вязкости и смазывающей способности.

Охлаждающая способность определяет возможность топлива поглащать и отводить тепло от нагретых поверхностей при использования топлива в качестве теплоносителя. Оценка свойств базируется на таких показателях качества, как теплоемкость и теплопроводность.

Стабильность характеризует сохраняемость показателей качества топлива при хранении и транспортировки. Это свойство оценивает физическую и химическую стабильность топлива и его склонность к биологическому поражению бактериями, грибками и плесенью. Уровень этого свойства позволяет установить гарантийный срок хранения топлива в различных климатических условиях.

Экологические свойства характеризуют воздействие топлива и продуктов его сгорания на человека и окружающую среду. Оценка этого свойства базируется на показателях токсичности топлива и продуктов его сгорания и пожаро- и взрывоопасности.

____

Бескрайние морские просторы бороздят послушные рукам и воле человека большие суда, приводимые в движение с помощью мощных двигателей, которые используют судовое топливо различных видов. Транспортные суда могут использовать разные двигатели, однако большая часть этих плавучих сооружений оснащена дизелями. Топливо для судовых двигателей, применяемое в судовых дизелях, делят на два класса — дистиллятное и тяжелое. К дистиллятному топливу относится дизельное летнее топливо, а также зарубежные топлива «Марин Дизел Ойл», «Газ Ойл» и другие. Оно имеет небольшую вязкость, поэтому не
требует при старте двигателя предварительного подогрева. Его используют в высокооборотных и среднеоборотных дизелях, а в отдельных случаях, и в малооборотных дизелях в режиме пуска. Иногда его применяют в качестве добавки к тяжелому топливу в случаях, когда необходимо понизить его вязкость. Тяжелые сорта топлива отличаются от дистиллятных повышенной вязкостью, более высокой температурой застывания, наличием большего числа тяжелых фракции, большим содержанием золы, серы, механических примесей и воды. Цены на судовое топливо этого вида значительно ниже.

Большая часть судов использует наиболее дешевое тяжелое дизельное топливо для судовых двигателей, или, мазут. Применение мазута продиктовано, прежде всего, по экономическим соображениям, потому что цены на судовое топливо, а также, общие расходы на перевозку грузов морским транспортом при использовании мазута значительно снижаются. В качестве примера можно отметить, что разница в стоимости мазута и других видов топлива, применяемых для судовых двигателей, составляет около двухсот евро за тонну.

Однако Правила морского судоходства предписывают в определенных режимах работы, например, при маневрировании, применять более дорогостоящее маловязкое судовое топливо, или, соляр. В некоторых морских акваториях, например, проливе Ла-Манш, из-за сложности в судовождении и необходимости соблюдения требований экологии использование мазута, в качестве основного топлива, вообще запрещено.

Выбор топлива во многом зависит от температуры, при которой оно будет использоваться. Нормальный запуск и плановая работа дизеля обеспечиваются в летний период при цетановом числе 40-45, в зимний период необходимо его увеличение до 50-55. У моторных топлив и мазутов цетановое число находится в пределах 30-35, у дизельных – 40-52.

Ts-диаграммы используются преимущественно в целях иллюстрации, поскольку в Pv-диаграмме площадь под кривой выражает работу, производимую чистым веществом в обратимом процессе, а в Ts-диаграмме площадь под кривой изображает для тех же условий полученное тепло.

Токсичными компонентами являются: оксид углерода СО, углеводороды СН, оксиды азота NOх, твердые частицы, бензол, толуол, полициклические ароматические углеводороды ПАУ, бензапирен, сажа и твердые частицы, свинец и сера.

В настоящее время нормы на выбросы вредных веществ судовыми дизелями устанавливает IMO, международная морская организация. Этим стандартам должны удовлетворять все выпускаемые в настоящее время судовые дизели.

Основными составляющими, опасными для человека, в выхлопных газах являются: NOx, СO, CnHm.

Ряд способов, например, прямой впрыск воды, могут быть реализованы только на этапе проектирования и изготовления двигателя и его систем. Для уже существующего модельного ряда двигателей эти способы неприемлемы или требуют существенных затрат на модернизацию двигателя, замену его агрегатов и систем. В ситуации, когда необходимо существенное снижение оксидов азота без переоборудования серийных дизелей – а здесь именно такой случай, наиболее эффективным способом является применение трехкомпонентного каталитического нейтрализатора. Применение нейтрализатора оправдано в тех районах, где существуют высокие требования по выбросам NOx, например в крупных городах.

Таким образом, основные направления по снижению вредных выбросов ОГ дизелей можно подразделить на две группы:

1)- совершенствование конструкции и систем двигателя;

2)- способы не требующие модернизации двигателя: применение каталитических нейтрализаторов и других средств очистки ОГ, улучшение состава топлива, применение альтернативных топлив.