Luchthoeveelheid als functie van de Stookwaarde
8.10.1 Gasdetectie systemen
Elke installatie moet voorzien zijn van een deugdelijk gasdetectie systeem, dat bij lekkage een alarm genereert en de gastoevoer automatisch onderbreekt. Meestal is de onderbreking van de
gastoevoer afgesteld op een waarde die 80% onder de waarde van de explosiegrens ligt.
Afhankelijk van het land waar de gasmotoren zijn opgesteld, is in bijna alle gevallen een zogenaamde automatische dichtheidstest van de gasstraat verplicht, dit systeem gaat automatisch in werking bij het starten van de motor.
We onderscheiden hierbij onder andere: - De vacuümtest.
- De tweefasentest
Bij de vacuümtest wordt, met behulp van een vacuümpomp tussen de toevoerafsluiters een onderdruk gecreëerd. Met behulp van een drukschakelaar wordt gecontroleerd of het vacuüm op de daarvoor gestelde tijd gehandhaafd blijft, zo niet, dan wordt de gasstraat vergrendeld.
Bij de tweefasen test wordt de toevoerafsluiter geopend, de afsluiter bij de motor blijft gesloten. Als de druk, gemeten met behulp van een drukschakelaar, op een vooraf ingestelde tijd blijft staan, wordt de gastoevoer naar de motor vrijgegeven. Is dit niet het geval, dan wordt de gasstraat vergrendeld. Verder heeft uiteraard elke motorleverancier zijn eigen veiligheidssysteem, hier wordt verder niet op ingegaan.
8.11 Samenvatting
De gasmotor produceert ten opzichte van andere krachtwerktuigen
weinig CO2.
Soorten gasmotoren:
Er zijn verschillende motoren die gas als brandstof gebruiken, zo kennen we:
- De Otto gasmotor.
- De diesel gasmotor, ook wel Dual Fuel motor genaamd. De Otto motor:
Bij de Otto gasmotor wordt een lucht/gasmengsel in de
verbrandingskamer door een elektrische vonk van een bougie tot ontbranding gebracht. We kennen een aantal uitvoeringen:
- De motor met zuigvulling, de motor zuigt tijdens de inlaatslag zelf zijn lucht/gasmengsel aan, dit is over het algemeen een arm mengsel, er is erg veel lucht aanwezig ten opzichte van het gas.
- De motor met drukvulling, hier krijgt de motor het lucht/gasmengsel gecomprimeerd aangeleverd. Ook hier weer een arm mengsel.
- Motoren met voorkamerverbranding, deze verbranding vindt plaats met motoren die op een ultra arm mengsel draaien dat niet meer met behulp van een bougie te ontsteken is.
De diesel gasmotor:
Bij dit principe komt het lucht/gasmengsel in de cilinder tot
ontbranding door de zelfontbranding van de ingespoten diesel in de voorkamer. De dieselolie die in de voorkamer ingespoten wordt is ongeveer 10% van de totale brandstoftoevoer.
Stoichiometrisch gasmotor:
Bij een verbranding waarbij exact de hoeveelheid lucht wordt
toegevoerd voor een volledige chemische verbranding noemen we een stoichiometrische verbranding. Gasmotoren die werken met een luchtfactor 1, noemen we dan ook stoichiometrische gasmotoren. Arm mengsel gasmotor:
Als er meer lucht wordt toegevoegd dan nodig voor een volledige verbranding, dan is er sprake van een arm mengsel. Deze gasmotoren worden dan ook arm mengsel gasmotoren genoemd. We kennen ze beter onder de benaming lean burn.
Onderverdeling gasmotoren:
We kunnen de gasmotoren indelen in drie groepen:
- Kleine gasmotoren met een vermogen kleiner dan 100 kW. De kleine gasmotoren zijn over het algemeen atmosferische motoren. Ze zuigen het lucht/gasmengsel zelf aan en hebben dan ook een stoichiometrische verbranding. - Middelgrote gasmotoren met een vermogen van 100 – 700
kW. De middelgrote motoren werken met een luchtfactor die varieert van 1,4 - 1,6. Dit zijn motoren met drukvulling uitgerust en van het zogenaamde lean burn principe.
