Повышение эффективности совместной работы судового дизеля и утилизационного котла на долевых режимах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.08.05, кандидат технических наук Таманджа Ибрагим

• Таманджа Ибрагим
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Таманджа Ибрагим

Введение

1. Состояние вопроса. Постановка целей и задач исследования

1.1. Конструкция и эксплуатация энергетических установок судов Волго- Каспийского бассейна (краткая характеристика судов и их энергетических установок) f

1.1.1. Особенности режимов работы вспомогательных дизелей промыслового и транспортного флотов судов Волго-Каспийского бассейна.

1.1.2. Распределение нагрузок вспомогательных дизелей на судах флота рыбной промышленности /

1.1.3. Распределение нагрузок главных и вспомогательных дизелей судов транспортного флота ^ ^

1.2. Совместная работа дизеля и утилизационного котла. Особенности работы на долевых режимах

1.3. Обзор и анализ проведенных исследований о совместной работе дизеля и утилизационного котла

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности совместной работы судового дизеля и утилизационного котла на долевых режимах»

Одной из важнейших задач развития народного хозяйства РФ является всемерная экономия топливно-энергетических ресурсов. В связи с этим повышение эффективности использования органического топлива в судовых энергетических установках было и остается актуальной задачей. Одним из перспективных путей решения этой задачи, а во многих случаях единственным, является утилизация теплоты ОГ главных и вспомогательных дизелей.

Теоретические и экспериментальные исследования, анализ загрузки главных и вспомогательных дизелей рыбопромысловых судов Волго-Каспийского региона доказали недостаточную эффективность использования теплоты ОГ на различных режимах работы комплексов дизеля и УК (например, долевых, которые составляют большую часть времени работы дизелей рыбопромыслового флота). Кроме того, методики расчетов и выбора УК не совсем совершенны, и отсутствуют научно обоснованные рекомендации по их эксплуатации.

Для решения этих задач следует проводить работы направленные на схемное и режимное совершенствование совместной работы дизеля и УК на долевых режимах, а также улучшение условий и повышение эффективности работы комплексов дизеля и УК.

Произведен анализ существующих способов повышения совместной работы комплекса дизель - УК с обоснованием нового технического решения.

Для проведения экспериментальных исследований было разработано устройство для улучшения совместной работы дизеля и УК. Это устройство смонтировано на базе экспериментального комплекса дизель 6ЧН 15/18 - УВК КАУ-1,7.

Проведенные расчетно-теоретические и экспериментальные исследования показали, что перепуск ОГ мимо турбины турбокомпрессора позволяет повысить КПД комплекса дизель - УК и расширить диапазон его работы. Предложенный способ можно применить для дизеля, работающего на долевых режимах как по нагрузочной, так и по винтовой характеристикам. Но наибольший эффект достигается при его использовании на нагрузочной характеристике.

Применение данного способа позволяет улучшить использование резерва теплоты ОГ при работе дизеля на долевых режимах и повышение КПД установки в диапазоне мощностей от 30% до 90% номинальной достигает при работе дизеля по нагрузочной характеристике 6,7%, а по винтовой - 4,3%.

Полученная на основании регрессионного анализа математическая модель, обладающая хорошими статическими характеристиками, достаточно полно описывает функционирование комплекса дизель - УК и может быть использована как научная основа повышения эффективности использования теплоты ОГ дизелей на стадии проектирования комплексов и их эксплуатации.

Результаты исследований переданы для использования при проектировании и модернизации подобного рода установок в ГП «КАСПГИПРОРЫБФЛОТ» и положены в основу создания устройства, позволяющего улучшить совместную работу дизеля и УК, а также для использования в учебном процессе при изучении специальных дисциплин студентами специальностей 140200 «Судовые энергетические установки» и 240500 «Эксплуатация судовых энергетических установок» Астраханского государственного технического университета.

Заключение диссертации по теме «Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные)», Таманджа Ибрагим

ВЫВОДЫ

На основании изложенного можно сделать обоснованный вывод о том, что перепуск ОГ на долевых режимах работы дизеля улучшает качество его рабочего процесса, повышает температуру ОГ и позволяет улучшить технико-экономические показатели работы комплекса. Применение данного способа возможно как для дизеля, работающего по винтовым характеристикам, так и по нагрузочным. Но наибольший эффект все же достигается при работе дизеля по нагрузочным характеристикам.

Из таблицы 25 видно, что погрешности измерения основных параметров комплекса не превышает регламентированных ГОСТ 8.011-72.

