CC BY
11
УДК 621.44.3:678-462
ГРИЦУК 1.В., к.т.н., доцент (Дон1ЗТ)
Системний пщхвд до проектування i досл1дження комплексних систем комбiнованого прогрiву ДВЗ
Актуальшсть
Розвиток двигунобудування
здiйснюeться в умовах жорстких еколопчних i економiчних вимог, що постiйно посилюються, як призводять до пiдвищення складностi конструкци двигунiв внутрiшнього згорання (ДВЗ), зокрема систем охолодження, мащення тощо. Це накладае специфiчнi вимоги до процесу експлуатаци ДВЗ, особливо, в умовах несталих температурних i наван-тажувальних режимiв роботи.
При експлуатаци ДВЗ в умовах низьких температур виникае проблема 'х безаварiйного запуску й тдготовки до прийняття навантаження (попереднш про-грiв). Ефективнiсть використання ДВЗ значною мiрою залежить вщ часу, що ви-трачаеться на допомiжнi операци. Однiею з таких операцш е передпускова тдготов-ка ДВЗ, яка мютить у собi комплекс захо-дiв, що забезпечують впевнений i безпеч-ний пуск двигуна й тдготовку його до прийняття навантаження.
Засоби теплово'' пiдготовки, що ви-користовуються в останнiй час, не забез-печують виконання сучасних вимог за часом прорву двигуна до прийняття навантаження. При використанш традицшних методiв теплово'1 пiдготовки, як правило, не придшяеться необхiдна увага рiвномiр-ностi розiгрiву картерно'1 оливи що, як на-слiдок, призводить до обмеження його ви-трати через сполучення двигуна при запуску й прогрiвi до прийняття навантаження. Аналопчно, традицшш методи не дозволяють пiдтримувати температуру охолоджуючо'' рiдини в розгалужених системах охолодження енергетичних i
транспортних установок при 1'х тривалому зберiганнi й при пщготовщ до пуску. Усе це попршуе експлуатацiйнi якосп ДВЗ i перешкоджае реалiзащi закладених показ-ниюв 1'х надiйностi.
Використовуванi на сьогодення комплексы системи теплово'1 пiдготовки транспортних засобiв при задовiльних те-хнiко-економiчних показниках обiгрiвачiв не забезпечують потрiбну ефективнiсть використання тепла й не дозволяють пов-ною мiрою виконати вимоги, що висува-ються до транспортних i енергетичних за-собiв на сучасному етат. Цi вимоги не повною мiрою задовольняються навiть при збшьшенш теплово'1 потужностi пвдг-рiвачiв, що обмежуеться швидкiстю по-ширення тепла по матерiалу блоку вщ цилiндрiв до пiдшипникiв колiнчастого валу. Збшьшення теплово'1 потужностi пiдiгрiвачiв пов'язане зi збiльшенням його габаритних розмiрiв i споживанням електроенерги акумуляторних батарей.
Разом з тим, проектування й вироб-ництво нових агрегатiв передпусково'' пщ-готовки вимагае додаткових витрат. У цьому зв'язку становить штерес вирiшення зазначених проблем на основi модершзаци базових систем теплово'' тдготовки. Досвщ конструювання, розрахункiв i експлуатаци рiзноманiтних засобiв i технологiй теплово'' пiдготовки двигунiв внутрiшнього згоряння накопи-чувався десятилiттями й достатньо добре висвгглений у технiчнiй лiтературi [1].
Однак у силу свое'' складносп проблема теплово'' пiдготовки машин до пуску й прорву тсля пуску ще не одержала оптимального розв'язання i як i ранiше залишаеться актуально''. У той же час ре-
зультати дослiджень i практичних розро-бок свiдчать про можливють й вирiшення на рiвнi, який багато в чому визначить можливють i ефективнiсть експлуатацй ДВЗ у сучасних умовах.
Анал1з публжацш
Для полегшення пуску i прорву двигуна на кафедрi рухомого складу зал> зниць Дон1ЗТ було створено систему комбшованого прогрiву ДВЗ й проведен вiдповiднi дослiдження [2, 3, 8]. Для за-стосування цих конструктивних ршень i розробок при подальшому створеннi ком-плексних систем комбшованого прорву ДВЗ було використано юнуючий досвiд створення комплексних систем техшчних об'eктiв и систем машин [4, 5, 6]
Мета роботи
Мета роботи - створення методоло-пчно'' системи, що дозволяе формувати пiдхiд до проектування i дослщження комплексних систем комбiнованого прорву ДВЗ.
