автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Разработка системы газоподачи для транспортного газодизельного двигателя

Па нрмпах рукописи

РГо ОД

• 2 1 п Г ZJG3

КДЛИ11ИЧЕМКО ВЛАДИСЛАВ ВЛАДИМИРОВИЧ

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ГАЗОЛОДАЧЙ ДЛЯ ТРАНСПОРТНОГО ГАЗОДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Специальность 05.04.07 - машины и агпептт. к-,

. А1ЧИШНЫ и агрегаты нефпщои и газовой

промышленности

АВТОРЕФЕРАТ Диссертации -а соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2000

. Работа имполнска в акционерном обществе открытого типа холдинговой компании «Коломенский завод» и ООО "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - ВНИИГАЗ".

Научный руководитель -^Научный консультант Официальные оппоненты:

доктор технических наук,-профессор Васильев 10.Н.

доктор технических наук, профессор Никитин Е.А. доктор технических наук, профессор Бсрго Б.Г. Кандидат-технических наук Фофанов Г. А.

Ведущее предприятие - ГУП Всероссийский научно - исследовательский институт тепловозов и путевых машин

Защита диссертации состоится "■ИлС+МЯ,2000 г. в /о час. а^З. мин. иа заседании диссертационного совета Д 070.01.02 по защите днассртаций на соискание ученой степени докгора наук при ООО "Научно-исследовательский институт природных глчои и газовых технологий -ВНИИГАЗ".

Адрес: . 124717, Московская обл., Ленинский район, Пос. Развилка, ООО "ВНИИГАЗ".

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ООО "ВНИИГАЗ" Автореферат разослан ЧЗ/" 2000 г. '

Ученый секретарь диссертационного совета

И.Н. Курганова

0^55,5 "ОЦЦ',0

ОКЩЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА 1'ЛИОТЫ

.ктуальность работы

Основным видом энергетических установок на наземном и одном видах транспорта являются поршневые двигатели внутрен-его сгорания. В большинстве из них используется жидкое нефтя-ое топливо. Автомобили большой мощности, трактора, тепловозы, ^да речного и морского флотов в основном оснащены дизельными вигателями, потребляющими дизельное топливо или мазуты. При дцествующих технологиях переработки выход этих продуктов не эевышает 45% от исходного количества сырой нефти.

Дефицит нефтяного топлива усугубляется истощением основах месторождений, которые удобно расположены и имеют нефте-зсные пласты относительно неглубокого залегания. Новые место-)ждения зачастую расположены в удаленных и труднодоступных зстах с малой плотностью населения. Газообразное топливо име-' ограниченное применение в поршневых двигателях внутреннего орания, несмотря на его высокие потребительские качества.

За счет использования природного газа в качестве моторного плива на транспорте и в локальных теплоэлектростанциях можно кратить дефицит дизельного топлива и существенно снизить се-стоимость выработки энергии. Обеспечение растущих потребно-ей энергетики и транспорта 'в дешевом и экологически чистом мо-рном топливе, а также необходимость в более эффективном пользовании природных ресурсов побуждает искать решение в по-ках альтернативных видов топлива

Один из способов экономии жидкого топлива - это использова-е газодизельного цикла. Одним из преимуществ газодизельных

двигателей является возможность перехода на дизельное топливо без остановки и сброса нагрузки. - ■-

Поэтому тема диссертации является своевременной и актуальной.

Цель работы.

Разработка системы газоподачи газодизельного двигателя для эксплуатации в транспортных и энергетических установках с целью использования природного газа в качестве моторного топлива взамен жидкого дизельного.

Основные задачи исследования. '

1- Анализ применяемых в газодизельных двигателях систем подачи газа, оценка возможности их применения для,транспортных двигателей и в качестве Локальных источников электроэнергии;

2. Создание системы газоподачи транспортного газодизельного двигателя; .....".....""

3. Разработка методической схемы и проведение экспериментальных исследований мощностных и эффективных показателей газодизельного двигателя с предложенной системой газоподачи.

4. Разработка рекомендаций для применения систем газоподачи для газодизельных двигателей.

Научная новизна.

Заключается в создании и применении впервые для тепловозного газодизельного двигателя электронной системы газоподачи с

дозированием газообразного топлива за счет изменения длительности управляющего импульса.

Защищаемые положения:

1. Предложена унифицированная система газоподачи для газодизельных двигателей различного назначения.

2. Разработаны требования по обеспечению безопасной эксплуатации газодизельных двигателей.

3. Предложена методика расчета рабочего процесса газодизельных двигателей с настройкой модели по опытным данным двигателя аналогичной конструкции.

4. Выполнена экспериментальная апробация характеристик системы газоподачи, обеспечивающий требуемые мощностные и эффективные показатели транспортного газодизельного двигателя.

5. Разработаны рекомендации по применению типов систем газоподачи для газодизельных двигателей в зависимости от их назначения.

Практическая значимость.

- На основании изучения существующих систем исследована электронная система газоподачи, обеспечивающая мощностные и эффективные показатели тепловозного газодизель-генератора на уровне дизельного прототипа, а также простоту регулировок и возможность использования ее в газодизельных двигателях различного назначения.

