Погорлецький Дмитро Сергійович Поліпшення паливної економічності та екологічних показників переобладнаних для роботи на газовому паливі транспортних засобів

Краткое описание

Погорлецький Дмитро Сергійович, старший викладач кафедри експлуатації суднових енергетичних установок, Херсонської державної морської академії. Назва дисертації: «Поліпшення паливної економічності та екологічних показників переобладнаних для роботи на газовому паливі транспортних засобів». Шифр та назва спеціальності 05.22.20 експлуатація та ремонт засобів транспорту. Спецрада К14.052.02 Державного університету «Житомирська політехніка»

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ХЕРСОНСЬКА ДЕРЖАВНА МОРСЬКА АКАДЕМІЯ
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ЖИТОМИРСЬКА ПОЛІТЕХНІКА»
Кваліфікаційна наукова праця
на правах рукопису
Погорлецький Дмитро Сергійович
УДК 656.13+621.43+681.518
ПОЛІПШЕННЯ ПАЛИВНОЇ ЕКОНОМІЧНОСТІ ТА
ЕКОЛОГІЧНИХ ПОКАЗНИКІВ ПЕРЕОБЛАДНАНИХ ДЛЯ
РОБОТИ НА ГАЗОВОМУ ПАЛИВІ ТРАНСПОРТНИХ ЗАСОБІВ
Спеціальність 05.22.20 – Експлуатація та ремонт засобів транспорту
Галузь знань − 27 «Транспорт»
Подається на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Дисертація містить результати власних досліджень. Використання ідей,
результатів і текстів інших авторів мають посилання на відповідне джерело
______________ Д.С. Погорлецький
Науковий керівник: Грицук Ігор Валерійович, доктор технічних наук,
професор
Житомир – 2021