Основний матер1ал
Дослiдження ефективност комплексних систем комбiнованого прорву ДВЗ включае в себе: вибiр критерйв для оцiнки енергетично'' та економiчноi ефективностi системи та на 'х основi вибiр оптимально'!' конф^урацй схеми комплексно'!' комбшовано'' системи, опти-мальних енергетичних параметрiв схеми, конструктивних та режимних характеристик елеменлв схеми, екологiчних характеристик системи прорву ДВЗ.
Оскiльки об'ект дослiдження у за-гальному випадку е численним класом систем, що використовують рiзноманiтнi джерела енергй для комплексного комбь нованого прогрiву широкого спектру ДВЗ, то для визначення найбшьш суттевих еле-ментiв i зв'язкiв в системi доцiльно пред-
ставити й формалiзовану схему. На рис. 1 представлена формалiзована схема комплексно'' системи комбшованого прорву ДВЗ - об'екту дослщження. На схемi представлен основнi енергетичнi потоки та 'х перетворення вiд входу до виходу системи.
Основним джерелом первинно'' енергй в системi е оргашчне паливо й повiтря, призначенi для теплового двигуна. В якосл додаткових джерел енергй використовуються будь-яю джерела енергй, що виникають в системi в результатi роботи ДВЗ у складi з генератором (теплова енерпя ДВЗ, теплова енерпя вiдпрацьованих газiв (ВГ) ДВЗ, теплова енерпя, що накопичуеться в допомiжних системах ДВЗ при його робот тощо), яка за сво'м енергетичним потенщалом та питомiй вазi нижче за ос-новну, проте дозволяе створити бшьш гнучкiшу i адаптовану систему. Мехашчна робота, яка генеруеться двигу-ном внутрiшнього згорання,
використовуеться для подальшого пере-творення в електроенергiю, або для приводу машин i механiзмiв, у тому числi i на власш потреби. Утилiзоване тепло систем охолодження, мащення, живлення та вих-лопних газiв теплового двигуна, залежно вщ споживача, використаеться для нагрiву, в першу чергу, теплоноая для теплових акумуляторiв (ТА) фазового переходу системи, або - для технолопчних потреб.
Комплексне поеднання системи комбiнованого прорву ДВЗ до системи енергй вщ додаткових (вiдновлюваних при робот ДВЗ) джерел у вигшцц тепла вщносно низького потенцiалу
технологiчно можливо виконати в контурах окремих допомiжних систем ДВЗ i додаткових блоюв. Рiзнi види енергй, рiзний потенщал, i, вiдповiдно, й енерге-тична цшнють в рiзних точках системи; наявнють процесiв багатократного перетворення одних видiв енергй в шш^ залежнiсть процесiв i параметрiв системи вщ режимiв навантаження споживача,
ускладнюють використання традицшних внутршнього згорання методiв дослiдження, яю використову- технологiчних процесах. ються при розрахунках двигушв
або
Вiдпрацьованi
Електро-генератор Мел
Рис. 1. Формалiзована схема комплексно'' системи комбшованого прогрiву ДВЗ
в
Дослiдження комплексних систем комбшованого прорву ДВЗ мае ряд важливих аспекпв, а саме: поеднання парам етрiв та об'емiв рiзних видiв енергп, що генеруються ДВЗ, з енерге-тичними та режимними параметрами додаткових джерел енерги системи i споживачами; структура i
стввщношення видiв енергетично'' продукцп для елеменлв системи, що виробляються в нш; оптимiзацiя параметрiв можливих схем i процесiв в системi. Задача подальших дослiджень -використання методiв системного, термодинамiчного i термоекономiчного дослiдження для аналiзу ефективностi та оптимiзацii комплексних систем
комбшованого прорву ДВЗ у складi вiдновлюваних, при роботi ДВЗ, джерел енергп, що пов'язанi з розвитком енергозбер^аючих технологiй та ращональним використанням паливно-енергетичних ресурсiв [4].
Методолопчною основою оцiнювання та вибору елеменпв та способiв тдвищення ефективностi комплексних систем комбшо-ваного прорву ДВЗ е системний тдхщ [3,5], який достатньо широко використову-еться при проведеннi дослiджень як на ста-дй проектування, так i в процесi експлуата-ци систем ДВЗ, й машин в цшому. У вiдпо-вiдностi до [3] основним критерiем вiдне-сення елемента до комплексно' системи е його участь в комплексних процесах систе-
ми, а для Bce6Ï4Horo розгляду i аналiзу елементв i взаeмозв'язкiв мiж ними та дослщження властивостей видиено'' системи ïï потрi6но представити в систем-них об'ектах (вхiд, процес, вихщ, зворо-тнiй зв'язок i обмеження). Для оцшки впливу конструктивних i технолопчних фактов на передпусковий про^в ДВЗ i прискорений прогрiв тсля його пуску запропоновано дослiджувати систему „Комплексний ком6iнований прогрiв ДВЗ", представлену в системних об'ектах, що показана на рис. 2.
