Исследование особенностей топливоподачи и экономичности дизеля на долевых нагрузках при подогреве топлива тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.08.05, кандидат технических наук Мартынова, Ирина Борисовна

• Мартынова, Ирина Борисовна
• кандидат технических наук
• 1996

Оглавление диссертации кандидат технических наук Мартынова, Ирина Борисовна

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБОСНОВАНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭКОНОМИЧНОСТИ ДИЗЕЛЯ НА ДОЛЕВЫХ РЕЖИМАХ НА-ГРУЖЕНИЯ.

1.1. Анализ условий работы судовых дизелей.

1.2. Пути улучшения экономичности дизелей на долевых режимах нагружения.

1.3. Анализ исследований по подогреву топлива в дизелях.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПОДОГРЕВА ТОПЛИВА НА ПРОЦЕССЫ, ПРОИСХОДЯЩИЕ В СИСТЕМЕ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ.

2.1. Методика исследований.

2.2. Результаты стендовых испытаний.

3. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ТОПЛИВА НА ПРОЦЕСС ТОПЛИВОПОДАЧИ.

3.1. Обоснование исследования процесса топливоподачи.

3.2. Исследование процессов топливоподачи с помощью математических методов.

3.2.1. Методика и программа исследования.

3.2.2. Результаты расчета.

3.3. Исследование процессов топливоподачи на экспериментальной установке.

3.4. Исследование процессов топливоподачи при изменении растворимости воздуха в топливе в результате подогрева топлива.

3.5. Обобщение результатов стендовых и расчетных исследований процесса топливоподачи.

4. ЛАБОРАТОРНАЯ И ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ ПРОВЕРКА ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ТОПЛИВА НА ЭКОНОМИЧНОСТЬ ДИЗЕЛЕЙ.

4.1. Лабораторные испытания дизеля.

4.1.1. Методика проведения лабораторных исследований дизеля.

4.1.2. Результаты стендовых испытаний дизеля КУТ)-24.

4.2. Эксплуатационная проверка влияния температуры маловязкого топлива на экономичность работы дизелей.

4.2.1. Методика проведения эксплуатационных испытаний.

4.2.2. Результаты эксплуатационной проверки.

4.3. Анализ влияния температуры топлива на условия смесеобразования.

4.4. Технико-экономическая эффективность применения предварительного подогрева топлива в системе низкого давления при эксплуатации дизелей.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование особенностей топливоподачи и экономичности дизеля на долевых нагрузках при подогреве топлива»

Развитие промышленного производства обуславливает постоянное повышение потребления энергоносителей. Постоянное возрастание их стоимости определяет необходимость разработок энергосберегающих технологий и производств. В связи с этим вопросы улучшения работы и повышения энергетической эффективности эксплуатируемого парка дизелей приобретают большое значение.

Флот рыбной промышленности является крупным потребителем топлив. Эффективность его работы во многом определяется затратами на топливо. Одним из принятых направлений снижения этих затрат является расширенное использование дешевых вязких топлив. Маловязкое топливо применяется при пусках и на режимах малых нагрузок. Однако, особенности работы судов в условиях промысла, например, рыбообрабатывающих и транспортных, определяют необходимость продолжительной работы в диапазоне малых нагрузок. Малые нагрузки характерны и для многих транспортных и тяговых систем, на которых в качестве двигателей установлены четырехтактные высоко- и среднеоборотные дизели. Работа дизелей на этих нагрузках характеризуется крайне неблагоприятными условиями организации рабочего процесса и низкой экономичностью. Достигнутая в настоящее время дизелестроительными фирмами высокая экономичность дизелей на номинальном режиме часто оказывается довольно условной характеристикой их эксплуатационной экономичности.

Поэтому, решение проблемы повышения экономичности дизелей на режимах малых нагрузок является актуальным.

