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:   || 2 |

Совершенствование рабочего процесса дизеля с объемно-пленочным смесеобразованием при использовании в качестве топлива рапсового масла

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Шашев Александр Валентинович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ДИЗЕЛЯ

С ОБЪЕМНО-ПЛЕНОЧНЫМ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕМ

ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ В КАЧЕСТВЕ ТОПЛИВА

РАПСОВОГО МАСЛА

05.04.02 – тепловые двигатели

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Барнаул – 2008

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования

«Алтайский государственный технический университет

им. И. И. Ползунова (АлтГТУ)»

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Кулманаков Сергей Павлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Юр Геннадий Сергеевич

кандидат технических наук,

Шаталов Геннадий Степанович

Ведущая организация: ОАО «ПО АМЗ», г. Барнаул

Защита состоится «02» июля 2008 г. в 14-30 час на заседании диссертационного совета Д 212.004.03, действующего при Алтайском государственном техническом университете им. И. И. Ползунова по адресу: 656038, г. Барнаул, пр. Ленина 46 (тел/факс (3852) 260-516;

E-mail: D21200403@mail.ru).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Алтайского государственного технического университета им. И. И. Ползунова.

Отзывы на автореферат, заверенные печатью Вашего учреждения, просим направлять в двух экземплярах по указанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Автореферат разослан «___» мая 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета А. Е. Свистула

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы. Двигатели внутреннего сгорания (ДВС), на сегодняшний день, являются основными потребителями топлив нефтяного происхождения. По причине постоянного увеличения численности ДВС и снижения количества вновь открываемых месторождений нефти обостряется проблема энергетического кризиса. Кроме того, продукты сгорания ДВС усугубляют экологическую ситуацию. Исходя из этого, актуальной является задача поиска и реализации методов получения и использования топлив, альтернативных нефтяному, с целью решения энергетической и экологической проблем. Одним из перспективных направлений в решении этих задач является применение топлив на основе растительных масел. Для стран с умеренным климатом, исходя из возможности выращивания, урожайности, содержания масла в семенах, возможным, и, в тоже время, наиболее рентабельным признано производство топлива на основе рапсового масла.

Для России исследования в этой области являются также актуальными, несмотря на наличие собственных месторождений нефти. Актуальность данных исследований обусловлена следующим: во-первых, исчерпаемостью нефтяных запасов, во-вторых, заинтересованностью сельских хозяйств и сельскохозяйственных регионов в вопросах снижения энергетической зависимости от поставщиков нефтепродуктов, в-третьих, параллельно с решением энергетической и экологической задач решается задача занятости населения, через организацию дополнительных рабочих мест в процессе производства топлива из рапсового масла и в-четвертых, чистое рапсовое масло имеет существенно меньшую себестоимость по сравнению с традиционным нефтяным топливом.



Цель работы заключается в разработке конструктивных и регулировочных мероприятий, обеспечивающих эффективное использование чистого рапсового масла в качестве топлива для дизелей с объемно-пленочным смесеобразованием.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

  1. Выполнение анализа работ по использованию альтернативных топлив в двигателях внутреннего сгорания.
  2. Модернизация ранее созданного на кафедре ДВС АлтГТУ испытательного стенда.
  3. Исследование, с применением оптического метода, различий в протекании процесса топливоподачи нефтяного дизтоплива и рапсового масла.
  4. Сравнительный анализ рабочего процесса дизеля при его работе на нефтяном дизтопливе и чистом рапсовом масле на основании данных стендовых испытаний с индицированием.
  5. Разработка и исследование эффективности мероприятий по оптимизации рабочего процесса дизеля на чистом рапсовом масле.

Объект исследований: двигатель УК-2, представляющий собой одноцилиндровый отсек дизелей серии Д-440 и Д-460 с размерностью 130/140 производства ОАО «ПО АМЗ».

Предмет исследований: рабочий процесс дизеля с объемно-пленочным смесеобразованием, при его работе на рапсовом масле.

Методы исследований. Работа базируется на экспериментальных и расчетно-экспериментальных методах исследования с использованием традиционных и специальных приборов и оборудования.

Научная новизна работы: произведено сравнительное исследование процессов топливоподачи, рабочего процесса, экологических и экономических характеристик дизеля с объемно-пленочным смесеобразованием при работе на рапсовом масле и дизтопливе без проведения мероприятий по оптимизации; на основании полученных данных произведена оценка влияния физико-химических свойств рапсового масла на параметры топливоподачи, рабочего процесса, токсичности; получены данные сравнительного исследования процесса макросмесеобразования струи дизельного топлива и рапсового масла с применением оптического метода.

