Двигуни внутрішнього згоряння

Постійне посилання на розділhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/62921

У публікаціях журналу розглядаються фундаментальні і прикладні проблеми сучасного двигунобудування, приводяться результати наукових досліджень, які виконані викладачами та науковцями вищої школи та НАНУ, аспірантами, докторантами, фахівцями галузевих установ, виробничих підприємств України і зарубіжжя, аналізуються проблеми, які пов'язані з удосконаленням конструкцій, експлуатацією, технологією виробництва двигунів внутрішнього згоряння.

Рік заснування: 2002. Періодичність: 2 рази на рік. ISSN 0419-8719 (Print)

Новини

Видання включене в Перелік наукових фахових видань України та присвоєна категорія «Б». Наказ МОН України №409 від 17.03.2020 р.

Переглянути

Зараз показуємо 1 - 20 з 67

Французский инженер Sabathe Louis Gaston и его роль в создании двигателей со смешанным подводом теплоты
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Белоусов, Евгений Викторович; Billier, Philippe
Практически сразу после создания Рудольфом Дизелем своего «рационального» двигателя были предприняты попытки к его усовершенствованию. Поскольку в конце девятнадцатого, начале двадцатого века как научная система теория двигателей внутреннего сгорания еще не сформировалась, единых подходов к оценке нововведений, предложенных отдельными инженерами и учеными, также не существовало. В этой связи периодически возникали споры и судебные разбирательства, связанные с признанием приоритета на конкретную конструкцию или предложенный принцип работы за конкретным автором. В первую очередь это было связано с возможностью получения материальной выгоды от внедрения запатентованного нововведения в производство. Следует отметить, что связанные с выгодой судебные разбирательства и информационные компании не всегда были объективными, да и развитие прогресса на рубеже веков было настолько стремительным, что одни и те же идеи приходили в головы сразу нескольким независимым друг от друга изобретателям, а одни и те же открытия делались в разных частях света разными учеными. К началу двадцатого века накопленный опыт, а также теоретические и экспериментальные исследования показали, что значительно улучшить характер протекания рабочего процесса поршневых двигателей можно, заменив изохор-ный или изобарный подвод теплоты в процессе сгорания топлива на комбинированный с подводом теплоты сначала при постоянном объеме (по изохоре), а затем при постоянном давлении (по изобаре). На приоритет в разработке такого цикла претендовали сразу три ученых – Густав Тринклер, Мирон Залигер и Луи Гастон Сабатэ. Каждый из них пришел к этому решению разными путями, и каждый внес свой вклад как в становление теории рабочих процессов поршневых двигателей, так и в становление двигателестроения в целом. Именно такому вкладу, сделанному французским инженером Луи Гастоном Сабатэ, посвящена данная статья.
Особенности расчета бортовых теплообменников
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Мошенцев, Юрий Леонидович; Гогоренко, Алексей Анатольевич
Рассмотрены аспекты проектирования бортовых теплообменников для системы охлаждения энергетической установки судна. Такие теплообменники должны рассчитываться в соответствии с классическими основами теории и расчета теплообменных аппаратов. Вместе с тем ключевые моменты проектирования рассматриваются известными источниками в отдельной постановке, связанной с особенностями их рассмотрения как специфических элементов теории. В связи с этим они не объединены единой системой, необходимой для их использования в конкретных задачах проектирования. Соответственно в работе выделены, конкретизированы и уточнены параметры формул, используемых в расчетной задаче. В частности, вычисление коэффициента теплоотдачи со стороны забортной воды выполняется по формуле, которая дает среднее для борта значение коэффициента. Коэффициенты теплоотдачи со стороны теплоносителя внутреннего контура вычисляются по известным формулам, рекомендованным для расчета теплоотдачи в каналах любых форм. Обращено внимание на то, что теплоотдача со стороны трюма идет к оребренной стенке. В связи с этим определяемые по указанным формулам коэффициенты теплоотдачи следует считать конвективными. Переход к приведенным значениям коэффициентов теплоотдачи следует выполнять с учетом КПД оребренной поверхности теплообмена, который учитывает неравномерную температуру различных участков поверхности теплообмена. Расчет теплопередачи производился с учетом возможных загрязнений поверхностей. Предложен порядок выполнения расчетных шагов, в результате которых могут быть определены размеры и теплотехнические параметры теплообменника. Установлено, что использование рассмотренных предложений приводит к результатам, близким к рекомендованным авторитетными источниками. Приведенные предложения не противоречат опыту создания и проектирования подобных конструкций. Рекомендации могут быть использованы в учебных и практических целях теми, кто проектирует теплообменники подобных конструкций.
