автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Научно-технические основы и методы повышения эффективности силового оборудования теплоэнергетических установок

I нет и тут газу Р ® Ц^&ональнц Академия наук Укра'шн

? 2

На правах рукопксу УДК 621.51.01/621.6.01+ +62-62:621.43.018.3

Б И КОВ ГеннадШ Олександрович

НАУКОВО -ТЕХШЧШ ОС1ГОВН I МЕТОДИ П1ДВНЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТ1 СИЛОВОГО УСТАТКУВА1ШЯ ТЕПЛОЕНЕРГЕТИЧНИХ УСТАНОВОК

05.14.04 - Промнслова теплоенергетика

Автореферат дисертацн на здобуття паукового ступени доктора техшчних наук

Ки1в, 1998

Дисертащею е рукопис.

Робота сиконаиа в 1нститул газу НацюкальноТ Академм' наук Ук-раТни.

0фщ|йн1 опоненти: доктор технмних наук, професор Сорока Борис Семенович, 1нститут газу HAH Украши, провщний науковий сгшробггник;

доктор техжчних наук, професор Кулик Микола Серпйович, Кишський кижнародний ужверситет цив'тьноТ ав1ацп, завщувач кафедрою ав1ацшних двигужэ;

доктор техн'мних наук, ст.н.с., Бшека Борис Дмитрович, 1нститут технмноТ теллофшки HAH Укра'1'ни, провщний науковий сптробтик; Прое1дна установа - Нацюнальний техжчний ужверс тот «КиТзський полтехжчний ¡нститут» (теплоенергетичний факультет)

Захист вщбудеться «18» 1998 р. о i^f гол, на

засаданж спец!ал1зованоТ вченоТ ради Д 50.030.1 при 1нституп газу HAH Украши (252113, Ки'ш, вул. Деггяр!вська, 39).

3 дисертзцгёю можна ознайомитися у б|блютец| 1нституту газу HAH УкраТни.

Автореферат розюланий 19Э6р.

Вчений секретар спец1ал13овано1 вченоТ ради "

Загальна характеристика роботи:

Актуальн1сть пробломи.

Р^ень забезпеченоот! Укра'|'ни власними паливно-енергетичними ресурсами (ПЕР) не задовольняе потреб економжи и становить близько 37%. Ук-раша ¡мпортуе основж енергоносп - нафту та газ - на суму, що перевищуе 7 м!льярд1в долар^а США щорнно, а питома енергоемнгсть нацюнальнсго валового продукту УкраТни майже в 2,5 рази перевернуе ра'вень краш ЗахаднсТ (Звропи. Тому енергозбереження мае стати найбшьш актуальном 1 прюритетним напрямком техжчно! полггики а УкраГш.

Стосовно до енергетичних установок виршення проблеми енергозбереження досягаетъся за двома напрямкамм:

1) енергозбереження за рахунок пщвищекня техничного рщня та ефек-тивносп роботи найбтьш енергоемкого обладнання еняргоустакозок з метою зменшення споживано!' енергп та палива, у тому числ1 нз власн'| потреби установки;

2) енергозбереження за рахунок зам!щення традицшних нафтових палив ельтернативними паливами, як1 е найменш енергоешмми у вкробництв1 та бшьш еколопчно чистими при слзлювзнн!.

За потенц1альнсга можлив1сгю реал13гцн та сучасним р1вном науковсго забезпечення цих напрямюв всю сукугмсть енергетичних установок е доцшьним роздтити на два умовн! види. До першого виду належать установки, для яких шдвищення техн1чного ршня енергоемкого обладнання дае великий ефект енергозбереження \ разом з тим становить серйозну науко-ву проблему, кда як використання альтернативных палив сбо е взагем не-можливим, або не становить наукового ¡нтересу. До таких установок належать, наприклад, компресорш" установки пщприемств металурпйноТ, х['м1Чно'(, газово'Г промисловосп'; насосш установки теплових I атомних елек-тростанцм а також крупних систем промислового ! побутового водопоста-чання; газотурбины установки; р\зн\ енерготехнолопчм установки ( скрал-лення газв, пов1трян1 холодильш машини та ¡н.). До другого виду можна в'щнести установки, для яких перший напрямок вир(шення проблеми енергозбереження е недоцшьним, тод1 як другий напрямок - замщення нафтових палив альтернативними менш енергоемкими у виробництв1 газовими паливами ( такими, як природний газ, метан вупльних родовищ, супутж нафтов1 гази, бюгаз та ¡н.) - дае великий ефект енергозбереження та по-

требуе розробки наукового забезпечення. До таких установок належать, наприклад, аатомобшьж бензинов! та дизельж двигуни внутршнього зго-ряняя, вшьно-поршнев! генератори газу, автономш дизельгенераторж установки енергопостачання та ¡нал.

Дисертацмну роботу присвячено розробц! наукових основ I метода комплексного виршення проблеми заощадження ПЕР як за першим, так I за другим оснобними напрямками стосовно енергетичних установок обох умовних видш.

3 ус^х термодинамЫних процеав, що реалЬуються у енергетичних установках, найбтьшу термодинам1чну необоротн1сть мають процеси передач! робочому тту енергп у форм'! роботи, тобто стиснення робочого тша. Ц! процеси зд|йснюються у нагнтачах р/зних типш - компресорах, гаэодувках, насосах та ¡н, Одинична потужжсть цих машин, що застосовуються у ба-гатьох галузях економжи, досягае 50 тисяч кВт, а сумарна потужнеть приводу нагнггач1в уах титв перевищус, за оцшкою фах!вц1в, 20% загальноТ установлено'! потужносп вах електростанцм кра'|'ни. Тому шдвищення ефективнсст! роботи нагжтачщ дае суттевий внесск у виршення проблеми заощадження ПЕР.

Лопатков! нагн1тач| осьового та в'щцентрового типу велико! потуж-носл часто застосовуються як у якосп самодостатжх енергетичних установок (наприклад, газоперекачувальж агрегати мапстрапьних газопровод1в), так 1 у якост1 основного енергоспоживаючого елементу теплоенергетичних установок (насосн! агрегати теплових 1 атомних елеетростансуй або ком-пресори газотурбшних двигун1в ), економмнеть яких визначальним чином впливае на ефективистъ установки в цтому.

1снуюч1 методи проектуыання лопаткових нагнггач1В базуються на розрахунку елементш проточно!' частини на оптимальному режим! обтання потоком рщини робочих органа, що забезпечуе ефективну роботу афегату тшьки на розрахунковому режима У той же час ефективнють енергетичних установок у реальних умовах Тх експлуатацп визначаеться, насамперед, ефективжстю роботи нагытача на нерозрахункових режимах, яка детер-мЫуеться формою та параметрами його газодинамнних характеристик И в /1(0) 1 п = Ь{0), де 11 - натр, О - подача, л - коефщюнт корисноУ дй (к.кд.).

Сучасний стан теори осьових i вщцентрових нзгн1тач1в не дозволяе аналггичним шляхом визначити Гх робоч'| газопдродинам1чж характеристики. Форма та параметри цих характеристик визначаються експерименталь-ним шляхом шсля виготовлення спроектованого агрегату, коли внесения змм у конструкцию робочих органт нагн/тача е npaf -ично нвможливим.

У зв'язку з цим, великий ефект енергозбореження може дата розроб-ка матод1в превентивного прогнозувакня газопдродинамшних характеристик лопаткових нагн1тач!в для енергетичних установок, що дозволятиме здмснюаати олтим1зац1ю параметре i конструктивних сшввщношень проточно! частини нагн!тача вже на початков!й стадп проектування машини з метою отримання такоТ форми характеристик, що задовольняе вимогам ви-сокоефективно! роботи енергетичноТ установки не тшьки на розрахунково-му режиму але й на реальних експлуатацШних режимах. Тим самим ви-р!шуеться проблема ^¡леспрямованого проектування високоефективного нагнпгача з наперед заданою формою робочих характеристик.

(ншим видом енергетичних установок, що розглядаються у дисертацп, е автомоб1льн1 та сггацюнарн! двигуни внутр(шнього згоряння (ДВЗ). Сумарна потужнкггь двигун|'в автотранспортних засоб|'в, що експлуатуються в Ук-paiHi, досягае 300 млн кВт. Ui ДВЗ е основним споживачем рщких моторних палив нафтового походження та головним джерелом забруднення навко-лишнього середовища токсичними i канцерогенними продуктами згоряння.

Радикалоним шляхом зменшення ¡мпорту до Укра'/ни нафти i нафтоэих моторних палив а також покращення екологмноТ ситуацИ е переобладнання автомобшьного транспорту для роботи на альтернативних моторних пали-вах. S Украшг е певнт досищ використання як моторного палива еколо-гЫно чистого стисненого природного газу. Основним недолжом цього палива при використанн1 у бензинових ДВЗ з ¡скровим запалюванням, що мають невеликий стуш'нь стиснення (е = 6,5-8,0), е ¡стотне зменшення максимально)' потужност) {на 20-27%), зниження вантажност! автомобтю через велику масу газових баложв високого тиску та скорочення npoöiry на однм заправь газовим паливом.

Тому в останч! роки з'явилося багато публкацм та наукових праць, ав-тори яхих пропагандуготь широке використання таких альтернативних палив, як водень, метанол, етанол, синтетичний бензин з вуллля, pi3Hi масла рослинного походження та iH. Bei ц( пропозицм розглядають проблему од-

ноб!'чно - ттьки з точки зору ефекгивносгп спалювання альтернативних палив у ДВЗ. Обмежежсть такого пщходу полягае в тому, що не враховугться таю аажлиа1 складов! загальноУ проблеми енергозбереження, як витрати енерпТ на видсбуток, транспортування та переробку енергетично! сироеини у моторне паливо, енергетичж та матер^альш витрати на конструктив^ змжи ДВЗ з метою його пристосування для використання нового палива, а тс кож витрати енерпТ на нейтрал!зац1ю шкщливих продукт згоряння паль-ного, що пропснуетъся. Розрахунки св&чать, що величина цих витрат енерпУ, що не враховуються, с настшьки великою, що добр1 намфи отрима-ти енергозбер1гаючий ефект фактично призводять до енергомарно-тратства.

У зв'язку з цим, е назршою необхщжсть змми мэтодолоп! оцшки ефек-тивност! використання альтернативних моторних палив у ДЭЗ, яка повинна враховузати ефект енергозбереження у комплекс'! по всьому техноло-пчному ланцюжху - в]д Еидобутку енергетично/ сировини, п^реробки Г( у паливо та застосування папива у ДВЗ до нейтралюацн шюдливих продуклв згоряння та утил:заци вщход^в переробки сировини.

Такий комплексний п!дх1д на баз/ ексергетичного анализу дозволив установит», що максимальний ефекг енергозбереження може дати використання в ¡снуючих конструктах ДВЗ транспортного \ стацюнарного при-значення так званих бшарних моторних палив, що являють собою суши рдких палив з стисненим природним газом. Проте практичне застосуаання бмарних моторних папив потребуе розробки науково обгрунтованих рекомендаций насамперед щодо детонацшноТ сликосл паливних композиций на рЬних експлуатацмних режимах роботи ДВЗ.