Анализ результатов исследования позволяет сделать вывод о том, что в диапазоне мощности от 30 до 90%, перепуск обеспечивает по винтовой характеристике:

-снижение удельного эффективного расхода топлива на 0,007 кг/(кВт.ч); -повышение Температуры ОГ на входе в котел на 28°С; -повышение Температуры ОГ на выходе из котла на 11°С; -повышение действительного коэффициента использования теплоты в котел на 13,2%;

-повышение Эффективного КПД установки на 5,1%; а по нагрузочной характеристике:

-снижение удельный эффективного расхода топлива на 0,0195 кг/(кВт.ч); -повышение Температуры ОГ на входе в котел на 40°С, -повышение Температуры ОГ на выходе из котла на 16°С; -повышение действительного коэффициента использования теплоты в котел на 8,2%;

-повышение эффективного КПД установки на 6,7%;

ЗАКЛЮЧЕНИЯ

Исследования выполнялись с целью повышения эффективности и улучшения условий совместной работы дизеля и утилизационного котла и основаны на перепуске ОГ.

В результате выполненного исследования разработано устройство для утилизации теплоты ОГ, позволяющее повысить эффективность комплекса и расширить диапазон работы УК.

На основании проведённых исследований можно сделать следующие выводы:

1. Проведённый анализ режимов работы судовых дизелей на примере судов Волго-Каспийского региона, а также на основании данных по другим регионам показал, что вспомогательные двигатели работают в основном на долевых режимах.

2. Выполненное расчётно-теоретическое исследование по совместной работе дизеля * и УК на долевых режимах с целью определения показателей систем малой утилизации теплоты даёт возможность сделать вывод о том, что эти системы мало эффективны на различных режимах работы.

3. Анализ основных способов повышения эффективности совместной работы дизеля и УК позволил разработать устройство для утилизации теплоты ОГ и получить на него патент на изобретение.

4. Предложенное устройство позволяет повысить эффективный установки и расширить диапазон её работы.

5. Полученные на основании проведённого регрессионного анализа математические модели обладают хорошими статистическими характеристиками и достаточно полно описывают функционирование комплекса.

6. Анализа совмещённых графиков расчётного и экспериментального исследования (рис. 2.1-2.4) показывает, что применение предложенного способа позволяет улучшить использование резерва теплоты ОГ при работе дизеля на долевых режимах по винтовой и нагрузочной характеристикам.

7. При работе дизеля в диапазоне мощностей от 30% до 90% и m = 30% повышается эффективный КПД установки при работе дизеля по винтовой характеристике на 3.9, по нагрузочной - на 8.8%).

8. Перепуск ОГ способствует повышению температуры ОГ на выходе из котла, что снижает риск возникновения низкотемпературной коррозии.

9. Из анализа результатов экспериментального исследования можно заключить, что применение перепуска ОГ позволяет улучшить качество рабочего процесса дизеля, что отражается на его основных показателях.

10. Снижение чрезмерно возрастающего на долевых режимах коэффициента избытка воздуха улучшает основные показатели комплекса.

11. Снижение сопротивления на выпуске оказывает существенное влияние на рост эффективности дизеля на долевых режимах.

12. Перепуск ОГ можно применять для дизелей с газотурбинным наддувом, работающего на долевых режимах по нагрузочной и винтовой характеристикам, но наибольший эффект достигается при его использовании на нагрузочной характеристике.

13. Эффект от применения предложенного способа снижается при приближении нагрузки дизеля к номинальной. С целью поддержания коэффициента избытка воздуха в пределах приемлемых значений по мере приближения нагрузки к номинальной следует уменьшать количество перепускаемых ОГ.

14. анализ совмещённых графиков расчётного и экспериментального исследования (Рис. 2.1-2.4) показывает, что применение предложенного способа позволяет улучшить использование резерва теплоты ОГ при работе дизеля на долевых режимах по винтовой и нагрузочной характеристикам.

15. Результаты данных исследований: переданы для использования при проектировании и модернизации подобного рода установок в ГП «Каспгипрорыбфлот» ( см. приложение 3); положены в основу создания устройства, позволяющего улучшить совместную работу дизеля и УВК; внедрены в учебный процесс при изучении специальных дисциплин студентами специальностей 140200 «Судовые энергетические установки» и 240500 «Эксплуатация судовых энергетических установок» в АГТУ ( см. приложение 4)

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Таманджа Ибрагим, 2000 год

1. Коршунов Л.П. Утилизация тепла на судах флота рыбной промышленности. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1993, 232 с.

