автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизация процесса подготовки водотопливной эмульсии для дизельных энергетических установок

На правах рукописи

ГАНИГИН Сергей Юрьевич

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ПОДГОТОВКИ ВОДОТОПЛИВНОЙ ЭМУЛЬСИИ ДЛЯ ДИЗЕЛЬНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

Специальность: 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Самара - 2006 г.

Работа выполнена на кафедре информационно-измерительной техника Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Самарского государственного технического университета.

Научный руководитель: заслуженный деятель науки и техники РФ

доктор технических наук, профессор Куликовский Константин Лонгинович

Официальные оппоненты: доктор технических наук

профессор Лившиц Михаил Юрьевич

кандидат технических наук

доцент Галицков Константин Станиславович

Ведущая организация: Самарская государственная академия путей сообщения

Защита состоится 5 апреля 2006 г. в 10 часов

на заседании диссертационного совета Д 212.217.03 Самарского государственного технического университета в аудитории 28 (корпус 6) ул. Галактаоновская, 141.

Отзывы на автореферат просим высылать по адресу 443100 г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244, Самарский государственный технический университет, главный корпус, на имя ученого секретаря диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Самарского государственного технического университета по адресу: ул. Первомайская, 18.

Автореферат разослан 2. марта 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.217.03

В.Г. Жиров

ХООб А

АААЪ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Актуальность ресурсосберегающих технологий и технологий, повышающих экологическую безопасность в сфере использования жидких углеводородных топлив в настоящее время неоспорима.

Наиболее эффективным методом одновременного повышения экономических и экологических показателей является перевод питания дизельных энергетических установок (ДЭУ) на водотопливную эмульсию (ВТЭ). Эта технология получила широкое распространение на объектах, работающих большую часть времени в установившихся режимах, например, судовая энергетика и котельные установки.

Надежную работу дизелей на ВТЭ без использования дорогостоящих эмульгаторов, повышающих устойчивость эмульсий, можно обеспечить лишь в системах непрерывного действия, в которых время промежуточного хранения обводненного топлива минимально и эмульсия готовится непосредственно перед подачей к дизельной установке.

В настоящее время существуют устройства получения эмульсии, которые могут быть встроены в линию подачи топлива с возможностью изменения состава эмульсии в процессе работы системы, без изменения конструкции дизельной установки. Такие системы обеспечивают непрерывность действия и позволяют изменять состав водотопливной эмульсии в процессе работы. В то же время, существующие системы подготовки эмульсий не содержат контура оптимизации состава по показателям работы дизелей. Кроме того, зачастую отсутствует и контур стабилизации концентрации воды от внешних возмущений.

Указанные недостатки не позволяют получить максимальную эффективность использования водотопливной эмульсии, т.к. оптимальный состав эмульсии определяется режимом работы и условиями эксплуатации энергетической установки, более того несоответствие концентрации воды оптимальным значениям может привести к ухудшению показателей работы дизеля, что снижает надежность всей системы.

Повысить эффективность, надежность и расширить область применения водо-топливных эмульсий можно путем управления и оптимизации состава эмульсии по показателям работы дизельных энергетических установок. Таким образом, решение задачи комплексной автоматизации систем подготовки и использования водотопливной эмульсии непрерывного действия своевременно и актуально.

Разработка системы управления и оптимизации состава эмульсии возможна лишь на основе комплексных исследований работы дизельных энергетических установок на водотопливной эмульсии в статических и динамических режимах, особенностей подготовки эмульсии, определения критериев оптимизации и алгоритмов управления.

Цель и задачи работы. Целью исследований является повышение эффективности использования водотопливной эмульсии путем оптимизации состава в процессе непрерывной подготовки по показателям работы дизеля.

Для достижения этой цели поставлены следующир задачи:-----

РОС. НАЦИОНАЛы;А." ! БИБЛИОТЕКА !

1 разработать математическую модель, учитывающую влияние состава обводненного топлива на экономические и экологические показатели работы дизеля;

2 разработать математические модели систем подготовки и стабилизации концентрации воды в водотопливной эмульсии;

3 определить критерии оптимизации состава эмульсии;

4 разработать алгоритмы оптимизации состава ВТЭ и оценить их эффективность путем имитационного моделирования и в натурном эксперименте;

5 разработать, средства автоматического регулирования состава эмульсии.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы математического анализа, имитационного моделирования, методы теории автоматического управления и экстремального регулирования, обработки экспериментальных данных (экспериментальная часть выполнена в рамках работ, проводимых НТЦ "Надежность технологических, энергетических и транспортных машин" СамГТУ

Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие основные научные результаты:

- получена математическая модель влияния состава эмульсии на экономические и экологические показатели работы дизеля, основанная на расчете эквивалентных приращений расхода основного топлива или удельной теплоты сгорания, определяемых по статическим характеристикам, что позволяет разделить модель на безынерционную экстремальную часть и линейную часть, отражающую динамику дизеля;

- сформулированы критерии оптимального состава эмульсии, учитывающие совместно, требования к экологическим и экономическим показателям работы дизеля;

- разработаны алгоритмы управления и оптимизации состава обводненного топлива по выходным показателям работы дизеля, удовлетворяющие совокупности сформулированных критериев оптимального состава эмульсии;

- предложена структура системы подготовки водотопливной эмульсии непрерывного действия, обеспечивающая дискретное изменение концентрации воды в эмульсии, и разработана математическая модель этой системы.

Научные положения, выносимые на защиту:

- математическая модель, описывающая статические зависимости показателей работы дизельного двигателя от концентрации воды в водотопливной эмульсии;

- математические модели дизельного двигателя, работающего на водотопливной эмульсии, как объекта управления, основанные на расчете эквивалентного расхода топлива или удельной теплоты сгорания, определяемого по статическим характеристикам;

- модель и структура системы подготовки водотопливной эмульсии, обеспечивающей дискретное изменение концентрации;

- алгоритмы оптимизации и результаты численного моделирования работы системы управления и оптимизации состава обводненного топлива по показателям функционирования дизельных энергетических установок.

Практическая ценность работы. Прикладная значимость проведенных исследований определяется следующими результатами:

- проведены экспериментальные исследования работы дизеля ПД-1М на водо-топливной эмульсии;

- разработаны алгоритмы оптимизации состава водотопливной эмульсии для дизеля ПД-1М тепловоза ТЭМ-2, которые показали высокую эффективность при реостатных испытаниях;

- разработана испытана и внедрена система регулирования состава водотопливной эмульсии для главных судовых котлов КВА 1/0,5 танкеров "Волгонефть" пароходства ОАО "Волготанкер". Разработанная система включает аппаратную часть (датчики, исполнительные механизмы и контроллер управления) и программную реализацию разработанных алгоритмов управления.

Реализация результатов работы. Результаты проведенного исследования использовались в виде алгоритмического, программного и аппаратного обеспечения при разработке, испытаниях и внедрении автоматизированной системы управления составом водотопливной эмульсии в рамках работ, проводимых НТЦ "Надежность технологических, энергетических и транспортных машин" СамГТУ.

Апробация результатов работы. Вынесенные на защиту положения диссертационной работы докладывались на Всероссийской научно-технической конференции «Методы и средства измерения в системах контроля и управления» (2001г., г Пенза); IV Научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте» (2002г., г. Москва); Международной конференции «Надежность технологических, энергетических и транспортных машин» (2003г., г. Самара); Международной научно-технической конференции "Информационные, измерительные и управляющие системы (ИИУС - 2005)", 2005г.

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 4-х научных статьях, 5 тезисах к докладам.

Структура и обьем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Работа содержит 144 страницы машинописного текста, 4 таблицы, 83 рисунка и 6 приложения. Список использованной литературы включает 87 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, формулируются цель и задачи проводимых исследований, научная новизна и практическая ценность полученных результатов, указаны основные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе приводится анализ свойств, особенностей сгорания и влияния состава эмульсии на показатели работы дизельных энергетических установок, а также анализ существующих систем подготовки ВТЭ.

