Тепловая напряженность цилиндропоршневой группы дизельного двигателя, конвертируемого в газовый




Скачать 255.04 Kb.
НазваниеТепловая напряженность цилиндропоршневой группы дизельного двигателя, конвертируемого в газовый
страница1/3
Дата конвертации27.02.2013
Размер255.04 Kb.
ТипАвтореферат
  1   2   3


На правах рукописи


Богославцев Роман Викторович


тепловая напряженность цилиндропоршневой группы дизельного двигателя, конвертируемого в газовый


Специальность: 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы в нефтяной и

газовой промышленности.


Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук


Москва – 2009

Работа выполнена в обществе с ограниченной ответственностью «Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий – Газпром ВНИИГАЗ» (ООО «Газпром ВНИИГАЗ»).



Научный руководитель



доктор технических наук

Козлов Сергей Иванович

Официальные оппоненты:


доктор технических наук


Засецкий Владимир Георгиевич



кандидат технических наук

Коклин Иван Максимович

Ведущее предприятие:



Открытое акционерное общество «Автогаз» (ОАО «Автогаз»)



Защита состоится «____»____________2009 г. в ___.___ ч. на заседании диссертационного совета Д511.001.02 при ООО «Газпром ВНИИГАЗ» по адресу: 142717, Московская область, Ленинский район, п. Развилка


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ООО «Газпром ВНИИГАЗ».


Автореферат разослан «___»____________2009 г.


Ученый секретарь диссертационного

совета, кандидат технических наук И.Н. Курганова


Общая характеристика работы

Актуальность темы.

Мировой парк автомобилей, работающих на компримированном природном газе (КПГ), вырос в 2007 году на 2 млн. единиц (36%) и превысил 7,5 млн. Потребление природного газа как моторного топлива увеличилось на 30% по сравнению с показателями 2006 года.

В нашей стране газовые двигатели серийно не производятся, проблема решается за счет конвертирования, в частности, дизельных двигателей. Однако, вопросы обеспечения надежности и долговечности при конвертировании дизельных двигателей в газовые изучены недостаточно.

При конвертировании изменяется рабочий процесс двигателя, характер тепловых потоков и теплонапряженность его деталей, прежде всего цилиндропоршневой группы (ЦПГ), являющейся основным элементом, определяющим его долговечность и надежность.

Обеспечение теплонапряженности деталей ЦПГ на уровне базового двигателя требует проведения серьезных теоретических и экспериментальных исследовании для сохранения показателей надежности и долговечности двигателя. Поэтому задача расчета и прогнозирования температурных полей в ЦПГ, формирующихся под влиянием различных конструктивных, регулировочных и эксплуатационных факторов при конвертировании дизеля в газовый двигатель, является актуальной.

Цель диссертационной работы.

Разработка расчетно-экспериментальных методов оценки тепловой напряженности ЦПГ серийного дизельного двигателя, конвертируемого в газовый, и влияние на нее различных конструктивных и регулировочных факторов для определения эффективности конвертации в процессе доработки и опытной эксплуатации.

Основные задачи работы:

  • выбор и обоснование метода измерения локальных температур в деталях ЦПГ при конвертации дизельного двигателя;

  • создание экспериментальной установки для исследования теплонапряженности деталей ЦПГ конвертированных газовых двигателей;

  • проведение аналитических и экспериментальных исследований теплонапряженности цилинропоршневой группы конвертируемого газового двигателя КамАЗ-740.13Г;

  • создание математической модели и усовершенствование компьютерных программ для оценки теплонапряженности поршня газового двигателя;

  • разработка технических решений и конструкторской документации по конвертированию дизеля в газовый двигатель с сохранением его эксплутационных характеристик и их реализация на базе проведенных стендовых испытаний.



Научная новизна.

Усовершенствована разработанная в МГТУ им. Н.Э. Баумана модель теплообмена в камере сгорания газового двигателя, применимая для исследования теплонапряженности любых дизельных двигателей с диаметром цилиндра до 150 мм, конвертируемых на природный газ.

Усовершенствован метод измерения локальных температур неподвижных и движущихся деталей двигателя с использованием кристаллических измерителей максимальной температуры.

Впервые определены термические граничные условия III рода для теплового состояния поршня двигателя с искровым зажиганием, работающего на природном газе.

Уточнены значения эмпирических величин для газовых двигателей в формуле осредненного по поверхности камеры сгорания коэффициента нестационарной теплоотдачи предложенной МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Защищаемые положения:

  • уточненный теоретически и экспериментально обоснованный метод измерения локальных температур, основанный на использовании кристаллических измерителей максимальной температуры;

  • методика и реализующая ее экспериментальная установка для исследования теплонапряженности ЦПГ газовых двигателей;

  • усовершенствованная модель рабочего процесса и теплонапряжёности основных деталей цилиндропоршневой группы газового двигателя;

  • научно обоснованные и экспериментально подтвержденные рекомендации по конструктивным изменениям дизельных двигателей размерности 12/12 при их конвертировании для работы на природном газе по циклу V=const.

