автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.05, диссертация на тему:Разработка мероприятий по улучшению технико-экологических характеристик среднеоборотных судовых дизелей

На правах рукописи

00344 ' /

Храмов Михаил Юрьевич

РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО УЛУЧШЕНИЮ ТЕХНИКО-ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СРЕДНЕОБОРОТНЫХ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ

Специальность 05 08 05 - Судовые энергетические установки и их

элементы (главные и вспомогательные)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Нижний Новгород - 2008

О 2 ОКТ 2008

003447834

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждение высшего профессионального образования «Волжской государственной академии водного транспорта».

Научный руководитель - доцент, кандидат технических наук

М.Х. Садеков

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор А.Ф. Дорохов, кандидат технических наук Н.Н. Бурдастов

Ведущая организация - ОАО ЦКБ НПО «Судоремонт»

Защита диссертации состоится <£уУ» 2008 г в

часов в аудитории о???т* на заседании диссертационного совета Д 223 001 02 при ФГОУ ВПО «ВГАВТ» по адресу 603950, Н Новгород, ул Нестерова, 5а

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке ФГОУ ВПО «ВГАВТ»

Автореферат разослан 2008 г

Ученый секретарь ( диссертационного сдвеха^ к т н, доцент Г

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы Одной из главных задач, сформулированных в концепции перехода Российской Федерации к устойчивому развитию, является коренное улучшение состояния окружающей среды (ОС) за счет экологизации производственной деятельности в рамках преобразований, позволяющих обеспечить становление новой модели хозяйствования В данном случае под новой моделью хозяйствования понимается экологически идеальная структура техносферы, базирующаяся на многоразовом потреблении и изначальном предотвращении процесса загрязнения ОС

Анализ состава отработанных газов (ОГ) показал, что наиболее токсичными компонентами являются оксиды азота (N0*), углерода (СО, С02) и серы (80х), углеводороды (НС),твердые сажистые частицы Известно, что их концентрация в ОГ дизеля зависит от многих причин, в том числе от конструкции камеры сгорания, частоты вращения коленчатого вала и от температуры горения Известно, что низкооборотные двигатели вырабатывают больше >ЮХ, чем среднеоборотные или высокооборотные двигатели

До 2000 г вредные выбросы оксидов углерода и азота дизелей нормировались в соответствии с ГОСТ 24585-81 «Дизели судовые, тепловозные и промышленные Выбросы вредных веществ с отработавшими газами Нормы и методы определения» Дымность ОГ определялась и нормировалась в соответствии с ГОСТ 24028-80 «Дизели судовые, тепловозные и промышленные Дымность отработавших газов Нормы и методы измерения» Однако требования этих государственных стандартов распространялись только на заводские стендовые испытания дизелей и не применялись для дизелей в эксплуатации

С 1 января 2000 г введен в действие новый государственный стандарт ГОСТ Р 51249-99 «Дизели судовые, тепловозные и промышленные Выбросы вредных веществ с отработавшими газами Нормы и методы определения», требования которого допускается распространять на дизели в период эксплуатации, в том числе и после капитального ремонта В стадии утверждения находится ГОСТ Р ИСО 8178-2 «Двигатели внутреннего сгорания поршневые Выбросы вредных веществ с отработавшими газами Измерение выбросов вредных веществ в эксплуатации»

В 2002 году вышло Постановление Правительства РФ №83 «О проведении регулярных проверок транспортных и иных передвижных средств на соответствии техническим нормативам выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух»

Согласно этого Постановления начиная с 2004 года проверка судов в части, касающейся предотвращения загрязнения атмосферы, возлагается на Российские органы технического надзора и классификации судов при осуществления технического надзора над ними Проверке подлежат морские суда, суда смешанного плавания (река-море) и суда внутреннего плавания с пассажировместимо-стью более 12 человек, а также суда внутреннего плавания с мощностью главных двигателей не менее 55 кВт независимо от пасса-жировместимости

Исходя из этого, а также с учетом положений нового Закона «Об охране атмосферного воздуха» № 96-ФЗ от 04 05.99 г и принятого в сентябре 1997 г Приложения VI «Правила предотвращения загрязнения воздушной среды с судов» к Международной Конвенции МАРПОЛ 73/78 на речном транспорте продолжены и расширены поисковые работы по созданию эффективных средств для снижения загрязнения атмосферного воздуха. Кроме того, Комитет по внутреннему транспорту Европейской экономической комиссии ООН, в работе которого принимают участие представители Минтранса РФ и Российского Речного Регистра, также рассматривает на своих сессиях проблему предотвращения загрязнения атмосферного воздуха При этом отмечается экологическое преимущество судов по выбросам углеводородной группы по сравнению с поездами и автотранспортом Одновременно отмечено, что количество выбросов оксидов азота и несгоревших углеводородов во много зависит от износа и модернизации двигателя, поэтому судовладельцы не могут оказать существенного воздействия на уровни этих выбросов Учитывая, что внедрение двигателей более совершенной конструкции требует определенного времени и материальных затрат необходимо предусмотреть поэтапное принятие новых решений, касающихся адаптации ранее построенных судовых двигателей применительно к новым требованиям

Следует отметить, что в настоящее время не существует комплексной оценки (критерия) эффективности методов, средств

улучшения экологических показателей судовых дизелей Представляется целесообразным в комплексной оценке учитывать стоимость самих устройств и величину предотвращенного ущерба

Поскольку действующие методики эффективности средств снижения выбросов позволяют сделать только приближенные оценки, то дальнейшие задачи исследователей и надзорных органов является создание системы комплексных методов и средств улучшения экологических показателей судовых дизелей при их эксплуатации является весьма актуальными

Цель работы Целью работы является оценка эффективности существующих мероприятий снижения вредных выбросов судовыми дизелями и разработка нового метода для улучшения параметров среднеоборотных дизелей за счет снижения выбросов вредных продуктов сгорания топлива при одновременном улучшении топливной экономичности

Задачи исследования.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи

- провести анализ факторов влияющих на образования вредных веществ находящихся в ОГ судовых дизелях,

- оценить влияния водотопливной эмульсии (ВТЭ) на экологические показатели судовых дизелей;

- разработать современную схему системы, обеспечивающую возможность повышения экологических показателей судовых среднеоборотных дизелей,

- провести экспериментальные исследования по оценке влияния присадок к топливу, влияющих на экономичность и состав отработавших газов судового дизеля;

- определить влияние подогрева топлива на работу судового среднеоборотного дизеля

Объектом исследований являются судовые среднеоборотные дизели

Методы исследования. В работе использовались аналитические методы, методы сопровождаемые анализом и сопоставлением с экспериментальными данными Экспериментальные исследования выполнялись на основе современных ГОСТов и методов, рекомендуемых при проведение стендовых и эксплуатационных испытаний двигателей В работе использован метод математического

планирования эксперимента при поиске оптимальных условий Оценка погрешностей определения экспериментальных величин была осуществлена с помощью основных методов теории погрешностей В работе использовалась современная анализирующее-регистрирующая аппаратура

Научная новизна работы состоит в следующем

- разработана методика получения ВТЭ на основе электроактивированной воды для судовых дизелей,

- определены оптимальные углы опережения подачи топлива в зависимости от концентрации воды в ВТЭ,

- выявлены возможности снижения выбросов в ОС, не требующих существенных конструктивных изменений судовых среднеоборотных дизелей,

- доказана эффективность подогрева топлива и ВТЭ в целях улучшения характеристик среднеоборотных дизелей;

- установлена эффективность использования присадок проти-водымного промотора воспламенения (ППВ) к топливу и ВТЭ.

