авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 ||

Повышение эффективности работы системы воздухоснабжения тепловозных дизелей на неустановившихся режимах

-- [ Страница 2 ] --

При определении величин С и D, входящих в два последних уравнения, использованы функциональные зависимости для температуры отработавших газов TT и наддувочного воздуха Tк в виде

; (11)

. (12)

Данная система уравнений позволяет учитывать влияние величины подкрутки при заданном законе , заданной величины подаваемого воздуха заданной величине подачи пара.

Третья глава посвящена разработке мероприятий по совершенствованию системы воздухоснабжения тепловозного дизеля 10Д100.

В диссертационной работе предложен способ улучшения показателей переходного процесса дизеля с турбонаддувом с помощью внедрения автоматической подачи дополнительного воздуха от внешнего источника (пневматической системы).

Также были разработаны и исследованы принципиально новые исполнительные механизмы такой системы, учитывающие особенности работы тепловозных дизелей с турбонаддувом на неустановившихся режимах, которые в эксплуатации тепловоза на маневровой работе составляют 70-80% времени их работы.

При оборудовании двигателя системой автоматической защиты и настройке ее исполнительного механизма (пневмокорректора по наддуву) на 30%-ное снижение подачи топлива на номинальном режиме работы характер изменения основных показателей работы двигателя во время переходного процесса значительно отличается от серийного дизеля. Это выражается, прежде всего, в увеличении времени задержки подачи топлива на режимах, близких к номинальному.

Первоначально расход топлива В резко возрастает до 73,4 % его значения на номинальном режиме. За счет воздействия штока пневмокорректора, перемещение которого зависит от величины рв, на протяжении последующего времени подача топлива не только не увеличивается, а даже несколько уменьшается и затем начинает возрастать до номинального значения. При оборудовании дизеля с наддувом пневмокорректором снижение дымности отработавших газов достигается за счет ограничения подачи топлива, что, в свою очередь, вызывает увеличение времени переходного процесса и снижение производительности дизеля.

При оборудовании двигателя системой подкрутки ротора турбокомпрессора на переходных и неустановившихся режимах также изменяется характер изменения основных показателей работы дизеля в отличие от серийного дизеля. Это выражается в большей подаче воздуха компрессором турбокомпрессора в цилиндры дизеля и как следствие улучшается смесеобразование в них.

В ходе выполнения диссертационной работы была разработана система регулирования наддува (рис. 2).

Система работает следующим образом. При наборе нагрузки, в случае если модуль регистрации 26 фиксирует изменение частоты вращения коленчатого вала дизеля и расхода топлива более чем на 5 % через модуль управления включается подача паровоздушной смеси на лопатки турбины 6 турбокомпрессора. Отключение системы подачи происходит, когда топливоподача не увеличивается более чем на 3% в течение 10 секунд

При наборе нагрузки система работает следующим образом. Блок управления подаёт сигнал на дозатор-распределитель воды 17, вследствие чего вода поступает в испаритель теплоаккумулирующего агрегата 18. Там вода испаряется и преобразуется в пар, после чего по трубопроводам подается на лопатки турбокомпрессора 3. При этом ротору турбокомпрессора сообщается дополнительная энергия пара, что увеличивает частоту вращения его ротора и приводит к увеличению подачи воздуха в цилиндры дизеля. В цилиндрах дизеля происходит следующее. В первый момент набора нагрузки происходит снижение топливовоздушного соотношения , но в следствие подачи большего количества воздуха в цилиндры, данное снижение будет меньше, чем снижение при использовании системы воздухоснабжения без регулировки. В последующие моменты времени происходит плавное повышение до величин характерных для вновь установившегося режима.

Предлагаемая система для регулирования давления наддува двигателя внутреннего сгорания позволяет повысить эффективность работы двигателя за счет сокращения времени переходных и неустановившихся режимов на 5-10%, снизить время разгона ротора турбокомпрессора в 1,5-2 раза, тем самым снизить токсичность отработавших газов в 2-3 раза, особенно на переходных режимах, и снизить удельный расход топлива двигателя на 3-5 %.