В дисертацн розроблено методи пщвищення ефективносп , по-перше, енергетичних установок, що включають нагн'ггач'| осьвого та вщцентрового титв (газотурбшж двигуни, компресорн1 станцй', велим на-сосн1 установки теплоаих \ атомних електростанцм та систем всдопоста-чання, турбонаддувн! егрегати ДВЗ, тощо), та, по-друге, ДВЗ з ¡скровим за-палюванням I з семозапалюванням в1д стисноння.

Це дозволяа кввл;ф1кувати дисертац1йну роботу як актуальну, спрямо-вану на виршення велико'! науково-техмчно! проблеми енергозбереження, що мае важл'лае прихладне значения.

Зв'язок роботи з науковими програмзми,планами, темами.

Роботи, що стосуються до метод ¡в гидвищенжя ефективносгп роботи ДВЗ, вкконуаались зпдно з планами фундаментальних i прикладних науко-вих досл!джень HAH УкраТни вщповщно до слщуючих постанов директие-них органов i державних профам:

1. Постанова № 1041 вщ 28.08.1986 р. Ради MiHicrpis СРСР "Про заходи по збтьшеннга використання природного та груженого нафтового газ1в як моторного палива";

2. Постанова Ради MMcTpie УРСР вд 4.10.1986 р. № 358;

3. Розпорядження Ради MiHicrpie УРСР в!д 18.03.1988, № 130-р;

4. Розпорядження КабЫету MiHicTpiB УРСР В(Д 25.08. 1992 р., № 539-р;

5. Державна науково-техн'мна профама "Економж палива та рацюнальне використання паливно-мастильних MaTepianiB (1992-1995р.р.)", що розроблена в1дпов!дно до Указу Президента УкраТни в!д 17.02.1992 р. № 86 i затверджена наказом ДКНТ УкраТни вщ 13.10.1992 р. №42;

6. Державна науково-технмна програма "Стан i шляхи полтшення якосгп атмосферного пов^ря", що затверджена наказом ДКНТ УкраТни вщ 14.07.1994 р. № 110;

7. Постанова Верховно'!' Ради УкраТни в|'д 15.05.1996р. № 191 "Про нацюнальну енергетичну програму УкраТни до 2010 року".

Роботи, що стосуються до метод|'в пдвищення ефективност! компре-сорного i насосного устаткування енергетичних установок, виконувались вщповщно до галузевих nnanie НДР i ДКР ряду ведомств та оргамзацм, а також за особистою ¡нуативою автора.

Мета i задач! досл1дження.

Метою дисертац^йноТ роботи е:

- розробка наукових основ i метод!в пщвищення ефективносп роботи компресорних i насосних агрегатт енергетичних установок на нерозра-хункових експлуатацшних режимах;

- теоретична обфунтування основних аспекта енергоэбергаючоТ еко-лопчно чистоТ технолоп! використання природного газу i бЫарних паливних сум!шей у ДВЗ.

б

Задачами дисертацшноТ роботи е: - аналЬ та узагальнення експериментального матер'юлу, накопич„ного бгтчизняною та заруб!жною практикою дослщжень основного енергоспожи-ваючого обладнання енергетичних установок - лопаткових компресорв ( насоав;

- установления на основ! узагальнення експериментальних даних единих закожв, що описують роботу р;знотипних лопаткових нагнггаш'в на режимах, вщмшних вщ оптимального, та розробка на Тх оснош методу превентивного рсзрахунку газопдродинам1чних характеристик, що дозволяе оптимгёувати розрахунков! параметри окремих ступешв для отримання задано'! форми робочоТ характеристики 1 пдвищити ефективжсть роботи нзгнггача та ус!еЧ енергетично? установки на нерозрахунхових режимах;

- ехсергетичний анализ ефективносл роботи ДВЗ на ран их видах моторного налива та отримання системи залежностей, що визначають дето-мацмж характеристики I граничн! умови застосовносп альтернативних мо-торних палив та йнарних паливних сумшей у ¡снуючих та лерслекгивних конструкцЫх ДВЗ для замщення нафтових моторних палив;

- проведения експериментальних дослщжень, що п!дтверджують ефективжсть 1 доцтьжсть практичного використання розроблених методов енергозбереження.

Наукова новизна одержаних результатов.

Наукову новизну дисертацн становлять вперше одержан результата:

1. Комплекса безрсзм1рн«х параметра Кч I Кч> для осьови> компресорних та насосних ступен:в, що визначають вщносну величин) ¡нтефальних втрат енерги у нагнггач1 на р!зних режимах роботи.

2. Комплекси безрозм'/рпих параметр!в Кц I Ку для в'щценгровиз компресорних та насосних ступени, що визначають в'щносиу величин; !нтегральних втрат енерпТ у нагнпгач! на рЬних режимах роботи.

3. Результате узагальнення гэзопдродинаммних характеристик ; вигляд1 залежностей Кч>»/2(я;Мц), да q - вщносна величин; подач1; Ми - умсвке число Маха, що одержан! для геометрично непод!'бни; ступенш:

- компресорних осьового типу,

-компресорних '¿¡дцентрового типу,

- насосних пропелерних (осьового типу);

- насосних вщцентрового типу.

4 . Ун(версальш р|'вняння, що установлюють взаемозв'язок пром|'ж безроэм1рними коеф1Ц1ентами подач1, напору та к. к.д. нагнпач'ю осьового типу при робот1 на р1зних режимах.

5. Ун1версальж р!вняння, що установлюють взаемозв'язок мок безрозм1рними коефщ1ентами напору, подач1 та к.к.д. нагнтачщ вщцентрового типу при робо-ri на рЬних режимах.

6. Сдиж cninbHi закони, що визначають взаемозв'язок коефаденпв напору ¡ к.к.д. з выносною smíhoío подач! для геометрично неподйних лопаткових нагн'ггач!з при po6otí на нерозрахункових режимах. Закони встановлено на ochobí результат узагальнення експери-ментальних характеристик бшьше двохсот нагнггач'в рЬноТ бистрождносп; вони е воображениям неЫдомого panime принципу нестотного впливу конструктивна сп|'вв(дношень нагн|'тача на xapaiaep змшювання та вщнос-ну величину ¡нтефальних втрат енерпУ при вщхиленн! режиму роботи вщ оптимального.

7. Вперше сформульвано та сбфунтоаано концепцю дуальное™ енергозбергаючого аспекту технично! полггики вдосконалення конструкц'й Сучасних ДВЗ з метою змекшення питомих витрат палива. Сенс концепцн полягае а тому, що збтьшення витрат ексергм на виготовлення бшьш скпадноТ конструкцП' ДВЗ на компенсуеться вщпозщним заощадженням моторного палива за весь перюд виробгтку моторесурсу двигуна, осюльки термодинам1чиа ефекгивн1сть сучасних ДВЗ наближаеться до меж), що визначаеться ф13ик,о-х1м1чними властивостями вуглеводневих моторних палив i мщн|'стю конструкцтних MaTepíaníB.

8. На ochobí ексергетичного анализу встансзлено, що максималь-ний ефект енергозбереження досягаеться в сучасних ДВЗ шляхом замщення традиц1йних моторних палив нафтового походження бЫарними бензогазовими паливами, яю характеризуються меншими енергавитратами при íx виробництш та при нейтрал1зацГ( шюдливих продуктов згоряння.

На ochobí аналюу експериментальних даних одержано аналггичн! залежносп, що визначають детонацМт характеристики i граничш умови застосоЕносп у ДВЗ природного газу та бЫарних паливних сум!шей.

У дисертац1йн'|й робст достало подальшого розвитку теоретичне обгрунтування основних аспеств енергозберкаючоТ технологи зясто-сування у ДВЗ альтернативних моторних палив I бжарних сум!шей.

Практичне значения одержаних результат.

Пракгичну цжжеть дисертацжоТ роботи визначають:

- розроблений на основ! установлених залежностей та епшьних законщ метод прогнозування газопдродинам'нних характеристик багато-ступеневих лопаткових нагн!тач1В, що дозволяе оптимюувати параметри окремих ступен|'в, знизити витрати енергм для Тх приводу та збшьшити ефективжеть роботи енертетичних установок на режимах часткових навантажень;

- метод ранжирування альтернативних моторних пализ на основ! величини ексергетичного к.к.д. двигуна, що враховус необхщш витрати ексергн по всьому ланцюжку енерготехнолопчних процесш: вщ видобутку й транспортування сировини та переробки П в моторне паливо до вико-ристання палива в конкретно конструк ту ДВЗ та нейтрал1заци токсичних продуклв згоряння;

- система залежностей, що апроксимуе результата екслери-ментальних дослщжень щодо детонац!йноТ стйкосгп бЫарних паливних сум1шей та використовуеться для розрахунюв \ проектування газопаливних систем живлення ДВЗ;

- результата стендових I експлуатацмних випробувань дзигужв I автомобтт на бтарних моторних паливах.

Результати наукових дослщжень передано аидуючим устано-вам; НВО "Союзгазтехнология" (ВНИИГАЗ) (м.Москва); УправлЫню конструкторських \ експериментальних робгг ВО 31Л (м.Москва); проектному мституту ВН1П1ТРАНСГАЗ (м.Ки'ш); КиУвському Держазному авюцмному заводу (м.КиУв); УкраТнському Центру екологн, безпеки та охорони прац! у нафтогазов!Й промисловосп (УЦЕБОНафтогаз) (м.Харюв); Державному Комтету по енергозбереженню (м.КиТв); Жмеринському заводу "Сектор"; ВО «Мотор-С'|Ч» (м.Запор1жжя); МНВО ¡м. Фрунзо (м.Суми).

Результати досл:д:кень використовано при виконанж ряну НДР в 1нституп газу НацюнальноТ Акздеми наук Укра'жи, а також викорис-товувалися о учбовому лроцеа за спец1альжстю теплогазопостачання та вентиляция для студониз Полтаеського ¡нженерно-будшельного ¡нституту.

Зпдно з результатами робота розроблено Концепцию використання природного газу як моторного лалива на автотранспорт! УкраТни, що покпадоно в основу проекту Державно'!' программ«, який було схаалено колепею Дзржнафтогазлрому УкраТни у 1995 роцК

Апробац1я результат^ дисертацГ/.

Оснозн! положения та результат дисертац(йноТ робота докладено на слщуючих наукових конференциях i семшаргч: Всесоюзний семЫар "Жммотолопя - теор'я та практика рацганалы-гаго використання паливно-мастильних матер!ал:о у техмцГ (Москва, 1968,1989,1990 p.p.); Всесоюзна конференция "Автогаз-ЭГ (м.Паланга,Литва,1991 р.); М!жнародний симпозиум по використанню природного газу "IRGU3-92" (м.Прага,1992 р.); М|'жнародний симпоз|'ум по використанню стисненого природного газу та зраджених нафтових rasis як моторного палива"(м.КиГв,1991 р.); Республтанська конференция "ГПдвищення ефективносп використання палив у енергетиф та на транспорт! УкраТни" (м.КиТв,1992 р.); М1жнародний семЫар по використаннге на транспорт альтернативних моторних пзлив (м.Ль®в,1994р.);европейська конференц1я по газобапонним автомобтям "Metha-Motion" (м.Лондон,19S5 р.).

