автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Повышение эффективности многофункциональных энерготехнологических комплексов совершенствованием двигатель-генераторных установок

4845490

Н //

и

Малозёмов Андрей Адиевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕМ ДВИГАТЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРНЫХ УСТАНОВОК

05.04.02 - Тепловые двигатели

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

1 2 МАЙ 2011

Челябинск - 2011

4845490

Работа выполнена в Национальном исследовательском университете ГОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет»

Научный консультант - доктор технических наук, профессор,

член-корреспондент РАН_

Луканин Валентин Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

заслуженный деятель науки и техники РФ Матиевский Дмитрий Дмитриевич

доктор технических наук, доцент Еникеев Рустэм Далилович

доктор технических наук, старший научный сотрудник Морозова Вера Сергеевна

Ведущая организация - Открытое акционерное общество

«Производственное объединение Алтайский моторный завод»

Защита состоится 25 мая 2011 г., в 13 — часов, на заседании диссертационного совета Д 212.298.09 при Южно-Уральском государственном университете по адресу: 454081, г.Челябинск, прЛенина, д.76, зал диссертационного совета, ауд. 1001 (10 этаж гл. корп.)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южно-Уральского государственного университета

Отзывы на автореферат, заверенные печатью Вашего учреждения, просим направлять в двух экземплярах по указанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета. E-mail: D212.298.09@mail.ru, контактный телефон (351)267-91-23

Автореферат разослан «_»_2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета . л

доктор технических наук, профессор Е.А. Лазарев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Энергетическая безопасность - важнейшая составляющая национальной безопасности России. Одним из эффективных способов повышения энергетической безопасности является развитие автономных систем энергоснабжения (АСЭС) на базе энергоустановок с поршневыми двигателями внутреннего сгорания (ДВС). Однако имеется ряд проблем, затрудняющих развитие АСЭС, наиболее существенные из них:

- высокие затраты на топливо (до 80 % от общих затрат на эксплуатацию ДВС-электростанций), обусловленные недостаточно широким использованием местных топливо-энергетических ресурсов (ТЭР), альтернативных топлив, возобновляемых источников энергии (ВИЭ), работой двигателя на скоростных и нагрузочных режимах далеких от оптимальных;

- загрязнение окружающей среды вредными веществами (ВВ), содержащимися в отработавших газах (ОГ) первичных двигателей, выбросы углекислого газа, потребление атмосферного кислорода, шумовое «загрязнение»;

- большие безвозвратные потери энергии с теплом, выносимым с ОГ, через системы охлаждения и смазки, тепловое «загрязнение» атмосферы;

-качество электрической энергии, вырабатываемой ДВС-электростанциями (ДЭС), в большинстве случаев не соответствует требованиям к качеству энергии в сетях общего назначения.

Одним из эффективных способов решения этих проблем является внедрение многофункциональных энерготехнологических комплексов (МЭК) модульного типа на базе гибридных энергоустановок. Основные отличия МЭК от традиционных ДЭС:

- совместная работа двигатель-генераторной установки (ДГУ) с ветроэлектро-станцией (ВЭС), либо другим ВИЭ, что предопределяет наличие в составе МЭК преобразователя частоты тока (ПЧ);

- работа ДГУ на оптимальном, с точки зрения топливной экономичности, скоростном режиме, зависящем от нагрузки, что влечет необходимость использования «всережимного» (частота тока - 60... 110 % от номинального) генератора и ПЧ, а также системы автоматического регулирования частоты вращения (САРЧ), реализующей оптимальный алгоритм управления скоростным режимом ДГУ в составе МЭК в зависимости от нагрузки;

- наличие системы утилизации сбросового тепла систем охлаждения, смазки и отвода отработавших газов первичного двигателя (СУТД);

- использование местных, в том числе газообразных, видов топлива (газовых конденсатов, топлив широкого фракционного состава, природного, попутного и газогенераторного газа, биогаза и т.д.). »

I Г

В результате могут быть существенно снижены затраты на топливо, уменьшены удельные выбросы ВВ, уровни шума и вибрации, тепловая и механическая напряженность деталей ДГУ, улучшены показатели надежности, снижены требования к САРЧ, повышена стабильность частоты тока и улучшены другие показатели качества электроэнергии.

Согласно ГОСТ Р 51749 критерием энергетической эффективности ДЭС является расход условного топлива на единицу выработанной энергии, что неприемлемо для МЭК, т. к. не учитывается возможность выработки теплоты, свойства топлива, ресурс, выбросы ВВ с ОГ, уровень шума и вибрации, качество генерируемой энергии.

Математические модели гибридных энергетических установок (Н. Bindner, В. Saulnier, Н.М. Парникова и др.) включают лишь упрощенные модели первичного ДВС. Это не позволяет определить количество утилизируемой теплоты, граничные условия оценки надежности, выбросов ВВ с ОГ, не учитывают возможность работы ДВС с переменной частотой, не позволяют решать сопряженные задачи оптимизации МЭК. Математические методы оптимизации частотного режима ДВС (С. Rakopoulos, P. Flynn, W. Dunbar и др.) не учитывают потери энергии в электротехнических устройствах МЭК и наличие СУТД.

Создание МЭК является актуальным направлением в энергетике, его развитие требует решения научной проблемы совершенствования методов и средств повышения их эффективности оптимизацией режимов функционирования и конструкции первичных ДВС.

Цель исследования - повысить эффективность (топливная экономичность, экологические показатели, надежность, качество электроэнергии) многофункциональных энерготехнологических комплексов совершенствованием двигатель-генераторных установок.

Задачи исследования:

1. Разработать систему критериев эффективности МЭК, учитывающую конструктивные особенности МЭК (работу с переменной частотой вращения и многотопливность первичного ДВС, наличие СУТД) и ограничивающие факторы (ресурс, выбросы ВВ с ОГ, уровень шума и вибрации первичного ДВС, качество генерируемой энергии).

2. На основе системы критериев эффективности МЭК, обосновать критерии оптимальности, параметры оптимизации и ограничивающие параметры ДГУ.

3. Разработать математическую модель МЭК. Установить зависимости, связывающие критерии эффективности МЭК, с режимами функционирования и конструктивными особенностями ДГУ и первичного ДВС.

4. Разработать метод синтеза алгоритма оптимального управления скоростным режимом первичного ДВС в составе МЭК в зависимости от нагрузки. Оценить влияние скоростного режима на критерии эффективности МЭК.

5. Выполнить оценку влияния вида топлива на критерии эффективности МЭК с первичным дизелем 4ЧН 15/20,5 с камерой сгорания ЦНИДИ, обосновать его рациональные конструктивные и регулировочные параметры.

6. Разработать технические решения, реализующие обоснованные в ходе исследования методы совершенствования ДГУ в составе МЭК.

Объект исследования - процессы в двигатель-генераторных установках, определяющие эффективность МЭК.

Предмет исследования - методы и средства совершенствования двигатель-генераторных установок в составе МЭК.

Методика исследования включает методы теории поршневых ДВС и электротехники, математического моделирования и оптимизации сложных систем, численные и натурные эксперименты.

Достоверность результатов подтверждена их сопоставлением с данными других исследователей, сходимостью теоретических и экспериментальных данных, применением современных средств и методов испытаний, соответствующих государственным и отраслевым стандартам.

Научную новизну имеют следующие положения, выносимые на защиту:

1. Система критериев эффективности МЭК с первичным ДВС, учитывающая особенности режимов их функционирования и структуры МЭК, включающая, кроме критерия по ГОСТ Р 51749 - удельного расхода топлива, ограничивающие параметры - установленную электрическую мощность, тепловую мощность, ресурс, качество генерируемой энергии, выбросы ВВ с ОГ, шум и вибрацию.

2. Математическая модель МЭК, отличающаяся новыми зависимостями, связывающими критерии эффективности с режимами функционирования, характеристиками и структурой ДГУ (использование различных видов топлива, работа с переменной частотой вращения, наличие ПЧ и СУТД) для определения:

- относительного изменения КПД МЭК на режимах постоянной и переменной частот вращения первичного ДВС;

- расходования ресурса первичного ДВС на основе оценки скорости накопления повреждений;

- относительного изменения потенциально утилизируемой теплоты на режимах постоянной и переменной частот вращения первичного ДВС.

3. Метод синтеза алгоритма оптимального управления скоростным режимом первичного ДВС в составе МЭК в зависимости от частоты вращения ДВС и электрической нагрузки, с учетом системы критериев оценки эффективности МЭК, отличающийся целевой функцией - расход топлива, отнесенный к электрической мощности МЭК.

4. Результаты оценки влияния:

- переменной частоты вращения коленчатого вала первичных двигателей типа 413/14 и ЧН13/14 на критерии эффективности МЭК, учитывающие изменение

КПД «всережимного» генератора, преобразователя частоты тока, системы утилизации сбросового тепла первичного ДВС;

- физико-химических свойств топлива (цетанового числа, фракционного состава), регулировочных характеристик первичного двигателя 4ЧН15/20,5 (запальной дозы, угла опережения подачи топлива, давления наддува) и свечи накаливания в камере сгорания для принудительного воспламенения на топливную экономичность и тепломеханическую нагруженность при работе на альтернативных видах жидкого топлива и по газожидкостному циклу на режимах МЭК.

Практическую ценность имеют разработанные методы и средства решения задач совершенствования ДГУ, позволяющие повысить эффективность МЭК, в том числе, расчетные программы, нормативно-технические документы, научно-обоснованные технические решения. Результаты исследования могут быть использованы при создании МЭК и их систем, модификаций первичных ДВС, предназначенных для работы в составе МЭК, модернизации существующих ДЭС и ВЭС, в учебном процессе.

Реализация результатов работы. Материалы диссертации внедрены:

-ОАО РАО «ЕЭС России» и входившими в его состав ОАО «Научно-исследовательский институт энергетических сооружений» и ЗАО «НПЦ Малой энергетики» (г. Москва) - при разработке «Энергетической стратегии России на период до 2030 года», «Программы развития ветроэнергетики ОАО РАО «ЕЭС России»», проекта «Концепции технической политики в электроэнергетики России на период до 2030 года», систем стандартов организации «Дизельные и газопоршневые электростанции» и «Ветроэлектростанции», разработке и проведении стендовых и полевых испытаний МЭК на базе ВЭС «Заполярная» (г. Воркута), разработке проектов национальных стандартов РФ «Дизельные и газопоршневые электростанции. Общие технические условия» и «Дизельные и газопоршневые электростанции. Энергоэффективность».

- ОАО «ПО Алтайский моторный завод» (г. Барнаул) - при разработке модификаций дизелей для энергоустановок.

- ООО «ЧТЗ-Уралтрак» и ООО ГСКБ «Трансдизель» (г. Челябинск) - при разработке двигатель-генераторных установок и модификаций дизелей для них, включая многотопливные, создании системы утилизации сбросового тепла.

- ОАО ХК «Барнаултрансмаш» (г. Барнаул) - при разработке двигатель-генераторных установок, а также модификаций дизелей для них.

- АК «Якутскэнерго» и АК «Сахаэнерго» (р. Саха (Якутия)) - при реализации «Программы развития малой энергетики Республики Саха (Якутия)» и разработке СУТД для Верхоянской ДЭС.

- ОАО «НИИ автотракторной техники» и НП «Сертификационный центр автотракторной техники» (г. Челябинск) - при конструктивной доводке и проведении испытаний двигателей и энергоустановок.

- ЮУрГУ (г. Челябинск) - при реализации «Программы развития ГОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет» на 2010 - 2019 годы».

Материалы исследования использованы при выполнении работ по государственным контрактам №3420р/5872 от 17.08.2005 «Разработка программного обеспечения для доводки экологических характеристик транспортных дизелей. Разработка системы утилизации сбросового тепла дизеля» и № 8411.0816900.10.002 от 18.04.2008 «Создание модельного ряда дизельных двигателей жидкостного охлаждения», а также в 47 отчетах по результатам научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ.

Внедрение подтверждено актами.

Апробация работы. Материалы диссертации были доложены и одобрены на заседаниях:

-международных научно-технических конференций: «Двигатель-97» (г. Москва, МГТУ им. Баумана, 1997), «Актуальные проблемы теории и практики современного двигателестроения» (г. Челябинск, ЮУрГУ, 2003), «Энергетические, экологические и технологические проблемы экономики» (г. Барнаул, АлГТУ, 2008), СПбГАУ (г. Санкт-Петербург, 2008), «Достижения науки - агропромышленному производству» (г. Челябинск, ЧГАА, 2010);

- межвузовских и межрегиональных конференций: «Научные исследования и опыт работы кафедр - основа образовательной деятельности института» (г. Челябинск, ЧВАИ, 2001), подпрограммы 205 «Транспорт» научно-технической программы Минобразования РФ «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» (г. Звенигород, МАИ-ТУ, 2002), «Повышение эффективности силовых установок колесных и гусеничных машин» (г. Челябинск, ЧВАИ/ЧВВАКИУ, 1999, 2008, 2010), «Проблемы и достижения автотранспортного комплекса» (г. Екатеринбург, УГТУ-УПИ, 2010);

- юбилейных научно-технических конференций: «Гидравлика и гидропневмо-системы» (г. Челябинск, ЮУрГУ, 1998), молодых специалистов, посвященной 75-летию НАТИ, «Тракторостроение - XXI век» (г. Москва, 2001), посвященной 40-летию кафедры двигателей ЧВВАКИУ (г. Челябинск, 2008), «Повышение эффективности колесных и гусеничных машин многоцелевого назначения» (г. Челябинск, ЧВВАКИУ, 2010), посвященной 100-летию создания автомобильных войск России;

-научно-технических советов: ОАО «НИИ автотракторной техники» (г.Челябинск, 1996-2010), ООО «ЧТЗ-Уралтрак» (г.Челябинск, 2008, 2009), ОАО «РАО ЕЭС России» - секция «Малая и нетрадиционная энергетика» (г. Москва, 2003 - 2008), НП «НТС «ЕЭС России» (г. Москва, 2009), НПК «Агро-дизель» (г. Москва, 2007,2008).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 53 печатных работы, в том числе 17 работ в изданиях, рекомендованных ВАК, включая 1 монографию, и 2 патента РФ на изобретение.

Объем и структура работы. Диссертация объемом 300 страниц состоит из введения, 6 глав, заключения, 2 приложений, содержит 41 таблицу, 166 рисунков, список использованной литературы, включающий 243 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы решаемые проблемы, приведена общая характеристика исследования.

В первой главе выполнен анализ состояния, перспектив развития и проблем совершенствования энергоустановок с поршневыми тепловыми двигателями.

Россия относится к числу наиболее энергоемких стран мира. Энергоемкость национального дохода РФ на единицу ВВП в 2 раза выше, чем в США, и в 3.5 раза выше, чем в Западной Европе. Доля затрат на энергию в общей себестоимости продукции достигает 20 %, тогда как в развитых странах она равна 2...3 %. Издержки на транспортирование энергии в РФ составляют 12 % от производства. В то же время, выработка энергии на малых электростанциях с использованием местных ТЭР, в первую очередь природного газа и газового конденсата, в 1,5...2,0 раза дешевле, чем переработка и подача газа на крупные ГРЭС с обратной подачей энергии. Энергетические обследования всех ДЭС АК «Якутскэнерго» показали, что их эффективность характеризуется высоким удельным расходом топлива на отпущенную электроэнергию - 455 г у.т./(кВт-ч), отпущенное тепло -216 кг у.т./Гкал. Одной из причин неэффективного расходования ТЭР является работа ДГУ с постоянной частотой вращения, которая не оптимальна с точки зрения топливной экономичности. Существенная экономия ТЭР может быть достигнута комбинированным производством электроэнергии и теплоты. Коэффициент использования топлива когенерационных установок достигает 85...90 %.

Одним из эффективных решений проблемы энергообеспечения удаленных регионов России является создание и внедрение многофункциональных энерготехнологических комплексов, представляющих систему взаимосвязанных модулей, количество и конфигурация которых определяется в зависимости от требований конкретных потребителей, и конструктивно отличающихся от традиционных ДЭС.

В главе изложены основные положения концепции развития АСЭС на основе МЭК, включающей цели, задачи, принципы, этапы реализации до 2030 года. Исследования рынка серийных ДГУ позволили выявить приоритеты потребителей при их выборе, определить тенденции развития конструкций. Показаны недостатки существующей системы нормативно-технической документации в области

малой энергетики, обоснована необходимость разработки новой системы отраслевых стандартов с требованиями к созданию, приемке и эксплуатации ДЭС.

Выполнен обзор работ по теме исследования. Проблемам повышения эффективности отечественной энергетики посвящены труды Г.Г. Ольховского, В.Б. Иванова, утилизации сбросового тепла - Д.Д. Матиевского, B.C. Кукиса, совершенствованию конструкции ДВС - H.A. Иващенко, Н.Д. Чайнова, J. Heywood, Н. Ricardo. Вопросы моделирования и совершенствования рабочего цикла ДВС (в том числе на альтернативных видах топлива) изучены в работах В.Н. Луканина, A.C. Хачияна, И.И. Вибе, Н.Ф. Разлейцева, A.C. Кулешова, А.Н. Лаврика, Е.А. Лазарева, М. Hiroyoshi, R. Reitz, V. Golovichev, G. Woschni, D. Assanis.

В конце главы обоснована решаемая научная проблема, определена цель и поставлены задачи исследования.

Вторая глава посвящена разработке теоретических основ повышения эффективности многофункциональных энерготехнологических комплексов.