ЗМІСТ
ВСТУП……………………………………..…………………………….… 22
ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ І СКОРОЧЕНЬ ……………………. 29
РОЗДІЛ 1. АНАЛІЗ МОЖЛИВИХ НАПРЯМІВ ПОЛІПШЕННЯ
ПАЛИВНОЇ ЕКОНОМІЧНОСТІ ТА ЕКОЛОГІЧНИХ
ПОКАЗНИКІВ ТРАНСПОРТНИХ ЗАСОБІВ З
ДВИГУНАМИ, ПЕРЕОБЛАДНАНИМИ ДЛЯ РОБОТИ НА
ГАЗОВОМУ ПАЛИВІ, В УМОВАХ ЕКСПЛУАТАЦІЇ …… 30
1.1. Особливості впливу температур оточуючого середовища
на паливну економічність та екологічні показники
транспортних засобів у процесах прогріву…………….…... 30
1.2. Фактори, що впливають на паливну економічність та
екологічні показники транспортних засобів у період
прогріву в умовах експлуатації................................................ 34
1.3. Вплив способів забезпечення теплової підготовки
двигунів, переобладнаних для роботи на газовому паливі,
транспортних засобів на показники паливної економічності
та екологічні показники в процесах прогріву в умовах
експлуатації …………………………………………………... 37
1.4. Аналіз способів і методів моніторингу, дистанційного
контролю параметрів їх технічного стану і керування
забезпеченням теплової підготовки транспортних засобів в
умовах експлуатації…………………………………………... 44
1.5. Аналіз методів оцінювання паливної економічності та
екологічних показників двигунів транспортних засобів з
урахуванням забезпечення теплової підготовки в умовах
експлуатації…………………………………………………… 48
Висновки до розділу 1 ………………..…………………........ 51
18
РОЗДІЛ 2. ФОРМУВАННЯ МЕТОДУ ДОСЛІДЖЕННЯ ПАЛИВНОЇ
ЕКОНОМІЧНОСТІ ТА ЕКОЛОГІЧНИХ ПОКАЗНИКІВ
ТРАНСПОРТНИХ ЗАСОБІВ З ДВИГУНАМИ,
ПЕРЕОБЛАДНАНИМИ ДЛЯ РОБОТИ НА ГАЗОВОМУ
ПАЛИВІ, ОСНАЩЕНИХ СИСТЕМОЮ ТЕПЛОВОЇ
ПІДГОТОВКИ НА ОСНОВІ ТЕПЛОВОГО
АКУМУЛЯТОРА ФАЗОВОГО ПЕРЕХОДУ………………. 53
2.1. Розробка загальної методики проведення досліджень ….…. 53
2.2. Формування системи теплової підготовки транспортних
засобів з двигунами, переобладнаними для роботи на
газовому паливі, і способу її застосування в процесах
прогріву в умовах експлуатації.……………………………... 60
2.3. Формування теплової підготовки двигуна транспортного
засобу в умовах експлуатації………………………………… 68
2.4. Розробка методу дослідження паливної економічності та
екологічних показників транспортних засобів з двигунами,
переобладнаними для роботи на газовому паливі,
оснащених системою теплової підготовки …………………. 74
2.5. Удосконалення методу розрахунку витрати палива і
викидів шкідливих речовин у відпрацьованих газах
транспортних засобів з двигунами, переобладнаними для
роботи на газовому паливі, що були оснащені тепловим
акумулятором фазового переходу в процесах
передпускової і післяпускової теплової підготовки в
умовах експлуатації …………………………………………. 81
2.6. Удосконалення алгоритму програми розрахунку
показників паливної економічності та екологічних
показників переобладнаних для роботи на газовому паливі
транспортних засобів, що були оснащені тепловим
акумулятором фазового переходу в процесах
19
передпускової і післяпускової теплової підготовки в
умовах експлуатації…………………………………………... 83
Висновки до розділу 2 …………………………….…………. 96
РОЗДІЛ 3. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ПОКАЗНИКІВ
РОБОТИ ТРАНСПОРТНОГО ЗАСОБУ З ДВИГУНОМ,
ПЕРЕОБЛАДНАНИМ ДЛЯ РОБОТИ НА ГАЗОВОМУ
ПАЛИВІ, ЯКИЙ ОСНАЩЕНО СИСТЕМОЮ ТЕПЛОВОЇ
ПІДГОТОВКИ НА ОСНОВІ ТЕПЛОВОГО
АКУМУЛЯТОРА ФАЗОВОГО ПЕРЕХОДУ В УМОВАХ
ЕКСПЛУАТАЦІЇ ………………………………………….…. 98
3.1. Мета та задачі експериментальних досліджень……..……... 98
3.2. Програма, методика та об’єкти експериментальних
досліджень ……………………………………………………. 99
3.3. Розробка інформаційної моделі системи дистанційного
моніторингу теплової підготовки двигуна транспортного
засобу, переобладнаного для роботи на зрідженому
газовому паливі …………………………………………..….. 112
3.4. Прилади та обладнання, які застосовувалися під час
проведення експериментальних досліджень. Оцінка
похибки приладів і вимірювань ………….………………..... 117
3.5. Підготовка обладнання експериментальних досліджень,
транспортного засобу з двигуном, переобладнаним для
роботи на газовому паливі, системи теплової підготовки на
основі теплового акумулятора фазового переходу ………… 128
Висновки до розділу 3 ….……………………………………. 131
РОЗДІЛ 4. РЕЗУЛЬТАТИ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ТА
РОЗРАХУНКОВО-АНАЛІТИЧНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ ……... 134
4.1. Результати експериментальних досліджень транспортного
засобу з двигуном, переобладнаним для роботи на
газовому паливі, оснащеного системою теплової
20
підготовки на основі теплового акумулятора фазового
переходу ……….……………………………………………… 134
4.2. Математичні моделі транспортного засобу з двигуном,
переобладнаним для роботи на газовому паливі,
оснащеного системою теплової підготовки на основі
теплового акумулятора фазового переходу ….…………….. 163
4.3. Перевірка адекватності математичних моделей роботи
транспортного засобу з двигуном, переобладнаним для
роботи на газовому паливі, оснащеного системою теплової
підготовки на основі теплового акумулятора фазового
переходу та за режимами Європейського міського їздового
циклу ………………………………………………….………. 165
4.4. Порівняльні оцінки впливу системи теплової підготовки з
тепловим акумулятором фазового переходу транспортних
засобів з двигунами, переобладнаними для роботи на
газовому паливі, на показники паливної економічності та
екологічні показники в процесах передпускового і
післяпускового прогріву в умовах експлуатації ………….. 168
4.5. Обґрунтування доцільності встановлення системи теплової
підготовки на основі теплового акумулятора фазового
переходу в транспортному засобіз двигуном, переобладнаним
для роботи на газовому паливі, в умовах експлуатації ............. 179
4.6. Технічні рекомендації щодо впровадження результатів
дослідження системи теплової підготовки з тепловим
акумулятором фазового переходу транспортних засобів з
двигунами, переобладнаними для роботи на газовому
паливі в умовах підприємств, що працюють…………….... 180
Висновки до розділу 4 ………………………………………. 181
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ……………………………………………………. 183
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ………………………………....... 186
21
ДОДАТОК А…………………………………………………………….…. 202
ДОДАТОК Б………………………………………………………….…….. 206
ДОДАТОК В………………………………………………………….…….. 215
ДОДАТОК Г………………………………………………………….…….. 221
ДОДАТОК Д……………………………………………………………….. 222
ДОДАТОК Е………………………………………………………………... 230

Список литературы

ВИСНОВКИ
У дисертаційній роботі вирішена важлива науково-практична задача
поліпшення паливної економічності та екологічних показників ТЗ із двигунами,
переобладнаними для роботи на газовому паливі шляхом установлення
теплового акумулятора фазового переходу в систему охолодження в умовах
експлуатації.
Результати проведених досліджень дозволили сформулювати основні
теоретичні та науково-практичні висновки:
1. Аналіз впливу способів і засобів забезпечення теплової підготовки
двигунів, зокрема переобладнаних для роботи на газовому паливі транспортних
засобів, показав, що вони мають низку недоліків і не гарантують вирішення
загальних проблем у повному обсязі. Вирішення означеної проблеми в цілому
суттєво впливає на показники паливної економічності та екологічні показники в
умовах експлуатації, особливо в процесах передпускової і післяпускової
теплової підготовки. Виконаний аналіз способів і методів моніторингу,
дистанційного контролю параметрів їхнього технічного стану й керування
забезпеченням теплової підготовки ТЗ в умовах експлуатації підтвердив
наявність значних невикористаних резервів підвищення паливної економічності
та екологічних показників ТЗ у процесах прогріву.
2. Розроблено метод дослідження паливної економічності та екологічних
показників ТЗ із двигунами, переобладнаними для роботи на газовому паливі,
які оснащені системою теплової підготовки на основі теплового акумулятора
фазового переходу, в основу якого покладено реалізацію системної взаємодії
трьох взаємопов’язаних її складових: інформаційної, аналітичної і
енергетичної. Виконана систематизація можливих схем варіантів системи
теплової підготовки з використанням методу морфологічного аналізу.
3. Розроблена схема й інформаційна система оцінювання способів
забезпечення теплової підготовки ТЗ в умовах експлуатації за допомогою СТП
на основі бортового комплексу ІТS. Розроблено моделі бази даних
184
інформаційної системи дистанційного моніторингу параметрів ТЗ із двигуном,
оснащеним СТП. Особливість запропонованої системи полягає в тому, що
підсистеми створюють спільне інформаційне поле системи моніторингу
параметрів ТЗ із СТП, але діють окремо одна від одної, зважаючи на
особливості задач, що вони виконують.
4. Удосконалено метод визначення і розрахунку витрати палива і викидів
шкідливих речовин у відпрацьованих газах ТЗ із двигунами, переобладнаними
для роботи на газовому паливі, що були оснащені тепловим акумулятором
фазового переходу в процесах передпускової і післяпускової теплової
підготовки на основі обраної моделі системи «Двигун-нейтралізатор».
Удосконалена модель базується на визначенні режимів роботи двигуна при
умовному русі автомобіля за їздовим циклом та відповідних цим режимам
експериментально виміряних показників роботи двигуна ТЗ із наступним
розрахунком за цими даними витрати палива і шкідливих викидів на окремих
ділянках руху та за їздовий цикл в цілому.
5. Для забезпечення теплової підготовки ТЗ із двигунами,
переобладнаними для роботи на газовому паливі, оснащених системою
теплової підготовки на основі ТА фазового переходу, розроблено цикл теплової
підготовки в умовах експлуатації. Експериментально встановлено, що місце
розташування газового редуктора і ТА фазового переходу суттєво впливають на
процеси забезпечення теплової підготовки транспортного двигуна,
переобладнаного для роботи на газовому паливі в умовах експлуатації. Під час
передпускового і післяпускового прогріву двигуна ТЗ, використовуючи СТП із
TA фазового переходу, досягнуто зменшення часу прогріву з 46 до 21 хв для
- 20ºС і витрати палива – з 1,91 на 0,71 кг. Отримані характеристики зміни
основних технічних параметрів ТЗ за допомогою досліджень на
моделювальному роликовому гальмівному стенді з можливістю імітації
режимів Європейського міського їздового циклу.
6. Установлено вплив СТП із ТА фазового переходу ТЗ із двигуном,
переобладнаним для роботи на газовому паливі, на показники паливної
185
економічності та екологічні показники в процесах передпускового і
післяпускового прогріву. В результаті реалізації розробленого методу
дослідження паливної економічності та екологічних показників ТЗ отримали
наступні результати: за температур ОС - 20ºС…20ºС має місце зниження
загального часу теплової підготовки (прогріву) двигуна ТЗ на 10,2% – 54,3%;
зниження загальної витрати палива на 32% – 62,8%; зниження викидів окремих
шкідливих речовин при роботі на рідкому й газовому паливі відповідно –
11,9% – 43,4% і 12% – 52,47% за незначного зростання викидів оксидів азоту.
Коефіцієнти паливовикористання дослідної СТП змінюються в межах: KGT Р.П
=0,32-0,628; KGT Г.П = 0,371-0,679; KG Р ПТА
T . = 0,031-0,275, що підтверджує
високу ефективність застосування СТП із ТА в ТЗ у змінних умовах
експлуатації.
7. Результати дисертаційної роботи прийняті до використання і
впровадження у ФОП Горелов С.А., ТОВ «Домінант Інвест», ПВКП «Реноме» і
впроваджені в освітній процес ХДМА МОН України.