В системi видшено чотири основ-них процеси [6], яю послiдовно пов'язанi мiж собою:
- перетворення хГмГчно'' енергй па-лива в теплову та мехашчну, тобто ро-бочий процес ДВЗ ^вень А);
- передача енергп вiд елементiв ДВЗ уташзацшним теплоо6мiнникам комплексно'' системи ком6iнованого прорву, тобто робочий процес накопи-чення бросово'' теплоти вiд вiдпрацьованих г^в (ВГ) та випромiнювання окремими елементами самого ДВЗ ^вень D);
- передача енергп з перетворенням параметрiв накопичено" теплоти, тобто виро6ничi процеси роботи теплових акумуляторiв (рiвень Е);
- передача енергп з перетворенням параметрiв теплоти прогрiваемого ДВЗ, тобто робочi процеси прогрiву ДВЗ ^вень F).
Входом системи загалом i процесу рiвня А служать паливо (зв'язана хiмiчна енергiя) i пов^ря, якi поступа-ють в робочий процес ДВЗ. На цьому етат роботи системи вщбуваеться ви-значення основних теплових параметрiв дослщжуваного двигуна, що можуть бути визначеш експериментальним або розрахунковим шляхом, за допомогою вiдомих сучасних математичних про -грам типу Dizel-RK, ANSYS, MSC-NASTRAN, StarCD, ADAMS, CFX та шшг Тут вщбуваеться визначення i
формування вихщних даних ДВЗ, що будуть потрiбнi для вах подальших дослiджень за допомогою запропоновано'' системи. Щодо комплексного дослщження в означенш системi для ДВЗ енергетично' установки (дизель-електростанцiя, когенерацiйнi установка, тощо) нео6хiднi енергетичнi пара-метри двигуна для системи охолодження, системи мащення, системи живлення, сис-теми випуску, тобто вщпрацьованих г^в. Щодо комплексного дослiдження в означенш системi для ДВЗ транспортного засобу або енергетичного транспортного засобу з електричною тягою нео6хiднi ^м вже описаних вище енергетичнi параметри транспортного засобу або енергетично'' установки, що характеризують параметри допомiжного впливу на систему комбшованого прорву, а саме параметри електропвд^ву окремих елементiв системи, характеристики шших видiв нагрiвачiв або пiдiгрiвачiв, параметри системи рекуперацп енергп транспортного засобу при гальмуванш [7]. Послщовнють i змГст процесу отримання вихщних даних ДВЗ представлено на рис.3.
В результат робочого процесу двигуна поряд з корисним виходом для даного дослщження (тепловi параметри (тепловий баланс) ДВЗ i теплота вщпрацьованих газ1в на вщповщному режимi роботи ДВЗ) утворюеться супутнш або некорисний вихщ (продукти згорання, як сукупнють велико'' кшькост шкГдливих та нешкщливих компонентiв ВГ i невикористана теплова енерпя ВГ).
процес
А:
■ - вхiднi данi блоку
"-II
д = - вихiднi данi блоку [ | - зворотнiй потiк блоку
■ вплив середовища енергетичний потiк _^ - масовий пош = iнформацiйний потiк
В:
у
о| Вихвдн1дат
ВЗ Г^Н блоку рiвня В и
С:
D:
E:
F:
J:
Управлiння процесом прогрiву: - за заданим законом прогрiву (умови експлу-атацп); - в залежностi вщ енергетичних вимог (умови конструкцiйнi); - в залежност вiд еко-л опчн их вим ог ( ви м оги ста нда ртв)
Рис. 2 . Система «Комплексний комбiнований прогрiв ДВЗ»
Рис. 3. Послщовнють i змiст процесу отримання вихщних даних ДВЗ (рiвень А)
Системний об'ект рiвня В описуе комплексну систему комбiнованого прогрiву. Енергетичний вихщ процесу рiвня А е входом процесу рiвня В. Результатом передачi енерги на рiвень В е вихщ "" вiд сформовано'' комплексно'' системи комбiнованого прогрiву на цьому рiвнi, яка залежить вщ взаемоди енергiй окре-мих елемешив, що входять в дослiджувану систему. Параметрами, що можуть варшватись на цьому рiвнi мо-жуть бути параметри i характеристики (рис. 4): штатно'' системи охолодження, теплових акумуляторiв фазового переходу, утилiзацiйних теплообмшниюв, системи прискореного прогрiву (за допомо-гою елементiв примусового прискорення циркуляцп робочих рiдин), системи прискореного на^ву (за допомогою додат-кових елементiв нагрiву в системах ДВЗ), визначенш параметри (елементiв) системи комбшованого прогрiву (первинний (вхiдний) мониторинг системи охолод-
ження (по визначених температурних зонах двигуна), системи мащення, системи живлення), характеристики окремих елементiв дослщжуемо" системи (коефщ-енти апроксимаци), що не увшшли в попереднiй пункт, тобто параметри з'еднувальних елемешив системи. Вхщ-ними параметрами блоку рiвня В е тип двигуна, об'ем системи охолодження (або шшо" допомiжноi системи ДВЗ), маса двигуна, потужнють ДВЗ, витрата палива на номшальному режим^ умови експлуа-таци, режим роботи ДВЗ в цшому i особ-ливостi функцiонування окремих систем. Вихщними параметрами блоку рiвня В е кшькють тепла, яка вiдводиться до системи охолодження (й до шших систем), кшькють тепла, що необхщна для попе-реднього прорву ДВЗ i його окремих систем, попередш потужностi ТА окремих допомiжних систем i для ДВЗ в цшому.