- Предлагаемая система газоподачи позволяет уменьшить расход дизельного топлива на 40-50% по сравнению с дизельным

тепловозным двигателем и 60-70% по сравнению с дизельным двигателем для электростанций.

- Система позволяет конвертировать ранее выпущенные дви--

у

гатели непосредственно в "услопиях эксплуатации с минимальным объемом переделок и в кратчайшие сроки.

-Система может быть-установлена на двигатели различных типов с небольшой корректировкой программного обеспечения.

Реализация результатов исследований.

Результаты разработки системы газоподачи использованы в • создании газодизель-генератора ЧГДГдля первого в России магистрального газотепловоза 2ТЭ116Г секционной мощностью 2250 кВт, газодизель-генераторов 2ГДГ, ЗГДГ для морских буровых платформ и газодизель-генераторов 4ГДГ, 5ГДГ, 6ГДГ, 7ГДГ и 8ГДГ для стационарных и бло'чно модульных газодизельных электростанций.

Разработанная система газоподачи внедрена на газодизель-генераторах производства ОАО ХК "Коломенский завод" при созда-

...........— нии ряда газодизельных двигателей 8ГДЧН 26/26, 12ГДЧН 26/26 и

16ГДЧН26/26.

Разработаны рекомендации по выбору систем газоподачи и требований безопасности, утвержденные директором ОАО ХК «Коломенский завод».

I »

Апробация работ.

Основные результаты работы докладывались на следующих семинарах и конференциях:

- XXIV. XXV, XXVI, XXVII, XXVIII, XXIX, XXX научно-технических конференциях ПО "Коломенский завод" 1988, 1989, 1990, 1991, 1992, 1993 и 1994 г.г.

Всесоюзный семинар по ДВС МГТУ им. Н.Э.Баумана,

1990 г.

- Симпозиум при 1 международной промышленной выставке. Казахстан, Алма-Ата, 1995 г.

- Производственно-техническое совещание по созданию новых видов энергетического оборудования для нефтяной и нефтепера-батывающей промышленности. Современные концепции развития систем энергоснабжения, г. Самара, 1998г.

Публикации.

Основное содержание диссертации изложено в 6 опублико-шнных работах, в том числе 1 авторском свидетельстве.

Объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и за-, лючения, содержит 135 страниц, в том числе 19 рисунков и 13 таб-1иц, список использованной литературы представлен 82 наимено-аниями.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации и ана краткая характеристика работы.

В пероой главе дается общая характеристика проблемы создания систем управления газоподачей газодизельных двигателей. Выполнен обзор технической информации по отечественным и зарубежным газодизельным двигателям различного назначения. Приведены области возможного использования газодизельных двигате-. лей. '

Анализ опубликованных работ позволил сформулировать задачи, решаемые при конвертировании дизельных двигателей в газодизельные, а также выявил отсутствие четкой систематизации в подходах к решению этой проблемы различными фирмами. Приведены обобщенные показатели газодизельных двигателей различного назначения и приведены типовые индикаторные диаграммы и нагрузочные характеристики газодизельных двигателей.'Раса/серены . преимущества и недостатки газодизельных двигателей. При анализе рабочего процесса определены сходства и различия в сравнении с дизельным процессом.

На основании проведенного анализа работ по рассматриваемой в диссертации проблеме сформулированы основные задачи - исследования

Во второй главе рассмотрена математическая модель рабочего процесса газодизельного двигателя, приведены основные расчетные формулы и предложена методика расчета теплового процесса газодизельных двигателей с учетом замещения части заряда природным газом и наличия в камере сгорания двух топлив дизельного и газообразного. Методика выполнена на основе программы ИМПУЛЬС для дизельных двигателей разработанной в ЦНИДИ.

Расчетным. методам исследования рабочего процесса посвящены работы Васильева Ю.Н., Васильева-Южина P.M., Вибе И.И.,

s

Вуколовича М.П., Генкина К.И., Гончара Б.М., Гриценко А.И>-.Ереми-на Ю.Т., Иванченко H.H., Красовского О.Г., Разлейцева Н'ф., Woschni G. И других. .

Предлагаемая методика позволила ввести в программу возможность расчета газодизельного процесса с достаточно высокой степенью достоверности результатов расчета за счет применения настройки расчетной модели с использованием опытных данных существующего аналогичного двигателя.

В первом разделе главы приведено функциональное назначение программы расчета рабочего процесса, принципы работы с программой, ее структура и граничные условия применения программы.

Во втором разделе главы приведено описание математической модели, исходные данные для разработки уравнений рабочего процесса. Приведены основные формулы для расчета рабочего процесса и динамики тепловыделения по уравнениям Б.М.Гончара и И.И.Вибе в соответствии с методикой Н.Ф.Разлейцева. Причем для определения теплоотдачи от газа в стенки предложено использовать формулу Г.Вошни:

«... = 110

jdO.SJJ/Ü.S 0.S3 гчО.2

+ £ G

/ \4 Т. А

100

г -г V

ст .100,

т-Т

где О - диаметр цилиндра;

6,18 Ст - в период газообмена; \Л/ = 2,28 СП1 - в период сжатия;

V т

2,28 Ст +3,24-10'3 —;-{}> - Р,х) - в период сгорание

РЛ

рабочий объем цилиндра;.