Практическая ценность работы: разработан, изготовлен и испытан специальный распылитель для рапсового масла, обеспечивающий улучшение основных показателей рабочего процесса двигателя; разработан комплекс мероприятий по оптимизации рабочего процесса на рапсовом масле с наименьшими конструктивными изменениями.

Реализация результатов работы. Данные исследования использованы: при выполнении программы министерства образования и науки РФ «Развитие научного потенциала высшей школы» по проекту «Разработка способов применения рапсового масла в качестве моторного топлива для ДВС» № гос.регистрации 0120.0502609; при выполнении работ по государственному контракту № 4346р/6753 «Оптимизация конструкции и параметров топливной системы двигателя, работающего на рапсовом масле»; при выполнении работ по договорам № 55-06 «Адаптация дизельных двигателей к топливу на основе рапсового масла» и № 102-06 «Применение смесей рапсового масла и дизельного топлива», заключенными с Администрацией Алтайского края; студентами и аспирантами кафедры ДВС АлтГТУ при выполнении дипломных проектов и в работах над диссертациями.

Апробация работы. Основные результаты данной работы были доложены или представлены: на Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Двигатели внутреннего сгорания – современные проблемы, перспективы развития», Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова, Барнаул, 2006; на Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы теории и практики современного двигателестроения», ЮУрГУ, Челябинск, 2006; на 64-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и профессорско-преподавательского состава технического университета им. И.И. Ползунова; на всероссийской научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии технического сервиса», Башкирский государственный аграрный университет, Уфа, 2007; на Международной научно-технической конференции «Двигатель – 2007» - посвященной 100-летию специальности «Двигатели внутреннего сгорания» МГТУ им. Н. Э. Баумана, Москва 2007; на 10-й международной конференции «TRANSPORT MEANS 2006», Технологический университет, Каунас, Литва, 2006; на международной научной конференции «Научные исследования в технологических сферах Западной Литвы», Клайпеда, Литва, 2008.

Публикации. Результаты данной диссертации опубликованы в 15 печатных работах, в т.ч. две статьи в изданиях, рекомендованных ВАК.

Диссертационная работа имеет объем 135 страниц машинописного текста, 32 рисунка и 6 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Введение посвящено обоснованию актуальности исследований в области применения альтернативных видов топлива, особенно из возобновляемых биологических ресурсов, в частности рапсового масла.

Первая глава посвящена краткому анализу достоинств и недостатков различных направлений в области альтернативной энергетики и обоснованию актуальности использования топлив на основе рапсового масла.

Рассмотрены и проанализированы различные возможности применения рапсового масла в качестве топлива: использование в чистом виде или смесях с дизтопливом и переработка масла в эфиры. Отмечено, что в фермерских хозяйствах предпочтительным является применение чистого рапсового масла, как имеющего меньшую себестоимость и не требующего организации специального производства топлива.

Обоснована целесообразность применения рапсового масла, в качестве топлива, для России, особенно ее аграрных регионов не только в условиях истощения мировых запасов нефти, но также и в сложившейся ситуации регулирования цен на нефтепродукты на внутреннем рынке, когда производители сельхозпродукции испытывают большие затруднения из-за высоких цен на горюче-смазочные материалы.

Отмечено, что Алтайский край является тем регионом, в экономике которого продукция сельского хозяйства составляет существенную долю. И, как известно, эти сельские хозяйства нашего региона испытывают подчас серьезные трудности, связанные с высокой ценой на топливо. Одним из вариантов решения данной проблемы является использование в качестве топлива рапсового масла.

В результате выполненного обзора сформулированы цель и задачи исследования.

Вторая глава посвящена описанию экспериментальной установки, программы и методики проведения эксперимента, оценке погрешности измерений и обработке результатов измерений.

Нагрузочный стенд, входящий в состав экспериментальной установки позволяет производить запуск двигателя и его торможение с изменением режима работы в широком диапазоне нагрузки и частоты вращения коленчатого вала двигателя. Стенд, рисунок 1, оснащен комплексом контрольно-измерительной техники, позволяющей регистрировать все необходимые параметры рабочего процесса для дальнейшего расчета показателей работы.

1 – двигатель УК-2; 2 – электродинамометр; 3 – ТНВД; 4 – датчик; 5 – форсунка; 6 – экран; 7 – фотокамера; 8 – источник света.

Рисунок 1. Схема испытательной установки.

