TANULMÁNY A MOTOR ENERGETIKAI ÉS ENERGIATAKARÉKOS PARAMÉTEREIRŐL HASZNÁLVA A VOSGES SZUPERKATALIZÁTORT

Átírás

1 KOLOZSVÁRI MŰSZAKI EGYETEM HŐTAN SZAK, TERMIKUS GÉPEK ÉS FELSZERELÉSEK TANULMÁNY A MOTOR ENERGETIKAI ÉS ENERGIATAKARÉKOS PARAMÉTEREIRŐL HASZNÁLVA A VOSGES SZUPERKATALIZÁTORT (I. fázis as számú vizsgálati szerződés) 2009

2 A VOSGES SZUPERKATALIZÁTOR TESZTELÉSE TEHERAUTÓK SZÁMÁRA A szuperkatalizátor tesztelésének célja a mágneses tér befolyásának megfigyelése volt a belső égésű motorok energetikai és energiagazdaságos paramétereire. A motor tanulmányozása két szakaszban történt: 1) A motor energetikai és energiagazdaságos paramétereinek meghatározása szuperkatalizátor nélkül. 2) A motor energetikai és energiagazdaságos paramétereinek meghatározása szuperkatalizátor felszerelése után. Ahhoz, hogy ezeket a paramétereket megállapíthassuk szükséges, hogy a motor néhány jellemzőjét körvonalazzuk, ezen jellemzők körvonalazódván az 1. ábrán látható állványon végzett tesztelés után. A VOSGES SZUPERKATALIZÁTOR MŰKÖDÉSI ELVE A szénhidrogéneket úgy határozhatjuk meg, mint kémiai vegyületek összességét, melyek elsősorban szén- és hidrogénatomokból állnak, melyeket olyan kötőértékkel rendelkező elektronok kötnek össze, melyekhez egy kötési energia van rendelve. A Szuperkatalizátor által az üzemanyagra kifejtett Gauss nagyságrendű mágneses tér hatása fizikálisan a szén-szén- és szén-hidrogén-atomok közötti kötések energiáinak csökkentésében mutatkozik meg. Egy ilyen csökkentés az gyökök -nek nevezett sajátos módon reaktív formájú szén- és hidrogénatomok nagyobb rendelkezési állományához vezet. Ez az összekötés az égési folyamat során a levegőbeli oxigénnel átmeneti peroxid vegyületeket képez, amelyek utólag az el nem égett részecskékkel reagálva a rendszer számára egy utólagos kiegészítő energiát biztosítanak megnövelve az égés sebességét s így az égés termikus hatásfokát is. A szuperkatalizátor felszerelése által elérhető a fajlagos üzemanyag-fogyasztás csökkentése, a mérgező anyagok kipufogó általi kibocsátásának csökkentése által a légköri szennyezés csökkentése, az üzemanyagokban még jelenlevő kémiai energiák teljes visszanyerése, a füstök homályosságáért felelős részecskék számának a csökkentése. Ezenkívül a megmaradt energia visszaszerzése által teljesítményt sikerül nyerni, de ami nagyon fontos az az, hogy az égési kamrák és a kivezetési gyűjtők belseje folyamatosan tiszta állapotban tartható. Az olaj élete megkétszereződik, az indítás pedig csökkent hőmérsékleti szinteken is jelentős mértékben javul.