2. Маницын В.В. Энергетические установки приемно-транспортных рефрижераторов. М.: Легкая и пешевая промышленности, 1984, 120 с.

3. Отчет о научно:исследовательской работе. Тема «Исследование эффективности утилизации тепла судовых ДВС», 1990., 7/82 (заключительный). Херсон, 1985, с. 5-15.

4. АС. 731007. Двигатель внутреннего сгорания/В.Г. Кривов, С.А. Синатов.-Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки, 1980, №16, с. 152 .

5. А.С. 699211.Система охлаждение для двигатель внутреннего сгорания/В.К. Аверьянков, В.В. Кабыш, С.А. Синатов.-Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки,1979, №43, с.138.

6. А.С. 658303. Дцигатель внутреннего сгорания/В.Г. Кривов, С.А. Синатов.-Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки, 1979, №15, с. 124.

7. Синатов С.А., Орлов А.Н., Копель Е, Н., Скоков С.Н. Дизельные теплоэлектростанции с активными котлами-утилизаторами -Двигателестроение, 1988, № 12 с.5-7.

8. Кривов В.Г., Синатов С.А., Орлов А.Н. Улучшение качества переходных процессов в дизелях с газотурбинным наддувом путем утилизации их отходящей теплоты. Двигателестроение, 1983, № 8 с. 3-7.

9. Шиняев Е.Н. Состояние и пути улучшения утилизации тепла судовых энергетических установок. ЦБНТИ Минречфлота. Морской транспорт. Экспресс-информация. Серия «Техническая эксплуатация флота» Вып. 1 (18), 1990, 60 с.

10. Ваншейдт В.А.^Судовые двигатели внутреннего сгорания (теория). Л.: Судпромгиз, 1958, 456 с.

11. Петровский Н.В. Судовые двигатели внутреннего сгорания. М.: Морской флот, 1958, 436 с.

12. Рожанский Г.С. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Л.: Судостроение, 1969, 424 с.

13. Лебедев О.Н., Сомов В.А., Калашников С.А. Двигатели внутреннего сгорания речных судов, м.: Транспорт, 1990, 328 с.

14. Дареповский А., Омельницкий В. Утилизационная установка балк-танкера «БорисЧэутома» Морской флот, 1980, № 1, с. 38-39.

15. Марков А .Я., Ханенко П.Н. Энергетическая установка судна «Зоя космодемьянская». Судостроение, 1975, № 2, с. 28-31.

16. Small-bore low-speed marine diesel engines.-The Motor Ship, vol.58, №685, VIII, p.97-108.

17. Honda M., Shimoda F., and others. Development of improved version of Waste Recovery System. Mitsubishi Tech. Rev., 20<1983>, p.222<oct> (7pp., 4 tab. 2 graphs, 10 diag.).

18. Robertson C.S., Eskard S.E. A multi-vane expander by adding power can improve the fuel economy of long-haul diesel trucks.-SAE Technical paper series, 1978, №780.689. pl-18.

19. Stricland D. Device to reuse waste engine heat seen of significant development in greater fuel efficiency for heavy-duty trucks- Commercial Car Journal, 1978,135, №ll,pl9-22.

20. Yeaple F. Engines and cycles aim for efficiency.-Product Engineering, №1, p35-38.

21. Daugas C.F. Perspectives d'evolution des cycles des moteurs diesel de grande puissance.- Revue Francaise de grande Puissance.

22. Economee d'energie grace an "Toten" de Fiat.-Revue Technique automobile, 1979, 34, №392, p.101.

23. Warrmeokolomishe anloger.-Technische Rundsehau, 1978, 10, №15, p. 17-21.

24. MHI develops advanced medium-speed diesel plant.-Norwegian shipping News, 1977, №21F, p.34.

25. Clevenger M. Waste Heat Recovery for US Coast Guard Ships. Diesel and Gas Turbine Worldwide, 16<1984., p.l2,Jan/Feb> (3pp., lfig., 3 phot).

26. Отчет о научно-исследовательской работе на тему «Разработка систем комплексной утилизации теплоты продуктов сгорания топлив в СЭУ» Ленинград, 1989, с. 57.

27. Руководящий технический материал (РТМ 212.0142-86). Схемы утилизации теплоты судовых дизелей. Д.: Транспорт, 1989, 42 с.

