CC BY
41
_______МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №8/2015 ISSN 2410-700Х________
Пенетрация исходного битума составила 97. Введение в него 20% резиновой крошки снижает пенетрацию до 56. Во всём интервале концентраций девулканизующих агентов битум сохраняет свою марку БНД 40/60, в то время как исходный битум имел марку БНД 90/130. Как видно, все модифицированные битумные составы обладают значительно большей твёрдостью, чем немодифицированный битум. При этом зависимости носят экстремальный характер с максимумами, согласующимися с данными по Тр. [6] Наименее эффективным девулканизующим агентом оказался ацетонанил, наилучшим - неозон.
Список использованной литературы:
1. Папин А.В., Игнатова А.Ю., Макаревич Е.А. Пути утилизации отработанных автошин и анализ возможности использования технического углерода пиролиза отработанных автошин. - Вестник кузбасского государственного технического университета. 2015. №2 (108). С. 96-100.
2. Шабаев С.Н., Иванов С.А. Развитие технологии получения и эффективного использования в Кузбассе композиционных полимерно-битумных вяжущих на основе резиновой крошки. - Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2014. №3(8). С. 63-72.
3. Асадуллина З. У., Яковлев В. В. Подбор рецептуры битумного вяжущего с добавкой кровельной крошки и особенности технологии приготовления асфальтобетонных смесей. - Электронный научный журнал нефтегазовое дело. 2013. №1. С. 383-390.
4. Тагер А.А. Физико-химия полимеров. М.: «Научный мир», 2007.
5. Аюпов Д.А., Макаров Д.Б., Харитонов В.А. Однородные битумно-резиновые вяжущие строительного назначения. - Уфа: «Омега Сайнс», 2015. - с.23-25.
6. Аюпов Д.А., Мурафа А.В., Казакулов Р.И. Влияние девулканизатов резины на температуру размягчения битумов. - Уфа: «Омега Сайнс», 2015. - с.21-24.
© Д.А. Аюпов, А.В. Мурафа, Р.И. Казакулов, 2015
УДК 621.436.004.5 (035)
Басаргин Владимир Данилович
Доктор техн. наук, профессор ТОГУ, г. Хабаровск, РФ E-mail: [email protected]
РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ГАЗОДИЗЕЛЯ ПО ЕГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКЕ
Аннотация
В статье приводятся материалы расчетно-экспериментальных исследований опытного образца «Мини-ТЭС» созданного на базе газогенератора и газодизеля при работе на стационарных режимах нагрузки. Для оценки энергетических возможностей газодизеля вводится понятие «энергетическая оболочка» и описывается методика её графического изображения.
Ключевые слова
«Мини-ТЭС», энергетическая оболочка, газодизель, крутящий момент, частота вращения, скоростная
характеристика.
Газодизели наряду с газопоршневыми двигателями широко применяются в практике рядовой эксплуатации во всем мире. Внимание к изучению выходных параметров их работы все больше возрастает в связи с актуальностью результатов исследований в области альтернативной энергетики, в частности, использования газифицированного твердого топлива (например, при утилизации твердых органических отходов) [1, с. 195-204].
В Тихоокеанском государственном университете (ТОГУ, г. Хабаровск) оборудована научноисследовательская лаборатория «Источники энергии на нетрадиционных видах топлива» («ИЭНВТ»), в
25
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №8/2015 ISSN 2410-700Х
которой создан опытный образец «Мини-ТЭС» на базе газогенератора и дизеля (энергетическая установка защищена патентом [2]). Опытный образец установки исследовался в комплектации как с дизельгенераторном на базе двигателя ЯМЗ-238 (мощностью 100 кВт), так и с дизелем АМ-01М, который использовался в составе стенда для исследования неустановившихся режимов частотным методом.
Во время доводочных работ «Мини-ТЭС» дизель-агрегаты были адаптированы для использования в качестве основного топлива генераторного газа, получаемого с помощью газогенератора из любых органических отходов. Общий вид оборудования опытного образца «Мини-ТЭС» приведен на рисунке 1.