Частину наукових роб'гг, викладоних у дисертацГ(, вщзначено Премюю ¡мен! академ!ка Г.Ф.Проскури (1993 р), що ГТ надае ПрезидЫ НацюнальноТ АкадемП' наук УкраТни.

Опублжоваж по тем! дисертацГ! роботи автора увмшли складовою частиною до циклу наукових праць "Теоретичж основи i технологи' вироб-ництаа та використання на транспорт! альтернативних моторних палив на баз! мЫеральних ресурсов УкраТни", удостоеного ДержавноТ' Преми УкраТни в ranysi науки i технми 1995 року.

Публ|кацГ| та особистий ииесок здобувача.

Результати д^сертацП' викладено у 46 наукових роботах, опуб-лтованих у перюдичних виданнях та тематичних 36ipKax, у тому числ1 без стшавторш - у 17 наукових публ^кафях.

Особистий внесок здобувача у роботи, опублжоваж у ствавторств!,

отакий:

Роботи 1,21,22: Анал)з стану та перспектив розвитку паливно-енергетичного балансу УкраТни, обгрунтування застосування природного

газу на автотранспорт^ розробка основних завдань щодо використання природного газу як моторного палива.

Робота 10,11: Постановка задачу виведення формул для узагальнюючих критернв, розробка алгоритмов для ЕОМ при обробц! експериментальних характеристик.

Роботи 12-17: Проведения розрахунково-теоретичних оц'шок, розрахунки технко-економЫних показниюв, обфунтування основних положена технолог» використання бмарних паливних сум^шей у ДВЗ.

Роботи 18,19,20: Розробка основних положень, теоретичний аналю детонацмних характеристик, участь у експериментальних доЫдженнях.

Обсяг i структура дисертацй'.

Дисертац'я складаеться з вступу, семи глав з висновками наприюнц1 кожноТ глави, основних висновш i списку використаних джерел (154 найме-нування). Дисертацй м:стить 316 стор|'нок основного тексту, вкпючаючи 59 рисунюв i 27 таблиць.

ОСНОВНИЙ 3MICT РОБОТИ

У перилй rnasi наведено анал13 стану i перспектив розвитку ПЕР УкраТни; зроблено висновок про те, що прюритетними напрямками державно')' техн1чно'( политики сл!д вважати оптим13ац1ю структури економ1ки Укра'жи та енергозбереження у Bcix галузях народного господарства. Визначено резерви i шляхи енергозбереження при створенш енергетичних установок р1зних типш - газотурбЫних двигужв, потужних компресорних станцм, насосних установок електростанцм, а також двигунш внутр'ишього згоряння.

Для будь-якоТ енергетично! установки ексергетичний к.к.д., що е вйношенням виробленого за весь час т моторесурсу величини ексерги до суми витрат ексерги, необхщних для эдшснення роботи установки, можна записати так:

Пе = 1 / [ E</3,6Nei + 0,278g.QHp (1 + e,/Q„p) +

+ 0,278gs,e«Imiki), (1) де Ec - сумарн1 витрати ексерги для створення та експлуатацм установки, МДж; N. - ефектиЕна потужн'кггь установки, кВт; t - час до ловно виробки моторесурсу, годин; де - литом! витрати пализа, кг/кВт.год.; QHP - теплота згоряння палива, МДж/кг; ет -питом! витрати ексергн на видобуток, транс-портування та переробку сировини у моторне паливо, МДж/кг; Сек - питом!

витрати ексергн на нейтралюацм одного умовного кг забруднювача, що викидаеться у навколишме середовище з в1Дпрацьованими газами, МДж/кг;

- масова частина ¡-го забруднювача, що утворюеться при спалювани1 одного кг палива; к4 - коеф!ц1ент агресивносп шюдливих речовин, в умов-них фамах на грам ¡-го забруднювача.

Ршняння (1) дозволяв визначити потенцшш резерви енергозбере-ження, що знзходяться, по-перше, на шляху ддосконалення конструктивних параметра та пщвищення ефективносп роботи афегатш установки I, подруге, на шляху застосувгння менш енергоемких у виробництв! та бшьш еколоп'чно чистих альтернативних моторних палив.

Показано,що основним методом т'двищення ефекгивкосл' роботи насосних I компресорних установок та газотурШнних двигунщ на нероз-рахункових режимах е оптим1зац!я форми робочих газогщродинамнних характеристик нагнггача. Мфою ефективносп виконання режиму роботи, що вщрюняеться вщ оптимального (розрахункового) режиму, принято вважати для насоснихI компресорних установок величину:

Леф = Но/Н| = - 1) /(71^' - 1) *

«Л(-1дгСко/11тах-1дг1к1, (2)

де Н - натр насоса, я, - ступЫь шдвищення тиску, т = к/(к -1), к - показ-ник ад|'абати, Г| - к.к.д. нагн(тача; 1'ндексом "0" вщзначено параметри оптимального режиму, а' ¡ндексом "¡" - параметри довтьного нерозрахункового режиму.

Ефект енергозбереження Ыд оптимЬацн форми робочих характеристик ¡люструеться таким прикладом: для компресора К-1500-62-1 шдвищення ефективносп т)вф на 8-10% при зменшенж подач1 вщ 92% до 67% призводить до заощаджекня споживаемо!' компресором потужносп у 67С - 840 кВт.

Для газотурбЫних установок (ГТУ) змЫювання ефекгивного к.к.д. Дт]а також залежить вщ форми характеристики компресора. що визначае змЫення к.к.д. компресора Дг)«:

АЛв=Пе(1-ф)[1-(1-ст)Лв]Ат1к /ф Лк , (3)

де ф =1 - Т1Яц17Тз г|т Т1К; Т1 \ Тг- температури на вход1 у компресор та турбжу в'|дповщно, о - ступжь регенерацм, ^т ' Л« ■ КК-Я- турбжи \ компресора вдаповщно.

При цьому найбшьш суттееим для одержання високоУ економЫност! ГТУ е не Т!льки абсолютний р1вень к.к.д. комлресора на оптимал-ному режиму але й темп зм!нэння т)к у залежносп вщ я< та частом обартання, тобто форма робочоУ характеристики.

Для поршневих ДВЗ резерви енергозбереження та можпив) шляхи IX реал^ацн установлено на основ! ексергетичного анашгу сукупност! енерготехнолопчних процеав вщ видобутку сировини, П транспортувания та переробки в моторне палиёо до створення конструкци двигуна, що викорисгтовуе паливо, та нейтрал1зацн шюдливих продута згоряння.

Проведено анал!3 ¡сгоричних аспеюпв розвитку конструкц!й ДВЗ, в результат! якого выявлено, що основн! принципов! р!шення та основоположж принципи 1х роботи, а сама: термодинам'нн! цикли, такшсть роботи поршневоУ групи, передача енергм в!д поршня до колЫчатого вала за допомогою кривошипно-шатунного механюму, кероваж вщ колшвала впускн! та випускн! клапани, охолсдження а допомогою вочяноТ оболонки, розпилюючий карбюратор з поплавкстою камерою та ¡нжекц!ею палиаа позггряним потоком через дозуючий жиклер, шаровэ розподтення наливного заряду у цилЫдр1, форкамерно-факельнз запалювання паливноУ сумь ш) електричною ¡скрою, безлосереднм вприск палиаа у цил|'ндри, самоза-палювання в'щ стиснення, використання двопаливних композиций (для запалювання труднозаймистих палив у деигунах з самозапалюванням вщ стиснення до цилшдра вприскуеться эслальна доза легкозаймистого палнва), застосування агрегате наддува, використання декшькох впускних I випускних клапанш з приводом вщ р!зних розподтьних вал!в, - ус! ц| конструктивы ршення було запатентовано та реализовано до 1912 року.

Вже перший 4-тактний двигун, сгворений Н.Отто I Е.Лангоном у 1878 рощ працював з к.к.д. 15%, а двигун Р.Дизеля працював на гас! гид навантаженням з к.к.д. 36% (1895 р.). Сучасж зразки бзнзинових ДВЗ мають ефекгивний к.к.д. 35-36%, а дизельних - 42-44%, що практично близько до ефективкост! ДВЗ зразку 1950-х рош. Ефектизжсть сучасних ДВЗ, що ув!брали до себе ус: досягнення науки й перодових технолопй, асимптотично наближзеться до певноУ меж1, яка визначаеться стобшьнютю ф!зико-х1м!чних влааивастей вуглеводнеаих палив ! жароспймстю конст-рукцмних матер1а/ив. У цьому виявляеться д1я другого закону енерго-ентротки, зг|дно з яким в1дкрит1 мзтершльн! системи, що прогресиано

розвиваються, досягають у своему удосконаленж певноУ меж!, яка визнача-еться для кожио! сукупносп зовн1шн1х I внутр1шн!х умов та характеризуемся максимальним значениям вщ'емно? структурно'!' ентропн (або негентропп -затермЫолопеюЛ.Ьриллюена).

Проведений анали дозволив сформулювати концепцм дуальносп енергозбер1гаючого ефекту техжчно)' полггмки удосконалення конструкцЮ сучасних ДВЗ, зпдно з якога зростаюч1 витрати материальних I енерге-тичних ресурав, що е необхщними для створення бтьш складно! конст-рукци двигуна з метою зниження питомих витрат моторного палива, аж н!як не компенсуються за рахунок ззощадження палива за увесь период експлуатацн ДВЗ.

Тому найбшышй потенциал енергозбереження у ДВЗ мае вихо-ристання таких альтернативних моторних папив, я и характеризуються меншою енергоемнгстю у виробницш та е бтьш еколопчно чистими у зр^в-нянн! з традицмними моторними паливами нафтового походження.

Так, налриклад, для бензинового двигуна, що мае ефективний к.к.д. г). = 34%, величина ексергетичного к.к.д., визначеного зпдно з ртнянням (3) без урахування витрат ексерпУ на нейтрализую токсичних викид1в, дор^внюе при робо"п на бензин! 17,8%, а при використанн1 стисненого природного газу збшьшуеться до 23%.

У друпй глав1 ви'кладено розроблем методи прогнозування робочих характеристик одностушневих нагнггачга осьвого типу. Розглянуто сучасж методи розрахунив робочих характеристик та Тх недолпси.

Проведено математичний анал!э рвняннй теоретично)' характеристики ступеня осьового нагжтача, у результат! якога установлено залежжсть крутосп |"нтегральнсГ| теоретично! характеристики в|'д розрахункоаих значень безрозм1рних коефщ1ен~пв подач1 ф0 • напору \(/то, в1д выносного диаметра втулки ступеня та в(д розлод!лення геометричних параметров вздовж висоти лопатки. Таким чином, проведений анал!3 пщтвердив вщоме положения, зпдно з яким теоретична характеристика мае ¡ндивдауальну форму для кожного конкретного колеса осьового нагштача, так само, як I робоча характеристика ступеня.

