Связанное регулирование подачами биогаза и метана в газовом двигателе

Abstract

Результаты экспериментальных исследований были получены на газоэлектрической установке номинальной мощности 30 кВт при 1500 мин -1. Приводной бензиновый двигатель 8Ч10/8,8 с искровым зажиганием был конвертирован в чисто газовый. Степень сжатия 8,5 не изменялась. Система подачи газового топлива состоит из линии подачи и аварийного отсечного контура. Линия подачи природного газа подсоединялась к бытовой магистрали через специальный газовый распределитель. На основе узлов фирмы HEINZMANN разработана система дозирования смесевого газового топлива, которая через микропроцессорный блок управления и исполнительный орган воздействовала на дроссельную заслонку газового смесителя. В экспериментальных исследованиях смесевым топливом был модельный газ – смесь природного и углекислого газов, которая приготавливалась до газового смесителя в редукторе нулевого давления. При увеличении в модельном газе объёмной доли углекислого газа более 34 % на установившихся режимах наблюдалось ухудшение процесса сгорания. В статье на основании анализа экспериментальных результатов работы газового поршневого двигателя на модельном газе обоснован алгоритм применения связанного автоматического регулирования подачами биогаза и метана. Обоснован переход от количественного к качественному регулированию газо-воздушной смеси. Для этого необходимо создать два контура автоматического регулирования подачами воздуха и смесевого топлива из биогаза и природного газа, которые связаны между собой через внешнюю нагрузку. В соответствии с разработанным алгоритмом по мере увеличения нагрузки подача природного газа увеличивается, а подача биогаза уменьшается. При увеличении нагрузки до 75 % и более происходит более интенсивное обогащение топливной смеси природным газом, чем при малых и средних нагрузках. Предложенный алгоритм регулирования топливной смеси может быть реализован с применением газовых электромагнитных форсунок для дозирования составляющих смесевого топлива. В качестве корректирующих связей для алгоритма связанного регулирования выбраны сигналы от датчиков содержания кислорода и метана в отработавших газах. Разработаны рекомендации по выбору режимов настройки датчиков содержания кислорода и метана.

The results of experimental researches were received on a gas-electric installation with a rated power of 30 kW at 1500 rpm. The spark-ignited petrol drive engine (8-cylinder, 100 mm cylinder diameter, 88 mm stroke) was converted to a pure gas one. The compression ratio of 8.5 did not change. The gas fuel supply system consists of a supply line and an emergency shut-off circuit. The natural gas supply line was connected to the domestic main line through a special gas distributor. On the basis of HEINZMANN components, a system for dosing mixed gas fuel was developed, which, through a microprocessor control unit and an actuator, acted on the throttle valve of the gas mixer. In experimental researches, the composite fuel was a model gas – a mixture of natural and carbon dioxide gases, which was prepared in a zero pressure reducer before the gas mixer. With an increase in the volume fraction of carbon dioxide in the model gas by more than 34 %, a deterioration of the combustion process was observed in the steady state. In the article, based on the analysis of the experimental results of the operation of a piston gas engine on a model gas, an algorithm for the use of associated automatic control of biogas and methane feeds is substantiated. The transition from quantitative to qualitative regulation of the gas-air mixture has been substantiated. To do this, it is necessary to create two automatic control loops for the supply of air and a mixture of natural gas, which are interconnected through an external load. With the developed algorithm, as the load increases, the supply of natural gas increases, and the supply of biogas decreases. With an increase in the load of 75 % or more, a more intensive enrichment of the fuel mixture with natural gas occurs than at low and medium loads. The proposed algorithm for regulating the fuel mixture can be implemented using electromagnetic gas injectors for dosing the components of the composite fuel. Signals from sensors for oxygen and methane content in exhaust gases were selected as corrective links for the coupled control algorithm. Recommendations on the choice of tuning modes for oxygen and methane sensors have been developed.