- расширение.

Рос - условное давление в цилиндре при расширении без сгорания;

Ст - средняя скорость поршня; Представлены уравнения протекания процессов во впускном тракте для расчета коэффициента полезного действия, параметров компрессора и адиабатного напора.

, РЕ,кВт

2000

1500

1000

500

300 400

500

600 700

800

экспериментальная характеристика расчетная характеристика Область тепловозной характеристики

УУ^

/]/

// /У, /

л у У /

•* -

900 N. об/мин

Рис. 1. Тепловозная характеристика газодизель-генератора< 1ГДГ

Особое внимание уделено расчету показателей процесса за цикл всего рассчитывается 21 параметр.

В третьем разделе главы приводится описание входных данных для расчета и порядок их задания, приведены варианты моделирования.

В четвертом разделе главы приведены параметры настройки модели на номинальном режиме работы двигателя-аналога с известными параметрами, полученными в ходе испытаний ранее.

В пятом разделе главы приведены данные для моделирования рабочего процесса газодизеля и газового двигателя.

В шестом разделе главы приведены идентификаторы выходной информации после выполнения программой сходимости результатов моделирования.

В седьмом разделе главы приведены некоторые результаты расчета и для сравнения приведены показатели, полученные при стендовых испытаниях газодизельного двигателя с разработанной системой газоподачи. На рис.1 приведены расчетная и экспериментальная тепловозные характеристики.

В третьей главе рассмотрены вопросы создания системы газоподачи, управления элементами системы газоподачи и обоснованы меры по обеспечению безопасной эксплуатации газодизельных

1

двигателей.

На основании обзора технической информации для анализа были приняты три типовых схемы газоподачи:

- система газоподачи с использованием микропроцессорного управления и защит с дозированием и фазированием подачи газа с помощью электромагнитных - газовых клапанов за счет изменения

длительности управляющего импульса на открытие газовых клапанов;

- система газоподачи с использованием микропроцессорного, регулирования давления газа для обеспечения количественного регулирования и .фазированием подачи газа механически управляемым газовым клапаном с приводом от распределительного вала;

-/система газоподачи. с гидромеханическим регулятором, механически управляемым газовпускным клапаном и гидромеханическим регулятором давления газа.

Приведены требования к газообразному топливу, применяемому в качестве моторного топлива для среднеоборотных газодизельных двигателей большой мощности.

Систематизированы требования, предъявляемые для обеспечения.безопасной эксплуатации газодизельных двигателей различного назначения.

На основании анализа приведенных схем газоподачи выработаны критерии выбора системы газоподачи и применяемых мер для обеспечения безопасности.'

......Подробно описана разработанная система газоподачи применительно к газодизельному двигателю, предназначенному для экс- •

плуатации в условиях магистрального газотепловоза. •<

В четвертой главе сформулированы цели экспериментального исследования,, направленные на подтверждение результатов расчета, соответствие параметров полученных при испытаниях тепловозного газодизельгенератора заданным параметрам тепловозной характеристики.

В первом разделе главы приведены требования к испытательному оборудованию с указанием типов применяемого испытательного и измерительного оборудования.

Во втором разделе главы подробно описана -экспериментальная установка, с указанием параметров и точности замеров. Всего регистрировалось 44 параметра.

Приведено описание систем экспериментального газодизеля. В третьем разделе главы приведены расчетные формулы для расчетов расходов воздуха, природного газа, суммарного коэффициента избытка воздуха, суммарного расхода тепла эффективной мощности, состава газовоздушной смеси с учетом количества воздуха необходимого для-сгорания запального дизельного топлива и других расчетных параметров.

В пятой главе приведены результаты экспериментальных исследований, сформулированы задачи экспериментального исследования:

- определение целесообразности выбранной схемы системы газоподачи и управления рабочим-процессом;

- отработка регулировочных и конструктивных элементов тепловозного газодизель-генератора и его систем для обеспечения высоких технико-экономических показателей;

- отладка и доводка рабочего процесса, газоподающей аппаратуры

I

и выбранной схемы управления газоподачей;

- оптимизация дозы запального топлива с определением границ •допустимого изменения величины дозы запального топлива.

В первом разделе главы обоснован выбор микропроцессорной системы управления с электромагнитными газовыми клапанами.

Во втором разделе главы приведены результаты отработки элементов системы газоподачи и регулирования.

В третьем разделе главы описаны работы, выполненные при доводке рабочего процесса, газоподающей аппаратуры и системы регулирования, при этом потребовалось уменьшение угла опережения подачи запального топлива для достижения "заданных параметров тепловозной характеристики, хотя и привело к некоторому снижению показателей при дизельном процессе.