На основ» теоретичного анализа одного з основных рщнянь класич-но'( лдродинамжи - р1вняння юлькосл руху, ведомо? теореми М С Жукоэ-

ського про р:анод1ючу гщродинаммних зусиль, що винихають на профМ осьово! лопатки при п обтжанж потоком рщини, а також з використанням р!вняння Л.Ейпара для турбомашин одержано 6езрозм1рн1 критерн Кч I Ку, яю характеризують змЫюзання сумсрно! пдрогазодинам^чно! силч, що еиникае на лопатках осьового иагн;тача при вдхипенж режиму обтаання вщ оптимального. Ц1 критерГС можуть бути аизначеж через основн! безрозм1рж параметри осьового ступеня:

Кп = (1)//Т| - Чфо/Птаж)/2г2Ср , (4)

к-,. = (у - сща)12х\р, (5)

де д = (р/ф0- ещносна подача; <р, у, п - безрозм1рж коефщюнти подачу напору I к.к.д. ступеня вщповщно при робол на довтьному нерозрахунко-вому режим; ф0; Пяих - значения тих же коефщюнлз на оптимальному режимг, Г'ер - середжй вщносний рад'|ус ступеня.

Особлив1сть запропонованих критернв Кч \ Кц/, полягае в тому, що (х чисельж значения, обчислеж за ршняннями (4) \ (5), е однаков! для уах до-слщжених осьових компресорних ступежв при робол на режимах з однаковими значениями вщносноТ подач1 ац та числа Ми = ин/акр , де и„ - перэносна (окружна) швидюсть на зовжшньому Д1аметр1 робочого колеса, акр - критична швидкють.Таким чином, залежносл Кч=/1(я;Ми) I Ку=/2(ч;Ми), одержан! шляхом обробки експериментальних робочих характеристик осьових компресорних ступежв, е узагальненими робочими характеристиками (див. рис. 1,2). Обробц! було пщдано експериментапьж даж модельних ступен]в Центрального Котлотурбшного Ыституту ¡м.Ползу-нова (ЦКТ1), а саме: К-50-1; К-50-3; К-70-10; К-70-16; К-100-1; К-100-2л; К-100-4, а також деяких ¡нших ступежв.

Використання узагальнених залэжностей дозволяв розрахувати ро-бочу характеристику осьового компресорного ступеня, якщо вщом1 пара-

метри на оптимальному режиму за допомогою формул:

Ч> = Ч-фо, (6)

V = 2Е2ср • Км/(я;Ми) + Я-ф0, (7)

П = у / [2г\р• Кч(я;Ми) + я • уА^ах ] ■ (8)

Досад сащчить, що з&г обчислених за цими формулами характеристик з експериментальжми с цшком задовшьним для практичного використання.

АналЬ експериментальних характеристик модельних стуг.^жв ЦКТ1 дозволив одержати також узагальнеж графнж залежност для визначення

меха зони ломпажу I меж1 режиму запирания при змЫюванш числа М„, що е дуже важливим для правильно! побудови газодинаммно! характеристики стулоня тз подальшого анал1зу робота багатоступеневого компресора 1 вае! енергетично! установки.

"Л ж сам1 критерн, що визначаються р1аняннями (4) ! (5), використано для узагалькення експериментальних характеристик осьових (пропелерних) насоав велико! потужносп, яга застосовуються у техноло-пчних схемах атомних електростанцм (насоси марок ОПВ2,ОПВ5, ОПВЗ.ОПВЮ з р'1зними д!аметрами робочих колю при р^зних кутах установки лопастей - всього 38 робочих характеристик). Одержат узагальненГ залежносп (рис.3,4) можна використовувати для розрахунюэ робочих характеристик осьових водяних насоав за формулами (6),(7) I (8).

Як вщомо, змжа кута Э установки робочо! лопат1 осьового насоса спричиняе зниження максимального к.к.д. та змЫу значень коефУент1в подач1 ф0 I напора Анал!з експериментальних характеристик

дослщжених насоав дозволив установити узагальнеш залежносп впливу кута установки Э на змЫення оптимальних значень коефщюнтт <рс • Ч'о" Фэ=Фо( 1 ±0,0275 Э), (9)

V» =Уо( 1 ± 0,022 Э), (10)

де ¡ндскс "О" стосуетъся до параметр|'в насоса при 3 = 0.

3!ставлення та апроксимац^я результата узагальнэння робочих характеристик компресорних I насосних ступени дозволило сформулювата един! ун1версальн! р|'вняння робота осьових ступежв ■ (при Ми 5 0,5 I 0,75 ч 51,3):

К„(я;Мц)"А(1-ч), (11)

МигМи) = - 0,667ц2 + 0,550я +0,117, (12)

де А - пост1Йний коеф'|Ц!внт. Для компресорних ступент, що мають Т|тах и 0,95, величина А ■ 0,8; для осьових насоав, що мають нижч! значения к.к.д. (птах и 0,85-0,87), величина А и 0,95.

Ун1версальн1 р!вняння (11) I (12) дозволяють розрахунковим шляхом спрогнозувата робоч1 характеристики осьозого нагнгоч'а без проведения точного аеродинаммного розрахунку й без профтювання лопаточного апарату вздовж висоти, якщо е вдомими параметри ступен!в на оптимальному режим! та вщносний середнЮ радус ?ср.

У третж глав1 наведено розроблен1 методи прогнозування робочих характеристик одноступеневих нагжтачш в'щцентрового типу.

Розглянуто та критично проанал13оеано сучаоп методи теоретичних розрахунш робочих характеристик компресорних 1 насосних ступенш вщцентрового типу, що, як правило, не забезпечують надмного зйгу з результатами експерименто,

У результат анал1зу основних положень сучасно! теорп вщцентрових нагн1тач'|в установлено узагапьнююч1 критерн

К„ = Ч//Т) - д^о/Лтах , (13)

Кч, = V - , (14)

ям с аналопчними за формою критерюм осьових нагжтач'щ. Ц| критерн визначають вдносну величину ¡нтегральних втрат енергп у вдцентровому нагн!тач1 на довшьному режим! роботи.

Проведено обробку експериментальних робочих характеристик вщцентрових компресорних ступенш, результати яко!' представлено у вигляд! залежносхей К„ = /1(ч;Ми) \ Ку = /г(д;Ми). Дослужено характеристики бшьше 60 вщцентрових ступен!в, що розрйзняються типом робочого колеса (кут виходу лопаток доршнюе р2„ ■ 21°; 22°30'; 32°; 45° I 90°), кшьюстю та формою робочих лопаток, геометричними сшввщно-шеннями елемонт® проточно'! частини, наявнгстю або в!дсутн1стю лопаткових дифузор!В I зворотних спрямовуючих канате, оптимальними параметрами (<р0 = =0,127 - 0,400; ч>0 = 0,444-0,730; Г|т„ =0,714-0,861) \ умозними числами Маха (М„ = 0,60-1,25). Для ус'/х досгаджених ступеней отркмано един узагальнеш залежносп, що показан! на рис.5 ¡6.

Звертае на себе увагу той факт, що величина критерию К,, не заложить вщ числа М„.

Для переважно!' бтьшост1 дослщжених ступенш дюпазон оптимальних робочих режим1в, при яких Тх к.к.д. зменшуеться не бшьше як на 6 % у зр!внянн1 з Т1тах, розм1щуеться всередеж ¡нтервалу вщносних подач 0,42 Я $1,6. Для зазначеного ¡нтервалу залежжсть Кп * /\(ц) добре апроксимуеться р!внянням:

К,,= 0,965 {1 — С| ). (15)

Середне квадратична вщхилення величин К,, в1д апроксимуючого рвняння (15) становить ± 0,0208.

Для запожносп Ку = /г(ч;Ми), стислив!сть робочого п'ла суттево впливае на форму право? вггки (при Ч > 1).

Використанмя одержаних узагальнених залежностей дозволяв спрогнозувати робочу характеристику компресорного ступеня вщцентро-

вого типу задопомогою формул:

Ф^Ч'Фо (16)

Ч/яч-(р0+Кч/(Я;Ми). (17)

п * Ч>1[Ч-Ч>о/Лта« + 0,965(1 - ч)]. (18)

Обчислеж за цими формулами робоч! характеристики цшком задовтьно зйгаються з експериментальними даними. ■

Анал1-з експериментальних характеристик дозволив одержати узагальнеж даж щодо визначення меж1 помпажу е!дцентрозих комп-ресорних стулежз. Грэф^чна залежн/сть мет помпажу вщ деяких конструк-тивних параметрш вщцентрових колес з достатньою точн'кто апрок-симуеться для режим!В М„ ^ 0,6 такою формулою:

Чпомп= ( 0,365• Ю"3-р2п+0,012 )/(в2/02), (19)

дэ Вз/О] - вдносна ширина робочого колеса на зовншньому д1аметрг Збшьшення числа Ми зсувае межу помпажно)' зон и ближче до оптимального режиму (ч =1).

Узагальнюн>н критерй Кп \ Ку, що визначаються виразами (13) \ (14), використовано також для узагальнення експериментальмих характеристик вщцентрових водяних насоа'а загального призначення. Обробц1 пщдано експериментапьж характеристики наохав класш К; Д; НДн; НДс; НДв; В - всього бшьш ста р1зних модифжацш насоав тридцяти восьми тигав. Узагзльнеж характеристики дослщжених насосЬ подано на рис.71 8. У д^апазож змтювання В1Дносно1 подач! 0,42 ч ¿1,6 граф^чш запежносгп добре апроксимуються рщняннями:

Кч(ч)= 0,965(1-4), (20)

МЧ)= -0,269ч2-0,2194 + 0,488. (21)

Середне квадратична вщхилення величин Ку(ч) вщ апроксимуючого р'1вняння (21) становить + 0,0102.

3 використанням одержаних узагальнених залежностей робоча характеристика вдцентрового водяного насоса у безрозмфжй форм1 обчислюеться зпдно з рганяннями (16), (17) I (18).

3|ставлення результат!в узагальнення експериментальних характеристик компресорних i насосних ступени вщцентрового типу показуе, що для режимш Mu i О,С та д!апазону в1'дносних подач 0,4 й q s 1,6 залеж-HOCTi K„ = /i(q) та Кц> « /2(q) для компресор^в i Hacocio повжстю зйгак-ться. Ця сботавина , дозаоляе записати ужверсальне рвняння робота шдцентрових нагнггач!а на довшьних режимах робота у такому виглядк

V = -0,269q2 0,219) q + 0,488. (22)

К.к.д. в1'дцентрового нагнгтача на довшьному режим1 роботи можна обчислити за формулою:

ri = V / [q • Wîlmax + 0,965 (1 - q)J. (23)

Ршняння (22) i (23) дають змогу спрогнозувати робочу характеристику вщцентрового нагнтача будь-якого типу та оптим!зувати розрахункоа'1 параметри окремих ступенш багатоступенево! машини з урахуванням задано!' форми робочо'! характеристики.

У четвертой глав! розглянуто закони туибносл, що об'еднують геометрично непод1бн1 нагн'ггач1, та сформульовано спшьы закони, що визначаютъ роботу лопаткових нагнггач1в на нерозрахункових режимах.