 Система для регулирования давления-28

Рис. 2. Система для регулирования давления наддува тепловозного дизеля: 1- двигатель внутреннего сгорания, 2 - смеситель продуктов пиролиза и воздуха, 3 - турбокомпрессор, 4 - компрессор, 5 - расходомер воздуха, 6 - приводная паровая турбина, 7- блок управления подачей топлива, 8 - дозатор топлива, 9 - расходомер топлива, 10 - смеситель паров топлива и водяного пара, 11 - блок управления подачей воды, 12 - бак для воды, 13 - теплоизолированная сменная бустерная емкость, 14 - бустерная емкость, 15 - расходомер воды, 16 - водяной насос, 17 - дозатор - распределитель воды, 18 - испарительный теплоаккумулирующий агрегат, 19 - закалочно-испарительный агрегат, 20 - патрубок, 21 - дозатор – распределитель отработавших газов, 22 - конденсатор паров воды, 23 - устройство регулирования наддува двигателя внутреннего сгорания; 24 - датчик частоты вращения, 25 - измеритель крутящего момента, 26 - модуль регистрации, 27 - модуль анализа, 28 - модуль контроля и принятия решений, 29 - модуль управления, 30 - модуль индикации

Расчётные исследования, выполненные с помощью разработанной математической модели, показали:

  1. При оборудовании дизеля с наддувом пневмокорректором снижение дымности отработавших газов дает увеличение времени переходного процесса при наборе нагрузки с 45 секунд до 55, но между тем улучшается качество смесеобразования в цилиндрах, что положительно сказывается на состоянии цилиндропоршневой группы.
  2. При подаче дополнительного воздуха в цилиндры дизеля от стороннего источника переходный процесс сокращается с 45 секунд до 35 и сопутствует увеличению коэффициента избытка воздуха на 35%.
  3. При подкрутке ротора турбокомпрессора до частоты вращения равной 1,1nтк.ном номинальной частоты вращения происходит снижение времени переходного процесса с 45 секунд до 41. Подкрутка также положительно сказывается на качестве смесеобразования в цилиндрах дизеля.
  4. Совместное применение всех трёх средств регулирования переходными процессами приводит к снижению времени их протекания с 45 секунд до 31 секунды.

В четвертой главе проведены расчетно-экспериментальные исследования систем регулирования наддува тепловозного дизеля.

В условиях локомотивного депо Моршанск Куйбышевской дирекции по ремонту тягового подвижного состава на стенде для испытания турбокомпрессоров в ходе расчетно-экспериментального исследования было проанализировано влияние состояния подшипников турбокомпрессора на теплотехнические параметры турбокомпрессора.

Замерялись температура и давление воздуха перед турбиной в момент начала движения и определялась мощность, затрачиваемая на вращение ротора турбокомпрессора (рис. 3).

В ходе экспериментального исследования были обработаны данные 10 испытуемых турбокомпрессоров и построены графики зависимостей параметров турбокомпрессора в момент страгивания. В момент начала вращения ротора турбокомпрессора исходя из второго уравнения системы (10) при и мощности развиваемой компрессором вся мощность турбины расходуется на преодоление сил трения. А величина сил трения напрямую зависит от их технического состояния. В дальнейшем можно использовать данную экспериментальную характеристику при определении состояния механической части турбокомпрессора.

 сследование работы-33

Рис. 3 Исследование работы турбокомпрессора на стенде в момент страгивания

В диссертационной работе представлен анализ эффективности применяемых мероприятий по оптимизации параметров переходного процесса.

Переходные процессы дизеля исследовались при наборе нагрузки с холостого хода до номинальной и сбросе нагрузки с номинальной до холостой.

На рисунке 4 представлены данные сравнительного исследования переходного процесса двигателя 10Д100 при наборе нагрузки до номинальной. Кривыми 1 изображены переходные процессы серийного двигателя 10Д100, кривыми 2 двигателя оборудованного автоматизированной системой регулирования давления наддува двигателя внутреннего сгорания.

При наборе нагрузки до номинальной подачи топливного насоса высокого давления занимали положение номинальной подачи 4 с. По мере увеличения подачи топлива возрастает и мощность двигателя, которая через 12 с достигает номинального значения. Частота вращения ротора турбокомпрессора nтк, расход воздуха G, коэффициент избытка воздуха достигают своих номинальных значений через 47 секунд.

 Зависимость показателей дизеля 10Д100-34

Рис. 4. Зависимость показателей дизеля 10Д100 во время переходного процесса при наборе нагрузки до номинальной:1 – серийный дизель 10Д100; 2- двигатель оборудованный автоматизированной системой регулирования давления наддува

Несоответствие между количеством подаваемого топлива и воздуха во время переходного процесса приводит к значительному уменьшению полного воздушно-топливного отношения, которое резко уменьшается за 4 с до 1,2, а затем плавно увеличивается и стабилизируется на уровне = 2,2 через 45 с от начала переходного процесса.

При использовании автоматизированной системы регулирования воздухоснабжением, разработанной автором, улучшается смесеобразование и сгорание, что вызывает увеличение давление газов перед турбиной и соответственно увеличение величины nтк. За счёт этого полное воздушное соотношение увеличивается: через 5 секунд после начала переходного процесса оно становиться равным = 1,8, что на 40% больше значения без использования автоматизированной системы регулирования наддува. Коэффициент избытка воздуха стабилизируется на номинальном уровне на 15 секунд раньше, чем у серийного двигателя.