Практическая ценность и реализация работы:

  • разработаны практические рекомендации по конвертированию дизеля КамАЗ-7405 (8ЧН 12/12) в газовый двигатель КамАЗ -740.13.Г;

  • сформулированы требования к конструкции поршня, обеспечивающие сохранение уровня теплонаряжённости газового двигателя на уровне базового на всех рабочих режимах;

  • разработанные технические средства и методика измерения локальных температур ЦПГ, математические модели и компьютерные программы могут быть использованы при конструировании конвертируемых на природный газ дизелей мощностью 250-350 кВт;

  • результаты работы применены в Георгиевском ЛПУМГ ООО «Газпром трансгаз Ставрополь» при конвертировании двигателя седельного тягача КамАЗ-5410 на природный газ, используемого в настоящее время для перевозки сжиженного углеводородного газа. Они также распространены для использования в другие газотранспортные предприятия ООО «Газпром».



Апробация работы:

Основные положения диссертационной работы обсуждались на:

  • 4-ой российской национальной конференции по теплообмену «Радиационный и сложный теплообмен. Теплопроводность, теплоизоляция» (Москва, 2006);

  • 7-ой конференции молодых работников ООО «Газпром трансгаз Ставрополь» (Георгиевск, 2008);

  • заседании научно-технического совета ООО «Газпром трансгаз Ставрополь» (Ставрополь, март 2009);

  • заседании секции «Транспорт газа и промышленная безопасность» Ученого Совета ООО «Газпром ВНИИГАЗ».

Публикации.

Основные положения диссертационной работы изложены в 9 печатных работах, в том числе 1 в издании, включенном в «Перечень рецензируемых научных журналов и изданий ВАК Минобрнауки РФ».

Объем и структура диссертационной работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы. Работа изложена на 133 страницах и включает в себя 9 таблиц, 53 рисунка. Библиографический список содержит 95 наименований.


Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и задачи диссертационной работы, определены объект и предмет исследования.

В первой главе проведен анализ расчетно-теоретических и экспериментальных методов определения температурных полей поршня быстроходных дизелей.

По его результатам в данной работе предпочтение отдано экспериментальному методу, разработанному в ИАЭ им. И.В. Курчатова Российской академии наук, основанному на применении кристаллических измерителей максимальной температуры (ИМТК), получаемых облучением нейтронами в ядерном реакторе алмаза и карбида кремния.

Анализ различных расчетно-теоретических методов определения локальных тепловых нагрузок на основные детали двигателя позволил сделать вывод о необходимости затраты существенных временных ресурсов при моделировании влияния каждого из параметров. Поэтому в работе было решено использовать экспериментальные методы исследования тепловых нагрузок.

Анализ методов решения задач теплопроводности показал, что расчет теплового состояния поршня следует провести в трехмерной постановке с использованием численных методов. При этом выбран метод конечных элементов, как наиболее применяемый в современных программных комплексах, в таких, как, например, ANSYS.

В главе обоснован выбор метода индицирования рабочего процесса в отдельном цилиндре двигателя и требования к конструкции экспериментальной установки для его реализации.

Вторая глава посвящена описанию экспериментальной установки и методики проведения экспериментальных исследований теплового состояния поршня газового двигателя.

В главе проведено обоснование выбора объекта исследования – дизельного двигателя КамАЗ-740.13-260.

Проведенные аналитические исследования показали, что для конвертирования дизеля КамАЗ-740.13-260 в газовую модификацию необходимо обеспечить:

  • доработку отверстия под форсунки в головке цилиндров для установки свечей зажигания;

  • доработку камеры сгорания в поршне с целью снижения степени сжатия и организации рабочего процесса с внешним смесеобразованием;

  • доработку впускных коллекторов для установки электромагнитных клапанов распределенной фазированной подачи газа;

  • доработку маховика двигателя для установки датчика частоты вращения и отметки ВМТ;

  • установку датчика фазы с приводом от распределительного вала;

  • установку газового коллектора;

  • установку электроуправляемого дроссельного узла на впускном тракте;

  • применение промежуточного охлаждения наддувочного воздуха;

  • создание системы зажигания с микропроцессорным управлением;

  • установку процессора для микропроцессорной системы управления;

  • трассировку и установку жгута проводов с разъемами.

