автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Влияние обогащения воздуха на впуске газоконденсатом на некоторые параметры дизелей

Сокращения, условные обозначения

ВВЕДЕНИЕ.

Глава I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИИ.

1.1. Влияние обогащения воздуха на впуске легким топливом на характеристики дизелей.

1.2. Основные закономерности износа сопряжений ЦПГ

ДВС, технологические методы повышения их ресурса

1.3. Выводы и задачи исследований.

Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ГИДРО- И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ГА30К0НДШСАТН0-В03ДУШН0Г0 ПОТОКА . . ВПУСКНОГО ТРАКТА ДИЗЕЛЯ.

2.1. Выбор модели исследования.

2.2. Расчет гидродинамических параметров струи.

2.3. Определение снижения температуры газоконденсатно-воздушной среды впускного тракта дизеля.

2.4. Определение интенсивности испарения газоконденсата Южно-Мубарекского месторождения.

Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ ДИЗЕЛЯ ПРИ ОБОГАЩЕНИИ ВОЗДУХА НА ВПУСКЕ ГАЗОКОНДЕНСАТОМ

3.1. Сравнительные стендовые исследования. Задача и методика.;.

3.2. Испытательный стенд и измерительная аппаратура

3.3. Техника проведения опытов и обработка экспериментальных данных. Оценка погрешности измерения.

3.4. Результаты сравнительных стендовых испытаний

Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ СРАВНИТЕЛЬНОЙ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ МАТЕРИАЛОВ СОПРЯЖЕНИЯ "КОЛЬЦО-КАНАВКА ПОРШНЯ" ДИЗЕЛЯ А-01, ОБРАБОТАННЫХ РАЗЛИЧНЫМИ МЕТОДАМИ.

4.1. Подготовка образцов для испытаний и определение их механических свойств

4.2. Машина трения и методика испытаний.

4.3. Результаты испытаний трением.

Глава 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРАВНИТЕЛЬНОЙ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОТ МОДЕРНИЗАЦИИ ДИЗЕЛЯ А-01.

ВЫВОДЫ.

Повышение экономичности, удельной мощности и надежности двигателей дорожно-строительных машин является одной из важных задач XI пятилетки, вытекающей из решений ХХУ1 съезда КПСС, ноябрьского (1982 г.) и июньского (1983 г.) Пленумов ЦК КПСС [1,2,3]. Реализация поставленной задачи предопределяет значительный народнохозяйственный эффект за счет сокращения простоев машин, увеличения их производительности, снижения затрат на топливо и ремонт, уменьшения потребности в запасных частях и др.

Достижение намеченных целей на современном этапе требует широкого внедрения новаторских инженерных и конструкторских решений, резкого углубления и расширения научных исследований.

На протяжении ряда лет данной проблемой занимаются видные советские ученые А.А.Гуреев, А.А.Муталибов, М.А.Григорьев, А.Г.Сахаров, В.А.Долецкий, М.М.Хрущов и др.

Однако большинство отечественных работ посвящено исследованию двигателей ДСМ, работающих на стандартных видах топлива. Наряду с этим в настоящий период в свете решений партии и правительства об усилении экономии топливно-энергетических ресурсов в нашей стране наметились тенденции по созданию и использованию в ДВС так называемых нестандартных более дешевых и экономичных видов топлива, спиртовых добавок на метиловой основе, добавок водорода, использование водно-топливных эмульсий, газоконденсатных топлив и др. [11,12,13, 8,22].

Одним из перспективных путей в этом плане представляется использование газоконденсата в дизельных двигателях в качестве добавки его к основному топливу путем обогащения воздуха, поступающего в цилиццры [29,30].

Перспективность этого направления обусловливается относительно несложными конструктивными изменениями существующих моделей двигателей, а также наличием значительных запасов газоконденсата в месторождениях Узбекистана и Западной Сибири.

Широкое применение газоконденсата как дополнительного топлива в дизельных двигателях и, в частности, двигателях ДСМ сдерживается рядом объективных факторов, среди которых определяющее место занимает недостаточная изученность влияния добавки газоконденсата на моторесурс двигателей, в первую очередь деталей ЦДГ. В этой связи работы, направленные на исследование указанных вопросов,представляются весьма своевременными и актуальными.

Учитывая сказанное выше, целью настоящей работы явилось исследование рабочих и повышение ресурсных характеристик двигателей ДСМ при работе с обогащением воздуха газоконденсатом.