Определены направления доводки рабочего процесса:

- оптимизация дозы запального топлива;

- подбор угла опережения зальной дозы жидкого топлива;

- повышение гомогенности смеси;

- корректировка разбивки мощности по позициям регулирования при тепловозной характеристике;

Тщ, °С 500

400

300 200

100

- • 6%

— 1 ^ I** Л- ¿1 Л

4%

♦ / У/ » • « • • I ♦ \ Л П мк г к Л *

• г ♦ •Л ♦ ^ г у 1

\ 15% \

1В 2» ЗВ 4В 5В 6В' 7В 8р 1А 2А ЗА 4Л 5Л.6Л 7Л 8Л

Рис 2. Изменение температуры по цилиндрам в зависимости от величины дозы запального топлива, ной п=500 мин"1

- улучшение гидравлических характеристик газоподающей аппаратуры системы газоподачи;

- оптимизация соотношения газ - воздух на различных режимах работы.

Результаты исследования неравномерности распределения температур по цилиндрам в зависимости от дозы запального топлива приведены на рис 2.

В четвертом разделе главы приведены данные по оптимизации дозы запального топлива. Из результатов испытаний в целях получения высокого КПД для тепловозных двигателей целесообразно установить величину дозы запального топлива 15%, это позволило обеспечить максимальный КПД при нагрузке около 60% от номинальной. На этой нагрузке магистральные тепловозы работают около 60% общей наработки. Результаты экспериментальных исследований системы газоподачи приведены на рис.3.

• Для газодизельных двигателей предназначенных для электростанций целесообразно снижение дозы запального топлива до 10% для обеспечения максимальной экономии дизельного топлива.

Дальнейшее снижение дозы запального топлива требует создания специальной топливной аппаратуры для обеспечения надежного и качественного впрыска малых доз дизельного топлива.

ВЫВОДЫ

1. На примере исследований системы газоподачи тепловозного газодизель-генератора 1ГДГ установлено, что для транспортных газодизельных двигателей наиболее приемлема электрон- . „

ная система управления газоподачей с возможностью широкого »

500 1000 1500 2000 Рв1 кВт

Рис. 3. Экспериментальные характеристики газодизель-генератора 1ГДГ

диапазона регулирования.параметров в зависимости от режима работы газодизеля.

2. Для газодизель-генераторов применяемых для электростанций возможно применение системы с подачей газа на всасывание в турбокомпрессор. Для обеспечения достаточной скорости набора . нагрузки целесообразно применять схему с регулированием частоты вращения за счет увеличения подачи жидкого топлива с после-'" дующим замещением его газообразным на установившемся режиме.

' 3. Предложена методика расчета рабочего процесса газодизельных двигателей позволяющая повысить точность расчетов за счет настройки модели и выборов постоянных коэффициентов по имеющимся опытным данным двигателей аналогичного назначения и конструкции..

4. Разработана конструкция системы газоподачи тепловозного газодизель-генератора, которая позволяет использовать ее и для двигателей другого назначения, например для морских буровых платформ. Применение разработанной конструкции системы газоподачи позволяет обеспечить требуемый уровень форсировки газодизельных двигателей, высокую экономичность и обеспечивает возможность конвертирования в газодизели дизелей различного конструктивного исполнения с минимальными переделками.

5. Экспериментально подтверждена возможность работы тепловозного газодизельного двигателя с дозой запального топлива 7% от цикловой подачи при дизельном процессе, но, учитывая характер работы тепловоза, принята доза запального топлива 15%. На режимах работы характерных для электростанций применима доза за- ,

пального топлива 10% с использованием штатной топливной аппа-»

ратуры дизельного прототипа.

6. Разработанные рекомендации позволяют на этапе проектирования газодизельного двигателя выбрать тип системы газоподачи экономически .оправданный в конкретных условиях. С оптимальной эффективностью для конкретных условий.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1. Золотаревский Л.С., Калиниченко В.В., Ксенофонтов С.И. Использование природного газа в тепловозных двигателях.// Тр. ВНИИГАЗа. Совершенствование газотранспортного оборудования -1989 г. С 26-30.

2. Золотаревский Л.С., Калиниченко В.В., Ксенофонтов С.И. Результаты испытаний тепловозного газодизель-генератора 1ГДГ.// Тр. ВНИИГАЗа. Совершенствование газотранспортного оборудования - М-1989. С'30-35.

3. Калиниченко В.В., Ширяев В.М. Безопасность двигателя внутреннего сгорания, использующего природный газ в качестве моторного топлива:// Тр. ВНИИГАЗа. Газотранспортное оборудование,

i .

эксплуатация, надежность, исследования, М -1990. С 81-85.

4. А.с. 1677362 (СССР) Система подачи газообразного топлива в двигатель внутреннего сгорания.// Е.А.Никитин, Л.В.Юз, В.В. Калиниченко. 1991 г.

• i 5. Аразов В.П., Калиниченко В.В., Кнельц В.Ф. Метан угольных шахт в качестве моторного топлива.//Двигателестроение, 1998 №1, С. 6. ■ ■

6. Аразов В.П., Калиниченко В.В., Ширяев В.М. Мероприятия по обеспечению безопасности ДВС, использующих природный газ в качестве моторного топлива. //Двигателестроение, 1998 №1, С. 33-34.

Соискатель /у/ - • В.В.Калиниченко

IS

Введение.

Глава

Анализ особенностей газодизельного рабочего процесса

Глава

Исследования и усовершенствования математической модели рабочего процесса.

