RU2811851C1 - Способ подачи и смешения аммиака с воздухом перед подачей в цилиндры дизельного двигателя и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ подачи и смешения аммиака с воздухом перед подачей в цилиндры дизельного двигателя и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2811851C1 RU2811851C1 RU2023108216A RU2023108216A RU2811851C1 RU 2811851 C1 RU2811851 C1 RU 2811851C1 RU 2023108216 A RU2023108216 A RU 2023108216A RU 2023108216 A RU2023108216 A RU 2023108216A RU 2811851 C1 RU2811851 C1 RU 2811851C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ammonia
- diesel engine
- supplying
- cylinders
- pressure
- Prior art date
Links
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 153
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 77
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 claims abstract description 16
- 230000003137 locomotive effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 6
- 239000012530 fluid Substances 0.000 abstract description 4
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 5
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- MRMBZHPJVKCOMA-YJFSRANCSA-N biapenem Chemical compound C1N2C=NC=[N+]2CC1SC([C@@H]1C)=C(C([O-])=O)N2[C@H]1[C@@H]([C@H](O)C)C2=O MRMBZHPJVKCOMA-YJFSRANCSA-N 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
Abstract
Изобретение может быть использовано в системах топливоподачи дизельных двигателей внутреннего сгорания. Предложены способам сжигания аммиака и устройствам для смешения аммиака с воздухом перед подачей в цилиндры дизельного двигателя. Предложено устройство подачи и смешения аммиака с воздухом перед подачей в цилиндры дизельного двигателя включающее жиклер основной 6, жиклер дополнительный 7, нормально закрытый клапан 8, манометр 9, вентиль регулировочный 10, насос шестеренчатый 11 с электрическим приводом и емкость с аммиаком 12. На режимах пониженной мощности дизельного двигателя подача аммиака в дизельный двигатель 1 осуществляется через основной жиклер 6 под давлением, устанавливаемым вентилем регулировочным 10, а на режимах повышенной мощности дизельного двигателя открывается нормально закрытый клапан 8 и подача аммиака в дизельный двигатель 1 осуществляется через основной жиклер 6 и дополнительный жиклер 7. Подача аммиака в дизельный двигатель осуществляется в соответствии с требованием обеспечения замещения дизельного топлива аммиаком на 40-60 %. Технический результат - обеспечение равномерной концентрации смеси воздуха и аммиака, а также уменьшение температуры рабочего тела за турбокомпрессором и тем самым увеличение мощности дизельного двигателя путем увеличения расхода воздуха в цилиндры. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к топливно-энергетическому комплексу, конкретнее к способам подготовки к сжиганию аммиака и устройствам для подачи аммиака в трубопровод за турбокомпрессором перед впускным коллектором дизельного двигателя с турбо надувом.
Предложен способ подачи и смешения аммиака с воздухом перед подачей в цилиндры дизельного двигателя и устройство для его осуществления, которое обеспечивает необходимый расход аммиака с обеспечением однофазного жидкостного течения без специальных устройств регулирования параметров, обеспечение равномерной концентрации смеси воздуха и аммиака, а также уменьшение температуры рабочего тела за турбокомпрессором и тем самым увеличение мощности дизеля путем увеличения расхода воздуха в цилиндры.
В общем случае для дизельных двигателей в качестве альтернативных топлив применяют природный сжиженный газ, аммиак или спирты, а в качестве запальной дозы при этом - дизельное топливо.
Известен эжекторный смеситель воздуха и топлива, содержащий приемную камеру с соплом питания, сообщенную с камерой смешения и диффузором, имеющую радиальный канал подсоса с перекрывающим его входное сечение регулирующим элементом и регулятор давления газа перед соплом питания, причем канал подсоса выполнен в виде калиброванного отверстия, а перекрывающий его элемент выполнен в виде съемной заглушки, при этом в стенке приемной камеры выполнены дополнительные радиальные калиброванные отверстия, снабженные заглушками [патент РФ №2075339, МПК B01F 5/04, опубл. 20.03.97, БИ №8. Эжекторный смеситель газов / Жуков Б.П., Кожухов И.В. и др.].
Недостатком этого устройства является низкая эффективность перемешивания сред, сложная конструкция, а также значительные энергозатраты и повышенные потери полного давления на линии подачи воздуха.