а) б) в)
Рисунок 1 - Общий вид оборудования опытного образца «Мини-ТЭС»: а -
газогенератор; б - фильтр-охладитель генераторного газа; в - газодизель с
утилизаторами тепла от ДВС и трубопроводом подачи генераторного газа
Используемый в данной комплектации «Мини-ТЭС» двигатель А-01М в дизельной комплектации всесторонне исследовался автором данной статьи в течение многих лет при выполнении НИР по заказам ведущих дизелестроительных заводов и центральных НИИ. Результаты исследований опубликованы (более 150 работ) в открытой печати.
Исследования были направлены на повышение мощности и экономичности дизеля при имитации работы в реальных условиях эксплуатации. Однако мировая практика доказывает, что современные конструкции двигателей достигли такого совершенства, что серьезных улучшений мощностных и экономических показателей добиться не удается.
Применение альтернативных видов топлива с малой себестоимостью их получения наиболее эффективно для решения задачи эффективного использования двигателей внутреннего сгорания. Особенно актуально решение этой проблемы для удаленных и труднодоступных населенных пунктов.
В лаборатории «ИЭНВТ» ТОГУ имеется техническая возможность выполнения НИР по определению энергетических возможностей газодизеля в широком диапазоне изменений нагрузки, как в стационарных, так и в динамических режимах с применением разработанных ранее терминологии и методологии исследований для дизеля.
Цель данной статьи - оценка энергетических возможностей газодизеля с помощью предложенного автором понятия «энергетическая оболочка» (ЭО) во всем диапазоне стационарных скоростных и нагрузочных режимов.
Используя известную функциональную схему работы дизеля (см. рис. 2) и схему изменений крутящего момента по частичным статическим скоростным характеристикам [3, с. 161-162] (см. рис. 3) как аналог для газодизеля, имеется возможность изображения ЭО при работе на статических режимах.
26
международный научный журнал «символ науки»
№8/2015
ISSN 2410-700Х
Мдт Мпт
Рисунок 2 - Функциональная схема газодизеля в составе машинного агрегата: 1 - дизель; 2 - потребитель энергии; 3 - регулятор скорости; 4
В составе любого машинного агрегата ДВС выполняет функцию преобразования химической энергии топлива в механическую работу в виде крутящего момента (Мкр) при соответствующих значениях угловой скорости вращения коленчатого вала (ют).
В теории двигателей внутреннего сгорания (ДВС) принято (ГОСТ 10448-80) представлять зависимость его выходных параметров (в том числе и Мкр) от входных (g ц, ют) в виде скоростных характеристик. Графиков скоростных характеристик для ДВС можно получить сколь угодно много. Однако стандартное их изображение на графиках не позволяет получать одновременную информацию о величинах измеряемых параметров, т.к. отсутствует ещё одна координата цикловая подача топлива (для дизелей её приближенно оценивают по положению рейки ТНВД).
Рисунок 3 - Схема статических скоростных характеристик газодизеля
Учитывая то, что при использовании ДВС в реальных условиях эксплуатации таких скоростных характеристик необходимо иметь бесконечно большое количество, представление их в виде, предусмотренном ГОСТом, не представляется возможным. Особенно это относится к классу транспортных силовых установок с процессом преобразования энергии по дизельному типу, снабженных всережимными регуляторами скорости.
27
_______МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №8/2015 ISSN 2410-700Х______________________
Применительно к газодизелю для построения графиков его «энергетической оболочки» принимаем допущение, что с энергетической точки зрения цикловая подача газообразного и жидкого топлива для соответствующих скоростного и нагрузочного режимов эквивалентны применение его правомерно.
Это означает, что величине крутящего момента в точке а соответствует настройка регулятора на скоростной режим, равный Юа. Однако при настройке РС на данный скоростной режим можно получить сколько угодно много кривых изменений крутящего момента (ПДПДУ) путем изменения положения упора на выходе рейки ТНВД, которые называются частичными характеристиками, но РС будет вступать в работу уже при других скоростях вращения коленчатого вала, которые соответствуют точкам пересечения оси Юкв с перпендикулярами, опущенными из точек а 2, аз,а4 .
Настройки РС на другие (частичные) скоростные режимы (например, Юс, Юа и др.) будут ограничивать область возможных преобразований дизелем энергии. Это можно проследить по графику 2, представленному на рис. 3 (см. характер изменения величины Мкр):
• при настройке РС на номинальный скоростной режим (Юа), когда диапазон Мкр будет представлять собой непрерывную линию, образованную множеством точек на участке кривой I (включая точки d, c, а, и др.), и множество значений на отрезке 1 (а, а2, аз, а4 и т.д. - регуляторная ветвь характеристики);
• на скоростном режиме Юс (точки по кривой I, d, c, ci, С2, сз, c4);
• на скоростном режиме Юа (точки по кривой I, d, di, d2, d3, d4).