2.1. Функциональное назначение программы.

2.2. Математическая модель.

2.3. Параметры настройки модели.

2.4. Дополнительные данные для расчета динамики тепловыделения.

2.5. Выходная информация.

2.6. Результаты расчета.

Глава

Создание системы газоподачи.

3.1. Обоснование выбора схемы газоподачи.

3.2. Требования безопасности для газодизельных и газовых двигате лей.

3.3. Рекомендации по применению систем газоподачи.

3.4. Описание системы газоподачи.

Глава

Разработка экспериментальной базы и методов исследования

4.1. Цель экспериментального исследования.

4.2. Стендовая экспериментальная установка и объект испытаний

4.3. Основные расчетные формулы.

Глава

Опытно - промышленная проверка разработанной системы газоподачи.

5.1. Определение целесообразности выбранной системы газоподачи.

5.2. Отработка конструктивных элементов системы газоподачи

5.3. Доводка рабочего процесса, газоподающей аппаратуры и системы регулирования.

5.4. Оптимизация дозы запального топлива тепловозного газодизеля.

Преобладающим видом энергетических установок на наземном и водном видах транспорта являются поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС). В большинстве из них используется жидкое нефтяное топливо различного фракционного состава. Автомобили большой мощности, тракторы, тепловозы, суда речного и морского флотов в основном оснащены дизельными двигателями, потребляющими дизельное топливо или мазуты. Дизельное топливо, бензин и керосин образуют группу светлых нефтепродуктов, которые производят из сырой нефти путем достаточно сложной переработки. При существующих технологиях переработки выход этих продуктов не превышает 45% от исходного количества сырой нефти.

В последние два десятилетия произошло снижение удельного расхода жидкого топлива на грузовом автомобильном транспорте в 1,7 раза, на морском в 1,8 и на речном в 2 раза. Это достигнуто за счет обновления парка транспортных средств и использования новых высокоэффективных двигателей. Несмотря на это расход светлых нефтепродуктов на транспорте и в энергетике постоянно растет. Причина этого кроется в непрерывно растущих потребностях в энергии и транспортном обслуживании. Дефицит нефтяных топлив усугубляется истощением основных месторождений, которые удобно расположены и имеют нефтеносные пласты относительно неглубокого залегания. Новые месторождения зачастую расположены в удаленных и труднодоступных местах с малой плотностью населения. Это приводит к удорожанию добычи, повышению затрат на транспортировку и переработку нефти. Кроме того, нефть является ценным сырьем для химической промышленности.

В то же время, в условиях постоянного дефицита дизельного топлива и его дороговизны газообразное топливо имеет ограниченное 3 применение в поршневых ДВС. Это нуждается в специальном исследовании.

За счет использования природного газа в качестве моторного топлива на транспорте и в локальных теплоэлектростанциях можно сократить дефицит дизельного топлива и существенно снизить себестоимость выработки энергии. К тому же природный газ не требует никакой химической подготовки. Для использования его в качестве моторного топлива достаточно механической очистки и удаления капельной влаги. Значительный интерес для использования газообразного топлива в ДВС представляет также большие запасы в России и мире природного газа и возможность работы на других видах газов (попутном нефтяном, биогазе, генераторном).

Анализируя структуру потребления топливо - энергетических ресурсов, в последние годы устойчиво растет доля природного газа, это объясняется его высокими потребительскими свойствами, а также значительно меньшей стоимостью эквивалентного количества энергии в сравнении с нефтью, а тем более углем.

Нефть является самым распространенным топливом для энергетических установок с поршневыми ДВС, но одновременно и ценнейшим сырьем для нефтехимической промышленности не имеющем замены в обозримом будущем. Даже, более того имеется тенденция к использованию нефти исключительно в качестве сырья для микробиологической и химической промышленности.

Обеспечение растущих потребностей энергетики и транспорта в дешевом и экологически чистом моторном топливе, а также необходимость в более эффективном использовании природных ресурсов побуждает искать решение в расширении фракционного состава и в поисках альтернативных видов топлив.

Один из способов экономии жидкого топлива - это использование газодизельного цикла (ГДЦ), с замещением в конвертированном 6 дизеле или специально спроектированном двигателе основной части дизельного топлива природным газом. Воспламенение заряда при ГДЦ осуществляется за счет использования запальной дозы жидкого топлива. Мощность факела запального топлива значительно выше, чем у двигателей с искровым зажиганием, что благоприятно сказывается на эффективности рабочего процесса. Применение газодизельного рабочего процесса позволяет снизить эксплуатационный расход жидкого топлива на 80%, дымность отработавших газов в 3-4 раза. Снижение эмиссии оксидов углерода и углеводородов достигает 8590%, а оксидов азота на 50-60%. Еще одним преимуществом газодизельных двигателей является возможность перехода с газообразного топлива на дизельное топливо и обратно, без остановки и сброса нагрузки.

К работам по конвертированию дизельных двигателей на газодизельный процесс «Коломенский завод» совместно с ВНИИГАЗом, ВНИТИ и ВНИИЖТ приступили в 1985 году.

