Оптимизация рабочего процесса с целью одновременного улучшения экономических и экологических показателей форсированного среднеоборотного двигателя представляет собой сложную научно-техническую задачу, поскольку мероприятия, улучшающие эти показатели, в ряде случаев приводят к противоположным результатам. В статье проанализированы направления по совершенствованию рабочего процесса среднеоборотных дизелей двойного назначения. Эти направления рассмотрены в комплексе с оценкой их влияния друг на друга. Итогом предлагаемой оптимизации рабочего процесса с целью снижения эмиссии оксидов азота (NO x ) и удельного эффективного расхода топлива является представленная траектория пошагового изменения параметров рабочего процесса среднеоборотного дизель-генератора 12ЛДГ500 (12ЧН 26,5/31) производства АО «Коломенский завод», которая дает представление о комбинации возможных способов его доводки, обеспечивающих улучшение указанных показателей.
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
Согласно поставленной Правительством Российской Федерации задаче по активизации развития гражданского и военного судостроения, производство среднеоборотных дизелей и главных силовых установок на их базе является одним из важнейших направлений повышения экономической и военной мощи страны. Наиболее эффективный подход к разработке и постановке на производство среднеоборотных дизелей (СОД) — создание модификаций двигателей в рамках типоразмерных рядов двойного назначения.
Если у вас возникли вопросы или появились предложения по содержанию статьи, пожалуйста, направляйте их в рамках данной темы.
Список литературы
1. Рыжов В.А. Совершенствование характеристик форсированных среднеоборотных двигателей двойного назначения средствами топливоподачи и воздухоснабжения. Дис. … д-ра техн. наук. Москва, 2018, 325 с. EDN: LGFXET
2. Грехов Л.В., Иващенко Н.А., Марков В.А. и др. Машиностроение. Энциклопедия. Т. IV-14. Двигатели внутреннего сгорания. Москва, Машиностроение, 2013, 784 с.
3. Рыжов В.А., Шатров М.Г., Ионин В.Е., Варшавский А.А. Улучшение экологических показателей среднеоборотного дизельного двигателя путем применения трехфазной подачи топлива. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2024, № 3 (768), с. 66-76. EDN: HCEHAZ
4. Рыжов В.А. Топливная система импульсного действия для среднеоборотного дизеля. Локомотив, 1999, № 8 (512), с. 30-31.
5. Сан Гарольд Хуэйминь, Чжао Бень, Ху Леон, И Джеймс Джеймс, Кертис Эрик Уоррен, Чжан Цзичжун. Сопловой аппарат турбины с изменяемой геометрией и способ его работы. Патент № 2709901 C2 РФ, МПК F01D 17/16, 2019, Форд Глобал Текнолоджиз, ЛЛК (US).
6. Пунда А.С., Гурьев Ю.Г. Использование регулируемого турбонаддува для оптимизации рабочих процессов главных судовых двигателей при длительной работе на малых мощностях. Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова, 2017, т. 9, № 6, с. 1291-1299. DOI: 10.21821/2309-5180-2017-9-6-1291-1299 EDN: YLUFEE
7. Рыжов В.А., Печенин В.В. Совершенствование дизелей 16Д49 дизель-дизельных агрегатов 1ДДА12000 кораблей корвет проекта 20380. Двигателестроение, 2014, № 1 (255), с. 12-19. EDN: SADGEX
8. Поварков И.Л., Рыжов В.А., Калугин М.Е., Журавлев А.Н. Совершенствование системы воздухоснабжения тепловозных дизелей. Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта, 2023, т. 82, № 1, с. 25-35. DOI: 10.21780/2223-9731-2023-82-1-25-35 EDN: YSEIZX
9. Рыжов В.А., Кнельц В.Ф. и др. Оптимизация системы турбонаддува для новой платформы двигателей Д500 Коломенского завода. Конгресс CIMAC: сб. докл. Хельсинки, 2016, докл. № 290, 30 с.
