Определение состава отработавших газов

Определение состава отработавших в ДВС газов позволяет вычислить коэффициент избытка воздуха, установить степень неполноты сгорания и его характер, т. е. содержание в продуктах сгорания окиси углерода или сажи.

В практике эксплуатации и испытаний ДВС в ос­новном используют газоанализаторы Орса и ему подоб­ные, которые позволяют определить в пробе сухих продуктов сгорания (в процентах или долях пробы) содержание углекислого газа (СО₂), окиси углерода (СО), свободного кислорода (О₂) и азота (N₂). Со­держание сажи и водяных паров в отработавших газах этими газоанализаторами не измеряют.

При особо тщательном и квалифицированном ис­пользовании газоанализатора точность в определении объема отдельных составляющих газовой смеси может быть около 0,1%, тогда как показывают расчеты на ос­нове теории ошибок, погрешность в определении ко­эффициента избытка воздуха возрастает вместе с рос­том его значения. Так, например, при а = 1,45 погрешность в определении этого значения может достигать 2%, а при а = 3,48 составляет 6%. При неполном сгора­нии топлива ошибка еще больше. Отсюда следует вы­вод, что анализ газов дает весьма приблизительные ре­зультаты у дизелей, работающих на малых нагрузках, а также у двухтактных и четырехтактных двигателей со значительным коэффициентом избытка воздуха при продувке.

Тем не менее, значение а полезно знать при состав­лении теплового баланса, а периодический контроль значения а при Р_ен в процессе эксплуатации позволяет объективно оценивать техническое состояние дизеля.

Устройство газоанализатора Орса подробно описа­но в учебной и специальной технической литера­туре. Напомним только, что определение состава газовой смеси в этих приборах основано на избиратель­ном поглощении отдельных газов специальными реак­тивами при многократной прокачке через них всей пробы газов. Так, водный раствор едкого кали (КОН) поглощает СО₂, раствор пирогаллола (С₆Н_з (ОН)_з) — свободный кислород (О₂), аммиачный раствор полу­хлористой меди (Сu₂СL₂) — окись углерода (СО). В результате с помощью газоанализатора устанавливает­ся в долях от полного объема пробы, принятого за еди­ницу, содержание СО_2, О₂ и СО. В отработавших в ди­зеле газах последний компонент обычно отсутствует. Остаток пробы — азот.

N₂ = 1-(CO₂+O₂+CO)

Для определения а необходимо знать состав ис­пользованного топлива, т. е. дольное содержание в нем С, Н и О. Содержанием в жидком топливе азота и серы обычно пренебрегают ввиду их малости

С+Н+О=1

Для упрощения вида последующих формул находят величину _т, называемую характеристикой топ­лива,

_т = 2,37(Н-0/8)/С.

Наиболее полной формулой для определения а при любом виде, неполного сгорания топлива является уравнение, впервые выведенное С. Е. Лебедевым,

а = 0,21 ( _тN₂ /(0,79 + _T)(N₂ - 0,79 + 0,395СО).

Если неполнота сгорания проявляется только в виде сажи (СО = О), то уравнение упрощается, ос­таваясь справедливым и для полного сгорания. Такой вид уравнения называют формулой Е. К. Мазинга

a = O,21 _т N₂/(O,79 + _т)(N₂ -0,79).

Наконец, при отсутствии сажи (бесцветный вы­хлоп) часто используют общеизвестное выражение

a = l/[l-3,79 (O₂-0,5CO)/N₂].

Для полного анализа газообразных топлив, а также отработавших газов в карбюраторных двигателях при a < 1,0 используют газоанализаторы с дожиганием го­рючих компонентов газовой смеси, это газоанализато­ры Норзе системы Г. Ф. Кнорре и В. Н. Зимина и газо­анализаторы Всесоюзного теплотехнического института (ВТИ).

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ

В процессе эксплуатации ДВС на судах необходимо периодически контролировать значения их главного показателя работы - эффективную мощность.

Контроль индикаторной мощности сохраняет ис­ключительно важное значение в практике эксплуатации МОД, которые для этого снабжены индикаторными клапанами и приводами. На таких дизелях с помощью механических индикаторов регулярно снимают инди­каторные диаграммы на всех рабочих цилиндрах при установившемся режиме работы двигателя, затем в ре­зультате обработки этих диаграмм определяют среднее индикаторное давление р _i, техническое состояние от­дельных цилиндров и распределение нагрузки между ними. По среднему для всего двигателя значению р _i и соответствующей частоте вращения коленчатого вала находят индикаторную мощность, кВт,

P_i = V_s z к р _i n/0,06,

где V_s - рабочий объем цилиндра, м³; z - число цилиндров; к -коэффициент тактности; р _i - среднее индикаторное давление, МПа; n — частота вращения вала, об/мин.

Методы определения р _i по индикаторным диаграм­мам подробно изложены в литературе.

Чтобы определить эффективную мощность, кВт, МОД, необходимо еще знать соответствующее значение механического КПД для контролируемого режима ра­боты двигателя

P_e = P_{i m}

Однако значение _m довольно значительно изменя­ется в зависимости от режима работы двигателя и его технического состояния, поэтому надежный контроль Ре у МОД в перспективе может быть обеспечен только с помощью штатных торсиометров.

У большинства современных СОД и у всех ВОД от­сутствие индикаторных приводов исключает возмож­ность снимать индикаторные диаграммы с помощью механических индикаторов, к тому же для ВОД такие индикаторы просто негодны. На этих двигателях реаль­но непосредственно контролировать Р_е, измеряя n и М_К с помощью торсиометров или динамометрических муфт, однако ни тех, ни других на современных тепло­ходах нет.

Специалисты вынуждены использовать менее до­стоверные косвенные методы определения Р_е по расхо­ду топлива, температуре отработавших газов или по другим функционально связанным с Р_е величинам. Причем взаимосвязь этих величин с Р_е устанавливают для каждого конкретного типоразмера дизеля только экспериментально и выражают обычно графическим способом.

Косвенные методы определения Р_е предполагают, что оба дизеля (испытанный на стенде и эксплуатируе­мый на судне) имеют хорошее техническое состояние, одинаково отрегулированы и работают в равных (нор­мальных) атмосферных условиях. Только при соблю­дении этих условий погрешность косвенных методов определения Р_е составляет 3%, но так как эксплуатиру­емые на судах дизели не всегда удовлетворяют пере­численным условиям, то косвенные методы в оценке значения Р_е допускают погрешность 5% и более.

Растущая дефицитность жидких сортов топлива требует более строгого нормирования и учета расходования его на судах, для обеспечения которого необ­ходимо совершенствовать лучшие образцы торсиометров для того, чтобы в перспективе они стали штат­ными приборами у большинства СЭУ теплоходов.