Порівняння показників згоряння двотактного двигуна з карбюратором та безпосереднім впорскуванням палива
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Корогодський, Володимир Анатолійович
Предметом дослідження в статті є показники процесу згоряння двотактного двигуна 1Д 8,7 / 8,2 з іскровим запалюванням при використанні карбюраторної системи живлення (зовнішнє сумішоутворення) і системи безпосереднього впорскування палива, що забезпечує організацію розшарованого паливоповітряного заряду (РППЗ) і розшарованого збідненого паливоповітряного заряду (РЗППЗ) (внутрішнє сумішоутворення), які дозволяють оцінити характер протікання процесу згоряння. Метою досліджень є визначення характеру зміни показників згоряння двигуна при зовнішньому та внутрішньому сумішоутворенні й організації робочого процесу з РППЗ та РЗППЗ на режимах навантажувальної характеристики (n = 3000 мин -1). Завдання: провести експериментальні дослідження, одержати індикаторні діаграми; визначити за усередненими індикаторними діаграмами показники згоряння: індикаторний ККД (ηi ), максимальний тиск згоряння (рz), ступінь підвищення тиску (λ), ступінь попереднього розширення (ρ), ступінь подальшого розширення (δ), показник характеру зго-ряння (m), максимальну швидкість тепловиділення (dx / dfi max), тривалість згоряння від ВМТ до точки Z (φz), загальну тривалість згоряння (dφz); побудувати характеристики зміни показників згоряння та отримати емпіричні залежності в залежності від навантаження двигуна. Використовується експериментально-аналітичний метод досліджень, який передбачає визначення характеру та аналіз перебігу процесу згоряння за показниками згоряння, які встановлено за експериментальними індикаторними діаграмами. Отримані результати. Застосування внутрішнього сумішоутворення та організація згоряння РЗППЗ й РППЗ дозволили отримати значення ηi більше ніж при зовнішньому сумішоутворенні на всіх режимах навантажувальної характеристики. Максимальне значення ηi для РЗППЗ складає 0,5 при навантаженні ре = 0,2 МПа, для РППЗ – 0,44 при ре = 0,25 МПа та 0,3 при ре = 0,36 МПа для двигуна з карбюратором. Максимальний тиск згоряння рz вище до 11 % при організації РЗППЗ (ступінь підвищення тиску λ знижена на 26 %) та на 20-22 % вище ніж при організації РППЗ (значення λ знижено на 31 %). Підвищення ступеня стиснення ε на 26,4 % та зниження ступеня попереднього розширення ρ при РЗППЗ в порівнянні з РППЗ дозволило підвищити ступінь подальшого розширення δ в середньому на 30 % й на 43 % в порівнянні з карбюраторною системою живлення. При організації РЗППЗ значення показника характеру згоряння m вище в середньому в 1,4 рази, ніж у двигуна з карбюратором та в 1,45 рази вище щодо організації РППЗ, при якій максимальна швидкість тепловиділення dx / dfi max вище до 40 %, ніж в двигуні з карбюратором. Організації РЗППЗ дозволила скоротити тривалість згоряння на 39 % щодо зовнішнього сумішоутворення та на 36 % щодо організації РППЗ. Висновки. Наукова новизна отриманих результатів полягає в отриманні даних та емпіричних залежностей показників процесу згоряння двигуна 1Д 8,7 / 8,2 при зовнішньому та внутрішньому сумішоутворенні з організацією РППЗ і РЗППЗ на режимах навантажувальної характеристики (n = 3000 мин -1). Встановлено, що кращі техніко-економічні та екологічні показники відповідають організації внутрішнього сумішоутворення з РЗППЗ.
Centrifugal compressor performance maps treatment for internal combustion engines operating cycle simulation
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Minchev, Dmytro; Varbanets, Roman
Simulation of the supercharged internal combustion engines operation cycle is impossible without correct estimation of the supercharger operating parameters. Standard approach is to use specially prepared performance maps of compressor and turbine of the turbocharger, which are based on the experimental (or manufacturer’s) raw data. Centrifugal compressor performance maps interpolation, extrapolation and treatment provides challenging requirements as it is important to get correct simulation under such special conditions as compressor choke, rotating stall and pumping surge. At the same time it’s important to obtain the fast and stable calculations of the engine’s operating cycle. Blitz-PRO – online internal combustion engines operating cycle simulation service – offers supercharger performance maps preprocessing and implementation. It provides three different modes of compressor surge consideration during calculations: 1) full-scale surge mode using Moore-Greitzer approach; 2) mild surge mode with flexible adjustment; 3) “stable” mode, when the surge is neglected and the compressor constant-speed lines are extended from the rotating stall point to the lower mass flow region with the hyperbolic equation. Using the MAN 8G70ME-E engine 12140 kW, 82 rpm operating point as an example, the calculation results are compared for three modes of compressor surge consideration. The “stable” mode provides the fastest and the most stable calculations, while the calculations under the full-scale surge mode could generate the numerical (nonphysical) instability of calculations, which are caused by the high sensitivity of the two-stroke engines to the gas exchange processes as it is shown. The mild surge mode provides fast and stable enough calculation with the surge consideration ability, which could be assumed as the best solution for the given example. The researcher should choose between provided three modes of the centrifugal compressor surge consideration according to the calculations tasks, preferring “stable” mode for initial model setup and mild surge mode for the surge probability check, while the accurate compressor surge simulation needs further development.
Особливості визначення витрати палива та викидів шкідливих речовин двигунів транспортних засобів, що працюють на газовому паливі
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Грицук, Ігор Валерійович; Погорлецький, Дмитро Сергійович; Адров, Дмитро Сергійович; Білай, Антон Вікторович
В статі розглядаються особливості методу дослідження паливної економічності та екологічних показників транспортних засобів з двигунами, переобладнаними для роботи на газовому паливі, які оснащені системою теплової підготовки на основі теплового акумулятора фазового переходу, в основу якого покладено реалізацію системної взаємодії трьох взаємопов’язаних її складових: інформаційної, аналітичної і енергетичної. Представлено принципову схему системи теплової підготовки та інформаційну систему оцінювання способів забезпечення теплової підготовки транспортних засобів в умовах експлуатації за допомогою системи теплової підготовки на основі бортового комплексу (Intelligent transportation system). Особливість запропонованої системи полягає в тому, що підсистеми створюють спільне інформаційне поле системи моніторингу параметрів транспортного засобу з системою теплової підготовки, але діють окремо одна від одної, виходячи з особливостей задач, що вони виконують. Удосконалено метод визначення і розрахунку витрати палива та викидів шкідливих речовин у відпрацьованих газах транспортних засобів з двигунами, переобладнаними для роботи на газовому паливі, оснащених тепловим акумулятором фазового переходу в процесах передпускової та післяпускової теплової підготовки на основі обраної моделі системи «Двигун-нейтралізатор». Для забезпечення теплової підготовки транспортних засобів з двигунами, переобладнаними для роботи на газовому паливі, обладнаних системою теплової підготовки на основі теплового акумулятору фазового переходу, розроблено цикл теплової підготовки в умовах експлуатації. Встановлено вплив системи теплової підготовки з тепловим акумулятором фазового переходу транспортного засобу з двигуном, переобладнаним для роботи на газовому паливі, на показники паливної економічності та екологічні показники в процесах передпускового і післяпускового прогріву.