Опыт использования ВТЭ для питания дизельных установок, накопленный российскими и зарубежными специалистами показал, высокую эффективность этой технологии, обеспечивающей одновременное снижение токсичности продуктов сгорания и расхода основного топлива.

Основными объектами внедрения технологии являются судовые дизельные установки речного и морского транспорта, двигатели железнодорожных локомотивов, промышленные котельные установки. В Самарской области основными потребителями технологии перевода питания дизельных установок на водотопливную эмульсию являются предприятия транспортной и энергетической промышленности. В частности для Куйбышевской железной дороги актуален перевод на ВТЭ дизельных двигателей ПД-1М тепловозов ТЭМ-2. В Самарском представительстве пароходства ОАО «Волготанкер» аналогичная задача поставлена для котлоагрега-тов типа КВА 1/0,5. Установки данного типа являются основными объектами внедрения результатов исследований.

Наиболее распространенные виброкавитационные установки без использованя дорогостоящих эмульгаторов не обеспечивают высокой кинетической устойчивости эмульсии, время расслоения которых зависит от дисперсности, концентрации воды (рисунок 1), температуры.

Решить проблему надежности работы дизельных установок на обводненном топливе возможно путем использования систем подготовки непрерывного действия, в которых эмульсия готовится непосредственно перед ее использованием без промежуточного хранения. Достоинством таких систем (рисунок 2) является также возможность оптимизации состава по экономическим и экологическим показателям работы дизельных энергетических установок, что позволяет повысить эффективность использования ВТЭ, так как, оптимальная концентрация воды зависит от режима работы дизельной установки. Однако, в большинстве эксплуатирующихся систем отсутствует не только внешний контур оптимизации состава эмульсии, но и контур стабилизации концентрации воды от внешних возмущений.

15%

Контроллер Датчик 1

системы показателя «—г Двигатель

управления сгорания »

1 \

Вода Регулятор Устройство

нагнетаемой образования ВТЭ

воды эмульсии 1 \

С _ Топливо^ I 1 1

Рисунок 1 - Осаждение водной фазы

Рисунок 2 - Структура системы управления составом ВТЭ

Таким образом, решение задачи автоматизации процесса подготовки эмульсии для дизельных установок является очевидным шагом развития технологии использования водотопливных эмульсий.

Во втором разделе разработаны математические модели, определяющие зависимости экономических и экологических показателей работы дизелей от концентрации воды в ВТЭ в статических и динамических режимах. Также в главе рас-

сматриваются критерии оптимизации и общая структура системы управления составом эмульсии непрерывного действия.

Зависимости выходных показателей дизеля от концентрации воды в эмульсии в установившихся режимах можно получить экспериментально в виде семейств статических характеристик. В работе проведен анализ экспериментаьных данных, полученных автором и другими исследователями. В частности, семейство статических характеристик удельного расхода топлива судового дизеля 6ЧН25/34 представлено на рисунке 3. Семейство статических характеристик дымности продуктов сгорания дизеля ПД-1М тепловоза ТЭМ-2 на различных нагрузочных и скоростных режимах представлено на рисунке 4.

is Cw, %

Рисунок 3 - Удельный расход топлива судового дизеля 6ЧН25/34.

Рисунок 4 - Дымность отработавших газов дизеля ПД-1М.

На основе проведенного анализа экспериментальных данных можно утверждать, что зависимости выходных показателей работы рассматриваемых дизелей от концентрации воды в ВТЭ носят унимодальный характер на интервале допустимых концентраций. Это подтверждается физико-химическим механизмом сгорания эмульсии. Статические характеристики могут быть аппроксимированы степенными полиномами. Анализ показывает, что достаточную точность аппроксимации обеспечивают полиномы третьей и четвертой степеней. Повышение порядка искажает реальное поведение объекта и приводит к появлению не существующих экстремумов, а понижение влечет ошибку аппроксимации. Таким образом, в качестве статических моделей можно использовать выражения вида

Be(cw) = А4 + А3 *cw3 + A2*cJ + A ,*cw + A0 (1)

Cdcw) = B4i*cw4 + B3i*cw3 + B2i*cw2 + Bn*cw + Воь (2)

где Be - удельный эффективный расхода топлива, cw - концентрация воды в ВТЭ, С; - токсичный компонент продуктов сгорания (NOx, СО, дымность и др.).

Такие модели могут быть использованы в качестве эталонных в системе управления. При этом параметры полиномов аппроксимации могут уточняться непрерывно или эпизодически в процессе эксплуатации системы.

При проведении активного эксперимента, с целью получения или уточнения статической характеристики объекта, необходимо оценивать точность аппроксима-

ции полиномами разных степеней. В соответствии с методом наименьших квадратов, вектор коэффициентов полинома определяется из матричного выражения

А = (РТРГ1ГТ ¥ (3)

где F- матрица степеней входной величины объекта (концентрация воды в эмульсии); V - вектор усредненных значений выходной величины (расход топлива, концентрация токсичных компонентов в продуктах сгорания) в выбранных узлах.

Описанный алгоритм реализует оценивание по фиксированной выборке. Оценка вычисляется один раз, после того как сформирована выборка некоторого объема. Такой подход можно использовать эпизодически в процессе работы системы оптимизации с предсказанием статической характеристики.

Моделирование работы дизеля на ВТЭ в неустановившемся режиме является сложной задачей, при решении которой необходимо учитывать множество факторов. Известно, что использование водотопливной эмульсии существенно влияет на рабочий процесс дизеля. От присадки воды зависит сжимаемость и плотность эмульсии, скорость распространения в ней звука, определяющие процесс подачи топлива, который характеризуется углом опережения, продолжительностью и давлением впрыска. Эти параметры влияют на максимальное давление сгорания, скорость нарастания давления в цилиндре, следовательно, на крутящий момент, развиваемый дизелем, эффективную мощность и удельный расход топлива. Исследование работы топливной аппаратуры на водотопливных эмульсиях проведено, например, в работах Лебедева О.Н.. Учет влияния динамики топливоподающей аппаратуры на динамические свойства дизеля в целом можно найти в работах Крутова В.И., Грехова Л.В..

Неустановившийся режим дизеля описывается уравнением вида:

(4)

Л

где /- приведенный момент инерции вращающихся элементов двигателя и агрегатов потребителя; а- угловая скорость вращения вала, рад-с"1; АМа ДМс - приращение крутящего момента со стороны двигателя и потребителя, Н м.

Начальные значения крутящих моментов определяются по скоростным характеристикам двигателя и потребителя:

Ме(п) = А3*п3+ А2*п2 + А,*п + Мео, (5)

яг,

Мс(п) = В*п2, (7)

где А3, Л2, Ль В - коэффициенты аппроксимации; Ни - низшая теплота сгорания топлива, Дж/кг; - число цилиндров в двигателе; тд - тактность двигателя; т]1 -эффективный к.п.д. дизеля; gц - цикловая подача топлива, кг.

Характерное время неустановившегося режима в топливной аппаратуре, вызванного изменением свойств топлива (обводненности), существенно меньше времени установления выходных показателей. Таким образом, в первом приближении, используя принцип квазистационарности (представление показателей рабочего процесса дизеля при неустановившихся режимах через параметры установившихся

режимов), можно принять

М? = М™ = Дп, с,,к) (8)

М", М" - крутящий момент, развиваемый двигателем в зависимости от уста-

« е

новленной подачи топлива и частоты вращения вала в установившемся и неустановившемся режиме, Н-м; А - положение рейки топливного насоса, определяющее текущую цикловую подачу топлива.

Пренебрегая процессами в топливной аппаратуре (8), введем понятие эквивалентного приращение расхода топлива, которое вызывает такое же изменение крутящего момента, что и приращение концентрации воды в эмульсии:

Следует отметить, что физически добавка какого-либо вещества к топливу при фиксированном положении органа, регулирующего подачу топлива, не означает увеличения цикловой подачи на эту величину.

Используя полученные экспериментально характеристикам Ве(ст Д^ п) (рисунок 3), эквивалентная цикловая подача топлива:

(Ю)

= Ас, Зс

=

Ас =—-Дс =—-—--Ас .