10. Савастенко А.А., Савастенко Э.А., Марков В.А. и др. Использование водотопливных эмульсий в автомобильных и судовых дизелях. АвтоГазоЗаправочный комплекс + Альтернативное топливо, 2018, т. 17, № 10, с. 440-448. EDN: VOCXMY
11. Варшавский А.А., Ионин В.Е. Топливные системы среднеоборотных дизелей и их особенности. 160 лет Коломенскому заводу и 120 лет дизелестроению в Коломне. Матер. науч.-практ. конф., посв. 160-летию образования АО “Коломенский завод” ТМХ. Москва, МПУ, 2023, с. 61-73. EDN: FIBYWN
12. Ryzhov V.A. Multi-stage fuel injection as a method to reduce toxic emissions of uprated medium-speed diesel engine.International Journal of Pharmaceutical Research, 2020, vol. 12, no. 3, pp. 1476-1478. DOI: 10.31838/ijpr/2020.12.03.215 EDN: UZBHXE
13. Живлюк Г.Е., Петров А.П. Техническое обеспечение для соответствия судовых энергетических установок новым требованиям 2021 г. по выбросам оксидов азота. Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова, 2020, т. 12, № 1, с. 122-138. DOI: 10.21821/2309-5180-2020-12-1-122-138
14. Чуб Т.В. Рециркуляция отработавших газов судового дизель-генератора как средство снижения выбросов оксидов азота. Автореф. дис. … канд. техн. наук. Москва, 2000, 21 с. EDN: ZKKLUD
15. Альтернативные топлива (материалы конгресса CIMAC-2016). Двигателестроение, 2019, № 4 (278), с. 38-57. EDN: HXDWLS
16. Основные тенденции и приоритеты развития мирового двигателестроения (материалы конгресса CIMAC-2016). Двигателестроение, 2016, № 4 (266), с. 35-60. EDN: XRFYZF
17. Рыжов В.А., Исянов В.Р. Разработка и создание двигателя нового типоразмерного ряда 12ЛДГ500 (12ЧН26,5/31) для магистрального тепловоза. Вестник института проблем естественных монополий: техника железных дорог, 2016, № 1 (33), с. 50-55. ISSN 0202-1633. EDN: VKDWHL
18. Кнельц В.Ф., Матисен А.Б. Принципы и особенности построения систем воздухоснабжения на двигателях производства АО “Коломенский завод”. Машиностроение: сетевой электронный научный журнал, 2022, т. 9, № 4, с. 3-9. DOI: 10.24892/RIJIE/20220401 EDN: GVBHXT
19. Романов А.В., Скоморовский С.А. (сост.) Эволюция показателей работы современных среднеоборотных дизелей. Неделя науки Санкт-Петербургского государственного морского технического университета: сб. матер. конф. 2022, № 3-2.
Выпуск
Другие статьи выпуска
Рассмотрена возможность улучшения качества сгорания аммиака путем добавления водорода в рабочую смесь двигателя с искровым зажиганием. В качестве объекта исследования выбран двигатель размерности 7,7/8,58 со степенью сжатия 10,5. Для исследования влияния добавок водорода на характеристики воспламенения и параметры двигателя, работающего на аммиачно-водородном топливе, был предложен механизм кинетики реакций воспламенения и сгорания аммиачно-водородных смесей. Исследовано влияние состава смеси на период задержки воспламенения рабочей смеси и ее сгорание, а также на параметры двигателя. Показано, что период задержки воспламенения аммиака уменьшается с ростом содержания водорода в смеси. При неизменности общей теплотворной способности топлива и угла опережения зажигания увеличение содержания водорода в смеси приводит к повышению максимального давления сгорания, однако из-за ускоренного процесса выделения теплоты мощность двигателя снижается. В связи с этим для повышения мощности двигателя с ростом содержания водорода в смеси необходимо увеличивать угол опережения зажигания. Кроме того, увеличение концентрации водорода в смеси способствует значительному повышению температуры и давления в процессе сгорания, что приводит к увеличению концентрации оксидов азота в отработавших газах.
При разработке источников энергии для освоения Крайнего Севера Российской Федерации необходимы исследования особенностей работы тепловых двигателей в условиях низких температур в холодильных камерах. Цель исследования - создание системы автоматического регулирования температуры воздуха в камере. Разработана система автоматического регулирования температуры воздуха в климатической камере с каскадной холодильной установкой для испытаний тепловых двигателей малой и средней мощности в условиях низких температур до -60 °С. Составлена математическая модель климатической камеры, содержащая модели испытываемого двигателя и воздуха в камере. Для исследования выбран дизель ЯМЗ-5340 номинальной мощностью 140 кВт. На компьютерной модели проведено моделирование процессов охлаждения воздуха в климатической камере.
