文档介绍：第五章天然气发动机
天然气发动机是一种以天然气或其它混合气体为燃料,靠火花塞点燃的活塞式内燃机。
天然气发动机的分类
天然气发动机可按工作循环、吸气方式、转速以及结构等的不同,分为多种型式。
四冲程循环包括进气、压缩、燃烧及膨胀、排气等四个冲程,需要有两个完整的活塞行程来完成,其示功图如图5-1所示。
二冲程循环的进气和排气集中在很短的一个时期内进行,只有压缩和膨胀二个冲程完成一个循环。
图5-2是燃油二冲程工作循环的示功图。
图中1—2为压缩过程 2—3为燃烧过程 3—4燃气膨胀 5—6,6—1新鲜工质——空气的充气过程
天然气发动机的吸气方式分为从大气自然吸气和增压冷却式吸气。
图5-3表示一台废气涡轮增压式发动机组。它主要由发动机本体1,废气涡轮4及增压器5所组成。发动机的排气经排气阀2进入废气涡轮继续膨胀作功,废气涡轮所得的功用以带动压缩机5,使产生一定压力的压缩空气由进气阀3充入发动机气缸。
天然气发动机利用增压器可以增大单机功率。
发动机按转速分类为:
高速——大于1500r/min;
中速——700~1500r/min;
低速——小于700r/min。
高速发动机在重量和尺寸上占优点,但通常比中速、低速发动机需要更多的维修。高速发动机常应用于备用或临时使用机组。一般说来,低速发动机使用寿命长。
发动机的压缩比,即活塞运动时气缸的最大容积与气缸的最小容积之比。发动机的压缩比分为高压缩比和低压缩比。
天然气发动机根据与压缩机的联接方式,可分为组合式和单独发动机。组合式即发动机与压缩机共用机身,组成天然气发动机-压缩机组,如图5-4所示。
1~4为左侧缸,5~8为右侧缸。ⅠⅣ为压缩机的气缸。
燃料气系统
~,丁烷含量不大于10%(体积)的各种燃料气均可以作为天然气发动机的燃料。
燃料气的组成不同,不仅表现在热值上有差异,其临界压缩比、辛烷值也不一样。
表5-1 燃料气的临界压缩比和辛烷值
从表5-1中可以看出甲烷和丁烷之间在临界压缩比和辛烷值上有较大的差异,这种差异说明了工业用的丁烷或丙烷-丁烷混合物,在任何情况下都不能应用于高压缩比的发动机上作燃料气。
发动机的爆燃主要受压缩比、点火时间和进气温度的影响。
燃烧速度与燃料气的辛烷值有关,辛烷值越低,燃烧速度越快,点火时间要延迟较长。
发动机的压缩比主要是通过增加压缩燃气温度来影响爆燃。
当发动机的压缩比高于燃料气的临界压缩比时,燃料气在气缸内会自燃。
使用湿燃料气对动力气缸有许多害处,即易发生机械损伤、爆燃。因此,对于湿燃料气必须先进行冷凝和过滤,将游离水在进入发动机之前分离。
发动机的燃料气消耗量是考核发动机性能的一个重要指标,用燃料消耗比或消耗率(也称耗热率)表示,其值为11~/(kW·h)(高热值)。
四冲程自然吸气式发动机燃料气供应系统如图5-5。