Предложена система критериев эффективности энергоустановок с поршневыми ДВС, в том числе МЭК, представляющая совокупность абсолютных или удельных показателей (рис. 1), которая, в отличие от существующей, учитывает возможность выработки тепловой энергии, свойства топлива, ресурс, выбросы ВВ с ОГ, уровень шума и вибрации, качество генерируемой энергии.

Рис. 1. Система критериев эффективности энергоустановок с поршневыми ДВС: | < - критерии по ГОСТ Р 51749), Г I - ограничивающие параметры

В качестве критерия оптимальности принят расход каждого вида топлива, отнесенный к электрической мощности МЭК т.к. стоимость топлива в затратах на эксплуатацию ДЭС достигает 80 %, стоимость электрической энергии на порядок выше стоимости эквивалентного количества тепловой энергии, производство которой не является основной функцией МЭК. На каждом этапе исследования

производится оценка влияния изменения критерия оптимальности на величины критериев эффективности и ограничивающие параметры МЭК.

Ограничивающими параметрами являются: установленная электрическая мощность (ГОСТ 13822), качество энергии (ГОСТ 13822, ГОСТ 13109), параметры безопасности (выбросы ВВ с ОГ (ГОСТ Р 51249, ГОСТ Р 41.96), дымность ОГ (ГОСТ Р 51250, ГОСТ 17.2.2.02), шум и вибрация (ГОСТ 13822)).

При моделировании использованы следующие допущения:

1. Стохастическая модель внешних параметров ДГУ преобразована к детерминированному эквиваленту с использованием типовых (рис. 2) или фактических графиков нагружения.

2. Количество варьируемых параметров ограничено техническими решениями, определяющими особенности МЭК.

Разработанная математическая модель МЭК в отличие от существующих комплексно учитывает особенности режимов функционирования и конструкции МЭК, позволяет решать сопряженные задачи применительно к теплотехническому, механическому и электрическому оборудованию, определять параметры, входящие в систему критериев эффективности МЭК. Модель включает целевую функцию по критерию минимального удельного расхода топлива и математическое описание зависимостей потенциально утилизируемой теплоты, ресурса, удельных выбросов ВВ с ОГ от режимов функционирования и характеристик ДГУ.

Целевая функция по критерию минимального удельного расхода топлива МЭК базируется на математическом описании процессов в ДГУ. Основой математической модели рабочего процесса первичного ДВС является система уравнений массового и энергетического балансов рабочего тела (РТ) (Б.М. Гончара и Н. Ricardo) в камере сгорания и уравнение состояния РТ:

dx | dQw | dQ„ dQm dQp dr dT dr dr dz rdC?_ . dG" dL> 1

dT

Рис. 2. Характерные суточные графики электрической нагрузки АСЭС в рабочие дни

dT SH d г

dCT_dL _

' dr dr'cv-(G' + G")'

dG _ dün ^ ^

dr dG" dr

dG'„

dr dG"„ ' dr

dGr,

dr dr

О-Чц ■

dx dr'

dGp dG'm dx (G' + G") -R-T

~~dr 4 ~ch V

где Т, Р, V, G - текущие температура, давление, объем и масса РТ, соответственно, Ни - низшая теплота сгорания топлива, д - коэффициент эффективности

dx

сгорания, — - закон выгорания топлива, q4 - цикловая подача топлива, Go - мас-dx

са воздуха, необходимого для сгорания 1 кг топлива, dQw - элементарное количество энергии, подведенное к РТ (или отведенное от него) в процессе теплообмена со стенками камеры сгорания (КС), dQ„ - элементарное количество энергии, подведенное к РТ (или отведенное от него) в процессе наполнения КС, dOm - элементарное количество энергии, подведенное к РТ (или отведенное от него) в процессе очистки КС, dQp - элементарное количество энергии, отведенное от РТ вследствие утечек в зазор между поршнем и цилиндром, dL - элементарная работа цикла, и - удельная внутренняя энергия РТ, dG„ - элементарное количество газа, поступившего в цилиндр через впускной клапан, dGm - элементарное количество газа, вышедшего из цилиндра через выпускной клапан, dGp - элементарное уменьшение массы РТ вследствие утечки через зазор между поршнем и цилиндром, Cv - удельная теплоемкость воздуха, г - доля отработавших газов в РТ, R - удельная газовая постоянная. Символы « ' » и « " » относятся к воздуху и продуктам сгорания, соответственно.

Элементарное количество теплоты, подведенное к РТ (или отведенное от него) в процессе теплообмена со стенками цилиндра, находится из уравнения теплоотдачи Ньютона и зависимости G. Woschni. Закон выгорания топлива определяется по формуле И.И. Вибе, правомерность использования которой обусловлена тем, что при разработке модификаций первичных ДВС для МЭК обычно известны характеристики закона выгорания для различных режимов базового ДВС. Свойства топлива учитывались через эмпирические коэффициенты уравнения И.И. Вибе. Процессы в газовоздушном тракте рассчитывались с использованием редуцированной системы уравнений (1).

Обоснованность выбора математической модели первичного ДВС подтверждена тем, что погрешность определения Рг первичного дизеля 4ЧН15/20,5 с использованием системы уравнений (1) не превышает 2 %, а среднего индикаторного давления - 0,2 %.

Давление механических потерь Рм определялось в зависимости от средней скорости поршня с„ и максимального давления сгорания Рг (модель S. Chen и P. Flynn):

PM=Kl+K2-Pz+Krcn+K4-cl (2)

гдеК1...К4- эмпирические коэффициенты.

Математическая модель механической части «всережимного» генератора основана на уравнении:

<^ = ~\^MKp-Me)dr-Kd-dw, (3)

2Н о

где Мкр - крутящий момент первичного ДВС на валу генератора, определяется с использованием уравнений (1) и (2), Ме - электрический момент на валу генератора, Kd - коэффициент демпфирования, Я - инерционная постоянная генератора, w - скорость вращения вала генератора (в относительных единицах).

Для моделирования электрической части «всережимного» генератора применялась известная система дифференциальных уравнений:

S S S s л dt (4)

dt dt

где U, I, ¥ - обобщенные векторы напряжения, тока и потокосцепления статор-ных (s) и роторных (д) обмоток, R,D - активное сопротивление и индуктивность потоков рассеивания обмоток.

Целевая функция по критерию минимального удельного расхода топлива:

8°=¥=н-—-Г' (5)

" э "i' Лм ' Лтр ' Чген мех ' Чген эл ' Ппч ' ^п

где Gm - часовой расход топлива, N3 - электрическая мощность МЭК, М - индикаторная мощность первичного ДВС, определяемая по системе уравнений (1), цм - механический КПД первичного ДВС, определяемый по уравнению (2), Цтр - КПД трансмиссии, г]гсн М№ г)хи эл - механический и электрический КПД генератора, цпч - КПД ПЧ, к„ - коэффициент неучтенных потерь.

Для традиционных ДЭС, работающих при и = const, отсутствуют зависимости КПД генератора и ПЧ от частоты вращения первичного двигателя. Их разработка является задачей исследования, решенной в 4-ой главе диссертационной работы. Количество потенциально утилизируемой теплоты

QCyM = Qw+Qm (6)

определяется с помощью уравнений (1), как энергия, отводимая через стенки КС в системы смазки и охлаждения (Qw) и с отработавшими газами (Qm). Влияние СУТД на индикаторный КПД первичного ДВС оценивается через величину её гидродинамического сопротивления по газовому тракту (ЛРГ) с использованием системы уравнений (1).

Математическая модель для определения ресурса первичного ДВС. Существующие в настоящее время математические методы определения скорости расходования ресурса ДВС (Н.С. Ждановского, МЛ. Григорьева, И.Б. Гурвича и др.) основаны на статистических моделях изнашивания, которые не учитывают возможность функционального отказа вследствие накопления механических и термических повреждений. Отсутствуют зависимости, связывающие скорость накопления повреждений с режимами функционирования и конструктивными особенностями ДВС.

Разработана физико-статистическая математическая модель расходования ресурса первичного ДВС, основанная на подмоделях накопления повреждений А. \Vohler (ведущих к функциональному отказу) и изнашивания (ведущего к параметрическому отказу), принципах линейного суммирования повреждений и суперпозиции. Основу модели составляет система уравнений:

С,

1

О-■«,•/,) 1

1

С, =£(им •/,■■"/)

Сизн = Ъ{РМ •/,■",)> 1

(7)

(8)

(9)

(10) (И)

где С,„ Срг, Ст, СЕ - соответственно, условная скорость накопления повреждений под действием инерционных нагрузок, газовых сил, макротеплосмен, переменной частоты вращения, Сшн - условная скорость изнашивания, т - показатель, зависящий от свойств материала и характера нагрузки,^ - частость возникновения /го режима, определяемая статистическим анализом режимов функционирования.

Для оценки условной скорости накопления повреждений от воздействия макротеплосмен на /-ом режиме, на основе критерия тепломеханической напряженности фирмы БохИзгс!, предложено выражение:

с-п =

/ > а / 0,6 Г

ппот "к пот

ч / пот / щ \ Р . V ГК1 у) /

(12)

где а и Ь - показатели степени, зависящие от рассматриваемой поверхности, Рк - давление воздуха перед органами впуска, символ тот» относится к режиму, выбранному в качестве номинального.

Уровень газовых сил (Рг) и параметры воздухообмена (Ст, Рк) определяются с использованием математической модели рабочего цикла первичного ДВС (1).

Относительное изменение ресурса первичного ДВС при внесении изменений в режимы функционирования и характеристики ДГУ:

-М

R' f

J--1 PJ .

('изн ' Сщ

(13)

где R - ресурс конвертированного ДВС, R - ресурс базового ДВС до наступления функционального отказа, Су - условная относительная скорость накопления повреждений под действием J-го фактора, Сшн - относительная скорость изнашивания ДВС, Сщ = f(Cm,J - относительная скорость изменения г'-го параметра (эффективная мощность, удельный эффективный расход топлива, удельный расход масла на угар).

Погрешность расчета 90 % гамма-процентного ресурса дефорсированного в 2,5 раза по мощности и на 30 % по частоте вращения первичного дизеля 12ЧН15/18 не превышает 25 %, что является достаточным для инженерных расчетов на стадии проектирования.

Разработанная физико-статистическая математическая модель расходования ресурса первичного ДВС, в отличие от существующих, учитывает возможность функционального отказа вследствие накопления механических и термических повреждений и включает зависимости, связывающие скорость накопления повреждений с режимами функционирования и конструктивными особенностями первичного ДВС.

Математическая модель для определения удельных выбросов ВВ с ОГ. Для

исследования химической кинетики процесса горения топлив различного фракционного состава (включая газовые) использована система уравнений Аррениуса в дифференциальной форме, решаемая численным методом с использованием баз данных по термодинамическим свойствам веществ NASA и Burcat, модель W. Pitz реакции окисления суррогатного топлива - нормального гептана (11С7Н16)), включающая 159 веществ и 1544 реакции, дополненная механизмом горения метана. Для оценки кинетики образования ВВ применена модель Kilpinen-97 (450 реакций, 57 компонентов). Исходными данными для расчета являются индикаторные диаграммы, синтезированные с использованием системы уравнений (1), и начальные концентрации реагентов. Для нормирования выбросов различных видов ВВ с ОГ предложено использовать суммарный показатель токсичности:

f ' ч\ Щ пот

4 1

wh

-Ki

(14)

где IV,- пот - концентрация /-го компонента отработавших газов дизеля при ппот, млн"1; Щ - концентрация /-го компонента отработавших газов дизеля при пониженной частоте вращения (по ГОСТ Р 41.96), млн"1; К, - токсичность г-го компонента отработавших газов дизеля в соответствии с гигиеническими нормами ГН 2.1.6.1338-03.

Иерархическая структурная схема комплексной математической модели МЭК, иллюстрирующая взаимосвязь подмоделей, приведена на рис. 3. Математическая модель реализована в виде компьютерных программ. Для расчета рабочего процесса поршневого ДВС было разработано приложение «МАЕг^ше» (свидетельство об отраслевой регистрации разработки №7131 от 13.11.2006).

САРЧ

«-Т-

Двс (механическая часть)

Ч- Ме— Генератор

~Яч-

-Ъ, Рг

Модель

образования

ВВ

-л пч виз

*

Р,

Модель рабочего процесса ДВС --1-

Рг, Р„ в„ Л.

-ЛРн

■ То, Р0

Модель расходования ресурса

■V, I -/—

0«, 0/7.

ДГУ,

к,/.

Нагрузка электрическая

СУТД

Атмосферные условия

Внешние параметры

Рис. 3. Иерархическая структурная схема математической модели МЭК

Третья глава посвящена развитию методов и средств экспериментальной оценки критериев эффективности МЭК.

В начале главы приведено описание метрологического обеспечения (объектов, приборов и оборудования, стандартных методик) экспериментальных исследований МЭК и его составляющих. Объектами экспериментального исследования являлись первичные поршневые двигатели типа 4ЧН15/20,5 производства ООО «ЧТЗ-Уралтрак», 4ЧН13/14, 4413/14, 6413/14, производства ОАО «ПО Алтайский моторный завод» и двигатель-генераторные установки на их базе, а также на базе двигателя 8ЧН13/14 ОАО «Автодизель» (ЯМЗ). Выбор объектов обусловлен их широким применением в малой энергетике.

Испытания МЭК проведены на ВЭС «Заполярная» (г. Воркута). Основой ВЭС является ВЭУ типа АВЭ-250С. ДГУ мощностью 200 кВт на базе дизеля 8ЧН13/14 и всережимного генератора, разработанного ОАО «Баранчинский электромеханический завод», вместе с преобразователем частоты «УеЬеЛ "ЫХА» была смонтирована на шасси автомобиля КамАЗ, который устанавливался рядом с ВЭС (рис. 4).

а) в)

Рис. 4. Объекты экспериментального исследования: а) МЭК на базе ВЭС «Заполярная» и дизеля 8ЧН13/14, б) система управления и ПЧ МЭК, в) первичный дизель 4ЧН13/14 на испытательном стенде

Разработаны методики, учитывающие новизну технических решений объектов исследования, оценку критериев эффективности МЭК, параметры первичного двигателя, электротехнических и других систем, включая методы и средства экспериментальных исследований:

- по переводу первичного двигателя с камерой сгорания ЦНИДИ на альтернативные жидкие виды топлива и газожидкостный рабочий цикл;

- оценки параметров ДГУ с переменной частотой вращения первичного ДВС, в том числе в составе МЭК;

- оценки параметров СУТД с разомкнутым вторичным контуром;

-определения механической нагруженности элементов трансмиссии ДГУ с

повышающим редуктором.

Экспериментальные исследования по переводу первичного ДВС на жидкие альтернативные топлива выполнены на одноцилиндровом отсеке 1415/20,5 со свечей накаливания (СН) в головке цилиндра.

Экспериментальные исследования по переводу первичного ДВС с камерой сгорания ЦНИДИ на газожидкостный цикл проведены на двигателе 4ЧН15/20,5, укомплектованном газоподающей аппаратурой с оригинальной системой автоматического регулирования дискретного типа (защищена Патентом РФ №2105186 от 20.02.1998) и охладителем наддувочного воздуха.

При оценке выбросов вредных частиц с ОГ использовался гравиметрический метод (неполнопоточный минитуннель МТ-120 с изокинетическим пробоотборником и весы с точностью взвешивания 10"6 г.).

В четвертой главе исследовано влияние режимов функционирования и конструктивных характеристик ДГУ на критерии эффективности МЭК, проведено расчетно-теоретическое и экспериментальное обоснование методов оптимизации частоты вращения ДГУ в составе МЭК по критерию минимального удельного расхода топлива МЭК.

В рабочем диапазоне генератора м> = 0,67... 1,00ри электрический КПД, при уменьшении м, снижается на 0,25...0,40 %, в то время как механические потери пропорциональны кубу частоты вращения:

^мех = 3,68 • /? ■ (у2 / 4О)3 --¡¡i ■ 103 , Вт, (15)

где р - число полюсов; /; - полная длина сердечника статора, мм; v2 - окружная скорость ротора, м/с.

На основании уравнения (15) получена зависимость для определения относительного изменения механического КПД «всережимного» генератора цген мех на режимах постоянной (п = const) и переменной (п = var) частот вращения:

1-

Лгси мех (n=var) _

j Л мех ( n=const)

-J'l (n=var)¡h(n—const) \wn=const ,

(16)

Лген мех (n=cons n=const)

Выражение (16) учитывает необходимость увеличения длины сердечника статора для уменьшения нагрева «всережимного» генератора из-за снижения электрического КПД.

Относительный КПД преобразователя частоты тока в рабочем диапазоне частот вращения варьируется от 0,995 (при номинальных нагрузке и частоте вращения) до 0,952 (при коэффициенте нагружения 0,2 и w = 0,67 pu), соответственно КПД ПЧ:

JMZ=«£L = 0,127-w+ 0,873. (17)

Лпч (и=const)

В рабочем диапазоне частот вращения ДГУ относительное изменение КПД электротехнической части МЭК при номинальном коэффициенте реактивной мощности составит (рис. 5):

Чэ мэк (и=var) _ од 2 7 • v^ + 0,898. (18)

Чэ мэк (/¡=var)

Расчет с использованием системы уравнений (1) и (2) показывает, что с уменьшением п индикаторный КПД первичного дизеля в рабочем диапазоне частот вращения ухудшается на 2...8 % (рис. 6), в то время как эффективный КПД растет (рис. 7). Основной «вклад» в повышение топливной экономичности первичного дизеля, при снижении частоты вращения, вносит уменьшение механических и насосных потерь.