Рис. 4. Послщовнють вибору елементiв для формування структури схеми
комбiнованого прогрiву
Для управлшня робочим процесом ДВЗ з метою зближення показниюв вихо-ду iз заданими показниками служить зво-ротнш зв'язок, що е складовою частиною кожного з означених процеав ^вень А, Б, Е, Е), а також присутнш на рiвнi В.
Так на рiвнi А забезпечуеться управлшня основними експлуатацшними параметрами й особливостями конструкцп ДВЗ, тобто управлшня типом двигуна, складом сумiшi палива й повпря (тепловi параметри), випередженням запалювання i (або) впорскування, рециркуляцiею, тур-бонаддувом та iн.
На рiвнi В забезпечуеться управлiн-ня складом, параметрами й особливостя-ми конструкцп комплексно'' схеми комб> нованого прорву, тобто оптимальний склад i конструкщя схеми в залежностi вiд рiзноманiтних технологiчних потреб. Ене-ргетичний вихвд процесу рiвня В е входом процесу рiвня Б.
На рiвнi Б забезпечуеться управлiн-ня складом, параметрами й особливостя-ми конструкцп уташзацшних теплооб-мiнникiв системи.
На рiвнi Е забезпечуеться управлiн-ня складом, параметрами й особливостя-ми конструкцп теплових акумуляторiв фазового переходу, що можуть бути розта-шован в рiзних системах ДВЗ або в окре-мих елементах конструкцп (блоках).
На рiвнi Е забезпечуеться управлш-ня складом, параметрами й особливостя-ми конструкцп штегровано'' системи ком-
бiнованого прогрiву ДВЗ при здшсненш прогрiву.
Системнi об'екти „вхвд - процес -вихвд" ^вень А) та „зворотнш зв'язок" утворюють саме ДВЗ як тдсистему «Комплексного комбшованого прогрiву ДВЗ» зi сво'ми системними властивостя-ми. Системнi об'екти на рiвнях Б i Е та 'х „зворотш зв'язки" утворюють тдсистему забезпечення теплового режиму ДВЗ i йо-го елементiв. Системний об'ект на рiвнi Е та „зворотнш зв'язок" утворюють пiдсис-тему процесу прорву двигуна в загальнш системi забезпечення теплового режиму ДВЗ i його елементiв у складi комплексно' комбiнованоi системи прогрiву.
Системний об'ект рiвня С описуе процес мониторингу комплексно'' системи комбiнованого прорву ДВЗ. 1нформа-цiйний вихiд процесу рiвня С е входом процесу рiвня Б. Результатом передачi шформацп про енергетичний стан ДВЗ i його допомiжних систем е температурш параметри всiх означених елементiв на протязi часу роботи системи комбшованого прорву i часу охолодження вах до-помiжних систем ДВЗ. В цшому в блоцi С здшснюеться монiторинг, як попереднiй, так i робочий, причому , як для окремих елементiв системи комбшованого прорву, так i для допомiжних систем дизеля в цшому, тобто ввдбуваеться монiторинг (аналiз) теплових зовшшшх i внутрiшнiх параметрiв дослщжуемо'' системи. Вхiд-ними параметрами блоку рiвня С е клiма-тичш умови роботи ДВЗ, режим роботи
ДВЗ, специфiчнi умови пуску i прогрiву ДВЗ, кшькють пускiв за добу. Вихiдними параметрами блоку рiвня С е термш часу, за який температура ДВЗ знижуеться до вщповщно" величини, рекомендаци (команда до управляючих систем системи комбiнованого прогрiву) про необхщнють прогрiву ДВЗ (або окремо' допомГжно" системи) та iнтервалу часу прорву.
