РАЗДЕЛ 2
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЙ
2.1. Экспериментальная установка для исследований камер сгорания при работе на жидких и газообразных топливах.
Экспериментальные исследования теплоэкологических характеристик многотопливных ГбКС проводились на созданном в ИПМаш НАН Украины испытательном стенде, имеющем следующие основные параметры:
- температура воздуха на входе в КС ТВ 293-873 К;
- температура продуктов сгорания ТПС 873-1373 К;
- расход воздуха GВ = 0,1-1 кг/ с;
- давление воздуха РВ 0,12 МПа;
- расход жидкого топлива GТ = 0,001-0,02 кг/ с;
- расход газового топлива GГ = 0,0001-0,02 кг/ с.
Схема стенда приведена на рис. 2.1. Стенд состоит из:
- корпуса для установки КС (ГбКС);
- системы подачи воздуха;
- системы питания жидким топливом дежурной и основных форсунок ГбКС;
- системы питания дежурной и основных форсунок ГбКС природным газом и компонентами газовых смесей;
- системы отбора и анализа проб ПС;
- контрольно-измерительной аппаратуры для определения расходов и температур воздуха и ПС.
Система подачи воздуха функционируют следующим образом: воздух из воздуходувки (на схеме не показана) через электромеханические задвижки, используемые для регулирования расхода и стандартные расходомерные сужающие устройства (РСУ) сопла поступает на вход в регенератор, где по-
Рис. 2.1 Схема огневого стенда ИПМаш НАН Украины
-догревается ПС из КС. Подогретый воздух разделяется на три потока и поступает в электронагреватели, каждый из которых имеет автономное управление, что позволяет регулировать температуру нагреваемого воздуха в указанных выше пределах. После нагревателей воздух через РСУ и электромеханическую задвижку поступает в корпус стенда и через него на вход в КС. После КС ПС поступают в регенератор и далее в выхлопной коллектор и вытяжную трубу.
Система питания жидким топливом состоит из топливных баков, топливных трубопроводов, насосов высокого давления (до 6 МПа), фильтров грубой и тонкой очистки топлива, регулировочных вентилей и манометров для контроля давления подачи топлива. Расход жидкого топлива на стенде, отдельно для дежурной и основных форсунок, определяется "весовым" методом с помощью рычажных весов РН-10ц13у, снабженных фотоэлектрическими датчиками положения их указателей (подвижной стрелки). Измерение интервала времени, в течение, которого расходуется известная масса топлива, производится частотомером-хронометром типа Ф5080.
Система питания форсунок природным газом и газовыми смесями состоит из газовых баллонов, трубопроводов с запорной и регулировочной арматурой и набора специальных РСУ (диафрагм), позволяющих измерять расходы различных газов в указанном выше диапазоне.
Для подачи как жидкого, так и газовых топлив непосредственно в КС применяются двухкомпонентные форсунки с внутренним соприкосновением потоков, что позволяет проводить исследования сжигания газовых и газожидкостных топливных смесей.
Определение теплоэкологических характеристик КС, а также локальных значений температуры ПС, концентраций NOx, коэффициентов избытка воздуха и полноты сгорания топлива во внутрикамерном объеме осуществлялось посредством системы отбора и анализа проб ПС (СОАП), схема, которой приведена на рис. 2.2. При определении теплоэкологических характеристик КС отбор проб проводится водоохлаждаемым осредняющим газоотборником, расположенным на выходе из КС. Отобранная проба ПС транспортируется по обогреваемой магистрали на вход в многокомпонентные автоматические газоанализаторы АСГА-Т и ТЭСТО-350, предназначенные для одновременного непрерывного измерения концентраций СО, СО2, СН4 и NOX в ПС.
*
Рис. 2.2 Схема системы отбора и анализа проб продуктов сгорания:
1 -корпус КС; 2 - газоотборник; 3 - вентиль регулировки подачи воздуха (воды) для охлаждения пробоотборника; 4 - магистраль сжатого воздуха (воды); 5- баллон с нулевым газом;6- баллоны с поверочными газовыми смесями;7- газоаналитический измерительный комплекс;8- насос-побудитель расхода ПС; 9- обогреваемая линия подачи проб ПС;10 - термопара для контроля температуры стенки линии подачи проб ПС; 11 - термопара для контроля температуры пробы ПС в пробоотборнике.
Для определения температур и состава ПС в объеме КС используется водоохлаждаемый термозонд-газоотборник, который позволяет отбирать пробу ПС в одной из 25 точек в любом сечении по длине КС. Температура ПС в точке отбора измеряется с помощью стандартного термоэлектрического преобразователя градуировки ПР 30/ 668. Система отбора и анализ проб разработана и создана с соблюдением всех требований ГОСТ ?89?.
Контрольно-измерительная аппаратура (КИА) для определения и контроля расхода и температур воздуха и ПС состоит из: стандартных РСУ, выполненных в соответствии с правилами РД 50-213-80; стандартных термоэлектрических преобразователей (термопар) градуировок ХК и ХА и компенсационных самопишущих потенциометров типа КСП-4.
Максимальная относительная погрешность стандартных измерений [42,43,89] на стенде не превышала: по давлениям воздуха, жидкого топлива, природного газа и водорода ? 1 %; по расходам воздуха, жидкого топлива, природного газа и водорода ? 1,5 % ; по температурам воздуха, жидкого топлива, природного газа и водорода ? 1%; по температуре ПС ? 5 % ; по концентрациям газообразных компонентов ПС: СО, СО2, СН4 ? 5 %, NOX ? 15 %. Стенд аттестован ведомственной метрологической комиссией.
Обработка результатов газового анализа проводилась по методикам, описанным в работах [42,43,89]. На всех исследуемых режимах проводилась проверка представительности проб ОГ в соответствии с нормативными требованиями [89]. Дальнейшие измерения проводились при выполнении условия - значение отношения массы воздуха к массе топлива в пробе отличаются, не более чем на 10% от отношения расхода воздуха к расходу топлива на данном режиме работы [89].
Содержания ПАУ в ПС оценивалось по наличию БП. Он используется в качестве индикатора наличия канцерогенных ПАУ в воздухе, воде, почве и т.д., так как относитс
- Київ+380960830922