Совершенствование конструкции судовых дизелей

К настоящему времени разработан и практически используется ряд достаточно эффективных способов и методов снижения загрязнения атмосферы отработавшими газами за счет внесения новых конструкторских и технологических решений в конструкцию судового дизеля на водном транспорте. Так, например, осуществляется оптимизация энергетического состояния воздушного заряда. В существующей практике конструирования дизелей уделяется мало внимания определению степени сжатия. Ее выбирают, как правило, в диапазоне от 12 до 17. Для того чтобы дизель работал на различных видах топлива с высокой экономичностью и минимальным содержанием вредных веществ в отработавших газах, степень сжатия необходимо рассчитывать, а не выбирать приближенно.

Улучшения экономических и экологических характеристик дизеля можно достичь путем повышения давления впрыска топлива. Практика использования тяжелых топлив на судах показала, что при увеличении вязкости топлива необходимо повысить давление впрыска. Количественную оценку давления впрыска можно установить экспериментальным путем или с помощью расчета по специальному методу.

С изменением давления впрыска связана динамика развития струи и факела, а следовательно, и тонкость распыливания, при этом повышается скорость прогрева струи или факела и, соответственно, возрастает скорость сгорания топлива.

Используя методику численного эксперимента, можно рассчитать тепловыделение для дизелей с обычным смесеобразованием по управляющим физико-химическим параметрам. Это даст возможность прогнозировать динамические и экономические характеристики рабочих циклов при проектировании новых дизелей, определить оптимальные параметры работы топливной аппаратуры, полноту сгорания топлива и состав отработавших газов.

Современные топлива для дизелей имеют достаточно широкий ассортимент. В нашей стране для быстроходных двигателей, как правило, используются дистиллятные нефтепродукты — дизельные топлива марок Л, 3 и А. Для среднеи малооборотных дизелей предлагаются топлива крекингпроцесса и мазуты — моторные топлива марок ДТ и ДМ, газотурбинные топлива ГТ и ГТВК, мазуты Ф-5, Ф-12, М-40, М-40 В, М-100, М-100 В.

Большое внимание уделяется исследованию возможности использования в дизелях альтернативного вида топлива, например спирта, жидкого топлива из углей и сланцев, газа. Исследуется синтетическое топливо, цетановое число которого не выше 30—38 единиц. Аналогичные свойства показало топливо из сланцев. Все спирты имеют низкие цетановые числа — 8—15 единиц. Следовательно, к этому топливу целесообразно добавлять легковоспламеняющиеся присадки. Легковоспламеняющимися компонентами могут быть не только углеводороды, но и нитросоединения различного строения. Для лучшего распыления топлива в него могут вводиться специальные вещества, снижающие поверхностное натяжение топлива и, следовательно, скорость прогрева и испарения.

Важным моментом в обеспечении снижения вредных выбросов дизелей считается задержка воспламенения топлива. Определив задержку воспламенения, можно установить, какое количество топлива в струе испарится к началу горения и в какой момент оно воспламенится. Степень гомогенизации заряда к началу воспламенения дает возможность оценивать качество и полноту сгорания, а следовательно, и количество вредных выбросов.

Добавка воды в топливо приводит к повышению экологичности двигателя. Экспериментально установлено, что вода повышает скорость сгорания топлива примерно в 4—5 раз при более низкой температуре горения.

Наряду с впрыском воды во всасывающий тракт применяются водотопливпые эмульсии. Вода оказывает благоприятное действие на тоиливоиодготовку — улучшает распыление топливной струи и интенсифицирует процесс смесеобразования. Механизм действия воды на процесс сгорания топлива в дизелях до конца не изучен, но установлено, что она способствует испарению топлива в факеле и его сгоранию. Добавление к топливу воды открывает широкие возможности использования различных улучшающих свойства топлива присадок. В добавляемую к топливу воду можно вводить химические вещества и получать многофункциональные водорастворимые присадки, использование которых в совокупности с присадками к топливу позволит существенно раздвинуть границы применения тяжелых топлив в судовых дизелях.

Установлено, что совершенствование рабочего процесса позволяет значительно снизить содержание вредных выбросов в отработавших газах. Но существуют переходные режимы работы дизелей, когда трудно выдержать минимальное содержание вредных выбросов. Для снижения вредных выбросов судового дизеля, как и автомобильного, используют нейтрализаторы, обеспечивающие дополнительную очистку отработавших газов.

Применение в дизелях термических нейтрализаторов приводит к дополнительному окислению СО и C_VH_Z/ в конечные продукты — С0₂ и Н₂0, а также S0₂ в S0₃. Оксиды азота при таком способе практически не уничтожаются^[1].

Каталитическая нейтрализация в дизелях используется для удаления токсичных веществ при окислительных (СО и С_хН_у до С0₂ и Н₂0, S0₂ до S0₃) и восстановительных (разложение NO_vb исходные вещества 0₂ и N₂) реакциях.

• [1] См.: Зубрилов С. П. у Ищук 10. Г., Косовский В. И. Охрана окружающейсреды при эксплуатации судов. Л.: Судостроение, 1989.