В разделе 1 выполнен анализ условий эксплуатации главных дизелей промысловых судов. Показано, что работа главных дизелей флота рыбной промышленности характеризуется широким спектром режимов нагружения. Главные двухтактные, малооборотные дизели рыбообрабатывающих плавбаз и транспортных рефрижераторов, плохо приспособленные для работы в широком диапазоне нагрузочных режимов, вынуждены в условиях промысла длительно работать на режимах малых нагрузок, т.е. в крайне неблагоприятных условиях с точки зрения организации рабочего процесса и, как следствие, с низкой экономичностью.

Проведен анализ путей улучшения экономичности работы дизеля на долевых режимах.

Одним из способов, позволяющих повысить экономичность работы дизеля на долевых нагрузках, следует считать предварительный подогрев топлива, поступающего в цилиндр дизеля. Обоснована необходимость проведения исследований по изучению изменений в процессах, происходящих в линиях наполнения, топливоподачи, организации рабочего процесса вследствие предварительного подогрева топлива в системе низкого давления, в широком диапазоне эксплуатационных нагрузок судовых дизелей.

В разделе 2 исследуется влияние подогрева топлива на процессы, происходящие в топливной системе низкого давления. Исследования проводились на безмоторном стенде. Выполнен анализ полученных результатов.

В разделе 3 проведены аналитические и экспериментальные исследования влияния подогрева топлива на организацию процессов то-пливоподачи. Определены основные факторы, обуславливающие изменение процессов топливоподачи при повышении температуры топлива.

В разделе 4 представлены данные лабораторных испытаний и эксплуатационных проверок на судовых дизелях по результатам проведенных исследований. Предложена гипотеза интенсификации процессов распыливания и смесеобразования за счет предварительного подогрева топлива в системе низкого давления.

Основными задачами настоящей диссертационной работы, составляющими предмет защиты, являются:

1. Обоснование целесообразности предварительного подогрева топлива в системе низкого давления - как метода повышения экономичности работы дизеля на долевых нагрузках.

2. Исследование влияния температуры топлива: на процессы, происходящие в системе наполнения ТНВД (экспериментально); на организацию процесса топливоподачи (аналитически и экспериментально) ; на экономичность работы дизеля (экспериментально).

3. Разработка физической модели механизма изменения процессов распыливания и смесеобразования за счет подогрева топлива.

Заключение диссертации по теме «Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные)», Мартынова, Ирина Борисовна

Основные результаты выполненной работы сводятся к следу ющему:

1. В работе выполнен анализ и выбран метод повышения экономичности работы дизеля на долевых нагрузках. Обоснована и экспериментально подтверждена возможность повышения экономичности работы дизеля на режимах малых нагрузок путем предварительного подогрева маловязкого топлива в системе низкого давления.

2. Исследовано влияние предварительного подогрева маловязкого топлива на процессы, происходящие в системе низкого давления. Установлено, что возникающие при этом изменения нестабильности и неравномерности цикловых подач не приводят к существенным изменениям в топливоподаче и рабочем процессе дизеля на малых нагрузках и не ухудшают эти процессы в диапазоне больших нагрузок.

3. Исследовано влияние температуры маловязкого топлива на организацию процесса топливоподачи. Основными причинами, определяющими особенности формирования процесса впрыска при повышении температуры топлива до 60°С являются изменения вязкости, плотности, сжимаемости, количества воздуха и его растворимости в топливе. Проявление совместного действия этих факторов зависит от особенностей работы дизеля по различным характеристикам и величины нагрузки.

4. По результатам математического моделирования установлено, что наиболее существенной причиной изменений в формировании топ-ливоподачи подогретого до 60°С топлива является увеличение объема выделившегося в топливо воздуха в результате уменьшения его растворимости и расширения от температуры. Этот воздух в момент впрыска сжат и имеет существенный энергетический потенциал.

5. Анализ результатов математического моделирования и экспериментального исследования влияния подогрева топлива до температуры 60°С на процессы топливоподачи показал, что повышение температуры топлива на идентичных режимах нагружения сопровождается существенным увеличением активного хода плунжера и изменениями фаз впрыска. Появления подвпрысков и качественного изменения кривой давления топлива перед форсункой не наблюдалось.