Известно перемешивающее устройство, содержащее напорный трубопровод и стаканообразный корпус с отверстиями, причем корпус установлен на конце трубопровода с возможностью вращения и состоит из двух стаканообразных частей, обращенных открытыми сторонами друг к другу, образуя одну полость, а отверстия, выполненные на цилиндрических элементах корпуса тангенциально к их внутренним поверхностям, имеют различное направление [патент РФ №2143945, МПК B01F 5/00, опубл. 10.01.2000, БИПМ №1. Перемешивающее устройство / Горшков Г.М., Горшков М.Г.].
Недостатком этого устройства также является низкая эффективность перемешивания сред, сложная конструкция и повышенные потери полного давления на линии подачи воздуха.
Известно перемешивающее устройство, содержащее напорные трубопроводы и разъемный корпус с отверстиями, корпус выполнен многогранным, по оси корпуса имеется цилиндрическая камера закручивания, образованная внутренней цилиндрической поверхностью корпуса, торцом корпуса и торцевой крышкой, закрепленной на корпусе, при этом на каждой грани корпуса выполнено не менее двух групп чередующихся тангенциально расположенных отверстий, в которых установлены штуцеры-жиклеры, соединенные с напорными трубопроводами подачи жидкости и газа соответственно, а отводящий трубопровод выполнен в виде выходного штуцера-сопла и установлен по оси в торце камеры. [патент РФ №2255796, МПК B01F 5/00, опубл. 10.07.2005. Перемешивающее устройство / Носырев Д.Я., Скачкова Е.А., Росляков А.Д.].
Недостатком этого устройства является низкая степень перемешивания сред, неоднородная дисперсность и повышенные потери полного давления на линии подачи воздуха.
Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.
Техническим результатом является обеспечение необходимого расхода аммиака с обеспечением однофазного жидкостного течения без специальных устройств регулирования параметров, обеспечение равномерной концентрации смеси воздуха и аммиака, а также уменьшение температуры рабочего тела за турбокомпрессором и тем самым увеличение мощности дизеля путем увеличения расхода воздуха в цилиндры.
Согласно заявленному способу после запуска дизельного двигателя включают насос шестеренчатый с электрическим приводом для подкачки аммиака из емкости, вентилем регулировочным устанавливают давление аммиака перед основным жиклером на режимах пониженной мощности дизельного двигателя маневрового тепловоза, в том числе на 2-й, 3-й и 4-й позициях контроллера машиниста и в соответствии с требованием обеспечения замещения дизельного топлива аммиаком на 40-60 % устанавливают и контролируют давление по показаниям манометра, а на повышенных 5-й, 6-й, 7-й и 8-й позициях контроллера машиниста устанавливают и контролируют давление также в соответствии с требованием обеспечения замещения дизельного топлива аммиаком на 40-60 %, при этом открывается нормально закрытый клапан и аммиак поступает через основной жиклер и дополнительный жиклер.
Технический результат достигается тем, что устройство подачи и смешения аммиака с воздухом перед подачей в цилиндры дизельного двигателя, согласно изобретению, дополнительно содержит систему подачи аммиака, включающую жиклер основной, жиклер дополнительный, нормально закрытый клапан, манометр, вентиль регулировочный, насос шестеренчатый с электрическим приводом и емкость с аммиаком, при этом на режимах пониженной мощности дизельного двигателя подача аммиака в дизельный двигатель осуществляется через основной жиклер под давлением, устанавливаемым вентилем регулировочным, а на режимах повышенной мощности дизельного двигателя открывается нормально закрытый клапан и подача аммиака в дизельный двигатель осуществляется через основной жиклер и дополнительный жиклер.
В основу создания устройства подачи и смешения аммиака с воздухом перед подачей в цилиндры дизельного двигателя положены следующие положения:
- одним из условий при постановке задачи по созданию устройства было минимальное изменение штатной компоновки дизельного двигателя;
- с точки зрения получения оптимальных характеристик дизельного двигателя по вредным выбросам целесообразно стремиться выполнять замещение дизельного топлива аммиаком в диапазоне 40-60 % [1].
- аммиак подавать в жидком виде для исключения управления двух фазными процессами. Температура кипения аммиака при атмосферном давлении составляет -33,43°С, при плюсовых температурах давление должно быть повышено [2].
На фиг. 1 приведена зависимость температуры кипения аммиака от давления.
В соответствии с зависимостью температуры кипения аммиака от давления получаем, что кипение аммиака при температуре 30°С происходит при давлении 12 атмосфер. Давление воздуха за компрессором равно 1,5 атм. С небольшим запасом принимаем перепад давления на отверстиях подачи аммиака ΔР = 10 кг/см2. При меньших температурах воздуха за компрессором давление подачи аммиака моет быть снижено.