Моделювання роботи автоматизованої системи локального багатоконтурного охолодження деталей автотракторного дизеля
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Триньов, Олександр Володимирович; Сівих, Дмитро Георгійович
Представлені результати проміжного етапу дослідження теплового стану окремих теплонапружених деталей та вузлів форсованого автотракторного дизеля за умов їх локального повітряного охолодження (ЛПО), яке регулюється в автоматичному режимі. Розглядаються і оцінюються можливості практичної реалізації на основі мікропроцесорних систем керування багатоконтурного локального охолодження деталей клапанного випускного вузла, підшипникового вузла турбокомпресора, при необхідності, додаткового охоло-дження повітрям верхньої частини блоків циліндрів в зоні розміщення циліндрових гільз. Перелічені деталі, як засвідчують результати багатьох моторних випробувань, відрізняються значеннями максимальних кри-тичних температур, що в свою чергу залежать від протікання теплообмінних процесів у відповідних спряженнях, вузлах. При цьому, в умовах експлуатації з використанням системи ЛПО на дизелі виникають додаткові проблеми, пов'язані з ускладненням алгоритму керування охолодженням, необхідністю переходу саме до багатоконтурних варіантів зі своїми значеннями критичних температур і необхідними витратами охолоджуючого повітря. На даному етапі дослідження було проведено перевірку в тестовому режимі алгоритму керування подачею і відключенням подачі охолоджувача, відповідних схемних рішень для його реалізації. В безмоторному експерименті були використані раніше спеціально розроблені та препаровані термопарами вузли, які підігрівалися окремо до заданих тестових температур, а також вузол серійного виробництва, який входить до складу газобалонного обладнання (ГБО) 4-го покоління сучасних двигунів. Вузол складається з чотирьох секцій з електромагнітними клапанами, які дозують за заданим алгоритмом подачу газу до форсунок (Valtek Type 30). В вході безмоторного експерименту за допомогою цього вузла здійснювалося включення-відключення подачі стиснутого охолоджуючого повітря по окремим контурам (від 2-х до 4-х). Моменти спрацювання клапанів (відкриття-закриття) відповідали заданим тестовим температурам. Крім динаміки зміни температур в контрольних точках дослідних вузлів в процесі охолодження контролювалися також тиск, температура, витрати охолоджувача по окремим контурам. Проведений безмоторний експеримент підтвердив правильність прийнятих схемних рішень, а також доводить можливість в подальшому застосовувати в системах ЛПО серійні вузли ГБО.
Влияние геометрии проточной части газоподающего модуля на процесс подачи газового топлива в малооборотном газодизельном двигателе
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Марченко, Андрей Петрович; Белоусов, Евгений Викторович; Савчук, Владимир Петрович; Вербовский, Валерий Степанович; Рыбальченко, Николай Евгеньевич
Использование газовых топлив для судовых двухтактных малооборотных двигателей внутреннего сгорания рассматривается Международной морской организацией как основной инструмент реализации принятой в 2018 году программы по сокращению выбросов парниковых газов к 2050 году вдвое по сравнению с уровнем 2008 года. В этой связи ведущие мировые производители этого типа двигателей ведут активные научные и проектно-конструкторские работы, направленные на их разработку, проектирование, производство и внедрение в практику эксплуатации. В данном классе двигателей существует ряд ограничений, не позволяющих применить для них имеющийся опыт переоборудования на газовое топливо четырехтактных судовых двигателей. В этой связи каждый производитель разрабатывает свои подходы к решению данной проблемы. В результате наметились два принципиально отличающихся подхода – это подача газового топлива непосредственно в рабочий цилиндр в начале и в конце такта сжатия. Каждому из этих методов свойственны свои преимущества и недостатки. Ранее авторами было показано, что помимо уже реализованных технических решений могут быть использованы другие подходы, связанные с подачей газового топлива в рабочий цилиндр под давлением 4,0...6,0 МПа, которые позволяют сочетать в себе преимущества обоих реализованных на практике методов и существенно сократить свойственные им недостатки. В частности, как эффективный метод борьбы с детонационным сгоранием, имеющем место в двигателях низкого давления, является сокращение времени пребывания газовоздушной смеси в рабочем цилиндре двигателя на такте сжатия. В свою очередь, это время зависит от давления, под которым газовое топливо подводится к газопдающему модулю и от особенностей его истечения через проточную часть этого устройства. Исследованию влияния конструктивных особенностей проточной части на формирование траекторий движения газового топлива и параметров его истечения из газового модуля в рабочий цилиндр в условиях меняющегося противодавления посвящена данная статья.