6. Исследовано влияние температуры топлива на экономичность работы дизеля на долевых нагрузках. Результаты проведенных испы- . таний дизеля на лабораторном стенде и полноразмерных дизелей в условиях эксплуатации показали, что применение предварительного подогрева топлива приводит к существенному снижению расходов топлива на режимах малых нагрузок.

7. Предложен механизм улучшения процессов распыливания и смесеобразования за счет предварительного подогрева топлива в системе низкого давления. Для оценки изменения качества этих процессов использованы два параметра: коэффициент интенсификации смесеобразования Ки и коэффициент интенсификации окисления Б. Определены величины изменения этих коэффициентов при подогреве топлива до 60°С, которые в рассмотренном расчете достигают 90%.

8. Установлено, что предварительный подогрев топлива в системе низкого давления обуславливает улучшение качества горения топлива за счет уменьшения плотности, вязкости, коэффициента поверхностного натяжения и, в основном, за счет интенсификации распыливания и смесеобразования во всем диапазоне режимов нагружения.

На режимах малых нагрузок начало и окончание впрыска не выходят за оптимальные границы, впрыск топлива осуществляется в районе ВМТ, что способствует более благоприятным условиям процесса горения топлива.

На больших нагрузках эффект от предварительного подогрева топлива до 60°С исчезает за счет смещения топливоподачи за оптимальные границы и существенного переноса процесса горения на такт расширения.

По результатам проведенных исследований предложен способ питания дизеля (A.C. 1560767. Способ питания двигателя внутреннего сгорания. МКИ F 02 М 53/00).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработка энергосберегающих технологических процессов и организаций производств являются важной составной частью решения проблемы экономии топливно-энергетических ресурсов.

Предложенный метод подогрева маловязкого топлива в системе низкого давления позволяет существенно повысить экономичность дизелей при работе их в диапазоне малых и средних нагрузок, относительная продолжительность которых является для главных двигателей рыбообрабатывающих плавбаз и транспортных рефрижераторов при работе их в промысловых районах значительной.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Мартынова, Ирина Борисовна, 1996 год

1. Акивис Ю.Н., Кожевников Л.А. Основные направления повышения экономичности судовых дизелей,- М., 1985.- 50 с. (Эксплуатация флота и портов рыбной промышленности: ОИ/ЦНИИТЭИРХ; Вып. 1).

2. Коршунов Л.П. Утилизация тепла на судах флота рыбной промышленности.- М ., 1983.- 36 с.

3. Волков А.Б. Исследования высокотемпературного подогрева топлива в дизелях тепловозов.: Автореф. дис. канд. техн. наук,- М., 1980,- 26 с.

4. Балакин В.И. Повышение экономичности дизелей одно из важнейших направлений совершенствования топливно-энергетического комплекса страны. // Двигателестроение,- 1981.- №5.- С. 3-4.

5. Овсянников М.К., Петухов В.А. Эффективность топливоис-пользования в судовых дизельных установках.- Л., 1984.- 47 с.

6. Березний В.В. Теоретическое обоснование возможности повышения экономичности дизелей при отключении части цилиндров. // Двигателестроение,- 1982,- №9.- С.24-26.

7. Березний В.В. Сравнительные испытания судового вспомогательного дизеля при отключении части цилиндров различными способами. // Двигателестроение,- 1985,- №11.- С.6-9.

8. Миллионы тонн зря. // Известия.- 1988.- 24 авг.

9. Методика расчета оптимальных диапазонов нагрузки и показателей эффективности эксплуатации судовых дизель-генераторов. -Клайпеда: Клайпедское отделение Гипрорыбфлота, 1983.- 16 с.

10. Ермаков В.Ф. Экономичность работы судовых дизелей,- М., 1982.-160 с.

11. Браславский М.И. Повышение показателей работы судовых вспомогательных двигателей. // Труды / ЛИИВТ,- Л., 1965.- Вып. 81,- С. 161-166.