52 50 48 46 44

/ к

//

/ /

/

Яц, мг

-7,3

-11,0

— 14,7 18,3 -22,0

Рис. 5. Зависимость относительного КПД электрической части МЭК от частоты вращения ДВС: 1, 2, 3 - электрический, механический и суммарный КПД генератора, соответственно, 4 - КПД ПЧ, 5 - суммарный КПД электрической части МЭК

1000 1200 1400 1600 1800 л, мин'1

Рис. 6. Расчетная зависимость индикаторного КПД первичного дизеля 1ЧН13/14 от частоты вращения (л) и цикловой подачи топлива (дч)

Метод синтеза алгоритма оптимального управления частотой вращения ДГУ по критерию минимального удельного расхода топлива МЭК основан на использовании традиционных математических методов поиска минимума функциональной зависимости g3=í(n,Nэ), найденной экспериментальным или расчетным (уравнения (1) - (4), (18)) путем. Например, для ДГУ на базе 8ЧН13/14 зависимость имеет вид:

= 414 - 0,908 • Ыэ - 0,226 ■ я + 0,0114 • Л^ - 0,00165 • Ыэ ■ п + 0,000172 • и2, (19) где Ыэ - электрическая нагрузка генератора, кВт.

Линейная зависимость оптимальной частоты вращения от электрической нагрузки, полученная решением уравнения а^/с/и = 0:

я = 4,8 •Л'. +660. (20)

При условии

Чэ МЭК (п=СОПБ1 Чэ мэк (п=уаг) Че (п=сог^)

Чэ мэк (п=соп&) Че (п=\аг)

потери в электротехнической части МЭК превышают экономию от перевода первичного ДВС на режим п = var, в этом случае алгоритм САРЧ МЭК должен обеспечивать включение байпаса ПЧ и перевод двигателя на режим п = const. Минимально допустимая частота вращения первичного ДВС ограничена его технической характеристикой (рис. 8).

42

40

as

38

■а-

■й- 36

ч с 34

*

32

30

■¿¿■С ч

s \

\

Яц, МГ 1600

-7,3 1400

-11,0 X S 1200

S

--------14,7 1000

18,3 800

-22,0

600

1000 1200 1400 1600 1800

п, мин"1

Г 1 'J

{ A J

- 2

50

100 N„ кВт

150

200

Рис. 7. Расчетная зависимость эффективного КПД дизеля 1ЧН13/14 от частоты вращения (и) и цикловой подачи топлива (с]ч)

Рис. 8. Алгоритм оптимального управления САРЧ МЭК на базе двигателя 8ЧН13/14: 1 - минимальная частота вращения, 2 - работа по оптимальной характеристике, 3 - постоянная номинальная частота вращения, А - отключение ПЧ

График целевой функция по критерию минимального удельного расхода топлива МЭК на базе дизеля 8ЧН13/14 в зависимости от электрической нагрузки и частоты вращения приведен на рис. 9. Зависимость потенциальной экономии топлива %) от нагрузки приведена на рис. 10, ее максимальная величина, при работе МЭК на базе двигателя 8ЧН13/14 по оптимальной характеристике, может достичь 27 %. Экономия зависит от коэффициента использования установленной мощности и в типичных условиях эксплуатации (см. рис. 2) составит около 4,6 %. Испытания МЭК с САРЧ, реализующей синтезированный в ходе исследования алгоритм оптимального управления, на базе ВЭС «Заполярная» в условиях реальной эксплуатации, подтвердили результаты расчетно-теоретических исследований и лабораторных экспериментов.

Количество потенциально утилизируемой теплоты для ДГУ с переменной частотой вращения находится численным решением системы уравнений (1) относительно <2„. и От для конкретных типов первичных ДВС:

п> - псУм /Г)СУМ

М ~ ии=уаг/ ^/?=соп51

(п п ) ~и'"=таг (п п \ (2тп=уаг ^Л

я=уаг + У» п=сопИ Ь; + п=уаг + Ят л=сопз1! п У )

!2>с п=уаг + О-ш я=соп5С + бт л=уаг + б/и я=сопв1

450

400

х 350 н 0]

* 300

L.

га 250 200 150

— — Экономия, % n=var

V

30 25

15 1 £

10 g

m

5

50

1400 1500

100 150 N. кВт

200

Рис. 9. График целевой функции по кри- Рис. 10. Удельный расход топлива и терию минимального удельного расхода потенциальная экономия при работе топлива МЭК на базе дизеля 8ЧН13/14 ДГУ на базе дизеля 8ЧН13/14 по оптимальной характеристике

Теоретическая оценка влияния оптимизации скоростного режима ДГУ на потенциально утилизируемую теплоту первичного ДВС показала, что она уменьшается на 2... 15 %, в зависимости от нагрузки (рис. 11), в условиях реальной эксплуатации (см. рис. 2) за год - на 4 % (рис. 12).

1.1

1.0

0.9

-1 -2

V-—-

/

ю

N.. кВт

15

20

Рис. I ]. Расчетная зависимость относительного изменения потенциально утилизируемой теплоты дизеля: 1-1413/14, 2-1ЧН13/14

0,972 0,970 0,968 О 0,966 0,964 0,962 0,960

Gi

ч

\

1 лето \ j

[-лима V/

12 часы

16 20

Рис. 12. Относительное изменение потенциально утилизируемой теплоты дизеля 8ЧН13/14, работающего по графику нагрузки (см. рис. 2)

Проведена расчетно-теоретическая оценка влияния оптимизации скоростного режима ДГУ в составе МЭК на ресурс первичного ДВС с использованием типичных гистограмм распределения нагрузки и частоты вращения оптимизированного (я = var) и базового (п = const) вариантов ДГУ. Зависимость ресурса первичного ДВС от режимов функционирования ДГУ находится численным решением системы уравнений (1, 2, 7...12) для конкретных типов первичных ДВС (рис. 13).

Расчетом установлено, что средний ресурс первичного ДВС при переводе ДГУ на базе дизеля 12ЧН15/18 на режим п = \аг в условиях реальной эксплуатации (см. рис. 2) возрастет на 35 %.

Относительное изменение ресурса первичного ДВС (R/R')

□ 35,0-40,0 0 30,0-35,0

□ 25,0-30,0 М 20,0-25,0

□ 15,0-20,0

□ 10,0-15,0 В 5,0-10,0

□ 0,0-5,0

Рис. 13. Расчетная зависимость относительного изменения ресурса первичного ДВС 12ЧН15/18 от относительного изменения газовых сил и номинальной частоты вращения

Теоретическая оценка влияния оптимизации скоростного режима ДГУ на выбросы ВВ с ОГ первичного ДВС проводилась с использованием кинетической модели Kilpinen-97. Определена динамика образования ВВ в КС первичного ДВС в зависимости от скорости нарастания температуры РТ (dT, К/град. ПКВ), рассчитанной с использованием системы уравнений (1), рис. 14.

р,/рг

2.50Е-07

"s 2.00Е-07

tj

| 1.50Е-07 i 1.00Е-07 J 5,00E-08 0.00E+00

20 30 40 50

сП", К/град.ПКВ

1.00E-25 "s 1.00E-26 ■3 1,00E-27 о 1.00E-28 - 1.00E-29 О 1.00E-30 1.00E-31

30 40

dT, К/град.ПКВ

а) б)

Рис. 14. Зависимость концентрации оксида азота N0 (а) и сажевых частиц РТ (б) от dTь момент открытия выпускного клапана при сгорании суррогатного топлива 11С7Н16 (нормального гептана)

Экспериментальное исследование проведено для дизелей типа 413/14, ЧН13/14. Показано (рис. 14), что оптимизация частоты вращения первичных дизелей 6413/14 и 4ЧН13/14 положительно сказывается на снижении выбросов ВВ с ОГ, для этих двигателей суммарный относительный показатель токсичности уменьшается (рис. 13), в том числе: выбросы СО снижаются на 10...50 %, СН - на

10...20 %, вредных частиц - в 1,5... 4 раза. Для всех исследуемых двигателей ограничивающие параметры токсичности ОГ соответствуют ГОСТ Р 41.96.

100 80 60 СЕ 40 20 о -20

0 50% В 75 % □ 100% —

Ш.Щ щ-.щ.

■ ■JS

50

Nei % от Ne nom

100

Рис. 13. Показатель токсичности П„, при п = 50, 75, 100 % от п,ют. 1 - 6413/14, 2 - 4413/14, 3 - 4ЧН13/14 (Д-3047), 4 - 4ЧН13/14 (Д-442ВСИ), 5 - 6ЧН13/14

Рис. 14. Выбросы вредных частиц с ОГ дизеля 4ЧН13/14 (Д-3047)

Испытания МЭК на базе ВЭС «Заполярная» подтвердили, что использование ПЧ обеспечивает соответствие ограничивающих параметров качества электрической энергии требованиям ГОСТ 13109 к сетям общего назначения. В частности, установившееся отклонение частоты тока не превышает 0,2...0,4 %, в отличие от традиционных ДЭС, для которых эта величина составляет 0,5... 1,5 %.

Теоретическая и экспериментальная оценка влияния вида топлива на критерии эффективности МЭК проводилась на примере первичного многотопливного ДВС типа ЧН15/20,5, рабочий процесс которого, в силу особенностей геометрии камеры сгорания ЦНИДИ, отличается от других двигателей, рассмотренных в работах В.Н. Луканина, A.C. Хачияна, Ю.В. Галышева, G. Tugas и других исследователей.

В качестве наиболее общего случая рассмотрен газодизельный рабочий цикл, частными вариантами которого являются рабочий процесс на газовом топливе (запальная доза жидкого топлива Адт=0 %) и рабочий процесс на жидком топливе (Адт= 100 %). Особенности рабочего процесса определяются величиной Д,„. Уменьшение Адт ведет к увеличению индикаторного КПД (рис. 15) и росту максимального давления рабочего цикла Pz, что вызвано изменением химической кинетики горения топлива и уменьшением ПЗВ. Поэтому была выполнена рас-четно-теоретическая оценка влияния доли суррогатного топлива 11С7Н16 и температуры РТ на величину ПЗВ (рис. 16), определены концентрационные пределы воспламенения (рис. 17). Установлено, что при доле nC7Hi6 70... 100 % от суммарной подачи топлива кинетика горения имеет двустадийный характер. При доле пС7Н16 от 16 % до 70 % - один максимум скорости горения. При доле nC7Hi6 менее 16 % самовоспламенения не происходит и необходимо принудительное воспламенение топливовоздушной смеси. Уменьшение доли пС7Н16 влечет увели-

чение ПЗВ из-за тормозящего влияния СН4 на скорость реакции окисления и, соответственно, рост тепловых и механических нагрузок на детали первичного ДВС, поэтому необходима корректировка угла опережения впрыска топлива в соответствии с рис. 16.

0,48 0,46

П 0,44

X.

0,42 0,4

10 40

Gc7H,6/Gm

0,0030 0,0025 0 0,0020 й 0,0015

(О

С 0,0010 0,0005 0,0000

20

40 60 80

GC7H 1eIGт, %

Рис. 15. Расчетная зависимость //, газодизеля 4ЧН15/20,5 от от доли ПС7Н16 и (жк= 1,3), согласно системе уравнений (1)

Рис. 16. Зависимость ПЗВ от доли 11С7Н16 и температуры РТ

to, = 0,184 г)

Согласно выражению (8), рост Р2 влечет увеличение условной скорости накопления повреждений под действием газовых сил, поэтому была определена область допустимых режимов работы первичного двигателя в зависимости от среднего эффективного давления РТ в КС (Ре) и Аьт из условия сохранения ресурса при и=сопз1 на уровне базового дизеля (рис. 18).

4,5Е-05

0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 Р., МПа

Рис. 17. Концентрационные пределы вое- Рис. 18. Режимы работы газодизеля пламенения пС7Н16 и метана СИ, 4ЧН15/20,5: 1 - температура распы-

(q, = 0,184 г) лителя 1нф = 180 "С, 2 - Pz= 9 МПа

1,5Е-06

£ 1.2Е-06

0

~ 9,0Е-07 S

■3 6,0Е-07 с

1 3.0Е-07 ° О.ОЕ+ОО

20

X

о

2.7Е-05

S

1.8Е-05 "з с

9,0Е-06 1

0,0Е+00 ° 60 80 100

вс7н„/вт, %

с

в-

1,00 0,95 0,90 0,85 0,80

20

30

40

50

ЦЧ

Рис. 19. Зависимость (относительно дизельного топлива) максимального эффективного КПД первичного ДВС с КС ЦНИДИ от ЦЧ

В пятой главе предложены технические и организационные решения по повышению эффективности МЭК, реализующие разработанные методы совершенствования ДГУ в их составе на базе первичных ДВС 4ЧН15/20,5 (включая многотопливные модификации), 12ЧН15/18, В2Ч8,2/7,8, 4413/14, 4ЧН13/14, 6413/14, 6ЧН13/14, 4ЧН13/15, 6ЧН13/15, СУТД для двигателей 6ЧН13/14, 4ЧН15/20,5, 6ЧН25/34 (рис. 20) и внедренные в производство.

Рис. 20. Методы и средства совершенствования характеристик и режимов функционирования ДГУ в составе МЭК и их влияние на критерии оптимальности и ограничивающие параметры (ОП) ДГУ

С использованием результатов теоретических исследований химической кинетики образования ВВ, для снижения выбросов ВВ с ОГ первичного дизеля 4ЧН15/20,5 с КС ЦНИДИ, предложено использование частичной рециркуляции ОГ. Определена рациональная величина перепуска - 10 % от расхода воздуха, которая позволяет снизить удельные выбросы оксидов азота на 30 % и углеводородов на 45 %. Экспериментально определены рациональные значения регулировочных (угол опережения подачи топлива, давление наддува) и конструктивных (наличие ОНВ, особенности топливной аппаратуры) параметров, обеспечивающих нормативные значения удельных выбросов ВВ с ОГ дизелей 4ЧН15/20,5, 4413/14, 4ЧН13/14, 6413/14, 64Н13/14, 4ЧН13/15, 64Н13/15.

Одной из задач при конструировании ДГУ является выбор рационального сочетания характеристик жесткости всех элементов, обеспечивающих стабильность частоты тока при высокой надежности, что является важным при нагрузке МЭК близкой к номинальной, когда П4 отключен. Динамическая нагруженность установки ДГУ-ЮОС экспериментально исследовалась с муфтой трансмиссии жесткостью от 0,30 до 0,85 кН-м/град на типичных режимах: запуск дизеля, холостой ход, установившийся режим (рис. 21), неустановившийся режим (сброс-наброс нагрузки), пуск асинхронного двигателя. Наименьшие значения амплитуды крутящего момента (Мкр) на всех режимах обеспечиваются при жесткости (С) муфты 0,3... 0,4 кН-м/град.

На основе результатов теоретической и экспериментальной оценки влияния вида топлива на характеристики рабочих процессов, обоснованы рациональные регулировочные параметров газодизеля первичного двигателя 44Н15/20,5 с камерой сгорания ЦНИДИ (рекомендуемый расход запального топлива -5,9...7,9 кг/ч, угол начала подачи топлива - 17 град. ПКВ до ВМТ, жк= 1,3). Рекомендовано использование форсунки с тепловой защитой, разработанной В.Е. Лазаревым, которая позволяет снизить температуру распылителя на величину до 40 °С.

Обосновано применение свечи накаливания, как средства повышения эффективного КПД (до 1,5 %) и надежности первичного ДВС (величина Рг на бензине А-76 снижается на 5 %, скорость нарастания давления на 8 %). Определены опти-

--------

25% —100%

0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 С, кН м/град

Рис. 21. Зависимость среднего крутящего момента (Мср) на валу первичного дизеля 44Н15/20,5 установки ДГУ-ЮОС при нагрузке 25 % и 100 % от номинальной от жесткости муфты

мальные, с точки зрения топливной экономичности и тепломеханической нагру-женности, регулировочные параметры топливной аппаратуры, режимы работы СН (температура штифта - 1300 К, напряжение питания - 15... 18 В).

Разработана система отраслевых стандартов «Дизельные и газопоршневые электростанции (ЦЭСиГПЭС). Нормы и требования»:

- Условия создания;

- Условия поставки;

- Организация эксплуатации и технического обслуживания;

- Условия предоставления продукции;

- Охрана труда при эксплуатации и техническом обслуживании.

Система стандартов создана с использованием системы критериев эффективности ДЭС, охватывает все этапы их жизненного цикла и учитывает всё более широкое распространение многотопливных первичных ДВС, СУТД, гибридных энергоустановок, т.е. решений составляющих основу технической концепции МЭК. Также разработаны: система стандартов «Ветроэлектростанции», которая, в части касающейся ДГУ, вобрала требования к ДЭС (ГПЭС), методика энергетических обследований ДЭС и ряд других нормативных документов с требованиями к условиям эксплуатации ДЭС и МЭК.

Создан профильный подкомитет Госстандарта РФ «Многофункциональные энерготехнологические комплексы». Разработана концепция развития автономных систем энергоснабжения на основе МЭК, основные положения которой вошли в «Энергетическую стратегию России на период до 2030 года», «Программу развития ветроэнергетики ОАО РАО «ЕЭС России»», проект «Концепции технической политики в электроэнергетики России на период до 2030 года», программы развития региональных энергокомпаний. Разработаны и реализуются пилотные проекты МЭК.

В шестой главе разработана методика технико-экономического обоснования (ТЭО) МЭК, учитывающая особенности его конструкции и режимов функционирования, а также реальные режимы эксплуатации энергоустановки. Выполнена оценка уступок при оптимизации по критериям электрического КПД, ресурса, удельных выбросов ВВ с ОГ и количества потенциально утилизируемой теплоты. Для нормирования величин уступок использованы экономические показатели.