Показано, що для виявленнч закономфностей, спШьних для геометрично неподйних нагнпачю, е доцшьним використання таких безрозмфних параметра: ф; ц/; и; Рг» де ns - коефщюнт бистро-

XiflHOCTi.

Першою усшшною спробою одержання единих законом1рностей для геометрично неподЮних елеменлв нагнпача сл!д вважати результата продувок плоских решток осьових ступени, що представлен! у вигляд1 узагальнених критер1апаних залежностей.

Наступний крок у цьому иапрямку зроблено еэдомим америханським фахшцем 0.1.Степановим, я кий залропонував деяк! законом1рносп для геометрично непод'|бних в'дцентрових нэгжтачш pi3HOï бистрохщносл, яи мають однаков! кути рщ виходу лопаток ¡з колеса. У якоон одного з законш nofliÔHoerri для таких нагнггачш вш пропонував вважати стал1сть спец!-ального параметра, идо отримав назву вихщно')' питомоУ б/.етрсиодносл.

Другий гахон графнно ¡нтерпретовано 0.1.Степановим у вигляд! универсально? дйграми оптимальних параметр/в пссш'дойнога ряду геометрично неподйиих в:дцентрсвйх нагнггачш, що забезпечуюгь макси-

мальн1 значения к. к.д. Ця ужверсальна дгаграма апроксимуеться единим р1внянням:

V = 0,685 (l-<p-ctgP2). В цьому р'шнянн) точка ц/ = 0,685 при <р =» 0 отримана шляхом узагальнення експериментальних даних.

Результати доспщжекь та узагальнення експериментальних характеристик бшьш двохсот геометрично непод|бних компресорних i наоосних ступенщ pi3H0í бистрохщносп осьового й вадцентроеого тиш'в, що викладено у друпй та трет:й главах дисертацИ, дозволили сформулювати те тай сгильм закони роботи нагнггачш:

1.Для лопаткових нагжтачю ¡снують комплекс безрозм1рних параметра к, ¡ Кч> .що виражаються формулами (4),(5),(13) i (14), kotp¡ однозначно визначагать вадносну величину ¡нтегральних втрат енергн у ступой! нагнггача залежно в!д змшювання вдносноУ подач! q = ф/ф0. Узагальнем áaлeжнocт¡ K4(q) i Kv(q) мають слщуюч! Bapii уваги особливое™

- вони не залежать в!д геометричних параметр|в ступеня;

- cnociS визначення кхд. ступеня не впливаз на характер узагальидних залажностей: но мае значения, чи використовуються адгабатичн! або noniTponÍ4HÍ кхд., чи обчислеш вони за величиною спожи-ваноТ потужносп або за перепадом ентальп!й лроцесу стиснення;

- крупсть узагальнених граф|чних залзжностей визначаеться величиною к.к.д. Пта* ступеня на оптимальному режиму причому кут нахилу в!дносно oci q збшьшуеться при зменшенн! величини к.к.д.

Для будь-яких нагнгтачГв залежшсть K^(q) апроксимуеться формулою: Kn(q)»A(1-q), (24)

да А- коефМент, величина якого визначаеться значениям максимального к.к.д. ступеня на оптимальному режим!. Для стулежв з r|ma¡[= 0,35 середня величина А ■ 0,8; для стулежв з г)т»х я 0,85 - 0,87 середне значения А » 0,95, при Т]тах ж 0,75+0,85 величина А » 0,965. В загальному виладку залежн1сть коефщ^ента A día величини rima* визначаеться графЫом (рис.9).

Залежшггь Ky(q) для будь-яких нагнггачш апроксимуеться формулою:

Ki|/(q) = В ( — 0,667q2 + 0,550q + 0,117), (25)

де В - коефМент пропорцюнапьносп, який також запежить вщ значения Лтя* ступени. Для ступежв з riroax ■ 0,85 - 0,95 величина В ■ 1,0. Для ступент з т)твх ® 0,7 - 0,8 значения коефМента В рекомендуеться обчислювати за допомогою емгаричноУ формули В = (1,5 — 0,5q).

При ви-сористанж вираз1в (24) i (25) доЫрч! ¡нтервали становлять: для осьових ступонщ Mu s 0,5 та 0,7 ^ q ^ 1,3; для в^центрових cryneHiB Mu< 0,6 та 0,4 s q ^ 1,4.

2.Коеф'щ!ент теоретичного напору лопаткових нагнггачщ на довтьних режимах роботи визначаеться зпдно з р1вняннями: для осьових ступент (при М„ :£ 0,5 i 0,7 £ q s 1,3):

V/Л = qVtAUx + A(1 - qj^l^cp, (26)

для в!Дцснтрових cryneHiB (при M„ <, 0,6 i 0,4 < q s 1,6):

v/л = qVo/Лтах + A(1 - q). (26a)

3. Безрозм1рний коефвдент ефективного напору лопаткових нагнгтачш зм!нюеться в заложносп BiA в'дносно'! подач! q в1дпов!дно до ртнянь:

для осьових ступешв (при Mus 0,5 i 0,7ä qs 1,3):

у = q4/a+B(-0,667q2+0.550q + 0,117)-2f2Cp, (27) для в'яцентрових cryneHiB (при М„ ^ 0,6 i 0,4 2 q s 1,6):

V = qVo+ B(- 0,667q2 + 0,550q + 0,117 ). (27a)

4. Для двох лопаткових нагнтач(в pi3H0t бистрох'дноЫ, що розраховаж на однакову величину подач! Q i однакову частоту обертання, однаков! значения максимального к.к.д. т],^ =idom можна одержати, якщо опгимальж параметри обох нагнгтачш зв'язано спшвщношенням:

Vo= Vor qW<|>oi +0,685(1 - Ф02/Ф01). (28)

5. КоефМент теоретичного напору будь-якого лопаткового нагнггача при нульовм подач! мае однаковв значения vyT = 0,685 i не залежить в'щ бистрох^носп нагнггача. Цей висновок збхаеться з даними O.I.Степанова щодо вщцентрових Hacocie.

Сформульоваж сптьж закони, що характеризують роботу лопаткових нагнпгачш на нерозрахункових довтьних режимах, е обгрун-туванням слраведливосл такоi плотези:

геометричж параметри, кути i шввщношення po3Mipie, притаманж конкретно конструкци нагштача, обумовлюють одержання от.дальних газодинам1чних параметр!в i мЫмальних втрат енерпТ на розрахунковому

(оптимальному) режим) роботи. Характер I тсмпи збтьшення ¡нтегральних втрат емергн при змжюванн! режиму роботи нагжтача не залежать в!д геометричних параметра проточно! частини • I визначаються лишэ величиною в!дхилення в!дносно! подач! ч в1д оптимального значення та величиною умовного числа Маха М„.

П'яту главу дисертац1/ присв'ячено розробц! методу розрахунку характеристик багатоступеневого компресора з використзнням ун!версаль-них р!внянь та сп!льних зэкожв роботи нагнггач1в на доешьних режимах.

Проведено критичний анал!з ¡снуючих метод ¡в обчислювання газодинам!чних характеристик багатоступеневих компреадоэ. Ц! методи потребують, як правило, проведения детального поступеневого розрахунку проточно! частини I профшювання лопаткових апарат1а вздовж рад!усу окремих лопаток з урахуванням поправочных коефщюнп'в, як! залежать вщ виду профшю! форми лопаток, в!д розпод!лення товщини профшя та Ыших геометричних параметр1в лопаток. При цьому поправочн! коефУенти, куги ещставання потоку ! коефЭДенти отрат о елементах лопатки визначаються за статистичними експериментальними даними. В ц1пому, повний розрз-хунок характеристик е дуже трудоемкою задачею, точжсть р:шення яко! визначаеться з!ршстю прийнятих при обчислюванн! емп!ричних коефщ!-ент1в ! погр!шн1стю статистичних експериментальних даних.

Для обчислювання характеристик багатоступеневого компресора за розробленим методом необхщними е таю дан!: меж! слнок проточно! частини, значення середнього вдносного рад'|усу гс? для кожного осьового ступеня, масоеа подача, частота обертання, лараматри потоку на вход! у перший стугань, а також оптимальн! значення 5езрозм1рних коефМенгпэ напору ч/0, подач! ф„ ! т|та)( для кожного ступеня, що визначаються за результатами розрахунку вдовж середньо! струминки проточно! частини, або ж зонн назначаються у першому наближенш.

Режим роботи компресора, в!дм!ний в!д розрахункового, задаеться новими значениями подач! в ! частота обертання ротора. Безрозм!рний ксефУент подач'| пэршого ступеня на новому режим! роботи визначаеться зг!дно э формулою (¡> - в/КаЕ"1иикр1, де Р1 - площа на вход|' у ступ!нь, ин - окружна швидюсть на зовжшньому д!аметр! колеса, рг цульнклъ потоку, Ко - коефМент, що враховуе товщу присшкового пограничного шару.

П|'сля вирзхуаання вщиосно! подач! я та числе Маха Ми для першого ступеня зпдно з залежн остями, що наведено у главах 2,3 I А, знаходять значзння критермв К,, в(ч;М„) I Кц> "=(р;Ми), шсля чого обчис-люють величини у' Л ступеня на заданому режим! роботи.

Тиск I температура загальмованога потоку на виход! з ступеня вигначаються за формулами:

Рг* а Р1*{ 1+К«(к - 1)М„г[2г2ср • Клу(я;М„)+ Я' Уо (2в)

V = Т,*{ 1+Ки(к-1 )Ми2[2г2ер• Кп(я;Ми)+ч • ц/с/Лт«] /2}, (30) до К*- козф1ц!ент змемшэння напору через взаемний вплив ступен!в.

Зяаючи тиск I температуру на виход! э першого ступеня, зпдно з ршнянням стану знаходимо щшьнгсть потоку, п!сля чого аналог!чно визначзгаться параматри на виход! з наспупного ступеня.

Для сизначгнкя коефаденту Кд рекомендуеться така емп!рична формула, що д-1С дабрий з51г з експериментальними даними:

Ко е1»005+0,5 • Ю"1^—1,5 * 10"гМ, (31)

де N - порядковий номер ступеня у проточж'й частин) компрессора. Величина коефМенту Кн може бути еизначона зг!дно з вщомими рекомендациями мших 8атор!в.

Наведано приклад обчислення характеристик осьово-в/дцентрового компресора, що складаеться з ишстьох осьових ступени I е1д центрового замикагочопэ ступеня. Такий компресор було спроёктоеано I дослужено за участю здобувача. Результати розрахунюв дали хороший зб!г з експериментальними характеристиками.

Запропонований метод може викорисговуватись для оптим!зэцГ( розрахункових параметра окремих ступени I числа ступешв при проектувант компресора з метою реал!зац!| заздалепдь задано! характеристики компрссора I забезпечення високоефективно! роботи енергетичноГ установки на експлуатацмних режимах. Метод може також застосовуватись для анал!зу роботи компресорних I насосних агрегат та для вибору оптимальних режим!а !х роботи у склад! р;зних енергетичних установохз матою зниження сложи вако! агрегатами потужносл.