3 A MOTOR JELLEMZŐJE Egy motor jellemzője az a grafikon, amelyik a motor bizonyos teljesítményértékeinek vagy mutatóinak az ingadozási görbéit mutatja egy független változónak tartott üzemmód-paraméter vagy beállítási paraméter függvényében. Egy motor jellemzője ennek felhasználási lehetőségeinek megállapítására, valamint a legjobb beállítások meghatározására szolgál. A FORDULATSZÁM JELLEMZŐINEK MEGHATÁROZÁSA TELJES TERHELÉS ESETÉN A fordulatszám jellemzője kimutatja a motor efektív fő mutatóinak az ingadozását (efektív teljesítmény, jellegzetes efektív üzemanyagfogyasztás stb.) az állandó terhelés melletti fordulatszám függvényében. A teljes terhelés melletti jellemzők meghatározásához meg kell állapítani a befecskendező szivattyú vezérlőfogantyújának helyzetét a névleges üzemmódnak megfelelően. A fordulatszám jellemzője a motor egyik legfontosabb jellemzője. Ez mutatja a teljesítmény és más mutatók ingadozását a fordulatszám függvényében. A SZGYM (szikragyújtású motorok) esetében teljesen nyitott csőelzáró mellett lehet ezt meghatározni. Ha megemelkedik optimális beállítási feltételek mellett is (optimális előny, optimális hő-üzemmód stb.), akkor ez a motor lehetséges üzemmódjainak a terét korlátozza és külső jellemzőnek hívják, mivel minden fordulatszám esetében a motor abszólut maximális teljesítményét mutatja. A RM (robbanó motorok) esetében a külső jellemzőt meg kell emelni a maximális teljesítmény elérése érdekében. A motornak egy állványon való kipróbálása esetében, úgy a SZGYM, mint az RM esetében, akkor amikor az abszólut maximális teljesítmény elérése érdekében nem történnek meg a beállítások, az elért fordulatszám jellemzőjét nem külső jellemzőnek hívják, hanem teljes terhelési jellemzőnek. A fordulatszám csökkentésekor enyhén csökken az adagolás-együttható azért, hogy kémiai hatás átal egyenlítse ki az égési sebesség csökkenését, amit a kevésbé nagyfokú turbolencia vált ki. A Vosges szuperkatalizátor tesztelése egy próbaállványon történt egy SAVIEM motor és egy 120 dan-es hidraulikus fék segítségével. A motort egy minden mérés meghatározásához szükséges felszereléssel ellátott próbaállványra vagy -padra kell felszerelni.

4 1. ábra

5 A SAVIEM motor jellemzői Modell SAVIEM Motortípus 4 ütemű Diesel, közvetlen befecskendezéses Hengerek 6 db, függőlegesek, vonalban Furat 102 mm Dugattyú járata 112 mm Lökettérfogat 5490 dm³ Sürítési arány 18:1 Névleges teljesítmény 97,8 kw (113 LE) Névleges fordulatszám 2900 ford./perc Befecskendezőnyomás 186,4±4, dan/cm² Maximális motor nyomaték 353 N m Maximális fordulatszám 1800 ford./perc Befecskendezési sorrend Fajlagos minimális üzemanyagfogyasztás 23l g/kwh (170 g/leh) Motor tömege szárazon 470 kg Motortest Monoblokk, öntöttvas készítmény, kicserél-hető, nedves hengerperselyekkel Hengerfej Öntöttvas készítmény Dugattyú Al-ötvözetből, gömb alakú égési rekesszel Könyököstengely 7 csapágypersellyel, 4 ellensúllyal ellátva Vezérlés Bütyköstengely által Vezérlési szakaszok: - beömlőszelep kinyitása 11º-kal a felső holtpont előtt - beömlőszelep bezárása 41º-kal az alsó holtpont után - ürítőszelep kinyitása 55º-kal az alsó holtpont előtt - ürítőszelep bezárása 5º -kal a felső holtpont után Szelepek helyzete és száma Befecskendező szivattyú Kenőrendszer A feji részen, egy befúvó- és egy ürítőszelep mindegyik henger számára Forgó elosztóval Az olaj kényszerátáramlása, főáramkörbe kötött olajszűrővel, a körfolyamatbeli olaj hűtése a motor hűtőberendezéséhez való bekötés által valósul meg Hűtési rendszer - hűtőfolyadék kényszerátáramlásával és termosztát általi hőmérsékletszabályozással - a centrifugális vízpompa biztosítja a hűtőfolyadék kényszerátáramlását Motor indítása 2,94 kw-s (4LE) villamos indítóval, tápfeszültség 24 V, cu alternator de capacitate 590 W kapacitású váltakozó áramú generátorral.

6 A szuperkatalizátor felszerelése a gyártó által megadott útmutatásoknak megfelelően történt, egészen pontosan a gázolajszűrő és a befecskendező szivattyú közé 2. ábra. 2. ábra A MÉRÉSEK EREDMÉNYE ÉS EZEKNEK ÉRTELMEZÉSE SZÁMÍTÁSI FORMULÁK Ismerve a fék F indikációját és a mérési berendezés karjának hosszát megkapjuk az efektív nyomatékot: Me=F*l [dan*m] (1,2,3,4,5) Általában l=0,716 m, ebben az esetben a motor efektív teljesítménye a következő: Pe=F*n/k [kw] (1,2,3,4,5) ahol: F - a fék indikációja, dan-ben; n - a könyököstengely fordulatszáma, ford./perc-ben; k=1360 Az órára lebontott üzemanyagfogyasztást a következő egyenletből kapjuk meg: Ch=3,6*m/t [kg/h] (1,2,3,4,5) ahol: t - az üzemanyagmennyiség elhasználásának ideje, sec-ban; m - az üzemanyag tömege, g-ban.