ос„ " 3600/,» дс "

Таким образом, подставляя (10) в (6), получаем изменение крутящего момента АМе(с„), вызванное приращением концентрации воды в ВТЭ. Далее расчет динамических режимов можно выполнять, используя известные соотношения (4-7).

Таким же образом можно ввести на основе выражения (6) вспомогательную переменную эквивалентной удельной теплоты сгорания используемого топлива.

Приведенный подход позволяет представить модель дизеля при работе на ВТЭ как объект с разделенными линейной и нелинейной частями, отражающими динамику и статику работы дизеля (рисунок 5). В рассматриваемом случае нелинейная часть описывается экстремальной унимодальной статической характеристикой.

Структурная схема дизеля, работающего на ВТЭ, с ПИД-регулятором частоты вращения вала представлена на рисунке 6.

\с„

НЧ\

Ли

Топливная аппарата

8ц

СО

N0

(Он

&Ц.ГК* *

мс,

СН

м

Щ<а)

&

Дизель

-о-

8н

ЛЧ

/(Мс, ш, zJ

,М< Ве

щ

\м

ММ

1/1

Ш

ехр(-рЦ I

К.р' + Х.р+Х.

Рисунок 5 - Разделение в модели дизеля, линейной и нелинейной части

(Огр

Рисунок 6 - Структурная схема модели дизеля, работающего на ВТЭ

Для расчета неустановившихся режимов работы дизеля на ВТЭ могут использоваться рекуррентные соотношения (11). Коэффициенты С в, СI, С2, С, полинома аппроксимации характеристики Ни(сц) определяются го выражения (9), выражения для эффективной мощности дизеля и в результате обработки статических характеристик "концентрация воды - удельный расход топлива" (рисунок 3).

= огм + ^Н + /42ег?_1 + - Вш1л + Н,(с„

Н» (с№ ) = Сус1Г /-1 + С г*-» и + + Св;

(И)

= Е2А, +Я,; 1

,+(к2 + -(2*г + *,Д/)?>М +

Тии+М'

о>(0)-а>0; к(0) = к0; На рисунке 7 представлены результаты моделирования работы дизеля при ступенчатом изменении концентрации воды. При расчетах использовались следующие данные: приведенный момент инерции J= 112 Н*м*(?\ эффективный к.п.д. дизеля 35 %; со0 = 700 об/мин; ки = 0,3, к„ = 3; = 12; тд = 4; ^ = 0,01 кг; Нщ = 43000000 Дж/кг. Зависимость эквивалентной удельной теплоты сгорания ВТЭ от концентрации воды при п = 700 об/мин для дизеля ПД-1М имеет вид:

Н-и(сп) = - 940,61 - 669,29*0*? + 303290*сы + 43000000. (12) На рисунке 8 показана структурная схема системы управления составом эмульсии по показателям работы дизеля, в состав которой входят: устройство подготовки ВТЭ, контур стабилизации, дозатор воды, датчик расхода топлива, датчик расхода воды, датчики выходных величин (крутящий момент, частота вращения вала, производительность, концентрация вредных компонент в отработавших газах, температуры), контур определения оптимальной концентрации воды в эмульсии.

ои«- ( 1 1 1 1 I

\ 1

1.С

Даток расхода / топлива

Смеситель 4

ли да » бф 65

Рисунок 7 - Реакции выходных величин дизеля при ступенчатом изменении концентрации воды в ВТЭ

Рисунок 8 - Структурная схема системы управления составом водотопливной эмульсии

Рассматриваемый в работе процесс регулирования заключается в определении и введении в устройство для эмульгирования оптимального по некоторым критериям количества воды и стабилизация найденной концентрации воды от внешних возмущений.

Критерии оптимизации и соответствующий алгоритм поиска оптимальной

концентрации формально можно представить в следующем виде

fC(CW, N)<CUm ■ ** [Cw е [0; Cw np ] (")

Cw = arg min g(Cw, N )

CW eil

Первые два неравенства задают интервал рабочих концентраций воды в ВТЭ, в пределах которого показатели токсичности не превышают ПДК (Сьш)- Последнее уравнение определяет единственное значение концентрации как точку минимума экономического показателя в данном интервале, что проиллюстрировано на рисунке 9.

В третьем разделе проведен сравнительный анализ показателей качества регулирования в системах стабилизации концентрации воды с различными исполнительными механизмами и законами регулирования. Проведенный анализ показал, что время регулирования сравнимо с временем установления выходных показателей дизеля, по которым осуществляется оптимизация состава ВТЭ, снижая запас устойчивости системы. Значения перерегулирования при установлении концентрации в рассмотренных системах может стать больше предельно допустимых значений. Это снижает надежность систем подготовки ВТЭ.

Повысить надежность работы системы оптимизации и точность установления оптимальной концентрации при работе системы подготовки ВТЭ можно за счет использования промежуточных емкостей для накопления и расходования эмульсии к дизелю при этом исключаются периоды работы дизеля на эмульсии с концентрацией воды, определяемой переходными режимами системы подготовки ВТЭ при установлении новых значений концентрации воды.

Структурная схема, такой системы показана на рисунке 10. На схеме обозначено: 1 - регулятор расхода воды; 2 - датчик расхода топлива; 3 - датчик расхода воды; 4 - диспергатор-смеситель; 5,7, 8,10 - клапан; 6,9 - емкость с уровнемером; 11 - датчик частоты вращения вала; 12 - датчик крутящего момента; 13 - датчик дымности; 14 - датчик NO; 15 - датчик СО; 16 - дизель; 17 - клапан переключения на штатную линию подачи топлива, системы управления; 18 - регулятор расхода воды; 19 - система управления, 20-21 - клапаны регулирующие возврат эмульсии из наполненных емкостей на вход диспергатора. Емкости промежуточного

V /8

V — *£— —

п

Рисунок 9 - Критерий управления по экстремальной характеристике расхода чистого топлива.

хранения эмульсии снабжены встроенными датчиками - сигнализаторами уровня -«наполнено - опустошено».

Алгоритм работы предлагаемой системы предполагает противофазное наполнение - опустошение промежуточных емкостей. Временная диаграмма работы предлагаемой системы показана на рисунке 11.

Для синтеза алгоритмов оптимизации и управления составом ВТЭ, исследования поведения предлагаемой системы и выбора оптимальных значений параметров, разработана среда имитационного моделирования, в которой также использована предложенная модель дизеля при работе на ВТЭ. Средством разработки послу-

Рисунок 10

Устройство подготовки ВТЭ и по дачи ее к дизелю.

жил программный комплекс технических вычислений \iatlab и среда имитационного моделирования БшиПпк.

Основными функциональными блоками системы являются: модель двигателя входными величинами которой являются требуемая скорость вращения вала или положение рейки топливного насоса и крутящий момент со стороны потребителя, а

выходными - фактическая скорость вращения, крутящий момент со стороны двигателя и расход потребляемого топлива; блок, задающий входные воздействия для двигателя и внешние возмущения системы; модель установки подготовки ВТЭ с блоком стабилизации концентрации воды; блок преобразования концентрации воды в ВТЭ в эквивалентное приращение подачи топлива по статической характеристике в зависимости от нагрузочного и скоростного режима; блок, реализующий алгоритм поиска оптимальной концентрации; блок, реализующий алгоритмы оцен-

Рисунок 11

Интервалы хранения приготовленной эмульсин

- Пояснение принципа работы системы

ки эффективности работы системы управления.

Используя разработанную среду имитационного моделирования проведено исследование эффективности различных алгоритмов экстремального регулирования при оптимизации состава эмульсии по сигналу удельного расхода топлива. Рассматривались следующие алгоритмы:

- шаговый алгоритм поиска экстремума с фиксированным шагом д^ и запоминанием экстремума, описываемый рекуррентным соотношением:

(о ~~ с* (1-1> * г *

йл-1 —Не 1 \С* (!-1)~СЯ' (1-2) у

у = 1/Ве, (14)

где Ве — удельный расход топлива.