Determination of reference values of complex fuel and ecological criterion as the separate independent factor of ecological safety
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Kondratenko, Olexandr Mykolayovych; Andronov, Volodymyr Anatoliyovych; Koloskov, Volodymyr Yuriyovych; Tkachenko, Olexandra Olexandrivna; Kapinos, Yelyzaveta Volodymyrivna
In this study the approach and method on its basis for calculated assessment of reference values of complex fuel-ecological criterion of Prof. І. Parsadanov as separate independent ecological safety factor and as reference points of psychophysical scale of the partial desirability function when using it as the ecological safety factor of power plants with reciprocating internal combustion engines exploitation process was proposed. Also in the study calculated assessment of reference values of ecological indicators of reciprocating internal combustion engines as components of complex fuel-ecological criterion depending on magnitudes of effective power and coordinates of field of engine operating regimes for different levels of statutory ecological standards in force in Ukraine and previously in force was carried out. Thus, calculated assessment of reference values of complex fuel-ecological criterion and its components was performed and obtained the distribution of such reference values in field of 2Ch10.5/12 autotractor diesel engine operating regimes depending as well as dependences of such reference values on magnitudes of level of ecological standards EURO, engine effective performance and lower calorific value of engine fuel. So, the study for the first time proposes the approach to calculated assessment of reference values of the complex fuel-ecological criterion of Prof. І. Parsadanov as reference points of the psychophysical scale of the Harrington's partial desirability function when using it as the separate independent ecological safety factor of exploitation process of power plants with reciprocating ICE. The method, based on the proposed approach for calculative evaluation of reference values of the complex fuel-ecological criterion of Prof. I. Parsadanov as reference points of psychophysical scale of partial desirability function is suitable for obtaining necessary data for the complex criterion evaluation of the ecological safety level of operation process of power units with piston ICE using generalized Harrington desirability function, in the structure of which the complex fuel-ecological criterion acts as a distinct factor of environmental safety.
Наукові принципи підвищення ефективних показників дизелів при використанні біопалив
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Бганцев, Валерій Микитович
Використання палив біологічного походження на основі рослинних олій та іншої аналогічної сировини в дизельних двигунах в розвинених країнах дозволяє зменшити витрати мінерального дизельного палива та покращити стан оточуючого середовища. Це питання актуально і для України, у зв'язку с чим керівними органами йому приділяється велика увага. Поглиблення знань у вивченні особливостей протікання робочих циклів дизелів, їх потужнісних та токсичних характеристик при цьому сприяє оптимізації використання цих видів палива. В наведеній роботі розглянуті основні питання, пов'язані з використанням в якості біологічної складової палива рослинних олій, таких як соняшникова, ріпакова, кукурудзяна та їх етилових ефірів як у чистому вигляді так і в суміші з мінеральним дизельним паливом. Розглянуто питання з теоретичних та експериментальних даних, пов'язаних з використанням цих палив в дизельних двигунах. Експериментальні дослідження проводились на дизельних двигунах Д21А та чотирициліндровому – Шкода – аналогу двигуна Volkswagen об'-ємом 1,9 л з турбонаддувом. Економічні і токсичні харктеристики одержували за навантажувальними та швидкісними характеристиками. Спостерігається збільшення витрат сумішевого палива у порівнянні з мінеральним паливом, токсичні характеристики за деякими показниками були кращі, в деяких випадках, наприклад при роботі на підвищених потужностях, погіршувались відносно показників при роботі на мінеральному паливі. Сформульовано основні принципи ефективного використання біопалив в транспортних дизелях з енергетичних, токсичних показників, а також корозійного впливу сумішевих біопалив на паливну апаратуру. На сьогодні автозаправні станції в Україні продають як альтернативні тільки палива для бензинових двигунів. Це суміші в різних пропорціях бензину і біоетанолу з вмістом останнього до 35–40% за об'ємом. Ціна такого палива нижча ніж за бензин. Біодизельних палив в продажу немає, хоча вони також коштували би меньше ніж мінеральне дизпаливо. Верогідно, що застосування біодизельних палив стримується за причин необхідності адаптації дизельного двигуна до цих палив і контролю стану паливної апаратури. Однак ці витрати невеликі і можуть легко компенсуватися різницею в ціні мінерального і біодизельного палива. Можна припустити, що в першу чергу біодизельне паливо буде впроваджуватися в сільскогосподарській техниці.
Концепция организации процесса сгорания в оппозитном двухтактном дизеле при высоком уровне форсирования
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Парсаданов, Игорь Владимирович; Лал, Амир Гул
В работе на основе анализа и синтеза ранее выполненных теоретических и практических исследований предлагается концепция организации процесса сгорания в оппозитном двухтактном дизеле с навстречу движущимися поршнями при высоком уровне форсирования. Такие дизели выпускаются в Украине и находят широкое применение в наземном, морском и железнодорожном транспорте, в качестве дизель-генераторных установок. Реализации данной концепции для данных дизелей позволит одновременно обеспечить улучшение топливной экономичности и снизить тепловую напряженность цилиндро-поршневой группы. Кратко рассмотрены особенности организации рабочего процесса в оппозитном двухтактном дизеле с навстречу движущимися поршнями. Отмечен вклад украинских, российских и американских ученых в развитие и повышение эффективности их смесеобразования. В соответствии с целью исследований, которой определяется выбор направлений разработок и реализации технических решений по одновременному снижению расхода топлива и тепловой напряженности цилиндро-поршневой группы при форсировании оппозитного двухтактного дизеля, в качестве критерия оценки качества сгорания предложено использовать количество выделенной теплоты. На основании результатов выполненных ранее исследований разработаны концептуальные основы повышения эффективности процесса сгорания высокофорсированного оппозитного двухтактного дизеля с противоположно движущимися поршнями, которые непосредственно связаны с показателями воздухоподачи, топливоподачи, обоснованием выбора формы камеры сгорания и определяются количеством выделенной при сгорании теплоты и характером его изменения по углу поворота коленчатого вала.