Системнi об'екти рiвнiв D i Е опи-сують процеси, що протiкають в системах забезпечення теплового режиму двигуна або енергетично' установки i 11 елементiв, а саме на рiвнi D вщбуваеться опис про-цесу передачi теплово' енергГ' вiд елемен-тiв ДВЗ утилГзацшними теплообмшника-ми комплексно' системи комбшованого прогрiву. Енергетичний вихiд процесу р> вня D е входом процесу рiвня Е. Результатом передачi теплово' енергГ' вiд елемен-тiв ДВЗ утилiзацiйними теплообмшника-ми комплексно' системи комбшованого прорву е величина ввдбрано" теплоти i термш '' накопичення. Для вЫе" системи комбшованого прорву цi параметри можливо роздiлити в порядку розрахунку енергетичних показниюв окремих утиль зацiйних теплообмшниюв: для охоло-джуючо' рiдини, для оливи з системи ма-щення; для системи живлення; для робо-чих рiдин; для вiдпрацьованих газiв ДВЗ. Вхiдними параметрами блоку рiвня D е потужнiсть окремих ТА, витрата теплоти ДВЗ i вщпрацьованих газiв, температура та склад вщпрацьованих газiв, температу-ри окремих технолопчних рiдин, густина ВГ й шших технологiчних рiдин, тип та параметри теплообмшнимв, витрата теплоносiя через теплообмшники, параметри теплоносГ'в. Вихiдними параметрами блоку рiвня D е потужнють теплообмiнникiв, розмiри
теплообмiнникiв.
Системний об'ект рiвня Е описуе процес передачi енергГ' з перетворенням параметрiв теплоти, а саме робочi процеси теплових акумуляторiв фазового переходу. Енергетичний вихщ процесу рiвня Е е
входом процесу рiвня F. Результатом пе-редачi теплово' енергГ' з перетворенням параметрiв теплоти тд час виконання ро-бочих процеав теплових акумуляторiв фазового переходу е кшькють теплоти i час '' вiддачi ТА елементу (систем^ дви-гуна або ДВЗ в цшому. Для вае" системи комбшованого прорву розрахунок робо-чих процеав (режимiв роботи) теплових акумуляторiв фазового переходу окремих елементв (систем) можливо роздшити на окремi етапи: розрахунок процесу зарядки ТА, монГгоринг теплового акумулятора, розрахунок теплового акумулятора у ре-жимi зберiгання теплоти, розрахунок теплового акумулятора на режимi розрядки. Так, послщовнють розрахунку робочих процеав (режимiв роботи) основного теплового акумулятора (ТА) фазового переходу системи комбшованого прорву ДВЗ, наведена на рис. 5. Вхщними параметрами блоку рiвня Е е необхщна кшь-кiсть тепла для прорву елемента або системи ДВЗ вщ температури навколишньо-го середовища до задано', тип ТА, параметри ТАМ параметри теплообмшних апаратв зарядки та розрядки ТА, параметри теплоносГ'в зарядки та розрядки, характеристика теплоГзоляцп ТА. Вихщними параметрами блоку рiвня D е уточнена потужнiсть ТА, уточнена маса теплоакумулюючого матерiалу (ТАМ), час зарядки ТА, час розрядки ТА, час збер^ання теплоти ТА.
Внаслщок взаемодГ' пiдготовленого (нагрiтого) теплоносiя через комплексну систему комбшованого прорву вщбуваеться передача енергГ' з перетворенням параметрiв теплоти, а саме процес прорву ДВЗ ^вень Вхiдними параметрами блоку рiвня F е маса ДВЗ, об'ем системи охолодження (або шших допомГжних систем), параметри теплоносш, швидкiсть циркуляци теплоносiя та характер '' змь ни. Виходом пiдсистеми F i системи зага-лом е: на етат виходу блоку прогрiву ДВЗ: час прорву ДВЗ до задано' температури, витрата палива при про^в^ ви-
киди шкiдливих речовин з ВГ при прогр1вц а на етат виходу з тдсистеми Е i, ввдпо-вiдно, системи загалом: парам етри елеме-нтiв системи комбшованого прогрiву: по-тужнiсть ТА, необхвдна маса ТАМ, поту-жнють теплообмiнника, параметри тепло-
носив, закони циркуляцп теплоносив, ви-трата пального на рiзних режимах прогрь ву ДВЗ, викиди шкiдливих речовин з ввд-працьованими газами на рiзних режимах прогрiву ДВЗ.