Практическая ценность:

- разработана схема установки для получения ВТЭ в качестве топлива для судовых среднеоборотных дизелей на основе электроактивированной воды;

- определены ряд различных мероприятий позволяющих довести значения показателей ОГ до требований, предъявляемых ГОСТами (Р 51249-99 и Р ИСО 8178-2) к судовым ДВС,

- получены экспериментальные результаты, доказывающие положительное влияния воздействия присадки ППВ на процессы горения топлива и состав ОГ в ДВС,

- разработана принципиально-новая схема системы подогрева топлива перед подачей его в двигатель,

- показана эффективность применения присадок к топливу и ВТЭ в целях улучшения характеристик судовых среднеоборотных дизелей,

- предложены новые мероприятия по повышению экономического эффекта от внедрения на судах предлагаемой системы подготовки топлива;

- разработаны ресурсосберегающие мероприятия при доработки существующих судовых среднеоборотных дизелей до предъявляемых к ним экологических требований

Реализация результатов работы. Результаты приняты к внедрению на судах ОАО СК «Волжское пароходство», а также при проведения учебного процесса

Апробация работы Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Девятой, Десятой и Одиннадцатой Нижегородских сессиях молодых ученых (технические науки) в г Дзержинске в 2004, 2005, 2006 гг, научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава «ВГАВТ» в 2006 гг, Международном научно-производственном форуме «Великие Реки» в Нижнем Новгороде 2006 гг

Публикаций. Основные положения диссертационной работа опубликованы в 8 работах автора, в том числе 1 опубликована в рекомендованных ВАК издании

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и приложений Основное содержание работы изложено на 155 стр машинописного текста и включает 15 рисунков и 23 таблицы Библиографический список использованной литературы включает 107 наименований

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выполненной работы, сформулированы основные положения, обосновывается актуальность проблемы, излагается цель и задачи исследований

В первой главе выполнен аналитический обзор работ, посвященных влиянию вредного воздействия отработавших газов судовых дизелей на окружающую среду Определены наиболее токсичные компоненты ОГ, причины их возникновения, и проведена оценка тепловых выбросов

В последнее время на мировых рынках наметилась тенденция роста цен на топливо Поэтому для уменьшения эксплуатационных расходов судовые двигатели переводят на высоковязкие сорта топлива, имеющие более низкую стоимость, однако при сжигании тяжелых сортов топлива увеличивается количество вредных выбросов ОГ в окружающую среду.

При анализе состава ОГ используются два основных понятия токсичность и дымность ОГ Токсичность определяется количест-

вом вредных компонентов входящих в состав ОГ, дымность это наличии в составе ОГ сажи, жидких и твердых аэрозольных частиц При сжигании в судовых дизелях углеводородных топлив в окружающую среду выбрасываются различные компоненты, входящие в состав ОГ Условно их можно разделить на особо вредные и нейтральные В общем составе ОГ нейтральные занимают 99,75% объема (N2, СОг, 02, Н20) Остальные 0,25% включают в себя наиболее токсичные составляющие - оксиды азота N0*, серы ЗОх, углерод СО, углеводороды СХНУ и твердые частицы (сажа, зола). Для одновремейного снижения токсичности и дымности выбросов ОГ требуются различные, часто не совместимые иногда методы, что существенно затрудняет снижение вредного воздействия выбросов с ОГ. Экспериментально установлено, что изменение концентрации отдельных токсичных компонентов ОГ подчиняется определенным закономерностями Установить эти закономерности можно путем воздействия на рабочий процесс дизеля

По результатам обзора сформулированы цель и задачи исследований

Вторая глава посвящена теоретическому исследованию мероприятий снижения вредного воздействия судовых дизелей на окружающую среду

Исходя из анализа состава ОГ химические вещества, такие как N0« СО, 80х и др, попадая в атмосферу, нарушают ее естественный экологический баланс за счет образования слабых кислот Снизить концентрацию Б0Х можно путем очистки топлива от серы и очисткой ОГ

Уменьшить выбросы Ы0Х, можно различными способами воздействия на рабочие процессы дизелей, чтобы уменьшить количество образующихся N0*, в цилиндрах Их условно можно разделить на первичные и вторичные

Первичные методы подразделяются на две группы а) требующие изменения конструкции дизеля или отдельных его элементов реализуемых, при разработке новых дизелей: (совершенствование системы впрыска и смесеобразования дизеля, совершенствование системы турбонаддува; выбор оптимального газораспределения, выбор оптимальной частоты вращения коленчатого вала, организация вихревого движения заряда в камере сгорания и др ), б) не требующие существенного изменения конструкции, реализация кото-

рых возможна при незначительной модернизации двигателя (перевод дизеля на ВТЭ), изменение фаз топливоподачи; рециркуляция части отработавших газов и др

В целом за счет первичных методов реально можно достигнуть снижения эмиссии ЫОк, на ЗО - 50% Если международными законодательствами будут введены более жесткие требования по ограничению выбросов, первичных методов будет недостаточно В этом случае необходимо использовать вторичные методы или их комбинацию с первичными

Нейтрализация оксидов азота является важнейшей и наиболее трудной задачей очистки ОГ дизелей, которая в значительной степени осложняется наличием в отработавших газах большого избытка кислорода (более 11%)

Анализ традиционных экспериментальных данных, показывает, что существующими методами изменения регулировок дизеля не удается добиться значительного снижения выхода оксидов азота при сохранении неизменными остальных показателей (токсичности, дымно-сти и экономичности)

Одно из перспективных направлений - улучшение экономических и экологических параметров дизеля - это применение водотопливных эмульсий не требующих модернизации топливной аппаратуры

Установлено, что ВТЭ существенно влияет на рабочий процесс дизелей Авторы многих работ (В М Иванов, Б В Канторович, В М Тванов, и др) дают этому явлению далеко не одинаковые трактовки Одни исследователи полагают, что в основе эффекта от использования ВТЭ лежат различные физические процессы, другие отдают предпочтение химической природе явления

Изучение и использование водотопливных эмульсий в двигателях внутреннего сгорания и котлах имеют богатую историю Однако по настоящему широкого применения водотопливных эмульсий не производилось Отчасти это было связано с нежеланием судовладельцев инвестировать дополнительные средства в мероприятия по охране атмосферного воздуха (в отсутствие жестких нормативных актов) и известного консерватизма специалистов, эксплуатирующих энергетические установки. Для широкого применения водотопливных композиций решающими стали акты нормативно-правового регулирования, - фактор надежности создания самой технологии водотопливных композиций, стабильность качества этих композиций

Многочисленные стендовые и эксплуатационные исследования показали, что добавленная к топливу вода существенно ускоряет процесс сгорания топлив, одновременно снижает содержание продуктов неполного сгорания и оксидов азота в ОГ В свою очередь использование всех других известных средств снижения вредных выбросов с ОГ, если и приводило к снижению содержания продуктов неполного сгорания (СО, альдегидов, СН), то при этом автоматически повышало содержание азота и наоборот Задержка начала впрыска топлива снижает максимальную температуру в цилиндре, поэтому многие двигателестроительные фирмы изменяют начало впрыскивания топлива в качестве основного способа снижения N0* Применение водотопливных эмульсий позволяет сочетать экологические и экономические показатели, экономия топлива при их применении может достигать 10% при сохранении мощности за счет более полного сгорания

Дальнейшего исследования показывают, что имеются возможности дополнительного снижения расхода топлива за счет нахождения оптимальных параметров концентрации воды и угла опережения подачи топлива

