Евгений Михайлович Ореховский - аспирант кафедры энергетики
Калининград
Evgeniy M. Orekhovskiy - postgraduate student of Energy Department
Kaliningrad
Александр Викторович Толмачев - кандидат технических наук, доцент кафедры энергетики
Калининград
Aleksandr V. Tolmachyov - PhD in engineering, Associate Professor of Energy Department
Kaliningrad
Александр Георгиевич Филонов - кандидат технических наук, доцент кафедры энергетики
Калининград
Aleksandr G. Filonov - PhD in engineering, Associate Professor of Energy Department
Kaliningrad
В статье приводятся теоретические и экспериментальные исследования для обоснования возможности управления подачей сжиженного природного газа (СПГ) в цилиндр двигателя. В настоящее время большинство двигателей, работающих на природном газе, имеют организацию рабочего цикла со сгоранием при постоянном объеме (цикл Н. Отто). Это объясняется трудностями подачи природного газа в районе верхней мертвой точки. Цикл Н. Отто существенно проигрывает в экономичности комбинированному циклу со сгоранием при постоянном объеме и постоянном давлении (цикл Г. Тринклера). Эксперимент проведен на стенде судового дизельного двигателя «NVD-24» (Ч 17,5/24) на смеси дизельного топлива и нефтяного газа в различных пропорциях, на холостом ходу и с частичной нагрузкой двигателя. Установлено, что сжиженный нефтяной газ под давлением смешивается с дизельным топливом в любых пропорциях, при этом смесь остается однородной жидкостью, без видимых осадков и расслоений. Выполнены расчеты теоретических циклов, показывающие преимущества впрыска горючей смеси в верхней мертвой точке (ВМТ) по сравнению с предварительным смесеобразованием. В процессе эксперимента было установлено, что двигатель с золотниковым топливным насосом высокого давления (ТНВД) и пружинной форсункой может устойчиво работать, используя в качестве топлива жидкую смесь без добавления присадок. При этом давление смеси должно быть больше критического давления газовой фракции. Получены формулы расчета угла опережения подачи топлива до ВМТ и угла подачи за ВМТ. Проведенные расчеты применительно к двигателю «NVD-24» показывают, что аккумуляторная система подачи топлива (Common Rail) с пьезокерамической форсункой может обеспечить работу двигателя по комбинированному циклу. Подобная организация рабочего процесса позволяет легко выполнить модернизацию как новых двигателей, так и находящихся в эксплуатации. При этом топливоподача может выполняться на всех двигателях, независимо от наличия газотурбинного наддува.
The article presents theoretical and experimental studies to justify the possibility of controlling supply of liquefied natural gas (LNG) to the engine cylinder. At present, most gas engines have operating cycle with constant volume combustion (N. Otto cycle). This is due to difficulty of supplying natural gas in top dead center region. N. Otto cycle significantly loses in efficiency to combined cycle with combustion at constant volume and constant pressure (G. Trinkler cycle). The experiment was carried out on marine diesel engine “NVD-24” stand on a mixture of diesel fuel and petroleum gas in various proportions, at idle and with partial engine load. It has been established that liquefied petroleum gas under pressure is mixed with diesel fuel in any proportions, while mixture remains a homogeneous liquid, without visible precipitation and stratifycation. Calculations of theoretical cycles have been performed, showing the advantages of the injection of a combustible mixture at the top dead center, in comparison with preliminary carburetion. During the experiment, it was found that an engine with a spool injection pump and a spring nozzle, can operate stably using a liquid mixture as a fuel without adding additives. An increase in the effective efficiency of the engine with an increase in the concentration of LNG in the supplied fuel mixture has been established. In this case, fuel mixture pressure must be greater than critical pressure of the gas mixture. Formulas for calculating advance angle of fuel supply to the top dead center and angle of delivery behind the top dead center are obtained. The performed calculations in relation to “NVD-24” engine show that Common Rail fuel supply system with a piezoceramic injector can ensure the operation of the engine in a combined cycle. This organization of workflow makes it easy to upgrade both new engines and those in operation. In this case, fuel supply can be performed on all engines, regardless of presence of gas turbine pressurization.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.