Розрахунок робочих процес1в (режим1в роботи) основного теплового акумулятора (ТА) фазового переходу
1 г 1 г 1 г 1 г
розрахунок процесу зарядки теплового акумулятора мониторинг теплового акумулятора розрахунок теплового акумулятора у режим1 збер1гання теплоти розрахунок теплового аку-мулятора на режим1 роз-рядки
Рис. 5. Послщовнють розрахунку робочих процеав (режимiв роботи) основного теплового акумулятора (ТА) фазового переходу системи комплексного комбшованого прорву ДВЗ
На рiвнi Е на етат виходу з блоку прорву ДВЗ послщовно проводиться розрахунок процесу прорву допомiжних систем двигуна (елементiв двигуна). Для системи охолодження ДВЗ, як приклад, проводяться наступш розрахунки (рис. 6): розрахунок процесу прорву ДВЗ з системою прискореного прорву та тепловим акумулятором; розрахунок процесу про-^ву ДВЗ з системою прискореного прорву; розрахунок процесу прорву ДВЗ з системою прискореного на^ву i системою прискореного прорву; розрахунок процесу прогрiву ДВЗ iз штатним двигу-ном; монiторинг теплових параметрiв сис-теми охолодження. Для системи мащення ДВЗ проводяться наступш розрахунки (у зв'язку з обмеженютю розмiрiв статтi у збiрнику схеми розрахунку шших систем не наводяться): розрахунок процесу про-грiву ДВЗ з системою прискореного прорву та тепловим акумулятором; розрахунок процесу прорву ДВЗ з системою прискореного прорву; розрахунок процесу прорву ДВЗ з системою прискореного на^ву i системою прискореного
прорву; розрахунок процесу прогрiву ДВЗ iз штатним двигуном; монiторинг теплових параметрiв системи мащення. Для системи живлення ДВЗ проводяться наступш розрахунки: розрахунок процесу прорву ДВЗ з системою прискореного прорву та тепловим акумулятором; розрахунок процесу прорву ДВЗ з системою прискореного прорву; розрахунок процесу прорву ДВЗ з системою прискореного на^ву i системою прискореного прорву; розрахунок процесу прогрiву ДВЗ iз штатним двигуном; монiторинг теплових параметрiв системи живлення. Для системи випуску (утилiзатор теплоти - ка-талiзатор) ДВЗ проводяться наступш роз-рахунки: розрахунок процесу зарядки утилiзатора теплоти - каталiзатора; мош-торинг (теплового акумулятора) утилiза-тора теплоти - каталiзатора; розрахунок (теплового акумулятора) утилiзатора теплоти - каталiзатора у режимi збер^ання теплоти; розрахунок (теплового акумулятора) утилiзатора теплоти - каталiзатора на режимi розрядки; розрахунок еколопч-них параметрiв процесу прогрiву ДВЗ.
Рис. 6. Послщовнють розрахунку прогрiву системи охолодження ДВЗ за допомогою елементiв системи комплексного комбшованого прогрiву ДВЗ
Також на цьому рiвнi (рис. 1) на ета-пi виходу з блоку рiвня F послiдовно проводиться розрахунок наступних парамет-рiв комплексно' системи комбiнованого прогрiву транспортного засобу або енер-гетично' установки: еколопчш показники попереднього прогрiву пуску та тсля пускового прорву дослiджуемого двигуна; паливно-економiчнi показники роботи до-слiджуемого двигуна при про^вц терм> новi характеристики роботи дослщжуемо' системи комбiнованого прогрiву; тепловi характеристики роботи дослщжуемо" системи комбшованого прорву.
Зворотнш зв'язок (рiвень I) управляе процесами рiвнiв А, В, D, Е i F для реаль зацп заданого закону прорву Q = /)
або Q = /(1°С) (в залежносп вiд умов експлуатацп), або в кожний момент, коре-ктуе прогрiв ДВЗ (пщтримуе «термоста-тизм» дослiджуваного двигуна) в залежносп вiд енергетичних вимог (конструк-цiйнi умови), чи в залежносп вiд еколоп-чних вимог (вимоги юнуючих стандартiв), через завдання вiдповiдних значень тем-ператури охолоджуючо' рiдини, оливи з системи мащення i палива з системи жив-лення ДВЗ.