12. Брук М.А., Рихтер A.A. Режимы работы судовых дизелей.-Л., 1963.- 482 с.

13. Вейнблат М.Х., Быков В.Ф. Отключение охлаждения поршней на частичных режимах резерв улучшения эксплуатационных показателей форсированного турбопоршневого дизеля. // Двигателе-строение,- 1985,- №6,- С. 20-21.

14. Браславский М.И. Судовые дизель-генераторы малой мощности.-Л., 1968.- 176 с.

15. Возницкий И.В. Техническая эксплуатация двигателей промысловых судов.- М., 1969.- 368 с.

16. Жалкин С.Г. Повышение экономичности и надежности двигателей типа 10Д 100 за счет оптимизации температур наддувочного воздуха на режимах малых нагрузок и холостого хода: Автореф. дис. к-та техн. наук. Харьков,- 1973.- 26 с.

17. Шелков С.М., Алейников С.К., Алыпиц Л.Г. Повышение эксплуатационной экономичности МОД. // Двигателестроение.- 1983.-№6.- С. 41-45.

18. Сомов В.А., Лесников А.П., Горбачев Ю.А. Методы экономии горюче-смазочных материалов при эксплуатации судовых дизелей. // Двигателестроение,- 1989.- №5.- С. 58-59.

19. Суранов Г.И., Смирнов С.Н. О повышении топливной экономичности автотракторных дизелей. // Двигателестроение.- 1989.-№5,- С. 58-59.

20. Большаков В.Ф. Отечественная и зарубежная практика рационального использования и экономии топлив и смазочных материалов на судах: ЭИ/ ЦБНТИ ММФ СССР, 1981, Вып. 1 (19) 43 с. Сер. Техническая эксплуатация флота.

21. Маслов В. Энергетика судов будущего. // Морской флот.-1989.-№6,- С. 31-33.

22. Циулин В.А., Можаев О.С. Использование вязких топлив в дизелях судов ФРП,- М., 1986.- 96 с.

23. Гулин Е.И., Сомов В.А., Чечот И.М. Справочник по горючесмазочным материалам в судовой технике,- Л., 1981.- 320 с.

24. Фомин Ю.Я., Половинка Э.М., Шестопал В.И. Применение тяжелых топлив в судовых дизелях,- М., 1971.- 192 с.

25. Ермаков В.Ф. Влияние температуры топлива на рабочий цикл быстроходного дизеля с воспламенением от сжатия.: Автореф. дис. канд. техн. наук.- М., 1955.- 16 с.

26. Кухарев М.Н. Исследования распыливания топлива применительно к быстроходным дизелям. // Труды / НАМИ.- М., 1959.-Вып. 87,- С. 3-55.

27. Гершман И.И. Влияние распыливания на воспламенение и сгорание дизельного топлива. // Труды / НАМИ.- М., 1959.- Вып. 87,- С. 57-115.

28. Гаврилов Б.Г., Гулин Е.И., Лесников А.П., Новикова Т.А. Химические основы термофорсирования двигателя дизеля. // ЛСурн. прикл. химии,- 1963,- Т. 36,- С. 2498-2502.

29. Хандов З.А., Браславский М.И. Улучшение качества работытопливной аппаратуры судовых вспомогательных дизелей на долевых нагрузках. // Труды / ЛИИВТ,- Л., 1965.- Вып. 1981,- С. 152-160.

30. Балакин В. Подогрев топлива выхлопными газами // Речной транспорт,- 1968.- №1 .- С. 26-27.

31. Кривцов Ю.Г. , Танин К.С. Об улучшении смесеобразования в судовых дизелях за счет подогрева топлива выхлопными газами. // Судостроение,- 1963.- №6.- С. 51-52.

32. Кривцов Ю.Г. Исследование рабочего процесса четырехтактного судового дизеля с подогревом топлива перед впрыском.: Авто-реф. дис. канд. техн. наук.- М., 1975.- 16 с.