Доля оптимального замещение дизельного топлива аммиаком на каждом конкретном режиме работы дизельного двигателя и с учетом температуры воздуха за компрессором должна определяться путем расчетных оценок с учетом ограничений, приведенных выше.
Маневровые тепловозы эксплуатируются на режимах пониженной мощности, в том числе на 2-й, 3-й и 4-й позициях контроллера машиниста.
Для иллюстрации методики расчетной оценки рассмотрим вариант подачи аммиака за турбокомпрессором на номинальном режиме (8 позиция контроллера машиниста). В дизель поступает 1,7 кг/с воздуха с избыточным давлением давление 0,52 кг/см2. Примем температуру воздуха на входе в компрессор t = 15°C или T = 288 K. Атмосферное давление 760 мм. рт. ст. или 1,033 кг/см2, коэффициент полезного действия компрессора ηк = 0,78.
Потери полного давления на фильтре и канале подвода воздуха ко входу в компрессор турбокомпрессора равны σ = 0,95. С учетом потерь давление воздуха на входе в компрессор равно Р1 = Рн ⋅ σ = 1,033*0,95 = 0.981 кг/см2.
Из таблицы π-i функции определяем при температуре воздуха T = 288 K энтальпия рана i1 = 288 кДж/кг. Термодинамическая функция π(T) = 1,21.
Для определения параметров воздуха за компрессором используем π-i функции [3], которые построены с учетом изменения теплоемкости от температуры.
Выполнена оценки возможных параметров подачи аммиака во входной коллектор. Исходя из условий, которым должна соответствовать система, выбраны оптимальные параметры подачи аммиака, в том числе расход, давление и площадь проходных сечений отверстий устройства на низких режимах, например, на 2-й позиции контроллера машиниста. Далее без изменения площади отверстий на других режимах определена оптимальное значение давления и расхода аммиака, замещающего дизельное топлива.
На 2-й позиции при 50 % замещении дизельного топлива аммиаком необходимо подавать G a = 0,009 кг/с при перепаде давления ΔР = 9,5 кг/см2 через 2 отверстия диаметром d = 0,44 мм общей площадью f = 0,3 мм2.
На 8-й позиции для замещения 50 % дизельного топлива необходимо подавать G a = 0,0596 кг/с. Для обеспечения такого расхода через отверстия площадью f = 0,3 мм2 необходимо создать перепад давления ΔР = 416,6 кг/см2, а при замещения 10 % дизельного топлива необходимо подавать G a = 0,0119 кг/с. Следовательно без изменения площади проходных сечений отверстий обеспечить замещение дизельного топливо аммиаком в необходимом диапазоне на всех режимах дизельного двигателя не возможно.
Необходимо на пониженных режимах мощности на 2-й, 3-й и 4-й позициях контроллера машиниста для замещения 50 % дизельного топлива аммиак подавать через отверстия общей площади f = 0,95 мм2, при этом давление подачи будет изменяться соответственно с 9,5 до 45 кг/см2. На повышенных 5-й, 6-й, 7-й и 8-й позициях контроллера машиниста аммиак целесообразно подавать через отверстия общей площади f = 0,3 мм2, при этом давление подачи будет изменяться соответственно с 9,5 до 43 кг/см2.
На фиг. 2 приведены по позициям контроллера зависимости расходов аммиака для замены 50 % дизельного топлива и давления подачи аммиака при двух размерах отверстий.
При работе тепловоза замещение части дизельного топлива аммиаком возможно путем изменения площади проходных сечений жиклеров в системе подачи аммиака с минимальными издержками. На позициях контроллера от 5 до 8 необходимо аммиак подавать через жиклер с эквивалентной площадью отверстий f = 0,95 мм2. На позициях контроллера машиниста от 2 до 4 необходимо подключать жиклер, который обеспечит площадь проходного сечения f = 0,3 мм2.
На фиг. 3 представлено устройство для подачи и смешения с воздухом аммиака перед подачей в цилиндры двигателя.
Устройство смонтировано на двигатель дизельный 1, который содержит коллектор выпускной 2, турбину турбокомпрессора 3, компрессор турбокомпрессора 4 и коллектор впускной 5. Устройство для подачи и смешения с воздухом аммиака перед подачей в цилиндры двигателя содержит жиклер основной 6, жиклер дополнительный 7, нормально закрытый клапан 8, манометр 9, вентиль регулировочный 10, насос шестеренчатый 11 и емкость с аммиаком 12.