- шаговый алгоритм, в котором шаг определяется последовательностью смены знаков производной регулируемой величины по управляющему воздействию. Алгоритм описывается рекуррентным соотношением:

' Л-.-Л--2 1, (15)

с*, = + Лс^^л! -и системой условий

У) = »««С .Км - Л-1) - Щп( у,_2 - ум ) Ащн(у) = 0 -> Дс^,. =Дси./ч+Дсв,0 (16)

\teignfу)| = 2 Аси,1 = Ься,11 - Д<у0 или = Аси,0

- алгоритм управления по производной статической характеристики:

СП = с№1-1 + »

(17)

.-с,

Наилучшей эффективностью обладает алгоритм управления по производной (17), однако он наиболее чувствителен к шумам и дрейфу параметров системы. Большей надежностью обладает алгоритм, описываемый (15), (16).

При проведении исследования качества работы экстремальной системы регулирования (ЭСР) рассматривалась также система оптимизации состава эмульсии по сигналу дымности отработавших газов дизеля ПД1-М. Использовалась модель дизеля в виде последовательного соединения нелинейного и линейного звеньев. Нелинейное звено описывается статической зависимостью дымности от концентрации воды в ВТЭ на номинальном режиме и имеет вид кубического полинома:

Сс = - 0.0057*Су? + 0.362*с„2 - 4.9267*сК + 33.8 (18)

Линейная часть характеризует динамику выделения сажи при изменении скоростного режима дизеля. В результате анализа переходных процессов установления дымности продуктов сгорания, получены передаточные функции дизеля по каналу «цикловая подача топлива - дымность продуктов сгорания». В частности, передаточная функция при оптимизированной настройке топливной аппаратуры, имеет вид

12

49,22 рг +145,5 р + 9,005

р> + 0,8638рг + 0,4206р+0,05032 # (19)

Поиск экстремума при использовании алгоритмов (14 -17) в инерционных системах является весьма длительным и сопровождается значительным колебательным перерегулированием и потерями на «рыскание». Теоретические основы повышения скорости поиска экстремума в динамических системах рассмотрены в работах Казакевича В.В. В частности, задача решается при использовании звена динамической оптимизации. На рисунке 12 представлена схема такого звена для исполнительного механизма - клапана управляемого проходного сечения.

О-Ф

| у? р—

Рисунок 12 Схема звена динамической оптимизации

Результаты моделирования при фиксированном положении статической характеристики и разных значениях параметров алгоритма приведены на рисунках 13, 14.

, % Концентрация води в ВТО'

150 /, с

Рисунок 13 Временные диаграммы работы рисунок м Временные дизграммы ра.

системы при различных значениях шага алгоритма

боты системы при различных значениях начального шага

Также была проведена оценка эффективности системы оптимизации при искусственно создаваемом дрейфе статической характеристики, который имеет место при изменении, нагрузочного и скоростного режима, а также параметров объекта. В процессе моделирования использовалась модель дрейфа, при которой точка экстремума движется как в горизонтальном так и в вертикальном направлении.

Сс = - 0.0057*(ск~х,(())}+0.362*(ск~х,(ф2- 4.9267*(с„-х,(0+у (0+33.8. (20) Функции х^) и у 1(1), определяющие дрейф статической характеристики, могут быть регулярными или случайными. При моделировании использовались линейные и гармонические х/(/) иу,(1):

х,0)=Х01 + Х„ у(1)=¥в1+¥,. (21)

х,(0 = Хв51п(и>0л) + Х„ у(г) =кв51и(и>0.г) + У;. (22)

Некоторые результаты моделирования системы в условиях дрейфа статической характеристики приведены на рисунках 15, 16.

О 10 20 30 40 50 60 70 80 901, с Рисунок 16 - Работа системы при гори-Рисунок 15 - Фазовая траектория работы 30нтальном дрейфе статической характе-системы при вертикальном дрейфе стати- ристики и различной скорости дрейфа ческой характеристики

Моделирование процесса экстремального регулирования позволяет определить оптимальные параметры системы и алгоритма поиска экстремума (начального значения шага изменения концентрации и времени одного такта управления), при которых поиск осуществляется за кратчайшее время и с минимальными потерями.

Предложен и исследован алгоритм поиска оптимальной концентрации, основанный на предсказании параметров статической характеристики влияния состава ВТЭ на показатели работы дизеля и критерии оптимальной концентрации (13).

В четвертом разделе рассматриваются варианты технической реализации системы управления и оптимизации состава ВТЭ. Приведены результаты работы внедренной системы (рису- нок 17) стабилизации состава эмульсии для судового котла КВА 1/0,5 танкера Волгонефть пароходства ОАО "Волготанкер".

В состав системы входят датчики расхода воды и топлива, цвета и интенсив-Рисунок 17 - Система управления составом ности пламени в топке кот-ВТЭ для котлоагрегата КВА 1/0,5 ла, электромагнитный кла-

танкера «Волгонефть». 1 - котлоагрегат; 2- сис- пан, регулирующий расход тема подготовки ВТЭ; 3 - контроллер системы воды и контроллер системы управления

управления, реализованный на базе микроконтроллера семейства МСБ - 51 (АОиС831). В системе реализован оптимальный по быстродействию алгоритм управления.

Приведена методика экспериментального исследования эффективности системы управления составом ВТЭ при реостатных испытаниях дизелей ПД-1М железнодорожных локомотивов ТЭМ-2. Методика включает: определение статических характеристик удельного расхода топлива при различных концентрациях воды в ВТЭ, скоростных и нагрузочных режимах работы дизеля; экспериментальную оценку показателей качества системы стабилизации концентрации воды в эмульсии; оценку эффективности алгоритма экстремального регулирования.

В результате проведенных экспериментальных исследований получено семейство статических характеристик удельного расхода топлива (рисунок 18) и дымно-сти отработавших газов (4) дизеля ПД-1М.

На экспериментальном стенде реализован шаговый алгоритм экстремального регулирования с шагом, зависящим от последовательности смены знаков производной. Режим работы дизеля поддерживался постоянным (п=710мин1, М=500кВт). Поиск оптимальной концентрации выполнен за 7 шагов. Время каждого шага определялось текущей концентрацией и объемами промежуточных емкостей и составляло 21-23 минуты. Найденное значение равно 12,6%. Оптимальное значение, полученное по статической характеристике на выбранном режиме работы дизеля составило 12,2%. Таким образом, относительная ошибка составила 3,2%.

Реализован оптимальный по

Не. гн/кВтч

быстродействию алгоритм

управления для объекта - участка трубопровода, описываемого апериодическим звеном первого

порядка, звеном чистого запаздывания и исполнительным механизмом с регулируемым проходным сечением. Время стабилизации состава эмульсии составляло 20 - 30 секунд. В схеме испытательного стенда была

В приложениях представлены: исходные коды программ обработки данных

экспериментов; акт внедрения результатов работы и испытания системы автоматического регулирования состава водотопливной эмульсии.

Общие выводы и заключения

1 Исследовано влияние состава ВТЭ на экономические и экологические показатели работы дизелей. Установлено, что дизельные установки, питаемые ВТЭ, имеют унимодальные экстремальные статические характеристики - зависимости показателей работы от концентрации воды в эмульсии. Установлено также, что оптимальные значения концентрации воды в эмульсии для различных показателей работы дизелей различны и существенно зависят от нагрузочного и скоростного режима. Следовательно, задача оптимизации состава ВТЭ сводится к задаче экстремального регулирования с ограничениями на управляющее воздействие.

2 Сформулированы критерии оптимизации состава ВТЭ по показателям работы дизельных установок, позволяющие снижать расход топлива при допустимых значениях концентрации токсичных компонентов в продуктах сгорания.

3 Разработана математическая модель дизеля работающего на ВТЭ, основанная на разделении нелинейной статической части и линейной динамики. Такой подход позволяет использовать существующие методы экстремального регулирования и повышения скорости поиска экстремума.

4 На основе обработки экспериментальных данных получены семейства статических характеристик - зависимостей удельного расхода топлива и дымности отработавших газов от концентрации воды в ВТЭ на различных скоростных и нагрузочных режимах для дизелей ПД-1М тепловоза ТЭМ-2 и судового 6ЧН25/34.

