燃料供給系統(tǒng)及安全智能化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)手冊(cè)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目 dme燃料供給系統(tǒng)及安全智能化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7 畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告一、開題報(bào)告：1、 設(shè)計(jì)的研究目的及意義21世紀(jì)人類面臨的三大問題是人口急劇膨脹、資源匱乏、環(huán)境的不斷惡化，隨著我國的高速發(fā)展，綜合國力的顯著提升，人民生活水平的不斷提高，資源匱乏和環(huán)境惡化顯得更加突出，生態(tài)將要失去平衡，這些問題嚴(yán)重阻礙了我國的社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)，作為一個(gè)大型的發(fā)展中國家，遏制這些問題迫不及待。據(jù)了解，目前人類在實(shí)用的能源有將近90%的是不可再生的，其中石油占據(jù)了主要份額，與我們生活息息相關(guān)的汽車行業(yè)就是消耗石油里面提煉出來的汽油和柴油，據(jù)調(diào)差表明，我國煤的所有量約為世界

2、的30%，可供我們采用數(shù)百年；石油的所有量僅站世界的2.4%，從1993起我國就已經(jīng)成為石油純進(jìn)口國，到2010年，我國石油總需要的47%需要進(jìn)口【1】。近年來我們經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，汽車行業(yè)也是興興向榮。據(jù)調(diào)查，平均每8人就有一輛車，隨之而來的就是石油短缺帶來的汽油和柴油價(jià)格上漲，嚴(yán)重影響我國汽車行業(yè)的發(fā)展【2】。同時(shí)，隨著生態(tài)環(huán)境的不斷惡化，人們?cè)絹碓街匾暛h(huán)境污染問題，而汽車燃燒排放的尾氣就是城市大氣環(huán)境的一個(gè)主要污染源，因此世界各國都對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排放限值也日趨嚴(yán)格，我國也在制定更加全面的新排放標(biāo)準(zhǔn)，通過減少煙霧和微粒及有害氣體等排放尾氣來創(chuàng)造良好的空氣環(huán)境。由于傳統(tǒng)燃料不但是是不可再生能源，而且燃

3、燒時(shí)產(chǎn)生大量的對(duì)環(huán)境有害的氣體如，所以開發(fā)新能源已成為人類發(fā)展中的緊迫課題，作為繼甲烷后的另一新型替代燃料二甲醚（dme）有其獨(dú)特的特點(diǎn)，近幾年已備受國內(nèi)外重視。二甲醚又稱甲醚，簡稱dme，在常壓下是一種無色氣體或壓縮液體，與石油液化氣（lpg）相似。溶于水及醇、乙醚、丙酮、氯仿等多種有機(jī)溶;易燃,在燃燒時(shí)火焰略帶光亮; 在燃燒時(shí)不會(huì)產(chǎn)生破壞環(huán)境的氣體.所以它作為替代傳統(tǒng)燃料油有很好的前景，常溫下dme具有惰性,不易自動(dòng)氧化.無腐蝕,無致癌性,毒性很低,蒸氣有刺激和麻醉作用.二甲醚用途比較廣泛,主要用于氣霧制品噴射劑,制冷劑,溶劑等,另外也可用于化學(xué)品合成.在輻射或加熱條件下可分解成甲烷、乙烷

4、、甲醛等。在空氣中爆炸極限345-26.7【3】。二甲醚還具有良好的易壓縮、冷凝、汽化特性，在制藥、燃料、農(nóng)藥等化學(xué)工業(yè)中有許多獨(dú)特的用途。可代替氟里昂用作氣溶膠噴射劑和致冷劑，減少對(duì)大氣環(huán)境的污染和臭氧層的破壞。作為民用燃料氣,其儲(chǔ)運(yùn)、燃燒安全性、預(yù)混氣熱值和理論燃燒溫度等性能指標(biāo)均優(yōu)于石油液化氣，可作為城市管道煤氣的調(diào)峰氣、液化氣摻混氣。也是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的理想燃料，與甲醇燃料汽車相比，不存在汽車?yán)鋯?dòng)問題。它還是未來制取低碳烯烴的主要原料之一。由表1-1得二甲醚作為替代燃料有其獨(dú)特的特點(diǎn)：1）二甲醚分子結(jié)構(gòu)中只有c-h和c-o鍵，沒有c-c鍵，此外它還是是富氧燃料，有利于減少有害氣體的排放，