У шост)й глав! обгрунтовано методи енергозбереження у авто-мобшьних ДВЗ. Методи базуються на використанн! у якосл моторного

палива природного газу I бмармих сумшей рщких нафтових палив з природним газом.

Природний газ за' енергетичними, детонацмиими, економ'тними I еколопчними показниками поадае прюритеггне М1сце серед Ыших альтар-нативних вид1в моторного палива.

Анал1'з результате розрахунив теоретачних цикга'о ДВЗ дозволлс констатувати, що еластизост! палива не впливакзть суттево на досконапнлъ термодинзм1чного перетворення теплота у роботу. Термтний к.к.д. теоретичного циклу при робот! ДВЗ на бензин! та на природному газ! с приблизно однаковим, якщо параметри циклу I коефвдент надлишку поЫтря зали-шаються сталими. У той же час, ексергетичний к.к.д. ДВЗ, що визначаеться рщнянням (1), при використанж природного газу мае ¡статно бшьш високэ значения. Поряд э цим, велик! потеицальж можливоеп енергозбереження мають таю властиэосл природного газу, як висока детоиащйна спйюсть, що дозволяе суттево збтьшити ступ/нь стиснення, а також широи допустим! границ! зб'щнення газолоеггряноТ паливно! сум1Ш), що дае змогу п'двищита економ'1чн1сть двигуна на експлуатацмних режимах.

Проведений внатоз детонзцмних хараетеристик газоповггряних сумшей при разному склад! I р'вних температурах сумш показав, що максимальний енергозбер^аючий ефект використання природного газу пк моторного палива у ДВЗ з ¡скровим запалюванням досягаеться при леометричному ступеж стиснення 6 и 12-14 I при збадненж' газопсвп-ряноГ сумЫ до значень коефадекту надлишку пов'пря а » 1,3-1,6. При цьому граничив за умовами виникнення детонацИ значения геометричного ступеня стиснення можэ бути обчислене за р^внямням, що апроксимуе екслериментальн! дан!:

т.^ = 17,0 + 5,6(а -1) - 0,042 • £ 15, (32)

де ъ«, - температура сумшл на вход1 у ДВЗ, "С.

Використання природного газу в карбюраторних двигунах з малим стуленем стиснення ( с а 3 - 8 ) с малоефектлпним через зниження потужност! двигуиа ! погашения охСллуатацйних характеристик автотранспортного засобу. Експериментальж дан! св!дчать, що при 'займанж сгехюметричмоТ сумш природного газу з ловлям ¡идуктивний перюд холодного полум'я мае дужэ малу триезлеть, а тому самозаймаиня такоУ сумЫ мае практично одмостадШний характер. Навпаки, самозаймання

сильно зб(днгшх газоповлряних сумшей ещбуваеться аналолчно редким моторним пагмвт ( мае багатостадЮний характер, а швидюсть згоряння знихсуеться бшьш, чим у 3 рази. Тому збшьшення швидкосл згоряння зб|днених газоповгтряних сумшей с оджею з найважлив!шмх задач шдеищення ефеэтивкост ДВЗ, що працюють на природному газ1.

Експеримонтальш досл1дження показали, що збшьшення швидкосл згоряння збщнених газоповпряних сумшей досягаеться шляхом введения до складу палива пеаноТ ылькосп легкозаймистих низькооктанових бензимових фракций, тобто шляхом використання Фнарних палив.

Таким чином, основу б!нарного палива становлять низькооюганов1 бензини, а переммний за величиною антидетонац!йний додаток природного газу дозеоляо рагулюоати останове число б!нарного палива В1ДП0В!ДН0 до необх1дно'| детонацтноТ спйкосп, що визначаеться режимом роботи ДЕигуна.

Результата екслерименпв дозволяють зробити висновок, що додаток бензину до природного газу дае бшьш гомогенаовану паливну сум!ш, виконуе роль швдатора легкозаймистих центра в камер! згоряння ДВЗ ^ сприяе бшьш повному згорянню палива. Оск'шьки бензин! природний газ мають р!зну затримку спалахування (тривалеть переду холодного полум'я), Тх змшування у б!нарнш сум!ш! призводить до того, що /творена сумии мае свою еласну затримку займання, що вдозняеться в'|д бензину I газу. Ця обставина вд1фае позитивну роль у покращенн! детонацмних характеристик паливно! сумш!.

Енергозбереження при використанж бЫарних палив забезпе-чуеться такими факторами: значно меншими енерговитратами при виробництв! низькооктанових бензиж'в; сутгево меншою варт!спо природного газу в пор:'внянж з високооктановим бензином; значним скороченням шкдливих викидш з в!дпрацьозаними газами ! зниженням витрат на Тх нейтрал!3ацно; суттевим зйльшенням сумарного фонду моторних палив при зниженж ¡мпортних поставок нафтопродукпв за рахунок зал учения до використання нетрадиц|'йиих ресурсов лаливно-енергетично! сироаини як компоненте бЫарного палива.

На основ! апроксимацП результате експеримантальних дослщжень запропоновано систему эалежностей для розрахунюа систем живлення багаторежимних ДВЗ б!нарним паливом:

С0см = 12(Шг+ «Б(1- Бг) ,

исм'оном = (1.1- 0,Зп/пНом)'к , (33)

асм аа6'аг/(а6+аг>, де <цсм - октанов® число бензогазового бЫарного паливэ; юном -номЫальне значения октанового числа паливэ, що е необхщним за умовами детонацй для заданого ступеня стиснення е двигуна; п, пном -частота обертання двигуна на дов!льному I ном|'нальному режимах роботи вщповадно; Рг - частка природного газу у склад! бжэрного палива; к -коефщюнт дроселювання, к = (Р0 - ДР»)/Р0; Ро - абсолютний тиск навколишнього середовища; ДР, - розрщження за дросельною заслЫкою; ав |«г, «см ■ коефМент надлишку повггря для бензину, природного газу \ б>нарно'| сумЫ в|дпов!дно.

Необх'щна величина додатку природного газу до бензину з октансэим числом ше, що застосовуеться у бЫарному палив), у залежносп В1Д конкретного режиму роботи двигуна визначаеться за формулою:

Ог= [Ином (1.1- 0,3 п/пном) Зс - соБ ]/(1и - «Б )• (34) Забезпечення необидного додатку природного газу Ор на р!3них режимах . роботи у В1Дпов|дност( до формули (34) е основною функцией? паливног системи живлення ДВЗ бжарним паливом.

Теоретичний аналя дозволив встановити гранично досяжну, за умозами детонаци, величину потужиосп ДВЗ з ¡скровим запалюванням, що працюе на бжарному палив) з об'емною концентрац!ею природного газу Сг I бензину Сб = (1-Сг), за формулою:

1/ {Мпрв")е» = » / (1^рдвТ)г + (1- 9) I (Мпрд")Б , (35)

де 9 = сг/ {(Ц0„р)в/(м0нр)г + Сг[1 - (ц<2„РШ&Лг]}.

Не | Мг - молекулярна маса бензину I природного газу в!дпов1дно; 0„р - нижня робоча теплота згоряння.

Вираз (35) добре координуеться з результатами екслеримен-тальних дослщжень.

Розглянуто особливосп роботи ДВЗ з самозайманням вщ стиснення за газодизельним циклом з еикористанням зрщжених нафтових газ!в I природного газу. Показано, що у таких ДВЗ застосування пропан-бутанових сум!шей обмежуеться детонэцгйними яаищзми, внаслщок чого эалальна доза дизельного палива не може бути менше 80% вщ витрат пального на режим'! номинально! потужносл. Додаток 15-20% пропан-бутану

с доцшьним для зниження димносп вдпрацьованих газ(в. При еикористанн! техжчного пропану зам1сть пропан-бутановоТ cyMiaii запгльна доза дизельного пализа може бути знижена до 50%.

Безнаддувний газодизель, що працюе на природному ra3i з зовнш-hím суммеутворенням, може лрацювати на номжальн!й потужносл при запальмй доз1 дизпалива менше 20%. Але при малих навантажаннях сильна збщнення паливно? cyMiuii призводить до неповного згоряння природного газу та до виносу йога частини з вщпрацьованими газами. Тому основною задачею пщвищення ефекгивност! газсдизельних ДВЗ сп|д вважати розробку спещальноТ паливно! регулюючоТ апаратури для пщтримания оптимальних сшввщношень таких визначапьних параматрш, як коефУзнт надлишку повпря та величина запальноТ дози дизельного палива у залежносл в'|д складу пализа, потужносп та частота оберп'в деигуна.

Результата експерименлв свдчать, що пщвищення температури ra30n0aip«H0i сумш иа вход! у цил!цдри газодизеля суттево знижуе дето-нац!йну слйюсть паливно? сумш. Налриклад, при тдвищенж температури газоповлряно! сум!ил вад 25 °С до 140 °С гранична за умоеами детонацп потужнкггь газодизеля при робот! на природному газ! знижуеться ызйжэ вдв!ч!, а при робол на пропаш - у 5 pasia. У цьому випадку для усунення детонацн стае необхщним або збшьшення запал ьноТ дози дизельного палива, або охолодження газоповпряноТ сумш, що подаеться до цил!ндр!в. .

Для газодизел!в, що оснащен! наддувним агрегатом, запропоновано слосй зниження температури газоловггряно!' сум!ии шляхом вприску води у наддуений агрегат. На оснса! рвняння теплового балансу одержано формули для еизначзння необидно'! юлькосп води.що мае вприскуеатись у нагнпач.

У сьом!й глав! наведено основн! результата експериментальних досл!джень роботи азтомобшьних карбюраторних ДВЗ i автотра^спортних 33co6ia на ©нарних моторних паливах.

AaT0M06inbHÍ двигуни р!зних марок випробувались на cneu¡ani30-ваних стендах Ыституту газа HAH У кражи та у деяких ¡нших установах з використанням газопаливно! апаратури,- розроблено! в Ыституп газу HAH

УкраТни та призначено! для забезпечення робота ДВЗ на бинарному палиы й на стисненому природному rasi.

Метою стендових випробувань двигушв було:

- nepeeipKa адекватное^ основних теоретачних положень технолог)! використання ©нарних палив експериментальним даним;

- досл'(дження енергетичних, економ!чних i еколопчних показкимв ДВЗ, що працюють на ©парному пали si;

- удосконалення принципов роботи -i конструкцп основних eysnie паливних систем живлення ДВЗ ©нарним паливом.

Вилробовувались двигуни ЗМЗ-24 i 3M3-53 вирсбництва Зааолзького заводу ВО ГАЗ; 31Л-138А та модифжований двигун 31Л-375Г з збшьшеким ступенем стиснення( с я 8,5 ) Еиробництва ВО 31Л, а також двигун NOVA-AMBASSADOR виробництва (ндм. У npoueci випроб/взнь визначались зовн!шн| шзидюсш характеристики, навантажуеальш характеристики, характеристики холостого ходу та склад садпрацьованих газ:в при робот1 двигун!в на стандартному бензин та на бшэрному nanvisi. Для кожного виду моторного палива визначався оптимальний кут випередження запалювання. Наведено дан! щодо випробувальних мотор-них стенд!в та застосовако! при досл'дженнях вим'|рювально! апаратури. Досл'щження двигуна NOVA-AMBASSADOR проведено здобувачем на моторному стенд! (ндмського наукозо-дослщного ¡нституту нафта (м.Дехрадун, 1нд|'я) за участю ¡нд!йських фах1вц!в.