Предложены усовершенствования модели обледенения, позволяющие повысить точность расчета форм и размеров ледяных наростов, формирующихся на элементах проточного тракта компрессора авиационного двигателя при полетах в атмосфере облаков, состоящих из ледяных кристаллов и смеси фаз. Выполнено сравнение результатов расчета по усовершенствованной модели с результатами расчетов по программе IGLOO2D и с экспериментальными данными. Продемонстрирована определяющая роль эффекта эрозии при описании тепломассообменных процессов, протекающих при формировании ледяных наростов в атмосфере облаков, состоящих из ледяных кристаллов и смеси фаз. Предложен метод сокращения продолжительности вычислений путем использования время подобных расчетных шагов в промежутках между основными последовательными временными шагами. Метод позволяет скорректировать эффективность улавливания капель и кристаллов, эффективность прилипания кристаллов, а также коэффициент эрозии льда. На примере расчета формы льда на модельном цилиндре и крыльевом профиле показаны преимущества усовершенствованной модели для вычисления форм конусообразных ледяных наростов, возникающих в реальных условиях при наличии ледяных кристаллов и смеси фаз.
Описан способ сохранения требуемой степени повышения давления в центробежном компрессоре автономной малоразмерной замкнутой газотурбинной установки при переходе на более легкие рабочие тела посредством изменения геометрии лопатки рабочего колеса с сохранением меридионального обвода и основных размеров. Использование легких рабочих тел, имеющих большие значения газовой постоянной, приводит к ограничению частоты вращения рабочего колеса турбины, что в одновальной замкнутой газотурбинной установке создает проблемы в получении требуемого напора центробежного компрессора. Проведен анализ влияния конструктивного угла при выходе b2л на характеристики рабочего колеса и ступени в целом путем сопоставления характеристик, полученных математическим моделированием. Представлена методика перепрофилирования существующих рабочих колес с лопатками, загнутыми против вращения при выходе, в рабочие колеса с лопатками, загнутыми по вращению. В результате анализа нескольких рабочих колес с лопаточным углом выхода b2л = 105° определена оптимальная геометрия колес и построена ее характеристика. Выполнено сравнение течения в рабочих колесах центробежной ступени, полученных расчетным методом контрольных объемов. Представлены результаты экспериментальных и расчетных исследований течения в ступени, состоящей из рабочего колеса с углом выхода b2л = 65°, безлопаточного диффузора и выходной системы. Приведена расчетная ветвь характеристики рабочего колеса с b2л = 105°. Проанализировано влияние конструктивного угла при выходе на характеристики рабочего колеса и ступени в целом.
Исследовано влияние изменения степени сжатия на эффективные показатели двигателя внутреннего сгорания, включая показатели процессов сгорания и теплопередачи. Особое внимание уделено прочностным свойствам материалов, из которых изготовлены компоненты двигателя, а также их способности выдерживать повышенные механические и тепловые нагрузки. Предложена методология повышения энергоэффективности двигателя с алгоритмом ступенчатого подбора степени сжатия и оценкой прочностных характеристик двигателя. Апробация методологии проведена в рядном шестицилиндровом двигателе КАМАЗ-910. В рамках проведенных исследовательских работ определены оптимальные значения степени сжатия, которые обеспечивают высокую эффективность и экономичность двигателя в эксплуатации, а также надежную работу двигателя на протяжении всего ресурса автомобиля.
Однопоточный нестационарный метод может быть применен для получения тепловых характеристик различных высококомпактных поверхностей теплообмена в рамках импортозамещения. Такие поверхности широко могут быть использованы в транспорте (маслоохладители, воздухоохладители) и энергетике. В работе представлен модифицированный однопоточный нестационарный метод, в котором для получения достоверных результатов используются два способа обработки эксперимента - непосредственного наложения кривых и способом Локка по максимальному наклону кривой температуры. Также показано небольшое влияние на точность теплового эксперимента «неидеальности» ступеньки входной температуры потока газа. Для исследования поверхностей теплообмена однопоточным нестационарным методом применен экспериментальный стенд МГТУ им. Н. Э. Баумана, работающий по замкнутому контуру с малоинерционным нихромовым нагревателем и медным термометром сопротивления. Для пластинчато-ребристой поверхности МВТУ № 10 с шахматным расположением ребер получены экспериментальные зависимости в виде Nu = f (Re) и Eu = f (Re) в диапазоне чисел Рейнольдса от 300 до 600.
Издательство
- Издательство
- МГТУ им. Н.Э. Баумана
- Регион
- Россия, Москва
- Почтовый адрес
- 105005, г. Москва, вн. тер. г. муниципальный округ Басманный, ул. 2-я Бауманская, д. 5, с. 1
- Юр. адрес
- 105005, г. Москва, вн. тер. г. муниципальный округ Басманный, ул. 2-я Бауманская, д. 5, с. 1
- ФИО
- Гордин Михаил Валерьевич (Ректор)
- E-mail адрес
- bauman@bmstu.ru
- Контактный телефон
- +7 (499) 2636377
- Сайт
- https://bmstu.ru/