5、幾乎可以達(dá)到零碳煙排放。同時(shí)它可以使用更大的廢氣再循環(huán)率，降低nox的排放。2）二甲醚的十六烷值很高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他替代燃料，更適合在壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)上用。3）二甲醚汽化的蒸發(fā)潛熱很大，幾乎是柴油的兩倍，蒸發(fā)降低了缸內(nèi)混合氣體的溫度，有利于nox的形成。4）二甲醚的沸點(diǎn)低，噴入氣缸后的霧化速度比柴油快的多，與缸內(nèi)空氣混合均勻，燃燒品質(zhì)比柴油好。5）二甲醚的粘度比傳統(tǒng)的柴油低，在噴射時(shí)不易形成堵塞。二甲醚作為柴油機(jī)新型的替代燃料的突出優(yōu)點(diǎn)已引起了國內(nèi)外學(xué)者的高度重視，1996年以來國際能源所每年都要在歐洲主持召開一次dme專題討論會(huì)并于1997年10月正式啟動(dòng)一項(xiàng)旨在推動(dòng)dme的應(yīng)用研究和新技術(shù)開發(fā)、

6、促進(jìn)北美和歐洲成員國之間的全面合作和交流的行動(dòng)計(jì)劃【4】。 表1-1【5】 dme與其它燃料的性質(zhì)對(duì)比比較內(nèi)容二甲醚丙烷丁烷甲醇輕油(2號(hào))化學(xué)式ch30ch3c3h8c4h10ch30h-分子量46.0744.0658.0832.04-沸點(diǎn)-24.9-42.1-0.564.5190-350液比重(沸點(diǎn))0.750.580.60-蒸發(fā)潛熱kj/kg467126386-蒸汽壓mpa,200.5100.8330.207-爆炸極限%3.4-272.2-9.51.9-8.56.2-36-十六烷值55-545低位發(fā)熱量mj/kg28.946.545.821.142.5由于技術(shù)的限制，現(xiàn)階段二甲醚作為替代

7、燃料還需要解決的問題主要有： 常規(guī)技術(shù)下二甲醚的生產(chǎn)成本略高于柴油(目前國產(chǎn)二甲醚量不大,規(guī)模小,價(jià)格約是甲醇的一倍,需改進(jìn)工藝流程,采用新工藝,擴(kuò)大規(guī)模,降低成本)。 在柴油機(jī)上用二甲醚,需對(duì)氣態(tài)二甲醚加壓,使其變成液態(tài),需增加設(shè)備及控制措施.另外,需對(duì)加氣站進(jìn)行必要的改造,才能推廣使用。 柴油機(jī)燃用二甲醚的在實(shí)用過程中還有一些技術(shù)難點(diǎn)。如:二甲醚的粘度較柴油低,需加入添加劑使其粘度接近柴油;二甲醚對(duì)金屬無侵蝕性,但對(duì)橡膠等有不利影響等等; 由于二甲醚粘度比柴油小，單位時(shí)間內(nèi)可能供油量不足，同時(shí)泄露的可能性也增加。 二甲醚比起柴油噴射時(shí)最高噴射壓力下降，噴油也延遲了，每次噴射的油量也降低了，