5 Для повышения точности и надежности системы оптимизации состава ВТЭ, предложена двухуровневая система стабилизации концентрации воды в ВТЭ с двумя промежуточными емкостями, обеспечивающее дискретное изменение концентрации. При этом наполнение и расходование ВТЭ происходит в проти-вофазе. Таким образом, к потребителю поступает эмульсия с уже установившимся значением концентрации воды.

6 Для оценки эффективности алгоритмов управления разработана среда имитационного моделирования, включающая все компоненты системы подготовки ВТЭ, дизель с реализацией преобразования концентрации воды в ВТЭ в эквивалентную подачу топлива. На основе проведенного моделирования некоторых алгоритмов поиска экстремума (шаговый, с переменным шагом, с управлением по производной) выполнена оценка их эффективности.

7 Предложен алгоритм определения оптимальной концентрации воды в ВТЭ по статическим характеристикам, получаемым на основе тестовых воздействий в процессе нормальной работы дизельной установки.

8 Разработана, и внедрена система автоматического регулирования состава эмульсии для котлоагрегатов КВА 1/0,5 танкеров "Волгонефть" пароходства ОАО «Волготанкер».

Список публикаций по теме диссертации

1 Ганигин С. Ю., Шигин С. В. Адаптивная система автоматического управления технологическим процессом непрерывной подготовки водотопливной эмульсии. Вестник СамГТУ Серия "Физико - математические науки", Выпуск 12, 2001 год, с. 207-209.

2 Ганигин С.Ю., Оптимизация компонентного состава водотопливной эмульсии и динамика систем подготовки непрерывного действия. Вестник СамГТУ. Серия "Физико-математические науки" Выпуск 38, 2005 год, с.131-136.

3 Ганигин С.Ю., Куликовский K.JI. Система управления подготовкой водотопливной эмульсии для дизельных двигателей. Вестник СамГТУ. Серия "Технические науки" Выпуск 33,2005 год, с. 19-24.

4 Ганигин С.Ю., Надеждин Р.В., Письменный П.В. Моделирование систем многомерного сравнения для контроля параметров многосвязных объектов. Труды молодежного научного общества СамГТУ. 1999. с.34-36.

5 Ганигин С.Ю. Повышение качества экстремального регулирования состава водотопливной эмульсии в дизельных энергетических установках. //Обозрение прикладной и промышленной математики. 2005.-Т. 12, вып.4, С.932-933.

6 Ганигин С.Ю. Адаптивная система автоматического управления технологическим процессом подготовки водотопливной эмульсии// Сб. тез. докл. Всероссийск. конф. «Микроэлектроника и информатика - 2001», -М.: МГИ-ЭТ, 2001. - с.36.

7 Ганигин С.Ю., Куликовский K.JI., Система управления подготовкой водотопливной эмульсии для дизельных двигателей. Материалы Международной научно-технической конференции "Информационные, измерительные и управляющие системы (ИИУС - 2005)", 2005г, с.22-23.

8 Ганигин С.Ю., Громаковский Д.Г., Ковшов А.Г., Меньшов А.П., Силаев Б.М., Шигин C.B., Дынников A.B. Особенности трения и изнашивания в системах подготовки и применения водотопливной эмульсии //Сб. докл. международного конгресса «Механика и трибология транспортных систем - 2003», Том 1, - Ростов н/Д: РГУПС, 2003. - с.263-265.

9 Ганигин С.Ю. Оптимизация компонентного состава водотопливной эмульсии и динамика систем подготовки непрерывного действия //Сб. трудов международной конференции «Надежность технологических, энергетических и транспортных машин», Том 1, - М.: Машиностроение, 2003. - с. 179184.

Автореферат отпечатан с разрешения диссертационного совета Д 212.217.03 Самарского государственного технического университета (протокол № 1 от 6 февраля 2006 г.)

Формат 60x84 1/16

Усл. п. л. 1,00. Тираж 100 экз. Заказ № 747 Отпечатано на ризографе.

Самарский государственный технический университет, Отдел типографии и оперативной печати. 443100, г. Самара, Молодогвардейская, 244

£00 £ А

44 43

Введение

1 Анализ проблем разработки и применения систем подготовки водотопливной эмульсии и управления ее составом

1.1 Основные объекты внедрения систем подготовки ВТЭ

1.1.1 Штатное дизельное топливо для питания энергетических установок

1.1.2 Экономические и экологические показатели работы дизелей на чистом топливе

1.2. Особенности работы энергетических установок, питаемых ВТЭ 2 О

1.2.1 Анализ физических свойств ВТЭ 2 О

1.2.2 Физико-химическая модель процесса сгорания ВТЭ

1.3 Анализ влияния ВТЭ на показатели работы ДЭУ

1.3.1 Информативность показателей эффективности работы ДЭУ

1.3.2 Анализ влияния ВТЭ на экономические показатели ДЭУ 2 9 1.3.3. Анализ влияния ВТЭ на экологические показатели

1.4 Способы получения ВТЭ и регулирования концентрации воды

1.4.1 Анализ систем подготовки ВТЭ

1.4.2. Системы регулирования концентрации воды в ВТЭ

1.4.2.1 АСР расхода воды с двухпозиционным исполнительным механизмом и релейным законом управления

1.4.2.2 АСР расхода воды с двухпозиционным исполнительным механизмом и ПИ - законом управления

1.4.2.3 АСР расхода с исполнительным механизмом регулируемого сечения

Выводы

2 Модель дизеля при работе на ВТЭ, критерии оптимизации состава эмульсии и структура системы оптимизации 2.1 Моделирование работы дизеля на ВТЭ

2.1.1 Статическая модель дизеля

2.1.2 Динамическая модель дизеля при работе на ВТЭ

2.1.3 Модель неустановившегося режима работы дизеля, вызванного изменением концентрации воды в ВТЭ 6 О

2.1.4 Анализ влияния плотности эмульсии на скорость ее движения по топливной системе 7 О

2.2 Описание структурной схемы АСУ подготовкой ВТЭ

2.3 Определение критериев оптимизации 7 3 Выводы

3 Моделирование работы системы управления составом ВТЭ

3.1 Моделирование работы систем приготовления ВТЭ

3.1.1 Исследование эффективности систем с двухпозиционными исполнительными механизмами

3.1.2 АСР расхода воды с исполнительным механизмом регулируемого сечения

3.1.3 Система подготовки ВТЭ, с дискретным изменением концентрации воды

3.2 Описание разработанных средств для синтеза алгоритмов управления и оптимизации состава ВТЭ

3.3 Имитационное моделирование процесса управления и оптимизации в системе подготовки с дискретным изменением концентрации воды

3.3.1 Шаговый алгоритм поиска экстремума с постоянным шагом

3.3.2 Шаговый алгоритм с переменным шагом

3.3.3 Алгоритм экстремального регулирования по производной 1 03 3.3.4Алгоритм оптимизации с уточнением статической характеристики ДЭУ в процессе работы системы

3.4 Определение оптимальной концентрации воды по нескольким токсичным компонентам

3.5 Повышение эффективности системы автоматической оптимизации

Выводы

4 Техническая реализация системы управления подготовкой ВТЭ и экспериментальные исследования

4.1 Система подготовки ВТЭ главных судовых двигателей

4.2 Система подготовки ВТЭ главных судовых котлов

4.3 Электронный блок АСУ подготовкой ВТЭ судового котлоагрегата

4.4 Стендовые испытания системы управления составом ВТЭ 13 О

4.4.1 Описание экспериментальной установки 1 3 О

4.4.2 Методика проведения эксперимента

4.4.3 Оценка статических характеристик удельного расхода топлива при различных концентрациях воды в ВТЭ

4.4.4 Анализ погрешности эксперимента

4.4.5 Экспериментальная оценка показателей качества системы стабилизации концентрации воды в эмульсии

4.4.6 Экспериментальная оценка эффективности алгоритма экстремального регулирования

Выводы

Актуальность ресурсосберегающих технологий и технологий, повышающих экологическую безопасность в сфере использования жидких углеводородных топлив в настоящее время неоспорима.

Наиболее эффективным методом одновременного повышения экономических и экологических показателей является перевод питания дизельных энергетических установок (ДЭУ) на водотопливную эмульсию (ВТЭ). Эта технология получила широкое распространение на объектах, работающих большую часть времени в установившихся режимах, например, судовая энергетика и котельные установки.

Надежную работу дизелей на ВТЭ без использования дорогостоящих эмульгаторов, повышающих устойчивость эмульсий, можно обеспечить лишь в системах непрерывного действия, в которых время промежуточного хранения обводненного топлива минимально и эмульсия готовится непосредственно перед подачей к ДЭУ.

В настоящее время существуют устройства получения ВТЭ, которые могут быть встроены в линию подачи топлива с возможностью изменения состава эмульсии в процессе работы системы, без изменения конструкции ДЭУ. Такие системы обеспечивают непрерывность действия и позволяют изменять состав ВТЭ в процессе работы. В то же время, существующие системы подготовки не содержат контура оптимизации состава по показателям работы ДЭУ. Кроме того, зачастую отсутствует и контур стабилизации концентрации воды в эмульсии от внешних возмущений.

Указанные недостатки не позволяют получить максимальную эффективность использования ВТЭ, т.к. оптимальный состав эмульсии определяется режимом работы и условиями эксплуатации энергетической установки, более того несоответствие концентрации воды оптимальным значениям может привести к ухудшению показателей работы дизеля, что снижает надежность всей системы.

Повысить эффективность, надежность и расширить область применения ВТЭ можно путем управления и оптимизации состава эмульсии по показателям работы ДЭУ. Таким образом, решение задачи комплексной автоматизации систем подготовки и использования ВТЭ непрерывного действия своевременно и актуально.

Разработка системы управления и оптимизации состава эмульсии возможна лишь на основе комплексных исследований работы ДЭУ на ВТЭ в статических и динамических режимах, особенностей подготовки эмульсии, определения критериев оптимизации и алгоритмов управления.

Целью настоящей работы является повышение эффективности использования ВТЭ путем оптимизации состава эмульсии в процессе непрерывной подготовки по показателям работы ДЭУ.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

- провести анализ существующих систем управления составом ВТЭ;

- разработать математическую модель, учитывающую влияние состава ВТЭ на экономические и экологические показатели работы дизеля;

- экспериментально получить зависимости экономических и экологических показателей дизеля ПД-1М тепловоза ТЭМ-2 от концентрации воды в ВТЭ;

- разработать математические модели и оценить эффективность систем подготовки и стабилизации состава ВТЭ;

- определить критерии оптимизации состава эмульсии;

- разработать алгоритмы оптимизации состава ВТЭ и оценить их эффективность путем имитационного моделирования и в натурном эксперименте;

- разработать, средства автоматического регулирования состава ВТЭ.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы математического анализа, обработки экспериментальных данных, имитационного моделирования, методы теории автоматического управления и экстремального регулирования.

Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие основные научные результаты:

- получена математическая модель влияния состава эмульсии на экономические и экологические показатели работы дизеля, основанная на расчете эквивалентных приращений расхода основного топлива или удельной теплоты сгорания, определяемых по статическим характеристикам, что позволяет разделить модель на безынерционную экстремальную часть и линейную часть, отражающую динамику дизеля; сформулированы критерии оптимального состава эмульсии, учитывающие совместно, требования к экологическим и экономическим показателям работы дизеля;

- разработаны алгоритмы управления и оптимизации состава обводненного топлива по выходным показателям работы дизеля, удовлетворяющие совокупности сформулированных критериев оптимального состава эмульсии;

- предложена структура системы подготовки водотопливной эмульсии непрерывного действия, обеспечивающая дискретное изменение концентрации воды в эмульсии, и разработана математическая модель этой системы

Положения, выносимые на защиту:

- математическая модель, описывающая статические зависимости показателей работы дизельного двигателя от концентрации воды в водотопливной эмульсии;

- математические модели дизельного двигателя, работающего на водотопливной эмульсии, как объекта управления, основанные на расчете эквивалентного расхода топлива или удельной теплоты сгорания, определяемого по статическим характеристикам;

- модель и структура системы подготовки водотопливной эмульсии, обеспечивающей дискретное изменение концентрации;

- алгоритмы оптимизации и результаты численного моделирования работы системы управления и оптимизации состава обводненного топлива по показателям функционирования дизельных энергетических установок.

Практическая ценность работы. Прикладная значимость проведенных исследований определяется следующими результатами:

- показана возможность использования для оптимизации состава ВТЭ экстремальных алгоритмов по удельному расходу топлива и концентрациям токсичных компонентов в продуктах сгорания;

- собран и исследован экспериментальный материал по работе дизеля ПД-1М на водотопливной эмульсии;

- разработанные алгоритмы оптимизации состава ВТЭ для тепловозного дизеля ПД1-М показали высокую эффективность при реостатных испытаниях;

- разработана испытана и внедрена система регулирования состава ВТЭ для главных судовых котлов КВА 1/0,5 танкеров "Волгонефть" пароходства ОАО "Волготанкер". Разработанная система включает аппаратную часть (датчики, исполнительные механизмы и контроллер управления) и программную реализацию разработанных алгоритмов управления.

Реализация результатов работы. Результаты проведенного исследования использовались в виде алгоритмического, программного и аппаратного обеспечения при разработке, испытаниях и внедрении автоматизированной системы управления составом ВТЭ в рамках работ, проводимых НТЦ "Надежность мехнических и транспортных машин" СамГТУ совместно с Самарским представительством ОАО пароходства «Волготанкер».

Апробация результатов работы. Вынесенные на защиту положения диссертационной работы докладывались на Всероссийской научно-технической конференции «Методы и средства измерения в системах контроля и управления» (2001г., г. Пенза); Межвузовской научно-технической конференции 2002г. (2002г., г. Самара); IV Научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте» (2002г., г. Москва); Международной конференции «Надежность технологических, энергетических и транспортных машин» (2003г., г. Самара); международной научно-технической конференции "Информационные, измерительные и управляющие системы (ИИУС - 2005)", 2005г.

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 4-х научных статьях, 5 тезисах к докладам.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Работа содержит 141 страницу машинописного текста, 4 таблицы, 83 рисунка и 6 приложений. Список использованной литературы включает 87 наименований.

Общие выводы и заключения

1 Исследовано влияние состава ВТЭ на экономические и экологические показатели работы дизелей. Установлено, что ДЭУ, питаемые ВТЭ имеют унимодальные экстремальные статические характеристики -зависимости показателей работы от концентрации воды в ВТЭ. Установлено также, что оптимальные значения концентрации воды в эмульсии для различных показателей работы дизелей различны и существенно зависят от нагрузочного и скоростного режима. Следовательно, задача оптимизации состава ВТЭ сводится к задаче экстремального регулирования с ограничениями на управляющее воздействие.

2 Сформулированы критерии оптимизации состава ВТЭ по показателям функционирования ДЭУ, позволяющие снижать расход топлива при допустимых значениях концентрации токсичных компонентов в продуктах сгорания.

3 Разработана математическая модель дизеля работающего на ВТЭ, основанная на разделении нелинейной статической части и линейной динамики. Такой подход позволяет использовать существующие методы экстремального регулирования и повышения скорости поиска экстремума.

4 На основе обработки экспериментальных данных получены семейства статических характеристик - зависимостей удельного расхода топлива и дымности отработавших газов от концентрации воды в ВТЭ на различных скоростных и нагрузочных режимах для дизелей ПД-1М тепловоза ТЭМ-2 и 6ЧН25/34, установленного на судне ЖМЗ «Дон» (проект 1375, тип «Днепр»).

5 Для повышения точности и надежности системы оптимизации состава ВТЭ, предложена двухуровневая система стабилизации концентрации воды в ВТЭ с двумя промежуточными емкостями, обеспечивающее дискретное изменение концентрации. При этом наполнение и расходование ВТЭ происходит в противофазе. Таким образом, к потребителю поступает эмульсия с уже установившимся значением концентрации воды.