Проведённые расчетно-экспериментальные исследования работы дизеля 10Д10 на неустановившихся режимах позволяют сделать следующие выводы:

- при оборудовании тепловоза системой регулирования наддувом переходный процесс характеризуется большими значениями коэффициента избытка воздуха и сокращением времени переходного процесса;

- увеличение коэффициента избытка воздуха во время переходного процесса положительно сказывается на уровне экологического воздействия тепловоза на окружающую среду, улучшается воздушно-топливное соотношение, что приводит к существенному снижению выбросов вредных веществ в атмосферу;

- увеличение коэффициента избытка воздуха и уменьшение времени переходных процессов приводит к улучшению основных параметров, влияющих на надежность и эффективность работы двигателя.

В ходе экспериментального исследования была проверена адекватность предложенной математической модели. Расчёты, выполненные с помощью разработанной математической модели, показали хорошую сходимость с результатами, полученными в ходе расчетно-экспериментальных исследований переходных процессов с применением разработанной системы регулирования наддува. Расхождение расчётных и экспериментальных данных не превышает 8 %.

В пятой главе рассчитан чистый дисконтируемый доход от применения системы регулирования наддува тепловоза серии 2ТЭ10(М, У). Для проведения расчётов были выбраны следующие данные:

- применение системы регулирования наддува тепловоза 2ТЭ10(М; У) позволит снизить эксплуатационный расход топлива на 2 %;

- стоимость дизельного топлива 20 руб/кг.

Как показывает расчёт, чистый дисконтируемый доход от использования разработанной системы за счёт сокращения времени переходных режимов, а как следствие экономии топлива, рассчитанный с учётом затрат на разработку и внедрение составит 2,073 млн. руб. в год на один оборудованный тепловоз. Срок окупаемости затрат на разработку и внедрение составит 1,99 года.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

  1. Анализ влияния переходных процессов на технико-экономические показатели тепловоза показал, что переходные процессы в дизелях с газотурбинным наддувом во многом зависят от режима работы турбокомпрессора. Связано это, прежде всего, с отставанием разгона турбокомпрессора по сравнению с разгоном вала дизеля. Инерционность турбокомпрессора можно повысить с помощью специализированных устройств регулирования наддува, но анализ показал, что в настоящее время системы регулирования наддува в большинстве случаев не используются.
  2. Разработана математическая модель работы тепловозного дизеля на переходных режимах, позволяющая определять параметры рабочего тела во всех характерных точках газовоздушного тракта двигателя внутреннего сгорания, а также показатели качества работы системы воздухоснабжения в зависимости от изменения нагружающего воздействия, отличающаяся от известных возможностью учитывать влияние регулировки системы воздухоснабжения (подкрутка ротора турбокомпрессора, подача дополнительного воздуха и др.) на параметры рабочего процесса. В результате моделирования получено, что время переходного процесса дизеля 10Д100 при наборе нагрузки с частоты вращения вала дизеля 450 об/мин до 850 об/мин составляет 52 секунды.
  3. Разработаны системы регулирования наддува тепловозного дизеля, позволяющие сократить время переходного процесса дизеля 10Д100 с 52 секунд до 35 секунд. Регулирование осуществляется путём подачи дополнительного воздуха в систему воздухоснабжения, и путем использования вспомогательного турбокомпрессора, работающего от энергии пара.
  4. В ходе расчетно-экспериментального исследования системы регулирования воздухоснабжения на стенде для испыта ния дизеля 10Д100 было получено, что время переходного процесса при применении системы сокращается на 25-30%. Экспериментальные исследования показали, что расхождение данных полученных с помощью математической модели и данных полученные экспериментальным путём не превысило 8 %.
  5. Предполагаемый экономический эффект от системы регулирования наддува тепловозного дизеля применительно к магистральному тепловозу серии 2ТЭ10(М; У) составит 2,073 млн. руб. в год. Срок окупаемости системы составит 1,99 года.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Становова Ю.Ю. Определение технического состояния турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя [Текст] / Д.Я. Носырев, А.А. Свечников, Ю.Ю. Становова // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. – Выпуск 3. – Ростов-н/Д: РГУПС, 2010. – С5963.

2. Становова Ю.Ю. Исследование работы ДВС с применением модернизированной системы воздухоснабжения [Текст] / Д.Я.Носырев, Ю.Ю. Становова, А.А. Свечников // Вестник транспорта Поволжья. – Выпуск 6. – Самара : СамГУПС, 2011. – С23-29.