8、這就要求獨(dú)特的噴油器。 二甲醚具有腐蝕性，要獨(dú)特的材料制成的供給管道，提高了制造成本。2、 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 早期二甲醚在柴油機(jī)上主要作為甲醇助燃劑，即二甲醚作為部分燃料先期進(jìn)入到氣缸，可以從進(jìn)氣道與空氣同時(shí)進(jìn)入。這主要是考慮dme的十六烷值高、自燃性好，因而使少量dme在進(jìn)氣行程進(jìn)入氣缸，在壓縮行程后期先行燃燒，使得氣缸溫度升高，從而會(huì)對(duì)甲醇的著火起促進(jìn)作用，并且對(duì)柴油性能和排放也會(huì)有一些作用。 在上個(gè)世紀(jì)90年代，一些外國學(xué)者對(duì)在柴油機(jī)上直接實(shí)用燃用二甲醚燃料在進(jìn)行了大量的研究和實(shí)驗(yàn)，研究人員驚奇的發(fā)現(xiàn)僅對(duì)原機(jī)的燃油系統(tǒng)進(jìn)行了一些改進(jìn)，在保證原機(jī)高熱效率和同樣輸出功率、轉(zhuǎn)矩及燃油經(jīng)濟(jì)性的前

9、提下，不用任何廢氣再循環(huán)系統(tǒng)和廢氣處理裝置，nox的排放就能大幅降低。同時(shí)，碳煙排放為零，沒有任何加速煙度，微粒排放也大幅度降低，而且研究分析表明排放的少量煙霧僅來自極少量的潤滑油。并且no與碳煙排放控制的矛盾不再存在了。這些研究表明二甲醚燃料可實(shí)現(xiàn)清潔燃燒，實(shí)現(xiàn)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)超低排放，被稱為21世紀(jì)柴油視十分理想的替代燃料。 一些先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)公司的專家們研究了將dme燃料用在柴油機(jī)上的種種數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)顯示在全負(fù)荷范圍內(nèi)dme的燃料消耗率與用柴油的消耗率大致相當(dāng)，但噪聲卻比用柴油低了將近10db(a),相當(dāng)如汽油機(jī)的噪聲。二甲醚的發(fā)展前途利好，其燃料技術(shù)已引起西方發(fā)達(dá)國家的政府和專家高度重視，近幾年來

10、歐美，日，韓等發(fā)達(dá)國家十分看好二甲醚燃料汽車的市場(chǎng)前景和環(huán)保效益，紛紛展開二甲醚燃料發(fā)動(dòng)機(jī)與汽車的研究和開發(fā)。volvo汽車公司研制出了燃用二甲醚燃料的大客車及重型卡車樣車，用于試車與示范。數(shù)據(jù)顯示一個(gè)裝有接觸氯轉(zhuǎn)換器的二甲醚汽車能夠達(dá)到歐四標(biāo)準(zhǔn)。在日本，日本jfe、產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所、低排放車開發(fā)會(huì)社、交通公害研究所、五十鈴汽車公司和伊藤忠會(huì)會(huì)社等分別研制了燃用二甲醚燃料的卡車樣車和城市客車樣車，并計(jì)劃在年內(nèi)小規(guī)模推廣【6】。美國賓西法尼亞州大學(xué)成功改裝運(yùn)行了一輛然用二甲醚和柴油混合燃料的校內(nèi)往返公交強(qiáng)。 國內(nèi)也有很多科研機(jī)構(gòu)注意到了這個(gè)新型替代燃料，多年來一直致力與二甲醚汽車的研究和開發(fā)。

11、2000年，西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院汽車工程系率先采用dme代替柴油，進(jìn)行了柴油發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)研究并與一汽合作開發(fā)了我國第一輛改用二甲醚的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)汽車。實(shí)驗(yàn)表明使用dme可使發(fā)動(dòng)機(jī)功率提高60100w，熱效率提高2-，噪音降低10-7。上海交通大學(xué)燃燒與環(huán)境技術(shù)中心從1997年開始就承擔(dān)了我國首項(xiàng)有關(guān)二甲醚燃料的國家項(xiàng)目“新型低排污二甲醚燃料噴霧特性和燃燒機(jī)理研究”。對(duì)二甲醚燃料噴射過程，包括二甲醚燃料的泵端、嘴端油管壓力和針閥升程、音速、閃急沸騰霧化現(xiàn)象和燃燒過程及二甲醚發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究。揭示了二甲醚燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)噴射特性、燃燒枕理與排放特性方面的一些規(guī)律，在臺(tái)架實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)