С учетом выработанных условий осуществлено конвертирование дизельного двигателя КамАЗ-740.13-260 в его газовую модификацию, получившую наименование КамАЗ-740.13Г.

Технология конвертации дизеля в газовый двигатель с искровым зажиганием предусматривала доработку камеры сгорания в поршне, производимую с учетом результатов расчетных исследований по влиянию геометрии камеры сгорания на мощностные и топливно-экономические показатели газового двигателя. В дизеле КамАЗ-740.13-260 используются поршни со смещенной от оси цилиндра камерой сгорания, имеющей выступ (рис.1).

На основании расчётных исследований были сформулированы требования к конструкции поршня газового двигателя. По результатам, которых был увеличен объем камеры сгорания с целью снижения степени сжатия с 17 до 11,53, при которой обеспечивается бездетонационное сгорание топлива на всех режимах. Доработка камеры сгорания включала срезание выступа и увеличение





Рис. 1. Поршень дизеля КамАЗ-740.13-260 со смещенной от оси цилиндра камерой сгорания.

Рис. 2. Поршень газового двигателя КамАЗ-740.13Г с увеличенным объемом камеры сгорания.


ее диаметра, в результате получилась центральная цилиндрическая камера с закруглением у основания (рис.2).

Доработка впускных коллекторов предусматривала установку электромагнитных клапанов подачи газа непосредственно у впускного клапана каждого цилиндра. Газовый коллектор для питания газом был установлен в развале блока цилиндров, а соединение с клапанами производилось при помощи дюритовых шлангов.

Датчик частоты был установлен на картере маховика, что обеспечивало хорошую доступность к нему с целью диагностики и замены. Для формирования сигнала частоты и верхней мертвой точки (ВМТ) на маховике были профрезерованы 58 выступов.

Датчик фазы смонтирован в развале блока цилиндров на валу привода топливного насоса высокого давления дизеля.

Кроме того, был установлен дроссельный узел с электроприводом и датчиком положения дроссельной заслонки. Электропривод дроссельного узла позволил применить электронную педаль открытия дросселя.

Система зажигания с микропроцессорным управлением включала свечи зажигания, провода высокого напряжения, индивидуальные катушки зажигания, индуктивный датчик частоты и процессор с силовым блоком. Оптимальные характеристики угла опережения зажигания определялись в процессе отработки алгоритма микропроцессорной системы управления (МПСУ) при стендовых испытаниях.

Для снижения тепловых нагрузок деталей цилиндропоршневой группы было применено промежуточное охлаждение наддувочного воздуха по схеме воздух – воздух с алюминиевым радиатором.

Структурная схема газового двигателя КАМАЗ-740.13Г с искровой системой зажигания, наддувом и микропроцессорной системой управления на базе дизеля КАМАЗ-740.13-260 представлена в диссертационной работе.

Путем оптимизации на всех режимах подачи топлива и угла опережения зажигания были обеспечены:

  • надежный пуск двигателя при различных температурах окружающего воздуха;

  • стабильная его работа на холостом ходу и снижение расхода топлива на прогрев;

  • выбор момента зажигания с учетом границ по детонации;

  • равномерность крутящего момента;

  • минимизация расхода топлива на всех режимах с учетом состава отработавших газов;

  • снижение выбросов токсичных веществ с отработавшими газами путем использования  - регулирования с последующей нейтрализацией токсичных веществ.

Индицирование двигателя проводилось с использованием высокоточного пьезокварцевого датчика давления производства фирмы AVL, обеспечивающего погрешность измерений в пределах 0,5%.

Основные характеристики газового двигателя КамАЗ-740.13Г, полученные при испытаниях, приведены в таблице1.

Таблица 1. Основные характеристики газового двигателя КамАЗ-740.13Г

Тип двигателя: газовый конвертированный из дизеля КамАЗ-740.13-260

Число и расположение цилиндров: 8V

Рабочий объем, см3: 10887

1. Номинальная мощность (Ne), кВт (л.с.)

176 (239,4)

2. Номинальная частота вращения (n), мин-1

2200

3. Максимальный крутящий момент (Me), Нм

910

4. Частота вращения при максимальном крутящем моменте, мин-1

1400 – 1500

5. Степень сжатия (ε)

11,53

6. Максимальный эффективный КПД

0,36


Испытания проводились на компримированном природном газе (состав согласно ГОСТ 27577-87).

Для проведения экспериментальных исследований теплового состояния основных нагруженных деталей быстроходного газового дизеля в работе был разработан и реализован бесконтактный метод измерения локальных температур с использованием кристаллических измерителей максимальной температуры (ИМТК), полученных при отжиге дефектов, возникших в алмазе или карбиде кремния под действием нейтронного облучения. Преимуществами этих датчиков являются простота их установки и извлечения, возможность установки в любой точке исследуемой детали. Относительная погрешность (если время их выдержки при проведении исследований одинаково) - ±3 0С

Применяемые ИМТК, изготовлены в ИАЭ им. И.В. Курчатова. Расшифровка датчиков после испытаний проводилась там же. Среднее квадратичное отклонение замеряемой температуры в температурном интервале 200-350 0С составляет  2-3 0С.