Автор выражает глубокую признательность д.т.н. Васильеву Ю.Н., д.т.н. Никитину Е.А., д.т.н. Хуциеву А.И., д.т.н. Крупскому М.Е., к.т.н. Ширяеву В.М., к.т.н. Аразову В.П., к.н. Рыжову В.А., к.т.н. Ула-новскому Э.А. и другим оказавшим большую помощь в работе над диссертацией.

Настоящая работа посвящена перспективам развития, проблемам доводки, а также конструктивным мероприятиям по созданию высокоэффективных газодизельных двигателей.

Основной задачей данной диссертационной работы является разработка методики выбора оптимальной схемы газоподачи для транспортного газодизельного двигателя применительно к магистральному тепловозу и разработка рекомендаций по конвертированию дизельных двигателей различного назначения в газодизели. fl

Основные результаты и выводы

1. На примере исследований системы газоподачи тепловозного газодизель-генератора 1ГДГ установлено, что для транспортных газодизельных двигателей наиболее приемлема электронная система управления газоподачей с электромагнитным клапаном-дозатором и возможностью широкого регулирования параметров газоподачи в зависимости от режима работы газодизеля.

2. Для газодизель-генераторов применяемых для электростанций возможно применение системы с подачей газа на всасывание в турбокомпрессор. Это позволит обойтись минимальными переделками базового дизеля. Для обеспечения достаточной скорости набора нагрузки целесообразно применять схему с. регулированием частоты вращения за счет увеличения подачи жидкого топлива с последующим замещением его газообразным на установившемся режиме.

3. Предложенная методика расчета рабочего процесса газодизельных двигателей позволяет достичь приемлемой точности расчетов за счет настройки модели и выборов постоянных коэффициентов по имеющимся опытным данным двигателей аналогичного назначения и конструкции.

2. Разработанная конструкция системы газоподачи тепловозного газодизель-генератора позволяет использовать ее и для двигателей другого назначения, например для морских буровых платформ и двигателей другой размерности. Применение разработанной конструкции системы газоподачи позволяет обеспечить высокий 1 уровень форсировки газодизельных двигателей, высокую экономичность и обеспечивает возможность конвертирования в газодизели дизелей различного конструктивного исполнения с минимальными

129 затратами даже в условиях неспециализированных мастерских и депо.

5. Экспериментально подтверждена возможность работы тепловозного газодизельного двигателя с дозой запального топлива 7% от цикловой подачи при дизельном процессе, но, учитывая характер работы тепловоза, принята доза запального топлива 15%. На режимах работы характерных для электростанций применима доза запального топлива 10% с использованием штатной топливной аппаратуры дизельного прототипа.

6. Разработанные рекомендации позволяют на этапе проектирования газодизельного двигателя выбрать тип системы газоподачи экономически оправданный в конкретных условиях безопасный и надежный в эксплуатации.

130

1. Аксенов Д.Т., Генкин К.И., Струнге Б.Н. Газовые двигатели ГД100 и агрегаты на их базе, Л, Недра, 1970.

2. Балакин В.И., Нижник М.Е. Применение газообразных топлив в двигателях внутреннего сгорания. Обзорная информация, М, ЦНИИТЭИтяжмаш, 1983. Вып. 5.

3. Боксерман Ю.И., Мкртчан Я.С., Чириков К.Ю., Перевод транспорта на газовое топливо. М, Недра, 1988.

4. Васильев Ю.Н., Гриценко А.И., Золотаревский Л.С., Мужливский П.М. Природный газ в качестве моторного топлива. Ж. Газовая промышленность. № 12. 1986.

5. Васильев Ю.Н., Золотаревский Л.С., Ксенофонтов С.И., Мужливский П.М., РенковА.С. Газодизельный двигатель. Ж. Газовая промышленность. 1984. № 11.

6. Васильев Ю.Н., Мкртчан Я.С., Трегубов И.А., Беляев И.Г. Транспорт сжиженного газа танкерами. Ж. Газовая промышленность, 1979, №3.

7. Васильев Ю.Н.,, Нижник М.Е., Трегубов И.А. и др. РТМ «Методические основы создания газовых двигателей на базе дизелей судовых, стационарных, тепловозных и промышленных. М. ВНИИГАЗ, 1975.

8. Васильев-Южин P.M., Бердунов Е.И., Косенков А.А. Влияние повышенной влажности воздуха на показатели дизеля с газотурбинным наддувом и воздухоохладителем. Тр. ЦНИДИ, Вып.:5, Л. 1972.

9. Вибе И.И. Новое о рабочем цикле двигателей. М-Свердловск, Машгиз.1962.

10. Вуколович М.П. и др. Термодинамические свойства газов. М, Л, 1983.

11. Гайнулин Ф.Г., Гриценко А.И., Васильев Ю.Н., Золотаревский Л.С. Природный газ, как моторное топливо на транспорте. М, Недра, 1986.

12. Ганин Н.Б. Поэлементное совершенствование выпускных систем двигателей с наддувом. Автореферат кандидатской диссертации. Л, ЦНИДИ, 1985.

13. Генкин К.И. Газовые двигатели. М, Машиностроение, 1977.

14. Гончар Б.М. Численное моделирование рабочего процесса дизелей. Энергомашиностроение, Л, 1968, №7.