12、了發(fā)動(dòng)機(jī)無炭煙排放和no排放,大幅降低nox排放。上海交通大學(xué)進(jìn)一步開展了二甲醚燃料可控預(yù)混合燃燒的新方式的研究，研制出了二甲醚低壓共孰電控式燃油噴射系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)，在10*107k溫度以下，成功地解決勻質(zhì)預(yù)混合氣壓燃燃燒地若火控制和均勻濃預(yù)混合氣制備兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)大大簡化了發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射系統(tǒng)。2001年月上海內(nèi)燃機(jī)研究所、上海焦化有限公司、東風(fēng)朝陽柴油機(jī)公司根據(jù)上海市科學(xué)技術(shù)發(fā)展基金項(xiàng)墾“二甲醚發(fā)動(dòng)機(jī)的研究與開發(fā)”的要求。進(jìn)行了二甲醚替代柴油作為壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的研究工作。經(jīng)過年的努力取得了二甲醚發(fā)動(dòng)機(jī)比原機(jī)功率提高10，外特性最大扭矩提高10，在全部轉(zhuǎn)速和負(fù)荷范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無煙排放，噪聲降低

13、了10db，排放指標(biāo)達(dá)到了歐iii的成果，該研究超過了現(xiàn)代國外氣門柴油機(jī)的水平【8】。2005年5月6日上海交通大學(xué)燃燒與環(huán)境技術(shù)研究中心研制的我國第一臺(tái)二甲醚城市客車上路。該車采用了自主研發(fā)的d6114zlqbz甲醚燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。經(jīng)國家重型汽車質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心和國家機(jī)動(dòng)車產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢測(cè)。該車動(dòng)力強(qiáng)勁車內(nèi)外噪聲比原型車下降2.5個(gè)分貝；排放遠(yuǎn)優(yōu)予歐iii排放限值，碳煙排放為零。西華大學(xué)根據(jù)二甲醚的燃料特性，在一臺(tái)常柴zs1100發(fā)動(dòng)機(jī)上改裝二甲醚供給系統(tǒng)，研究開發(fā)了二甲醚燃油消耗測(cè)試儀，對(duì)二甲醚用于電控單體泵的控制策略及二甲醚噴油泵等柱塞磨損等方面進(jìn)行了相關(guān)仿真和試驗(yàn)研究，在二甲醚柴油

14、機(jī)改裝關(guān)鍵問題上做了一些應(yīng)用性研究。武漢科技大學(xué)在總結(jié)了國內(nèi)外關(guān)于二甲醚的研究情況后，自己設(shè)計(jì)了一套燃料供給系統(tǒng)，并發(fā)表了有關(guān)二甲醚作為柴油的替代燃料要解決的種種問題，目前dme燃料供給系統(tǒng)正在進(jìn)一步完善，學(xué)校正在努力解決dme的存儲(chǔ)和狀態(tài)變化的問題，為二甲醚用在壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)上做了詳細(xì)的研究。3、 畢業(yè)設(shè)計(jì)的進(jìn)度安排【1】2012.2.272012.3.11 完成任務(wù)書；【2】2012.3.122012.3.25 提交開題報(bào)告和設(shè)計(jì)思路，教師審閱，批準(zhǔn)開題；【3】2012.3.162012.4.15 初步完成設(shè)計(jì)內(nèi)容，提交英文文獻(xiàn)翻譯，準(zhǔn)備期中檢查；【4】2012.4.162012.5.10 完成設(shè)計(jì)，編寫說明書，繪制零件圖；【5】2012.5.112012.5.20 修改設(shè)計(jì)，完善