Результата дослщжень пдтвердили ochoshi положения i теоретичьи передумови енергозбертаючо! технологи використання бшарних моторних палив. Буяо пдтверджено ефективн!сть i роботоспроможжсть основних конструктивних р!шень, прийнятих при розробц1 газопаливних систем живлення ДВЗ бшарним паливом, а також визначено позитивш якосп й недолги принципово! схеми редуктора-регулятора таску газу - основного еузла палиэно? системи.

Ц)нн1 результата одержано при псл;,гонних i експлуатацмних випробуваннях автомобмв рЬних марок (ГАЗ, 31Л, РАФ, NOVA-AMBASSADOR), що мали за мету оцЫку тягпозо-динаммних i 'паливно-швидюсних експлуатац!йних якостей при робол на бшарному палив!.

У цтому, досл'|дження показали, що при робот! на бЫарному палив1 з додатком природного газу Dr = 0,5 - 0,6 зниження максимально! потуж-

ност1 двигуна не перевищуе 3 - 6 % в поршнянж з роботою на стандартному бензин!. При цьому час розгону до певно! швидкосп при зрушенн! з м1сця збтьшуеться у середньому на 20%. Еколопчн! показники автомобшя покращуються в пор!внянн| з базовой моделлю.

Велику ц1кав!сть викликають результата дослщжень автомоботв 31Л-431610, що були оснащен! двигунами з шдвищеним ступенем стиснення (с я 8,7 ! е » 9,8). Випробування проведено на динамометрии дороз1 центрального автомобшьного полтону НАМ1 (м.Дмитров Московсько! обл.). Дослан! зразки автомоботв працювали на бЫарному палив! - сумш бензину А-76 та сгисненого природного газу (Ог в 0,5 - 0,75).

Збшьшення ступеня стиснення двигуна до е ■ 9,8 при робст на бЫарному палив! дозволило зменшити контрольн) витрати палива на 11,5-17,0 % в пор!внянн! з базовим автомобшем; п!д час руху по м!ському |'здовому циклу витрати палиаа зменшуються на 30,3 %, а по магистральному циклу - на 25,3 %. Динаммн! показники автомобшя при робот) на бЫарному палив'| покращуються до 4 %.

Результата сгендових ! пого'гонних дослщжень враховано при модерн!зацй конструкци газопаливноТ системи живлення ДВЗ б!нарним паливом, а також при розробш перспективно! принципово! схеми палиа-но! системи.

висновки

1. Пдвищення ефектианосп на ексллуа+ац!йних режимах робота таких енергоемких споживачт палиено-енергетичних ресурав, як лопаткой нагмйач) осьового ! вщцентрового типу, що входять до складу багатьох енергетичних установок, а також таких, як двигуни внутр!шнього згоряння, сумарна потужнють яких бшьш як у 5 разш перевищуе естановлену потужн!стъ ус!х елекгростанцЛ краТни, • е вежливою народно-господарчою проблемою, виршення яко! сприяе зменшенню залежносл економки Украши в!д ¡мпорту основних енергоноейв та покращенню еколопчно! ситуацм у промислоаих репонах.

2. Економмна ефектавн!сть нагнгтача ! величина споживаемо! !м потужносп при робот) на нерозрахункових режимах однозначно визна-чаеться формою » крутютю його газопдродинам!чних характеристик, як! отримуються екслериментапьним шляхом, тому що сучасний стан теор!! лопаткових компресор1в ! насосш не забезпечуе належно! точност! анал!-

■точного розрахунку цих характеристик. Через те розроблеж в дисертаци методи пщвищення ефективносл базуються на мэтодолоп? анзл'яу I узагальненнях великого обсягу екслзриментального материалу, що його накопичено свггавою практикою комлресоро-1 насособудування.

3. На основ! теоретичного анал1зу деяких класичних закожв пдро-динамжи встановлено комллехси бззрозм'1рних параметров К^ I Ку, що визначають в'дносну величину ¡нтегральних втрат енерп/ в насосних I комлрэсорних ступенях осьового I вадцентрового тип!в на доошьному нерозрахунковому режим! роботи, а отже величину Тх напору ! коефаденту корисно? дп.

4. В. результат! обробхи екслериментальних характеристик бшьшяк двохсот геометрмно непод|'бних компресорних! насосних ступежв осьового ! Е1дц?нтрозого тип!о одержано узагальнеж залежное^ Кц а

я/г(ч;ми). а також апроксимуючГГх ужверсальж рвняння рсботи нагжтач;'в на нерозрахункових режимах, яи однозначно визначають в)дноснэ зм!нэння ¡нтефальних втрат енерп! в проточим частит ступеня у зренянн! з втратами на оптимальному режим! у залежност! в'|д зм'жи вщносно! подач! ц! числа Ми.

Узагальнеж запежносп та ужеерсальж рюняння мають там особлизостг. 1

- вони на залежать вде геометпичних пар -метр!в, кулв I сгиввдношень розм!р!в ступеня;

- спссй визначення к.к.д. ступеня не впливае на характер узагаль-нених залежностей: но мае значения, чи використовуються адгёбатичний або полгсроЫчний к.к.д., чи обчислен! вони за величиною споживано! потужносп або за перепадом ентальп!й процесу стиснення;

• крутить узагальнених фафнних залежностей визиачаеться величиною к.к.д. 'птах ступеня на оптимальному режим'!, причому кут иахилу в'дносно ой <} збтьшуеться при зменшенн! величини к.к.д.

5. На основ! анализу одержзних узагальнених залежностей та ужверсапьних рщнямь вперше сформульовано ептьж закони, що вигна-чають роботу лопаткоеих нагнггач'ш осьового I вщцантрсвого тип!в на нерозрахункойих режимах. .

б йс! п^стави вважати, що сформульоваж закони е наелдком нен!до(,-ого ран!Шв принципу, який устаноалюе: зм!нення ¡нтегральних втрат

енергн в проточим частин'» лопаткового нагн'гтача при сташй частоте обзртання залежить лише в!д выносного змшювання подач! та не залежить в!д геометричних параметр(в нагнгтача.

Спразедлив1сть принципу п'щтверджуеться зб!гом випливаючих з нього наслщюв з експериментальними даними.

Сформульоваи) закони доповнюють залропонован! О.Стопановим закони непод1бност! вЦцентрових насоав.

6. На основ! сформульованих единих закон!в розроблено новий метод обчислення гщродинам!чних характеристик компресор!а I насоав осьового I вщцентрового тигов. Розроблений метод дозволяе:

- провести аналю роботи на нерозрахункових режимах компресор-них агрегат газопврекачувапьних сганцШ мапстральних газопровод1в; повгтрядувок! насост енерготехнолопчних установок пщприемств метапур-пйноТ, »ммноТ, газово! промисловостг, компресор!в газотурб!нних двигун!в; погужних насосних установок теплових I атомних електростанцю, систем водопостачання та ¡н. - з метою пщвищення ефективност! !'х експлуатац!! та зних<ення спожизаемо! потужностг,

- оптим^зувати розрахунков! ларамэтри проточно!' частини при проектуванн! лопаткових компресорш ! насоав з метою одержання задано! форми робочих характеристик для забезпечення ефективно)' роботи енер-гетичних! енерготехнолопчних установок на нерозрахункових режимях;

- розробити математичн! момвл! для теоретичного анал!зу роботи дизельгенератор1в, що обладнан! турбонаддувними агрегатами, та !нших енергетичних установок, яи мають у своему склад! турбонагнпгач!, - з метою розв'язання проблем енергозбереження.

Енергозбертаючий ефект досягаеться при цьому за рахунок зниження споживано! потужносл насосних! компресорних агрегат.

7. На основ! анал!зу шлях'1в розвитку основних щей, що реашуються у конструкциях сучасних двигужв внутршнього згоряння, а також хронолопчного анал!зу темп» зростання значень ефективного к. к.д. ДВЗ за останне столгття установлено, що ефективнють таких двигун!в наближаеться до певно! меж1, яка визначаеться сукупн!стю зовн1шн!х > внугр!шн!х факторов ( параметрами нааколишнього середовища, ф!31ко-жммними властивостями вуглеводневих палив, терм!чною ст!йк!стю та мщнгсло сучасних конструкцмних матер'1ал!в). Цей висновок узгоджуеться з

в'домим законом сучасноТ термодинэмки - енергоентрошки - законом граничного розвитку I мМмуму ентропи складних матер^альних е1дкрйтих систем, и,о розвиваються.'

В цих умовах ускладнювання конструкцм сучасних бензиносих \ дизельних ДВЗ, що робиться для зниження питомих витрат палива, спричиняе суттеве збтьшення витрат енерпТ на виробництво ДВЗ; при цьому зростаюч1 енергетичж витрати на вдосконалення конструкци у багатьох випадках перевищують еиергозбергаючий ефект в!д заощадження моторного палива.

8. На основ! ексергетичного анализу розроблено метод визначення ефективносп використання р:зних вид^в палива у теплоенергетичних установках. Метод враховуе витрати ексерги на видобуток сировини, ¡V траис-портування та переробку у паливо, витрати ексерги на доробку енерго-установки для ефективного спапгавання одержаного палива, а також необждж витрати ексерпТ на нейтрализую швдливих продутв згоряння.

Установлено, що максимальне значения ексергетичного к.к.д. енергетичних установок забазпечуе використання як моторного палива газш, що м'ютять метан ( природний газ, метан вуп'льних родовищ, супу™ нафтоз! гази, широка фракция легких вуглеводнш, бюгаз та ¡и.) - найменш енергоемких у виробнчцтз! та найбшьш еколопчно чистих при спалюваннК

9. Найбшьш рзцюнальним 1 е'^ективним г використання природного газу у перспективних двигунах з великим ступенем стиснення ( е 5 16 ) при спэлюванн! збщнених газоповггряних сумшей з коефМенгом надлишку повггря а = 1,3 -1,7. В ¡снуючих конструкциях беизинових ДВЗ найбшьш ефективним с застосування бмарних паливних сум1шей.

Ефект онергозбереження при використанж ©нарних палив досягаеться за рахуиок:

- зниження енергетичних витрат на вторинну переробку низько-октаноеих фракцм бензину;

- залучення до сумарного фонду моторних палив низькооктанових бензиноаих фракц!Й первинноТ перегонки нафти, широко! фракцн легких вуглеводжв I газових конденсзш у якосп р1дких компонентов бжарного палива;

- замшдення частини бензимв природним газом;

- п!двищення потужносл бенэогозових двигунш на 5-10% у зр1анянн( з потужнкяю банзииових двигунщ, що працюють лише на природному газг,

- зкижання витрат на нейтрал!зац1ю токсичних продукпв згоряння;

- зманшання ексллуатац!йних витрат внасл!дск меншоТ вартосН бшрних полиз у зршнянн! э високооктановими бензинами.