Связанное регулирование подачами биогаза и метана в газовом двигателе
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Лисовал, Анатолий Анатольевич
Результаты экспериментальных исследований были получены на газоэлектрической установке номинальной мощности 30 кВт при 1500 мин -1. Приводной бензиновый двигатель 8Ч10/8,8 с искровым зажиганием был конвертирован в чисто газовый. Степень сжатия 8,5 не изменялась. Система подачи газового топлива состоит из линии подачи и аварийного отсечного контура. Линия подачи природного газа подсоединялась к бытовой магистрали через специальный газовый распределитель. На основе узлов фирмы HEINZMANN разработана система дозирования смесевого газового топлива, которая через микропроцессорный блок управления и исполнительный орган воздействовала на дроссельную заслонку газового смесителя. В экспериментальных исследованиях смесевым топливом был модельный газ – смесь природного и углекислого газов, которая приготавливалась до газового смесителя в редукторе нулевого давления. При увеличении в модельном газе объёмной доли углекислого газа более 34 % на установившихся режимах наблюдалось ухудшение процесса сгорания. В статье на основании анализа экспериментальных результатов работы газового поршневого двигателя на модельном газе обоснован алгоритм применения связанного автоматического регулирования подачами биогаза и метана. Обоснован переход от количественного к качественному регулированию газо-воздушной смеси. Для этого необходимо создать два контура автоматического регулирования подачами воздуха и смесевого топлива из биогаза и природного газа, которые связаны между собой через внешнюю нагрузку. В соответствии с разработанным алгоритмом по мере увеличения нагрузки подача природного газа увеличивается, а подача биогаза уменьшается. При увеличении нагрузки до 75 % и более происходит более интенсивное обогащение топливной смеси природным газом, чем при малых и средних нагрузках. Предложенный алгоритм регулирования топливной смеси может быть реализован с применением газовых электромагнитных форсунок для дозирования составляющих смесевого топлива. В качестве корректирующих связей для алгоритма связанного регулирования выбраны сигналы от датчиков содержания кислорода и метана в отработавших газах. Разработаны рекомендации по выбору режимов настройки датчиков содержания кислорода и метана.
Дослідження ефективності системи охолодження палива суднового дизеля на базі нових холодоагентів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Мальчевський, Валентин Павлович; Варбанець, Роман Анатолійович
Вимоги міжнародної морської організації, урядових агенцій з захисту довкілля та інших неурядових груп напрямлені на зменшення при експлуатації дизельних двигунів викиду у навколишнє середовище шкідливих речовин. Серед цих речовин найбільш небезпечними є окисли сірки (SOx), азоту (NOx) та тверді частки. У відповідності із зазначеними вимогами відбувається активний перехід на палива із наднизьким вмістом сірки. Використання вказаних палив в морських дизелях пов’язане з низкою труднощів, тому що ці двигуни, як-правило, розроблені для експлуатації на паливах з високою в’язкістю та змащувальною здатністю. Значення в’язкості для палив із наднизьким вмістом сірки при звичайній температурі повітря у машинному відділенні здебільшого знаходяться у районі нижньої допустимої границі для дизельних двигунів. Найбільші складності мають місце тоді, коли при підвищенні температури палива перед двигуном значення в’язкості становляться нижче допустимого інтервалу. Для забезпечення надійної роботи двигуна температуру палива необхідно постійно підтримувати такою, при якій буде забезпечуватися необхідне значення в’язкості палива. Для цього конструкція двигуна передбачує наявність системи охолодження палива з водяним охолоджувачем і чіллером для відведення тепла від води. У даній статті досліджено ефективність роботи холодильної установки чіллера при використанні у якості робочих речовин нових перспективних сумішей холодоагентів R125/R290 та R134a/R290 у порівнянні з базовим холодоагентом R134a та з R22. Значення складу для обох сумішей вибрані такими, при яких вони найбільш наближені до азеотропу, тому що при цьому можливо максимально зменшити різницю температур між середовищами, що обмінюються теплом у конденсаторі, та випарнику холодильної установки. У процесі дослідження було виявлено, що значення холодильного коефіцієнту холодильної установки при роботі на сумішах холодоагентів дещо менші, ніж при роботі на R134a та R22, але значення об’ємної холодопродуктивності при використанні сумішей значно вищі ніж у чистих холодоагентів.