33. Калашников С.А., Лебедев О.Н. О влиянии подогрева топлива на рабочий процесс дизеля. // Труды / НИИВТ,- Новосибирск, 1970,- Вып. 46,- С. 190-196.

34. Корабельщиков Н.И., Минаков И.Н. Влияние температуры топлива на параметры рабочего процесса вихрекамерного дизеля. // Сб. ДВС,- Омск, 1973.- Вып. 3,- С. 99-105.

35. Нобуаки Имабори. Влияние подогрева топлива на качество распыла и рабочей характеристики дизельного двигателя. // Кагосима когё кото сэммон гакко кэнко хококу,- 1989.- №23.- С. 11-20.

36. Коробов В.Ф. О влиянии подогрева топлива на некоторые параметры рабочего процесса быстроходного дизеля. // Дизелестрое-ние,- 1934,- №1 .- С.28-35.

37. Письман Я.Б., Дмитренко В.П., Левит М.С. и др. Исследование топливной системы низкого давления четырехтактных двигателей ЯМЗ. // Труды / ЦНИИТА.- 1968,- Вып. 37.- С. 31-38.

38. Пономарев О.П., Колупаев В.Я. Исследование влияния повышения температур окружающего воздуха и топлива на показатели рабочего процесса 4-т дизеля и возможности корректировки мощности.

39. Труды / ЦНИИТА,- 1962,- Вып. 13,- С. 42-49.

40. Карпов Л.Н., Комерзан Е.С. Влияние температуры топлива и противодавления за форсункой на показатели работы топливного насоса распределительного типа ОМН 3. // Труды / ЦНИИТА,- М., 1962,- Вып. 15,- С. 50-57.

41. Пономарев О.П. О влиянии физических характеристик дизельных топлив на подачу топливного насоса. // Труды / ЦНИИТА,- М., 1963,- Вып. 19. С. 52-58.

42. Пономарев О.П. Зависимость мощности дизеля от характеристики топлива. // Тракторы и сельхозмашины.- 1964,- №10,- С. 1-4.

43. Филимонов А.И., Шведский А.И. Влияние температуры топлива на мощностные показатели тракторных дизелей. // Тракторы и сельхозмашины.- 1972,- №4.- С. 8-9.

44. Гладченко В.Е., Дворкин В.Н. и др. Влияние температуры топлива на работу топливоподающей системы автомобильного двигателя. // Труды / ЯТИ,- Ярославль,- 1972,- Том 23, Вып. 5.- С. 40-44.

45. Астахов И.В., Голубков Л.Н., Мальчук В.К. Результаты исследования линии низкого давления топливных систем автотракторных дизелей. // Труды / МАДИ,- М., 1976,- С. 41-45.

46. Влияние эксплуатационных факторов на изменение регулировочных параметров топливной аппаратуры тракторных дизелей. // Двигателестроение,- 1989.- №9.- С. 34-36, 60.

47. Гордиенко Е.С. Исследование процессов в линии низкого давления многоплунжерного топливного насоса автотракторного дизеля и их влияние на неравномерность подачи топлива по секциям. Автореф. дие. канд. техн. наук.- Одесса, 1974,- 18 с.

48. Русских Ф.П. Влияние условий во всасывающей магистрали и рабочего участка профиля кулачка валика насоса на работу топливнойаппаратуры. // Труды / Перм. сельхоз. и-та.- Пермь, 1966.- Том XXIV,- С. 65-73.

49. Астахов И.В., Голубков Л.Н., Мартынов A.A. Особенности гидродинамики системы низкого давления топливных насосов дизелей. // Автомобильная промышленность,- 1976.- №11.- С 10-12.

50. Запов Ю.С. Исследование гидравлической характеристики отсечного тракта плунжерных пар топливных насосов высокого давления и ее влияние на процессы топливоподачи и показатели работы дизеля: Автореф. дис. канд. техн. наук,- М.,- 1980.- 16 с.

