Причины низкого кпд современных двс и других топливопотребляющих агрегатов.

 

КПД современных ДВС не превышает 25-30%, котлов – (35-90)% (последняя цифра относится к новейшим двухконтурным котлам на газовом топливе). Главная причина низкого КПД – неполное сгорание топливной смеси в камерах сгорания двигателей и низкое качество топлива, которое вызывает и токсичность выхлопных газов, а в котлах – неудовлетворительный теплосъем с поверхностей нагрева и плохая передача тепла теплоносителю – воде.

Остановимся на каждой из причин:

Неполное сгорание топлива

Вызвано следующими факторами: во-первых, крайне малое время отведено на процесс сгорания в рабочем такте.

Покажем это на примере: возьмем автомобиль, в котором коленчатый вал двигателя совершает 3000 оборотов в минуту. Это означает, что он поворачивается 50 раз в сек., то есть время сгорания в полезном такте составляет 0,01 сек. У некоторых гоночных автомобилей встречается рабочий такт продолжительностью 0,0025 сек. Поэтому ясно, что за такое короткое время обеспечить полное сгорание топлива мало вероятно.

Углеводородное топливо как в баке автомобиля (колеблется при движении), так и при протекании по топливопроводу находится в движении. В результате трения молекул друг о друга они приобретают статический заряд. При этом кулоновские силы группируют из молекул укрупненные комплексы. При распылении такого топлива в камеру сгорания выбрасываются крупные капли. Эти капли плохо смешиваются с воздухом. При таком распылении кислород воздуха контактирует с топливом по поверхности капли, а внутри капли кислород не успевает прореагировать со всеми частицами топлива. В результате топливо не сгорает полностью.

Нами было произведено вскрытие головки блока дизельного двигателя автомобиля КРАЗ (см. фото №11). Оказалось, что все камеры сгорания заполнены сажей почти полностью. На торцах всех поршней многослойный пирог из нагара и сажи (см. правую часть фото), поршневые кольца залеплены тоже сажей и, естественно, что они не выполняют своего назначения качественное перекрытие кольцевого пространства, чтобы предотвратить стекание топлива в масляный картер.

Таким образом, подводя итог сказанному, – при существующей конструкции ДВС и качестве топлива – оно не может сгорать полностью.

В других теплопотребляющих агрегатах (котлах и др.) топливо также по названным причинам не сгорает полностью. А если топливо содержит сернистые соединения, то их отложения в виде нагара на стенках топки котла, ухудшают процесс теплопередачи, т.е. дополнительно уменьшает КПД сгорания топлива.

В современных котлах внутри откладывается накипь, а снаружи – нагар из серы и сажи, которые сильно снижают теплопередачу. Кроме этого сера забивает проходы воздуха и автоматика постоянно останавливает котлы (см. фото № 3 и № 4).

Таким образом, нам нужно совершенствовать подготовку топлива к сжиганию, чтобы было меньше потерь.

Влияние качества топлива на его расход

В топливе есть различные загрязнения: вода, асфальто-смолисто-парафиновые образования (АСПО), сера, нафтеновые кислоты, соли (в т.ч. соли жесткости) и механические загрязнения (окись и закись железа, глинистые частицы и т.д.).

Вода образует стойкую эмульсию в топливе, (например, эмульсию воды в дизтопливе или мазуте). Естественно, что такие эмульсии плохо распыляются и почти полностью не сгорают.

Ухудшают сгорание топлива и находящиеся в нем вязкие частицы асфальто-смолисто-парафиновых соединений, которые имеют более высокую температуру вспышки. Несгоревшие эмульсии выбрасываются в виде несгоревших углеводородов (СН), а несгоревшие АСПО, соли, механические загрязнения – в виде сажи, дыма. Они образуют нагар в камере сгорания, на торцах поршней, на поршневых кольцах и канавках, клапанной системе, выпускных трубопроводах, свечах зажигания. Клапана и поршневые кольца рано или поздно обгорают и уже не закрываются полностью. Нагар на поршневых кольцах приводит к тому, что кольцевой зазор между поршнем и цилиндром не перекрывается и часть топлива стекает по нему в поддон. Сажа проникает в смазочное масло, вызывая его загрязнение (отработанное масло, за счет сажи, всегда темнее свежего). Двигатель начинает перерас­ходовать («есть») масло. В свою очередь, горячее масло в виде масляного тумана поднимается вверх по негерме­тичному кольцевому зазору и дополнительно загрязняет выхлопные газы и, естественно, окружающую среду.

Правда, есть средство по борьбе с нагаром – автоочиститель нагара на основе растворителей, но это усложняет обслуживание автомобиля и требует дополнительного расхода топлива.