Аммиак — новое топливо для судовых двигателей. Первые шаги

Аммиак (NH3) — при нормальных условиях это бесцветный газ с резким характерным запахом. В холодильной технике носит название R717. Плотность 0,73 кг/м³, температура кипения -33,34°C, температура плавления -77,73°C, давление пара 861 262,5 Па, температура самовоспламенения 651°C. Аммиак легко переходит в бесцветную жидкость с плотностью 681,4 кг/м3. При смеси с воздухом взрывоопасен (пределы взрываемости 15 об. %), но он безопаснее водорода.

Жидкий аммиак — хороший растворитель для очень большого числа органических, а также для многих неорганических соединений и вызывает коррозию ряда металлов. Так как аммиак вызывает коррозионное растрескивание под напряжением (SCC), особенно у углеродистых сталей, то должны использоваться стали с низким пределом текучести или специальные сплавы (например, нержавеющая сталь 316L). Категорически запрещено использование меди, цинка и их сплавов (латунь, бронза), так как аммиак стремительно их разрушает. Для уплотнений требуются специальные эластомеры, устойчивые к химическому воздействию аммиака.

Аммиак относится к токсичным веществам удушающего и нейротропного действия, способных при ингаляционном поражении вызвать токсический отёк лёгких (при воздействии аммиака в течение часа с концентрацией 1,5 г/м3) и тяжёлое поражение нервной системы. Пары аммиака сильно раздражают слизистые оболочки глаз и органов дыхания, а также кожные покровы. Пары аммиака вызывают обильное слезотечение, боль в глазах, химический ожог конъюнктивы и роговицы, потерю зрения, приступы кашля, покраснение и зуд кожи. При соприкосновении сжиженного аммиака и его растворов с кожей возникает жжение, возможен химический ожог с пузырями, изъязвлениями. Кроме того, сжиженный аммиак при испарении поглощает тепло, и при соприкосновении с кожей возникает обморожение различной степени. Предельно допустимая концентрация паров аммиака — 20 мг/м³.

Автор статьи хорошо помнит случай, когда из-за утечки при погрузке аммиака на судно с аммиачной холодильной установкой в рыбпорту Клайпеды погиб член экипажа. Вот вам и пример токсичности NH3!

Аммиак относится к числу важнейших продуктов химической промышленности, ежегодное его мировое производство превышает 180 млн тонн. В 2024 году 80% ежегодно производимого аммиака использовали в химической промышленности, в основном для производства удобрений, 20% — как растворители для технических нужд, а также в холодильной технике, энергетике и медицине.

Как мы видим, в формуле аммиака отсутствует сера и углерод, благодаря чему при его сгорании отсутствуют выбросы COx и SOx. Хотя выбросы NOx поддерживаются на приемлемом уровне, может образовываться закись азота (N2O), газ в 270 раз более мощный с точки зрения парникового эффекта, чем CO2, тем не менее аммиак является разумным выбором с точки зрения защиты окружающей среды. Кроме того, он может производится с использованием возобновляемых источников энергии — гидро, солнечной, ветровой (так называемый «зелёный» аммиак, водород извлекают из воды путём электролиза 2H2O → 2H2 + O2, для которого и нужна энергия, а азот — из воздуха).

Производство «зеленого» аммиака

Однако безопасное обращение с аммиаком на судах потребует установки сложного дорогостоящего защитного оборудования (детекторы, запорные клапаны для изоляции утечек, топливные системы с двойными стенками и т. д.), специально разработанной топливной аппаратуры и т. д.

Энергетическая плотность на единицу объема аммиака (12,7 МДж/л) ниже, чем у дизтоплива (35 МДж/л). Для перевозки того же количества энергии, что и у дизтоплива, потребуется примерно в 2,8 раза больший объем, если резервуар для аммиака будет охлаждаться. В то же время для аммиачного топлива не будет существовать серьезных проблем с бункеровкой, поскольку оно производится во всем мире и транспортируется через большинство крупных портов.

На борту судна аммиак может храниться в жидком виде при давлении 8,6 бар и температуре 20 °С. Если же температура превышает эту величину, то для неохлаждаемых танков рекомендуется поддерживать давление не менее 18 бар.
Работы над созданием (или конвертирование существующих) судовых двигателей, работающих на аммиаке, ведут все крупнейшие дизелестроительные компании, такие как Everllence (ранее MAN Energy Solutions, а до этого MAN Diesel & Turbo), Wärtsilä, Japan Engine Corporation (J-ENG), WinGD (Winterthur Gas & Diesel) и т. д.

К 2025–2026 годам классификационные общества (например, DNV, ClassNK, ABS) обновили свои правила, введя специальные нотации, касающиеся использования аммиака в качестве топлива для судовых двигателей. Международная морская организация (ИМО) также работает над поправками, разрешающими использование токсичных грузов в качестве топлива, и временные руководства (IGF Code) уже учитывают этот опыт.

Для примера рассмотрим конструктивные особенности аммиачного двухтопливного двухтактного малооборотного двигателя ME-LGIA фирмы Everllence, основанную на уже проверенном в эксплуатации типе ME-LGIP. Работы над созданием двигателя начались в 2019 году, а уже в июле 2023 начались стендовые испытания его одноцилиндровой секции, затем испытания четырехцилиндровой и с февраля 2025 года — полномасштабного семицилиндрового двигателя 7S60ME-C10.5-LGIA-HPSCR (HPSCR — High Pressure Selective Catalytic Reduction — селективное каталитическое восстановление высокого давления для соответствия Tier III).

Четырехцилиндровая секция ME-LGIA фирмы Everllence на испытательном стенде

Полномасштабный семицилиндровый двигатель 7S60ME-C10.5-LGIA-HPSCR на испытательном стенде

В первом квартале 2026 года первый такой двигатель будет установлен на строящемся на японской верфи балкере дедвейтом 200 000 т. К концу 2026 года на рынке предполагается представить линейку ME-LGIA с размерами цилиндров G50, S50, S60, G60, G70 and G80.

Основным конструктивным отличием «аммиачных» двигателей от работающих на обычных видах топлива является их система топливоподготовки и топливная аппаратура. У всех упоминаемых в данной статье двигателей используется система непосредственного впрыска жидкого аммиака в камеру сгорания под высоким давлением (300–600 бар и более) в конце такта сжатия. Высокое давление впрыска (HPCR) улучшает распыление аммиака, снижает уровень несгоревшего аммиака (slip) и позволяет достичь высокой термической эффективности. При этом обычно для подачи аммиака к форсункам применяется система Common Rail.

Так как аммиак имеет высокую температуру самовоспламенения (651 °C, а дизтопливо — 225 °С), то для инициирования его сгорания впрыскивается дизельное топливо (обычно около 5%, при этом оставшиеся 95% энергии дает аммиак). Форсунки запального топлива (pilot fuel valves) могут быть как отдельными, так и двухтопливными (dual-fuel injectors), где дизель и аммиак впрыскиваются одновременно или последовательно.

Рабочий цикл двухтактного аммиачного двигателя

Система впрыска запального топлива и аммиака (dual-fuel injectors) двигателей типа ME-LGIA фирмы Everllence

Система впрыска аммиака двигателей типа X-DF-A-1.0 фирмы WinGD

К топливным насосам высокого давления (ТНВД) аммиак подается из расходной цистерны топливоподкачивающим насосом через фильтры и подогреватель при давлении около 80 бар во избежание вскипания. Принимая во внимание низкую смазывающую способность аммиака, плунжерные пары ТНВД должны выполняться из специальных материалов или использоваться системы принудительной смазки.

Так как аммиак обладает высокой токсичностью, то все трубопроводы выполнены двухстенными, а межтрубное пространство постоянно продувается осушенным воздухом. Перед проведением работ по техобслуживанию для удаления остатков аммиака система продувается азотом. Аммиачные цистерны также выполнены двухстенными или снабжены защитными кожухами.

Аммиачная топливная система двигателя

Для соответствия Tier III по содержанию NOx используется технология SCR. Технология SCR представляет собой процесс доочистки выхлопных газов, при котором оксиды азота (NOx), образующиеся в процессе сгорания, удаляются из отработавших газов путем каталитического восстановления. Обычно в качестве каталитического агента можно использовать аммиак (восстановитель), который впрыскивается в отработавшие газы. Потребление аммиака в системе SCR будет очень малым по сравнению с потреблением аммиачного топлива. В ходе каталитической реакции NH3 and NOX превращаются в азот (N2) и воду (H2O): 4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O; 6NO2 + 8NH3 → 7N2 + 12H2O.

Принцип работы SCR

Для обеспечения безопасности экипажа при использовании аммиака требуется, в частности:

• Усиленная вытяжная вентиляция (до 30 воздухообменов в час) в помещениях с аммиачным оборудованием. Выброс воздуха должен происходить в безопасных зонах, вдали от мест забора воздуха в жилые помещения.

• В случае сброса аммиака (через предохранительные клапаны, при ремонтных работах) газ не должен выбрасываться в атмосферу напрямую — его необходимо пропускать через водяные ловушки или скрубберы для абсорбции.

• Многоуровневая система датчиков-детекторов аммиака, способная обнаружить его концентрации значительно ниже нижнего предела взрываемости (LEL) и порога токсичности.