15. Гончар Б.М. Численное моделирование рабочего процесса по методу ЦНИДИ. Дизели. Справочник (под ред. Ваншейдта В.А. и др.) л. Машиностроение, 1977.131

16. Дизель, работающий на природном газе. "Mitsui Zo-sen Techn. Rev." N 128, 1986.

17. Еремин Ю.Т. Расчетные исследования задержки самовоспламенения дизеля. В кн. Опыт создания турбин и дизелей. Вып. 2. Свердловск, 1972.

18. Загоруйченко В.А., Журавлев A.M., Теплофизиче-ские свойства газообразного и жидкого метана. М. Издание Комитета стандартов, мер и измерительных приборов при СМ СССР, 1969.

19. Загорский М.В., Крюков А.Д., Фофанов Г.А. Газотепловоз ТЭМ18Г. Обеспечение пожаро и взрывобезопасности, Локомотив,№7 1999 г.

20. Загорский М.В., Фофанов Г.А. Создание маневрового газотепловоза мощностью 882 кВт. Ж. Машиностроение №7 1998 г.

21. Загорский М.В., Крюков А.Д., Фофанов Г.А. Маневровый газотепловоз ТЭМ18Г. Ж. Локомотив, №6 1998 г.

22. Иванченко Н.Н., Красовский О.Г., Соколов С.С. Высокий наддув дизелей. Л. Машиностроение. 1983.

23. Коллеров Л.К. Энергетические установки с газовыми поршневыми двигателями. Л, Машиностроение , 1979.

24. Коллеров Л.К. Газовые двигатели поршневого типа, Л. Машиностроение, 1968.

25. Коллеров Л.К. Газомоторостроение за рубежом. Ж. Энергомашиностроение, 1974 №29.

26. Красовский О.Г. Численное моделирование нестационарных процессов в газовоздушном тракте двигателя. Тр. ЦНИДИ. Совершенствование и создание форсированных двигателей, Л., 1983.

27. Красовский О.Г., Гончар Б.М., Численное моделирование процессов в дизелях. Тр. ЦНИДИ. Технический уровень двигателей внутреннего сгорания. Л. 1984

28. Красовский О.Г., Матвеев В.В., Программа численного моделирования рабочего процесса дизеля с различными системами воздухоснабжения. Тр. ЦНИДИ Повышение надежности и улучшение технико-экономических показателей тепловозных дизелей. Л. 1983

29. Красовский О.Г., Разработка и испытания макета двигателя с электроуправляемыми системами топливоподачи и газораспределения. (Отчет, книга II, Тема 15-1058, Инв. № ВНТИЦ 0285.0. 054097). Л., 1985.

30. Лышко Г.П. Топливо, смазочные материалы и технические жидкости. М. Колос, 1979.132

31. Материалы финско-советского симпозиума 29 октября 1987 г. в Москве. «Энергопроизводство и суперблочная техника в нефтегазовой промышленности» R. Vestergren/ Lsa 09.04.1987.

32. Нижник М.Е. Наддув четырехтактного газового двигателя. Технический отчет по теме 3-338 ЦНИДИ, Л, 1987.

33. Нижник М.Е. Научно исследовательские работы по созданию мотор-генератора мощностью 500 кВт с газовым двигателем. Технический отчет по теме 2И 876, № гос. Регистрации 79019880, Л, ЦНИДИ, 1981.

34. Нижник М.Е., Пшенко Д.У., Росляков А.Н., Фомин В.П. Совершенствование систем топливоподачи двигателей, НИИинформтяжмаш, 1977.

35. Семенов Б.Н. Применение сжиженного газа в судовых дизелях, Л. Судостроение, 1969.

36. Орлин А.С. и коллектив авторов. Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. Изд. 2, М, Машиностроение, 1970.

37. Отчет «Создание экспериментального образца газодизеля и проведение испытаний» Тема 21 1087, Гос. Регистр. №0185.0031006, Л, ЦНИДИ, кн. 1 и 2 , 1987.

38. Патент № 1724916, Устройство подачи газа для двигателя внутреннего сгорания, 1992 , бюл.№13.

39. Патент №1758262, Двигатель внутреннего сгорания работающий по газожидкостному циклу, 1992, бюл. №32.

40. Патент №1760144, Регулятор давления газа двигателя внутреннего сгорания стурбонаддувом, 1992 бюл. №33.

41. Патент №2076225 Способ регулирования газожидкостного двигателя внутреннего сгорания. 1997 Бюл. №9.

42. Патрахальцев Н.Н., Шкаликова В.П. Применение альтернативных топлив в дизелях. Двигатели внутреннего сгорания, М, ЦНИИТЭИтяжмаш, №30, 1983.

43. Пойда А.А. Испытания и доводка газогенераторных тепловозов. Отчет по теме И-073-56, ВНИИЖТ, М, 1956,

44. Разлейцев Н.Ф. Моделирование и оптимизация процесса сгорания в дизелях. Харьков, 1980

45. Толстов А.И. Индикаторный период запаздывания воспламенения и динамического цикла быстроходного двига133теля с воспламенением от сжатия, М, Машгиз, Труды НИЛД, №1 1955.