Оптимизация этих параметров возможна лишь экспериментальным путем, результатом которого является эмпирическая зависимость Для ее получения применен метод математического планирования эксперимента при поиске оптимальных условий

После обработки экспериментальных данных получено уравнение регрессии для значений нагрузки на двигатель

Ст = 46,62 + 22,01ЛГр - 1,48ов - 0,784(р - 0,732 Л-рив - 0,288Хр<р - 0,075ьв<р

где Ог - часовой расход топлива, кг/ч,

- объемное содержание воды в эмульсии, %, V - угол опережения впрыска топлива, град За параметр оптимизации принят часовой расход топлива У = С7, кг/ч

Из уравнении видно, что в рамках проведенного эксперимента для снижения расхода топлива необходимо максимально увеличить угол опережения впрыска топлива и концентрацию воды в ВТЭ Расчеты показывают, что для снижения расхода топлива без ухудшения параметров работы дизеля необходимо довести концентра-

цию воды до 24% и увеличить угол опережения подачи топлива на 2 град поворота коленчатого вала (при исследовании двигателя 6ЫУ048Аи)

Было определено влияния концентрации воды и угла опережения подачи топлива на расход топлива, то есть возможность снижения расхода топлива путем изменения этих параметров Поэтому для получения линеаризированного уравнения фактор Х\ был зафиксирован на определенном уровне Х\ = 1 и принят постоянным, то есть определение оптимальных параметров было произведено при постоянной нагрузке на двигатель

лу

-— = (-1,487 - 0,732Л", - 0,075Х3 )ДЛ"2 -(0,784- 0,288Х3 - 0,075ЛГ2 )ДХ3

Назначаем координаты исходной точки программы оптимизации, которую можно принять точку с координатами Х\ = 1,^ = 0, Х3=0.

Тогда уравнение, описывающее процесс оптимизация между исходным опытом и первым опытом программы оптимизации, будет следующее

ДГ0-1 =-2,219ЛХ2 - 0,784ЛА'з

Считаем, что при Х2 и X3 последнем опыте программа оптимизация оптимум достигнут Переводя кодированные значения факторов в натуральное, получим

Х2 - 24%, Х3 = 25,08 °п к в

Данные значения находятся в соответствия с опытом эксплуатация двигателей внутреннего сгорания на ВТЭ Такое соотношение параметров позволяет дополнительно снизить расход топлива на 1,55% без ухудшения параметров работы двигателя и в целом получить экономию топлива до 7%

Применение водотопливной эмульсии открывает широкие возможности использования различных, улучшающих свойства топлива присадок не вступающих в реакцию с топливом, а растворимых только в воде В добавляемую к топливу воду можно вводить химические вещества и получать многофункциональные водорас-

творимые присадки, использование которых в совокупности с присадками к топливу позволит существенно увеличить границы применения высокосернистых топлив в судовых дизелях Применение антидымных присадок не изменяет мощностных и экономических показателей дизеля, не сказывается на износах цилиндропоршне-вой группы (ЦПД) и топливной аппаратуры. В практики к топливу добавляют не более 1% присадки, при этом содержание сажи уменьшается на 70-90% и на 60-80% сокращается выброс в атмосферу канцерогенных веществ.

Механизм действия присадок еще окончательно не изучен Объясняется это сложностью исследования одновременно быстро-протекающих процессов образования и сгорания частиц сажи ВТЭ и водорастворимые присадки дают возможность существенно расширить ассортимент моторных топлив для дизелей. Применение водорастворимых присадок к моторным топливам, а в настоящее время все еще не вышло из стадии исследования Данные результатов исследований эффективности мероприятий по улучшению параметров дизелей приведены (табл 1)

Таблица 1 - Результаты исследований эффективности мероприятий по улучше-

нию параметров дизелей

Мероприятие Изменение величины параметра, %

Ь Есо Ег Еюх Ртах

Промежуточное охлаждение наддувочного воздуха -3 -20 -10 +2,5

Изменение параметров топливопо-

дачи

- давление начала впрыска повышение на 12,5% +4 +80 +25 +20 -0,6

снижение на 12,5% -1,2 0 -30 0 +1,5

-угол опережения впрыска топлива (уменьшение на 2°ГЖВ) - угол наклона факела с 70 до75° к +3,5 -2,7 +80 -40 +50 -50 -7 +10 -1,5 +2

оси цилиндра

Оптимальное сочетание указанных выше параметров 0 -14 +35 -30 -1

Двухстадийное смесеобразование при оптимальных параметрах +1,8 +100 +50 -25 0,6

Подача на всасывание воды -2 -40 -40 -10 0

Примечание «-» Означает уменьшение параметра,«+» увеличение параметра

Уменьшение токсичности отходящих газов достигается различными методами, такими как установка нейтрализаторов, применение водотопливной эмульсии и др Значительное повышение полноты сгорания топлива, возможно путем изменения его качества ввод присадок и его подогрев

В современных поршневых двигателях внутреннего сгорания термическая деструктивная подготовка топлива происходит в самом цилиндре и времени, отводимого на соответствующий такт работы недостаточно Поэтому тяжелые дизельные топлива, хотя бы в виде ароматических структур, вследствие относительно большей термической прочности своих молекул требуют большего времени на образование необходимого количества осколков (радикалов) для начала горения, что и влечет за собой большой период задержки воспламенения Этим же объясняется неполнота сгорания топлив.

Моторные испытания по изучению влияния подогрева топлива на процесс горения со снятием характеристик проводились на одноцилиндровом двигателе со степенью сжатия 17 Подогрев топлива до 200-230 градусов приводит к сокращению сроков деструктивной подготовки топлива и значительно увеличивает его глубину, что положительно сказывается на окислительных предпламенных и массовых процессах горения в двигателе

Установлено, что при подогреве топливо легких каталитических газойлев (ЛКГ), содержащее большое количество ароматических углеводородов, ведет себя аналогично стандартному дизельному топливу без подогрева Удельные расходы топлива в условиях подогрева на примерах топливной смеси дизельного летнего с флегмой коксования (ДФК) и ЛКГ уменьшились в среднем на 10% В тех же условиях стандартное дизельное топливо показало уменьшение расхода на 5%

Применяемые в настоящее время методы снижения вредного воздействия судовых дизелей на ркружающую среду показали, что они недостаточно эффективны многие до конца не изучены и имеют ряд существенных недостатков

В третьей главе представлены результаты стендовых испытаний судового дизеля 6 ЧРН 32/48 при работе на ВТЭ и с применением антидымных присадок

Разработана следующая топливная система (рис 1) для шести цилиндрового двигателя Из расходной цистерны топливо подается шестеренным насосом на фильтры тонкой очистки, навешенные на двигатель

Рис 1 Схема установки топливной подготовки двигателя

После них топливо или ВТЭ (в зависимости от положения электромагнитных клапанов при работе установки приготовления ВТЭ) проходя через трубки высокого давления от топливного насоса высокого давления (ТНВД) до форсунки подогревается за счет теплоты отбираемой от отработанных газов в теплообменнике при помощи промежуточного теплоносителя подаваемого насосом Подогрев осуществляется в межтрубном пространстве Отсечное топливо или ВТЭ поступает обратно на подачу в ТНВД Процентное содержание воды в эмульсии устанавливается игольчатыми клапанами и переключением электромагнитных клапанов Для перехода на чистое топливо в системе установлены электромагнитные клапана Данная система универсальная и может работать как на дизельном, так и на моторном топливе При использовании тяжелого топлива в цистерне необходимо установить подогреватель

При использовании установки подогрева топлива по ВТЭ возвращается часть теплоты уходящей с отработавшими газами, путем подогрева топлива, в результате чего увеличивается теплота, превращенная в полезную работу, а также улучшается процесс горения топлива (рис 2)

Для проведения испытаний разработан аппаратурный комплекс (рис. 3).