• Обязательная установка систем водяного орошения для «осаждения» облака аммиака в случае протечки.

• Экипаж должен быть обеспечен химическими костюмами и изолирующими дыхательными аппаратами.

• Классификационные общества требуют специальной подготовки экипажей (Ammonia Handling Training), которая включает отработку сценариев ликвидации разливов аммиака и навыки оказания первой помощи при химических ожогах и отравлениях.

В сентябре 2025 года японская фирма J-ENG представила двухтопливный двухтактный двигатель 7UEC50LSJA-HPSCR. До этого его одноцилиндровая секция и полномасштабный двигатель успешно отработали на стенде более 1700 часов как на аммиаке, так и на мазуте (HFO). Судно с этим двигателем планируется к коммерческой эксплуатации в 2026 году.

7UEC50LSJA-HPSCR

Фирма WinGD с 2024 года предлагает линейку 5-9-цилиндровых двухтактных двухтопливных дизелей X-DF-A-1.0, предназначенных на работу на аммиаке, при этом остается возможность работы на HFO, MDO и MGO. При диаметре цилиндров 520-820 мм, частоте вращения 79-105 об/мин и среднем эффективном давлении 21-22 бар они развивают мощность от 5100 до 49500 кВт.

В январе 2026 года на заводе Hyundai Heavy Industries в Южной Корее были завершены заводские приемочные испытания двигателя X52DF-A-1.0 компании WinGD. Этот двигатель будет установлен на борту газовоза для перевозки LPG/аммиака вместимостью 46,000m³.

X52DF-A-1.0 компании WinGD на испытательном стенд

Линейка двигателей типа X-DF-A-1.0

Осенью 2024 года южнокорейская компания Hyundai Heavy Industries закончила стендовые испытания двухтопливного среднеоборотного четырехтактного дизеля H22CDF-LA, предназначенного для работы на аммиаке. Такие 6-9-цилиндровые двигатели могут развивать мощность от 1440 до 2160 кВт при 900-1000 об/мин, разрабатываются машины мощностью до 5,4 МВт. Для снижения выбросов NOx и несгоревшего аммиака служит система SCR.

Двигатель типа H22CDF-LA

В 2024 году фирма Wärtsilä представила на рынке четырехтактный двухтопливный дизель, способный работать на аммиаке, Wärtsilä 25, который может использоваться в качестве главного на небольших судах или для привода электрогенераторов. Этот среднеоборотный рядный двигатель может иметь от 6 до 9 цилиндров и мощность от 1,7 до 3,4 МВт. Двигатель поставляется вместе с системой снижения выбросов окислов азота Wärtsilä NOx Reducer system (NOR) для соответствия требованиям IMO Tier II и III.

Двигатель типа Wärtsilä 25

Первым судном с таким двигателем станет судно снабжения морских платформ (PSV — Platform Supply Vessel) «Viking Energy» норвежской фирмы Eidesvik Offshore. Работы по переоборудованию этого построенного в 2003 году 95-метрового PSV планируется начать весной и завершить осенью 2026 года.

Проектная документация уже получила предварительное одобрение Норвежского морского управления. Кроме того, классификационное общество DNV выдало принципиальное одобрение конструкции судна, работающего на аммиаке.

Comments

[Инж Мех]

Идеальный вариант для хейропы построить за свой счет на своей територии химический крематорий под идеей оказа от углеводородов и хранения энергии от возобновляемых источников в аммиаке.

Вот это будет подарок вражинам!

[Гражданский]

1. Такой двигатель невозможно представить на пассажирских судах.
2. А что будет когда большинство судов переведут на аммиак и после выработки основного ресурса перепродадут в страны 3 мира? Альтернативы-то не будет...

[Инж Мех]

Меня с детства другой вопрос мучает:

Почему нельзя в углеводородных/водородных двс с длинным ходом поршня использовать охлаждающую воду (пара) вкачестве доп рабочего тела после завершения процесса горения в двухтактеом цилиндре.

Наверное просто я не искал таких двс

Цикл примерно такой (дизель-паро-ходный🤭)
1. Продувка у цилиндра воздухом от турбокомпрессора
2. Сжатие
3. Впрыск и воспламенение топлива от ТНВД
4. Сгорание топлива "посередине" хода поршня
5. Впрыск (предварительно подогретой и "сжатой" в ВНВД) воды из системы охлаждения
6. Парообразование с сопутствующим доохлаждением поршня и внутренней стенки цилиндра
7. Сброс давления в НМТ хода поршня
8.=1. Продувка у цилиндра воздухом от турбокомпрессора

Я понимаю, что на сухопутной технике будут вопросы по массогабаритным характеристикам и температурным ограничением но по водному транспорту не вижу особых препятствий (естественно в силу собственного дилетантизма)

[Luminman]

Цитата: Инж Мех

Почему нельзя в углеводородных/водородных двс с длинным ходом поршня использовать охлаждающую воду (пара) вкачестве доп рабочего тела после завершения процесса горения в двухтактеом цилиндре

Для этого есть более эффективный метод, убивающий сразу несколько зайцев - впрыск в камеру сгорания закиси азота, которая и охлаждает, и предотвращает возможную детонацию, и имеет в своем составе больше кислорода, чем в воздухе, и повышает мощность двигателя, и позволяет топливу сгорать эффективнее. И не требует дополнительных устройств, вроде турбокомпрессора...

[тоже-врач]

Ваша идея неверная. Впрыскивать надо не закись азота, а воду. В нашем климате зимой - водный раствор спирта. Сначала топливо, затем спирт. Однако, это потребует удвоения или усложнения топливной аппаратуры. Пока топливная аппаратура импортная - нерентабельно.

Задача ведь не повысить мощность, а снизить износ, путём снижения температуры выхлопных газов. Возможно, и КПД вырастет.

[Инж Мех]

Цитата: тоже-врач

Сначала топливо, затем спирт. Однако, это потребует удвоения или усложнения топливной аппаратуры. Пока топливная аппаратура импортная - нерентабельно..

Да наверное не пошло по сложности системы подачи доп комплнента.

Да но задача в итоге повысить кпд, имея бесплатный второй компонент (вода), которому только необходима предварительная тонкая фильтрация/дистиляция

Но я помимо этого имел ввиду:
1. Получение доп энергии за счет работы пара и рекуперации тепла, который (пар) собственно в виде предварительного подогрева в контуре охлаждения двигателя и испарения (в этом я не очень уверен) охлаждает самые нагруженные по теплу части двс (поршень, головка и внутренняя стенка цилиндра) и совершает допиработу по толканию поршня (т. е. Замедляет процесс понижения давления в поршне после фактически прекращения горения топлива на участке ближе к нмт)
2. Снижение износа посредством с6ижения и частоты вращения двигателя за счет большего хода поршня.
3. Снижение потерь за счёт уменьшения тактности двс и потерь на систему охлаждения

Расствор спирта не помешает т.к. помимо этого понизит возможную температуру замерзания, но потребует отдельных логистических мероприятий учитывая "особенности национальной заправки" этой жидкостью

[тоже-врач]

Ваша схема не вписывается в существующие конструкции. А вот впрыск до 20 процентов от веса топлива воды или спирта можно организовать на любом двигателе. Эти идеи я слышу уже с 30-х годов прошлого века и они проверены на опыте. ПРИМЕНЯЛИСЬ КАК ПРОСТЫЕ капельницы во впускной трубопровод, так и эмульсии топлива с водой.
Единственная новизна вашей идеи - впрыскивать после воспламенения топлива, что весьма неплохо, но требует удвоения или усложнения топливной аппаратуры.
Ваши фантазии относительно горения топлива в цилиндре, сожалению, далеки от реальности.

[Инж Мех]

Цитата: тоже-врач

Ваша схема не вписывается в существующие конструкции. А вот впрыск до 20 процентов от веса топлива воды или спирта можно организовать на любом двигателе. Эти идеи я слышу уже с 30-х годов прошлого века и они проверены на опыте. ПРИМЕНЯЛИСЬ КАК ПРОСТЫЕ капельницы во впускной трубопровод, так и эмульсии топлива с водой.
Единственная новизна вашей идеи - впрыскивать после воспламенения топлива, что весьма неплохо, но требует удвоения или усложнения топливной аппаратуры.
Ваши фантазии относительно горения топлива в цилиндре, сожалению, далеки от реальности.

Может быть (горение и его оптимизация вообще очень сложная вещь да еще в замкнутом но изменяющемся объеме).

Наверное имеет значение количественный и качественный состав топливоздушной смеси в цилиндре и продолжительность части цикла, отведённого на горение (≈ход поршня)

Я не помню чем чреват переизбыток воздуха.

[ln_ln]

и продолжительность части цикла, отведённого на горение (≈ход поршня)

Горение должно заканчиваться до ВМТ. Догорание на линии расширения - это очень плохо.

Я не помню чем чреват переизбыток воздуха.

Ничем не чреват. Даже на максимальной цикловой подаче дизель работает с коэффициентом избытка воздуха около 1,5. А на частичных нагрузках - ещё больше, соответственно.

[Инж Мех]

Цитата: ln_ln

Горение должно заканчиваться до ВМТ. Догорание на линии расширения - это очень плохо.