Означенi параметри визначають те-пловi режими роботи ДВЗ ^вш А i В), тобто значення температур ДВЗ на вщпо-
вщних режимах роботи для утилiзацii те-плоти з метою накопичення '' в утилiза-цiйних теплових акумуляторах, що необ-хiдно, щоб забезпечити «термостатизм ДВЗ» в умовах експлуатацп i для реалiза-цп того чи iншого закону прогрiву ДВЗ.
Система „Комплексний комбiнова-ний про^в ДВЗ" функцiонуе в зовнш-ньому середовищi i е вщкритою, тому що обмiнюеться з середовищем як речови-ною, так i енергiею, а також iнформацiею. Основнi взаемозв'язки з середовищем, якi враховуються при дослiдженнi системи:
ЕА1 - iз середовища, яке характери-зуеться тиском ^0, температурою То i вiдносною вологою (Ро поступае паливо i повiтря в процес рiвня А;
ЕА2 - середовищу вщдаеться час-тина теплово' енерги, отримано' в процесi рiвня А;
ЕА3 - в середовище поступае супу-тнш вихiд процесу рiвня А (продукти зго-ряння Мпз ,частина теплово' енергй' Ет );
ЕВ1 - середовищу вщдаеться час-тина теплово' енерги, яка утворюеться в процеа рiвня В (враховуються втрати те-плоти при використанш тих чи шших за-собiв в структурi комплексно' системи комбiнованого прорву);
ЕС1 - середовищу вiддаеться час-тина теплово' енерги, отримано' в процеа
попереднiх рiвнiв або накопичено'' енерге-тичною установкою. Середовище харак-теризуеться тиском /р, температурою
То, вiдносною вологою (рд, вiтром, сш-гом тощо;
ЕБ1 вiдображае взаемодiю теплоо-бмiнникiв комплексно'' системи комбшо-ваного прогрiву iз зовнiшнiм середови-щем, характеризуеться тиском /р , температурою Т0, вщносною вологою (о, вЬ-ром, сшгом тощо;
ЕЕ1 вiдображае взаемодш тепло-вих акумуляторiв iз зовшшшм середови-щем, характеризуеться тиском /0 , температурою То, вщносною вологою (о, вЬ-ром, сшгом тощо;
ЕЕ1 вщображае взаемодiю ДВЗ в процес прогрiву iз зовшшшм середови-щем, характеризуеться тиском /о , температурою То, вщносною вологою (о, вгт-ром, снiгом тощо;
ЕЛ враховуе шформащю, що хара-ктеризуе транспортнi, атмосфернi та iншi умови, що характернi для реальних умов експлуатацп.
В якостi обмеження для працюючого ДВЗ, як пвдсистеми «Комплексного ком-бiнованого прогрiву ДВЗ» розглядаються визначеш величини граничних викидiв забруднюючих речовин, для системи зага-лом - значення мЫмально'' допустимо'' температури техшчних рiдин для здшс-нення пуску ДВЗ в рiзноманiтних умовах експлуатацп, тобто цiлi функцюнування системи, якi визначають екологiчний рь вень надiйностi системи i спроможносп до здiйснення пуску.
Таким чином, запропонована система сформована у ввдповвдносп до основ-них системних принцитв:
- визначено цш функцiонування комплексного комбiнованого прогрiву ДВЗ як системи;
- видшено основш процеси системи, якi забезпечують досягнення цих цшей;
- видiлено основш функцюнальш елементи та вiдношення мiж ними через оцiнку 'х учасп в процесах системи;
- для вах процесiв визначено пара-метри управлшня (зворотнi зв'язки) з метою зближення показниюв виходу iз зада-ними показниками;
- вiдображенi найсуттевiшi взае-мозв'язки iз середовищем.
В системi «Комплексний комбiнова-ний прогрiв ДВЗ» пщсистемою, яка ви-значае рiвень надiйностi системи i спро-можносп до здiйснення пуску i прискоре-ного прогрiву за критерiями ресурсозбе-реження, ефективностi накопичення теп-лоти, паливовикористання та зменшення забруднення середовища, е ДВЗ, а запро-понований пщхвд дозволяе систематизу-вати можливi схеми комплексних комбi-нованих систем прорву ДВЗ та досль джувати вплив рiзних елементiв в них на ефективнють прогрiву ДВЗ для забезпе-чення енергетично'' безпеки при здшснен-нi пуску i прогрiву пiсля пуску в розроб-ленiй моделi функцiонування системи.
