Пушка Олександр Сергійович. Поліпшення паливної економічності та зниження димності дизелів з газотурбінним наддувом

Краткое описание

Пушка Олександр Сергійович. Поліпшення паливної економічності та зниження димності дизелів з газотурбінним наддувом : Дис... канд. наук: 05.05.03 2009

Пушка О.С. Поліпшення паливної економічності та зниження димності дизелів з газотурбінним наддувом. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.03 двигуни та енергетичні установки. Національний транспортний університет. Київ, 2009.
Дисертація присвячена поліпшенню паливно-економічних показників, а також зменшенню димності відпрацьованих газів за рахунок додаткової подачі повітря в циліндрі дизеля. Запропоновано конструкцію дослідного зразка системи автоматичного регулювання додаткової подачі повітря в циліндри. В розробленій системі вдосконалено конструкцію оптичного детектора денситометра ДО-1 та створено електронний блок керування, робота якого основана на зборі інформації про параметри роботи дизеля відповідними датчиками з наступним їх аналізом та видачею керуючого сигналу на виконуючий пристрій.
Проведені розрахункові дослідження перехідних режимів роботи дизеля 6ЧН13/11,5 з дослідною САР додаткової подачі повітря в циліндри дозволили обґрунтувати раціональний вплив параметрів повітрозабезпечення на динамічні, техніко-економічні та екологічні показники.
Дослідженнями встановлено, що коректування повітрозабезпечення на 31% зменшує димність відпрацьованих газів, скорочує час протікання перехідних процесів на 1015%, масова витрата палива скоротилась на 4%, а зниження температури відпрацьованих газів з 9130К до 9070К зменшує напруження циліндро-поршневої групи.

У дисертаційній роботі поставлена та вирішена важлива науково-технічна задача поліпшення енергетичних, паливно-економічних показників і зменшення димності відпрацьованих газів дизеля з газотурбінним наддувом. Вирішення задачі забезпечено вдосконаленням методу регулювання повітрозабезпечення та розробкою системи автоматичного регулювання додаткової подачі повітря в циліндри дизеля. В основу вирішення задачі закладено сучасні методи математичного моделювання та експериментальні дослідження.

За результатами аналізу способів регулювання газотурбінного наддуву зроблено висновок щодо актуальності розробки системи автоматичного регулювання додаткової подачі повітря в циліндри дизеля, яка характеризується простотою конструкції, а також надійністю роботи в усіх режимах.
Розроблена конструкція експериментального зразка системи автоматичного регулювання з оптичним детектором, яка здійснює коректування додаткової подачі повітря за оптичною щільністю відпрацьованих газів. Основою цього пристрою є датчик, який під час роботи дизеля визначає оптичну щільність відпрацьованих газів.
Уточнено математичні моделі розрахунку статичних та динамічних режимів дизеля з газотурбінним наддувом. У динамічну математичну модель введені рівняння, які дозволяють дослідити зміни параметрів робочого тіла в газовій турбіні, у впускному та випускному колекторах тощо, а також дослідити перехідні процеси у режимі вільного прискорення та під навантаженням за регулювання додаткової подачі повітря в циліндри.
Розрахунок швидкісних характеристик дозволив встановити ступінь негативного впливу від’ємного коректування паливоподачі механічним від’ємним коректором і фотометричним обмежувачем димності. Зменшення питомої витрати палива зgе=245,6 г/(кВтгод) доgе=235,9 г/(кВтгод) на режиміnд,Ме,max=14601600 хв-1призвело до зниження коефіцієнту надміру повітряaз 1,78 до 1,53, тиску наддувуркз 150 КПа до 129,5 КПа, ефективної потужностіNез 108,8 кВт до 85,8 кВт та інших показників.
Теоретичними дослідженнями динамічних характеристик дизеля 6ЧН13/11,5 в режимі вільного прискорення з системою автоматичного регулювання встановлено, що додаткова подача повітря знижує димність ВГ на 31%, скорочується час протікання перехідних процесів на 1015%, витрата повітря збільшилась зGв=0,14 кг/с доGв=0,16 кг/с. При цьому відбулося зменшення масових викидів сажі у навколишнє середовище зGс=369 г/год доGс=184 г/год.
При розгоні дизеля під навантаженнямНнг=0,75 з дослідною системою автоматичного регулювання за рахунок додаткової подачі повітря відбулося підвищення крутного моменту і збільшення потужності дизеля, знизилась середня питома ефективна витрата палива зge=263 г/(кВтгод) доge=247 г/(кВтгод), а максимальне значення димності через 2,8 с зменшилось зN=72% доN=32%, що пояснюється більш ефективною роботою двигуна за час протікання перехідного процесу.
Проведені експериментальні дослідження в режимі вільного прискорення з дослідною САР показали, що збільшення подачі повітря через 0,6 с зменшило димність ВГ до 34%, розгін турбокомпресора почався на 0,3 с раніше, а витрата повітря зросла доGв=0,16 кг/с. При десятикратних розгонах дизеля з САР подачі додаткової кількості повітря масова витрата палива скоротилась на 4%.
Отримані дані експериментальних досліджень підтверджують адекватність математичної моделі розрахунку дослідної САР додаткової подачі повітря дизеля 6ЧН13/11,5.
Результати теоретичних, експериментальних досліджень та конструкторських розробок системи автоматичного регулювання додаткової подачі повітря впроваджені в ЗАТ «Полтавське міжрайонне РТП». Основні положення наукової роботи використовуються у навчальному процесі при підготовці спеціалістів з напряму 6.100102 «Процеси, машини та обладнання агропромислового виробництва» в Полтавській ДАА, Дніпропетровському ДАУ та Уманському ДАУ.