Рис. 3. Схема аппаратурной системы для получения индикаторных диаграмм (единичных циклов) и магнитных записей

Схема аппаратурной системы для получения индикаторных диаграмм единичных циклов и магнитной записи включает следующие приборы и устройства- датчик давления (тензометриче-ский) 1, тензоусилитель 2, датчик отметки ВМТ (вихретоковый) 3, осциллятор 4 датчика ВМТ, вторичный прибор 5, датчика ВМТ и осциллятора, цифровой анализатор 6, цифровой графопостроитель 7, измерительный магнитофон 8

Функциональная схема аппаратурной системы для обработки магнитофонных записей (рис 4) включает следующие приборы и устройства магнитофон 1, магнитограф 2, цифровой анализатор 3, цифровой регистратор 7, видеопринтер 8, электронный ключ отметки ВМТ 5, плоттер 4, двухканальвый анализатор 6

Рис 4 Схема аппаратурной системы для обработки магнитофонных записей

Конкретная реализация аппаратурных систем включает в себя образцы приборов, изготовленных зарубежными фирмами, которые являются лидерами в областях измерительной техники вихретоковый датчик смещения с осциллятором и вторичным прибором «Вибропорт» - фирма «Шенк» ФРГ, измерительный магнитофон 7005, двухканальный цифровой анализатор 2034, цифровой регистратор 2313 - фирма «Брюль и Къер» Дания, цифровой анализатор СР-300, цифровой графопостроитель СХ-337, видеопринтер УР-5 - фирма «Оно Соки» Япония; магнитограф 11-260 - фирма «Тик» Япония

В соответствии с имеющейся аппаратурной системой было произведено оснащение двигателя датчиками отметки ВМТ и датчиком давления в цилиндре

Получены данные совмещенных индикаторные диаграммы при работе дизеля 6 ЧРН 32/48 на ВТЭ и дизельном топливе на различных режимах

По этим результатам произведен расчет среднего индикаторного давления Расчет показал, что для одного и того же режима мощности среднее индикаторное давление при работе на ВТЭ и дизельном топливе одинаковы При этом максимальное отклонение среднего индикаторного давления для данного режима мощности составляет 3%, а среднее стандартное отклонение не более 1,1%

Экспериментальные исследования, проведенные в ходе стендовых испытаний дизеля б ЧРН 32/48, на дизельном топливе и ВТЭ (рис 5) показывают, что процесс воспламенения и горения характеризуется различными спектрами газодинамических колебаний в камере сгорания дизеля .Стендовые испытания двигателя 6ЧРН 32/48 показывают, что при сжигании ВТЭ можно получить экономию топлив до 5,5% Эти результаты получены при концентрации воды V% = 20% и номинальном угле опережения подачи толива (р = 23°

Испытания дизеля 6 ЧРН 32/48 проводились и с применением антидымных присадок На практике наибольшее распространение получили антидымные присадки такие как ИХП-706, ЭКСЫ, LZ-565 и другие В качестве противодымного агента и одновременно промотора воспламенения предлагается органический пероксид (ППВ) Испытания для оценки влияния ППВ на характеристики судового дизеля 6NVD48AU проводились в лаборатории ДВС кафедры ЭСЭУ ВГАВТа в присутствии представителя Российского речного регистра, работавшем по винтовой характеристике на судовом маловязком топливе (СМТ) по ТУЗ 8 101567-87 с присадкой Казанского ПО «Органический синтез» ППВ, с присадками ADX-3850, ADX-3880 (фирма-производитель LUBRIZOL, Великобритания) и PARADYNE 668 (фирма-производитель Infenium, США), масло ПОД очищенное по ТУ 2433-016-00205311-99, выработанное ЗАО «Куйбышевазот»

По результаты измерений удельных выбросов NOx, СО, удельного расхода топлива, расхода воздуха, средней температуры отработавших газов приведены результаты стендовых испытаний работы дизеля на СМТ с различной массовой долей присадки ППВ

»

Ччстотя вращения мин 1

Рис 5 Результаты стендовых испытаний двигателя 6ЧРН 32/48 при работе на ВТЭ с различным содержанием воды Д - дизельное топливо, О - ВТЭ -10 %, П - ВТЭ - 20,5%

Результаты данных свидетельствуют об улучшениях показателей работы двигателя, уменьшении вредных выбросов и повышение экономических показателей.

Применяемые в настоящее время схемы преобразования энергии в СЭУ позволяют использовать лишь часть теплоты вносимой с топливом, однако в судовых энергетических установках имеются еще определенные резервы, дающие возможность дополнительно повысить их экономичность и эффективность Это относится к системам утилизации вторичных энергоресурсов Данную возможность показывает тепловой баланс двигателя 6ЫУ048 Аи (6ЧРН32/48).

Из анализа рабочего цикла двигателя следует, что только часть теплоты, выделяющейся при сгорании топлива, используется на полезную работу, остальная же часть составляет тепловые потери

Уравнение теплового баланса

б = 0в+£?о™ + бг+ене+еост,

где Q - теплота топлива, введенная в двигатель;

- теплота, превращенная в полезную работу, 2охл - теплота, потерянная охлаждающим водой, (2Г - теплота, потерянная с отработавшими газами; <2„с - теплота, потерянная вследствие неполного сгорания топ лива,

<20СТ - остаточный член баланса, который равен сумме всех неучтенных потерь

При расчете теплового баланса двигателя 6МУЭ48-Аи (6ЧРН32/48) были получены следующие значения ^ = 39,5%, дохл = 31%, дг = 26%, дис = 1%, д0„ - 2,5% , которые представлены в процентах от всего количества введенной теплоты определяемые по формуле

100%=#е + <7охл + <?г + <7н с + <?ост,

При использовании установки подогрева топлива или водотоп-ливной эмульсии можно утилизировать часть теплоты уносимой с ОГ, в результате чего увеличивается теплота, превращенная в полезную работу

Возвращенная часть теплоты можно оценить в общем случаи по формуле.

д = Ст*Срт*(Г2-*,),

Ср т= ((1000/р) 0 5) * (1690 + 3,4 * 0,

где Ст - часовой расход топлива, кг/ч;

Срт - удельная изобарная теплоемкость Дж/(кг*К),

¡г-Ь - разность температур на входе и выходе в теплообменом

ник, С

Применение установки подогрева водотопливной эмульсии позволит улучшить технико-экономические показатели двигателя Расчеты показывают, что для дизеля 6ТЧУ048-Аи при использовании подогрева чистого топлива без ВТЭ возвращенная теплота в цикл составит 13,5 кВт, что увеличит КПД двигателя на 1,05% С применением водотопливной эмульсии с 20% воды количество теплоты возвращенной в цикл а = 15132 кВт, КПД увеличится на 1,19% Расчет показывает только незначительный эффект от применения подогрева топлива по ВТЭ, так как не учтены такие факторы как полнота сгорания топлива, что приведет к дополнительному увеличению КПД двигателя При превращении теплоты в иные виды энергии чисто энергетического баланса не достаточно, так как не учитывается качество этих превращений Мерой оценки качества является эксэргия (табл 2)