6 Для оценки эффективности алгоритмов управления разработана среда имитационного моделирования, включающая все компоненты системы подготовки ВТЭ, дизель с реализацией преобразования концентрации воды в ВТЭ в эквивалентную подачу топлива. На основе проведенного моделирования некоторых алгоритмов поиска экстремума (шаговый, с переменным шагом, с управлением по производной) выполнена оценка их эффективности.

7 Предложен алгоритм определения оптимальной концентрации воды в ВТЭ по статическим характеристикам, получаемым на основе тестовых воздействий в процессе нормальной работы ДЭУ.

8 Установлено, что для обеспечения малых потерь на поиск в системе экстремального регулирования состава ВТЭ при значительной инерционности объекта и дрейфе статических характеристик необходимо использование динамической коррекции сигнала выхода объекта.

9 На основе выполненного моделирования работы системы экстремального регулирования, установлена необходимость выполнения принципа квазистационарности. Таким образом, время установления концентрации воды в ВТЭ должно быть значительно меньше времени установления оптимизируемого показателя работы дизеля и характерного времени дрейфа статической характеристики.

10 Разработана, и внедрена система автоматического регулирования состава эмульсии для котлоагрегатов КВА 1/0,5 танкеров "Волганефть" пароходства ОАО «Волготанкер».

1. Разлейцев Н.Ф. Моделирование и оптимизация процесса сгорания в дизелях Текст. / Н.Ф. Разлейцев. Харьков : Вища школа. Изд-во при Харьк. Ун-те, 1980г.

2. Свиридов Ю.Б. Смесеобразование и сгорание в дизелях Текст. / Ю.Б. Свиридов.-Л. : Машиностроение, 1972.

3. Антонов В.Е. Физико математическая модель тепломассообмена капли водотопливной эмульсии с газовой средой Текст. / В.Е. Антонов,

4. B.В. Данщиков // Повышение эффективности судовых энергетических установок : сб. научн. тр. / Новосибирск, 1989. С. 115-121.

5. Голешихин Ю.В. Использование водотопливных эмульсий на судах Текст. / Ю.В. Голешихин, В.Д. Сисин // Рыбное хозяйство. 1993. - №1.1. C.32-33.

6. Егоров В.Г. Результаты испытаний вспомогательного двигателя на водотопливных эмульсиях Текст. / Г.В. Егоров, В.Д. Сисин, В.В. Шаба-лин. // Речной транспорт. 1992. - №7. - С. 28.

7. Иванов И.А. Топливные эмульсии Текст. / И.А. Иванов ; Изд-во АН СССР, М.: 1962,-216с.

8. Клопотной А.Е. О применении топливо-водяных эмульсий в судовых дизелях Текст. / А.Е. Клопотной, О.Н. Лебедев // Производственно технический сборник МРФ РСФСР ; 1972. вып. 105, с. 48-52.

9. Лебедев О.Н. Работа двигателей на эмульгированном моторном топливе Текст. / О.Н. Лебедев // Речной транспорт. 1976. - №4. - С. 41-42.

10. Лебедев О.Н. Исследование процессов испарения и сгорания капель эмульгированного моторного топлива Текст. / О.Н. Лебедев, В.Н. Марченко // Двигателестроение. 1979. - № 2. - С. 26-27.

11. Лебедев О.Н. Водотопливные эмульсии в судовых дизелях Текст. / О.Н. Лебедев, В.А. Сомов, В.Д. Сисин. Л.: Судостроение, 1988. - 108 с.

12. Петриченко И.Н. Исследование сгорания водотопливной эмульсии мазута в бомбе постоянного объема Текст. / И.Н. Петриченко // Энергетические установки речных судов : сб. научн. тр. / Новосибирск, 1989. С. 68-73.

13. Погребинский З.Б. Внутрикапельное распыливание в двигателях внутреннего сгорания, работающих на водотопливных эмульсиях Текст. / З.Б. Погребинский. Труды Хабаровского института железнодорожного транспорта. - вып. 29. - 1967. - С.92-96.

14. Тимофеев В.Н. Система приготовления водотопливных эмульсий для судовых дизелей Текст. / В.Н. Тимофеев, JI.B. Тузов // Двигателе-строение. 2000. - №2. - С.25-26.

15. Якобовский Ю.В. Эксплуатация производственных котлов КВГ-34К на водотопливной эмульсии Текст. / Ю.В. Якобовский, В.М. Суменков, Ю.Н. Селезнев, В.Н. Степаненко, А.И. Урбанович // Рыбное хозяйство. -1991. — №3. — С.57-60.

16. Hughes F.A. Performance on emulsified fuel Текст. / F.A. Hughes // Mar. Propuls. Int. Apr. 1984. -p.40-42.

17. Ishii Y. Application of emulsified fuels for a small diesel engine Текст. / Y. Ishii, R. Takeuchi // Trans ASAE. 1974. - №5. - p.864-866.

18. Long Z. Combustion of emulsified fuel in high speed diesel engines Текст. / Long Z., Matsumoto R., Ogata K., Ohde Y. // Bulletin of the M.E.SJ.V 17. 1989. - № 1. - March. - p. 12-18.

19. Грехов JI.B. Топливная аппаратура и системы управления дизелей Текст. / Грехов Л.В., Иващенко Н.А., Марков В.А. : Учебник для вузов. -М.: Легион-Автодата, 2004.

20. Звонов В.А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания Текст. / В.А. Звонов. -М.: Машиностроение, 1981. 160с.

21. Смайлис B.B. Современное состояние и новые проблемы экологии дизелестроения Текст. / В.В. Смайлис // Двигателестроение. 1991. - №1. -С. 3-6.

22. Амбросов Д.Б. Контроль удельных выбросов оксидов азота при упрощенных измерениях на борту судов внутреннего и смешанного (река-море) плавания Текст. : дис. . канд. техн. наук : 05.08.05. М., 2004.

23. Кульчицкий А.Р. Токсичность автомобильных и тракторных двигателей Текст. / А.Р. Кульчицкий. Владимир : Изд-во Владимрского государственного университета, 2000 - 256с.

24. Лиханов В.А., Сайкин A.M. Снижение токсичности автотракторных дизелей Текст. / В.А. Лиханов, A.M. Сайкин. М.: Колос, 1994. - 224 с.

25. Павлова Е.И. Экология транспорта Текст. / Е.И. Павлова ; Учебник для вузов. М.: Транспорт, 2000.

26. Новиков Л.А. Основные направления создания малотоксичных транспортных двигателей Текст. / Л.А.Новиков // Двигателестроение. -2002. №2. - С. 23-27, №3. - С.32-34.

27. Клейтон В. Эмульсии: их теория и техника применения Текст. / В. Клейтон. М.: ИЛ, 1959. - 680 с.

28. Теренин И.Н. Совершенствование системы питания водотопливны-ми эмульсиями судовых вспомогательных дизелей с использованием поточного влагомера Текст. : дис. канд. техн. наук : 05.08.05 / Теренин Игорь Николаевич. Астрахань., 2004.

29. Каштылянов Г.Е. Альтернативные виды топлива и источники энергии Текст. / Г.Е. Каштылянов // Рыбное хозяйство. 1992. - №9-10. -С.19-22.

30. Казакевич В.В. Системы автоматической оптимизации Текст. / В.В. Казакевич, А.Б. Родов. М. : Энергия, 1977.

31. Клюев A.C. Автоматическое регулирование Текст. / A.C. Клюев -М. : Энергия, 1973.

32. Клюев A.C., Карпов B.C. Синтез быстродействующих регуляторов для объектов с запаздыванием Текст. / A.C. Клюев, B.C. Карпов М. : Энергоатомиздат, 1990. - 176с.

33. Комиссарчик В.Ф. Автоматическое регулирование технологических процессов Текст. : учеб. пособие / В.Ф. Комиссарчик ; Тверской государственный технический университет. Тверь, 2001.

34. Теория автоматического регулирования Текст. / под редакцией A.A. Воронова-М. : Высшая школа, 1986.