- Grote gasmotoren, dit zijn motoren met een vermogen groter dan 700 kW. Deze motoren zijn net als de middelgrote motoren ook arm mengsel motoren. Ze hebben een luchtfactor die varieert van 2,1 – 2,4. Om dit zeer arme mengsel te ontsteken wordt vaak gebruikt gemaakt van een zogenaamde voorkamerontsteking. Deze motoren worden ook wel ultra lean burn genoemd.
Werkingsprincipe Otto motor:
De ontsteking van de brandstof bij een lean burn motor wordt ingeleid door een bougie, die in een zogenaamde voorkamer gemonteerd is. De hoeveelheid gas:
De hoeveelheid gas die aan de cilinder wordt toegelaten hangt af van een aantal parameters waaronder:
- Belasting van de motor - Aantal omwentelingen - Uitlaatgassen temperatuur - NOx emissie
Het brandstofsysteem, lean burn gas:
Voordat het gas aan de cilinders wordt toegevoerd, wordt het eerst via een zogenaamd reduceerstation geleid. Het reduceerstation bestaat uit: - Een toevoerafsluiter - Een filter - Diverse reduceren - Diverse veiligheidsventielen - Elektrische drukmetingen De Voorkamer:
Enkele van de meest belangrijke ontwerpfactoren van de voorkamer zijn dan ook:
- De mate van menging van gas en lucht - De vorm van de voorkamer
- Gassnelheden en turbulentie van het mengsel bij de bougie - De mate van koeling van de voorkamer en de bougie - Materiaalkeuze
Het dual fuel systeem:
Bij het dual fuel systeem, overigens ook lean burn, wordt de
verbranding niet ingeleid door middel van een bougie. Bij het dual fuel systeem wordt de verbranding ingeleid door het inspuiten van een kleine hoeveelheid dieselolie of zware olie. Tevens is het mogelijk om bij deze motoren een keuze te maken tussen, enerzijds het draaien op gas met voorontsteking van vloeibare brandstof en anderzijds volledig op vloeibare brandstof te draaien.
Dichtheidscontrole:
In het algemeen kunnen we stellen dat een dichtheidscontrole de volgende resultaten op kan leveren:
- De installatie is dicht.
- De installatie bevat een lek zonder gevaar.
- De installatie bevat een lek met direct gevaar voor de omgeving.
Bij een eerste inbedrijfname wordt de gasstraat getest op 1,1 maal de werkdruk.
We onderscheiden hierbij onder andere: - De vacuümtest.
- De tweefasentest
Bij de vacuümtest wordt, met behulp van een vacuümpomp tussen de toevoerafsluiters een onderdruk gecreëerd. Met behulp van een drukschakelaar wordt gecontroleerd of het vacuüm op de daarvoor gestelde tijd gehandhaafd blijft, zo niet, dan wordt de gasstraat vergrendeld.
Bij de tweefasen test wordt de toevoerafsluiter geopend, de afsluiter bij de motor blijft gesloten. Als de druk, gemeten met behulp van een drukschakelaar, op een vooraf ingestelde tijd blijft staan, wordt de gastoevoer naar de motor vrijgegeven. Is dit niet het geval, dan wordt de gasstraat vergrendeld.
8.12 Vragen
• Om welke reden(en) en waar worden gasmotoren steeds meer
gebruikt?
• Welke gasmotoren kennen we?
• Wat wordt verstaan onder een stoichiometrische gasmotor?
• We kunnen gasmotoren onderverdelen in drie groepen, noem
deze.
• Maak een schets van een diagram waarin de vlamtemperatuur
van de verbranding als functie van de luchtfactor is
weergegeven. Geef tevens aan wat de vlamtemperatuur bij gelijkblijvende luchtfactor doet als de spoelluchttemperatuur wijzigt.
• Schets het vierslag principe van een gasmotor met een
voorkamerontsteking.
• Beschrijf het werkingsprincipe van een zogenaamde dual fuel
gasmotor.
• Maak een schets, met beschrijving, van een gasreduceerstation
zoals dat bij gasmotoren gebruikelijk is.
• Maak een schets van het vloeibare brandstofsysteem van een
gasmotor, dus van een dual fuel motor.
• Wat wordt verstaan onder cocktailshakerkoeling?
• Wat verstaan we onder een zogenaamd intercool systeem?
• Wat is een zogenaamde waste gate en met welk doel wordt dit
toegepast?
• Noem een aantal veiligheidswerkzaamheden die uitgevoerd
worden aan een gasstraat, dit kan zowel handmatig als automatisch zijn.