46. Федьшин А.Р., Михайлов Л.И. Судовое дизеле-строение Японии. Судостроение за рубежом. №10, Судостроение за рубежом. №10, Отчет по теме Лт-04-58, р 1, ВНИИЖТ, М, 1958,

47. Федорко Л.П. Зарубежные судовые двухтопливные двигстели внутреннего сгорания. Судостроение за рубежом, №3, 1985.

48. Финогенов А.Н. Экспериментальное исследование распределеннного распыла топлива по поперечному сечению факела. Труды ЦНИДИ. Совершенствование и создание форсированного двигателя. Л, 1982.

49. Фофанов Г.А., Григорович Д.Н. Компьютерная система для испытаний тепловозов и тепловозных дизелей. Вестник ВНИИЖТ №3, 1997.

50. Фофанов Г.А., Коробков Ю.П. Топливо для локомотивов природный газ, Железнодорожный транспорт, №4 1998 г.

51. Энергосберегающие системы компании MWM Diesel Und Gastechnik GmbH. Diesel & Gas Turbine Worldwide, N1, b.20, 1988. 6LG32X marine gas diesel developed by Fudji Diesel. Zosen, №4, 1982.

52. Acker George H. Dual fuel development for an LNG marine engine. SAE Techn. Pap. Ser." N880778, 1988.

53. Allen extends in line range to 2900 bhp wis tupe 370. Fairplay Int Ship Weakly. 1992.

54. Automatische Anpassung von aufgeladewen Zweis-toffmotoren fQr Diesel-Gas-Betrieb, MTZ, №6, 1982.

55. BN tries natural gas as loco fuel. "Railway Gazette International" August, 1986.

56. Christoph K., Cartellier W., Pfeifer V. Die Bewertung der Klopffestigkeit von Kraftgasen mittels der Methanzahl und deren praktische Anwendung bei Gasmotoren. MTZ, N10, 1972.

57. Cooprider Noel L Duel fuel ТЕ plant demonstrates efficiency , Diesel and Gas Turbine Progress, , №4, 1975.

58. Daugas C. Gas bad engines progress "Societe d'etudes de machines thermiques S.E.M.T. Pielstick". October. 1984.

59. Dieselmotoren fur Naturgasbetrieb von Hawker Sid-deley, MTZ, №1, 1972.

60. Engesser В RTA Zweiftobbmotor Erdgafantetle oon dieseloe "Techn. Rdsch. Sulzer" N 1, 1987.134

61. Engines in the gas industry. Gas World, 1972

62. Enussions and Fuel Economy of a Prechamber Diesel Engine with Natural Gas Dual Fuelling. " SAE Techn. Pap. Ser." N 860069, 1986.

63. Gart Eldren N Pereival james What will power future non-hiway transportation, Automot Eng. . №10, 1979.

64. Huru RW Engine Technology for alternative fuels, SAE Techn. Pap. Ser. №800663, 1980.66. lamoulle A. Gas de boues pour motors dual-fuel Semin int combast replacement, Liege 25 27 Maj., Liege, 1981.

65. Ireland CW Mogden were sewage warks. APE Eng., . №10, 1975.

66. Karim G.A. Wierba 1 Camparative studies of methane and propane as fuels for spark ignition engines "SAE Techn. Pap. Ser. N 831196, 1983/

67. Karin G.A., Amcozegar N. Determination of the performance af a dual fuel diesel engine with the addition of various liquid fuels to the intake charge. "SAE Techn. Pap. Ser." N 830265, 1983.

68. Klaunig Wolfgang, Will Kurt, Athenstaedt Gemot beistungs-und Verbrauchsoptimierung am MAN Diesel-Gas motor 52/55 ADG, MTZ, №10, 1982.

69. Komoda Testio, Marakami Satoshi, Toshioka Saije, Obara Takash. Mitsui Zosen Techn. Rev. N 121, 1984.

70. L'alimentation des moderns alternatives a combustion interne en combustibles garner Dangers G, Entropy, ,№105, 1982.

71. Natural gas will fuel bulk courier. Motor Ship, №725,1980.

72. NKK proposes dual fuel diesel LNGC with reliqnefac-tion, N 777, 1985, A 34 - A - 35/

73. Pielstik tests on oft biogas diesels give promising results Dangas M, Mod Power Sijst, №2, 1983.

74. Pioneering gas fuelled ship." Shipbuild & Mar. Eng. Int." N 1259, 1982.

75. Pionering gas-fuelled ship. Shipbuilding and Mar. Eng. Int. №1259, 1982.

76. Sulzer RTA Dual-Fuel marine engines "Schiff und Ha-ben" N 3, 1986.135

77. Walter Knecht, Meinrad Signer, and Fritz Papst, New IVECO LPG Engines far Tracks and Bases. " SAE Techn. Pap. Ser." N852329. Chicago Illinois, December, 1985.

78. Woschni G., Anisitis F. Eine Methode zuz Verdusber-echnung der Anderung des Brennverlaufes mittelschnellawfenger Dieselmotoren bei geanden Betriebs bedingungen. MTZ, 34, 1973.