Формування математичного плану експерименту при дослідженні пускових якостей автомобільного дизеля
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Грицюк, Олександр Васильович; Левченко, Денис Вадимович
У статті зазначено шлях вирішення проблеми підвищення пускових якостей і зниження димності відпрацьованих газів вітчизняного автомобільного дизеля 4ДТНА1 з безпосереднім впорскуванням палива при низьких температурах навколишнього середовища шляхом оптимізації параметрів і елементів системи пуску та роботи на холостому ході за раціональними алгоритмами. Для вирішення цієї проблеми обґрунтована необхідність в проведенні експериментального дослідження пускових якостей автомобільного дизеля та в формуванні математичного плану експерименту для проведення наступного розрахункового дослідження. Висвітлено основні положення щодо організації багатофакторного експериментального дослідження пускових якостей автомобільного дизеля. Зроблено опис та дані характеристики попередньо створеної для експериментального дослідження фізичної моделі на базі вітчизняного автомобільного вихрекамерного дизеля 4ДТНА. Наведено особливості і переваги створеної фізичної моделі щодо традиційних рішень для дослідження пускових якостей автомобільних двигунів, зокрема у використанні зовнішнього навантаження для відтворення впливу на моторне масло низької температури в умовах важкого доступу до кліматичних камер. Обґрунтований вибір саме вихрекамерного зразка фізичної моделі для проведення досліджень пуску через перспективну, знижену на 1-1,5 одиниці, ступінь стиснення та можливість якісного дослідження впливу передпускового підігріву обсягу камери згоряння свічкою розжарювання. Позначені дійсні значення величин обраних 6-ти, найбільш впливових на процес пуску, лінійно незалежних факторів під час проведення експериментального дослідження згідно з прийнятим планом з 77 заліковими холодними пусками. Відзначено, що фактичний результат встановлення певних керованих факторів носить випадковий характер з певною похибкою на границях точного значення відповідно до ортогонального плану експерименту. Таке варіювання дійсних величин вимагає застосування спеціального математичного апарату, реалізованого авторами в програмному продукті Approximation_LSM, при проведенні аналізу результатів 6-ти факторного експериментального дослідження.
Теплофизические характеристики HVAF-покрытия из квазикристаллического сплава системы Al-Cu-Fe
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Фролов, Геннадий Александрович; Ефимов, Николай Александрович; Кисель, Вячеслав Михайлович; Евдокименко, Юрий Игоревич; Боровик, Дмитрий Валериевич; Бучаков, Сергей Васильевич
В статье представлены результаты определения коэффициента теплопроводности квазикристаллических покрытий системы Al-Cu-Fe в диапазоне температур до 900 °С. Квазикристаллический сплав Al-Cu-Fe приобрел большой интерес для практического использования как материал для получения защитных покрытий. Сплав Al-Cu-Fe применяется для получения термобарьерных покрытий в двигателях внутреннего сгорания, антипригарных покрытий на оборудовании химического синтеза и пищевой промышленности, а также для предотвращения обледенения в авиации. Квазикристаллы системы Al-Cu-Fe имеют низкую плотность, высокую твердость, высокий модуль упругости, высокие значения коррозионностойкости и износостойкости, низкий коэффициент трения, пониженную адгезию, низкую теплопроводность в сочетании с коэффициентом теплового расширения, который близок по своей величине к некоторым металлам. Для напыления использовали порошок состава Al63Cu25Fe12 дисперсностью +40/–63 мкм, полученный распылением расплава водой высокого давления и имеющий содержание квазикристаллической фазы около 60 вес. %. Покрытия наносили на торец цилиндрической подложки из стали 45 (диаметр – 25 мм, высота – 10 мм), который перед напылением подвергали струйно-абразивной обработке порошком корунда с определяющим размером частиц 1 мм при давлении распыляющего воздуха 0,5 МПа. Покрытие Al-Cu-Fe толщиной более 0,8 мм было нанесено методом высокоскоростного воздушно-топливного напыления (high-velocity air-fuel (HVAF) spraying) с использованием горелки ГВО-РВ12 при следующем режиме напыления: давление в камере сгорания горелки 1,0 МПа; коэффициент избытка окислителя α ≈ 1,2, дистанция напыления – 270 мм. Образцы устанавливали на боковой поверхности барабана (диаметр 120 мм), вращающегося со скоростью 2,0 об/с (скорость перемещения пятна напыления – 0,8 м/с). Напыление производили в три захода по 10 секунд каждый и с выдержкой для охлаждения по 30 секунд между ними. Определение температурной зависимости теплопроводности покрытия проводили путем решения обратной задачи теплопроводности по одномерным полям температуры в образцах, полученных односторонним струйным нагревом промышленным факелом горячего воздуха (при температурах поверхности до 450 °С) и кислородно-пропановой сварочной горелки (при температуре выше 450 °С). Показано, что значения коэффициента теплопроводности квазикристаллических покрытий и Al-Cu-Fe в диапазоне 20 °С…900 °С изменяются в пределах λ = 1,9 – 2,31 Вт/(м К).
Особливості розподілу палива в об'ємі камери згоряння двотактного дизеля із зустрічним рухом поршнів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Лал, Амір Гул; Шелестов, Максим Сергійович
В роботі проведено аналіз шляхів організації сумішоутворення у двотактному дизелі із зустрічним рухом поршнів. Розглянуті такі питання, як теплообмін зі стінками, розпилювання та випаровування палива, розподіл паливного струмені та парів палива в об'ємі камери згоряння. Зазначено, що значний вплив на процеси в циліндрі двотактного дизеля має тангенціальний вихор, котрий досягається завдяки спеціальному профілюванню вікон. Рух повітряного заряду є важливим та критичним фактором при сумішоутворенні, інтенсивність вихору оцінюється вихровим числом, яке є відношенням числа обертів вихору до числа обертів двигуна. При цьому важливо розуміти фізико-хімічні процеси у циліндрі двигуна. У процесі об'ємного сумішоутворення базовими питаннями є розпилення палива та рівномірний розподіл в об'ємі повітря. Розпилення палива має такі критерії як ступінь дисперсності та рівномірність розпаленого палива. Ступінь дисперсності оцінюється середнім діаметром крапель у розпиленому паливі. А рівномірність розпилювання в об'ємі камери згоряння залежить від форми паливного струменя, далекобійності струменя, завихрення повітря, типу камери згоряння. Наявність далекобійних струй обов'язково повинна супроводжуватись необхідною інтенсивністю руху повітряного заряду вздовж стінки. В іншому випадку в умовах гарячою стінки, що характерна для вітчизняного 6ЧН12/2х12, потрапляння палива на стінки або навіть високий вміст парів палива поблизу стінок може призводити до утворення сажі без тепловиділення, в місцях контакту струменів із перегрітою стінкою виявляються значні тверді відкладення сажі, причому ці відкладення мають характер коксу, отриманого в результаті крекування палива. Зазначений недолік не може бути усунений тільки зміною температури стінки, якщо не усувається одночасно головна його причина, а саме місцева нестача повітря (наприклад у центральній частині днища поршня). Розробка заходів запобігання цьому явищу дозволить покращити екологічність та економічність двигуна.