Ограничивая величину выхода (перемещений) рейки ТНВД (уменьшая цикловую подачу топлива) при тех же настройках РС на другие скоростные режимы (например, Юс, Юа), видим, что изменение крутящего момента будет происходить по кривым II, III и IV через точки d и с с соответствующими индексами (безрегуляторная ветвь характеристики), затем - по линиям отрезков 2 и 3 от точек С2, сз, С4 соответственно через точки сз, С4, ci (регуляторная ветвь характеристики).
В данной статье предлагается метод графического изображения величин крутящего момента ДВС в зависимости от величин цикловых подач и скоростей вращения коленчатого вала, которые существуют во всем диапазоне реально возможных режимов его эксплуатации.
Если принять при построении характеристики правую координатную систему (рис. 4) и отложить по оси ординат координату, пропорциональную частоте вращения коленчатого вала (nra) или угловой скорости вращения (Юкв), по оси абсцисс - координату, пропорциональную величине перемещений рейки ТНВД (Ир) или цикловой подаче топлива в цилиндры двигателя (g^, а по оси аппликат - величине крутящего момента на валу газодизеля (Мкр), то совокупность всех точек функции Мкр = f ^р, Юкв) в принятом координатном пространстве будет представлять собой поверхность, ограниченную замкнутой ломаной линией, состоящей из кривой abcd, отрезков аа1, а^1, did. На этой поверхности располагаются все точки, принадлежащие, например, отрезкам bbi, cci и множеству других, которые фактически являются регуляторными ветвями скоростных характеристик (см. рис. 3) при настройках РС на соответствующие скоростные режимы.
Полученную таким образом поверхность, которая объединяет все возможные при реальной эксплуатации значения крутящих моментов дизеля, предлагается называть «энергетической оболочкой» газодизеля. Для каждого ДВС в соответствии с его техническим состоянием существует одна энергетическая оболочка, которая изменяется только с какими-то изменениями в дизеле (например, регулировки в топливной аппаратуре и фазах газораспределения, износы в цилиндропоршневой группе и т.д.).
Энергетическая оболочка (см. рис. 4) дает возможность полного представление о всех возможных сочетаниях режимов преобразования энергии при различных инициативных воздействиях на органы управленияДВС. Механизм воздействий, осуществляемых оператором, можно проиллюстрировать с помощью приведенных рисунков. Так, например, при настройке регулятора на номинальный скоростной режим, крутящий момент будет изменяться по кривым I, II, III, IV и т. д. до соответствующих точек а, а2, аз, а4 и т. д., затем от этих точек до точки а1 на регуляторной ветви характеристики (отрезок 1, см. рис. 3) в зависимости от инициативного ограничения hр выхода рейки ТНВД (отрезок 4, рис. 3).
28
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №8/2015 ISSN 2410-700Х
Рисунок 4 - Пример изображения энергетической оболочки газодизеля при работе на статических
режимах
При тех же условиях значениям крутящего момента на энергетической оболочке дизеля (см. рис. 4) будут соответствовать точки по всем кривым dcba (с соответствующими индексами) до отрезка aai и далее от точки пересечения на этом отрезке до точки ai.
С изменением настройки РС происходит ограничение энергетических возможностей дизеля, которые на рис. 3 будут представлены регуляторными ветвями (отрезки 1, 2 и 3), а на рис. 4 это будут образующие поверхности, соответственно, для отрезков aai, bbi, cci и ddi. Таким образом, при работе ДВС на регуляторе каждой точке, расположенной на поверхности энергетической оболочки и отражающей величину крутящего момента, соответствует одно сочетание цикловой подачи топлива и угловой скорости вращения коленчатого вала. Например, точкам аз, Ьз, сз, d3 соответствует положение рейки ТНВД hр5 при угловых скоростях вращения коленчатого вала, равных координатам точек аз, Ьз, сз, ds по оси ют.
Чтобы определить величину крутящего момента дизеля при любом сочетании цикловых подач и угловых скоростей вращения коленчатого вала, необходимо соединить точки (а1, bi, ci, di) на отрезке линии цикловых подач холостого хода с точками (ша, юь, Юс, ша), определяющими величину настройки регулятора на скоростной режим и с точками (а, Ь, c, d) на внешней границе оболочки. Затем провести линии цикловых подач (или перемещений рейки ТНВД) до пересечения с отрезками, полученными при соединении точек на отрезке линии холостого хода и настроек регулятора на соответствующий скоростной режим (aiQa, Ыюь, ci®c, diQd). Из точек пересечения (а5, Ь5, С5, d5) восстановить перпендикуляр до пересечения с отрезками, соединяющими aia, bib, cic, did. Координаты полученных точек аз, Ьз, Сз, d3 по оси аппликат (крутящего момента) дадут его значение для соответствующих настроек на скоростной и нагрузочный режимы.
Список использованной литературы:
i. Басаргин В.Д. Энергетическая установка на базе газогенератора и дизеля для утилизации органических отходов с получением электрической и тепловой энергии малой себестоимости / В.Д. Басаргин // Автомобильный транспорт Дальнего Востока-20!2: материалы шестой международной науч.-практ. конф.
29
_______МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №8/2015 ISSN 2410-700Х____________________
(Хабаровск, 13-16 сент. 2012 г.) / под общ. ред. А.В. Фейгина. - Хабаровск: Из-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2012.- С. 195-204.
2. Установка для утилизации древесных отходов на базе газогенератора / Басаргин В. Д. // Патент РФ № 2348860 от 10.03.2009.
3. Басаргин В.Д. Разработка методологии исследования и технического обеспечения для анализа и улучшения работы дизеля на неустановившихся режимах: дис. ... д-ра техн. наук / В.Д. Басаргин. - Барнаул, 2000. - 266 с. - Рукоп.
©В.Д. Басаргин, 2015
УДК 621.436.004.5 (035)
Басаргин Владимир Данилович
Доктор техн. наук, профессор ТОГУ, г. Хабаровск, РФ E-mail: [email protected]
МЕТОД ОЦЕНКИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ГАЗОДИЗЕЛЯ ПРИ РАБОТЕ НА
НЕУСТАНОВИВШИХСЯ РЕЖИМАХ
Аннотация
В данной статье приводится описание метода построения графика «энергетической оболочки» газодизеля для оценки энергетических возможностей при его эксплуатации в условиях неустановившихся режимов. Данный график может являться динамической характеристикой ДВС, которая позволяет не только объективно дать однозначный ответ о возможности применения ДВС в составе конкретной силовой установки, но и прогнозировать эффективность его использования в реальных условиях эксплуатации
Ключевые слова
Скоростная характеристика, динамическая энергетическая оболочка, газодизель, крутящий момент, угловая скорость коленчатого вала, неустановившийся режим работы ДВС.
Исследованиями установлено, что на неустановившихся режимах непрерывное изменение момента сопротивления на валу двигателя вызывает, прежде всего, изменение скоростного режима и величины цикловой подачи топлива. Однако эти изменения не соответствуют тем значениям, которые были получены при снятии на стенде завода изготовителя статических характеристик.
В реальных условиях эксплуатации стандартная статическая энергетическая характеристика ДВС деформируется (искажается). В данной статье эту деформированную энергетическую характеристику газодизеля предлагается называть «динамической энергетической оболочкой».
Причин отклонений динамической характеристики от исходной (статической), которая может быть получена только на неустановившемся режиме, довольно много, и они изучены еще недостаточно. Имеющиеся в литературе аналитические зависимости для получения динамических характеристик не учитывают взаимосвязи параметров неустановившегося режима и ДВС, поэтому усилия конструкторов и исследователей, направленные на улучшение показателей только в стационарных условиях, в реальных условиях эксплуатации не могут быть полностью реализованы.
Предлагаемая в данной работе «динамическая энергетическая оболочка» ДВС при графическом изображении в системе координат представляет собой поверхность, объединяющую совокупность точек, соответствующих мгновенных значений крутящего момента при рассматриваемых параметрах неустановившегося режима.
Взаимодействие всех звеньев этой сложной динамической системы и их характеристики на разных режимах изменения нагрузки не одинаковы и зависят от динамических свойств каждого из составляющих звеньев.
30