Переход на режим работы п = уаг позволяет снизить годовые затраты на приобретение дизельного топлива (для МЭК, работающего по графику электрической нагрузки - рис. 2) на 4,6 %, при этом недоотпуск тепловой энергии из-за изменения теплового баланса первичного ДВС составит 2,1 % от экономии топлива. Максимальное изменение годовой платы за выбросы ВВ с ОГ - ±0,1 % от экономии топлива. Уменьшение годовой амортизации за счет повышения ресурса ДГУ в составе МЭК составит 25 % от экономии топлива. ПЧ, имеющий ресурс непрерывной работы 10 лет, если он приобретается отдельно, окупается за 2,9 года.

Утилизация теплоты первичного ДВС позволяет снизить затраты на приобретение тепловой энергии на величину 3,6 % от стоимости эксплуатации МЭК. Экономический эффект замещения дизельного топлива альтернативными видами жидкого и/или газообразного топлива зависит от местных условий, стоимости топлива, затрат на его транспортировку и подготовку, например, для центральных регионов России замещение дизельного топлива сжатым природным газом при прочих равных условиях позволит снизить эксплуатационные затраты в 2 раза. В итоге, затраты на эксплуатацию МЭК уменьшаются по сравнению с традиционной ДЭС на 9,7 % и более (в зависимости от вида топлива и ВИЭ).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ, ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

В результате диссертационного исследования, направленного на повышение эффективности многофункциональных энерготехнологических комплексов:

1. Разработана система критериев эффективности МЭК с первичным ДВС, учитывающая особенности режимов их функционирования и структуры МЭК, включающая, кроме критерия по ГОСТ Р 51749 - удельного расхода топлива, ограничивающие параметры - установленную электрическую мощность, тепловую мощность, ресурс, качество генерируемой энергии, выбросы вредных веществ и дымность отработавших газов, уровень шума и вибрации.

2. На основе предложенной системы критериев эффективности МЭК обоснованы: критерий оптимальности - расход топлива, отнесенный к электрической мощности МЭК для каждого вида топлива, параметры оптимизации ДГУ (в соответствии с целевой функцией оптимизации), включающие индикаторную мощность на различных видах топлива и КПД механических потерь первичного ДВС, КПД трансмиссии ДГУ, электрический и механический КПД «всережимно-го» генератора, КПД преобразователя частоты тока, ограничивающие параметры - в соответствии с действующими стандартами.

3. Разработана математическая модель МЭК, отличающаяся новыми зависимостями, связывающими критерии эффективности с режимами функционирования, характеристиками и структурой ДГУ (использование различных видов топлива, работа с переменной частотой вращения, наличие преобразователя частоты и СУТД) для определения:

- относительного изменения КПД МЭК на режимах постоянной и переменной частот вращения первичного ДВС;

- расходования ресурса первичного ДВС на основе оценки скорости накопления поврезвдений;

- относительного изменения количества потенциально утилизируемой теплоты на режимах постоянной и переменной частот вращения первичного ДВС.

4. Разработан метод синтеза алгоритма оптимального управления скоростным режимом первичного ДВС в составе МЭК, основанный на минимизации зависимости расхода топлива, отнесенного к электрической мощности МЭК, от частоты вращения ДВС и электрической нагрузки, с учетом критериев оценки эффективности МЭК.

Реализация алгоритма позволила повысить эффективность МЭК: снизить максимальный расход топлива ДГУ на базе дизелей типа 413/14 и ЧН13/14 до 27 %, средний эксплуатационный расход топлива до 4,6 %, повысить средний ресурс первичного ДВС до 35 %, снизить удельные выбросы вредных веществ с отработавшими газами, в том числе наиболее опасных твердых частиц - до 4 раз. При этом в условиях реальной эксплуатации снижается потенциально утилизируемая теплота первичного ДВС до 4 %. Экспериментально доказано, что использование преобразователя частоты тока в составе МЭК обеспечивает показатели качества электрической энергии, соответствующие требованиям к сетям общего назначения, установившееся отклонение частоты тока не превышает 0,2...0,4%, для традиционных ДЭС — 0,5...1,5 %.

5. Выполнена оценка влияния:

- переменной частоты вращения коленчатого вала первичных двигателей типа 413/14 и ЧН13/14 на критерии эффективности МЭК, учитывающие изменение КПД «всережимного» генератора, преобразователя частоты тока, системы утилизации сбросового тепла первичного ДВС;

-физико-химических свойств топлива (цетанового числа, фракционного состава), регулировочных характеристик первичного двигателя 4ЧН15/20,5 (запальной дозы, угла опережения подачи топлива, давления наддува) и свечи накаливания в камере сгорания для принудительного воспламенения на топливную экономичность и тепломеханическую нагруженность при работе на альтернативных видах жидкого топлива и по газожидкостному рабочему циклу, которая позволила обосновать рациональные конструктивные и регулировочные параметры многотопливного первичного ДВС и обеспечить повышение КПД ДГУ на базе двигателя 4ЧН15/20,5, работающего по газожидкостному циклу до 3 %, на альтернативных жидких топливах - до 1,5 %.

6. Разработаны технические решения, реализующие обоснованные в ходе исследования методы совершенствования ДГУ в составе МЭК. Обоснованы рациональные регулировочные параметры газодизельной и многотопливной модификации первичного двигателя 4ЧН15/20,5 (рекомендуемый расход запального топлива - 5,9...7,9 кг/ч, угол начала подачи топлива - 17 град. ПКВ, степень повышения давления компрессора - 1,3), жесткость упругой муфты трансмиссии ДГУ (0,3... 0,4 кН-м/град). Экспериментально доказана эффективность использования системы автоматического регулирования, реализующей алгоритм оптимального управления скоростным режимом первичного ДВС, системы пода-

чи газа с дискретным регулированием, распылителей форсунок с тепловой защитой, свечей накаливания, системы рециркуляции отработавших газов, что позволило в совокупности снизить затраты на эксплуатацию МЭК по сравнению с традиционной ДЭС на 9,7 % и более (в зависимости от вида топлива и характеристик возобновляемого источника энергии), с учетом ограничивающих параметров системы критериев эффективности МЭК.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

Монография

1. Бондарь, В.Н. Совершенствование энергоустановок с поршневыми ДВС [Текст] / В.Н. Бондарь, A.A. Малозёмов. -Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2007. -199 с.

Ведущие рецензируемые научные журналы и издания

2. Малозёмов, А. А. Мини-ТЭЦ на базе электростанции ДГУ-100С [Текст] /

A.A. Малозёмов, М.А. Казанцев // Тракторы и сельскохозяйственные машины. -2001.-№ 9.-С. 17-18.

3. Малозёмов, A.A. Снижение токсичности отработавших газов дизеля Д-180 [Текст] / A.A. Малозёмов, М.А. Казанцев, A.B. Даренских // Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение». - 2004. - № 5. - Вып. 5. - С. 50-54.

4. Лазарев, В.Е. Метод оценки интенсивности изнашивания и ресурса прецизионного сопряжения распылителя топлива в дизеле [Текст] / В.Е. Лазарев,

B.Н. Бондарь, A.A. Малозёмов // Двигателестроение. - 2007. - № 3. - С. 26-29.

5. Бондарь, В.Н., Снижение токсичности отработавших газов дизеля Д-180 [Текст] / В.Н. Бондарь, A.A. Малозёмов // Научно-технический журнал «Транспорт Урала». - 2007. - № 4(15). - С. 115-117.

6. Лазарев, В.Е. Расчетно-экспериментальная оценка изношенности игл распылителей топлива в дизелях [Текст] / В. Е. Лазарев, В. Н. Бондарь, A.A. Малозёмов // Двигателестроение. - 2008. - № 1. - С. 17-19.

7. Бондарь, В.Н. Совершенствование методики испытаний дизелей специального назначения в холодильной камере [Текст] / В.Н. Бондарь,

A.A. Малозёмов, В.Н. Белоусов // Вестник академии военных наук. - 2008. - № 3 (24).-С. 129-132.

8. Копеин, A.B. Оценка выбросов вредных веществ с отработавшими газами дизелей на стадии проектирования [Текст] / A.B. Копеин, A.A. Малозёмов // Вестник академии военных наук. - 2008. - № 3 (24). - С. 106-110.

9. Бондарь, В.Н. Оценка токсичности отработавших газов дизелей одного типоразмера с использованием регрессионных зависимостей [Текст] /

B.Н. Бондарь, A.A. Малозёмов, A.B. Копеин, В.В. Герцев // Вестник ЮУрГУ. -2008. -№23. -Вып. 12.-С. 81-85.

10. Бондарь, В.Н. Экспериментальное определение выбросов твердых частиц с отработавшими газами дизелей гравиметрическим методом [Текст] / В.Н. Бондарь, A.A. Малозёмов // Вестник ЮУрГУ. - 2008. - №23. - Вып.12. -С. 94-95.

11. Малозёмов, A.A. Топливная экономичность многофункционального энерготехнологического комплекса с переменной частотой вращения первичного дизельного двигателя [Текст] / A.A. Малозёмов, O.A. Алешков // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. Научный журнал - Новосибирск: ФГОУ ВПО «НГАВТ». - 2009. - Вып. 1. - С. 191-192.

12. Алешков, O.A. Повышение топливной экономичности многофункционального энерготехнологического комплекса оптимизацией скоростного режима первичного дизельного двигателя в его составе [Текст] / O.A. Алешков, A.A. Малозёмов // Ползуновский вестник. - 2009. - № 1-2. - С. 199-209.

13. Малозёмов, A.A. Расчетно-экспериментальная оценка влияния уровня дефорсирования на ресурс дизеля типа В-2 [Текст] / A.A. Малозёмов, A.C. Шикин // Вестник ЮУрГУ. - 2009. - № 33. - Вып. 14. - С. 51-56.

14. Малозёмов, A.A. Теоретические основы оптимизации режимов функционирования двигатель-генераторных установок в составе многофункциональных энерготехнологических комплексов [Текст] / A.A. Малозёмов // Вестник академии военных наук. - 2010. - № 1 (30). - С. 100-109.

15. Романов, В.А. Алпроксимационные уравнения для расчета индикаторных и эффективных показателей дизеля [Текст] / В.А. Романов, A.B. Тананыкин, A.A. Малозёмов, B.C. Кукис // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. Научный журнал. - Новосибирск: ФГОУ ВПО «НГАВТ». 2009. -Вып. 2. - С. 223-225.

Патенты

16. Пат. 2137937 Российская Федерация, МПК7 F02D19/02, F02M21/02. Способ подачи и дозирования топлива в газодизеле и устройство для подачи и дозирования топлива [Текст] / К.П. Седелев, Е.А. Лазарев, А.Н. Лаврик, Г.П. Мицын, И.Я. Редько, A.A. Малозёмов; заявитель и патентообладатель Челябинский государственный технический университет. - №98103970/06; заявл. 03.03.98 ; опубл. 20.09.99. - 2 с.

17. Пат. 2301899 Российская Федерация, МПК7 F02B37/12. Способ и устройство управления газообменом в дизеле с газотурбинным наддувом [Текст] / Е.А. Лазарев, A.A. Малозёмов, В.Н. Бондарь, М.А. Казанцев, В.Е. Лазарев; заявитель и патентообладатель ООО «Федеральный учебный межвузовский научный производственный центр». -№ 2006100153/06; заявл. 10.01.06 ; опубл. 27.06.2007. -8 с.

Региональные издания

18. Малозёмов, A.A. Индукционный период в дизеле с воспламенением от свечи накаливания [Текст] / A.A. Малозёмов // Вестник ЧГАУ. - Челябинск: 1994. -Т. 8.-С. 66-72.

19. Малозёмов, A.A. Дополнительный критерий воспламенения топливо-воздушной смеси в цилиндре дизеля свечей накаливания [Текст] / A.A. Малозёмов // Вестник ЧГАУ. - Челябинск: 1994. - Т. 8. - С. 72-73.

20. Малозёмов, A.A. Результаты экспериментальных исследований влияния режима работы многотопливного дизеля со свечей накаливания на величину периода задержки воспламенения [Текст] / A.A. Малозёмов, А.Н. Лаврик, Г.П. Мицын // Вестник ЧГАУ. - Челябинск: 1995. - Т. 11. - С. 68-73.

21. Малозёмов, A.A. Расчет периода задержки воспламенения для многотопливного дизеля с воспламенением от свечи накаливания [Текст] / A.A. Малозёмов, А.Н. Лаврик, И.Я. Редько // Вестник ЧГАУ. - Челябинск: 1995. - Т. 12. - С. 37-42.

22. Лаврик, А.Н. Определение режимов работы свечи накаливания в камере сгорания многотопливного дизеля [Текст] / А.Н. Лаврик, И.Я. Редько, A.A. Малозёмов, Н.В. Анфилогов // Вестник ЧГАУ. - Челябинск: 1995. - Т. 16. -С. 84-87.

23. Лаврик, А.Н. Экспериментальное исследование тепловой нагруженности поршня и распылителя форсунки газодизельной модификации двигателя Д-160 [Текст] / А.Н. Лаврик, Е.А. Лазарев, A.A. Малозёмов, В.Е. Лазарев // Вестник ЧГАУ. - Челябинск: 1997. -Т. 22. - С. 27-31.

24. Седелев, К.П. Влияние регулировочных параметров топливной аппаратуры на механическую и тепловую нагруженность газодизеля [Текст] / К.П. Седелев, A.A. Малозёмов, А.Н. Лаврик, Е.А. Лазарев, И.Я. Редько // Вестник ЧГАУ. - Челябинск: 1998. - Т. 25. - С. 25-29.

25. Седелев, К.П. Особенности рабочего цикла и процесса сгорания топлива в газодизеле [Текст] / К.П. Седелев, A.A. Малозёмов, А.Н. Лаврик, Е.А. Лазарев // Вестник Российской академии транспорта. Уральское межрегиональное отделение. - Курган: 1999. -Вып.2. - С. 55-59.

26. Ливинский, А.П. Проблемы и перспективы использования газового топлива для передвижных электростанций (электроагрегатов) на базе поршневых двигателей [Текст] / А.П. Ливинский, В.Н. Луканин, A.A. Малозёмов, И.Я. Редько II «Техника и технология строительства и эксплуатации автомобильных дорог». Сб. научн. тр. - М.: МАДИ (ТУ); УФ МАДИ (ТУ), 2000. - С. 24-39.

27. Малозёмов, A.A. Результаты экспериментальных работ по переводу двигателя Д-160 (Д 180) на газовое топливо [Текст] / A.A. Малозёмов // «Повышение эффективности силовых установок колесных и гусеничных машин». Научный вестник. - Челябинск: ЧВАИ, 2001. - Вып. 12. - С. 87-91.

28. Малозёмов, A.A. Оптимизация теплового баланса системы смазки дизеля Д 180 (Д-160) [Текст] / A.A. Малозёмов // «Повышение эффективности силовых установок колесных и гусеничных машин». Научный вестник. -Челябинск: ЧВАИ, 2001.-Вып. 12.-С. 143-148.

29. Редько, И.Я. Разработка газовой модификации двигателя Д 180 с искровым воспламенением для привода ДГУ-ЮОС [Текст] / И.Я. Редько, A.A. Малозёмов, М.А. Казанцев // «Проблемы проектирования, строительства и эксплуатации автомобильных дорог». Сб. науч. тр. -М.: МАДИ (ГТУ) Уральский филиал, 2001.-С. 156-160.

30. Малозёмов, A.A. Прогнозирование экологических параметров дизеля на стадии проектирования [Текст]. / A.A. Малозёмов // «Инженерная защита окружающей среды в транспортно-дорожном комплексе». Сб. науч. тр. -М.: МАДИ (ГТУ) Уральский филиал, 2002. - С. 201-207.

31. Быстров, О.И. Метод оптимизации формы впускного тракта головки цилиндра мини-дизеля ЧТЗ [Текст] / О.И. Быстров, A.A. Малозёмов, М. А. Казанцев И «Научный вестник. Повышение эффективности силовых установок колесных и гусеничных машин». - Вып. 17. - Челябинск: ЧВВАКИУ, 2004. - С. 18-26.

32. Ильковский, K.K. Дизельные электроагрегаты - база малой энергетики [Текст] / К.К. Ильковский, И.Я. Редько, A.A. Малозёмов // Науч.-техн. журнал «Малая энергетика». - 2004. - № 1. - С. 15-24.

33. Редько, И.Я. Состояние, проблемы и перспективы применения средств малой энергетики на базе поршневых двигателей внутреннего сгорания для нефтедобывающей отрасли [Текст] / И.Я. Редько, A.A. Малозёмов, М.А. Казанцев // Науч.-техн. журнал «Малая энергетика». - 2006. - № 1-2. - С. 92-98.

34. Малозёмов, A.A. Математическая модель и программа для расчета основных параметров электроагрегата с приводом от поршневого двигателя внутреннего сгорания [Текст] / A.A. Малозёмов // Оптимизация режимов работы электротехнических систем»: Межвузовский сб. науч. тр. -Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2006.-С. 110-117.

35. Малозёмов, A.A. Математическое моделирование химической кинетики образования токсичных веществ в дизеле [Текст] / A.A. Малозёмов // Научный вестник «Повышение эффективности силовых установок колесных и гусеничных машин». - Челябинск: ЧВВАКИУ, 2006. - Вып. 18. - С. 3-8.

36. Малозёмов, A.A. Математическая модель двигателя на основе системы дифференциальных уравнений энергетического и массового балансов [Текст] /

A.A. Малозёмов // Научный вестник «Повышение эффективности силовых установок колесных и гусеничных машин». - Челябинск: ЧВВАКИУ, 2006. - Вып. 18. -С. 8-15.

37. Малозёмов, A.A. Расчет рабочего цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания методом энергетического и массового баланса рабочего тела «MAEngine» [Текст] / A.A. Малозёмов // Компьютерные учебные программы и инновации. - М.: 2006. - № 10. - 32 с.

38. Кукис, B.C. Оценка энергетической эффективности использования топливно-энергетических ресурсов в автономных многофункциональных энергетических комплексах [Текст] / B.C. Кукис, A.A. Малозёмов, O.A. Алешков // Известия международной академии аграрного образования. - Вып. № 7 (2008). -Т. 1: Информационные технологии в эксплуатации МТП АПК. -СПб.: Изд-во СПбГАУ, 2008. - С. 126-129.

39. Кукис, B.C. Расчетная оценка пределов форсирования дизелей с учетом требований к выбросам вредных веществ с отработавшими газами [Текст] /

B.C. Кукис, A.A. Малозёмов, A.B. Копеин // Известия международной академии аграрного образования. - Вып. № 7 (2008). - Т. 1: Информационные технологии в эксплуатации МТП АПК. - СПб.: Изд-во СПбГАУ, 2008. - С. 126-129.

40. Редько, И.Я. Система стандартов организации «Дизельные и газопоршневые электростанции» [Текст] / И.Я. Редько, A.A. Малозёмов // Академия энергетики. - 2009. -№ 4 (30). - С. 36-41.

41. Малозёмов, A.A. Точность численных методов Рунге-Кутга с фиксированным шагом, применяемых для решения систем дифференциальных уравнений массового и энергетического баланса рабочего тела в камере сгорания дизеля [Текст] / A.A. Малозёмов // Повышение эффективности силовых установок колесных и гусеничных машин многоцелевого назначения: Науч. вестник. - Челябинск: ЧВВАКИУ, 2010. - С. 116-121.

42. Малозёмов, A.A. Повышение топливной экономичности подъемно-транспортных машин оптимизацией скоростного режима двигатель-генератора [Текст] / A.A. Малозёмов, B.C. Соболев // Повышение эффективности силовых установок колесных и гусеничных машин многоцелевого назначения: науч. вестник. - Челябинск: ЧВВАКИУ, 2010. - С. 122-127.

Материалы международных, всероссийских и региональных конференций

43. Седелев, К.П. Особенности рабочего цикла, учитываемые при конвертации тракторного дизеля в газодизель для ДГУ [Текст] / К.П. Седелев, A.A. Малозёмов, В.Н. Бондарь, А.Н. Лаврик, Г.П. Мицын, И.Я. Редько // «Двига-тель-97»: материалы международной науч.-техн. конф. -М.: МГТУ, 1997. -С. 36-37.

44. Лазарев, В.Е. Распылитель топливоподающей форсунки с тепловой защитой для дизеля использующего альтернативные топлива [Текст] / В.Е. Лазарев, А.Н. Лаврик, Г.П. Мицын, В.И. Кавьяров, A.A. Малозёмов, В.Н. Бондарь // «Дви-гатель-97»: материалы международной науч.-техн. конф. -М.: МГТУ, 1997. -С. 97-98.

45. Седелев, К.П. Некоторые особенности рабочего цикла газодизеля [Текст] / К.П. Седелев, Е.А.Лазарев, А.Н. Лаврик, A.A. Малозёмов, И.Я. Редько // «Повышение эффективности силовых установок колесных и гусеничных машин». Материалы международной науч.-техн. конф. -Челябинск: ЧВАИ, 1999. -С. 26-30.

46. Седелев, К.П. Совершенствование параметров рабочего цикла газодизеля с использованием математического моделирования [Текст] / К.П. Седелев, Е.А. Лазарев, А.Н. Лаврик, A.A. Малозёмов, И.Я. Редько // Повышение эффективности силовых установок колесных и гусеничных машин: материалы международной, науч.-техн. конф. - Челябинск: ЧВАИ, 1999. - С. 31-32.

47. Малозёмов, A.A. Разработка газодизельной и газовой, с искровым воспламенением, модификации тракторного двигателя Д-180 [Текст] / A.A. Малозёмов // Тракторостроение - XXI век: материалы науч.-техн. конф. молодых специалистов, посвященной 75-летию НАТИ / -М.: НАТИ, 2001. -С. 42-44.

48. Малозёмов, A.A. Разработка мини-ТЭЦ на базе дизель-генераторной установки ДГУ-100С [Текст] / A.A. Малозёмов, С.К. Рахимов // Научные исследования и опыт работы кафедр - основа образовательной деятельности института: материалы межвузовской науч.-методич. конф. -Челябинск: ЧВАИ, 2001.-С. 106-110.

49. Лазарев, В.Е. Тепловая защита распылителей топливоподающих форсунок транспортных дизелей при использовании альтернативных топлив [Текст] / В.Е. Лазарев, А.Н. Лаврик, Г.П. Мицын, Е.А. Лазарев, A.A. Малозёмов // Тезисы докладов отчетной конференции-выставки подпрограммы 205 «Транспорт» Научно-технической программы Минобразования РФ «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники». - М.-Звенигород: МАИ-ТУ, 2002. - С. 268-270.

50. Малозёмов, А. А. Экспериментальная оценка и оптимизация динамической нагруженности трансмиссии двигатель-генератора на различных режимах [Текст] / А. А. Малозёмов, С. И. Черепанов // Повышение эффективности силовых установок колесных и гусеничных машин: материалы научн.-техн. конф., посвященной 40-летию кафедры двигателей. - Челябинск: ЧВВАКИУ, 2008. - С. 49-60.

51. Малозёмов, А. А. Повышение топливной экономичности первичного дизеля энергоустановки оптимизацией скоростного режима [Текст] / А. А. Малозёмов, А. В. Копеин, О. А. Алешков // Повышение эффективности силовых установок колесных и гусеничных машин: материалы научн.-техн. конф., посвященной 40-летию кафедры двигателей. -Челябинск: ЧВВАКИУ, 2008. -С. 60-65.

52. Малозёмов, А. А. Математическая модель для расчета параметров рабочего процесса дизеля и химической кинетики образования токсичных веществ [Текст] / А. А. Малозёмов, В.Н. Бондарь, A.B. Шавлов, A.A. Селедкин // Проблемы и достижения автотранспортного комплекса: сборник материалов VIII Всероссийской научн.-техн. конф. - Екатеринбург: УГТУ - УПИ, 2010. - С. 89-92.

Свидетельства о регистрации программ

53. Свидетельство о гос. регистрации программного продукта № 50200601917. Расчет рабочего цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания методом энергетического и массового баланса рабочего тела «MAEngine» [Текст]. / A.A. Малозёмов ; заявитель ЗАО ФУМНПЦ, -М.: ВНТИЦ, 2006. - 1 с.

Издательский центр Южно-Уральского государственного университета

Подписано в печать 04.04.2011. Формат 60x84 1/16. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,86. Тираж 100 экз. Заказ 97/198.

Отпечатано в типографии Издательского центра ЮУрГУ. 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76.

Введение.

1 Анализ состояния, перспектив развития и проблем совершенствования энергоустановок с поршневыми тепловыми двигателями.

1.1 Перспективы использования и развития энергоустановок на базе поршневых двигателей внутреннего сгорания.

1.1.1 Современное состояние и ключевые проблемы развития энергетики.

1.1.2 Использование местных топливно-энергетических ресурсов и альтернативных топлив для нужд малой энергетики.

1.1.3 Перспективы когенерационной выработки тепла ДВС-электростанциями.

1.1.4 Проблемы обеспечения качества электрической энергии в сетях общего назначения.

1.2 Технический уровень и состояние эксплуатации энергоустановок.

1.2.1 Состояние нормативно-технической базы с требованиями к энергоустановкам и первичным ДВС.

1.2.2 Обзор отечественного и зарубежного рынка энергоустановок на базе поршневых двигателей.

1.2.3 Состояние эксплуатации ДВС-электростанций.

1.3 Основные положения концепции МЭК. Особенности характеристик и режимов функционирования двигатель-генераторных установок в составе МЭК.

1.3.1 Многофункциональные энерготехнологические комплексы на базе поршневых ДВС и возобновляемых (нетрадиционных) источников энергии.

1.3.2 Особенности конструкции и режимов функционирования двигатель-генератора в составе МЭК.

1.3.3 Математическое моделирование МЭК.

1.3.4 Цели и задачи исследования.

2 Методы и средства расчетно-теоретических исследований многофункциональных энерготехнологических комплексов.

2.1 Методы оценки и повышения эффективности МЭК.

2.1.1 Система критериальной оценки эффективности энергоустановок с поршневыми ДВС.

2.1.2 Направления совершенствования показателей, входящих в систему критериальной оценки эффективности МЭК.

2.1.3 Методы оптимизации режимов функционирования и конструктивных параметров ДГУ в составе МЭК.

2.2 Развитие методов и средств теории многофункциональных энергетических комплексов.

2.2.1 Математическое описание процессов первичного двигателя.

2.2.2 Математическая модель электрооборудования МЭК.

2.2.3 Математическая модель для определения ресурса первичного ДВС.

2.2.4 Комплексная математическая модель МЭК.

3 Методы и средства экспериментальной оценки критериев эффективности многофункциональных энерготехнологических комплексов.

3.1 Метрологическое обеспечение экспериментальных исследований МЭК и его составляющих.

3.1.1 Объекты экспериментального исследования.

3.1.2 Приборы и оборудование.

3.1.3 Стандартизованные методы экспериментального исследования.

3.1.4 Методы и средства экспериментальной оценки выбросов вредных веществ с отработавшими газами первичного двигателя.

3.2 Методы и средства экспериментальной оценки параметров двигатель-генераторов и первичных двигателей МЭК.

3.2.1 Методы и средства экспериментального исследования по переводу первичного двигателя на альтернативные жидкие виды топлива.

3.2.2 Методы и средства экспериментального исследования по переводу первичного двигателя на газовое топливо.

3.2.3 Методика экспериментальной оценки тепловой нагруженности деталей первичного двигателя.

3.2.3 Методика экспериментального исследования эффективности системы смазки первичного двигателя.

3.2.4 Методика экспериментального исследования по определению влияния жесткости элементов на механическую нагруженность трансмиссии ДГУ и качество электроэнергии.

3.2.5 Методика экспериментальной оценки параметров системы утилизации первичного ДВС.

4 Совершенствование характеристик и режимов функционирования двигатель-генераторных установок в составе МЭК.

4.1 Оптимизация режимов функционирования ДГУ в составе МЭК по критерию минимального удельного расхода топлива, отнесенного к электрической мощности МЭК.

4.1.1 Повышение топливной экономичности первичного двигателя оптимизацией скоростного режима.

4.1.2 Анализ влияния скоростного режима МЭК на параметры экономичности ДГУ с учетом КПД электротехнического оборудования.

4.1.3 Анализ влияния скоростного режима ДГУ на экологические характеристики МЭК.

4.1.4 Оценка влияния частоты вращения на тепловой баланс первичного дизеля и количество потенциально утилизируемого тепла.

4.2 Расширение многотопливных свойств первичных двигателей

4.2.1 Расчетно-теоретический анализ особенностей химической кинетики окисления топлив различного фракционного состава.

4.2.2 Энергетический баланс рабочего цикла и тепломеханическая напряженность деталей первичного двигателя МЭК, использующего топлива различного фракционного состава.

5 Разработка научно-обоснованных решений по повышению эффективности МЭК.

5.1 Технические решения, реализующие методы и средства совершенствования режимов функционирования и характеристик ДГУ в составе МЭК.

5.1.1 Повышение коэффициента наполнения и интенсивности вихревого движения воздуха в камере сгорания первичного двигателя совершенствованием профиля газовоздушного тракта.

5.1.2 Улучшение экологических характеристик первичных ДВС использованием охладителя надувочного воздуха и рециркуляции отработавших газов.

5.1.3 Снижение динамической нагруженности трансмиссии двигатель-генератора в составе МЭК.

5.1.4 Повышение эффективности энергоустановок совершенствованием системы утилизации тепла ДВС.

5.1.5 Обоснование выбора рациональных конструктивных и регулировочных параметров газодизеля с камерой сгорания ЦНИДИ.

5.1.6 Повышение эффективности первичного двигатель-генератора на альтернативных жидких топливах.

5.1.7 Улучшение показателей надежности и ресурса двигатель-генератора в составе МЭК.

5.2 Решения в области организации эксплуатации.

5.2.1 Основные положения концепции развития автономных систем энергоснабжения на базе МЭК.

5.2.2 Совершенствование принципов и методов стандартизации ДЭС на основе системы критериальной оценки.

5.2.3 Разработка методики энергетического обследования МЭК.

6 Технико-экономическое обоснование многофункциональных энерготехнологических комплексов.

6.1 Особенности методики технико-экономического обоснования эффективности МЭК.

6.2 Экономическая эффективность перевода двигатель-генератора на режим переменной частоты вращения.

6.3 Экономическая эффективность АСЭС на базе многофункциональных энерготехнологических комплексов.

Актуальность работы. Малая энергетика - сектор экономики, обеспечивающий энергией регионы России, не охваченные централизованным энергоснабжением. Малая энергетика обеспечивает условия жизни и деятельности более 20 млн. граждан, многие ключевые для страны виды добывающей промышленности на 70 % ее территории. Годовые финансовые обороты в малой энергетике превышают 60 млрд. долларов США. Ее доля в топливно-энергетическом балансе страны к 2005 году составляла 10 % вырабатываемой электроэнергии РФ и 26 % вырабатываемого тепла. В сфере малой энергетики занято около 2 млн. человек обслуживающего персонала [1].

К малой энергетике относятся источники электроэнергии и тепла мощностью до 30 МВт. Базой малой электроэнергетики является около 50000 энергоустановок на базе двигателей внутреннего сгорания, из них около 47000 дизельных суммарной установленной мощностью 17 млн. кВт (8 % суммарной установленной мощности электростанций страны) и 3000 газотурбинных. Средняя единичная мощность малых электростанций - 340 кВт. Суммарная выработка электроэнергии - 50 млрд. кВт'ч/год, суммарное потребление топлив -17 млн. т условного топлива в год.

Имеется ряд проблем, затрудняющих развитие автономных систем энергоснабжения на основе ДВС-электростанций. Наиболее существенные из них:

- высокие затраты на топливо (до 80 % от общих затрат на эксплуатацию ДВС-электростанций), обусловленные недостаточно широким использованием местных топливно-энергетических ресурсов, альтернативных топлив, возобновляемых источников энергии, работой двигателя на скоростных и нагрузочных режимах далеких от оптимальных;

- загрязнение окружающей среды вредными веществами, содержащимися в отработавших газах первичных двигателей, выбросы углекислого газа, потребление атмосферного кислорода, шумовое «загрязнение»;

- большие безвозвратные потери энергии с теплом, выносимым с ОГ, через системы охлаждения и смазки, тепловое «загрязнение» атмосферы;

- качество электрической энергии, вырабатываемой ДВС-электростанциями, в большинстве случаев не соответствует требованиям к качеству энергии в сетях общего назначения.

Одним из эффективных способов решения этих проблем является внедрение многофункциональных энерготехнологических комплексов модульного типа на базе гибридных энергоустановок. Основные отличия МЭК от традиционных ДЭС:

- совместная работа двигатель-генераторной установки с ветроэлектро-станцией, либо другим ВИЭ, что предопределяет наличие в составе МЭК преобразователя частоты тока;

- работа ДГУ на оптимальном, с точки зрения топливной экономичности, скоростном режиме, зависящем от нагрузки, что влечет необходимость использования «всережимного» генератора и ПЧ, а также системы автоматического регулирования частоты вращения, реализующей оптимальный алгоритм управления скоростным режимом ДГУ в составе МЭК в зависимости от нагрузки;

- наличие системы утилизации сбросового тепла систем охлаждения, смазки и отвода отработавших газов первичного двигателя;

- использование местных, в том числе газообразных, видов топлива (газовых конденсатов, топлив широкого фракционного состава, природного, попутного и газогенераторного газа, биогаза и т.д.).

В результате могут быть существенно снижены затраты на топливо, уменьшены удельные выбросы ВВ, уровни шума и вибрации, тепловая и механическая напряженность деталей ДГУ, улучшены показатели надежности, снижены требования к системе автоматического регулирования частоты вращения, повышена стабильность частоты тока и улучшены другие показатели качества электроэнергии.

Создание МЭК является актуальным направлением в энергетике, его развитие требует решения научной проблемы совершенствования методов и средств повышения их эффективности оптимизацией режимов функционирования и конструкции первичных ДВС.

Цель исследования - повысить эффективность (топливная экономичность, экологические показатели, надежность, качество электроэнергии) многофункциональных энерготехнологических комплексов совершенствованием двигатель-генераторных установок.

Задачи исследования:

1. Разработать систему критериев эффективности МЭК, учитывающую конструктивные особенности МЭК (работу с переменной частотой вращения и многотопливность первичного ДВС, наличие СУТД) и ограничивающие факторы (ресурс, выбросы ВВ с ОГ, уровень шума и вибрации первичного ДВС, качество генерируемой энергии).

2. На основе системы критериев эффективности МЭК, обосновать критерии оптимальности, параметры оптимизации и ограничивающие параметры ДГУ.

3. Разработать математическую модель МЭК. Установить зависимости, связывающие критерии эффективности МЭК, с режимами функционирования и конструктивными особенностями ДГУ и первичного ДВС.