10 Проведено анал13 двтонацмних характеристик газових моторних палт > йнарних сум!шей, що дозволяе оптам!зувати парамзтри циклу перспактиених ДВЗ.

Одержано р!вняння, що апроксимують експеримеитальн1 дан! та дозаоляють визначкти необхдну частку природного газу у склад| ©нарного палива у залежнаа! в'|д октанового числа бензиновой фракц!? та режиму роботи ¡снуючих кснструкцм ДВЗ. Ц| р!вняння рекомендуються для використання у шсосп алгоритму роботи перслективних паливних систем жиаленкя карбюратсриихДВЗ&нарним паливом.

11. На основ) тооретичних доазджень I експориментальних даних встановлено рацганальж умови та детонацЮц! обмеження використання гезооих палив у бензикових I дизельних ДВЗ, визначено фаничм за умова-ми датонаци значения ступзня стаснення, середнього ефективного таску циклу I величини досягаемо! потужносИ у ззлежносл в1д складу паливно! сумш та те'мператури паливно-пов1тряного заряду на вход) у цил!ндри.

12. Результата стендсвих, лолтсниих! експлуатац:йиих в; 1робу-вань двигумв ! аотомобМа р1зних марок на бшарному палив! п!дтвердили спразадлив!сл» розроблених теоретачних положень енергозбер!гаючо! технологи використання бЫаржх моторних палив у ДВЗ.

13. На тдставах результате проведених досл!джень розроблено Концапц!ю використання природного газу як моторного палива на автотранспорт! Укра'Ыи на пер!од до 2010 року, яка передбачае замещения природним газом блиэько 7,5 млн тонн иррмно нафтових моторних палив на юнець розрахункового перюду. Концепцто схвалено колепею Держнатогазпрому Укра!ни як основу для роз робки проекту в!дпов!дноТ Державно! программ.

Основн! положения дисортацП' опубл1ковано в таких научних орацях:

1. П'ятничко О.1., Бикоа Г.О. Укра!Уа:- паливно-енергетичн! ресурси та вконом!ка//Ойкумена.-1992.№ 3.-С.87-95.

2. Быков Г.А. Универсальные уравнения работы нагнетателей центробежного типа И Экотехнологии и ресурсосбережение,- 1995. N3 2,-с. 19-26.

3. Быкоа Г.А. Универсальные уравнения работы пропеллерных насосов и

компрессорных ступеней осевого типа II Экотехнологии и ресурсосбережение.-1995.- № 5,-с.З-Ю.

4. Быков Г.А. Предварительный расчет рабочих характеристик турбокомпрессора с использованием- универсальных уравнений работы ступени И Экотехнологии и ресурсосбережение.- 1995,- N2 6.-с.9-14.

5. Быков Г.А. Общие законы, описывающий работу лопаточных

нагнетателей на нерасчетных режимах //Экотехнологии и ресурсосбережение.-! 996. -№> 1.- с. 19-24.

6. Быков Г.А. Повышение эффективности турбонаддувочных агрегатов

ДВС И Экотехнологии и ресурсосбережение.-1934,- № 3,- с.3-7.

7. Быков Г.А. Транспортные двигатели внутреннего сгорания: проблемы

энергосбережения // Экотехнологии и ресурсосбережение.- 1997,- N5 1.-е. 13-19.

8. Быков Г.А. Детонационные ограничения при использований альтер-

нативных топлив в двигателях с искровым зажиганием II Экотехнологии и ресурсосбережэние,- 1Г95.- № 3.- с. '-9.

9. Быков Г.А. Энергосбережение на автотранспорта и ценовая политика на

рынке топлив II Экотехнологии и ресурсосбережение,- 1997,- № 3.-с. 56-61.

Ю.Быков Г.А., Гузынин А.И. Общая закономерность рабочих характеристик геометрически неподобных центробежных насосов II Сб.трудов Санитарная техника,- Вып.17,- Киев.- Будщельник,-1977,- с.5-10.

11.Быков Г.А.,Гузынин А.И. Аналитический расчет рабочих характеристик центробежных иасосов систем водоснабжения // Известия вузов. Строительство и архитектура,- Новосибирск.-1977,- N8 2.- с.106-111.

12. Быков ГА.Пятничко А.И. Эффективная технология применения при-

родного газа на автомобильном транспорте II Газовая промышленность.- 1990,- № 7,- с.21-24.

13.Карп И.Н., Пятничко А.И,, Быков Г.А. Ресурсосберегающая технология применения природного газа а качестве моторного топлива авто-

транспортных средств // Сб.докладов конференции "Автогаз-9Г- Паланга.-1991,-с.72-85.

14.Быков ГА, Пятничко А.И. Эффективность применения бензогазозых смесей в качестве моторного топлива // Химическая технология.- Киев: Наукова думка.-1991,- № 3,- C.10S-109.

15.Пятничко А.И., быков Г.А. Перспективы применения альтернативных моторных топлиз на автотранспорте //Автодорожник Украины.-1991.-HS1.-C.50-52.

16.Быков Г.А.,Пятничко А.И. Газодизель - экология и экономика //Авто-шляховик УкраЫи.-1992,-№ 3,- с.16-20.

17.Пятничко АН, Быков Г.А., Калачеэ С.И., Молодожен» СА Использование композитного топлива «а транспорта'/Газозая промышленность. -1930.-№ 11,-с.40-42.

18.Быков ГА,Карп И.Н.,Пятничко АИ. Применение природного газа для регулирования детонационной стойкости бензинов на автотранспорте Украины// Экотехнологии и ресурсосбережание.- 1S93.- № 3,- с.25-33.

1 Э.Быков Г.А..Пятничко А.И. Особенности работы дизельных двигателей на газовых моторных топливах // Экотехнологии и ресурсосбережение. -1995. - № 4. - с.3-10

20.Pyatnicho A.Bykov G.,Govorun A Testing of Engines with Spark ignition of - Automobiles Using Gas/Gasoline Fuels //Rep. Simposium of the Use of

CNG and IPG as Fuel for Interna Combustion Engines.- Kiev.-1991.

21.Bykov G.,Karp l.,Pyatnichko A The Use of Compressed Natural Gas as Fuel for Vehicles in Ukraine II Rep. 24 Second European Conference and Exhibition on Natural Gas Vehicles "Matha-Motion".- London.-1995.

22.Быков Г.А.,Карп И.Н.,Пятничко АИ. Концепция сбалансированного производства и потребления жидких и газовых углеводородных моторных топлиа в Украина II Экотехнологии и ресурсосбережение. - 1993.- № 4. - с.3-21.

Рис.2

Рис.1

Рис.3

Рис.4 I

А

и (.0 0,9 0,3 0.7 0,6

N N \

1

0,6

0,7 0.8

Рис.9

0^9

А = 0,685

1,0 Т]тах

Бнков Г.О. Науко-техшчш основн 1 метода п1двищеппя ефектнвносп силового устаткування теплоенергетичних установок. - Рукопис.

Дисертащя на здобутгя паукового ступеня доктора техшчних ¡тук з спещалыюсп 05.14.04 - промислова теплоенергетика. - 1нститут газу НАН Украпт, КиГв, 1998.

Дисертацио присвячено розробщ науко"их основ '. методов пщвищення ефективност1 таких енергосмких елемешчв енергетичних установок, як компресорш та насосш агрегата 1 двнгуни внутршшього згоряння. Розроблено методи, що базуюгься на анал{з! та широкому уэагальненш великого експериментального матер»алу. Сформульоваио спшьш закони, що описують роботу лопаточних нагштач!в рштх тганв на режимах, що вщрвняються ш'д номшального, та дозволяють одержати ефект енергозбереження шляхом превентивного прогнозування IX робочих характеристик з метою оптнмпацн параме1р1в ступешв напптача для реадпацн заданоГ формн робочо! характеристики та збшынення к,к.д, енергоустановок на- експлуатанняшх режимах. Теоретично обгрунтовано та екснеримегггально пщтверджено основ»! положения енергозбер/гаючо! технологи використання бшарннх моторшк налив у бензинових 1 лше.чышх двнгунах.

Ключов) слова: енергетнчш установки, компресорш та насосш агрегати, робоч! характеристики, ефектившеть роботи, бензинов! 1 дизелын двнгуни, бшарш налива.

Быков ГЛ. Научно-технические основы и методы повышения эффективности силового оборудования теплоэнергетических установок. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.14.04 - промышленная теплоэнергетика.- Институт газа HAH Украины, Киев, 1098.

Диссертация посвящена разработке научных основ и методов по-еышэния эффективности таких энергоемких элементов энергетических установок, как компрессорные и насосные агрегаты и двигатели онутраннзго сгорания. Разработанные .методы базируются на анализе и широком обобщении большого экспериментального материала. Сформулированы общие законы, которые описывают работу лопаточных нагнетателей разных типов на нерасчетных режимах и позооляют получить эффект энергосбережения путем превентивного прогнозирования их рабочих характеристик с целью оптимизации расчетных параметров ступеней нагнетателя для реализации заданной формы рабочей характеристики и повышения к.п.д. энергоустановки на нерасчетных режимах. Теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены основные положения энергосберегающей технологии использования бинарных моторных топлив в бензиновых и дизельных двигателях.

Ключевые слова: энергетические установки;' компрессорные и насосные агрегаты; рабочие характеристики; эффективность работы; бензиновые и дизельные двигатели; бинарные топлива.

G.A.Bykov, Scientific and technical Bases and Methods for increasing the Efficiency of Power Equipment of Heat Energy Systems . - Manuscript .

Thesis for a doctor's degree by specialization 05.14.04 - Industrial Heat-Power Engineering, Tha Ga3 Institute of National Academy of Sciences of Ukraine, Kiev, 1998.

The dissertation Í3 devoted to development of scbnlific bases and methods to more efficient use of energetic equipment such as turbo-compressor and pump sets and internal combustion engines. Developed methods are based on the analysis and broad summarizing of huge experimental material. General lows that describe operation of different types of blade compressors and pumps on the regimes different from rated are defined. These lows allow to obtain energy-saving effect by preventing forecast of pump operating characteristics and optimization of individual stage parameters to carry out given operating characteristic forms and providing high efficiency of energetic sets on the load regimes different from nominal. General principles of energy-saving and environmental!/ clean binary motor fuel technology are theoretically proved and experimentally confirmed for vehicle engines.

Key words: heat energy systems; compressor and pump sets; operating performances; internal combustion engines; efficiency; binary fuels.

worse*»!» bo npr*f27. 0V.98. paprnr 60*90/15 Iteníp 9íc«iw*ft. íafM.w snnBxm UStZiS isa. y«(55¡f.-jSPíf;.aft¡rK 2,0 . CSS.-MS.atf.ii3 2,0 • Tap« 100 . S^SM.ifffí.

naJlrpíKf.alífcK. I.KcrarjTí s'BKfTMZK!Ml<» ÜA'i yspslira J53S93, KíIí-57, cpocí!2KT ftopiuora ,Só