7 A fajlagos üzemanyag-fogyasztás: Ce=Ch/Pe [kg/kwh] (1,2,3,4,5) 1. táblázat Katalizátor hiányában végzett próbálkozások eredményei próbálkozások Adat Jel ME Könyököstengely fordulatszáma n ford./perc Fék mérlegének indikációja F dan Üzemanyagfogyasztás a próbálkozás ideje alatt C gr Próbálkozás időtartama t sec Üzemanyagfogyasztás órára lebontva Ch kg/h , , Efektív teljesítmény Pe kw 36,25 43, , , , Efektív nyomaték Me dan*m 20,764 22,196 18,616 10,74 5,728 0 Fajlagos üzemanyagfogyasztás Ce Kg/kWh 0, , , , , táblázat Katalizátorral végzett próbálkozások eredményei próbálkozások Adat Jel ME Könyököstengely fordulatszáma n ford./perc Fék mérlegének indikációja F dan Üzemanyagfogyasztás a próbálkozás ideje alatt C gr Próbálkozás időtartama t sec Üzemanyagfogyasztás órára lebontva Ch kg/h 6, , , , , , Efektív teljesítmény Pe kw 37,5 44, , , , Efektív nyomaték Me dan*m 21,48 22,912 19,332 13,604 7,16 0 Fajlagos üzemanyagfogyasztás Ce Kg/kWh 0, , , , , A próbák fő célja a gyártó által a termék műszaki adatlapján garantált minimális műszaki teljesítmények ellenőrzésében áll, éspedig: a. az üzemanyagfogyasztás csökkentése legalább 10 %-kal b. a motor teljesítményének növelése 4-8 %-kal c. a kipufogógázok csökkentése d. a motor hatásfokának növelése

8 A kapott eredmények összehasonlításából a szuperkatalizátor használatának esetében észrevehető a motor paramétereinek enyhe javulása. A motor-próbáló állványon kapott adatok feldolgozása utáni eredmények átlaga látható egy RM esetében a 3. táblázatban. 3. táblázat Adat Megállapítás Érték Efektív teljesítmény nőtt 12.4% Efektív nyomaték 12.4% Üzemanyagfogyasztás órára csökkent 28.2% lebontva A fajlagos üzemanyagfogyasztás 19.3%

9 AZ EREDMÉNYEK GRAFIKUS ÁBRÁZOLÁSA Efektív teljesítmény Puterea efectiva Pe [kw] fara catalizator cu catalizator katalizátor nélkül katalizátorral n [rot/min] ford./perc Efektív nyomaték Momentul efectiv Me [dan*m] fara catalizator cu catalizator katalizátor nélkül katalizátorral n [rot/min] ford./perc

10 Üzemanyagfogyasztás órára lebontva Consumul orar de combustibil Ch [kg/h] fara catalizator cu catalizator katalizátor nélkül katalizátorral n [rot/min] ford./perc A fajlagos üzemanyag-fogyasztás Consumul specific efectiv de combustibil Ce [kg/kwh] fara catalizator cu catalizator katalizátor nélkül katalizátorral n [rot/min] ford./perc