Объектом исследования были выбраны дизельные двигатели Алтайского моторного завода (АМЗ) модели A-0IM и A-4I, получившие широкое распространение на ДСМ.

Как показал предварительный анализ, критическим по ресурсу сопряжением двигателя А-01 (по данным АМЗ) является пара "первое компрессионное кольцо-канавка поршня". Специальными исследованиями [55,56] было установлено, что у дизелей A-0IM, сданных в капитальный ремонт на Ташкентский опытный ремонтно-механический завод, зазор этой пары значительно превышает регламентированное значение 0,5 мм (достигает 2,15 мм при среднем значении 0,59 мм).

Дефектовка показала, что при этом остальные сопряжения 13ДГ имеют остаточный ресурс 40.60$, что допускает продолжение эксплуатации двигателя.

Таким образом, исследование факторов и внедрение мероприятий, повышающих ресурс критической пары с одновременным улучшением характеристик двигателя, представляет научную новизну и является экономически целесообразным. В числе возможных вариантов реализации этой задачи выбраны следующие:

- обогащение воздуха на впуске газоконденсатом;

- обработка канавки первого компрессионного кольца СС^-яазером;

- вибронакатывание торцев кольца.

В работе выполнено следующее:

1. На основе анализа литературных источников выбрано направив ни е модернизации дизеля.

2. Разработана аналитическая модель движения топливо-воздуш-юй смеси во впускном коллекторе дизеля. По выведенным формулам лроизведен расчет температурного режима топливо-воздушного потока.

3. Исследованы сравнительные рабочие и ресурсные характеристики дизеля А-41 (А-01М) при работе с обогащением воздуха.

4. Проведены сравнительные исследования износостойкости мате-зиалов сопряжения "кольцо-поршень", обработанных с применением раз-шяных технологических методов.

5. Проведен условный расчет экономической эффективности от знедрения результатов исследований.

Работа выполнена на кафедре "Дорожные машины и оборудование" 'ашкентского автомобильно-дорожного института с 1978 по 1984 г.

ВЫВОДЫ

1. Установлена аналитическая зависимость изменения температуры газоконденсатно-воздушного потока во впускном коллекторе дизеля, позволяющая рассчитать степень охлаждения при обогащении воздуха газоконденсатом.

2. Экспериментально определена одна из основных термодинамических характеристик газоконденсата - интенсивность испарения, величина которой для-газоконденсата Южно-Мубарекского месторождения составляет 2,0887* 10"^.4,5141 «Ю-2 кг/ы?о при температурах 24. Ю0°С соответственно.

3. Экспериментально установлено, что обогащение воздуха на впуске газоконденсатом снижает, в исследуемом диапазоне параметров, температуру газоконденсатно-воздушного потока до 14°С, что существенно влияет на ресурс двигателей. Полученный результат совпадает с аналитическим расчетом с расхождением в 7,64%.

4. Для дизеля A-4I оптимальный расход газоконденсата при обогащении воздуха равен 3,0 кг/ч. Это обеспечивает при номинальных режимах топливную экономичность на 3%, снижение температуры отработавших газов на 30.40°С, повышение мощности двигателя на 11%.

5. Увеличение максимального давления газов в цилиндре при обогащении воздуха газоконденсатом обусловливает необходимость повышения износостойкости критического по ресурсу сопряжения "первое компрессионное кольцо-канавка поршня" за счет дополнительных технологических мероприятий. Для повышения износостойкости критической пары рационально применить вибронакатывание торца кольца с относительной площадью канавки 97,86% в сочетании с С02-лазерным облучением канавки поршня в режиме без оплавления. Снижение линейного износа сопряжения при этом составляет 30.40%, что приводит к увеличению ресурса цилиндрово-поршневой группы.

6. Внедрение результатов диссертационной работы в народное хозяйство обеспечивает суммарный экономический эффект в размере 1951 руб. на один экскаватор типа ЭО-4121 за период до капитального ремонта.

1. Постановление Ш1 съезда КПСС по проекту ЦК КПСС "Основныенаправления экономического и социального развития СССР на. 1981-1985 годы и на период до 1990 года". М. :По-литиздат, 1981.

2. Постановление Пленума ЦК КПСС от 22 ноября 1982 г. Журнал

3. Коммунист". М.:Правда, 1982.

4. Материалы Пленума ЦК КПСС от 14-15 июня 1983 года. М.Политиздат, 1983.

5. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. М.:Физматгиз,1960.