Таблица 2 - Составляющие энергетического и эксэргетического баланса

Статья баланса Энергетический баланс Эксэргетический баланс

Полезная энергия и эксергия 40,5 40,5

Энергия и эксергия выпускных газов 37,7 12,8

Энергия и эксергия охлаждающей воды 17,8 1,55

Энергия и эксергия масла 4,0 0,25

Внутренние потери эксергии в двигателе - 44,9

Часть теплоты из 44,9% внутренних потерь, учитываемая эксэр-гетическим балансом, возможно возвратить в цикл, тем самым повысить КПД двигателя Энергетический баланс внутренние потери в двигателе не учитывается и не дает полной картины потерь тепла

Результаты испытаний судового дизеля 6ЧРН 32/48 подтвердили высокую эффективность и перспективность применяемых методов для улучшения экологических и эффективных показателей среднеоборотных судовых дизелей

Данные испытаний не выявили отрицательного влияния ВТЭ (при применении воды прошедшей электрохимическую обработку) на работоспособность деталей цилиндро-поршневой группы и не превышают значения износов на безводном топливе

В четвертой главе приведена экономическая оценка эффективности новых технических предложений

В настоящее время многие страны переходят на систему штрафов за загрязнение окружающей среды Эта система стимулирует создание экологически чистых двигателей, так как штрафы за загрязнение увеличиваются по мере увеличения содержания токсичных веществ в выпускных газах по отношению к значениям, регламентированным нормативными документами

Приведены результаты экспериментальных исследований позволяющих уточнить расчетные уравнения модернизированных и вновь вводимых элементов, что обеспечивает возможность использовать их при проектировании и определить рабочие параметры ее основных элементов с высокой степенью достоверности Определена область применения математического описания, работы системы, указан перечень данных, необходимый для проектирования системы, показано, что применение предлагаемой системы по сравнению с эксплуатирующимися в настоящее время обеспечит получение экономического эффекта

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

В заключении обобщены результаты исследований по теме диссертации, могут быть сформулированы следующим образом

1 Показано, что наиболее целесообразным методом повышения экологических и экономических характеристик судового дизеля, из существующих, является применение ВТЭ

2 Разработана установка подогрева топлива и выявлены влияние антидымных присадок на вредные выбросы отработавших газов и на расход топлива при работе на ВТЭ

3 Стендовые испытания показали, что в результате сжигания ВТЭ в среднеоборотных судовых дизелях происходит снижение расхода топлива, уменьшение температуры выпускных газов, а следовательно повышение полноты сгорания топлива и снижение вредных выбросов

4 Получено математическое описание работы двигателя, включающее уравнения энергетического и эксергетического балансов работы

5. Представлены мероприятия улучшения технических характеристик ДВС, которые могут быть использованы как при проектировании судовых среднеоборотных дизелей, так и для доведение уже существующих под новые требования ГОСТов

6 Определены основные составляющие экономического эффекта от функционирования предлагаемой автором системы по сравнению с эксплуатирующимися в настоящее время

Таким образом, изложенные в диссертационной работе мероприятия по улучшению показателей ОГ и методики повышения технических характеристик позволяют применять обоснованные технологические и конструктивные решения при создании среднеоборотных судовых ДВС

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в изданиях, рекомендуемых ВАК

Храмов, М.Ю. Улучшение характеристик двигателя путем термофорсирования топлива / М Ю Храмов, М X Садеков // Вестник Астраханского государственного технического университета. - 2007 -№6(41)-С 83-86

Прочие публикации

1 Храмов. М.Ю. Утилизация теплоты цикла двигателя внутреннего сгорания-термофорсирование / М Ю Храмов // 9-я нижегородская сессия молодых ученых Технические науки Тезисы докладов -Изд-во Гладкова О В., 2004 167 с

2. Храмов, М.Ю. Исследование эффективности применения установки термофорсирования в судовых ДВС / МЮ Храмов // Вестник Волжской государственной академии водного транспорта Выпуск 13. Судовая и промышленная энергетика - H Новгород Изд-во ФГОУ ВПО «ВГАВТ», 2005 - 272 с

3 Храмов, М.Ю. Влияние термофорсированой топливной смеси на экономические и экологические показатели судовых дизелей / M Ю. Храмов, M X Садеков // 10-я нижегородская сессия молодых ученых Технические науки Тезисы докладов - Изд-во Гладкова О В, 2005 185 с

4 Храмов, М.Ю. Влияние термофорсирования топливной смеси с использованием антидымных присадок экологические показатели судовых дизелей / M Ю Храмов // 11-я нижегородская сессия молодых ученых Технические науки Материалы докладов -H Новгород Изд-во Гладкова О В., 2006 188 с

5 Храмов, М.Ю. Энергетический и эксергический балансы судового дизеля / M Ю Храмов, M X Садеков // Материалы научно-методической конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов и специалистов Юбилейный выпуск Часть 3 -H Новгород. Изд-во ФГОУ ВПО «ВГАВТ», 2005 - 286 с.

6 Храмов, М.Ю. Улучшение характеристик судовых ДВС путем термофорсирования на ВТЭ / M Ю Храмов, M X Садеков // Международный научно-производственный форум «Великие Реки» H Новгород 2006

7 Храмов, М.Ю. Методы повышения экологических показателей судовых двигателей внутреннего сгорания / M Ю Храмов, M X Садеков // Материалы Всероссийской молодежной научно-технической конференции «Новые технологии водного транспорта» -Н Новгород- Изд-во ФГОУ ВПО «ВГАВТ», 2007 - 78 с

Формат 60*84 '/16 Гарнитура «Тайме» Ризография Уел печ л 1,37 Уч-изд л 1,41 Тираж 100 экз Заказ 189

Издательско-полиграфический комплекс ФГОУ ВПО «ВГАВТ»

603950, Нижний Новгород, ул Нестерова, 5а

Введение.

Список сокращений.

Глава 1. Аналитический обзор мероприятий снижения вредного воздействия судовых дизелей на окружающую среду при их эксплуатации.

1.1. Состав вредных выбросов отработавших газов судовых дизелей.

1.2. Процесс образования вредных выбросов с отработавшими газами и их воздействие.

1.3. Тепловые сбросы судовыми энергетическими установками в окружающую среду.

1.4. Выводы. Формулировка цели и постановки задач.

Глава 2. Теоретические предпосылки создания методики снижения вредного воздействия работы судовых дизелей на окружающую среду.

2.1. Методы снижения вредных выбросов с отработавшими газами судовых дизелей.

2.2. Методика применения двухстадийного смесеобразования, подача воды в цилиндр.

2.3. Применение водотопливной эмульсии в судовых энергетических установках.

2.4. Определение оптимального содержания воды и угла опережения подачи топлива при работе на водотопливной эмульсии двигателя 6ЧРН 32/

2.5. Применение присадок к топливу и водотопливной эмульсии

2.6. Влияние подогрева топлива в судовых дизелях.

2.7. Выводы по главе.

Глава 3. Исследование параметров работы дизеля 6ЧРН 32/48 при работе на водотопливной эмульсии и с применением антидымных присадок.

3.1. Разработка экспериментальной схемы системы.

3.2. Испытательный стенд с дизелем 6ЧРН 32/48.

3.3. Разработка измерительного комплекса для проведения испытаний

3.4. Исследование влияния водотопливных эмульсий на основе католита на основные характеристики рабочего процесса и экономичность работы судовых двигателей внутреннего сгорания.

3.5. Исследование параметров работы дизеля 6ЧРН 32/48 с применением антидымных присадок.

3.6. Исследование эффективности применения установки подогрева топлива в судовых ДВС.

3.8. Выводы по третьей главе.

Глава 4.Экономическая оценка эффективности новых технических предложений.

4.1. Экономическая модель.

4.2. Выводы по четвертой главе.