Это кажется эффект раннего зажигания/воспламенения в зависиммости от того какой такт вы имеете ввиду

Я говорю о двухтактном двигателе

Я конечно ни разу не двигателист, но пребываю в остром ощущении что до нмт цилиндра

Т. Е. По моим данным процесс горения дизтоплива состоит из нескоььких фаз
1. Начало впрыска топлива в цилиндр до вмт
2. Распыление испарение => собственно образование топливовоздушной смеси и воспламенение (наверно может быть до вмт но скорее всего расчитано так что почти в вмт)

3. Собственно горение (с возможным допрыском топлива порциями для поддержания высокого давления в цилиндре по его ходу к нмт) т.е. по любому после вмт

В этом и суть идеи, что грубо говоря вместо последней порции топлива впрыскивать перегретую воду и охладить внутренние поверхности камеры сгорания при этом используя энергию пара для поддержания давления и толкания поршня к нмт

4. Затем идет продувка в двухтактном
Или
Выпуск через клапан при движени поршня вверх в четырехтактном. Естественно там может быть абсолютно бесполезное догорания остатков топлива. Но насколько я понимаю, это неправильно и этого не должно быть.

[ln_ln]

По моим данным процесс горения дизтоплива состоит из нескоььких фаз

К сожалению, у Вас неверные данные.
Дизель - двигатель с гетерогенным смесеобразованием. Гомогенной топливовоздушной смеси в дизельном процессе не образуется, да это и не имеет смысла при избытке воздуха 1,5 и более (такая смесь за пределом воспламеняемости). Смесь горит послойно в процессе испарения капли в той зоне, где горение возможно.

Собственно горение (с возможным допрыском топлива порциями для поддержания высокого давления в цилиндре по его ходу к нмт) т.е. по любому после вмт

Повторю, горения при расширении быть не должно.
Выпускные клапаны или окна начинают открываться градусов за 60 до н. м. т.
И давление уже падает, и плечо силы уменьшается уже вдвое.
А энергию газов лучше приберечь для турбонаддува.

[Инж Мех]

Цитата: ln_ln

По моим данным процесс горения дизтоплива состоит из нескоььких фаз

К сожалению, у Вас неверные данные.
Дизель - двигатель с гетерогенным смесеобразованием. Гомогенной топливовоздушной смеси в дизельном процессе не образуется, да это и не имеет смысла при избытке воздуха 1,5 и более (такая смесь за пределом воспламеняемости). Смесь горит послойно в процессе испарения капли в той зоне, где горение возможно.

Собственно горение (с возможным допрыском топлива порциями для поддержания высокого давления в цилиндре по его ходу к нмт) т.е. по любому после вмт

Повторю, горения при расширении быть не должно.
Выпускные клапаны или окна начинают открываться градусов за 60 до н. м. т.
И давление уже падает, и плечо силы уменьшается уже вдвое.
А энергию газов лучше приберечь для турбонаддува.

Все в этом мире возможно
Возможно даже это.

Но я с вашего молчаливого разрешения буду придерживаться классической версии

"
§ 5. Схема устройства и процесс работы двухтактного дизеля

Рабочий цикл двухтактного дизеля совершается за два хода поршня или за один оборот коленчатого вала, следовательно, при одинаковой частоте вращения в минуту число рабочих ходов у двухтактного дизеля по сравнению с четырехтактным будет в 2 раза больше. В течение рабочего цикла двухтактного дизеля совершаются такие же процессы, как и у четырехтактного, т. е. наполнение, сжатие, горение, расширение, выпуск.

В связи с тем что все процессы должны быть совершены за два хода поршня, в конструкции двухтактного двигателя есть некоторые особенности (рис. 1.6). В нижней части цилиндра 1 имеются прорези (щели), называемые окнами. Окна 4 большей высоты служат для выпуска из цилиндра отработавших газов, а окна 6 меньшей высоты предназначены для впуска свежего (продувочного) воздуха. В крышке 2 цилиндра расположена форсунка 3. Слева к нижней части цилиндра прикреплена труба 5, называемая ресивером, в которую поступает продувочный воздух.




Для приготовления продувочного воздуха давлением p =0,124 ÷ 0,13 Мн/м ≈ 1,2 ÷ 1,3 кгс/см используются специальные воздушные насосы, называемые продувочными. У маломощных двигателей он приготовляется в пространстве под поршнем при ходе последнего вниз.

Рис. 1.6. Схема роботы двухтактного дизеля.


Двухтактный двигатель работает следующим образом. При прохождении поршнем в. м. т. в цилиндре начинается сгорание топлива (точка с на индикаторной диаграмме), которое заканчивается в точке z. От точки z до точки b происходит расширение газов, и поршень под давлением газов движется вниз. Как видно из диаграммы, в точке b заканчивается расширение газов, поршень открывает выпускные окна, и давление в цилиндре быстро снижается до давления продувочного воздуха p . Газы после открытия выпускных окон расширяются по линии be. Когда давление в цилиндре станет равным давлению продувочного воздуха (точка е), поршень откроет продувочные окна и начнется впуск воздуха. Наполнение цилиндра свежим зарядом при одновременном выпуске из него отработавших газов называется продувкой.

С момента открытия продувочных окон до момента их закрытия при движении поршня к в. м. т. происходит одновременно выпуск газов и впуск свежего заряда. На диаграмме процесс изображен линией efe. После закрытия продувочных окон осуществляется только выпуск (линия еа). В точке а закрываются выпускные окна и начинается сжатие воздуха, поступившего в цилиндр за период продувки.

Рассмотрим подробнее рабочий цикл двухтактного двигателя.

Первый такт - поршень движется вверх. От н. м. т. до момента закрытия впускных окон (точка е на диаграмме) происходит продувка, т. е. одновременная очистка цилиндра от продуктов сгорания и наполнение его свежим зарядом. При движении поршня от верхней кромки впускных окон до момента закрытия выпускных окон (участок еа на диаграмме) совершается только выпуск. После закрытия выпускных окон начинается сжатие, продолжающееся до в. м. т. На диаграмме сжатие показано линией ас. В конце сжатия, несколько ранее в. м. т., производится подача топлива в цилиндр.

Второй такт - поршень движется вниз. Начиная от в. м. т., в цилиндре последовательно происходят горение топлива (линия cz) и расширение газов (линия zb). В точке b открываются выпускные окна и начинается выпуск газов. К моменту открытия поршнем впускных окон (точка е) давление газов в цилиндре должно снизиться до давления продувочного воздуха ps, иначе газы через впускные окна попадут в ресивер, смешаются с продувочным воздухом и загрязнят свежий заряд. При дальнейшем движении поршня вниз (участок ef диаграммы) происходит продувка. Полный период продувки на диаграмме изображен линией efe, причем участок ef соответствует движению поршня вниз, а участок fe - вверх.

Давление и температура, характеризующие рабочий процесс двухтактного дизеля, такие же, как и у четырехтактного, за исключением давления и температуры свежего заряда в начале сжатия, которые несколько выше.

Как видно из рис. 1.6, индикаторная диаграмма двухтактного двигателя отличается от диаграммы четырехтактного тем, что линии впуска и выпуска на ней занимают не весь ход поршня. Кроме того, участок диаграммы у н. м. т. имеет другой вид. Характер процессов сжатия, горения и расширения, которые определяют величину площади диаграммы, такой же, как и у четырехтактного двигателя.

Конструктивное выполнение органов для продувки зависит от типа и мощности дизеля. Подробно они рассматриваются при изучении системы распределения
"

https://studfile.net/preview/7850070/page:5/

[ln_ln]

Но я с вашего молчаливого разрешения буду придерживаться классической версии

Не совсем понял, что "неклассического" в том, что я написал.
И зачем так длинно повторять общеизвестные сведения?

[Инж Мех]

Цитата: ln_ln

Но я с вашего молчаливого разрешения буду придерживаться классической версии

Не совсем понял, что "неклассического" в том, что я написал.
И зачем так длинно повторять общеизвестные сведения?

Видимо вам просто нужно поспорить ради спора.
Я не заинтересован

Я допускаю что диаграмма слишком условная условна
Но согласно ей резкий рост давления (горение) начинается в вмт и продолжается какое-то время при движении поршня вниз (участки диаграммы с-z'-z)

Выпускные отверстия открываютс поршнем после середины хода вниз т.е. поворот коленвала более 120° после вмт. Кажется Менее 60 до нмт

Решения с клапанами, описанные вами тоже имеются.

[ln_ln]

Я допускаю что диаграмма слишком условная условна
Но согласно ей резкий рост давления (горение) начинается в вмт и продолжается какое-то время при движении поршня вниз (участки диаграммы с-z'-z)

Диаграмма идеализированная.
Но где же "резкий рост давления" на участке z'-z?

[Инж Мех]

Цитата: ln_ln

Я допускаю что диаграмма слишком условная условна
Но согласно ей резкий рост давления (горение) начинается в вмт и продолжается какое-то время при движении поршня вниз (участки диаграммы с-z'-z)

Диаграмма идеализированная.
Но где же "резкий рост давления" на участке z'-z?

с-z'-z или если угодно с-z
Ну понятно все с вами
Кого нибудь другого трольте

Можете прислать "правильную" диаграмму в которой горение заканчивается на подбеме поршня к вмт

[Инж Мех]

Цитата: ln_ln

1. Повторю, горения при расширении быть не должно.

А энергию газов лучше приберечь для турбонаддува.

Если тезис 1. Подразумевает завершение процесса горения в цилиндре при движении поршня вверх от нит к вмт (т. Е. В вмт уже асе сгорело).

Плюс (на всякий случай потому что я не помню вы отрицаете возможную многократность впрыска дизельного топлива в цилиндр или нет)

То возможно вам будет небезинтересно проситать следующее (если это не фэйк кончно)

https://common-rail.blogspot.com/2011/11/common-rail_24.html?m=1

Я не стал копировать текст для вашего удобства

Всяческие углы выпуска и продувки это вопрос организации процесса "воздухообмена" в конкретной модели цилиндра и вещь относительно гибкая насколько я понимаю

[ln_ln]

https://common-rail.blogspot.com/2011/11/common-rail_24.html?m=1

Это нечто...

[Инж Мех]

Цитата: ln_ln

https://common-rail.blogspot.com/2011/11/common-rail_24.html?m=1

Это нечто...

Ну понятно все с вами
Кого нибудь другого трольте

[ln_ln]

Ну понятно все с вами

Не уверен, что Вам что-то понятно. Этот текст - нагромождение нелепиц.
И диаграмма впрыска не привязана ни к углу п. к. в., ни к ходу поршня.

[Инж Мех]

Цитата: ln_ln

Ну понятно все с вами

Не уверен, что Вам что-то понятно. Этот текст - нагромождение нелепиц.
И диаграмма впрыска не привязана ни к углу п. к. в., ни к ходу поршня.

Так это же решаемо правильной и привязанной диаграммой предоставленной вами.

Ваше слово (проиллюстрированое диаграммой с углами и всем, что вам важно) в Студию!

[Инж Мех]

Цитата: ln_ln

И диаграмма впрыска не привязана ни к углу п. к. в., ни к ходу поршня.

Интересно, а что вам эта привязка впрыска даст в доказательстве альтернативной теории окончания горения в поршне до вмт на ходе сжатия

[Инж Мех]

Цитата: ln_ln

Ну понятно все с вами

Не уверен, что Вам что-то понятно. Этот текст - нагромождение нелепиц.
И диаграмма впрыска не привязана ни к углу п. к. в., ни к ходу поршня.

Интересно, что вы на это скажете

[ln_ln]

Интересно, что вы на это скажете

Детонация в дизеле???
Это шедевр.

Я вот менял ТНВД и выставлял угол начала впрыска по паспорту около 20° (точнее не помню, дело было около 20 лет назад).
На диаграмме от KIA - около 2° (двух градусов). Возможно, на холостом ходу это так.

[ln_ln]

Уточнил по инструкции:
"Начало подачи топлива третьей левой секцией топливного насоса
должно соответствовать положению поршня третьего левого цилиндра за
24…25° до ВМТ по такту сжатия."

[Инж Мех]

Цитата: ln_ln

Уточнил по инструкции:
"Начало подачи топлива третьей левой секцией топливного насоса
должно соответствовать положению поршня третьего левого цилиндра за
24…25° до ВМТ по такту сжатия."

Ну вот на этом и остановимся

[Инж Мех]

Цитата: ln_ln

https://common-rail.blogspot.com/2011/11/common-rail_24.html?m=1

Это нечто...

https://www.sinref.ru/000_uchebniki/05300_transport_jd_teplovozi/000_kak_ustroen_i_rabotaet_teplovoz_drobinski_1980/022.htm

Всеж таки чуднЫ крестьянские дети всегда и везде

На картинке дааление четырехтактного даигателя но сути процесса организации горения это не меняет

[Инж Мех]

Цитата: ln_ln

и продолжительность части цикла, отведённого на горение (≈ход поршня)

Горение должно заканчиваться до ВМТ. Догорание на линии расширения - это очень плохо.

Я не помню чем чреват переизбыток воздуха.

Ничем не чреват. Даже на максимальной цикловой подаче дизель работает с коэффициентом избытка воздуха около 1,5. А на частичных нагрузках - ещё больше, соответственно.

Можете доя общего развития еще вот с этой "нелепицей" ознакомиться
Вмт === tds
https://ppt-online.org/1515575

[Luminman]

Цитата: тоже-врач

Впрыскивать надо не закись азота, а воду

Запись дата дани точно такие же характеристики двигателю, что и вода, только на порядок лучше...

Цитата: тоже-врач

Задача ведь не повысить мощность

Что плохого в повышении мощности двигателя, если при этом не надо прибегать к дополнительным механизмам?

[Дедок]

почему нельзя в углеводородных/водородных двс с длинным ходом поршня использовать охлаждающую воду (пара) вкачестве доп рабочего тела после завершения процесса горения в двухтактеом цилиндре.

в СССР были такие работы - изучалось, но на тот момент времени посчитали ненужным...

[ALEKS112233]

Товарищ инженер! Почему нельзя, можно! В 70-х годах об этом писали много! Я тогда помоложе был, во многие процессы не вникал. Больше того, ты наверное знаешь, наши "самоделкины" даже в автодвигатель, в систему питания его "пристраивали" воду! Займись!

[Инж Мех]

Цитата: ALEKS112233

Товарищ инженер! Почему нельзя, можно! В 70-х годах об этом писали много! Я тогда помоложе был, во многие процессы не вникал. Больше того, ты наверное знаешь, наши "самоделкины" даже в автодвигатель, в систему питания его "пристраивали" воду! Займись!

"Займись" звучит заманчиво.
Опять таки кому это надо.
Углеводородица не благословит.

Да и двигатель разработать (даже в эскизных чертежах) - далеко не поле перейти.

Помимо этого, по моим понятиям и тов тоже-врача, существующие двс не очень подходят ввиду своей поршневой корткоходовости.

Грубо говоря, сейчас мощность двигателей больше ориентирована на увеличение оборотов (≈уменьшение хода поршня)

Я пребываю в глубочайшем заблуждениии, что подход с добавками воды будет работать более или менее эффективно только на относительно длинноходовых поршнях (=> увеличенные габариты и вес двс, что не очень критично на кораблях и жд тепловозах, но очень критично на классической колесной и гусеничной технике)

Впрочем, исключение могут составить оппозитные двигатели в которых в каждом цилиндре по два сходящихся и расходящихся поршня (я не помню как они называются).

В общем и целом, я уже сказал что меня долго мучал этот вопрос, поэтому я здесь его задал, чтобы мне кто-нибудь на пальцах обьяснил, что это невозможно или ссылку на объяснение прислал, чтобы я уже отмучался.

[Моторист]

Цитата: Инж Мех

по водному транспорту не вижу особых препятстви

1. Вода в системе охлаждения с дорогими присадками, замучаешься с водообработкой.
2. Вода кипеть там особо не будет, температуры низкие на этом этапе, и с теплообменом будет хреновенько (не забываем про скрытую теплоту парообразования).
3. Доохлаждать там нечего (см. выше).
4. И, главное: вода внутри движка (если не охлаждающая) -- вред (сернокислотная и прочие коррозии, смыв цилиндрового масла со втулки и колец, нарушение смазки штока, утилизация стоков в подпоршневые).

[Инж Мех]

Цитата: Моторист

Цитата: Инж Мех

по водному транспорту не вижу особых препятстви

1. Вода в системе охлаждения с дорогими присадками, замучаешься с водообработкой.
2. Вода кипеть там особо не будет, температуры низкие на этом этапе, и с теплообменом будет хреновенько (не забываем про скрытую теплоту парообразования).
3. Доохлаждать там нечего (см. выше).
4. И, главное: вода внутри движка (если не охлаждающая) -- вред (сернокислотная и прочие коррозии, смыв цилиндрового масла со втулки и колец, нарушение смазки штока, утилизация стоков в подпоршневые).

Разумеется я не смогу математически обосновать, я лишь рассуждаю в следующей логике:

"Вместо затрат/потерь энергии на внешнее охлаждение, можно попытаться это "рекуперировать" описанным способом в полезную энергию / повышение КПД посредством "внутреннего охлаждения" в идеале вообще отказаться от системы внешнего гидравлического охлаждения"

Касаемо ваших антитезисов (которые вполне разумны):
1. Потому что она в замкнутой системе охлаждения и расчитана на относительно долгий срок службы. В варианте "дизель-паро-хода"😁 вода предварительно подогревается/перегревается в рубашке охлаждения и под давленим впрыскивается в цилиндр
2. Температуры внутренних поверхностей поршня по моим данным могут составлять 300-400°с, стенки и головка цидиндра меньше, но ровно потому, что они внешне охлаждаемые, т.е. тоже могут быть варианты.
2.1 энергия парообразования решается правильным количеством впрыскиваемой в цилиндр воды при известной температуре
3. Есть чего (поршень например) и повышенную температуру стенок цилиндра (вследствие новой схемы охлаждения)
4. Продукты горения углеводородов (в том числе ) состоят из водяных паров (=> и того же набора кислот). Теоретически увеличение количества водяных паров в цилиндре, вследстве подачи доп порции воды, должно снизить концентрацию кислотного пара. По поводу проблем со смазкой сложно сказать так сразу, но я не думаю что это принципиальная проблема.

В любом случае спасибо за конструктивное оппонирование.

Всегда приятно беседовать с умными людьми.

[Моторист]

Доброго времени!

1. Охлаждающая вода должна быть с ингибиторами коррозии. И чем Вы её хотите перегревать -- железом втулки и крышки? Тогда смысл охлаждения пропадает вообще, надо другие недешёвые материалы.

2. Так Вы хотите на стенки распылять воду?! Я в такой авантюре не участвую.

2.1. В том-то и дело, что впрыскивать придётся граммульки -- мало тепла и времени. Температура в цилиндре в конце расширения очень низкая.

3. Смотрите выше.

4. Тот, "натуральный" пар как раз перегретый, вероятность конденсации снижена. Большая часть его, надеюсь, успеет покинуть цилиндр до Вашего впрыска. Иначе сконденсируется всё вместе, и каюк.

И Вам спасибо за беседу.

[Инж Мех]

Цитата: Моторист

Доброго времени!

1. Охлаждающая вода должна быть с ингибиторами коррозии. И чем Вы её хотите перегревать -- железом втулки и крышки? Тогда смысл охлаждения пропадает вообще, надо другие недешёвые материалы.

2. Так Вы хотите на стенки распылять воду?! Я в такой авантюре не участвую.

2.1. В том-то и дело, что впрыскивать придётся граммульки -- мало тепла и времени. Температура в цилиндре в конце расширения очень низкая.

3. Смотрите выше.

4. Тот, "натуральный" пар как раз перегретый, вероятность конденсации снижена. Большая часть его, надеюсь, успеет покинуть цилиндр до Вашего впрыска. Иначе сконденсируется всё вместе, и каюк.

И Вам спасибо за беседу.

Ну пусть будет так

[Моторист]

Цитата: Инж Мех

Ну пусть будет так

Действительно, не надо мучать судовых механиков и мотористов. Чего только не попридумывают: скрабберы, катализаторы, метанол, аммиак вон. СЛВ с пятью частями на миллион, чек-листы, оценки рисков, буллинг с харрасментом...

Часто вспоминаю фильм "Полосатый рейс", какое время было!

[Инж Мех]

Цитата: Моторист

Цитата: Инж Мех

Ну пусть будет так

Действительно, не надо мучать судовых механиков и мотористов. Чего только не попридумывают: скрабберы, катализаторы, метанол, аммиак вон. СЛВ с пятью частями на миллион, чек-листы, оценки рисков, буллинг с харрасментом...

Часто вспоминаю фильм "Полосатый рейс", какое время было!

А что вы знаете/слышали про Диметиловый эфир (ДМЭ) в качестве замены дизтоплива

[Моторист]

Я не знаю, я эксплуатационник. Мой удел -- мазут да солярка, или бурда на их основе. Ещё "био" всякое пошло (различных видов и качества тоже), но лично пока не сталкивался.

[Инж Мех]

Цитата: Моторист

Доброго времени!

1. Охлаждающая вода должна быть с ингибиторами коррозии. И чем Вы её хотите перегревать -- железом втулки и крышки? Тогда смысл охлаждения пропадает вообще, надо другие недешёвые материалы.

2. Так Вы хотите на стенки распылять воду?! Я в такой авантюре не участвую.

2.1. В том-то и дело, что впрыскивать придётся граммульки -- мало тепла и времени. Температура в цилиндре в конце расширения очень низкая.

3. Смотрите выше.

4. Тот, "натуральный" пар как раз перегретый, вероятность конденсации снижена. Большая часть его, надеюсь, успеет покинуть цилиндр до Вашего впрыска. Иначе сконденсируется всё вместе, и каюк.

И Вам спасибо за беседу.

Кстати вот что тдип сиик "думает" по этому

Да наверное корозия и проблемы со смазкой это пока наибольшее из выявленных зол

"
Впрыск воды в цилиндр дизельного двигателя — это не новая, но периодически возвращающаяся в фокус инженерной мысли технология. Она действительно решает несколько ключевых задач: снижение токсичности (особенно оксидов азота), отвод тепла от перегруженных элементов и, в некоторых схемах, увеличение мощности за счет использования энергии пара.

Ниже приведен обзор основных экспериментов, их результатов и физических принципов.

---

1. Основные цели впрыска воды

Эксперименты преследуют три главные цели, которые часто реализуются одновременно:

1. Снижение температуры в камере сгорания для подавления NOx:
Оксиды азота (NOx) образуются при локальных температурах выше 2000°C. Испарение воды отнимает значительное количество тепла (теплота парообразования), снижая пиковую температуру в зоне горения. Это наиболее изученный и доказанный эффект .
2. Охлаждение (форсирование) теплового режима:
Вода охлаждает стенки цилиндра, головку и поршень изнутри. Это позволяет либо отказаться от громоздкой внешней системы охлаждения (радиатора), либо повысить надежность двигателя при экстремальных нагрузках .
3. Утилизация тепла и совершение полезной работы:
Вода превращается в пар, который расширяется и давит на поршень. В классическом четырехтактном цикле эффект невелик, но в специальных циклах (например, 6-тактных) пар совершает отдельный рабочий ход .

---

2. Конструктивные схемы и эксперименты

В зависимости от момента и места впрыска, различают несколько подходов:

А. Непосредственный впрыск в камеру сгорания (Direct Water Injection — DWI)

Это самый распространенный метод в экспериментах. В цилиндр устанавливается дополнительная высокодавленная форсунка (или используется комбинированная топливно-водяная форсунка). Вода впрыскивается либо одновременно с топливом, либо сразу после начала горения.

· Результаты CFD-моделирования (SAE 2000-01-2938) показали:
· Снижение NOx на всех режимах.
· Увеличение проникновения струи (penetration) на 35% при замене 23% объема топлива водой из-за роста плотности заряда и латентного тепла парообразования.
· Риск роста сажи (soot) при позднем впрыске на высоких нагрузках .

Б. Впрыск воды для внутреннего охлаждения (Evaporative In-Cylinder Cooling)

Инженерные разработки (например, патенты Дугласа Торпа) предлагают впрыскивать воду не прямо в факел пламени, а в специальные каналы внутри поршня или на стенки цилиндра.

· Концепция: Вода подается под давлением 135–500 МПа в полости под днищем поршня. Испаряясь от жара металла, пар охлаждает поршень, создает газовую подушку между поршнем и стенкой (заменяя масло), а затем часть пара попадает в камеру сгорания, совершая работу.
· Расчетное соотношение: На 1 часть топлива рекомендуется от 4 до 7 частей воды .

В. Шеститактные двигатели (Six-Stroke)

Это отдельное направление экспериментов, где вода используется не как добавка, а как рабочее тело для дополнительного такта.

· Цикл: 4 обычных такта (впуск-сжатие-рабочий ход-выпуск) + 5-й такт (впрыск воды в раскаленный цилиндр) + 6-й такт (паровой рабочий ход).
· Результаты: Обзор литературы (2024 г.) показал, что такая схема позволяет увеличить тормозную мощность на 5.18%, а термический КПД — на 1.55% (на ацетиленовом топливе). Однако исследователи отмечают, что экспериментальных установок мало, и большинство работ существует в виде аналитических моделей .

---

3. Неожиданные эффекты и термодинамические нюансы

Вопреки интуитивному ожиданию, что "охлаждение снижает КПД", эксперименты показывают сложную картину.

· Рост индикаторного КПД:
В работе по моделированию судового среднеоборотного дизеля (ХПИ, 2010) было показано, что впрыск воды непосредственно перед закрытием впускного клапана (охлаждение заряда на сжатии) позволяет увеличить мощность и снизить тепловую напряженность деталей. Пар не просто "гасит" теплоту, а участвует в процессе расширения, увеличивая общее давление .
· Опровержение мифа о потере КПД:
В техническом семинаре по морским двигателям (1996) утверждается: "Я осмелюсь сказать, что впрыск воды не имеет недостатков с точки зрения термической эффективности при достаточном контроле процесса". Пар, образующийся из воды, является таким же рабочим газом, как и продукты сгорания, и его расширение компенсирует затраты тепла на испарение .

---

4. Границы применимости: Почему вода не заменит топливо?

На форумах и в самодельных экспериментах периодически возникает вопрос: "Можно ли впрыскивать только воду, используя тепло сжатия?" (как в обсуждаемом посте на REAA.ru) .

Ответ инженеров-теплотехников однозначен: Двигатель не сможет работать на одной воде без внешнего источника тепла. Причина — закон сохранения энергии:

1. Теплоемкость: Чтобы нагреть, испарить и перегреть воду, нужно огромное количество тепла.
2. Баланс: В дизеле тепло выделяется при сгорании топлива. Если убрать топливо, единственным источником тепла будет работа сжатия воздуха (адиабатическое сжатие). Однако при расширении пара мы получим работу, меньшую, чем затратили на сжатие воздуха и испарение воды, из-за потерь.
3. Вывод: Такая установка будет не двигателем, а паровой машиной, требующей внешнего нагрева (как паровоз) .

---

5. Итог: Результаты экспериментов

Сводные данные из рассмотренных научных работ и патентов:

Параметр Эффект от впрыска воды Источник
Токсичность (NOx) Снижение (основной эффект)
Мощность / КПД Небольшой рост (до +5.18% при оптимизации) или сохранение на уровне штатного
Температура деталей Снижение (позволяет убрать радиатор или форсировать мотор)
Содержание сажи Неоднозначно: зависит от момента впрыска (может расти при позднем впрыске)
Ресурс (проблема) Риск коррозии и смыва масляной пленки (требует антикоррозийных присадок и точной дозировки)

Заключение
Эксперименты с впрыском воды в дизельные цилиндры подтверждают, что это эффективный инструмент для экологической доводки (снижение NOx) и съемного охлаждения. Использование "парового эффекта" для увеличения мощности возможно, но требует либо сложных шеститактных схем, либо точнейшего управления впрыском в рамках стандартного цикла. Идея замены топлива водой термодинамически несостоятельна без внешнего источника тепла.
"

[Моторист]

Цитата: Инж Мех

Кстати вот что тдип сиик "думает" по этому

Дип Сик мою Алису забыл спросить -- узнал бы много новых слов. Да, от нас требуют эН-О-иксы, а ещё эС-О-иксы. И ещё кучу всякой псевдоэкологической хрени. И всё это не облегчает мне работу, а совсем наоборот. Вот уж где "лучшее -- враг хорошего".

[Инж Мех]

Цитата: Моторист

Цитата: Инж Мех

Кстати вот что тдип сиик "думает" по этому

Дип Сик мою Алису забыл спросить -- узнал бы много новых слов. Да, от нас требуют эН-О-иксы, а ещё эС-О-иксы. И ещё кучу всякой псевдоэкологической хрени. И всё это не облегчает мне работу, а совсем наоборот. Вот уж где "лучшее -- враг хорошего".

Может оно и к лучшему, алиса пока по моему пребывает в собственном зазеркалье

NOx это в том числе про агрессивные кислоты

Н2NOx

Ну в общем теоретически это возможно

Смазку кажется можно впрыскивать и вместе с водой

Стояночная корозия решается продувкой/(выбегом воздушного компрессора) в холостую вращающегося двигателя перед выключением

Диип сиик прикольный
"Ниже представлен переработанный ответ с учётом уточнённого контекста: впрыск воды происходит после окончания горения, с целью получить дополнительную работу от расширяющегося пара и одновременно охладить внутренние поверхности камеры сгорания за счёт парообразования. Также дано мнение о применимости такой схемы в двухтактных дизелях с длинным ходом поршня.

---

1. Электрохимическая защита от коррозии в схеме «паровой рабочий ход»

В рассматриваемой схеме вода впрыскивается в цилиндр после завершения фазы сгорания топлива, когда температура газов и стенок ещё высока, а давление начинает снижаться. При этом вода интенсивно испаряется, давление в цилиндре повторно повышается, и пар совершает дополнительную работу, расширяясь до открытия выпускных органов.

С точки зрения коррозионных рисков такой режим создаёт специфические условия:

· В момент впрыска и парообразования жидкая вода присутствует лишь доли секунды и практически мгновенно превращается в пар. Классическая электрохимическая коррозия требует наличия жидкого электролита, поэтому во время рабочего процесса она не успевает развиться.
· Основная опасность – стояночная коррозия после выключения двигателя. Пар, оставшийся в цилиндре и выпускном тракте, конденсируется на остывающих стенках, образуя тонкую плёнку воды, в которой растворены агрессивные продукты сгорания (кислоты, оксиды серы и азота). Эта плёнка является идеальным электролитом.
· Электрохимическая защита (катодная или протекторная) в зоне камеры сгорания во время работы двигателя практически не реализуема: высокие температуры разрушают любые гальванические аноды, а стабильный электрический контакт с жидкой фазой отсутствует.

Тем не менее существуют инженерные приёмы, позволяющие снизить коррозионное воздействие:

1. Присадки к моторному маслу – содержат ингибиторы, которые создают на металлических поверхностях адсорбционную или химическую плёнку, нейтрализующую электролит даже при контакте с конденсатом. Это основной способ защиты цилиндропоршневой группы в двигателях, работающих с впрыском воды.
2. Летучие ингибиторы коррозии (VpCI) – добавляются в топливо или во впрыскиваемую воду. Они испаряются, осаждаются на всех внутренних полостях и защищают металл в паровой фазе, что особенно ценно для цилиндров и выпускного тракта во время простоев. Такие технологии широко применяются в судовых и стационарных двигателях для консервации.
3. Протекторная защита в системе охлаждения – если вода из камеры сгорания проникает в рубашку охлаждения (через микропоры или уплотнения), установка цинковых или магниевых анодов в водяной тракт блока цилиндров эффективно подавляет коррозию гильз. Это проверенный метод на крупных дизелях.
4. Выбор материалов и покрытий – использование легированных чугунов, нирезист, керамических покрытий на днищах поршней и головках исключает необходимость в электрохимической защите «в горячей зоне», так как они обладают высокой коррозионной стойкостью.

Итог по первой части:
Электрохимическая защита в классическом понимании (наложение внешнего тока или установка протекторов внутрь цилиндра) для данного применения неэффективна. Коррозионные риски успешно управляются с помощью ингибиторов масла, летучих ингибиторов и конструкционных материалов, а протекторы уместны только во внешних контурах (охлаждение).

---

2. Эффективность схемы в двухтактных дизелях с длинным ходом поршня

Двухтактные дизели (особенно крупные судовые типа MAN B&W, Wärtsilä) имеют конструктивные и термодинамические особенности, которые делают схему «впрыск воды после сгорания» потенциально более привлекательной, чем в четырёхтактных двигателях.

Преимущества двухтактной длинноходовой архитектуры

· Большое время‑объём для расширения пара.
У двухтактных дизелей ход поршня обычно больше, чем у четырёхтактных аналогичной мощности. После окончания горения поршень движется к НМТ ещё значительное расстояние, и при впрыске воды в этот период пар успевает расшириться, совершая полезную работу. Чем длиннее ход, тем больше потенциальная работа пара при заданном давлении впрыска.
· Организация газообмена.
В двухтактном двигателе продувка осуществляется через окна в цилиндре. Если вода впрыскивается после закрытия выпускных окон (или между закрытием выпуска и открытием продувочных окон), пар не уходит в выпускную систему преждевременно. Это упрощает управление фазой парового хода.
· Тепловой режим и охлаждение.
Длинноходовые дизели имеют большую площадь поверхности камеры сгорания (на единицу объёма), что способствует более интенсивному отводу тепла от металла к впрыскиваемой воде. Вода испаряется, отбирая теплоту от стенок, поршня и головки, что снижает их тепловую напряжённость. Это особенно ценно для двухтактных двигателей, где поршень и цилиндр работают в более жёстких тепловых условиях из-за отсутствия отдельных тактов впуска/выпуска.
· Упрощение системы впрыска.
На крупных двухтактных дизелях часто применяется низкооборотный режим, что даёт больше времени для организации дополнительного впрыска воды. Можно использовать отдельную форсунку или совмещённую с топливной, не предъявляя сверхвысоких требований к быстродействию.

Потенциальные сложности

· Риск конденсации пара на холодных стенках.
Двухтактные двигатели с длинным ходом имеют значительную поверхность гильзы, которая при недостаточном предварительном прогреве может конденсировать пар, снижая эффективность и ухудшая смазку. Это требует тщательного контроля температуры охлаждающей жидкости и, возможно, подогрева перед пуском.
· Увеличение нагрузки на систему охлаждения и масло.
Часть тепла, которая раньше отводилась через радиатор, теперь переходит в пар и выбрасывается с выпускными газами. Это снижает тепловую нагрузку на детали, но требует увеличения производительности продувочной системы и может изменить температурный режим турбокомпрессора (если пар не отделяется перед турбиной).

Оценка эффективности

Существующие исследования (в том числе патентные и экспериментальные работы по шеститактным и комбинированным циклам) показывают, что двухтактные длинноходовые дизели обладают наибольшим потенциалом для реализации парового расширения:

· В литературе (например, работы по циклу Crower, а также исследования для судовых двигателей) отмечается, что прирост индикаторного КПД может составлять 5–12% в зависимости от доли впрыскиваемой воды, момента впрыска и конструкции двигателя.
· Длинный ход позволяет снизить потери на выхлопе: пар расширяется до давления, близкого к атмосферному, прежде чем открываются выпускные органы.
· Снижение тепловой напряжённости поршневой группы повышает надёжность и открывает возможность для дальнейшего форсирования двигателя по мощности (например, повышением давления наддува).

Заключение:
Схема впрыска воды после сгорания для получения дополнительной работы пара наиболее оправдана именно в двухтактных дизелях с большим отношением хода поршня к диаметру. Такие двигатели обеспечивают необходимое время для эффективного расширения пара и обладают резервом поверхности для теплосъёма. При грамотном управлении фазой впрыска и использовании современных методов антикоррозионной защиты (ингибиторы, покрытия) данная технология способна повысить общий КПД установки и снизить тепловую нагрузку на детали.
"

[Немчинов Вл]

Поскольку добить полностью матушку природу посредством использования как попало "мирного атома", человечеству, которое не способно просчитывать свои шаги до трёх минимум, наперёд (даже в параметрах безопасности, и просчётов возможной аварийности), пока не удалось, он никак не унимается.
Теперь, под флагами - "борьбы за экологию" (как некогда христиане, под крестами ... но огнем и мечем !!! шли резать еретиков и не правильно верующих...) решили моря наполнить "минами замедленного действия", - торговым флотом на аммиаке !!!
Получай природа-мать,
поддых тебе !, не устоять !