28. Калинина М.И. Регулирование охлаждения наддувочного воздуха как средство повышения эффективности утилизации тепла. Двигателестроение, 1980, №2, с.34-36.

29. Брук Б.М. Особенности воздухоснабжения дизеля при изменении атмосферного давления. Двигателестроение, 1980, №2, с.34-36.

30. Устройство для стабилизации холостого хода двигателя Пат.4909034 США, МКИ F01N3/00.

31. Выбор оптимальных геометрических параметров системы утилизации тепла ДВС./ Луке А.Л., Шишкин Ю.Н., Соркин А.И. //Изв. вузов, машиностроение.- 1992.-№1-3,- с.75-78.

32. Устройство для ускорение потока отработавших газов ДВС. Пат. SO 14512 США.

33. Патент США № 5133298 кл. F02G 5/02, 1992.

34. Лившиц М. Л. Быстроходные дизели Д6. М.: Машгиз, 252-256 с.

35. Судовые дизели Д6. Руководство по эксплуатации. Инструкция.

36. Описание и временная инструкция по обслуживанию автоматизированного утилизационного водогрейного котла КАУ 1,7.

37. Хряпченков А.С. Судовые вспомогательные и утилизационные котлы. -Учебное пособие. изд. 2-е, перераб. И доп. - JL: Судостроение, 1988. -296 е., ил.

38. Овсяников М.К., Петухов В.А., Усеня М.Ф. Шегалов И.Л. Методы планирования многофакторных экспериментов в дизелестроении. -Двигателестроение, 1979, № 9, с. 5-7.

39. Лебедев О.Н., Сомов В.А., Калашников С.А. Двигатели внутреннего сгорания речных судов. М.: Транспорт, 1990, 328 с.

40. Камкин С.В., Возницкий И.В., Шмелев В.П. Эксплуатация судовых дизелей. М.: Транспорт, 1990, 344 с.

41. Костин А.К., Путалев Б.П., Кончинов Ю.Ю. Работа дизелей в условияхчэксплуатации. Л.: Машиностроение, 1989, 212 с.

42. Селиверстов В.М. Утилизация тепла в судовых дизельных установках. Л.: Судостроение, 1973, 256 с.

43. Крепе Л.И., Карташевич А.Н. Прогнозирование влияния комплекса эксплуатационных факторов на показатели автотракторного дизеля с наддувом методом математического моделирования. -Двигателестроение, 1981, №6 с. 5-9.

44. Кривов В.Г., Синатов С.А. Эффективность использования отходящей теплоты дизельной установки. Двигателестроение, 1981, № 6, с. 35-42.ч

45. Хандов ЗА. Судовые двигатели внутреннего сгорания (теория) Л.: Речной транспорт, 1962, 452 с.

46. Брук М.А., Рихтер А.А., Режимы работы судовых дизелей. Л.: Режимы работы судовых дизелей, Л.: Судопромгиз, 1963, 483 с.

47. Mencik Z., Blumberg P.N. Representation of engine data by multivariate least- squares regression. SAF Techn. pap. ser., №780288, 12pp. ill.

48. Котиков Ю.Г., Лукин A.M. Необходимость оценки эксплуатационных свойств автомобильного двигателя по его обобщенному испециализированным эксплуатационным режимам. Двигателестроение, 1981, №3, с. 45-47.

49. Адлер Ю.П., Скиров Н.Д., Рожков Ю.В. Опыт планирования эксперимента при получении интерполяционных моделей мощностных, экономических и токсических показателей бензинового двигателя. тр. МАДИ, 1978, вып. 162, с. 84-92.

50. Гутаревич Ю.Ф. Влияние регулировок на токсичность и экономичность бензинового двигателя в режиме холостого хода. Двигателестроение, 1981, № 11, с. 36-37.

51. Гришович В.Е., Френкель А.И. Опыт применения математической теории планирования эксперимента при снятии Токсических характеристик дизелей. Тракторы и сельхозмашины, 1977, № 3, с. 12-14.

52. Лобастов В.М. Идентификация электромеханического преобразователя исполнительного привода эдектронногидравлического регулятора скорости ДВС. Двигателестроение, № 11, с. 29-32.

53. Строков А.П. Снижение расхода топлива путем совершенствования топливоподающей аппаратуры быстроходных дизелей типа СМД. Автореферат дис. ХИИЖТ, 1980, 22 с.

