RU1802853C

RU1802853C - Method and device for operation of two-fuel diesel with gas-turbine supercharging

Info

Publication number: RU1802853C
Application number: SU914908155A
Authority: RU
Inventors: Евгений Анатольевич Лазарев; Дмитрий Константинович Алексеев; Александр Николаевич Лаврик
Original assignee: Евгений Анатольевич Лазарев; Дмитрий Константинович Алексеев; Александр Николаевич Лаврик
Priority date: 1991-02-05
Filing date: 1991-02-05
Publication date: 1993-03-15

Abstract

Изобретение относитс к двигателест- роению, в частности к двухтопливным дизел м с газотурбинным наддувом, использующим одновременно с традицией ным дизельным топливом спиртовые топлива , например метанол, этанол и другие. Целью изобретени вл етс экономи основного топлива, снижение дымноети, токсичности отработавших газов и коррозионного воздействи дополнительного топлива на детали топливной аппаратуры и цилиндро-поршневой группы. Дополнительное топливо подают на выпуске дизел , воспламен ют в газовом потоке принудительно и сжигают до поступлени рабочих газов в турбину турбокомпрессора, а дизель снабжают поплавковой камерой посто нного уровн 13 с дозирующим жиклером 16 в испарительном канале, выход которого расположен в камере сгорани 10. Камера 13 топливопроводом соединена с емкостью дл дополнительного топлива 12. Последн воздуховодом 14 соединена с выходным патрубком компрессора 8. 2 с.п. ф-лы. 1 ил. ЁThe invention relates to engine building, in particular to dual-fuel diesel engines with gas turbine supercharging, using simultaneously with traditional diesel fuel alcoholic fuels, for example methanol, ethanol and others. The aim of the invention is to save basic fuel, reduce smoke, exhaust toxicity and corrosive effects of additional fuel on parts of fuel equipment and cylinder-piston groups. Additional fuel is supplied at the diesel outlet, forced to ignite in the gas stream and burned before the working gases enter the turbine of the turbocharger, and the diesel is equipped with a constant level float chamber 13 with a metering nozzle 16 in the evaporation channel, the outlet of which is located in the combustion chamber 10. Chamber 13 the fuel line is connected to the tank for additional fuel 12. The last duct 14 is connected to the outlet pipe of the compressor 8. 2 C. p. f-ly. 1 ill. Yo

Description

Изобретение относитс к двигателе- строению, в частности к двухтопливным дизел м с газотурбинным наддувом, использующим одновременно с традиционным дизельным топливом спиртовые топлива, например, метанол, эта ол и другие . ,The invention relates to an engine-building, in particular to dual-fuel diesel engines with gas turbine supercharging, using alcohol fuels, for example methanol, this ol and others, simultaneously with traditional diesel fuel. ,

Целью изобретени вл етс экономи основного топлива, снижение дымности, токсичности отработавших газов и коррозионного воздействи дополнительного топлива на детали топливной аппаратуры и цилиндро-поршневой группы дизел .The aim of the invention is to save the main fuel, reduce smoke, toxicity of exhaust gases and the corrosive effects of additional fuel on the parts of the fuel equipment and the cylinder-piston group of the diesel engine.

Это достигаетс тем, что в способе работы двухтопливного спиртового топлива и основного дизельного топлива и осуществлении внутреннего смесеобразовани , дополнительное топливо подают на выпуске дизел , воспламен ют в газовом потоке принудительно и сжигают до поступлени рабочих газов в турбину турбокомпрессора.This is achieved by the fact that in the method of operating dual-fuel alcohol fuel and main diesel fuel and performing internal mixture formation, additional fuel is supplied at the diesel outlet, forcedly ignited in the gas stream and burned before the working gases enter the turbocharger turbine.

Подача спиртового топлива устройством внешнего смесеобразовани на выпуске дизел , испарение и смешение его с рабочими газами высокой температуры, а также воспламенение и сгорание позвол ют повысить температуру рабочих газов перед турбиной турбокомпрессора, а, следовательно, ее мощность на частичных режимах работы двухтопливного дизел или, сохран температуру рабочих газов перед турбиной за счет замещени части дизельного топлива, сгорающего в цилиндре , частью спиртового топлива, сгорающего вне цилиндра перед турбиной, уменьшить расход основного топлива на режимах работы , близких к номинальным. При возможности превышени температуры рабочих газов в пределах, оговоренных надежностью работы лопаточных аппаратов турбины , предлагаемый способ работы дополнительно позвол ет повысить мощность двухтопливного дизел или обеспечить посто нство мощности в широком диапазоне частот вращени коленчатого вала .The supply of alcohol fuel by an external mixture-forming device at the diesel outlet, its evaporation and mixing with high-temperature working gases, as well as ignition and combustion, make it possible to increase the temperature of the working gases in front of the turbocharger turbine, and, consequently, its power at partial operating modes of a dual-fuel diesel or the temperature of the working gases in front of the turbine due to the replacement of part of the diesel fuel burning in the cylinder with part of the alcohol fuel burning outside the cylinder in front of the turbine will reduce l consumption of primary fuel at operating modes close to nominal. If it is possible to exceed the temperature of the working gases within the limits stipulated by the reliability of the turbine blade apparatus, the proposed method of operation additionally allows increasing the power of a dual-fuel diesel engine or ensuring a constant power in a wide range of crankshaft rotational speeds.