6. Архангельский В.М., Вихерт М.М., Воинов А.Н., Степанов Ю.А.,

7. Трусов В.И., Ховак М.С. Автомобильные двигатели. М.: Машиностроение, 1977.

8. Бунга Г.А. Исследование зависимости эксплуатационных свойствдеталей машин и приборов от величины их опорных поверхностей. Канд.дисс. Л., 1971.

9. Бунга Г.А. Исследование процесса вибрационного обкатывания.1. Канд.дисс. Л., 1965.

10. Вибрационное обкатывание. Аннотированный библиографическийуказатель отечественной и иностранной литературы (19601973 гг.). Л., 1975.

11. Вейко В.П., Либенсон М.Н. Обработка материалов излучением оптических квантовых генераторов. Л., 1969.

12. Варгафтик Н.В. Справочник по теплофизическим свойствам газови жидкостей. М.:Наука, 1972.

13. Голуб И.М. Исследования зависимости износостойкости подшипниковых пар станка от микрорельефа поверхности трения, образованного различными способами резания и давления. Канд.дисс. Л., 1970.

14. Григорьев М.А., Пономарев H.H. Износ и долговечность автомобильных двигателей. М.^Машиностроение, 1976.

15. Гуреев A.A., Жоров Ю.М., Смидович Е.В. Производство высокооктановых бензинов. М., Химия, 1981. - 224 с.

16. Григорьев М.А., Долецкий В.А. Обеспечение надежности двигателей. М.:Изд-во стандартов, 1978.

17. Дедов А.Н. Исследование тракторного дизеля с обогащением воздуха на впуске при питании различными смесями, состоящими из легких топлив. Автореферат канд.дисс. М., 1968.

18. Дизели. Справочник под общ.ред. В.А.Ванштейнта, Н.Н.Иванченко,

19. Л.К.Коллерова. Л.¡Машиностроение, 1977.

20. Зубрицкий В.Н. Исследование рабочего процесса и износостойкости тракторного дизеля при ступенчатой и двухстадийной подачах топлива. Канд.дисс. Л., 1966.

21. Итинская Н.И., Кульчев М.А. К вопросу использования бензина вдизельных двигателях. Докл.МИИСП, т.З, вып.2, 1966.

22. Исаев Е.В., Нисневич А.И. Износостойкость поршневых колец прифорсировании дизеля с наддувом. Труды НАТИ, вып.187. -М., 1967;

23. Казачков Р.В. Снижение теплонапряженности быстроходных дизелей,форсированных наддувом за счет изменения параметров рабочего процесса. Труды ХПИ, В 36, вып.1, I96i.

24. Керимов H.A. и др. Способ работы многотопливного дизельногодвигателя. Авт.свид. № 228374 от 08.10.1968.

25. Крагельский И.В. и др. Основы расчетов на трение и износ.1. М.:Машиностроение, 1977.

26. Лаатс М.К. Экспериментальное исследование динамики пыле-воздушной струи. И.Ф.Ж. 1966, I, JS I, с.П-15.

27. Лаатс М.К., Фришман Ф.А. О допущениях, применяемых при расчете двухфазной струи. Изв. АН СССР, МЖГ, 1970, №2, с. 186-190.

28. Лазеры на АвтоЗИЛе. Химия и жизнь, 1982, № 7, с.17.

29. Лыков A.B. Теория теплопроводности. М.:Высшая школа, 1967. 27; Муталибов A.A. Исследование возможности применения газоконденсата в качестве моторного топлива. Отчет по НИР78032090. Ташкент, 1981.

30. Муталибов A.A. Особенности работы автомобильного транспортареспублик Средней Азии на местных видах топлива. Ташкент, 1974.

31. Осташкевич Б.М. Механизм изнашивания деталей цилиндро-поршневой группы тепловозных дизелей. В сб.: Повышение износостойкости деталей ДВС. М,Машиностроение, 1972.

32. Отчет по теме исследований остаточного ресурса отремонтированных узлов гидросистем тракторов. Ташкент, ТИИИМСХД981.

33. Отчет по хоздоговору В 485/82, этап I, Ташкент, ТАДИ, 1982.

34. Пружанский Л.Ю. Исследования методов испытаний на изнашивание,- М. :Наука, 1978, с Л12.

35. Пружанский Л.Ю. Истирающая способность обработанной поверхности.- М.:Наука, 1975, с.64.

36. Рыкалин М.С., Углов A.A., Кокора А.Н. Лазерная обработка материалов. М<Машиностроение, 1975.