Устройство для подачи и смешения с воздухом аммиака перед подачей в цилиндры дизельного двигателя работает следующим образом.
После запуска дизельного двигателя включают насос шестеренчатый 11 с электроприводом для подкачки аммиака из емкости с аммиаком. Перепускная система условно не показана. Вентилем регулировочном 10 устанавливают давление аммиака перед жиклером 6 на 2-й, 3-й и 4-й позициях контролера машиниста в соответствии с зависимостью на фиг. 2 и контролируемого по показаниям манометра 9. На повышенных 5-й, 6-й, 7-й и 8-й позициях контроллера машиниста давление также устанавливают в соответствии с зависимостью на фиг. 2, при этом открывают нормально закрытый клапан 8 и аммиак поступает через жиклер основной 6 и жиклер дополнительный 7.
Способ подачи и смешения аммиака с воздухом перед подачей в цилиндры дизельного двигателя и устройство для его осуществления обеспечивает равномерную концентрацию смеси воздуха и испаренного аммиака и, тем самым равномерную тепловую нагрузку по цилиндрам дизеля.
На фиг. 4 приведены расчетные поля концентраций аммиака при подаче во входной коллектор на расстоянии 7 см (а) и 35 см (б).
Расчетная неравномерность концентрации аммиака по сечению канала на расстоянии 35 см от устройства выравнивается и составляет не более 0,2 %.
Расчетные термодинамические оценки также показывают, что температура рабочего тела (смесь воздуха и аммиака) после турбокомпрессора равна 284 К или 11°С, т.е. смесь остыла на 47°С. При этом охладитель воздуха за турбокомпрессором не требуется.
Источники информации:
1. Климентьев А.Ю., Климентьева А.А. Аммиак - перспективное моторное топливо для без углеродной экономики. [Текст] // «Транспорт на альтернативном топливе» № 3 (57) / 2017 г.
2. ГОСТ 6221-90. Аммиак, сжиженный безводный. Технические требования [Текст]. - Введ. 91-01-01. - М. : Изд-во стандартов, 2011. 27 с.
3. Термогазодинамический расчет газотурбинных силовых установок. - М.: «Машиностроение», 1973. - 144 с.
Claims (2)
1. Способ подачи и смешения аммиака с воздухом перед подачей в цилиндры дизельного двигателя заключается в том, что после запуска дизельного двигателя включают насос шестеренчатый с электрическим приводом для подкачки аммиака из емкости, вентилем регулировочным устанавливают давление аммиака перед основным жиклером на режимах пониженной мощности дизельного двигателя маневрового тепловоза, в том числе на 2-й, 3-й и 4-й позициях контроллера машиниста и в соответствии с требованием обеспечения замещения дизельного топлива аммиаком на 40-60 % устанавливают и контролируют давление по показаниям манометра, а на повышенных 5-й, 6-й, 7-й и 8-й позициях контроллера машиниста устанавливают и контролируют давление также в соответствии с требованием обеспечения замещения дизельного топлива аммиаком на 40-60 %, при этом открывается нормально закрытый клапан и аммиак поступает через основной жиклер и дополнительный жиклер.