[tralflot1832]

Международная морская организация или ИМО (IMO) - является специалиированным учреждением ООН.( ООновские бюрократы борются с судовладельцами продвигая " зелёную повестку" где это возможно ) Да там " дурдома " хватает и бывает очень весело . Байданутые " зелёные" пытаются захватить моря .

[ism_ek]

Амиак из природного газа делают... Стоит ли заморачиваться...

[Инж Мех]

Цитата: ism_ek

Амиак из природного газа делают... Стоит ли заморачиваться...

Это изначально в качестве альтернативы углеводородам (азот из воздуха, водород из воды)

Но никто естественно не запрещает и из газа (от которого хейропа "отказалась" или немогёт получить)

[drags33]

Похоже, этот геморрой не стоит свеч... ))))
Применять аммиак при всех СУЩЕСТВЕННЫХ недостатках его использования, в то время, когда есть обычное углеводородное топливо??? Совершенно не вижу доводов, которые бы вынудили это сделать...

[Добрый злыдень]

Тоже не понимаю смысла этой суеты. Про минусы этого двигателя в статье сказано довольно много, а в чем плюсы? Да просто одна опасность для людей в случае аварии перечеркивает все плюсы! А рыбы сколько потравит в океане!( ) И альтернативные системы хранения и заправки аммиаком в портах - тоже геморрой еще тот, спокойствия окружающим не добавят.

[cpls22]

Цитата: Добрый злыдень

Про минусы этого двигателя в статье сказано довольно много, а в чем плюсы?

Возможно в том, что не владеющих этой сложной технологией запишут в изгои и не будут пускать в свой "цветущий сад". Попытка сделать морские грузоперевозки своей вотчиной.

[Виктор Ленинградец]

И опять этот дизель пихают!
Хоть на чём, но лишь бы этих монстров плодить.
Если вы ушли в "зелёную энергетику", то уж дальше - водородные генераторы. И КПД выше, и экологичность обеспечена, и проблем с преобразованием энергии не возникает.

[Моторист]

Цитата: Виктор Ленинградец

Хоть на чём, но лишь бы этих монстров плодить.

КПД у чего выше, чем у ДВС? Водородный генератор -- это такой тепловой двигатель? Уточните, пожалуйста.

[Виктор Ленинградец]

КПД водородного генератора это отношение полученной электрической энергии к теплотворной способности использованного водорода. На сегодняшний день = 56%, и это - не предел. Получение водорода из воды в часы провала потребления электроэнергии за счёт возобновляемых источников менее затратный процесс, чем синтез аммиака. Так что дизель с его токсичным выхлопом по окислами азота - в пролёте.
Сегодня было совещание по перспективным двигателям для торгового и литорального флота. Там эти значения озвучивались.

[СергейАлександрович]

До строительства каскада ГЭС на Волге, паровозы на сушеной вобле ездили. Огромные ангары с развешенной в них рыбой стояли. А вы, говорите, дизеля..для литорального флота.

[Виктор Ленинградец]

Это не я говорю - Минпромторг.
Было совещание по двигателестроению для флота.
Приоритетные направления:
- МОД для крупнотоннажных судов;
- ПГУ для арктических газовозов;
- многотопливность для литорального флота;
- НИОКР по водородной энергетике.
Упоминался Аммиак в качестве топлива. Ну и традиционные виды топлива с упором на экологию.

[Виктор Ленинградец]

Чего-то минусатор разозлилися, что на совещания не зовут?
Там вакансии для невежд не предусмотрены.

[barbos]

НИОКР по водородной энергетике.

Прежде чем хоть что-то фантазировать про водородную энергетику, спросите ракетчиков про то какая эта гадость ваш водород. От получения, хранения, до примнения. При всех его очевидных прелестях в космонавтике в итоге от него отказались. Причём, довольно давно. При том что космонавтика намного более наукоёмкая и продвинутая отрасль чем весь литоральный флот.

[Виктор Ленинградец]

Я ничего не фантазирую:
Есть совещание по судостроению, на котором что-то предлагается и вносится в список финансируемых НИОКР. Сам я занимаюсь там другими темами. А водородные генераторы вполне успешно работают, в том числе в Китае и Белоруссии, и если присмотреться к способам получения и хранения водорода можно понять, что особой угрозы в сравнении с тем же метаном он не представляет.

[barbos]

Сейчас вам открою большой секрет красивых цифр КПД водородных элементов. Они крайне хороши, когда немного в стороне остаются потери, связанные с получением и хранением.
Сам по себе водород у нас не добывают в отличие от того же метана. Получают из воды гидролизом или из того же метана. Получать его кидая натрий в серную кислоту довольно опасно. Только сам процесс получения довольно энергозатратен. Молекулу воды не так просто расщепить, там прочные водородные связи и поэтому сам процесс не такой энергоэффективный как кажется. АЭС желательно иметь под боком для получения в огромных объёмах. Это первые довольно ощутимые потери на производство водорода.
На следующем этапе его надо отделить, почистить (у вас не всегда вода двойной дистилляции под рукой) и убрать в ёмкость для хранения. Как-то ради интереса смотрел цены на компрессоры для жидкого азота и кислорода. Ну не фантастика, но кусаются. Но зная примерно специфику водрода, понимаю, что будет намного дороже и сложнее.
Транспортировку и хранение сейчас не рассматриваю, но она будет разительно отличаться от той, что применяется к метану.
Итого мы имеет три основные проблемы, которые лежат только на этапе получения водорода:
1 Водоподготовка, если рассматривать вариант получения водорода гидролизом. Можно ли таким образом получать из метана, не знаю. Теоретически ограничений нет.
2 Сам процесс сепарации водорода из воды. А там крепкие ковалентные полярные связи.
3 Предварительная очистка и сжатие/сжижение водорода, которые совсем не подарочек для хранения по сравнению с тем же метаном, которым многие пользуются дома.
В итоге проще взять мощный источник протонов (голые ядра водорода) в хорошей оболочке биологической защиты из обеднённого урана, как это делают в РИТЭГ, из которого прямым преобразованием через люминисценцию гаммы (она там будет обязательно) можно извлекать дополнительную энергию.

[Виктор Ленинградец]

Спасибо, понял, что Вы - не чужой в стране Инженерии.
Тут вся штука в чём:
Всё затраты на получение водорода списываются в пропорции на возобновляемые источники. И если система получения водорода электролизом автономно замкнута скажем на ветряки или приливную электростанцию, то зачитываются только затраты энергии на изготовление и ремонт генерирующего оборудования. Китайцы этим пользуются по-полной.
В нашем случае технология получения водорода основана на использовании часов провала ГЭС в долях с Китаем.
Теперь про 56%:
Это именно потенциал полученного водорода с учётом дисконта хранения относительно выработанной на ЭЭГ электроэнергии.
В нашем случае предполагается тестирование генератора 200 кВт, установленного в дублирование к аварийному ДГ равной мощности. Если пройдёт удачно, будем думать об установке буксира и малого ледокола.
Настораживает, что за всём проектом торчат уши китайцев. У них любимый приём втюхать за долю за малую пробную серию, вытоптать конкурентов и наладить экспорт. Эти операции пользуются их господдержкой. Ну а наши чины рады стараться за соответствующее вознаграждение.

[barbos]

Ну вы частично сами нашли объяснения, указав по Ленински, кому это выгодно. Но у Китая нет развитой добычи углеводородов и в текущей мировой обстановке им надо как-то балансировать, чтобы не зависеть от одного поставщика.

Ну а наши чины рады стараться за соответствующее вознаграждение.

Впрочем, ничего нового (ц. из м/ф Винни Пух)

[Моторист]

Вы имеете ввиду водородный топливный элемент? Ну, если найдётся такой мегаватт на пятнадцать... А лучше -- каменноугольный, вот тогда можно будет сравнивать по КПД с дизелем, когда топливо ископается и поступает в топку после несложной и дешёвой топливоподготовки.

Водород ведь даже в описанные Вами часы провалов не бесплатный. Кстати, в эти часы ТЭС с паровыми турбинами коптят -- мама не горюй. Да и в другие часы тоже. К слову о выхлопах.

[Виктор Ленинградец]

Зачитывается водород производимый за счёт возобновляемых источников и АЭС. Накопители серийные есть по 500 кВт, задача - 5 МВт, далее - мультибанк. У Лукашенко заказ на 60 БелАЗов с такими установками. Инженерных проблем не много. Всё вопросы экономического плана. В мае будет рассмотрено предТЭО на такие установки в качестве резервных для танкеров- газовозов ледового класса. Вот там и поглядим.

[Моторист]

Цитата: Виктор Ленинградец

Зачитывается водород производимый за счёт возобновляемых источников и АЭС.

Так не честно! Мухлёж! Держите мошенников! Да у и перечисленных источников углеродный след нехилый.