На рис. 3 приведена схема расположения датчиков температуры на головке и на поршне 1-ого цилиндра газового двигателя. Испытания проводились при номинальном режиме работы двигателя.



Рис. 3. Расположение датчиков температуры на головке и на поршне 1-ого цилиндра газового двигателя с наддувом КамАЗ-740.13.Г

(● –ИМТК Φ 1,0; ○ –хромель-копелевые термопары ХК Φ 0,7). Глубина расположения датчиков ~1,5 мм от тепловоспринимающей поверхности.


В таблице 2 приведены результаты измерения локальных температур в указанных на рис. 3 точках головки цилиндра и поршня.

Используемые для сравнения экспериментальные значения локальных температур базового дизеля КамАЗ-7405 при идентичном режиме работы получены ранее в МГТУ им. Н.Э. Баумана с двумя различными вариантами головки цилиндра. При этом экспериментальная головка обеспечивала повышенную на ~ 20 % интенсивность закрутки потока впускного воздуха по сравнению серийной головкой за счет специального профилирования впускного канала.

  1   2   3

Добавить в свой блог или на сайт

Похожие:

Тепловая напряженность цилиндропоршневой группы дизельного двигателя, конвертируемого в газовый iconВ данной дипломной работе исследовано влияние напряженно-деформированного состояния шатуна на работу шатунного подшипника. В качестве объекта исследования был
Роцесса, динамический расчет, уравновешивание двигателя, расчет маховика, расчет теплового состояния поршня, расчет на прочность...

Тепловая напряженность цилиндропоршневой группы дизельного двигателя, конвертируемого в газовый iconПовышение эффективности диагностирования цилиндропоршневой группы автомобильных двигателей путем совершенствования методов и средств распознавания ее состояний
Повышение эффективности диагностирования цилиндропоршневой группы автомобильных двигателей

Тепловая напряженность цилиндропоршневой группы дизельного двигателя, конвертируемого в газовый iconТехнический отчет о результатах проведенных испытании масляной дисперсии нанодисперсных порошков «nanovit» на автобусах Лиаз и Нефаз и влиянии данного состава на показатели работы автомобильного дизельного двигателя камаз-740. 31
«nanovit» на автобусах Лиаз и Нефаз и влиянии данного состава на показатели работы автомобильного дизельного двигателя

Тепловая напряженность цилиндропоршневой группы дизельного двигателя, конвертируемого в газовый iconАнализ состояния конкурентной среды в сфере энергетического угля
К каменным углям относятся марки: г (газовый), гж (газовый жирный), гжо (газовый жирный отощенный), д (длиннопламенный), дг (длиннопламенный...

Тепловая напряженность цилиндропоршневой группы дизельного двигателя, конвертируемого в газовый iconСайт группы 04-102 (2006 года поступления)
Электрическое поле в вакууме. Закон Кулона. Закон сохранения заряда. Напряженность электрического поля. Напряженность поля точечного...

Тепловая напряженность цилиндропоршневой группы дизельного двигателя, конвертируемого в газовый iconЛабораторная работа №1 Контрольный осмотр двигателя Цель работы
...

Тепловая напряженность цилиндропоршневой группы дизельного двигателя, конвертируемого в газовый iconАвтоматический стенд для контроля параметров акселерометра adxl202AE. Фото устройства см здесь схема привода шагового двигателя и способ управления приводом шагового двигателя
Схема привода шагового двигателя и способ управления приводом шагового двигателя

Тепловая напряженность цилиндропоршневой группы дизельного двигателя, конвертируемого в газовый iconЛабораторная работа №9 Испытание асинхронного короткозамкнутого двигателя
Ознакомиться с особенностями пуска и реверсирования, а также с работой двигателя при обрыве фазы

Тепловая напряженность цилиндропоршневой группы дизельного двигателя, конвертируемого в газовый iconВопросы к экзамену по электротехнике для группы э-31 Основные характеристики электрического поля: напряженность, электрический потенциал, электрическое напряжение. Диэлектрическая проницаемость
Общий случай неразветвленной цепи переменного тока: векторная диаграмма, коэффициент

Тепловая напряженность цилиндропоршневой группы дизельного двигателя, конвертируемого в газовый iconЭлектрическое поле. Напряженность электрического поля. Напряженность поля точечного заряда
...


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница