автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Влияние состава водотопливных эмульсий на показатели и характеристики дизельных двигателей

Р Г 6 ЖгМ/Т ТБ>ЪМЧЭЖ'Й ТЕМОФИЗИКИ АКАДЕМИИ НАУК УКРАШАЛ

2 3 Г,ЮН 1333 . .

На правах ру/юлиои

АЖЧОВ Шоиляй Владимирович

НЕКННИЕ (Хг.ТкБА ШДОТОШШ1ЫХ ЭМУЛЬСИЙ НА ПОКАЗАТЕЛИ Я ХАРАКТЕРИСТИКИ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Специальность 06.14.04 - промышленная теплоэнергетика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Киев - 1993

Работа выполнена к Киевском ик.'тт-ут- • 'ух^лу-лий ьЧуж >п кофиди* "ДнипТ'-Л'*!!" н ] }•<;«

Научные руко водит г ли :

кандидат технических наук, лмц-н; ЮЛИИ'»]* А. П. ; кандидат технических Я?.МЧИН А.

ОФиидалнше оппонент»:

доктор технических наук Б. Г.; . .

кандидат технических надк,

старший научный сотрудник ПРИХОДЬКО И. Л.

Ведущая организация - Наушю-исследовательский ииотитут

транспортного ычуиноетроенм.

/~> чассд на заседании слециали&ироьаниого созет:-. К О ¡Г.. 43. С'-: ь Институте технической теяло&йигм «Я Украины по адресу:

£52057. г. Киев - 57, ул. Желябова. 2а.

1

(5 диссертацией можно ознакомиться ь библиотеке НТТФ АН Украины.

Автореферат разослан

Учещгй секретарь •

1;язд!.зл;аиролзядого сове-га ^ .

кзядвдзг -тздаувеяягг шук ¿//а^*'* Ш10Ш Ф. А.

■ ■ ■ . 'У

■ < > ; . ■ '

- 1 -

ОЩЛЯ ХАРЛ1ГГЕРИСГШИ РАБОТУ

Актуальность темы. Улучшение экологических, энергетических и топливно-зконошческих показателей дизельных двигателей являются общепризнанными задачами современного двигателестрое-ния. Актуальны эти задачи и для Украины. Уровень загрязнения воздуха в ряде городов по некоторым нормируемым компонентам значительно превышает установленные санитарные нормы. Обостряется так»? положение с топливными ресурсами, что, наряду с применением мероприятий по экономии традиционных хлдких теплив, стимулирует расширение использования альтернативных топ-лив.

Развитие двигателестроенля показывает, что широкое практическое применение каких-либо новых экологически чистых и высокоэкономичных типов двигателей связано с относительно длительной т разработкой, поэтому требуется одновременное интенсивное проведение работ по повышению эксплуатационных показателей используемых дизелей, а так*» по создании на их базе новых конструкций силовых установок, позволяющих наиболее полно и с меньшей эмиссией вредных веществ преобразовывать энергию топлива.

Анализ отечественных и зарубежных работ показал, что эффективность борьбы с загрязнением атмосферы городов отработавшими газами двигателей внутреннего сгорания и уровень их топливной экономичности во многом зависит от простоты (с точки зрения организации массового внедрения) методов и способов, а такхе обеспечения надежной работы силовой установка вцелом.

Интерес исследователей к водотопливпни эмульсиям (ВТЭ) обусловлен рядом обстоятельств: качество применяемых сегодня углеводородных топлив не позволяет реализовать потенциальные возможности дизелей, в слою очередь, из-эа быстротечности процессов смесеобразования и сгорания не полностью используется химическая энергия топлива; присутствие диспергированной свободной воды в углеводородном топливе интесифицируе? процессы смесеобразования и сгорания рабочего цикла; работа дизелей на ВТЭ характеризуется улучшением экономических показателей,- что связано с более полным сгоранием топлива; анализ отработавших газов показывает снижение дымноети и содержания окислов азота.

Перечисленные особенности использования ВТЗ в качестве топлива позволяет комплексно решать задачи по повышению экономичности дизельных двигателей к снижению токсичности отработавших газов.

Цель я задачи работ». Долью диссертационной работы является зкЬперимйгааЕЬНО-теоретачеекое обоснование возможности со&ершеиетвозаинл рабочих процессов.быстроходных дяоелей путем прямзиоття ВГЭ, получаемых к суперкавитпру..^!:-: оиулыатор«*х (СКО) нгпосредетгошге' пород подачей их г. ^.чждри дигч'лл, р^з-раоотка мероприятия но co¿oj^c-¿¡c4ийьмт конел<уг;ц;;;; оиотем пнгшйг.! «оплачом и сб*спе«!01и:» ü^wr-io;1. риС-о.-ы СУ.

II?. йрОГ>еЛ=?И!50ГО COJrOfliJ'.;/ 5«X>ÍVU-MtJ "

I3VO г;; .:■.::„:.■; о-..лор: -. ;,>4i.o!:',:;. ^ д •:■... ,,;..•■:.

ос:::.

'^nitó^ñ!

jCv-

. ^ . ...... i,'- - '■.-.' — . ' • I." ,4,..' •(

'.—i-р .-

• . i'.\х . \\i-j .У* t ¡i;

Достоверность н&учшх результатов, 0шодов и рекомендаций, сЗсркулировйннюс в работе, достигалась проведением экспе-/пмгнкеышх иееледоплаий дизелей С. В. Ii 7 -"ГОШШПГ 8РАЧ-185, Б-С-СШ, д-Р-1, К-11Г (04 15/18} и опытного офсета ОД 8,5/11 с ivao.ib3oftftfHifM дьмомера :.<•:-3 "HAR7RIDGE", гозозножзатороз уг-.&?г«одср.у,01» и окиси углерода "UREX-SG1" и окиолоь азота 344>:.&}). ;ю.хуч№.л ¡;лд;;кагор;шх диаграмм пошш.гопаггоя г.к-/{.äif.ricp "МАм-2А". Расчеты шподнеш на SEH "SC-10.;5" и ГОБМ "ОМ 1014".

Iii ca'iUiTy ьыгюелтоя:

- Ооновн метода-::« расчета процесса сгорания и оценки ка-рабочего дигеля при работе на ВТЗ

• üpos'peL'CiiriHHÄ кошозкцйй ВТЗ и ингибиторог. коррозии,

реализацию требозациЛ к паломюстн работу СУ.

- Предложений по еосорг-йнстеованиу систем шагания дяэогвй

ТОЛЛИЬ Ol'.

• Результату экспериментальных исследований.

Практическая ценность работа состоит в тон, что лредло-:v?üik-.>i методик получения 2ТЭ перед иепооредствеян'.-м их ис-

- епосч-оотвоасигс» оСосйсгпмпш •требования к конструкции СКЗ Hotorc. поколения;

- яьллетея осяоксй построения слои вкязуюния СКЗ в тсп-мьцуо систему дизеля и щ:Зора рацкояельиоЛ структуры ВТЗ.

Разработана? композиция ЗТЗ с ингибиторе;« коррозия, об-

.¡и оолее йисокиня за-^шш^и «юйоггеш по сравнению с' »•окодккм топливом, шаволлет:

- иоклкчт-ь яеобходпгоегь про]сачг!Валпл чистого топлива по о;.стене после осуждает дшо.:я, а цзяях удаления подпой фаз»; .

- уменьшить вредное злияние рол'нмецпоппо-проддешии яя-л-ми/лна сохранность лроцизяопиц»;: яоггрлюо^ей имшзнол аппаратуры о;- o.-ei:тро-хшикеской коррозии, при кратковременной, •та« л длительной cr-оякко дизелл;

- предотвратить снижение прояускаоГ* способности фильтру» аих зле;,гейтов тонкой очистки, которое киблюдазгея при бистром расслоении ВТЗ.

Реализация экспериментально-теоретических исследований.

Результаты диссертационной работы используются в работах по снижению дымности отработавших газов автомобилей предприятием НПО "Якуталмаз", в ПОНИЛ Д1ШЭДС института технической теплофизики АН Украины при разработке СК-аппаратов, внедрены в учебный-процесс Киевского института Сухопутных войск и используются в лекциях и дипломном проектировании по кафедре двигателей.

Результаты исследований таюке могут быть использованы на курсах повышения квалификации специалистов; работающих в области экологии и экономии топливно-энергетических ресурсов.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались »а заседании межотраслевого научно-технического семинара "Обеспечение надежности эксплуатации БТЕГ в войсках" ( г. Клев, КИСВ, январь 1991г.), на научно-техническом семинаре лабораторий и специалистов ОТФ АН Украины ( г, Киев, октябрь 1990г.), на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава КЛСВ (1092-1933г г.).

Публикации. Основное сорержаиие диссертации опубликовано в четырех статьях (из них две в соавторстве) и в пяти отчетах. Получено одно авторское свидетельство.

Структура и объем работы. - Диссертация состоит из введения, четырех глав й заключения, изложена на 138 страницах машинописного текста, содержит 42 рисунка, 12 таблиц. Список использованной в работе литературы содержит 56 наименований.

СОДЕРНА1ШЕ РАБОТЫ

Во введении в Еиде аннотации освещается степень разработки данной теш в настоящее время, обосновывается актуальность выполненных исследований, приводится целевое направление и назначение работы.' ' •

В первой главе приведен облэр и анализ работ, в которых рассматриваются вопросы получения ВТЭ, их физико-химические свойства, дается оценка условий применения воды в целях интенсификации процессов рабочего цикла ДВС. Рассмотрены лреиму-

щеотва и недостатки основных способов эмульгирования углеводородных ТОП.ОИВ водой.

Основываясь на исследованиях В. Ы. Иванова, О. Н. Лебедева, . В. М. Ивченко, 11 X. Дьяченко, К1 И Шгхтера, ИПироола и других известных ученых, сделан вывод: что наличие диспергированной воды в топливе интенсифицирует процессы смесеобразования и сгорания в дизеле; работа дизелей на ВТЭ характеризуется улучшением экономических показателей, что связано с более полным сгоранием топлива; анализ отработавших газов показывает снижение дымнооти и содержшия окислов азота Перечисленные особенности использования ВТЭ в качестве топлива позволяют комплексно' решать задачи но повышению экономичности дизельных двигателей и снижению токсичности отработавших газов, что особенно важно в условиях роста проблем, связанных о зашитой окружающей среды.

Установлено, что использование ВТЭ позволяет оущэогвенно снизить теплонапряжениость элементов двигателя и открывает большие возможности для применения присадок к топливу, которые в нем не растворимы, но хорошо растворяются в воде. Наконец, применение ВТЭ не требует значительных изменений конструкции силовой установки, не связано с использованием дефицитных материалов, не нуждается в больших капиталовложениях.

Однако на пути реализации указанных преимуществ ВТЭ стоит немало нерешенных проблем : получение стабильных-эмульсий на основе относительно легких дизельных топлив, в том числе в су-перкавитирующих устройствах; повышение надежности работы топливной аппаратуры и двигателя в целом; разработка рациональной композиции эмульгированного, топлива.

Осуществить комплексное решение этих проблем позволит навигационная обработка смеси топлива и воды перед непосредственной подачей ее в камеру сгораиия дизеля, при этом В1Э рассматривается как новый вид топлива с расширенным диапазоном свойств.

Несомненно, на получение оптимального пространственно-временного распределения массы ВТЭ в' камере сгорания будут влиять ее физико-химические свойства. При этом,учитывая универсальную способность дизельного двигателя удовлетворительно работать на тошшвах со значительными различиями величии поверхностного натяжения 6 , вязкости "О , шкилости р и цетанового числа, вполне допустимы изменения этих показателей и у эмульсия на их основе.

RiOop концентрации воды Ov будет определяться прелое всего стабильность» эмульсии. Та;; гак просвет медку частицам;? поды с повипйнием ее концентрации уменьшается и при Cw-iO% становится меньше их диаметров, это определяет их бкетру» коагуляции. При этом цикловая подача собственно топлиегч в кач>?нк цилиндр.не постоянна и не контролируется топливным ннеосоы русского давления. Двигатель работает неустойчиво, динамически* нагрузки на его кривозитю-еатунйкй механизм резко начрастмат. Так лз установлено, что с увеличением Cv > SOX вода явится не столько источником окислителя 0а и горшего Н£, сколько замедлителем процесса горения, вследствие значительного отвода тепла на ее прогрев, испарение и диссоииаш&г

Таким сОразом, накоплен;;-;/: опыт использования углеводородного топлива, оыульп;рэва№уи ьо^оЪ, подтгя'р.чдае-,1 з^к-к- ■ тквкость влияния ноьего вида топлива на характерис:';:;;« и показатели двигате-сл.- Однако, одновременно с этим установлена тесная завиаиноегь' этого не только с«т воль;, но ;s от способа получения я подучи омульепн s камеру огор-л:?г;-л.

Совокупность свойств ЗТЗ предопгеделн-

Лс. способ:; ¿е получения а подачи камору crops;;;!" дизеля. Пое- • до- кзуче;п:л азеортимеита устрсйс-гв наиболее успение иолользуе-з настсл^о врамл длл полушшд вкооко дисперсны." змульон;:. бил вьброн .суа&ркаш2н:рущзй аллират «&ркя CR-04 (рис. 1.). Принцип действия &го оснодая на реализации • реумов

гидродинамической кавитации а ударная волн б дзу^ензной смеси • (рнс.2.

Реализаций метода #»кр«гт-УМиухьаиого '¿soда энергии; зна-чйголмю иниеко^ддпруег процессы мгесообмеш п.структурообра-ь'аезоатеся Вашиэ ШУ. получаемых данным

.»¡oicv-QW, padosy дизелей а' ыогоялзо вроыя но; ;:зучзяо. Вместо о тем дрпогаагелькь'^ ксслэдоьан!:.- поведен:!.-: Б'ГЗ в й^фоаэдаик даззллл, ' «?ек как s?a liaverop;« дмачиелей имеет его:; сссдг-'^чслсга осс^зньосга рабочего цшаа, a остается с^.фХ'КУ вспрсо ВГЗ коррозяозгай кзкоо элементов

цдашдро-аоргаовой группа двигателе. Пэ-ocoirj' ррсеш» Р^да друг;;т галам ¿¡моет ко только прак-

тическое, .но а изучаю зиачетаэ. •

Техническая характеристика Производительность... 120 л/ч Давление на выходе. ..0,2 МПа Потребляемая мощность 0,1бкВг

Масса.................2,5 кг

Размеры.......350x150x160 мм

ILT3

--tL

Рис. 1. Принципиальная схема СК-04 •. 1 -корпус; 2 -суперкавитирущие лопатки ротора; 3 -привод.

Рис. 2. Зависимость размера капель воды (Ар) в ЩЭ от времени обработки (С) при различных ччслах кавитации ( % - н^о^У )-

:)] > ИГк

сВт

(1)

Вторая глава посвящена теоретическому исследования' рабочего цикла, дизеля при работе на ВГЭ. Повышение удельной мощности и экономичности, а такл» уменьшение токсичности отработавших газов связано, • главным образом, с решением основных проблем в дизеле- - качественного смесеобразования и полного сгорания распыленного топлива, определяющих показатели термодинамического цикла и, следовательно, эффективные показатели дизеля.

лналкэ известных зависимостей среднего индикаторного давя индикаторной мощности: Р \/К I • и

показывает, что энергетические показатели рабочего цикла опре-• деляются параметрами рабочего тела в характерных точках индикаторной диаграммы (рис.З.). Поэтому совершенствование рабочих процессов Р* должно быть направлено яа повышение максимального давления и температуры цикла, о такле на снижение темлера-туры конца расширений. Последнее поз-' воляет снизить потер» теплоты с отработавшими газами, которая составляет значительную часть (35...38%) общих потерь. . •

Экономичность рабочего цикла характеризует удельный индикаторный расход топлива: л _ 3&00 % Р<

Ряс. а

105 >

Термодинамический цикл дизеля,, г __

(3)

Решив уравнение (3) относительно Р1, учитывая ^ -Зо00/(Яи ^ 1):

• . р.- = Д. Ла. » п Лк.

»1 Т7. и, -г- >

МПс

Ш ЬЪ-Тк- - (4)

пощгазд Дийолнительные свя&и шщу $вхгораш уравнений (1}-(3). Кз последнего'уравнения очевидно, .что теплота, используемая ь цикле, определяется теплотой сгорания горючей о,меси и ее количеством, .а качество использования теплоту - индикаторным КПД.

Для дизелей изменение кодечествй рабочего тел?, при сгорании определяется ...

+

■От. ы

кмоль

(ГО

Учитныдя состав волы (0&-О,889;Нь-0,Ш), дополнительно внесенный кислород при переходе в газообразное состояние увеличивает обк-!ч на кмоль- Яри сгорании водорода образуется водяной

ь'ар, oGvm"которого в два раза больше объема кислорода, необходимого для сгорания водорода, следовательно, объем продуктов сгорания увеличится дополнительно на ^--кмоль. Увеличение объема рабочего тела при прочих равных условиях повышает давление цйклз яа участке подвода теплоты и расширения. В результате, производительность цикла выше, что приводит не только к повышению ри^ргетичеоких показателей (Pi.Nl). но и снижению удельного индикаторного расхода топлива (QI).

Рассмотрение только физических факторов не дает, полного представления о влиянии водотоплнвной эмульсии на процесс сгорания. Ке меньший интерес представляют вопросы химяко-кинети-чеокого характера Под действием высокой температуры возможна диссоциация воды по реакциям вида:

2Нг0 — 2Нг +-02 > (б)

2Нг0 = Н2 +2Ш. W

Появление в зоне пламени дополнительных активных центров (гидроксила и атомарного водорода) способствует как развитию цепей в реакции окисления, так и инициирует их. При этом взаимодействие воды с углеродом по реакциям:

С+ Н30 = СО + На , ' (б) С+2Н20=С01+2На

способствует газификации углерода, что Tarase'позволяет сокра- . теть продолжительность горения углеводородных толлив.

О качестве рабочего цикла можно судить по температуре отработавших газов. Предлагается следующая схема исследования этого вопроса. По индикаторной диаграмме двигателя (рис.3.),полученной по методу Гринивецкого - Иаэинга:

ni 1 -Л ' ,

Tk=H ^ J <10)

Pit-Pn-m

где для процесса скатия: • г (ч-0 1

i-1, k-c, tv-a, ro-S, А -jaCvTa [б' + i] , а г'-' процесса расширения: „ /t t\

(с-в, n-z, m-l/o, ñ • '

определяется закон сгорания, который характеризует процессы,

происходящие в цилиндре дизеля при горении топлива. По параметрам газа в момент открытия выпускных клапанов подсчитывает-ся температура отработыввих газов и сравнивается о опытной, полученной с помрщ&ю термопары.

Модель расчета включает уравнение индикаторного коэффициента выделения теплоты на участке горения:

£ — М>Тг (19,2? +2,5-Ш3Т.)-и¡., -Л (1Г,

^ &щ Ни - £Ш (а В Ю'^Ту)

Принимая пропорциональное изменение потерь в

стенки, цилиндра, закол сгорания определяется как отио^.. индикаторного коэффициента выделения теплоты к коэффициенту потерь (^¿.--ф-). деленное значение коэффициента (40 находим по _ концу сгорания.

Теплое«кос"1> газов 2 цилиндре дригателя изменяется с за- ' виеимости от состава газа и его температурь'. Для данной модели было получено уравнение теплоемкости продуктов сгорания ВТЭ о учетом изменения концентрации воды в исходной эмульсии-.

«Г, -['9™ . ! и ■ Х|(0.9-Р.Ь(Р | % (12) .

кроме того, влияние водяных паров учитывалось при определении •текущего количества газов и изменения давления в цилиндре но углу поворота коленчатого вала: т,

^ "У^-УЬ/ " ИЗ)

Другие элементы модели определялись по общеизвестным формулам.

По окончании сгорания всего топлива, еоет,;.в газа в цилиндре не. меняется и теплоемкость продувов сгорания будет зависеть только от температуры. Поэтому формула индикаторного коэффициента выделения теплоты примет более простой вид:

о

"о-тгц пи

С поыозф» полученной модели .(10)-(14) построен закон сгорания для двигателя В-55в при при' работе на дизельном топливе и-БТЭ (рио. 4.).. Известно, что при ухудшении процесса кривая отклоняется вправо Л по ходу процесса), и, наоборот, всякое улучшение процесса горения вызывает*отклонение ее влево. Пределом . смешения в этом случае является --.закон впрыскивания (6"), когда действительна процесс смесеобразования и сгорания приближается к теоретическому. Этот теоретический случай был принят за основу методики оценки показателей рабочего цикла при работе дизеля на БТЭ.

- и -

Исходным уравнением является термодинамическое уравнение сгорания. Принимая линейную зависимость теплоемкости от температуры (1£), это уравнение момно представить в виде обычного полного квадратного уравнения, из двух его корней имеет смысл один, который больше "О", т. е. решением будет :

7 = + -С _ (15)

У, Ни

где - ^

2 Во

Б«,- 2,50

Щ * <А + >ТН * ^(/СДиДДф (15. а)

(15.6)

■с 1г. в)

Н,(1

сса*уг C-Z7.se

3

■10 ;

По результата'; расчета построена температурная кривьчл а. иилинд-ре на участке горения и расширения (рис. 5.). Анализ результатов расчета показывает, что значение >;&кеимйлыюД тешературп газов при горении возрастает, по ьследсгьие малоЛ длительности этого процесса,к открытии ыпускяого клапана она заметно падает. 1.0 г

20 ЬМТ 20 40 «а>, .80 ф---

аят ¿э 40 во аз тущр

Рис. 4. Закон сгорания для дизеля ?йс.'5.' й&менекйС'гёмаературц В-Б5в при п - 1300 кия : 1-дизель- и давления газа з цилиндре: ное топливо; 2 - ВТЗ (С>у-0,15). . . 1- "дизельное топливо:2-ВГЭ.

Тш:м образом, сяь'^ии'е ггег.'лзратурн отрабогав-зк газов гря оптимальной концентрации зодц • з БГЭ гьззако лрегде всего зн;-теясиззным характером яроцйсса" горения топлива, кроне того, затраты теплоты на прогрев капель раешязяясй гаульсйз к&азп-сирувгея увеличением количества рабочего тела, участвующего г работ» расширения.. Целесообразная по сосЗра^аянля сшкиен;» удельного расхода топлива концентрация годя сскг£-.яга 13~

Третье глава содержит описание методики экспериментальных исследоьакий. объектов испытаний и средств измерений.

Проведенные испнтаии»: показали заметные изменения рабочих оро^ссов цикла при перехоле на ВТЗ. Сравнение индикаторных диаграмм I рис. 6. ) показывает смещение нччала гоонния но ходу пр^цесен, но примечателен тот 4-акт, что при этом не происходит снижения среднего индикаторного дньлений и соответственно мощности. И только при С»20% процесс сгорания большей своей частью переходит на линий расширения, а жесткость работ.*; достигает предельных величин $ (1,2.. Л что не дает оснований сделать вывод об эффективном влиянии Рис. &. Индикаторная диаграмма ВТЗ на работу дизеля в целом дизеля В-5ов при а - 1300 мин при Сч > 20%.

При сравнении экономических показателей установлено, что уменьшение удельного расхода топлива пропорционально концентрации-воды в ШЭ, при этом кривая зависимости от нагрузки имеет более пологую форму (рис. 7.), что существенно расширяет экономичный диапазон нагрузок при эксплуатации двигателя. Статистическая обработка результатов испытаний показала, ■, что зависимость £ (Ре, п,С«> оплроксимируется полиномом второго порядка:

&е=205;№+ 927,36Ре-626^+0,05?^-95,43С^ ,

. при 0,2 <Р*(МПа)< 0,6; 1400 <л(мин1)< КОСО; 0,05 <С*< 0,15;

Матрица планирования многофакторного эксперимента'включала У опытов, ^причем каадыя повторялся триады. Определение значений коэффициентов выполнено методом наименьших квадратов.

Уменьшение эмиссии для дизелей связывают прежде всего с уменьшением дымности (0) и окислов азота (Шх) в отработавших газах. Анализ зависимостей (рис. 7.} показывает, что присадка воды к топливу приводят к снижению дьмности во всем диапазоне

иагругок. Так, при переходе на В7Э сяи-чени* (0) яаблэдаловь па 1?. ..40%, ь уавиокмости от рздима работы льига-?еля (Ре) я С*. Максимальное ояк>ение окислов азота в ОГ составило 1Б%, лу'чзгие результаты Сайт получены при С* 202. Это объясняется пре.+дз всего сии.уек/еи лзюльннх значений тенперчтуры рабочего т>-ла в камере сгоронЯ/1', При испытании других дизелей были получены аналогичные ре&ультаты, которье приведены в таблицах 1 й 2. 600

Рис. 7. Нагрузочная характеристика дизеля В-55э при п - 3800 ьФ. : --дизельное топливо;- — -ВГЗ( Су-12%) ----тЗТ5(Сь-2ОХ).

... 'Таблица 1■ Результаты испытаний дизеля" Я-54 (40кБг; п-НОО ьжн"')

7. }1,0 % со " Ж)х 7. 0

- 0 0,23 0, £71 20

о 0,15 0,020 11 ■

10 < 0,12 0,011 э

• Тоблкт 2 . Результата испытаний днэегз' . вРАЧ-185 (0,6 пПОы; П-11СО УМ-';

- % а, о СО (мг/м) КОх (иг/м) у». Ъ

- 0 1 . 560 175 ■

Ю \ -180 - ТС < 5 . ■ Ж»

- 20 - - ;37

Ю+АРМА - 2Г.

Экспериментально установлено изменение характеристик дизеля в зависимости от .схемы подключения ОК-аипарата в топливную систему (рис. В. ), которая должна быть выполнена проточной через контур рециркуляции. СК-аппарат устанавливается в непосредственной близости or ТНВД перед топливоподкачивающим насосом. При этом подача воды непосредственно в кавитационную каверну обеспечивает получение высокодисперсной эмульсии, дале при малой степени рециркуляции (0,8...0,3).

Рис.8. Схема включения СК-04 в топливную систему :, 1- ТФГО; 2- СК-04; 3- Т1И1; 4- ТФТО; 5- ТНВД; б- форсунки.

В этой же главе приводятся результаты исследования защитных свойств БТЗ. Для их измерения использовался экспресс-метод частотных характеристик и прибор "ЭПСИЛОН-М", который по заключению ЮШ ГСМ (г. Кунцево) может быть использован в качестве квалификационного. Сопоставление результатов измерений, полученных традиционными методами и методом частотных характеристик, показало, что, чем выше значения выходных частот,тем хуже заяуггные свойства топлива.

Излученные результаты экспресс-измерений (рис.9.) показывали, что при эмульгировании дизельного топлива наблюдается снкаение выходных частот пропорционально концентрации водной фазы. - . «

Такое,, снижение частот связано с накоплением статического электричества при трении в плунжерной паре в образующихся элементарных. конденсаторах "вода-топливо". Присутствие и периодическое обновление элементарных конденсаторов не только демпфирую? разряды в системе "металл - диэлектрик - металл", но и способствуют рассеивании заряда* вне фрикционных пар. Таким образом, наблюдаемое снижение частот может быть расценено как

- 35 - •

ííowív-h;',.» скорого аодотоплйьнгйс эмульсий, но только в

ко-.' п-х-лг работы ялу:м*ркой пары насту-

пит |»шрл/-.кп упогйнугых конденсаторов; время релаксации (сте-канил еоатазл^/т 10. ..35 í.-iíнуг. Шеледушал коагуля-

¡ji'ri л;■:■.:.!"; .Uvw и ^шлем;;-:* сгободяоЛ воды на поверхность í-eT'i.';.-",¡ л-;;"г к о^екгпохнл-и'-'оско;'; коррозии н :;оте-

!>> iTo/u^-j'o-j'ii-: деталей.

ô í:vViV!,.n:é слоссСа зма топлньяоя йдларс.туры был зкбран /.•"■'.VA'ce;-;;;.'!, треОу.-лмИЯ оло;о;ых орга?М-ч-г1у:онно -те.ч"<>;-;ес-

v. xajari'opj.'C'vr^i длзельиого а'о- Л

я ВТЗ о разлг-люй ксицептрзцлгй. r-одн <Су):

2 - Cv-4% ; - 3 - СУ-81 ; - '

3 - "НГ"( О, CS'ï) ; - 0 - i>-5X + nW"(0,0ï5Z). . -í - Сч-lZ + "£¡"40,015%);

Была иоолгдоваяа композиция НГ-203р, представляли^ собой судьфонатное соединение. В незначительных концентрациях композиций да-ЙОЗр оказалась пригодной для ¡юььменил как эацитних свойств, так и стабильности эмульсии. Гезультаты измерений показывают также,что увеличение концентрации защитной присадки не обязательно ведет к повышению положительного эффекта. Поэтому, для конкретных условий эксплуатации необходим тщательный подбор состава ВТЭ. В частности, для ВТЭ на основе дизельного топлива (Я-0,2-40 Г00Т305-82) целесообразно принять концентрацию НР-203р (Рязанского 11113) не выше 0,05£, при этом даже через 170 часов дисперсность водной Фазы с 6... 10 раз выше аналогичной водной фазы в ВТЭ без присадки.

В четвертой главе приведен расчет технике-экономической эффективности использования ВТЭ, получаемой в суперкавитирушях аппаратах типа СК-04. Выполненные расчеты предполагаемого экономического Э'|'|чч;та показывают, что целесообразность применения ВТЭ зависит от мощности двигателя, их количества и разности удельных расходов топлива. Использование ВТЭ будет рациональным при снижении удельного расхода топлива не менее 5%, а . срок окупаемости при этом составит от 1 до 5 месяцев в зависимости от мощности двигателя.

Расчет экономического эффекта от применения ВТЭ для двигателя В-55в (мощностью 426 кВт) позволил определить зависимости срока окупаемости : лооо

^Го* = —0,067, лет (17) и годового экономического эффекта :

• Яод = 48-Г1-0,39,наи.КРБ. (18) где к - количество двигателей в серии.

. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработана методика расчета процесса сгорания и оценки качества рабочего цикла при работе дизеля на ВТЭ, учитывающая изменение теплоемкости и количества рабочего тела от концентрации дисперсной фазы в эмульсии. Математическая модель позволяет определить целесообразную (из соображений экономичности) концентрацию воды в ВТЭ. Сравнение результатов теоретических исследований и эксперимента показало их сходимость в пределах 8... 10%.

2. Экспериментальны* исследования доказали перспективность использования СК-аяпаратов в топливной системе дизеля при условии получения ВТЭ заданной дисперсности (менее 5 мкм) и оптимальной концентрации воды (15...20%). Установлено,что нельзя использовать СЙ-04 в качестве топливоподкачиващего насоса, та)« как это приводит к разрушению генерируемой суперкаверны.

3. Результаты стендовых испытаний подтвердили экономическую целесообразность перевода дизелей на ВТЗ. В зависимости от типа двигателя и релима его работы сокращение удельного расхода топлива составляет 7... 20%. При повышении максимальной температуры рабочего цикла оптимальная присадка воды возрастает. Во всех случаях отмечается устойчивая работа двигателя пр:: содержании воды в эмульсии до 30%. При снижении нагрузки эффект эмульгирования падает. Поэтому использование ВТЗ на рездиах.холостого хода не целесообразно.

4. Испытания шогоцилиндровых дизелей S-55B, Д-54,8РАЧ-185 "ПШШИК" показали, что присадка воды к топливу приводит к снигкению как ды.'.шости (до 40%), так и окислов азота (до 122) з отработавших газах на всем протяжении нагрузочного и скорост-.чого режимов работы. Положительное влияние. присадки воды возрастает пропорционально ее процентному содержанию при условии получения выоокодисперсной эмульсии.

5. Использование СИ-аппарата в качестве гомогенизатора топлива способствует улучшению процесса смесеобразования и ' сгорания топлива, о чем свидетельствует снижение удельного расхода топлива до 4,5%, при этом дыыность уменьшается в 1,2 раза при малых нагрузках и в 1,3 раза - при номинальной..

6. Снижение температуры отработавших газов до 100 С при неизменных эффективных показателях открывает дополнительные воз-модности форсирования дизеля по среднему эЗДеютвному давленка. .■

7. Введение в ВТЭ защитных антикоррозионных присадок тиса "НГ" позволяет уменьшить вредное влияние релаксациозшо-проз-лешшх явления на сохранность прецизионных поверхностей ?оп-яивиой аппаратуры от электрохимической Kopposffii, как лра кратковременной, так "и длительной стоявке д'^гехя. 2а а зилу того, что HP- 203р обладает слабыми свойствами орот;5В "ыжрсбиолопь ческого поражения топлива, следует дополнительно использовать, антимикробную присадку.

- 18 -

Основное еолер.уздяе диссертации опубликои'-шо п работах :

1. Испольгооаяис каьигйцко'шзй обработки топлиьа к г-одотошшь-üoñ змудьсни д.ся игменеиия параметры. работ дизелей ¡ш-

много транспорта / ГЬдякоь д. П., Немчин А. ff-, , ¿кйюв В. " , Савченко Б,В.// СО*. Проблемы а«ергосбере>.екии, ьш. И. - К. : 3993. -С. 17-25.

2. Суперкавитацйокпая обработка дизельного тогши« а то >:■> пользование/ Акимов В. R , Памкоа А. П. //Tea. докл. мсдэгр. и. -v. семинара "Обеспечение наделиооти г»койлу»?ац;м 5TIÎT в Шйоках" <16-17 кньарл 1931 Г. 5 -Jtei'.: КШЧГУ,1091. -C.2J-2V.

3. Акимов Е В. Методика оценю? процесса огоранкл ьологолл.!шю;: эмульсии а дизеле. -Рус. - Доп. г. ПГП> Украины. J vO'3. -15 с.

4. Кос?*« а В. , Ахи'.оь ЕЕ Пйшкмшз ci«o¿cnt топлиьних эмульснЛ. -Рус. -Деп, в ГЬТБ Укрз;:.-л;. - Ь'-;>л-: i 9S3. -7 с.

5. Axifeoii В. В. Иекс-торке вопроси «'■юлььоьоь';;.! ?>Ш ь >"!eá¡;o;¡ процессе училица. / УчеО;ю-ыогод;'чеок;;й сборник, -!'.«•.-!••: КЗШ,' 1G2Q. -с. 15-24

G. Л. С. 331759. Устройс-П'.о ДЛЙ 0ТКЛ»Ч*1Ш UWKtt^y/nOiÜ'KXÄs ;. . Акимов R R , Аиисимоь И. Л. , ;ieo;;c¡í Ii В.

Подписано к печати 21.05.1993!-. 'Гор;.;:;? e-Oxú-l^iC Еушга офсетная Усл. -яеч. л:;от 1.0. Уч. изд. л;;от 1,0. Заказ 224 Бесплатно

Тип. Киевского институте- 'Сухопутных войск, 252057, Киеь-67, ул. Дггтяреиская, 19