4. Разработать метод синтеза алгоритма оптимального управления скоростным режимом первичного ДВС в составе МЭК в зависимости от нагрузки. Оценить влияние скоростного режима на критерии эффективности МЭК.

5. Выполнить оценку влияния вида топлива на критерии эффективности МЭК с первичным дизелем 4ЧН15/20,5 с камерой сгорания ЦНИДИ, обосновать его рациональные конструктивные и регулировочные параметры.

6. Разработать технические решения, реализующие обоснованные в ходе исследования методы совершенствования ДГУ в составе МЭК.

Объект исследования - процессы в двигатель-генераторных установках, определяющие эффективность МЭК.

Предмет исследования - методы и средства совершенствования режимов функционирования и характеристик ДГУ в составе МЭК.

Методика исследования включает методы теории поршневых ДВС и электротехники, математического моделирования и оптимизации сложных систем, численные и натурные эксперименты.

Достоверность результатов подтверждена их сопоставлением с данными других исследователей, сходимостью теоретических и экспериментальных данных, применением современных средств и методов испытаний, соответствующих государственным и отраслевым стандартам.

Научную новизну имеют следующие положения диссертационной работы:

1. Система критериев эффективности МЭК с первичным ДВС, учитывающая особенности режимов их функционирования и структуры МЭК, включающая, кроме критерия по ГОСТ Р 51749 - удельного расхода топлива, ограничивающие параметры - установленную электрическую мощность, тепловую мощность, ресурс, качество генерируемой энергии, выбросы ВВ с ОГ, шум и вибрацию.

2. Математическая модель МЭК, отличающаяся новыми зависимостями, связывающими критерии эффективности с режимами функционирования, характеристиками и структурой ДГУ (использование различных видов топлива, работа с переменной частотой вращения, наличие ПЧ и СУТД) для определения:

- относительного изменения КПД МЭК на режимах постоянной и переменной частот вращения первичного ДВС;

- расходования ресурса первичного ДВС на основе оценки скорости накопления повреждений;

- относительного изменения потенциально утилизируемой теплоты на режимах постоянной и переменной частот вращения первичного ДВС.

3. Метод синтеза алгоритма оптимального управления скоростным режимом первичного ДВС в составе МЭК в зависимости от частоты вращения ДВС и электрической нагрузки, с учетом системы критериев оценки эффективности МЭК, отличающийся целевой функцией - расход топлива, отнесенный к электрической мощности МЭК.

4. Результаты оценки влияния:

- переменной частоты вращения коленчатого вала первичных двигателей типа 413/14 и ЧН13/14 на критерии эффективности МЭК, учитывающие изменение КПД «всережимного» генератора, преобразователя частоты тока, системы утилизации сбросового тепла первичного ДВС;

- физико-химических свойств топлива (цетанового числа, фракционного состава), регулировочных характеристик первичного двигателя 4ЧН15/20,5 (запальной дозы, угла опережения подачи топлива, давления наддува) и свечи накаливания в камере сгорания для принудительного воспламенения на топливную экономичность и тепломеханическую нагруженность при работе на альтернативных видах жидкого топлива и по газожидкостному циклу на режимах МЭК.

Практическую ценность имеют разработанные методы и средства решения задач совершенствования ДГУ, позволяющие повысить эффективность МЭК, в том числе, расчетные программы, нормативно-технические документы, научно-обоснованные технические решения. Результаты исследования могут быть использованы при создании МЭК и их систем, модификаций первичных ДВС, предназначенных для работы в составе МЭК, модернизации существующих ДЭС и ВЭС, в учебном процессе.

Реализация результатов работы. Материалы диссертации внедрены:

- ОАО РАО «ЕЭС России» и входившими в его состав ОАО «Научно-исследовательский институт энергетических сооружений» и ЗАО «НПЦ Малой энергетики» (г. Москва) - при разработке «Энергетической стратегии России на период до 2030 года», «Программы развития ветроэнергетики ОАО РАО «ЕЭС России»», проекта «Концепции технической политики в электроэнергетики России на период до 2030 года», систем стандартов организации «Дизельные и газопоршневые электростанции» и «Ветроэлектростанции», разработке и проведении стендовых и полевых испытаний МЭК на базе ВЭС «Заполярная» (г. Воркута), разработке проектов национальных стандартов РФ «Дизельные и газопоршневые электростанции. Общие технические условия» и «Дизельные и газопоршневые электростанции. Энергоэффективность».

- ОАО «ПО Алтайский моторный завод» (г. Барнаул) - при разработке модификаций дизелей для энергоустановок.

- ООО «ЧТЗ-Уралтрак» и ООО ГСКБ «Трансдизель» (г. Челябинск) - при разработке двигатель-генераторных установок и модификаций дизелей для них, включая многотопливные, создании системы утилизации сбросового тепла.

- ОАО ХК «Барнаултрансмаш» (г. Барнаул) - при разработке двигатель-генераторных установок, а также модификаций дизелей для них.

- АК «Якутскэнерго» и АК «Сахаэнерго» (р. Саха (Якутия)) - при реализации «Программы развития малой энергетики Республики Саха (Якутия)» и разработке СУТД для Верхоянской ДЭС.

- ОАО «НИИ автотракторной техники» и НП «Сертификационный центр автотракторной техники» (г. Челябинск) - при конструктивной доводке и проведении испытаний двигателей и энергоустановок.

- ЮУрГУ (г. Челябинск) - при реализации «Программы развития ГОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет» на 2010-2019 годы».

Материалы исследования использованы при выполнении работ по государственным контрактам № 3420р/5872 от 17.08.2005 «Разработка программного обеспечения для доводки экологических характеристик транспортных дизелей. Разработка системы утилизации сбросового тепла дизеля» и №8411.0816900.10.002 от 18.04.2008 «Создание модельного ряда дизельных двигателей жидкостного охлаждения», а также в 47 отчетах по результатам научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ.

Апробация работы. Материалы диссертации были доложены и одобрены на заседаниях:

- международных научно-технических конференций: «Двигатель-97» (г. Москва, МГТУ им. Баумана, 1997), «Актуальные проблемы теории и практики современного двигателестроения» (г. Челябинск, ЮУрГУ, 2003), «Энергетические, экологические и технологические проблемы экономики» (г. Барнаул, АлГТУ, 2008), СПбГАУ (г. Санкт-Петербург, 2008), «Достижения науки - агропромышленному производству» (г. Челябинск, ЧГАА, 2010);

- межвузовских и межрегиональных конференций: «Научные исследования и опыт работы кафедр - основа образовательной деятельности института» (г. Челябинск, ЧВАИ, 2001), подпрограммы 205 «Транспорт» научно-технической программы Минобразования РФ «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» (г. Звенигород, МАНТУ, 2002), «Повышение эффективности силовых установок колесных и гусеничных машин» (г.Челябинск, ЧВАИ/ЧВВАКИУ, 1999, 2008, 2010), «Проблемы и достижения автотранспортного комплекса» (г. Екатеринбург, УГТУ-УПИ, 2010);

- юбилейных научно-технических конференций: «Гидравлика и гидро-пневмосистемы» (г. Челябинск, ЮУрГУ, 1998), молодых специалистов, посвященной 75-летию НАТИ, «Тракторостроение - XXI век» (г. Москва, 2001), посвященной 40-летию кафедры двигателей ЧВВАКИУ (г. Челябинск, 2008), «Повышение эффективности колесных и гусеничных машин многоцелевого назначения» (г. Челябинск, ЧВВАКИУ, 2010), посвященной 100-летию создания автомобильных войск России;

- научно-технических советов: ОАО «НИИ автотракторной техники» (г.Челябинск, 1996.2010), ООО «ЧТЗ-Уралтрак» (г.Челябинск, 2008, 2009), ОАО «РАО ЕЭС России» - секция «Малая и нетрадиционная энергетика» (г.Москва, 2003.2008), НП «НТС «ЕЭС России» (г.Москва, 2009), НПК «Агродизель» (г. Москва, 2007, 2008).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 53 печатных работ, в том числе 17 работ в изданиях, рекомендованных ВАК, включая 1 монографию, и 2 патента РФ на изобретение.

Объем и структура работы. Диссертация объемом 300 страниц состоит из введения, 6 глав, заключения, 2 приложений, содержит 41 таблицу, 166 рисунков, список использованной литературы, включающий 243 наименования.

Основные результаты испытаний сведены в таблицу 4.1. Анализ графиков и таблицы показывает, что для дизелей А-01МСИ (6413/14), А-41СИ (4413/14) и Д-461ВСИ (6ЧН13/14) снижение п является целесообразным с позиции снижения удельных выбросов ВВ с ОГ. Для форсированных двигателей Д-3047 (4ЧН13/14) и Д-442ВСИ (4ЧН13/14) уменьшение п приводит к ухудшению экологических параметров.

Заключение

В соответствии с целью и задачами исследования, результаты включают в себя итоги работ по повышению эффективности многофункциональных энерготехнологических комплексов совершенствованием двигатель-генераторных установок в их составе.

1. Разработана система критериев эффективности МЭК с первичным ДВС, учитывающая особенности режимов их функционирования и структуры МЭК, включающая, кроме критерия по ГОСТ Р 51749 - удельного расхода топлива, ограничивающие параметры - установленную электрическую мощность, тепловую мощность, ресурс, качество генерируемой энергии, выбросы вредных веществ и дымность отработавших газов, уровень шума и вибрации.

2. На основе предложенной системы критериев эффективности МЭК обоснованы: критерий оптимальности - расход топлива, отнесенный к электрической мощности МЭК для каждого вида топлива, параметры оптимизации ДГУ (в соответствии с целевой функцией оптимизации), включающие индикаторную мощность на различных видах топлива и КПД механических потерь первичного ДВС, КПД трансмиссии ДГУ, электрический и механический КПД «всережимного» генератора, КПД преобразователя частоты тока, ограничивающие параметры - в соответствии с действующими стандартами.

3. Разработана математическая модель МЭК, отличающаяся новыми зависимостями, связывающими критерии эффективности с режимами функционирования, характеристиками и структурой ДГУ (использование различных видов топлива, работа с переменной частотой вращения, наличие преобразователя частоты и СУТД) для определения:

- относительного изменения КПД МЭК на режимах постоянной и переменной частот вращения первичного ДВС;

- расходования ресурса первичного ДВС на основе оценки скорости накопления повреждений;

- относительного изменения количества потенциально утилизируемой теплоты на режимах постоянной и переменной частот вращения первичного ДВС.

4. Разработан метод синтеза алгоритма оптимального управления скоростным режимом первичного ДВС в составе МЭК, основанный на минимизации зависимости расхода топлива, отнесенного к электрической мощности МЭК, от частоты вращения ДВС и электрической нагрузки, с учетом критериев оценки эффективности МЭК.

Реализация алгоритма позволила повысить эффективность МЭК: снизить максимальный расход топлива ДГУ на базе дизелей типа 413/14 и ЧН13/14 до 27 %, средний эксплуатационный расход топлива до 4,6 %, повысить средний ресурс первичного ДВС до 35 %, снизить удельные выбросы вредных веществ с отработавшими газами, в том числе наиболее опасных твердых частиц - до 4 раз. При этом в условиях реальной эксплуатации снижается потенциально утилизируемая теплота первичного ДВС до 4 %. Экспериментально доказано, что использование преобразователя частоты тока в составе МЭК обеспечивает показатели качества электрической энергии, соответствующие требованиям к сетям общего назначения, установившееся отклонение частоты тока не превышает 0,2. 0,4 %, для традиционных ДЭС - 0,5. 1,5 %.

5. Выполнена оценка влияния:

- переменной частоты вращения коленчатого вала первичных двигателей типа 413/14 и 4Н13/14 на критерии эффективности МЭК, учитывающие изменение КПД «всережимного» генератора, преобразователя частоты тока, системы утилизации сбросового тепла первичного ДВС;

- физико-химических свойств топлива (цетанового числа, фракционного состава), регулировочных характеристик первичного двигателя 44Н15/20,5 (запальной дозы, угла опережения подачи топлива, давления наддува) и свечи накаливания в камере сгорания для принудительного воспламенения на топливную экономичность и тепломеханическую нагруженность при работе на альтернативных видах жидкого топлива и по газожидкостному рабочему циклу, которая позволила обосновать рациональные конструктивные и регулировочные параметры многотопливного первичного ДВС и обеспечить повышение КПД ДГУ на базе двигателя 4ЧН15/20,5, работающего по газожидкостному циклу до 3 %, на альтернативных жидких топливах - до 1,5 %.

6. Разработаны технические решения, реализующие обоснованные в ходе исследования методы совершенствования ДГУ в составе МЭК. Обоснованы рациональные регулировочные параметры газодизельной и многотопливной модификации первичного двигателя 4ЧН15/20,5 (рекомендуемый расход запального топлива - 5,9.7,9 кг/ч, угол начала подачи топлива - 17 град. ПКВ, степень повышения давления компрессора - 1,3), жесткость упругой муфты трансмиссии ДГУ (0,3.0,4 кН-м/град). Экспериментально доказана эффективность использования системы автоматического регулирования, реализующей алгоритм оптимального управления скоростным режимом первичного ДВС, системы подачи газа с дискретным регулированием, распылителей форсунок с тепловой защитой, свечей накаливания, системы рециркуляции отработавших газов, что позволило в совокупности снизить затраты на эксплуатацию МЭК по сравнению с традиционной ДЭС на 9,7 % и более (в зависимости от вида топлива и характеристик возобновляемого источника энергии), с учетом ограничивающих параметров системы критериев эффективности МЭК.

1. Ильковский, К. К. Дизельные электроагрегаты база малой энергетики Текст. / К. К. Ильковский, И. Я. Редько, А. А. Малозёмов // Научно-технический журнал «Малая энергетика». - 2004. № 1. - С. 15-24.

2. Ольховский, Г.Г. Пути развития мировой энергетики Текст. / Г.Г. Ольховский // Электрические станции. 1999. № 6. - С. 10-22.

3. Иванов, В.Б. Мобилизационная подготовка и малая энергетика Текст. /

4. B.Б. Иванов, М.Н. Ермолович // Представительная власть. 2006. № 5. - С. 4549.

5. Берсенев, А.П. Развитие электроэнергетики России и повышение ее экологической эффективности Текст. / A.M. Берсенев, Л.М. Еремин // Топливно-энергетический комплекс. 1998. № 3/4. - С. 86-88.

6. Молодцов, С.Д. Электроэнергетика в 90-х годах Текст. /

7. C.Д. Молодцов // Электрические станции. 1999. № 5. - С. 58-64.

8. Poul J. Sounders. Russian energy and European security. A transatlantic dialogue Текст. / Poul J. Sounders. Washington : The Nixon Center, 2008, 40 p.

9. Нирша, T.M. Россия на фоне современных тенденций в развитии энергетики западных стран Текст. / Т.М. Нирша // Экономика и производство. -1999. №1.- С. 10-13.

10. Джангиров, В.А. Рыночные отношения и системы управления в электроэнергетике Текст. / В.А. Джангиров, В.А. Баринов // Электрические станции. 2001. - № 6. - С. 2-18.

11. Фаворский, О.Н. Современное состояние и проблемы электроэнергетики России Текст. / О.Н. Фаворский, Э.П. Волков, Г.Г. Ольховский // Наука ипромышленность России. 2001. - № 4/5. - С. 15-19.

12. World energy outlook. Основные положения. Russian translation Текст. / International energy agency. Paris : OCDE/AEI, 2009, 22 p.

13. Ливинский, А.П. Стратегия энергосбережения: региональный подход Текст. / А.П. Ливинский, Л.С. Казаринов, И.С. Осипов, В.Ф. Галанов,

14. И.В. Белавкин. Челябинск: Областной фонд энергосбережения, ЧГТУ, 1996, 170 с.

15. Ход выполнения политики энергоэффективности в странах «Большой восьмерки»: В центре внимания Россия Текст. International energy agency. -Paris : OCDE/AEI, 2010, 39 p.

16. Иссерлин, A.C. Основы сжигания газового топлива: Справочное пособие Текст. / A.C. Иссерлин. -Л. : Недра, 1987, 336 с.

17. World Survey of decentralized energy 2006 Текст. / World alliance for decentralized energy. Edinburgh : WADE, 2006, 46 p.

18. Чубайс, А.Б. Приоритеты «новой энергетической политики» Текст. /

19. A.Б. Чубайс // Промышленная энергетика. 1999. -№ 9. - С. 2-14.

20. Джангиров, В.А. Современное состояние и пути развития энергетики стран СНГ Текст. / В.А. Джангиров // Промышленная энергетика. 2001. -№5.-С. 13-21.

21. Ольховский, Г.Г. Глобальные проблемы энергетики Текст. / Г.Г. Ольховский // Электрические станции. 2005. - № 1. с. 4-10.

22. Иванов, В.Б. Концепция закона «О малой энергетике». Проблемный аспект Текст. / В.Б. Иванов // Малая энергетика. 2006. - № 1/2. - С. 14-18.

23. Орлов, В.П. Минерально-сырьевая база России и мира. Взгляд в 21-ый век Текст. / В.П. Орлов // Минеральные ресурсы России. Экономика и управление. 1999. - № 3. - С. 2-9.

24. Справочник «Нефть и газ России, ее регионов и стран СНГ» Текст. / Картографический информационный центр. М. : Инкотэк, 2003, 260 с.