3. Пат. 108490 Российская Федерация, МПК U1 F02B39/00, F02D23/00. Привод турбокомпрессора тепловозного двигателя внутреннего сгорания. [Текст] / Ю.Ю. Становова, Д.Я. Носырев, В.И. Ломакин; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО СамГУПС. - №2011119438/06; заявл. 13.05.2011; опубл. 20.09.2011, Бюл. №26. -3 с.: ил.

4. Становова Ю.Ю. Система учёта, планирования, контроля и диагностирования при исследовании турбокомпрессора [Текст] / Д.Я. Носырев, А.А. Свечников, Ю.Ю. Становова // Известия Самарского научного центра Российской академии наук: Специальный выпуск «Актуальные проблемы машиностроения». – Самара: Самарский научный центр РАН, 2009. – С. 296298.

5. Пат. 82005 Российская Федерация, МПК U1 F02M 37/12. Система для регулирования давления наддува двигателя внутреннего сгорания [Текст] / Д.Я. Носырев, Ю.Ю. Становова, А.В. Старикова; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО СамГУПС. - №2008144110/22; заявл. 06.11.2008; опубл. 10.04.2009, Бюл. №10. -3 с.: ил.

6. Пат. 84556 Российская Федерация, МПК U1 G01M 15/00; F04D 27/02. Стенд для исследования компрессоров [Текст] / Д.Я. Носырев, Ю.Ю. Становова, заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО СамГУПС. - №2008151651/22; заявл. 25.12..2008; опубл. 10.07.2009, Бюл. №19. -3 с.: ил.

7. Пат. 84595 Российская Федерация, МПК U1 G06F 17/00. Система учета, планирования и контроля при совершении действий с ресурсами [Текст] / Ю.Ю. Становова, Д.Я. Носырев, С.В. Коркина, заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО СамГУПС. - №2009105651/22, заявл. 18.02.09; опубл. 10.07.2009, Бюл. №19. -3 с.: ил.

8. Расчет газовоздушного тракта тепловозного дизеля типа 10Д100 на переходных и неустановившихся режимах [Текст] / Д.Я. Носырев, Ю.Ю. Становова // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2011611249. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 7.02.2011.

9. Становова Ю.Ю. Особенности расчета газовоздушного тракта дизеля 10Д100 [Текст] / Д.Я. Носырев, Ю.Ю. Становова // Дни студенческой науки: сб. материалов XXXVI научной конференции студентов и аспирантов/ Самарский гос. ун-т путей сообщения. – Выпуск 10. – Самара: СамГУПС, 2009. – 268 с.

10. Становова Ю.Ю. Стенд для исследования компрессоров [Текст] / Ю.Ю. Становова, Д.Я. Носырев // Актуальные проблемы развития транспортного комплекса : материалы V Всероссийской научно-практической конференции (2009 г., Самара). – Самара: СамГУПС, 2009. – С. 82-84.

11. Становова Ю.Ю. Проблемы повышения эффективности работы дизелей на переходных и неустановившихся режимах [Текст] / Ю.Ю. Становова, Д.Я. Носырев // Дни студенческой науки: сб. материалов XXXIV научной конференции студентов и аспирантов. – Выпуск 8. – Самара: Сам ГАПС, 2007. – С. 243.

12. Становова Ю.Ю. Влияние переходных и неустановившихся режимов на изнашиваемость деталей дизеля [Текст] / Ю.Ю. Становова, Д.Я. Носырев // Актуальные проблемы трибологии : материалы трудов международной научно-технической конференции Том 3, (Самара, июнь 2007). – М.: Машиностроение, 2007. – С. 729-736.

13. Становова Ю.Ю. Влияние переходных и неустановившихся режимов на рабочий процесс дизеля [Текст] / Ю.Ю. Становова, Д.Я. Носырев // Надежность ж.д. техники и управление : материалы научно-практической конференции (11-12 апреля 2007г., Самара). – Самара: СамГУПС, 2007. – С.96-99

14. Становова Ю.Ю. Система повышения эффективности наддува транспортных двигателей [Текст] / Ю.Ю. Становова // Обеспечение безопасного функционирования автомобильного транспорта в Самарской области : материалы научно-практической конференции. – Самара: СамГУПС, 2008. – С. 43-45.

Становова Юлия Юрьевна

Повышение эффективности работы системы воздухоснабжения

тепловозного дизеля на неустановившихся режимах

05.22.07 – Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация

__________________________________________________________

Подписано в печать 15.02.2012. Формат 6090 1/16.

Усл. печ. л. 1,4. Тираж 100 экз. Заказ № 25.

Отпечатано в Самарском государственном университете путей сообщения.

443022, Самара, Заводское шоссе, 18.



Pages:     | 1 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.