Одной из главных задач, сформулированных в концепции перехода Российской Федерации к устойчивому развитию, является коренное улучшение состояния окружающей среды (ОС) за счет экологизации производственной деятельности в рамках преобразований, позволяющих обеспечить становление новой модели хозяйствования [85]. В данном случае под новой моделью хозяйствования понимается экологически идеальная структура техносферы, базирующаяся на многоразовом потреблении и изначальном предотвращении процесса загрязнения ОС [59].

По имеющимся данным эксплуатируемый на территории России транспорт сжигает примерно 110. 115 млн т топлива и 12. 15 млн т смазочного масла. При этом в атмосферу выбрасывается около 30 млн т вредных веществ, в том числе:

• - 15 млн т окиси углерода,

• - 12 млн т окислов азота,

• - 2 млн т углеводородов,

• - 1 млн т сажи.

На долю судов речного флота приходится 0,8 млн т выбросов в атмосферу при потреблении 6,9 млн т топлива.

В последнее время все большее внимание защите окружающей среды уделяют в судоходстве и в других областях. Международная морская организация (IMO) определила свод правил, которые, предположительно, с 1998 года начинают действовать во всем мире. Их контроль будет распространен на все морские суда (за исключением некоторых групп, специально оговоренных). Несмотря на то, что доля речных судов в выбросах всего транспортного комплекса составляет 2,7 %, решением проблемы предотвращения загрязнения атмосферного воздуха от судовых двигателей внутреннего сгорания на речном транспорте занимаются уже давно.

Известно, что к основным компонентам вредных выбросов отработавших газов (ОГ) судовых двигателей внутреннего сгорания (СДВС) относятся оксиды азота (NOx), диоксид углерода (СОг), угарный газ (СО), диоксид серы (so2), углеводороды (НС) и твердые сажистые частицы (S).

Анализ состава отработанных газов показал, что их концентрация в ОГ дизеля зависит от многих причин, в том числе от конструкции камеры сгорания, частоты вращения коленчатого вала и от температуры горения. Так малооборотные дизели вырабатывают больше NOx, чем среднеоборотные или высокооборотные дизели.

В целом комплексе мероприятий по охране атмосферного воздуха важное место занимают вопросы загрязнения атмосферы вредными выбросами с ОГ судовых дизелей. Условия обеспечения Международного кодекса по управлению безопасной эксплуатацией судов и предотвращению загрязнения (МКУБ), Парижского и Токийского меморандумов усугубились дополнительными требованиями, с которыми российские судовладельцы столкнулись с 1 января 2000 года. С этой даты вступил в силу Протокол Международной конвенции МАРПОЛ- 73/78 по ограничению содержания вредных веществ в выбросах с отработавшими газами судовых дизелей. В поправках конвенции МАРПОЛ определены, в частности, предельные значения эмиссии для оксидов азота NOx и серы SO2.

До 2000 г. вредные выбросы оксидов углерода и окислов азота дизелей нормировались в соответствии с ГОСТ 24585-81 «Дизели судовые, тепловозные и промышленные. Выбросы вредных веществ с отработавшими газами. Нормы и методы определения». Дымность ОГ определялась и нормировалась в соответствии с ГОСТ 24028-80 «Дизели судовые, тепловозные и промышленные. Дымность отработавших газов. Нормы и методы измерения». Однако требования этих государственных стандартов распространялись только на заводские стендовые испытания дизелей и не применялись для дизелей в эксплуатации.

С 1 января 2000 г. введен в действие новый государственный стандарт ГОСТ Р 51249-99 «Дизели судовые, тепловозные и промышленные. Выбросы вредных веществ с отработавшими газами. Нормы и методы определения», требования которого допускается распространять на дизели в период эксплуатации, в том числе и после капитального ремонта.

В утверждения находится ГОСТ Р ИСО 8178-2 «Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Выбросы вредных веществ с отработавшими газами. Измерение выбросов вредных веществ в эксплуатации».

В 2002 году вышло Постановление Правительства РФ №83 «О проведении регулярных проверок транспортных и иных передвижных средств на соответствие техническим нормативам выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух». Согласно этому Постановлению, начиная с 2004 года, проверка судов в части, касающейся предотвращения загрязнения атмосферы, возлагается на Российские органы технического надзора и классификации судов при осуществления технического надзора над ними. Проверке подлежат морские суда, суда смешанного плавания (река-море) и суда внутреннего плавания с пассажировместимостью более 12 человек, а также суда внутреннего плавания с мощностью главных двигателей не менее 55 кВт независимо от пассажировместимости.

Исходя из этого, а также с учетом положений нового Закона «Об охране атмосферного воздуха» № 96-ФЗ от 04.05.99 г. и принятого в сентябре 1997 г. Приложения VI «Правила предотвращения загрязнения воздушной среды с судов» к Международной Конвенции МАРПОЛ 73/78 на речном транспорте продолжены и расширены поисковые работы по созданию эффективных средств для снижения загрязнения атмосферного воздуха. Кроме того, Комитет по внутреннему транспорту Европейской экономической комиссии ООН, в работе которого принимают участие представители Минтранса РФ и Российского Речного Регистра, также рассматривает на своих сессиях проблему предотвращения загрязнения атмосферного воздуха.

При этом отмечается экологическое преимущество судовых дизелей по выбросам углеводородной группы по сравнению с тепловозными и транспортными. Одновременно отмечено, что количество выбросов оксидов азота и несгоревших углеводородов напрямую зависит от конструкции двигателя, поэтому судовладельцы не могут оказать существенного воздействия на уровни этих выбросов.

Учитывая тот фактор, что внедрение дизелей более совершенной конструкции потребует определенного времени, предлагается предусмотреть поэтапное принятие новых предписаний, касающихся адаптации ранее построенных судовых дизелей применительно к новым требованиям.

Известно, что все технологии уменьшения NOx связаны со стоимостью дизелей в изготовлении и некоторым ростом расходов на обслуживание при эксплуатации. По данным научных исследований увеличение стоимости малотоксичной модификации дизеля по сравнению со стоимостью базового дизеля может достигать $100 тыс.

Учитывая, что по медицинским нормам наибольшими показателями относительной опасности обладают оксиды азота (41,1 усл.т/т), сернистый газ (16 усл.т/т) и сажа (41,5 усл.т/т), основные научно-исследовательские работы на речном флоте направлены на снижение выбросов указанных веществ. В частности, для снижения NOx предлагается применение системы частичной рециркуляции ОГ, а для снижения продуктов неполного сгорания топлива - метод каталитической нейтрализации ОГ (фильтр-нейтрализатор). Дооборудование судового дизеля внутреннего сгорания мощностью 100 кВт приводит к его удорожанию на десятки тысяч рублей.

Следует отметить, что в настоящее время не существует комплексной оценки (или критерия) эффективности методов (средств) улучшения экологических показателей судовых дизелей. Представляется целесообразным в комплексной оценке учитывать стоимость самих устройств и величину предотвращенного ущерба, хотя методы оценки последнего недостаточно отработаны.

Имеющиеся методики позволяют сделать только относительные оценки эффективности средств снижения выбросов, поэтому дальнейшей задачей научно-исследовательских организаций и надзорных органов является создание системы комплексной оценки предлагаемых методов и средств улучшения экологических показателей судовых дизелей при их эксплуатации.

Тема диссертации непосредственно связана с программами научных исследований ВГАВТа и договорами с различными предприятиями.

Целью является оценка эффективности существующих мероприятий снижения вредных выбросов судовыми дизелями и разработка нового метода для улучшения параметров среднеоборотных дизелей за счет снижения выбросов вредных продуктов сгорания топлива при одновременном улучшении топливной экономичности.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. провести анализ факторов, влияющих на образование вредных веществ находящихся в ОГ судовых дизелей;

2. оценить влияния водотопливной эмульсии (ВТЭ) на экологические показатели судовых дизелей;

3. разработать современную схему системы, обеспечивающую возможность повышения экологических показателей судовых среднеоборотных дизелей;

4. провести экспериментальные исследования по оценке влияния присадок к топливу на экономичность и состав отработавших газов судового дизеля;

5. определить влияние подогрева топлива на работу судового среднеоборотного дизеля.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. разработана методика получения ВТЭ на основе электроактивированной воды для судовых дизелей;

2. определены оптимальные углы опережения подачи топлива в зависимости от концентрации воды в ВТЭ;

3. выявлены возможности снижения выбросов в ОС, не требующих существенных конструктивных изменений судовых среднеоборотных дизелей;

4. доказана эффективность подогрева топлива и ВТЭ в целях улучшения характеристик среднеоборотных дизелей;

5. установлена эффективность использования присадок противодымно-го промотора воспламенения (ППВ) к топливу и ВТЭ.

Практическая ценность работы заключается в создании научных основ для разработки ресурсосберегающих мероприятий при доработки уже существующих судовых среднеоборотных дизелей до новых экологических требований предъявляемые к ним.

1. разработана схема установки для получения ВТЭ в качестве топлива для судовых среднеоборотных дизелей на основе электроактивированной воды;

2. определены ряд мероприятий позволяющих довести значения показателей ОГ до требований, предъявляемых ГОСТами (Р 51249-99 и Р ИСО 8178-2) к судовым дизелям; '' '

3. получены экспериментальные результаты, доказывающие положительное влияния воздействия присадки ППВ на процессы горения топлива и состав ОГ в дизелях;

4. разработана принципиально-новая схема системы подогрева топлива перед подачей его в форсунку;

5. показана эффективность применения присадок к топливу и ВТЭ в целях улучшения характеристик судовых среднеоборотных дизелей;

6. предложены новые мероприятия по повышению экономического эффекта от внедрения на судах предлагаемой системы подготовки топлива;

7. разработаны ресурсосберегающие мероприятия при доработке существующих судовых среднеоборотных дизелей до предъявляемых к ним экологических требований.

Реализация результатов работы

Результаты приняты к внедрению на судах ОАО СК «Волжское пароходство» в процессе проведения ремонта двигателей на базе технического обслуживания флота.

Достоверность основных положений и выводов подтверждается теоретическими и экспериментальными исследованиями, которые проводились с использованием известных (стандартных) методик и приборов для определения контролируемых показателей и характеристик.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на Девятой, Десятой и Одиннадцатой Нижегородских сессиях молодых ученых (г. Н. Новгород, 2004, 2005, 2006 г.г.), научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ВГАВТ в 2006 г.г, Всероссийском форуме Великие Реки в 2006 г.г.

В диссертации изложены результаты исследований, полученные автором самостоятельно, а также совместно с сотрудниками ВГАВТ.

Публикации. Список публикаций по материалам диссертации состоит из 8 работ, в том числе 1 опубликована в рекомендованном ВАК изданиях.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка использованной литературы и приложений. Основное содержание работы изложено на 155 стр. машинописного текста и включает 15 рисунков и 23 таблицы. Список литературы состоит из 107 наименований.

4.2. Выводы по четвертой главе

1 .Результаты экспериментальных исследований позволяют уточнить расчетные уравнения эффективных модернизированных и вновь вводимых исследуемых объектов, что обеспечивает возможность использовать их при проектировании систем, а также и определить их рабочие параметры ее основных элементов с высокой степенью достоверности.

2. Определена область применения математического описания работы предлагаемых систем.

3.Указан перечень данных, необходимый для проектирования системы.

4.Показано, что применение предлагаемой системы по сравнению с эксплуатирующимися в настоящее время обеспечит получение экономического эффекта.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Итогом проведенных исследований является совершенствование технико-экологических показателей среднеоборотных судовых дизелей и разработка методики их проектирования. Основные результаты исследований сводятся к следующему:

В заключении обобщены результаты исследований по теме диссертации, могут быть сформулированы следующим образом:

1. Показано, что целесообразным методом улучшения экологических и экономических характеристик судового дизеля, из существующих, является применение ВТЭ.

2. Разработана установка подогрева топлива перед форсункой и выявлено влияние присадок к топливу на содержание вредных выбросов отработавших газов и расход топлива при работе на ВТЭ.

3. Стендовые испытания показали, что в результате сжигания ВТЭ в среднеоборотных судовых дизелях происходит снижение расхода топлива, уменьшение температуры выпускных газов, а следовательно повышение полноты сгорания топлива и снижение вредных выбросов.

4. Получено математическое описание работы дизеля показывающее влияние угла опережения подачи топлива и концентрации воды в ВТЭ на расход топлива.

5. Представлены мероприятия по улучшению технических характеристик ДВС, которые могут быть использованы как при проектировании судовых среднеоборотных дизелей, так и для доведения уже существующих дизелей под требования новых ГОСТов.

6. Определены основные составляющие экономического эффекта от использования предлагаемой системы по сравнению с эксплуатирующимися в настоящее время.

Таким образом, изложенные в диссертационной работе мероприятия по улучшению показателей ОГ и методики повышения техническо-экологических характеристик позволяют применять обоснованные технологические и конструктивные решения при создании и доведение эксплуатирующихся в настоящее время среднеоборотных судовых ДВС до современных требований ГОСТов, и позволяют получить экономический эффект от внедрения.

1. Абрамов, Г.А. разработка концепции утилизации теплоты на речныхсудах: дис. канд.техн. наук: 05.08.05/Г.А. Абрамов; ВГАВТ. 1. Н.Новгород, 1994. 141 с.

2. Адлер, Б.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Б.П Адлер, Г.В. Маркова, Ю.В. Грановский. М.:Наука,1967. -279 с.

3. Антонов, В.Н. Особенности приготовления водно-топливных эмульсий для дизельных двигателей / В.Н. Антонов. — Химия и технология топлив и масел. 1983.-№12. -С. 30-31.

4. Антоновский, B.J1. Органические перекисные инициаторы / B.J1. Антоновский. М.: Химия, 1972. - 86 с.

5. Анфимов, В.Н. Судовые тяговые расчеты / В.Н. Анфимов, Г.И. Ваганов, В.Г. Павленко под ред. Павленко В.Т. М.: Транспорт, 1978. - С. 2-16.

6. Астахов, И.В. Подача и распыливание топлива в дизелях / И.В. Астахов. М.: Машиностроение, 1972. - 327 с.

7. Барлтроп, Дж. Возбужденные состояния в органической химии / Дж. Барлтроп, Дж. Койл. М.: Мир, 1978. - 446 с.

8. Болотов, А.И. Опыт снижения токсичности отработавших газов за счет подачи воды / А.И. Болотов, В.А Лиханов, В.М Попов, А.М Сайкин. — Двигателестроение, № 7, 1982. С. 48 - 50.

9. Ю.Бродянский, В.М. Эксэргетический метод термодинамического анализа / В.М. Бродянский. М.: «Энергия», 1973.

10. Васьковский, В.Е. Жидкостные очистители отработанного газа двигателей внутреннего сгорания (из обзора зарубежной литературы). / Механизация и автоматизация горных работ // В.Е. Васьковский. -Караганда, №7. 1971. С. 145 - 150.

11. Векслер, Г. Роль метеорологических факторов в загрязнении атмосферного воздуха / Загрязнение атмосферного воздуха // Г. Векслер. Женева: ВОЗ, 1962. - С. 52 - 66.