54. Петров В.Н. Повышение экономичности дизель генераторов нерегулируемых двигателей на компрессионный угол опережения подачи топлива. Двигателестроение, 1981, № 10, с. 39-41.

55. Варнингер В.А. Математическое моделирование тракторного двигателя, -тракторы и сельхозмашины, 1977, № 12, с. 5-7.

56. Самсонов JI.A. Некоторые результаты моделирования динамических режимов работы системы главный судовой двигатель регулятор частоты вращения на ЭЦВМ. - Двигателестроение, 1979, № 8, с. 29-30.

57. Дюк В. Обработка данных на ПК в примерах. С.Петербург, 1997, 37 с.

58. Джонсон Н., Лион Ф. Статика и планирование эксперимента в технике и науке. М.: Мир, 1980,610 с.

59. Харитонов Б.А., Ю.Н. Исаков, Кочинев Ю.Ю. Параметра оптимизаии комбинированных установок с ДВС и системой утилизации Тепла.-Двигателестроение, 1979, №11, с. 10-12.

60. Нечаев Л.В. Пятков В.П. Влияние противодавления на выпуске за турбонагнетателем четырехтактного транспортного дизеля на основе показателей его работы. Двигателестроение, 1981, № 10, с. 47-50.

61. Виксман А.СЧ Егоров С.С. и др. Оценка влияния гидравлических характеристик всасывающей и выхлопной систем на работу дизеля. В кн.: Двигатели внутреннего сгорания. М.: НИИинформтяжмаш, 1972, ; 472-17, с. 20-24.

62. Ибрагимов А.Б., Шокотов Н.К. Четырехтактный дизель с высоким наддувом и повышенным противодавлением на выпуске. В кн.: Газотурбинный наддув двигателей внутреннего сгорания. М.: Машгиз, 1961, с. 125-130.

63. Корба Н.Я. и др. О влиянии разряжения на впуске на показатели дизеля СМД-14 с турб<знаддувом. «Тракторы и сельхозмашины». № 11, 1968, с. 16-17.

64. Мизернюк Г.Н. и др. Исследование схемы комбинированного ДВС со свободным турбокомпрессором и силовой турбиной. Изв. Вузов. Машиностроение. 1975, № 1,с. 104-109.

65. Нечаев В.К., Мосолова О.И. и др. Влияние противодавления за турбиной на параметры работы дизеля с турбонаддувом. Тр. АПИ, 1972, вып. 22, с. 14-23.

66. Дьяченко Н.Х. и др. Теория двигателей внутреннего сгорания. JL: Машиностроение. 1974. 550 с.

67. Рябовол В.М. и др. Особенности выбора и настройки турбокомпрессора при наддуве четырехтактных дизелей различного назначения. В кн.: Двигатели внутреннего сгорания. М.: НИИинформтяжмаш, 1968, 4-67-10, с. 23-26с.

68. Погодин С.И. Рабочие процессы транспортных турбопоршниевых двигателей. М.: Машиностроение, 1978. 311 с.

69. Погодин С.И. Приведение мощности дизелей к стандартным условиям. М.: Машиностроение, 1973. 144 с.

70. Портнов Д.А. Быстроходные турбопоршниевые двигатели с воспламенением от сжатия. М.: Машгиз, 1963, 639 с.

71. ГОСТ 8.207-76. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдения. М.: Изд-во стандартов, 1076.- Юс.

72. ГОСТ 11.002-73. Правила оценки анормальных результатов наблюдений. М.: Изд-во стандартов, 1973. - 24 с.

73. ГОСТ 8.011-72. Показатели точности измерений и формы представления результатов измерений. М.: Изд-во стандартов, 1972. - 5 с.

74. ГОСТ 11.004-74. Прикладная статистика. Правила определения оценок и доверительных границ для параметров нормального распределения. М.: Изд-во стандартов, 1974. - 20 с.

75. Райков И.Д. Испытания двигателей внутреннего сгорания. М.: Высшая школа, 1975. - 320 с.

76. Автоматические приборы, регуляторы и вычислительные системы. /Б.Д. Кошарский, Т.Х. Безновская, В.А.Бек и др./ Д.: Машиностроение, 1976, - 488 с.

77. Электрические измерения неэлектрических величин. /A.M. Туричин, В.П. Новицкий,^К.С. Левшина и др./ Д.: Энергия, 1975, - 576 с.

78. Зайдель А.Н. Ошибка измерений физических величин. Л.: Наука, 1974.