В основу методики исследований был положен сравнительный метод. Экспериментальные исследования проводились в три этапа. На первом этапе проводились сравнительные исследования впрыска стандартного топлива и рапсового масла методом скоростной оптической регистрации развития факела. На втором снимались регулировочные, нагрузочные и скоростные характеристики на обоих видах топлива. Оценка режима работы двигателя осуществлялась по параметрам расхода топлива, дымности и токсичности отработавших газов, параметрам индикаторной диаграммы. На третьем этапе осуществлен поиск мероприятий по оптимизации рабочего процесса дизеля на чистом рапсовом масле.

Обработка индикаторных диаграмм производилась по методике ЦНИДИ с анализом индикаторного КПД и составляющих неиспользования теплоты в цикле по методике Матиевского Д.Д.

Полученные в результате расчета данные использованы для сравнительного анализа рабочего процесса дизеля на стандартном дизельном топливе и на рапсовом масле. Также, было изучено влияние различных конструктивных, эксплуатационных и регулировочных факторов на показатели рабочего процесса и токсичность дизеля при его работе на чистом рапсовом масле. Для оценки влияния рассматривались: индикаторный КПД, удельный индикаторный расход топлива, состав отработавших газов, давление топлива в трубопроводе высокого давления, изменение давления внутри цилиндра двигателя и скорость его нарастания, характеристики тепловыделения и составляющие потери тепла в цикле, скорость тепловыделения.

В выводах по второй главе указано, что лабораторное оборудование и методика обработки результатов исследований удовлетворяют требования для решения задач данной диссертационной работы.

Третья глава посвящена сравнительному анализу физико-химических свойств рапсового масла и дизельного топлива нефтяного происхождения, а также исследованию и сравнительной оценке рабочих процессов дизеля на этих двух видах топлива.

А. Б.
А – дизтопливо, Б – рапсовое масло

Рисунок 2. Пример регистрации топливного факела на фазе активного впрыска, 1600 мкс.





С применением экспериментальных и расчетных методов были получены основные показатели рапсового масла, как топлива.

Для исследования параметров впрыска топлива оптическим методом использовалась система VS-CTT-285/X/E-2001/M, позволяющая производить съемку быстропротекающих импульсных процессов в атмосфере. Система включает в себя цифровую камеру, контроллер ввода изображений, аналого-цифровой преобразователь, программно-управляемый усилитель.

Полученные в результате эксперимента снимки подвергались осреднению путем послойного наложения десяти снимков, рисунок 2. Затем определялись границы топливного факела, и производился расчет изменения его геометрических параметров: длины, угла раскрытия и скорости распространения фронтальной части, рисунок 3.

РМ, ДТ

Рисунок 3. Изменение длины факела и скорости фронта факела.

В ходе данного исследования получены следующие результаты:

  • при равных условиях (положение рейки ТНВД, скоростной режим двигателя, 1750 мин-1, температура топлива и т.д.) впрыск рапсового масла начинается позже на 3-3,5 град. п.к.в., чем впрыск дизельного топлива, несмотря на то, что игла распылителя отрывается от седла на 1,5-2 град. раньше. Очевидно, истечение рапсового масла из сопел форсунки начинается при более высоких значениях суммарного проходного сечения распылителя, определяемого в начальные периоды впрыска подъемом иглы форсунки;
  • структура факела рапсового масла обладает более высокой неравномерностью в распределении концентрации капель топлива в поперечном сечении факела, средний диаметр частиц топлива, составляющих факел больше, а угол раскрытия факела на рапсовом масле на 40-80% (в зависимости от сравниваемых сопел) меньше, чем на дизтопливе;
  • факел рапсового масла обладает большей дальнобойностью, что является следствием укрупнения капель топлива по причине более высоких значений вязкости и поверхностного натяжения, а также, более высокой плотности рапсового масла по сравнению с дизтопливом;
  • на основе регрессионного анализа, получены эмпирические зависимости для расчета параметров топливного факела при использовании чистого рапсового масла (для n=1750 мин-1, t в мс):

vф = -4,23 t3 + 10,7 t2 – 5,51 t + 94,3, м/с;

Lф = -0,00417 t2 + 0,112 t – 0,032, м.

РМ, ДТ

Рисунок 4. Показатели экономичности.

РМ, ДТ

Рисунок 5. Состав отработавших газов.



РМ, ДТ

Рисунок 6. Максимальное давление газов в цилиндре и давления топлива на выходе ТНВД.





Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:







 
© 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.