51. Ерченко Г.Н. Исследование гидродинамики системы наполнения насосов высокого давления и ее влияние на работу топливной системы судового дизеля: Автореф. дис. канд. техн наук,- Одесса, 1974- 18 с.

52. Фомин Ю.Я., Ивановский В.Г. Волновые явления в отсечной (всасывающей) магистрали топливных насосов дизелей и их влияние на впрыск. // Энергомашиностроение.- 1974,- №2,- С. 22-24.

53. Коссов Е.Е. Особенности работы многоплунжерной топливной аппаратуры тепловозных дизелей.: Автореф. дис. канд. техн. наук.1. М., 1968. 15 с.

54. Розенблит Г.Б., Виленский П.И., Горелик Я.И. Датчики с проволочными преобразователями,- М.,- 1966. 136 с.

55. Электрические измерения. Общий курс / под ред. Е.Г. Шрамко,- М., 1972.- 520 с.

56. Электрические измерения неэлектрических величин.- Л., 1975.-576 с.

57. Горбаневский В.Е., Горбач Р.Н. Оборудование для испытаний топливной аппаратуры дизелей,- М., 1969,- 142 с.

58. РТМ 44-62. Методика статистической обработки эмпирических данных.

59. Астахов И.В., Трусов В.И., Хачиян A.C. и др. Подача и рас-пыливание топлива в дизелях,- М., 1971.- 359 с.

60. Лышевский A.C. Распыливание топлива в судовых дизелях.-Л., 1971,- 248 с.

61. Фомин Ю.Я. Топливная аппаратура судовых дизелей,- М., 1966,- 240 с.

62. Васильев A.A. Уточнение гидродинамического расчета топли-воподачи в нагнетательном трубопроводе дизеля. // Труды / ЦНИИТА,- М., 1971,- Вып. 47,- С. 36-40.

63. Глясман Э.С. Исследование диагностических параметров функционирования топливной аппаратуры судовых дизелей.: Автореф. дисс. канд. техн. наук.- Л., 1980. 24 с.

64. Емельянов Л.А. Движение дизельного топлива через пористую перегородку. // Труды/ДНИДИ.-Л., 1961.-Вып. 37.-С. 35-37.

65. Папок К.К., Рогозин H.A. Технический словарь-справочник по топливам и маслам.-М., 1963.- 43 с.

66. Мартынов A.A. Исследование гидродинамики системы низкого давления топливной аппаратуры автотракторного дизеля.: Автореф. дисс. канд. техн. наук.- М., 1976. 20 с.

67. Астахов И.В., Голубков Л.Н. и др. Топливные системы и экономичность дизелей.-М., 1990.-288 с.

68. Кузькин В.Г., Глясман Э.С. Обобщенные зависимости коэффициентов сжимаемости нефтепродуктов от давления и температуры. // Труды / КТИРПХ,- Калининград, 1977,- Вып. 63- С. 153-167.

69. Дизели: Справочник / Под ред. В.А. Ваншейдта,- Л., 1977.480 с.

70. Соловьев Б.И. Теплотехнические испытания и эксплуатация судовых дизелей.- М., 1973.- 240 с.

71. Дудкин В.И. Резервы повышения индикаторной экономичности и пути их реализации в современных тракторных дизелях.: Автореф. дис. канд. техн. наук Барнаул, 1984. - 20 с.

72. A.C. 1023120А СССР, МКИ F 02 В 23/00. Способ впрыска топлива в дизель.

73. A.C. 1087681 СССР, МКИ F 02 М 25/10. Система питания двигателя внутреннего сгорания.

74. A.C. 289215 СССР, МКИ F 02 М 23/00. Способ питания двигателя внутреннего сгорания.

75. Вихерт М.М., Мазинг М.В. Топливная аппаратура автомобильных дизелей. М., 1978. - 178 с.

76. Лебедев О.Н. Исследование и повышение эффективности объемного смесеобразования в судовых четырехтактных дизелях.: Авто-реф. дис. докт. техн. наук.- Л., 1979. 28 с.