11 A KIPUFOGÓGÁZOK MEGHATÁROZÁSA A SAVIEM motor kipufogógázainak elemzésére a következőket használták: MAXILYZER típusú hordozható gázanalizátor Különleges alkalmazásra szolgáló professzionális, rendkívül erős, mechanikai sokk-hatásoknak ellenálló, teljesen légmentes elzárással bíró számítógép. Közepes- és nagyteljesítményű, hagyományos vagy kondenzációs kemencék és kazánok égett gázai összetevőinek meghatározására használják. Különösen ajánlott a szolid üzemanyagok égetéséhez, hosszútávú égések figyelésére. (48h-s folyamatos működési autonómia). A MAXILYZER az EN számú tanúsítvánnyal rendelkezik! Mért adatok Adat Mérési tartomány ISCIR PTA1 szerinti Pontosság Felbontás maximális értékek O ,9% ±0,2% val. mas. 0,1% CO (kompenz H2) ppm kb. 80ppm ±5ppm-től-150ppm-ig 1ppm (100mg/Nm3) ±5% val. mas. > 150ppm NO (NOx) ppm kb. 170ppm ±5ppm-től-150ppm-ig 1ppm (350mg/Nm3) ±5% val. mas. > 150ppm SO ppm kb. 12ppm ±5ppm-től-150ppm-ig 1ppm (35mg/Nm3) ±5% val. mas. > 150ppm égett gázok ºC ±0,5% val. mas. 1ºC hőmérséklete égési levegő -20ºC ºC ±3ºC+1digit (-20,0...0,0ºC) 0,1ºC hőmérséklete ±1ºC+1digit (+0, ,0ºC) léghuzat / nyomás a -2, ,00hPa ±0,02 hpa+1digit 0,01hPa kéményben közepes Δp ±2,01... ±20,00hPa ±1% val. mas. 0,01hPa magas Δp ±20,01... ±150hPa ±3% val. mas. 0,1hPa További rendelkezésre álló szenzorok: COhigh szenzor mérési tartomány 10000ppm/20000ppm/40000ppm Kiszámított adatok: nem oldott CO 2, CO, nem oldott NO x, NO, nem oldott SO 2 harmatpont hőmérséklet λ légfelesleg-tényező veszteségek, ή égési hatásfok ή BW kondenzációs központok hatásfoka Az égés sztöchiometrikus tulajdonsága szerint, gázolaj üzemanyag esetében, a teljes égés elméleti pontját akkor ellenőrzik, amikor: CO2 + O2 = 15.5 (6) ahol CO2 minél közelebb kell legyen az 15,5-höz.

12 Következik, hogy egy égés annál jobb, mennél közelebb kerül az oxigén a zéróhoz, a CO2 pedig a felső határ felé nő. Egy ideális égéshez a következő összetevők szükségesek a következő értékekkel: CO CO O2-0,1 lambda A 3. ábra szerint, február 23-án, a szuperkatalizátor felszerelése előtt és után 9 perces intervallumban elvégzett gáz-elemzések következtében a következőket állapították meg: az oxigén csökkenése 19,2-ről 17 %-ra a CO2 növekedése 1,3 %-ról 2,9 %-ra a hatásfok növekedése 65,3-ról 78,9-re a lambda együttható csökkenése 11,67-ről 5,25-re. Ezen együttható optimális értéke között található. Ugyanakkor megállapítható a veszteségek egy csökkenése is 34,7-ről 21,1 %-ra. A NO és NOX gázok csökkenésének kezdete. Megemlítendő, hogy amennyivel a szuperkatalizátorral való működés ideje nő, úgy javulnak a teljesítmények egészen a motor működésének végleges stabilizálásáig. katalizátor nélkül katalizátorral EURO-INDEX KFT szériaszám Óra: Dátum: Üzemanyag Gázolaj gázok Veszteség levegő Léghuzat Hatásfok kazán mutató Üledék

13 KÖVETKEZTETÉSEK: A jelen tanulmány szerint bizonyosággal lehet állítani, hogy a gyártó által a műszaki adatlapon megadott teljesítmények valóságosak. Egy hőfelvevő motorra szerelt szuperkatalizátor nem jelent semmilyen kockázatot, sőt ezáltal a motor teljesítmények növekedéséhez, valamint ennek élettartamának meghosszabbításához, és a levegőbe kibocsátott mérgező anyagok csökkentésével a környezet védelméhez vezet. Bibliográfia 1. N. Bataga, Hőmotorok, Lito. IPCN N. Bataga, I. Teberean, Belső égésű motorok, EDP- Bukarest, Berthold Grunwald, Teoria, Közúti járművek motorjainak számításai és építése, EDP- Bukarest, D. Taraza s.a., Hőmotorok alkalmazásai és problémáik, EDP - Bukarest, I. Teberean, Termodinamikai tényezők és hőgépek, DACIA Kiadó Kolozsvár, Virgiliu Dan Negrea, A környezet szennyezésének leküzdése a közúti szállításban, Tehnica Kiadó Bukarest, DÉKÁN (rektor) KATEDRAFŐNÖK DOLGOZATFELELŐS Pr. Dr. Opruta D. Pr. Dr. Teberean I. Rotaru Nicolae Florin ENNEK A TANULMÁNYNAK EREDETI PÉLDÁNYA MEGTALÁLHATÓ WEBOLDALUNKON, A ROMÁN NYELVŰ DOKUMENTUMOK, KOLOZSVÁRI MŰSZAKI EGYETEM, A DIESEL MOTOROKRA VONATKOZÓ RÉSZÉBEN.