35. Эйкхофф П. Основы идентификации систем управления. Оценивание параметров и состояния Текст. / П. Эйкхофф М. : Мир, 1975.

36. Теряев Е.Д. Цифровые системы и поэтапное адаптивное управление Текст. / Е.Д. Теряев, Б.М. Шамриков М. : Наука, 1999. - 330с.

37. Методы оптимизации автоматических систем. Сб. статей Текст. / под ред. Я.З. Цыпкина. М. : Энергия, 1972.

38. Эндрю П. Идентификация систем управления Текст. / Эндрю П. Сейдж, Джеймс JI. Мелса. М.: Наука, 1974.

39. Кругов В.И. Автоматическое регулирование двигателей внутреннего сгорания: Учебное пособие ВТУЗОВ Текст. / В.И. Крутов 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1979. - 615с.

40. Школьный A.A. Физическая модель воздействия воды в составе во-дотопливной эмульсии на процессы смесеобразования и сгорания в дизелях Текст. / К.А. Семенов, В.В. Сенчило ; деп. В ЦНИИТЭИтяжмаше. 1984.

41. Копысов О.Ю. Построение алгоритма перестройки параметров и запаздывания в методе настраиваемой модели Текст. / О.Ю. Копысов, Б.И. Прокопов.-М.: МГИЭМ, 1999.

42. Льюинг Л. Идентификация систем. Теория для пользователя Текст. / Л. Льюинг ; пер. с англ. ; под ред. Я.З. Цыпкина. М. : Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1991. - 432 с.

43. Срагович В.Г. Адаптивное управление Текст. / В.Г. Срагович. М.: Наука. Гл. ред. физ. - мат. лит., 1981. - 384 с.

44. Фомин В.Н. Адаптивное управление динамическими объектами Текст. / В.Н. Фомин, А.Л. Фрадков, В.А. Якубович М.: Наука. Гл. ред. физ. — мат. лит., 1981. - 448 с.

45. Адлер Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий Текст. / Ю.П. Адлер, Е.В. Марков, Ю.В. Грановский М. : Наука, 1976.

46. Налимов В.В. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов Текст. / В.В. Налимов, H.A. Чернова М.: Наука, 1965.

47. Хартман К. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов Текст. / К. Хартман-М.: Мир, 1977.

48. Вапник В.Н. Восстановление зависимостей по эмпирическим данным Текст. / В.Н. Вапник М. : Наука, 1979. - 448с.

49. Луканин В.Н. Двигатели внутреннего сгорания. Учеб. для студентов вузов Текст. В 3 т. Т. 1. Теория рабочих процессов / В.Н.Луканин, М.Г.Шатров, И.В.Алексеев и др.; под ред. В.Н.Луканина. М. : Высш. шк., 1995.-369 с.

50. Хачиян A.C. Двигатели внутреннего сгорания: Учеб. для вузов Текст. / А.С.Хачиян, К.А.Морозов, В.Н.Луканин ; Под ред. В.Н.Луканина ; 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 1985.-311 с.

51. Хачиян A.C. Двигатели внутреннего сгорания: Учеб. для вузов Текст. / А.С.Хачиян, К.А.Морозов, В.И.Трусов М. : Высш. шк., 1978. -280 с.

52. Черняк Б.Я. Управление двигателем с помощью микропроцессорных систем : учеб. пособие Текст. / Б.Я. Черняк, Г.В. Васильев М. : МА-ДИ, 1987.

53. Циркин М.И. Автоматическое регулирование и управление судовыми дизельными установками Текст. / М.И. Циркин М.: Транспорт, 1964.

54. Медведев Е.В. Повышение эффективности неустановившихся режимов работы дизеля 8413X14 добавкой сжиженного нефтянного газа. Текст. : дис. . канд. техн. наук : 05.04.02. Москва -2004.

55. Цыпкин ЯЗ. Основы информационной теории идентификации Текст. / ЯЗ. Цыпкин М.: Наука, 1984. - 320 с

56. Эйкхофф П. Современные методы идентификации Текст. / П. Эйк-хофф, А. Ванечек, Е. Савараги М.: Мир, 1983. - 400 с.

57. Дьяконов В., Круглов В. Математические пакеты расширений Mat-lab. Специальный справочник Текст. / В. Дьяконов, В. Круглов — С.Пб. : Питер, 2001.-480с.

58. Растригин Л.А. Системы экстремального управления Текст. / Л.А. Растригин-М.: Наука, 1974.

59. Мандровский-Соколов Б.Ю. Системы экстремального управления при случайных возмущениях Текст. / Б.Ю. Мандровский-Соколов, A.A. Туник Киев. : Наукова Думка, 1970. - 172 с.

60. Шавров A.B. Разработка методов автоматической оптимизации систем регулирования мощных энергоблоков тепловых электрических станций Текст. / A.B. Шавров М. : Энергоиздат, 1981.- 185.

61. Плетнев Г.И., Лесничук А.Н. Экстремальное управление горением барабанного котла с применением УВК М-6000 Текст. / Г.И. Плетнев, А.Н. Лесничук // сб. науч. тр. МЭИ, 1982. вып. 585. - С. 36-41.

62. Либерзон Л.М. Системы экстремального регулирования Текст. / Л.М. Либерзон, А.Б. Родов М. : Энергия, 1965.

63. Фельдбаум A.A. О проблемах теории дуального управления. Методы оптимизации автоматических систем Текст. / Фельдбаум A.A. // Оптимизация систем автоматического управления : Сб. статей под ред. ЯЗ. Цыпкина. М. : Энергия, 1972. С. 89-109.

64. Фельдбаум A.A. Основы теории оптимальных автоматических систем Текст. / A.A. Фельдбаум М.-Л. : Физматгиз, 1963. - 552 с.

65. Ганигин С. Ю. Адаптивная система автоматического управления технологическим процессом непрерывной подготовки водотопливной эмульсии Текст. / С.Ю. Ганигин, C.B. Шигин // Вестн. СамГТУ Сер. Физико-математические науки. 2001. — № 12.

66. Ганигин С.Ю. Разработка программного обеспечения системы стабилизации концентрации воды в водотопливной эмульсии Текст. : тез.докл. Межвузовской науч.-практ. конф. : Компьютерные технологии в науке и образовании СамГТУ, 2002.

67. Ганигин С.Ю. Критерии оптимального управления и их формализация. Текст. : тез. докл. Межвузовской науч.-практ. конф. : Компьютерные технологии в науке и образовании СамГТУ, 2002.

68. Ганигин С.Ю. Система управления подготовкой водотопливной эмульсии для дизельных двигателей Текст. / С.Ю. Ганигин, K.JI. Куликовский // Вестн. СамГТУ : Сер. Технические науки, вып. 33, Самара, 2005 год.

69. Бахвалов Н.С. Численные методы Текст. / Н.С. Бахвалов, Н.П. Жидков, Г.М. Кобельков-М. : Наука, 1987.

70. Волков Е.А. Численные методы Текст. / Е.А. Волков М. : Наука, 1987.

71. Марчук Г.И. Методы вычислительной математики Текст. / Г.И. Марчук-М. : Наука, 1980.

72. Турчак Л.И. Основы численных методов Текст. / Л.И. Турчак — М. : Наука, 1987.

73. Юркевич А.П. Переходные процессы в системе экстремального регулирования с динамическим чувствительным элементом Текст. / Юркевич А.П. // Автоматика и телемеханика: 1961, т. XXII, 2, с 176-184.

74. Ганигин С.Ю., Ковшов А.Г., Трошенков Ю.Н., Шигин C.B. Установка для подготовки и исследования водотопливных эмульсий Текст. : тез. докл. IV Науч.-практ. конф. Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте М. : МИИТ, 2001. - С.VII - 9-10.

75. Устройство для приготовления водотопливной эмульсии Текст. : пат. 2016216 Рос. Федерация : МПК5 F02M25/02 / Мануйлов Е.Д. ; заявитель и патентообладатель Мануйлов Евгений Дмитриевич №92013640/06 ; заявл. 22.12.1992 ; опубл. 15.07.1994.