Урахування шкідливої дії діоксиду вуглецю при комплексній оцінці витрати палива і токсичності відпрацьованих газів дизельних двигунів
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Парсаданов, Ігор Володимирович; Рикова, Інна Віталіївна
За останні десятиріччя дослідження процесів згоряння в двигунах внутрішнього згоряння, додаткова обробка відпрацьованих газів привели до скорочення шкідливих викидів (оксиду азоту NOx, незгорілих вуглеводнів СnНm, оксиду вуглецю СО і твердих частинок ТЧ). Однак особисту занепокоєність у науковців і міжнародної спільноти викликає збільшення при експлуатації енергетичних установок викиду в навколишнє середовище діоксиду вуглецю СО₂, що сприяє підвищенню "парникового ефекту". Для визначення ефективних технічних рішень із удосконалення дизельних двигунів з метою зниження витрати палива та викидів шкідливих речовин з відпрацьованими на кафедрі двигунів внутрішнього згоряння Національного технічного університету "Харківський політехнічний інститут" запропонований безрозмірний комплексний критерій паливної економічності і токсичності відпрацьованих газів, який надає інформацію щодо економічної і екологічної досконалості дизельних двигунів. Проте цей критерій не враховує дію на навколишнє середовище викидів СО₂. В роботі розглянуті умови урахування шкідливої дії СО₂ з використанням методу комплексної оцінки витрати палива і токсичності відпрацьованих газів. Масовий викид СО₂ для кожного режиму роботи дизельного визначається, якщо відомі елементарний склад палива, його молекулярна маса, теплота згоряння і витрата, склад і витрата повітря, а також параметри навколишнього середовища. Для забезпечення об'єктивної оцінки дії СО₂, що викидається із ВГ дизелів, на людину і навколишнє середовище необхідно впроваджувати відповідні поправки, які характеризують його показник відносної агресивності. В першу чергу, це поправка, що враховує дію СО₂ на різні реципієнти, крім людини, та поправка, що враховує можливість накопичення речовини в компонентах навколишнього середовища та в ланцюгах живлення, а також надходження його в організм людини неінгаляційним шляхом. Для обґрунтуванням і впровадження введення таких поправок необхідний об’єктивний науковий підхід, що враховує усі складові щодо визначення негативного впливу СО₂ на людину і навколишнє середовище: парниковий ефект, зміна клімату як при безпосередньому впливі, так і довгостроковій перспективі.
Використання біогазу як сировини і моторного палива в енергетиці і на транспорті
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Лісовал, Анатолій Анатолійович
В статті на підставі світових тенденцій, законодавчих стимулів для кліматично безпечного розвитку галузей економіки обґрунтовано місце біогазу як сировини і моторного палива в декарбонізації енергетики і транспорту України. Для зменшення викидів парникових газів більшість країн здійснюють перехід від викопних видів палива до відновлювальних джерел енергії. В країнах ЄС до енергії з відновлювальних джерел з "зеленим" маркуванням (Green Deal) прирівняли енергію отриману від спалювання природного газу. В Україні законодавчо біометан закріплено як альтернативне газове паливо аналогічне природному газу. Сировиною для біометану є біогаз. Біометан в Україні не виробляють у промислових масштабах через відсутність спеціальних технологій очистки і збагачення на біогазових станціях. В Україні необхідно почати виробляти біометан у промислових об'ємах і задіяти інфраструктуру природного газу для транспортування біометану. Існуюча кількість і якість очисних технологій на біогазових станціях дозволяють використовувати біогаз як самостійне паливо в когенераційних установках у безпосередній близькості від біогазових станцій. Розрахунок теплового балансу приводного газового двигуна 8Ч10/8,8 показав, що крім генерації 30 кВт електричної енергії можна отримати додатково до 162 МДж теплової енергії без залучення відбору теплоти від системи мащення. При генерації лише електричної енергії к.к.д. установки за номінального режиму становить близько 30 %, а при когенерації – збільшується до 75 %. Наступний крок – це використання біогазу як добавки до природного газу в поршневих ДВЗ на автомобілях, автобусах та спеціальній сільськогосподарській техніці місцевого або регіонального рівня. Результати досліджень газового ДВЗ 8Ч10/8,8 забезпечили перехід від кількісного до якісного регулювання паливної суміші природного газу з добавками біогазу. Для сумішевого палива розроблено алгоритм взаємозалежного регулювання. Із зростанням навантаження частка біогазу зменшується, суміш збагачується природним газом. При навантаженні 75 % і більше збагачення паливної суміші відбувається інтенсивніше.