2. Устройство подачи и смешения аммиака с воздухом перед подачей в цилиндры дизельного двигателя, содержащего коллектор выпускной, турбину турбокомпрессора, компрессор турбокомпрессора и коллектор впускной, отличающееся тем, что устройство содержит систему подачи аммиака, включающую жиклер основной, жиклер дополнительный, нормально закрытый клапан, манометр, вентиль регулировочный, насос шестеренчатый с электрическим приводом и емкость с аммиаком, при этом на режимах пониженной мощности дизельного двигателя подача аммиака в дизельный двигатель осуществляется через основной жиклер под давлением, устанавливаемым вентилем регулировочным, а на режимах повышенной мощности дизельного двигателя открывается нормально закрытый клапан и подача аммиака в дизельный двигатель осуществляется через основной жиклер и дополнительный жиклер.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2811851C1 true RU2811851C1 (ru) | 2024-01-18 |
Family
ID=
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3150645A (en) * | 1961-06-02 | 1964-09-29 | Sinclair Research Inc | Method of operating a compressionignition engine |
| JPS55131555A (en) * | 1980-03-03 | 1980-10-13 | Toshiyuki Sugino | Anmonia gas airpipe for increasing combustion efficiency of internal combustion engine |
| WO1982000175A1 (en) * | 1980-06-30 | 1982-01-21 | J Valdespino | Internal combustion engine |
| SU1270384A1 (ru) * | 1985-04-10 | 1986-11-15 | Омский Ордена Ленина Сельскохозяйственный Институт Им.С.М.Кирова | Способ подачи воздуха в двигатель внутреннего сгорани |
| JPS63202760U (ru) * | 1987-06-18 | 1988-12-27 | ||
| CN2477864Y (zh) * | 2001-04-10 | 2002-02-20 | 毛丛军 | 封闭式齿轮氨泵 |
| US20110259290A1 (en) * | 2010-04-26 | 2011-10-27 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Ammonia burning internal combustion engine |
| US20120036825A1 (en) * | 2009-01-14 | 2012-02-16 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Engine |
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3150645A (en) * | 1961-06-02 | 1964-09-29 | Sinclair Research Inc | Method of operating a compressionignition engine |
| JPS55131555A (en) * | 1980-03-03 | 1980-10-13 | Toshiyuki Sugino | Anmonia gas airpipe for increasing combustion efficiency of internal combustion engine |
| WO1982000175A1 (en) * | 1980-06-30 | 1982-01-21 | J Valdespino | Internal combustion engine |
| SU1270384A1 (ru) * | 1985-04-10 | 1986-11-15 | Омский Ордена Ленина Сельскохозяйственный Институт Им.С.М.Кирова | Способ подачи воздуха в двигатель внутреннего сгорани |
| JPS63202760U (ru) * | 1987-06-18 | 1988-12-27 | ||
| CN2477864Y (zh) * | 2001-04-10 | 2002-02-20 | 毛丛军 | 封闭式齿轮氨泵 |
| US20120036825A1 (en) * | 2009-01-14 | 2012-02-16 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Engine |
| US20110259290A1 (en) * | 2010-04-26 | 2011-10-27 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Ammonia burning internal combustion engine |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102272427B (zh) | 发动机 | |
| US4062184A (en) | Cryogenic fuel evaporation in compressor of gas turbine | |
| CN102272428B (zh) | 发动机 | |
| RU2427724C1 (ru) | Система подачи криогенного топлива для питания двигателя | |
| US6912977B2 (en) | Hydrogen assisted combustion | |
| US20040185405A1 (en) | Fuel density reduction method and device to improve the ratio of oxygen mass versus fuel mass during ignition in combustion mechanisms operating with fluid hydrocarbon fuels | |
| AU2002223294A1 (en) | Hydrogen assisted combustion | |
| EP1888906B1 (en) | A method and an arrangement in connection with a turbocharged piston engine | |
| CN106194507B (zh) | 基于喷射泵实现增压柴油机掺水燃烧并降低nox排放的装置 | |
| RU2667845C1 (ru) | Система подачи криогенного топлива | |
| CN111997747A (zh) | 一种可回收氧气的零排放压燃式二冲程转子机及其控制方法 | |
| RU2811851C1 (ru) | Способ подачи и смешения аммиака с воздухом перед подачей в цилиндры дизельного двигателя и устройство для его осуществления | |
| CN107740726A (zh) | 一种利用转子发动机缸壁余热的燃油预热系统 | |
| CN109681318B (zh) | 以氧气为氧化剂的烃类燃料点燃式零氮转子机及其控制方法 | |
| RU2292471C1 (ru) | Способ подачи топлива в газотурбинный двигатель и система подачи топлива в газотурбинный двигатель (варианты) | |
| JPH0255835A (ja) | 排ガス脱硝装置を内蔵した排ガスボイラを付設したガスタービン装置 | |
| CN203879651U (zh) | 用于内燃机全自动控制的节油装置 | |
| RU2702454C1 (ru) | Топливная система газотурбинного двигателя | |
| US10738749B1 (en) | Method of using heat from fuel of common-rail injectors | |
| RU178331U1 (ru) | Парогазотурбинная установка | |
| CN106089437B (zh) | 超临界二氧化碳低温动力系统 | |
| RU2705347C1 (ru) | Способ работы системы подачи криогенного продукта | |
| CN103993988B (zh) | 用于内燃机全自动控制的节油装置及其应用方法 | |
| RU2573857C2 (ru) | Способ пуска и газоснабжения электрической экологически чистой газотурбинной установки и устройство для его осуществления | |
| EP4166768A1 (en) | Cooling system of charge air for reciprocating internal combustion engine and corresponding engine |