37. Сахаров А.Г. Теоретический расчет максимальных величин температуры и давления газов в конце сгорания при бензодизель-ном процессе. Докл.МИИСП, т.1У, вып.2, 1967.

38. Сахаров А.Г. Исследование дизеля Д-37М с непосредственнымвпрыском при дизельном и бензодизельном процессах.Докл. МИИСП, т.1, вып.2, 1964.

39. Сахаров А.Г. Исследование дизеля СМД-14 при дизельном и бензодизельном процессах, турбонадцуве, Докл.МИИСП, т.1, вып.2, 1964.

40. Сахаров А.Г. Результаты испытаний дизеля Д-50 на дизельном ибензо-дизельном процессах. Докл.МИИСП, т.З, вып.2,1966.

41. Сахаров А.Г. Топливная система дизеля. Авт.свид. В 208381 0т2912.1967.

42. Сахаров А.Г. Способы питания двигателей внутреннего сгорания.

43. Авт.свид. Ш 266458 от 17.03.1970.

44. Сахаров А.Г. Определение периода задержки самовоспламенениявпрыскиваемого топлива при обогащении воздуха на впуске. Докл.МИИСП, т.6, вып.2, 1970.

45. Сахаров А.Г., Дедов А.И. Период задержки самовоспламенениятоплива при работе дизеля Д-37Е с обогащением воздуха на впуске и питанием смесями дизельного топлива и бензина. Докл.МИИСП, вып.2, 1970.

46. Сахаров А.Г., До Нанг Тиен. Влияние обогащения воздуха на впуске бензином на динамику цикла тракторного дизеля. Докл. МИИСП, т.9, вып.2, 1973. •

47. Сахаров А.Г., Снегирев В.П., Чекемес Ю.Т. Влияние обогащениятопливом всасываемого воздуха на токсичность отработавших газов. Труды МИИСП, т.10, вып.2, ч.1. М., 1973.

48. Силин A.A. Трение и его роль в развитии техники. М.:Изд-во1. Наука, 1976.

49. Смирнов М.С., Очертянный И.Т. Влияние различных дизельных топлив и температуры охлаждающей жидкости на износ деталей цилиндро-поршневой группы дизеля. В сб.:Повышение износостойкости ДВС. М.:Машиностроение, 1972.

50. Теплов B.C. Конструктивный вес деталей поршневой группы автомобильных бензиновых двигателей. Автомобилестроение НИИАвтопром, 197I, В I.

51. Фельдман Я.С. Расчет параметров микрорельефа цилиндрическихвиброкатанных поверхностей деталей машин, приборов и их технологического обеспечения. Л., Трзеды ЛИТМО, 1979.

52. Упрочение деталей лучом лазера. Под ред.Коваленко B.C. Киев, Техника, I98X.

53. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М.ИД., 1956.

54. Шнейдер Ю.Г. Разработка и исследование методов чистовой обработки металлов пластическим деформированием. Докт.дисс. -Л., 1967.

55. Шнейдер Ю.Г. Повышение износостойкости гильз цилиндров методом вибронакатывания. Тракторы и сельхозмашины, 1970.

56. Ровее Gezd, Vezsfieeí ß. Ргобвете am Коебвп und Л/йовсспReiten dez yezzínpezunp „ Motoztefin 2 "л/- 2,з/, то.

57. Xuznez //anjüzyen „ дмг * л/* ч, /97/.

58. К in^ Calvin Tien dé Ln ®¿e¿e£ ènpine Pzoçz96/, 27, Ve?

59. Qzaía У, JL/azto/7, M ¿ymoto У, 77pp &ca¿¿on XQôez faz /T?aé&i¿Q¿ /iwceM¿rip. f/eaú РоиУ in Хазгг Aazdeninp. УУи/fiac. tv ~2¿/f-78

60. Seaüaan Г.Ю, ZocMe S.K Soc üuto Sno s/WO 869 Oct /974.58. iïe&ôztôon M.l . ,Pa¿ y 4 Jensen Я.Д.^оижх,

61. Disffustión о/ Sußrnezpei ¿.ей. Pzociedmps о/ Ш д$СЕ vр/75/, ms.

62. Инструкция по определению экономической эффективности новых строительных, дорожных, мелиоративных машин, противопожарного оборудования, лифтов, изобретений и рационализаторских предложений. М.:ЦНИИТЭстроймаш, 1978.