25. Ремизов, В.В. Состояние и перспективы развития сырьевой базы газовой промышленности Текст. / В.В. Ремизов, В А. Пономарев,

26. B.И. Старосельский, В.А. Скоробогатов // Минеральные ресурсы России. Экономика и управление. 1998. - № 4. - С. 11-17.

27. Клещев, К.А. Долгосрочные проблемы воспроизводства сырьевой базы нефтегазового комплекса России Текст. / К.А. Клещев, Ю.П. Мироничев // Минеральные ресурсы России. Экономика и управление. 1999. - № 2. - С. 1219.

28. Энергетический комплекс СССР Текст. / Под ред. JI.A. Мелентьева, A.A. Макарова. -М.: Экономика, 1983, 264 с.

29. Лаврик, А.Н. Многотопливные двигатели (обзор). Серия 4. Автомобильные двигатели и аппаратура Текст. / А.Н. Лаврик, Е.А. Лазарев, А.П. Ставров. -М.: НИИАВТОПРОМ, 1972, 68 с.

30. Макаров, A.A. Стратегия развития газовой промышленности России (наиболее актуальные пути дальнейшего усовершенствования стратегического управления) Текст. / A.A. Макаров, В.А. Смирнов // Внешнеэкономический бюллетень. 2005. - № 12. - С. 55-62.

31. Ольховский, Г.Г. Теплоэнергетические технологии в период до 2030 г. Текст. / Г.Г. Ольховский, А.Г. Тумановский // Известия Российской академии наук. Энергетика. 2008. - № 6. - С. 79-94.

32. Kolanowski, Bernard, F. Small-scale cogeneration handbook Текст. / Ko-lanowski, Bernard, F. New York : The Fairmont Press Inc., 2003, 204 p.

33. Petcher, Neil. Combined heating, cooling & power handbook: technologies & applications : an integrated approach to energy Текст. New York : The Fairmont Press Inc., 2003, 875 p.

34. ГОСТ 13109-97. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения Текст. 1999-01-01. - М. : Стандартинформ, 2006. - 32 с.

35. ГОСТ 13822-82. Электроагрегаты и передвижные электростанции, дизельные. Общие технические условия» Текст. 1984-01-01. - М. : Изд-во стандартов, 1989. -30 с.

36. Карташев, И.И. Управление качеством энергии Текст. / И.И. Карташев, В.Н. Тульский. М. : Издательский дом МЭИ, 2006, 320 с.

37. Шидловский, А.К. Повышение качества энергии в электрических сетях Текст. / А.К. Шидловский, В .Г. Кузнецов. Киев: Наукова думка, 1985, 268 с.

38. ГОСТ 23377-84. Электроагрегаты и передвижные электростанции с двигателями внутреннего сгорания. Общие технические требования Текст. -1987-01-01. -М.: Изд-во стандартов, 1994. 23 с.

39. ГОСТ Р 50783-95. Электроагрегаты и передвижные электростанции с двигателями внутреннего сгорания. Общие технические требования Текст. -1996-01-01. -М.: Изд-во стандартов, 1995.-25 с.

40. Правила технической эксплуатации дизельных электростанций (ПТЭД). Разработаны НИПИКТИ «Сельэнергопроект», Северные электрические сети ПОЭиЭ «Якутскэнерго», АО «Элвис». Утверждены Минтопэнерго РФ 09.02.1993 Текст. -М. : «Сельэнергопроект», 1993. 109 с.

41. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Издание 7-ое. Утверждены приказом Министерства энергетики Российской Федерации № 204 от 08.07.2002 Текст. -М. : ЗАО «Энергосервис», 2008. 440 с.

42. РД 34.20.501-95. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации. Разработаны ОАО «ОРГРЭС». Утверждены РАО «ЕЭС России» 24.08.1995 Текст. М. : ЗАО «Энергосервис», 2003.-368 с.

43. ГОСТ 12.2.007.0-75. Система стандартов безопасности труда. Изделия электротехнические. Общие требования безопасности Текст. 1978-01-01. -М. : Изд-во стандартов, 2003. - 11 с.

44. ГОСТ Р 51249-99. Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Выбросы вредных веществ с отработавшими газами. Нормы и методы определения Текст. -2000-01-01. -М.: Стандартинформ, 2005. 18 с.

45. ГОСТ Р 51250-99. Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Дым-ность отработавших газов. Нормы и методы определения Текст. 2000-01-01. - М. : Изд-во стандартов, 2005. - 12 с.

46. ГОСТ Р 50761-95. Дизели судовые, тепловозные и промышленные. Общие требования безопасности Текст. 1996-01-01. - М. : Изд-во стандартов, 1995. - 8 с.

47. ГОСТ 10150-88. Двигатели судовые, тепловозные и промышленные. Общие технические условия Текст. 1991-01-01. - М. : Изд-во стандартов, 1989.-32 с.

48. ГОСТ 17.2.2.02-98. Охрана природы. Атмосфера. Нормы и методы определения дымности отработавших газов дизелей, тракторов и самоходных сельскохозяйственных машин Текст. 1999-01-07. - М. : Изд-во стандартов, 1999.- 13 с.

49. ГОСТ 17.2.2.05-97. Охрана природы. Атмосфера. Нормы и методы определения выбросов вредных веществ с отработавшими газами дизелей, тракторов и самоходных сельскохозяйственных машин Текст. 1999-01-07. -М.: Изд-во стандартов, 1999. - 9 с.

50. ОСТ 23.3.23-88. Система стандартов безопасности труда. Дизели тракторные и комбайновые. Предельные значения шумовых и вибрационных характеристик. Методы определения Текст. 1990-01-01. -М. : - 36 с.

51. ГОСТ 17.2.2.01-84. Охрана природы. Атмосфера. Дизели автомобильные. Дымность отработавших газов. Нормы и методы измерений Текст. -1985-01-07. -М.: Стандартинформ, 2006. Юс/

52. ОСТ 37.001.234-81. Охрана природы. Атмосфера. Дизели автомобильные. Выбросы вредных веществ с отработавшими газами. Нормы и методы измерений Текст. 1982-01-01. -М. : - 12 с.

53. ОСТ 37.001.266-83. Шум автомобильных двигателей. Допустимые уровни и методы измерения Текст. 1984-01-07. -М. : НАМИ, 1984. - 18 с.

54. ГОСТ 20000-88. Дизели тракторные и комбайновые. Общие технические условия Текст. 1990-01-01. -М. : Изд-во стандартов, 1997. - 15 с.

55. Дизельные и газовые двигатели. Каталог Текст. / Под ред. Е.И. Орлова, A.C. Вершинина, В.В. Матвеева и др. СПб. : ГУЛ ЦНИДИ, 2000,- 228 с.

56. Российские дизели Текст. // Эксперт. Оборудование. Рынок, предложение, цены. 2004. - № 7. - С. 48-50.

57. Лебедев, C.B. Анализ конкурентоспособности дизельной продукции производства ОАО «Дизельпром» Текст. / C.B. Лебедев, Д.Д. Матиевский // Вестник Алтайской науки. Промышленность. Барнаул: АлтГТУ, Вып. 1, 2001. - С. 123-146.

58. Орфани, М.П. Передвижные электростанции с поршневыми двигателями внутреннего сгорания: Учебное пособие Текст. / М.П. Орфани, Э.М. Аксельрод, СЛ. Гладырев. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2003. -280 с.

59. Суркин, В. И. Влияние конструктивных и эксплуатационных факторов на показатели технического уровня ДВС сельскохозяйственных тракторов Текст.: лекции для студентов фак. механизации сел. хоз-ва / В.И.Суркин. -Челябинск: 1995.-70 с.

60. Равкинд, A.A. Унифицированные газовые двигатели Текст. / A.A. Равкинд. М. : Недра, 1967.-196 с.

61. Лупачев, П.Д. Газовые и газодизельные машины Текст. / П.Д. Лупа-чев, А.И. Филимонов // Дорожные и строительные машины. 1999. - №2. -С. 14-18.

62. Киушкина, В.Р. Децентрализованное электроснабжение районов Якутии с использованием энергии ветра. Автореферат дисс. канд. техн. наук Текст. Томск: 2005.

63. Арене, В.Ж. К проблеме расширения использования ветроэнергетики в европейском регионе России Текст. / В.Ж. Арене, A.A. Вертман, В.Б. Иванов, Е.М. Шелков // Малая энергетика. 2006. - № 1/2. - С. 98-103.

64. Иванов, В.Б. Энергоэффекгивность, энергобезопасность и ВИЭ Текст. / В.Б. Иванов // Экология и жизнь. 2009. - № 6. - С. 18-21.

65. Двигатели внутреннего сгорания. В 3 кн. Кн.1. Теория рабочих процессов Текст. / Под ред. В.Н. Луканина. -М. : Высш. шк., 1995. 368 с.

66. Камалтдинов, В.Г. Моделирование процесса сгорания в двигателях внутреннего сгорания с воспламенением гомогенного заряда от сжатия Текст. / В.Г. Камалтдинов, Е.В. Абелиович, A.C. Теребов // Вестник ЮУрГУ. Серия: Машиностроение. -2007. -№ 10. С. 44.

67. Камалтдинов, В.Г. Влияние состава двухкомпонентного топлива на процесс сгорания в двигателе с объемным самовоспламенением от сжатия Текст. / В.Г. Камалтдинов, Е.В. Абелиович // Вестник ЮУрГУ. Серия: Машиностроение. 2008. - № 23. - С. 46-53.

68. Льотко, В. Применение альтернативных топлив в двигателях внутреннего сгорания Текст. / В. Льотко, В.Н. Луканин, A.C. Хачиян. М.: МАДИ(ТУ), 2000.-311 с.

69. Хачиян, A.C. Применение различных топлив и энергетических установок в автомобилях будущего Текст. / A.C. Хачиян // Двигателестроение. -2004. -№1. С. 10-15.

70. Хачиян, А.С. Новое поколение двигателей с внутренним смесеобразованием- питаемых природным газом, (ДПГ) Текст. / А.С. Хачиян // Поршневые двигатели и топлива в XXI веке: Сб. науч. трудов / МАДИ. 2003. С. 133-143.

71. Галышев, Ю.В. Топливные проблемы транспортной энергетики Текст. / Ю.В. Галышев, JI.E. Магидович, В.В. Румянцев. СПб. : СПбГАУ, 2005.-232 с.

72. Галышев, Ю.В. Перспективы применения газовых топлив в ДВС Текст. / Ю.В. Галышев, JI.E. Магидович // Двигателестроение. 2001. - № 3. -С. 31-35.

73. King, S.R. The Impact of Natural Gas Composition on Fuel Metering and Engine Operational Characteristics Текст. / S.R. King // SAE Paper 920593. 1992. P. 145-160.

74. Tennant, C. J. Performance of a High Speed Engine with Dual Fuel Capability Текст. / C.J. Tennant, RJ. de Jong, R.J. Atkinson, M. Traver, C.M. Atkinson, C.J. Vincent, N.N. Clark, D.W. Lyons // SAE Paper 940517. 1994. P. 40-52.

75. Наумов, A.JI. Алгоритм выбора МИНИ-ТЭЦ Текст./ А.Л. Наумов // Журнал АВОК. -2006. -№1.-С. 46-52.

76. Кукис, B.C. Использование тепловых аккумуляторов энергии в поршневых двигателях внутреннего сгорания Текст. /B.C. Кукис, В.А. Романов. -Челябинск: АБРИС, 2010. 232 с.

77. Кукис, B.C. Энергетические установки с двигателем Стирлинга в качестве утилизатора тепловых потерь Текст. / B.C. Кукис. Челябинск: ЧВВАИУ, 1997. - 122 с.

78. Исерлис, Ю.Э. Системное проектирование двигателей внутреннего сгорания Текст. / Ю.Э. Исерлис, В.В. Мирошников. Л. : Машиностроение. 1981.-255 с.

79. Петриченко, P.M. Элементы системы автоматизированного проектирования ДВС: Алгоритмы прикладных программ: Учебное пособие Текст. / P.M. Петриченко, С.А.Батурин, Ю.Н.Исаков. Л. : Машиностроение. 1990. -328 с.

80. Иванченко, В.И. Машинно-ориентированные методы расчета комбинированных двигателей Текст. / В.И. Иванченко, В.И. Каплан, К.Б. Цыретдоров. -М. : Машиностроение. 1978. 168 с.

81. Шеннон, Р. Имитационное моделирование систем искусство и наука Текст. / Р. Шеннон. - М.: Мир. - 1978. - 53 с.

82. Han, Z. Mechanism of Soot and NOx Emission Reduction Using Multiple-Injection in a Diesel Engine Текст. / Z.Han, A. Uludogan, G.J. Hampson, R.D. Reitz // SAE Paper 960633. 1996. - P. 50-62.

83. Ogink, R. Reaction Mechanisms for Natural Gas and Gasoline in Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI) Engine Modeling Текст. / R. Ogink, V.I. Golovitchev. Chalmers: University of Technology, 2003. - 45 p.

84. Stiesch, G. Modeling of engine spray and combustion processes Текст. / G. Stiesch. -Berlin : Springer, 2003. 281 p.

85. Merker, G. Simulation of combustion and pollutant formation for engine-development Текст. / G. Merker, C. Schwarz, G. Stiesch, F. Otto. Berlin: Springer, 2006. - 423 p.

86. Вибе, И.И. Новое о рабочем цикле двигателя Текст. / И.И. Вибе. -М.: Машгиз, 1962. 271 с.

87. Разлейцев, Н.Ф. Моделирование и оптимизация процесса сгорания в дизелях Текст. / Н.Ф. Разлейцев. Харьков: Вища школа. 1980. - 169 с.

88. Рабочие процессы дизелей: Учебное пособие Текст. / под. ред. В.А. Вагнера, Н.А. Иващенко, Д.Д. Матиевского. Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 1995. - 183 с.

89. Кулешов, A.C. Математическое моделирование и компьютерная оптимизация топливоподачи и рабочих процессов двигателей внутреннего сгорания Текст. / A.C. Кулешов, JI.B. Грехов. М. : МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. - 64 с.

90. Кулешов, A.C. Многозонная модель для расчета сгорания в дизеле. 1. Расчет распределения топлива в струе Текст. / A.C. Кулешов // Вестник МГТУ. Машиностроение. 2007. - Специальный выпуск Двигатели внутреннего сгорания. - С. 18-31.

91. Кулешов, A.C. Многозонная модель для расчета сгорания в дизеле. 2. Расчет скорости тепловыделения при многоразовом впрыске Текст. / A.C. Кулешов // Вестник МГТУ. Машиностроение. 2007. - Специальный выпуск Двигатели внутреннего сгорания. - С. 32 - 45.

92. Лазарев, Е.А. Физические концепции и математические модели процесса сгорания топлива в дизеле Текст. / Е.А. Лазарев. Вестник ЮУрГУ Серия: Машиностроение. 2010. - № 10. - С. 32-39.

93. Лазарев, Е.А. Основные принципы, методы и эффективность средств совершенствования процесса сгорания топлива для повышения технического уровня тракторных дизелей Текст. / Е.А. Лазарев. Челябинск: ЧГТУ, 1995. -260 с.

94. Лаврик, А.Н. Влияние вида топлива на рабочий цикл дизеля Текст. / А.Н. Лаврик, А.П. Ставров // Автомобили, тракторы и двигатели: Труды ЧПИ. Челябинск: ЧПИ, 1973. - С. 54-58.

95. Лаврик, А.Н. Расчет и анализ рабочего цикла ДВС на различных топ-ливах Текст. / А.Н. Лаврик. Иркутск: Иркутский университет, 1985. - 104 с.

96. Драгунов, Г. Д. Расчет рабочего цикла дизеля с газотурбинным наддувом Текст.: учеб. пособие / Г.Д. Драгунов. Челябинск : 1978. - 84 с.

97. Шароглазов, Б. А. Теория рабочих процессов ДВС Текст. : учеб. пособие к решению задач / Б.А. Шароглазов, В.В. Клементьев. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2003.-33 с.

98. Hiroyasu, Н. Multi-Objective Optimization of Diesel Engine Emissions and Fuel Economy using Genetic Algorithms and Phenomenological Model Текст. / Т. Hiroyasu, M. Miki, J. Kamiura, S. Watanabe. // SAE Paper 02FFL-183. 2002. -P. 53-75.

99. Hiroyasu, H. Diesel Engine Combustion and its Modeling Текст. / H. Hiroyasu // International Symposium on Diagnostics and Modeling of Combustion in Reciprocating Engines. 1985. - P. 53-75.

100. Woschni, G. A Universally applicable equation for the instantaneous heat transfer coefficient in the internal combustion engine Текст. / G. Woschni. // SAE Paper 67.0931. 1976. -P. 40-52.

101. Rakopoulos, C.D. Diesel Engine Transient. Operation Principles of Operation and Simulation Analysis Текст. / C.D. Rakopoulos, E.G. Giakoumis. London: Springer-Verlag, 2009. - 408 p.

102. Rakopoulos, C.D. Review of thermodynamic diesel engine simulations under transient operating conditions Текст. / C.D. Rakopoulos, E.G. Giakoumis // SAE Paper № 2006-01-0884, SAE Trans, J Engines. 2006. - p. 467-505.

103. Rakopoulos, C.D. Sensitivity analysis of transient diesel engine simulation Текст. / C.D. Rakopoulos, E.G. Giakoumis // Proc Inst Mech Eng, Part D, J Automobile Eng. 2006. - P. 89-101.

104. Hagena, J.R. Transient diesel emissions: analysis of engine operation during a tip-in Текст. / J.R. Hagena, Z.S. Filipi, D.N. Assanis // SAE Paper № 2006-01-1151.-2006.-P. 120-124.