12. Влияние окружающей среды на здоровье человека / Женева: ВОЗ, 1974.-С. 26-52.

13. Волкер, П. Вопросы горения / П. Волкер. Райт К.: В 3 т. М.: Иностр. лит., Т. 3. 1953.-362 с.

14. Возницкий, И.В. Судовые дизели и их эксплуатация / И.В. Возницкий, Е.Г. Михеев. М.: Транспорт, 1990. - 361 с.

15. Воржев, Ю.И. Об использовании водотопливных эмульсий в судовых дизельных установках / Ю.И. Воржев, К.К. Гимбутис. -Судостроение, №7. 1985. С. 18 - 22.

16. Воржев, Ю.И. Использование водотопливных эмульсий / Ю.И. Воржев. Морской флот, №5. 1987. - С.47 - 49.

17. Воржев, Ю.И. Водотопливные эмульсии для судовых дизелей / Ю.И. Воржев, К.К. Гимбутис. Морской флот, №12. 1983. - С. 44 - 46.

18. Воржев, Ю.И. Применение водотопливных эмульсий в судовых дизелях / Ю.И. Воржев. Двигателестроение, №12. 1986. - С. 30 - 35.

19. В.Г. Гаврилов. ЖПХ, XXX, 1957. 963 с.

20. Б.Г.Гаврилов, Л.С. Багратьян. ЖОХ, 20, 1956. 586 с.

21. Б.Г.Гаврилов, С.А. Величко. ЖОХ, 28, 1958. 210 с.

22. Б.Г.Гаврилов, Е.И. Гулин, А.П. Лесников, М.К. Бычкова. ЖПХ, ХХХУ, 1962.-892 с.

23. Б.Г. Гаврилов, ЕИ. Гулин, А.П. Лесников, А.К. Тарасов. ЖОХ, 33, 1960.-421 с.

24. Гладков, О.А. Антидымная присадка ИХП-706 эффективное средство для сокращения выброса сажи при испытаниях дизелей / О.А. Гладков, Е.В. Бернштейн, А.А. Алиев. - Двигателестроение, №7.1984. -С. 51-52.

25. Гладков, О.А. Сравнительные испытания антидымных присадок с соединениями различных металлов / О.А. Гладков, Е.В. Бернштейн. -Двигателестроение, №3. 1989. С. 48 - 50.

26. Гладков, О.А. Создание малотоксичных речных судов / О.А Гладков, Е. Ю. Лерман. Л.: Судостроение, 1990.

27. Гладков, О.А. Исследование опытной стендовой системы жидкостной очистки отработавших газов дизелей / О.А. Гладков, В.И. Смайлис, JI.A. Новиков. Двигателестроение, №7. 1982. - С. 40 - 42.

28. Гохштейн, Д.П. Современные методы термодинами-ческого анализа энергетических установок / Д.П. Гохштейн. -М.: Энергия, 1969.

29. Грачев, Ю.П. Математические методы планирования эксперимента / Ю.П. Грачев. -М.: Пищевая промышленность, 1979. 200 с.

30. Григорьян, В.Г. Влияние бариевых присадок к топливу на снижение содержания сажи в выхлопе дизельного двигателя / В.Г. Григорьян. -Тр. ЛАНЭ. М.: Знание, 1969. С. 61 - 49.

31. Гулин, Е.И. Влияние группового углеводородного состава на процессы воспламенения и сгорания в дизелях / Е.И. Гулин, А.П. Лесников, В.Г. Бердик. — Энергомашиностроение, №12. 1976. С. 23 — 25.

32. Данилов, A.M. Присадки и добавки. Улучшение экологических характеристик нефтяных топлив / A.M. Данилов. — М.: Химия, 1972. -68 с.

33. Евсеев, Е. Эти активированные жидкости / Е. Евсеев. — Техника и наука, №12.1981.-С. 11-13.40.19д Иванов, В.М. Топливные эмульсии / В.М. Иванов. М.: АН СССР, 1962.-21 с.

34. Иорданов В.А. Повышение эффективности систем утилизации теплоты дизельных установок морских транспортных судов (на основе сравнительных оптимизированных исследований) /: дис. .к.т.н., JT: ЖИ, 1989-242 с.

35. Использование пероксидных соединений в качестве цетаноповышающих присадок для дизельных топлив: Отчет о НИР ОАО «ВНИИОС НК»; Руководитель темы Емелин Ю.Д.:Новокуйбышевск. — 1995. — 30 с.

36. Ищук, Ю.Г. Интенсификация процессов сгорания в судовых дизелях / Ю.Г. Ищук. Д.: Судостроение, 1987. - 53 с.

37. Ищук, Ю.Г. Топливо и полнота его сгорания в судовых дизелях / Ю.Г. Ищук. Л.: Судостроение, 1985. - 100 с.

38. Кутыркин, В.А. Работа судового дизеля на водной эмульсии дизельного топлива / В.А. Кутыркин, Ю.Б. Шустов, М.Х. Садеков. — ЦБНТИ Минречфлота РСФСР, М. Вып.8. - 1989. - С. 10 - 20.

39. Лебедев, О.Н. Механизм сгорания капли эмульгированного топлива в среде, близкой к неподвижной / О.Н. Лебедев, В.Н. Марченко. Гр. ин-та. водн. транспорта. Вып. 114. Новосибирск, 1975. - С. 124 - 134.

40. Лерман, Е.Ю. Высококонцентрированные водотопливные эмульсии -эффективное средство улучшения экологических показателей . легких быстроходных дизелей / Е.Ю. Лерман, О.А. Гладков. -Двигателестроение, №10. 1986. С. 35 - 37.

41. Лерман, Е.Ю. Снижение токсичности и вредных выбросов легких быстроходных четырехтактных дизелей / Е.Ю Лерман. Автореферат кандидатской диссертации, - Л., 1985. - 22 с.

42. Матневский, Д.Д. Снижение токсичности дизеля организацией межцилиндрового перепуска ОГ, охлаждаемых водным раствором спиртов и аммиака / Д.Д. Матневский, М.А.Челябенков. -Двигателестроение, №7. 1986. С. 18-24.

43. Методика выбора и оптимизации контролируемых параметров технологических процессов. РДМУ - 109-77. — 1978. - 68 с.

44. Международная конвенция по предотвращению загрязнения с судов 1973 года и Протокол 1978 года. М.: ЦРИА Морфлот, 1980. 364 с.57.метод вод Наука и техника на речном транспорте: сборник №3. М.:ФГУП ЦБНТИ 2001. - 35 с.

45. Наумов, B.C. Управление окружающей средой на промышленных предприятиях водного транспорта / B.C. Наумов.: Монография. — Н. Новгород: ВГАВТ, 2002. 220 с. ISBN 5-901916-04-2.

46. Гаврилов, Б.Г. Низкотемпературные превращения углеводородов / Б.Г. Гаврилов, Е.И. Гулин, А.П. Лесников, Н.В. Шамрова. JL: Изд-во ЛГУ, 1962. - 154 с.

47. Носов, В.П. Исследование некоторых свойств эмульсий типа моторное топливо вода / В.П. Носов. - Тр. ин-та // Ин-т водн. транспорта. Вып. 84: Новосибирск, 1973. - С. 121 - 137.

48. Нунупаров, С.М. Предотвращение загрязнения моря с судов / С.М. Нунупаров. М.: Транспорт, 1985. - 288 с.

49. Платов, Ю.И. Оценка экономической эффективности мероприятий, разрабатываемых в курсовых и дипломных проектах / Ю.И. Платов — Н. Новгород, 1992. с 43.