Цитата: Виктор Ленинградец

У Лукашенко заказ на 60 БелАЗов

Повестка, даже у нас -- что поделаешь...

Цитата: Виктор Ленинградец

такие установки в качестве резервных для танкеров- газовозов ледового класса

В смысле -- вместо АДГ? Могу поверить, что ради повестки поставят. Мой АДГ если 50 кг топлива в месяц скушал, то уже потрудился. А на пропульсию и электростанцию -- не потянут.

А чего каменный уголь-то не хотят использовать для топливных элементов? Шучу, знаю, что слабо.

[Виктор Ленинградец]

. Пока решение не принято. АДГ в любом случае останется на месте. Если поставят - то в параллель, в качестве пилотного проекта. Разработчик клялся, что аналогичные системы уже работают за рубежом в качестве резервных генераторов. Вот он и обещал что-то вроде ТЭО такой установки, тогда и будем посмотреть.

[Luminman]

Цитата: Виктор Ленинградец

Если вы ушли в "зелёную энергетику", то уж дальше - водородные генераторы

Высокая стоимость и проблемы безопасности перечеркивиют все хорошие свойства этого топлива...

[Виктор Ленинградец]

Кроме стоимости, остальное - мимо.
Хранение, что в баллонах по 700 бар, что в сжиженном виде, что в виде гидратных плёнок - отработано. Аварии практически отсутствуют. А стоимость компенсируется более высоким КПД, чем у любого дизеля, а с учётом зелёной повестки - полной нейтральностью сред.

[barbos]

Хранение, что в баллонах по 700 бар, что в сжиженном виде

Хранение в любом виде водорода всегда связано с его утечкой. Потому что его атомы легко и непринуждённо просачиваются сквозь кристаллическую решётку резервуара.

Аварии практически отсутствуют.

Просто потому что им никто не пользуется.

А стоимость компенсируется более высоким КПД, чем у любого дизеля, а с учётом зелёной повестки - полной нейтральностью сред.

В конце девяностых и начале 2000-х всякие автоконцерны БМВ, Мерседес и Ауди игрались с водородными двигателями, но в итоге забросили эту идею, причём, окончательно. Но по старой доброй многовековой традиции у нас инженеры плевать хотели на мировой опыт и всегда стараютя сварганить свои костыли.
И ещё. Просто теоретически с учётом всех тепловых и механических потерь (законы термодинамики передают вам приветы) вы не сожете получить полный КПД более 50%. Спросите у ракетчиков какая это чудовинка топливный насос для водорода. Пусть ваши заумные инженеры засунут подальше своё невероятное самомнение и обратятся к тем у кого опыта и знаний в этом вопросе намного больше.

[Виктор Ленинградец]

Хоше!
Самомнение - наказуемо. Тепловые и механические потери - это про тепловые двигатели, а не генераторы на топливных элементах. Я ведь отчёт о Госиспытаниях читал. Там русским по белому - 56%, а ПГУ с КПД 60% как поглядит на Вас?
Ну хамить не надо:

Пусть ваши заумные инженеры засунут подальше своё невероятное самомнение и обратятся к тем у кого опыта и знаний в этом вопросе намного больше.

Если Вы чего-то стоите, как инженер, - изучите проблему, а потом пишите.
P.S. Сам я водородной энергетикой не занимаюсь. Занимаюсь энергетикой и пропульсией судов ледового класса.

[barbos]

Самомнение - наказуемо

Потому что не совпадает с вашим?

ПГУ с КПД 60% как поглядит на Вас?

Фантастически. Где-то обязательно накрутили с цифрами. Даже на генераторы с топливными элементами как ни странно оказыают влияния электрические потери, которые обычно выделяются в виде излучения (теплового тоже). И если где-то есть резервуар с рабочим телом, то система автоматически подпадает под действие механики сред (газодинамики, гидродинамики), то бишь обрастает потерями родом из термодинамики. А там Второй закон термодинамики спросит по полной программе.

Если Вы чего-то стоите, как инженер, - изучите проблему, а потом пишите.

Руки уже подзажили, а так они видели щёлочь и кислоту аккумуляторную. Ну и с фундаментальными ограничениями физики на уровень энергии, которую можно извлечь из валентных электронов атомов (практически вся энергетика и механические системы кроме атомных) тоже знаком.

[Glenn]

Не знаю как с экологией, но тут явно будет удорожание в разы. От получения аммиака до сложного и опасного оборудования на судне.

[Deadушка]

Не проще сделать нормальные экономичные двигатели?...
Да и цена вопроса в сумме на круг? Про экологию можно забыть, вреда даже больше чем от дизтоплива.

[barbos]

Не проще сделать нормальные экономичные двигатели?...

Текущая схема ДВС аморально устарела около 50 лет тому назад. Всё что здесь пишут так или иначе применяли. Но мировую промышленность это устраивает более чем полностью.

[Severok]

Коммерческое наименование стали 316L абсолютно неинформативно для материаловедения. 40х13, ХВГ, Р6АМ5, 40пс - пример нормальной маркировки сплавов. Все коммерческие наименования на западный манер неинформативны с точки зрения как химического состава сплава, так и с точки зрения понимания его физических свойств. Следовательно коммерция и капитализм являются тормозами развития человечества. С точки зрения использования аммиака в качестве топлива: слишком много опасностей как для человека, так и для окружающей среды; технологически сложно и энергетически малоэффективно;

[vitaliy20091959]

Машинерам в случае чего кранты , при таких установках , а вопросов по техбезопасности на пару томов

[Юрий_К_Мск]

Аммиак в отличие от природного газа в земле не залегает. Главное сырье для производства аммиака - природный газ. Основные стадии: Метан в присутствии пара превращают в смесь водорода и окиси углерода, затем водород на катализаторе соединяют с азотом воздуха получая аммиак, оксид углерода окисляется до двуокиси углерода которая сбрасывается в атмосферу!. Все процессы проходят при температурах 500-700С, давлении до 300 ат. и весьма энергоемки. Какой смысл использовать аммиак в качестве топлива, если он получается на порядок дороже природного газа не говоря уже о мазуте, В чем деньги? Проще и дешевле использовать СПГ сразу. Кроме того аммиак прекрасно растворяется в воде образуя щелочь которая все убивает. Одна авария - и живности помрет гораздо больше, чем от мазута

[Алексей Лантух]

Главное сырье для производства аммиака - природный газ.

Аммиак можно добывать из атмосферы и воды используя электричество, чем и озаботились зеленые. Однако такой процесс, который уже существует, более дорогостоящий, чем из природного газа.

[kamakama]

"Однако безопасное обращение с аммиаком на судах потребует установки сложного дорогостоящего защитного оборудования (детекторы, запорные клапаны для изоляции утечек, топливные системы с двойными стенками и т. д.), специально разработанной топливной аппаратуры и т. д.

Энергетическая плотность на единицу объема аммиака (12,7 МДж/л) ниже, чем у дизтоплива (35 МДж/л). Для перевозки того же количества энергии, что и у дизтоплива, потребуется примерно в 2,8 раза больший объем, если резервуар для аммиака будет охлаждаться"

Вот это вот все начисто перечеркивает любой экономический смысл. Объем под танки в 4 раза больше (включая топливную аппаратуру и двойные стенки), возня с холодильниками (а их тоже нужно запитывать, то есть даже при банальном простое в порту будет идти дополнительный расход топлива) - кому это надо?

[Алексей Лантух]

Судя по всему аммиачные двигатели интересны только тем, что они "зеленые". Только и всего. А зеленая повестка до сих пор спорная. Может случиться через несколько лет похолодание, как в 40-х годах и тогда о парниковом эффекте забудут, как и аммиачных двигателях.

[bar]

В то же время для аммиачного топлива не будет существовать серьезных проблем с бункеровкой, поскольку оно производится во всем мире и транспортируется через большинство крупных портов.

Мне одному всё это показалось бредом? Теплотворная способность аммиака 5,2 кВт/кг при том, что у того же метана это около 14 кВт/кг. Это не говоря уж о том, что для производства аммиака требуются тот же метан плюс сложные химпроизводства. При этом сам аммиак ценное сырьё для оборонной промышленности и производства удобрений, а метан получается просто из дырки в земле в практически неограниченных количествах.
Если для чего и годится, то только для газовозов, перевозящих тот же аммиак. Но больше всего это похоже на распил бабла под зелёной повесточкой.

[Костадинов]

Судя по всему аммиачные двигатели интересны только тем, что они "зеленые".

Интерес к аммиаку, на первом месте, что он альтернатива нефти и газа. Немци рассматривали его как одна из возможних замен нефти во Второй мировой.

[barbos]

Пока пинают дохлую лошадь тепловых машин с их низким КПД, малой удельной мощностью и обязательными движущимися частями, энтузиасты взяли немного гамма радиактивного изотопа окружили люминофором, за которым поставили обыкновенные солнечные батареи. Сейчас работают над увеличением эффективности люминисценции и батарей.
Нет никаких движущихся частей и тепловых контуров. По своим энергетическим возможностям, гамма кватны на несколько порядков превосходят энергетические возможности тепловых электронов.

[stels_07]

Легче Ормузский пролив освободить