Сжигание спиртового топлива перед турбиной турбокомпрессора позвол ет осуществить дожигание продуктов сгорани основного (дизельного) топлива, чем обеспечивают снижение дымности и токсичности отработавших газов двухтопливного дизел . Использование спиртового топлива вне цилиндра двухтопливного дизел и без применени его топливоподающей аппаратуры традиционного типа дает возможность существенно уменьшить коррозионное воздействие этого дополнительного топлива на основные детали цилиндро-поршневой группы.The burning of alcohol fuel in front of the turbocharger turbine allows the afterburning of the combustion products of the main (diesel) fuel, thereby reducing the smoke and toxicity of exhaust gases from dual-fuel diesel. The use of alcohol fuel outside the cylinder of a dual-fuel diesel engine and without the use of its traditional fuel-supplying equipment makes it possible to significantly reduce the corrosive effect of this additional fuel on the main parts of the cylinder-piston group.

На чертеже изобрсжен двухтопливный дизель с газотурбинным наддувом.The drawing shows a dual-fuel diesel engine with gas turbine supercharging.

Дизель 1 состоит из топливоподающей форсунки 2 дл основного дизельного топлива , топливного насоса высокого давлени 3, фильтров 4, топливного насоса низкого давлени 5, емкости 6 основного (дизельного ) топлива, впускного 7 коллектора, компрессора 8 турбокомпрессора, турбины 9Diesel 1 consists of a fuel supply nozzle 2 for main diesel fuel, a high pressure fuel pump 3, filters 4, a low pressure fuel pump 5, a main (diesel) fuel tank 6, an intake manifold 7, a compressor 8 of a turbocharger, a turbine 9

0 турбокомпрессора, камеры сгорани 10, выпускного 11 коллектора, емкости 12 дополнительного (спиртового) топлива, поплавкового устройства посто нного уровн 13, .дополнительного воздуховода 14, уст5 ройства принудительного воспламенени (свеча) 15, испарительного канала камеры с дозирующим жиклером 16, блока управлени свечой 17, аккумул торной батареи или другого источника электрической энергии0 turbocharger, combustion chamber 10, exhaust manifold 11, capacity 12 of additional (alcohol) fuel, constant level float device 13, additional air duct 14, forced-ignition device (candle) 15, evaporation channel of the chamber with metering nozzle 16, control unit candle 17, rechargeable battery or other source of electrical energy

0 18. - 10 18. - 1

Работает устройство следующим образом .The device operates as follows.

Воздух поступает в компрессор, приводимый в движение турбиной 9 турбокомп5 рессора, работающей на отработавших газах дизел 1. После сжати в компрессоре давление воздуха повышаетс и он поступает во впускной коллектор 7 и далее в цилиндр дизел . Основное топливо из емкостиAir enters the compressor driven by the turbine 9 of the turbocomp5 spring operating on the exhaust gas of diesel 1. After compression in the compressor, the air pressure rises and it enters the intake manifold 7 and then into the diesel cylinder. Main fuel from the tank

0 б через топливный насос низкого давлени 5, фильтры 4 поступает в топливный насос высокого давлени 3, а оттуда - к топливной форсунке 2. Форсунка 2 традиционным способом впрыскивает основное (дизельное)0 b through the low pressure fuel pump 5, the filters 4 enter the high pressure fuel pump 3, and from there to the fuel injector 2. Injector 2 injects the main (diesel) in the traditional way

5 топливо в цилиндр дизел 1. При увеличении нагрузки на дизель давление воздуха, создаваемое компрессором 8, начинает превышать давление газов на выпуске дизел в выпускном коллекторе 11 перед каме0 рой сгорани 10 . Разность давлений воздуха и газов воздействует на дополнительное спиртовое топливо в емкости 12. соединенной воздуховодом 14 с выходным патрубком компрессора. Под действием5 fuel into the diesel cylinder 1. With an increase in the diesel load, the air pressure created by the compressor 8 begins to exceed the gas pressure at the diesel outlet in the exhaust manifold 11 before the combustion chamber 10. The difference in air and gas pressures affects the additional alcohol fuel in the tank 12. connected by the duct 14 to the outlet of the compressor. Under the influence