Висновки
Запропонована система «Комплексного комбшованого прогрiву ДВЗ» з еле-ментами прискореного прогрiву i тепло-вими акумуляторами фазового переходу дозволяе за допомогою системного пвдхо-ду проводити дослiдження процесу пе-редпускового прогрiву ДВЗ i прискореного нагрiвання пiсля його пуску до температур двигуна, що дозволяють приймати навантаження, у рiзних умовах навколиш-нього середовища, а також конструктив-них параметрiв та складових елеменпв системи комплексного комбшованого прорву ДВЗ, а на основi дослiджень проводити конструювання '"' елементiв.
Список лiтератури
1. Алексеев В. А. Приближенный расчет теплового режима системы, состоящей из тепловой трубы и фазопере-
ходного теплового аккумулятора / Тепловые трубы и тепловые насосы. Сб.научн.ст. Минск: 1991,- С.65-75.
1. Патент на корисну модель UA № 50378, МКП (2009) F01P 3/22. Система регулювання температури охолоджуючо'' рiдини двигуна внутршнього згоряння для приводу електроагрегата / 1.В. Грицук, З.1. Краснокутська, Д.С. Адров - Опубл. 10.06.2010 Бюл. №11, 6с.
2. Патент на корисну модель UA № 62417, МКП F01P 3/22 (2006.01). Система регулювання температури охолоджуючо'1 рiдини газопоршневого електроагрегату з утилiзацieю теплоти з тепловим акумуля-тором / 1.В. Грицук та iн. -0публ.25.08.2011, Бюл. №16, 5с.
3. Матейчик В.П. Формування цiльових функцiй вибору енергоустановки за критерiями еколопчно'' безпеки // Вюник КДПУ. - Кременчук, КДПУ -2003. - №7. -с.125-128.
4. Вашуркин И.О. Тепловая подготовка ДВС мобильных транспортных и строительных машин зимой. Санкт-Петербург: Наука, 2002. — 145 с.
5. Ивахненко А.Г., Юрачковский Ю.П. Моделирование сложных систем по экспериментальным данным. М.: Радио и связь, 1987. - 120 с.
6. Грицук, 1.В. Алгоритм формування оперативно'' готовносп двигуна внут-ршнього згорання з системою прискоре-ного прогрiву й утилiзацieю теплоти вщп-рацьованих газiв тепловим акумулятором [Текст] / 1.В.Грицук, Д.С. Адров та ш. -Збiрник наукових праць Донецького ш-ституту залiзничного транспорту Укра'н-сько'1 державно'' академп залiзничного транспорту. - Донецьк: Дон1ЗТ, 2012- Ви-пуск №29, с. 143-156
7. Черняк Ю.В. Фiзична модель рекуперативно' системи маневрового тепловозу / Ю.В.Черняк, Ю.В.Прилепський, 1.В.Грицук // Монографiя. - Донецьк: Дон1ЗТ. 2010. -196с. ISBN 978-966-8707-28-5
8. Особливост експериментально' стацюнарно' моторно' установки й методики для дослщження системи прискоре-ного прорву двигуна та утилiзацii теплоти його вщпрацьованих газiв тепловим акумулятором. [Текст]. / Д.С. Адров та ш. // Збiрник наукових праць Донецького ш-ституту залiзничного транспорту - Донецьк: Дон1ЗТ, 2011 - №28., С. 179-189.
Анотацн:
У статп наведет результаты формування системи «Комплексний комбшований прогр1в ДВЗ» з прискореним прогр1вом 1 тепловими аку-муляторами фазового переходу, що дозволяе за допомогою системного тдходу проводити досль дження процесу передпускового прогр1ву ДВЗ 1 прискореного нагр1вання тсля пуску ДВЗ до температур двигуна, яш дозволяють приймати наван-таження, у р1зних умовах навколишнього середо-вища, а також конструктивних параметр1в та скла-дових елеменпв системи комплексного комбшо-ваного прогр1ву ДВЗ, а на основ1 дослщжень проводити конструювання И елеменпв.
В статье приведены результаты формирования системы «Комплексный комбинированный прогрев ДВС» с ускоренным прогревом и тепловыми аккумуляторами фазового перехода, которая позволяет с помощью системного подхода производить исследование процесса предпускового прогрева ДВС и ускоренного нагрева после пуска ДВС до температур двигателя, которые позволяют принимать нагрузку, в различных условиях окружающей среды, а также конструктивных параметров и составных элементов системы комплексного комбинированного прогрева ДВС, а на основе исследований проводить конструирование ее элементов.
The results of the formation of the "Comprehensive warm-engine combination" with rapid heating and thermal batteries, phase transition, which allows you to use a systematic approach to make the study process, preheating combustion engine and accelerated after the start of heating to temperatures of engine output, which can take the load in different environmental conditions and design parameters and the constituent elements of an integrated combined heating of internal combustion engines, and based on research
carried out construction of its elements.