Accounting the emissions of engine fuel vapors in the criteria-based assessment of the ecological safety level of power plants with reciprocating ice exploitation process
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Kondratenko, Olexandr Mykolayovych; Andronov, Volodymyr Anatoliyovych; Polishchuk, Tetiana Ruslanivna; Kasionkina, Natalia Dmytrivna; Krasnov, Viacheslav Anatoliyovych
This study proposed the approach and method on its basis for carrying out of the calculated assessment of the values of the comprehensive fuel and environmental criterion of Prof. I. Parsadanov as the indicator of the ecological safety level of the exploitation process of power plants with diesel reciprocating internal combustion engine, considering the mass hourly emissions of engine fuel vapor caused by the phenomena of large and small breathing of reservoirs. The purpose of the study is to develop the method for taking into account the parameters of pollutant emissions into the environment, such as motor fuel vapors due to the phenomena of large and small breathing of the power plant fuel tanks, as an independent factor of ecological safety. The calculated assessment according to the proposed method is carried out considering the properties of engine fuel, degree of a fuel tank filling, features of model of the engine operation, daily difference of atmospheric air temperature and settings of the respiratory valve of the tank. It is found that considering the emission of engine fuel vapors caused by the phenomenon of small breathing has almost no effect on the level of environmental safety, but for the option of taking into account the effect of the phenomenon of large breathing, such an effect is significant. The scientific novelty of the obtained results is that for the first time a method for considering the emission of engine fuel vapors caused by large and small breathing of fuel tanks of reciprocating internal combustion engines in complex criteria-based assessment of ecological safety. The practical value of the obtained results is that they are suitable for quantitative and qualitative assessment of the studied effects and development on this basis of technical solutions and organizational measures to reduce or eliminate them by developing appropriate environmental protection technology with actuators on a methodological basis of environmental safety management system, including the use of other steady standardized testing cycles as models of engine operation.
Газові двигуни внутрішнього згоряння в системах підвищення ефективності паливних елементів об'єктів великої енергетики
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Бганцев, Валерій Микитович; Лєвтєров, Антон Михайлович
В запропонованій статті аналізується потенціальна можливість підвищення ефективності енергетичного комплексу з газовою турбіною та твердооксидними високотемпературними паливними елементами, до структури якого інтегровано допоміжний поршневий газовий двигун внутрішнього згоряння. Природний газ (метан ) використовується як енергетичний носій. Предметом дослідження є показники робочого процесу допоміжного двигуна при його роботі на сумішевому газовому паливі (монооксид вуглецю ⎼ метан) змінного складу. Дослідження проведені розрахунково-аналітичним методом з використанням спрощеної методики розрахунку робочого циклу поршневого двигуна. Розглядається рішення декількох проблем: утилізація викидів оксиду вуглецю на виході з паливних елементів під час їх прогрівання; забезпечення додаткового джерела електричної енергії для живлення пристроїв конверсії метану та додаткового джерела теплоти для його паро-плазмової конверсії; утилізація оксиду вуглецю та залишків неповної конверсії метану. Розрахункові дослідження показників робочого процесу допоміжного газового двигуна потужністю 100 кВт на сумішевому паливі змінного складу (оксид вуглецю - метан) показують його стабільну роботу при відповідній корекції системи регулювання паливоподачі. Величина ефективного коефіцієнту корисної дії у всьому діапазоні змін складу газової суміші мало змінюється (від 0,369 до 0,380). Його зростання спостерігається зі збільшенням частки метану в сумішевому паливі. Середній ефективний тиск циклу практично не змінюється, а максимальний тиск циклу при роботі двигуна у всьому діапазоні змін у складі суміші становить на рівні 8,0 МПа. Спостерігається невелика зміна максимальної температури зі збільшенням частки метану в паливній суміші ⎼ (від 2117 К до 2048 К). Дослідження засвідчили про ефективність запропонованого способу покращення екологічних та економічних характеристик енергетичного комплексу з паливними елементами, шляхом включення в його структуру допоміжного газового двигуна з мінімально витратною адаптацією для роботи на сумішевому паливі змінного складу.
Розробка заходів з підвищення надійності підшипникового вузла турбокомпресора автотракторного дизеля
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Триньов, Олександр Володимирович; Сівих, Дмитро Георгійович
Для підвищення надійності малорозмірних турбокомпресорів, зокрема підшипникового вузла, запропоновано використання в автоматичному режимі локального охолодження підшипника стисненим повітрям. Розглядається конструкція турбокомпресора з центральним корпусом, в якому розміщується підшипник і до якого підводиться під надлишковим тиском моторне масло з системи змащення двигуна. Така конструкція є найбільш розповсюдженою серед турбокомпресорів автотракторних двигунів. Критичним для підшипника можуть стати форсовані режими двигуна, що супроводжуються закиданнями температури відпрацьованих газів, наприклад, внаслідок некерованого збільшення циклової подачі, різкого зростання навантаження. Такі режими призводять до зростання температурних деформацій турбінного колеса, ротора, знижують надійність турбокомпресора. Відведення теплоти від ротора через підшипниковий вузол в систему змащення виявляється недостатнім, необхідне додаткове короткочасне локальне охолодження. В проведеному дослідженні змодельовані теплообмінні процеси в підшипниковому вузлі малорозмірного турбокомпресора з використанням розробленої математичної моделі на основі методу скінчених елементів. Для уточнення моделі, а саме граничних умов задачі теплопровідності, було проведено серію безмоторних експериментів з локально охолоджуваним підшипником. В ході безмоторних експериментів було відпрацьовано алгоритм роботи системи автоматичного керування, відібрані та перевірені на практиці окремі її структурні елементи. Проведені безмоторні експерименти та результати математичного моделювання підтвердили ефективність ви-користання системи автоматичного локального охолодження підшипникового вузла. Зазначені заходи підвищують надійність малорозмірних турбокомпресорів.