5 разности давлений спиртовое топливо через фильтр 19 поступает в поплавковую камеру посто нного уровн 13, а оттуда - к испарительному каналу с дозирующим жиклером 16. Спиртовое топливо из испари0 тельного канала поступает в камеру, сгорани 10, где первоначально воспламен етс в потоке газов электрической свечой 15. Напр жение на свечу 15 подаетс от аккумул торных батарей 18 (или от генера5 тора) через блок управлени 17. После обра- зовани очага воспламенени (пламени) свеча 15 отключаетс блоком управлени 17 и спиртовое топливо начинает сгорать в ка- мере сгорани 10, повыша температуру рабочих газов перед турбиной 9. Увеличение5, the differential pressure of alcohol fuel through the filter 19 enters the float chamber of a constant level 13, and from there to the evaporation channel with a metering nozzle 16. Alcohol fuel from the evaporation channel enters the combustion chamber 10, where it is initially ignited in the gas stream by an electric candle 15. The voltage for the candle 15 is supplied from the rechargeable batteries 18 (or from the generator 5) through the control unit 17. After the formation of a flash point (flame), the candle 15 is turned off by the control unit 17 and the alcohol fuel starts to burn combustion chamber 10, increasing the temperature of the working gases in front of the turbine 9. Increase

температуры рабочих газов перед турбиной повышает ее мощность, расходуемую на привод компрессора 8. Следствием этого вл етс увеличение частоты вращени ротора турбокомпрессора и давлени воздуха на выходе из компрессора 8. Повышение давлени воздуха во впускном коллекторе 7 приводит к увеличению количества свежего зар да, поступающего в цилиндр дизел 1, и как следствие к повышению частоты вращени коленчатого вала и мощности. Дл сохранени мощности дизел топливным насосом высокого давлени 3 уменьшаетс подача основного (дизельного) топлива в цилиндр. При этом снижаетс температура газов на выпуске дизел в выпускном коллекторе 11 до уровн , определенного надежностью работы турбины 9 турбокомпрессора . Тдким образом производитс замещение части основного топлива, подаваемого в цилиндр, спиртовым топливом , подаваемым на выпуске дизел , а сле- довательнЬ, достигаетс экономи основного (дизельного) топлива.the temperature of the working gases in front of the turbine increases its power spent on driving the compressor 8. The consequence of this is an increase in the frequency of rotation of the rotor of the turbocompressor and the air pressure at the outlet of the compressor 8. The increase in air pressure in the intake manifold 7 leads to an increase in the amount of fresh charge entering the diesel cylinder 1, and as a result, an increase in the crankshaft rotation speed and power. In order to maintain diesel power by the high-pressure fuel pump 3, the supply of main (diesel) fuel to the cylinder is reduced. In this case, the temperature of the gases at the diesel outlet in the exhaust manifold 11 decreases to a level determined by the reliability of the turbine 9 of the turbocharger. In a simple manner, a part of the main fuel supplied to the cylinder is replaced with alcohol fuel supplied at the diesel outlet, and consequently, the main (diesel) fuel is saved.

Таким образом, применение предлагаемого способа работы двухтопливного дизел с газотурбинным наддувом и устройства дл его осуществлени позвол ет экономить основное топливо за счет использовани спиртового топлива в качестве дополнительного при уменьшении коррозионного воздействи последнего на элементы , топливоподающей аппаратуры и цилиндро-поршневой группы. При этом достигаетс снижение дымности и токсичности отработавших газов, механической нагруженное™ и виброакустической активности дизел .Thus, the application of the proposed method of operation of a dual-fuel diesel engine with gas turbine pressurization and a device for its implementation allows to save the main fuel by using alcohol fuel as an additional fuel while reducing the corrosion effect of the latter on the elements, fuel supply equipment and cylinder-piston group. This achieves a reduction in smoke and exhaust toxicity, mechanical loaded ™ and vibro-acoustic activity of diesel.

Claims

1. The method of operation of a dual-fuel diesel engine with gas turbine supercharging, based on the simultaneous supply of additional

alcohol fuel and the main diesel fuel and internal mixture formation, characterized in that, in order to save the main fuel, reduce smoke, toxicity of exhaust gases and the corrosive effect of the additional fuel on the parts of the fuel apparatus and the cylinder-piston group, additional fuel is supplied to the diesel outlet, ignite in gas

the flow is forced and burned before the working gas enters the turbocharger turbine.

2. A dual-fuel diesel engine with gas turbine supercharging, containing a turbocharger. a combustion chamber mounted in front of the compressor turbine, inlet and outlet manifolds, respectively connected to the compressor outlet pipe and the inlet of the combustion chamber, a tank for additional and main fuel, characterized in that, in order to save main fuel, reduce smoke exhaust gas toxicity and corrosive effects of additional fuel on the parts of the fuel equipment and cylinder-piston group, equipped with a connected fuel drive with a tank for additional Lib float chamber with a constant level

a metering jet in the evaporation channel, the outlet of which is located in the combustion chamber, and the tank for additional fuel is connected by an air duct to the compressor outlet pipe.