105. Filipi, Z. Effect of variable geometry turbine (VGT) on diesel engine and vehicle system transient response Текст. / Z. Filipi, Y. Wang, D. Assanis // SAE Paper № 2001-01-1247. -2001. P. 240-254.

106. Winterbone, D.E. Transient response of turbocharged diesel engines Текст. / D.E. Winterbone, R.S. Benson, A.G. Mortimer, P. Kenyon, A. Stotter // SAE Paper № 770122. 1977. - P. 28-34.

107. Ждановский, H.C. Надежность и долговечность автотракторных двигателей Текст. / Н.С. Ждановский, А.В. Николаенко. Л.: Колос, Ленинградское отделение, 1981. - 259 с.

108. Ждановский, Н.С. Диагностика автотракторных двигателей Текст. / Н.С. Ждановский, В.А. Аллилуев, А.В. Николаенко, Б.А. Улитовский. Л.: Колос, 1977.-264 с.

109. Григорьев, М.А. Износ и долговечность автомобильных двигателей Текст. / М.А. Григорьев, В.Н. Пономарев. М: Машиностроение, 1976. - 248 с.

110. Григорьев, М.А. Соотношение износов, вызванных различными эксплуатационными факторами, в общем износе цилиндров двигателя Текст. / М.А. Григорьев, В.М. Павлинский, Б.М. Бунаков. // Автомобильная промышленность. 1975. -№ 11. - С. 7-10.

111. Гурвич, И.Б. Долговечность автомобильных двигателей Текст. / И.Б. Гурвич. М: Машиностроение, 1967. - 103 с.

112. Гурвич, И.Б. Эксплуатационная надежность автомобильных двигателей Текст. / И.Б. Гурвич, П.Э. Сыркин. М: Транспорт, 1984. - 141 с.

113. ГОСТ Р 51749-2001. Энергосбережение. Энергопотребляющее оборудование общепромышленного применения. Виды. Типы. Группы. Показатели энергетической эффективности. Идентификация Текст. 2001-01-01. - М. : Стандартинформ, 2008. - 28 с.

114. ГОСТ Р 51387-99. Энергосбережение. Нормативно-методическое обеспечение. Основные положения Текст. 2000-01-07. - М. : Стандартинформ, 2006. -16 с.

115. ГОСТ Р 51541-99. Энергосбережение. Энергетическая эффективность. Состав показателей. Общие положения Текст. 2000-01-07. - М. : Стандартинформ, 2006. - 8 с.

116. A variable answer for gen set Текст. // Diesel progress international. November-December 2007, P. 52 - 53 p.

117. Генкин, К.И. Газовые двигатели Текст. / К.И. Генкин. М. : Машиностроение, 1977. -196 с.

118. Мамедова, М.Д. Работа дизеля на сжиженном газе Текст. / М.Д. Ма-медова. -М. : Машиностроение, 1980. -149 с.

119. Вуколович, М.П. Термодинамические свойства газов Текст. / М.П. Вуколович. М. : Машгиз, 1953. - 370 с.

120. Генкин, К.И. Газовые двигатели ГД100 и агрегаты на их базе Текст. / К.И. Генкин, Д.Т. Аксенов, Б.Н. Струнге. М.: Недра, 1970. - 328 с.

121. Теория двигателей внутреннего сгорания Текст. / Под. ред. Н.Х. Дьяченко. Л. : Машиностроение, 1974. - 552 с.

122. Погодин, С.И. Рабочие процессы транспортных турбопоршневых двигателей Текст. / С.И. Погодин. -М. : Машиностроение, 1978. 312 с.

123. Морозова, B.C. Улучшение экологических характеристик дизеля конструктивными изменениями топливной системы Текст. / B.C. Морозова // Охрана атмосферного воздуха. Проблемы и пути решения. Сб. науч. ст. науч.-практ. конф. Челябинск: 2001. - С. 58-60.

124. Гун, B.C. Оптимизация переходных процессов системы топливопода-чи дизеля с электронным регулятором Текст. / B.C. Гун, B.C. Морозова, В.В. Шешуков // Вестник ЮУрГУ. Серия: Машиностроение. 2007. - т. 97. - С. 4854.

125. Ogink, R. Computer Modeling of HCCI Combustion. Thesis for the degree of doctor of philosophy Текст. / R. Ognik. Goteborg, Sweden: Division of Thermo and Fluid Dynamics Chalmers University of technology, 2004. - 188 p.

126. Akihama, K. Mechanism of the Smokeless Rich Diesel Combustion by Reducing Temperature Текст. / К. Akihama, Y. Takatori, K. Inagaki // SAE Paper 2001-01-0655.-2001.-P. 210-232.

127. Walsh, M.P. Global Trends in Diesel Emissions Regulation a 2001 Up Date Текст. // SAE Paper 2001-01-0183. -2001. - P. 110-116.

128. Senecal, P.K. Multi-Mode Genetic Algorithm Optimization of Combustion Chamber Geometry for Low Emissions Текст. / P.K. Senecal, E. Pomraning, K.J. Richards // SAE Paper 2002-01-0958. 2002. - P. 124-130.

129. Arcoumanis, C. Effect of EGR on Spray Development, Combustion and Emissions in a 1.9L Direct-Injection Diesel Engine Текст. / С. Arcoumanis, A. Nagwaney, W. Hentschel, S. Ropke // SAE Paper 952356. 1995. - P. 128-133.

130. Ladommatos, N. The effects of carbon dioxide EGR on diesel engine emissions Текст. / N. Ladommatos, S. Abdelhalim, H. Zhao // Proceedings of the IMechE C517/028/96. 1996. - P. 50-58.

131. Hawley, J. Reduction of steady-state NOx levels from an automotive diesel engine using optimized VGT/EGR schedules Текст. / J. Hawley, F. Wallace,

132. A. Cox, R. Horrocks, G. Bird // SAE paper 990835. 1999. - P. 60-66.

133. Драганов, Б.Х. Конструирование впускных и выпускных каналов двигателей внутреннего сгорания Текст. / Б.Х. Драганов, М.Г. Круглов,

134. Малозёмов, А. А. Повышение топливной экономичности первичного дизеля энергоустановки оптимизацией скоростного режима Текст. /

135. A. А. Малозёмов, А. В. Копеин, О. А. Алешков. // Повышение эффективности силовых установок колесных и гусеничных машин: материалы научно-технической конференции, посвященной 40-летию кафедры двигателей. -Челябинск : ЧВВАКИУ, 2008. С. 60-65.

136. Гончар, Б.М. Численное моделирование рабочего процесса дизелей Текст. / Б.М. Гончар // Энергомашиностроение. 1968. - № 7. - С. 12-20.159Heywood, B.J. Internal Combustion Engine Fundamentals Текст. /

137. B.J. Heywood. New York: McGraw-Hill, 1988. - 930 p.

138. Розенблит, Г.Б. Теплопередача в дизелях Текст. / Г.Б. Розенблит. -М. : Машиностроение, 1977. 216 с.

139. Володин, А.И. Моделирование на ЭВМ работы тепловозных дизелей Текст. / А.И. Володин М. : Транспорт, 1985. - 216 с.

140. Chen, S.К. Development of Single Cylinder Compression Ignition Research Engine Текст. / S. К. Chen, P. F. Flynn // SAE 650733, 1965. P. 154-168.

141. Burcat A. Ideal Gas Thermodynamic Data for Combustion and AirPollution Use Текст. / A. Burcat, B. McBride // Technion Report. TAE 697, 1993. P. 73-81.

142. Seiser H. Extinction and Autoignition of n-Heptane in Counterflow Configuration Текст. / H. Seiser, H. Pitsch, К. Seshadri, W. Pitz, H. Curran. // Proceedings of the Combustion Institute. Vol. 28. - 2000. - P. 2029-2037.

143. Coda Z. A Kinetic Modeling Study on the Potential of Staged Combustion in Gas Turbines for the Reduction of Nitrogen Oxide Emissions from Biomass IGCC Plants Текст. / Z. Coda, P. Kilpinen, M. Hupa and et. // Energy & Fuels. 14. -2000. - P. 751-761.

144. Копеин, А. В. Оценка выбросов вредных веществ с отработавшими газами дизелей на стадии проектирования Текст. / А. В. Копеин, А. А. Малозёмов. // Вестник академии военных наук. № 3 (24). - 2008. - С. 106-110.

145. Малозёмов, А. А. Расчет рабочего цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания методом энергетического и массового баланса рабочего тела

146. MAEngine» Текст. / A. A. Малозёмов. // Компьютерные учебные программы и инновации. М. : 2006, № 10. С.32.

147. Recommended Practice for Excitation System Models for Power System Stability Studies Текст. IEEE Standard 421.5 1992, August, 1992.

148. Биргер, И.А. Исследование прочности материалов поршней ДВС в условиях циклического и термоциклического нагружения Текст. / И.А. Биргер, JI.H. Решетов, В.Г. Трощенко и др. // Проблемы прочности. 1976. -№ 7. - С. 3-9.

149. Ермолов, JI.C. Основы надежности сельскохозяйственной техники Текст. / JI.C. Ермолов, В.М. Кряжков, В.В. Черкун. М. : Колос, 1982. - 269 с.

150. Козлов, Ю.Г. Термоусталостные испытания головок цилиндра дизеля ЧН21/21 Текст. / Ю.Г. Козлов, В.И. Евенко, М.А. Моисеенко. // Двигателе-строение. 1986. -№ 1. С. 7-9.

151. Кишкина, С.И. Сопротивление разрушению алюминиевых сплавов Текст. / С.И. Кишкина. М.| : Металлургия, 1981. - 141 с.

152. Биргер, И.А. Термрпрочность деталей машин. Теория. Экспериментальные исследования. Расчет Текст. / И.А. Биргер, Б.Ф. Шорр. М. : Машиностроение, 1975, 455 с.

153. Решетов, Д.Н. Работоспособность и надежность деталей машин Текст. / Д.Н. Решетов. М. : Высшая школа, 1974. - 206 с.

154. Шеховцев, А.Ф. Метод оценки термоусталостной прочности поршней ДВС Текст. /А.Ф. Шеховцев. // Двигателестроение. 1979. -№ 11. - С. 15-18.

155. Колчин, А.И. Расчёт автомобильных и тракторных двигателей Текст. /А.И. Колчин, В.П. Демидов. -М. : Высшая школа, 1980. 400 с.

156. ГОСТ 183-74. Машины электрические вращающиеся. Общие технические требования Текст. 1976-01-01. - М. : Изд-во стандартов, 2001. - 26 с.

157. A.C. 1048881 СССР. Двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия / А.Н. Лаврик, В.И. Дружинин (СССР). 34006792/25-06. Заявлено 10.03.82.

158. ГОСТ 6360-83. Масла МТ-16П и М-16ПЦ. Технические условия Текст. 1985-01-01. - М. : Изд-во стандартов, 1992. - 4 с.

159. ГОСТ 305-82. Топливо дизельное. Технические условия Текст. -1983-01-01. -М. : Изд-во стандартов, 2003. 6 с.

160. ГОСТ 2084-77. Бензины автомобильные. Технические условия Текст. 1983-01-01. -М. : Изд-во стандартов, 2003. - 6 с.

161. Лотоцкий, К.В. Электрические машины и основы электропривода Текст. / К.В. Лотоцкий. М. : Колос, 1964. - 497 с.

162. ГОСТ 25941-83. Машины электрические вращающиеся. Методы определения потерь и коэффициента полезного действия Текст. 1984-01-01. -М.: Изд-во стандартов, 2003. - 29 с.

163. Кацман, М.М. Расчет и конструирование электрических машин Текст. / М.М. Кацман. М. : Энергоатомиздат, 1984. - 360 с.

164. Бондарь, В. Н. Оценка токсичности отработавших газов дизелей одного типоразмера с использованием регрессионных зависимостей Текст. /

165. В. H. Бондарь, А. А. Малозёмов, А. В. Копеин, В. В. Герцев. // Вестник ЮУрГУ. -№ 23. -Вып. 12. Серия «Машиностроение». - Челябинск : 2008. С. 81-85.

166. Драгунов, Г.Д. Основы газовой динамики Текст. : текст лекций / Г.Д. Драгунов, В.Г. Галичин. Челябинск : 1988. - 60 с.

167. Круглов, М.Г. Газовая динамика комбинированных двигателей внутреннего сгорания Текст.: Учебное пособие / М.Г. Круглов, A.A. Меднов. М. : Машиностроение, 1988. - 360 с.

168. Иванов, К.Ф. Механика жидкости и газа Текст. Конспект лекций для студентов механических и энергетических специальностей. Часть 1 / К.Ф. Иванов, C.B. Сурков. Одесса: ОГПУ, 1995. - 119 с.

169. Бондарь, В. Н., Снижение токсичности отработавших газов дизеля Д-180 Текст. / В. Н. Бондарь, А. А. Малозёмов. // Научно-технический журнал «Транспорт Урала», № 4(15), 2007, С.115-117.

170. Малозёмов, А. А. Снижение токсичности отработавших газов дизеля Д-180 Текст. / А. А. Малозёмов, М. А. Казанцев, А. В. Даренских. // Вестник

171. ЮУрГУ. Серия «Машиностроение». № 5, Выпуск 5. Челябинск: ЮУрГУ, 2004. С. 50-54.

172. Малозёмов, А. А. Мини-ТЭЦ на базе электростанции ДГУ-100С Текст. / А. А. Малозёмов, М. А. Казанцев. // Тракторы и сельскохозяйственные машины. -М. : Машиностроение, 2001, № 9. С. 17-18.

173. Лазарев, В. Е. Расчетно-экспериментальная оценка изношенности игл распылителей топлива в дизелях Текст. / В. Е. Лазарев, В. Н. Бондарь,

174. A. А. Малозёмов. // Двигателестроение. 2008, № 1, С. 17-19.

175. Лазарев, В. Е. Метод оценки интенсивности изнашивания и ресурса прецизионного сопряжения распылителя топлива в дизеле Текст. /

176. B.Е.Лазарев, В. Н. Бондарь, А. А. Малозёмов. // Двигателестроение. -2007, № 3, С. 26-29.

177. Лаврик, А. Н. Определение режимов работы свечи накаливания в камере сгорания многотопливного дизеля Текст. / А. Н. Лаврик, И. Я. Редько, А. А. Малозёмов, Н. В. Анфилогов. // Вестник ЧГАУ. Челябинск : 1996. т.16,1. C. 84-87.

178. Малозёмов, A.A. Индуктивный период в дизеле с воспламенением от свечи накаливания Текст. / A.A. Малозёмов // Вестник ЧГАУ. 1994. т. 8. -С. 45-48.

179. Малозёмов, A.A. Дополнительный критерий воспламенения топливо-воздушной смеси в цилиндре дизеля свечей накаливания Текст. / A.A. Малозёмов // Вестник ЧГАУ. 1994. т. 8. - С. 49-50.

180. Малозёмов, A.A. Расчет периода задержки воспламенения для многотопливного дизеля с воспламенением от свечи накаливания Текст. / A.A. Малозёмов, А.Н. Лаврик, И.Я. Редько // Вестник ЧГАУ. 1995. т. 12. -С. 40-42.

181. Бондарь, В. Н. Совершенствование методики испытаний дизелей специального назначения в холодильной камере Текст. / В. Н. Бондарь, А. А. Малозёмов, В. Н. Белоусов. // Вестник академии военных наук. № 3 (24).-2008.-С. 129-132.

182. Малозёмов, A.A. Эффективность мероприятий по улучшению пусковых характеристик дизелей размерностью 13/14 Текст. / A.A. Малозёмов,

183. A.A. Селёдкин, В.В. Герцев // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. Научный журнал. Вып. 2. Новосибирск : ФГОУ ВПО «НГАВТ». - 2009, С. 220 - 223.

184. Малозёмов, A.A. Эффективность замены центрифуги фильтром «Ре-готмас» на двигателе Д-160 текст. / A.A. Малозёмов, С.К. Рахимов,

185. B.И. Белинский // Гидравлика и гидропневмосистемы: Докл. секц. «Гидравлика и гидропневмосистемы» 50-й юбилейной научно-технич. конфер. / -Челябинск : ЮУрГУ, 1998. С. 123-125.

186. ГОСТ 8581-78. Масла моторные для автотракторных дизелей. Технические условия Текст. 1980-01-01. -М. : Изд-во стандартов, 2004. - 7 с.

187. Редько, И. Я. Система стандартов организации «Дизельные и газопоршневые электростанции» Текст. / И. Я. Редько, А. А. Малозёмов. // «Академия энергетики». М.: 2009, № 4 (30) С.36-41.

188. Справочник базовых цен на проектные работы для строительства объекты энергетики. Разработан ГП «ЦЕНТРИНВЕСТпроект» Минстроя России. Утвержден Министерством строительства Российской Федерации

189. Постановление от 25.11.96 г. № 18-82) по согласованию с Министерством топлива и энергетики Российской Федерации (письмо от 18.11.96 г. № КВ-6572)

190. Электротехнический справочник: В 3 т. Т. 3. В 2 кн. Кн. 1. Производство и распределение электрической энергии Текст. / Под общ. ред. И.Н. Орлова и др. // 7-е изд., испр. и доп. -М.: Энергоатомиздат, 1988. 880 с.

191. СНиП 2.04.02-84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения Текст. 1984-01-01. -М. : Госстрой, 1984. - 97 с.

192. Бондарь, В. Н. Совершенствование энергоустановок с поршневыми ДВС Текст. / В. Н. Бондарь, А. А. Малозёмов. -Челябинск : Изд-во ЮУрГУ, 2007, 199 с.