Введение к работе
Актуальность темы. Эффективность использования строительных машин (СМ) в северных регионах России (в связи с ужесточением экологических, экономических и др. требований к ним) во многом оценивается степенью рационального использованию различного рода энергий - механической, электрической, тепловой.
Эксплуатация СМ в условиях отрицательных температур окружающего воздуха (ОТ) в зимний период характеризуется дополнительными затратами различного рода ресурсов. Повышение расхода топлива двигателем внутреннего сгорания (ДВС), отмечаемое в нормативной документации, сопровождается снижением степени использования энергии, выделившейся при сгорании топлива. Ужесточение режима работы машин в условиях ОТ в северных регионах Западной Сибири сопровождается влиянием сопутствующих факторов, таких как: рост прочности разрабатываемого грунта; колебания влажности, ветра; сокращение светового дня и т.д. Негативное влияние вышеуказанных факторов сказывается на снижении ресурса узлов и элементов (ДВС и СМ в целом), при увеличивающихся затратах на проведение технического обслуживания и ремонта.
Одновременно с организационными методами (повышение норм расхода, применение зимних сортов ГСМ, рабочих жидкостей и т.д.), для снижения негативного влияния факторов, сопровождающих ОТ, применяются и исследуются методы адаптации конструкций машин. Развитие малой энергетики, энергосберегающих технологий, достигнутый предел энергии, которая может быть преобразована в работу в современных конструкциях двигателей СМ определяют актуальность исследований, направленных на улучшение энергетического баланса мобильных машин, эксплуатируемых в условиях ОТ. Сами строительные машины могут рассматриваться как замкнутые энергетические системы, потенциат которых может быть повышен путем утилизации потерь.
Способам повышения степени использования первичного топлива за счет утилизации потерь тепла многих технологических процессов уделяется все больше внимания. Однако, опыт оснащения СМ системами утилизации тепла (СУТ) ограничивается исследованием теплового режима двигателя, привода и кабины машиниста. Поэтому термоэлектрическим генераторам (ТЭГ), обеспечивающим прямое преобразование тепла потерь в электроэнергию, используемую для обеспечения растущего числа потребителей в электрооборудовании СМ, уделяется особое внимание, как в России, так и за рубежом.
В соответствии с вышеизложенным, работы по улучшению энергетического баланса строительных машин (на примере бульдозера Б-ЮМ), являются актуальными.
Цель исследования: Повышение эффективности строительных машин, эксплуатируемых в условиях отрицательных температур окружающего воздуха путем оснащения их системой утилизации тепла с термоэлектрическим генератором (СУТ ТЭГ).
Объект исследования: Система «Строительная машина - система утилизации тепла с термоэлектрическим генератором».
Предмет исследования: Рабочие процессы системы «Строительная машина - система утилизации тепла с термоэлектрическим генератором».
Научная новизна:
Разработана математическая модель процесса получения электрической энергии в термоэлектрическом генераторе системы утилизации тепла двигателя строительной машины на разных этапах ее функционирования;
Обоснована новая конструкция системы утилизации тепла с применением термоэлектрического генератора;
Получены закономерности влияния параметров рабочего цикла строительной машины и структуры СУТ на выходные параметры ТЭГ;
Разработана методика расчета и подбора материалов СУТ ТЭГ.
Практическая ценность. Заключается в использовании полученных зависимостей при конструировании СУТ ТЭГ, в методиках и рекомендациях по выбору оптимального соотношения параметров ТЭГ. Разработана и предложена к использованию конструкция СУТ ТЭГ, обладающая по сравнению со штатной системой электропитания потребителей рядом преимуществ: экономия топлива и снижение выбросов отработавших газов (ОГ) при получении дополнительной электрической энергии, возможность расширения номенклатуры и мощности потребителей тока, возможность работы потребителей при аварии. Получен патент РФ на изобретение по оригинальной конструкции СУТ ТЭГ.
Реализация результатов. Методики расчета СУТ ТЭГ использованы в ТюмГНГУ при создании лабораторной установки и ее макетных образцов, при проектировании опытного образца системы «СМ - СУТ ТЭГ». Макет разработанной СУТ ТЭГ прошел опытную проверку в условиях реальной эксплуатации (г. Тюмень). Результаты исследований используются в учебном процессе ТюмГНГУ. Опытный образец СУТ ТЭГ (глушитель-генератор) в настоящее время изготавливается для внедрения в ОАО «Сибнефтепровод» г. Тюмень
* *: -* «'
5 **-
На защиту выносятся:
Математическая модель процесса получения электрической энергии в термоэлектрическом генераторе системы утилизации тепла двигателя строительной машины;
Конструкция СУТ ТЭГ;
Закономерности влияния параметров расхода топлива ДВС СМ на выходные параметры ТЭГ;
Методика расчета СУТ ТЭГ для СМ, включающая математические модели определения выходных параметров ТЭГ на разных режимах;
Методика подбора материалов основных элементов СУТ ТЭГ.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены, обсуждены и одобрены на региональных научно-технических конференциях (Тюмень 1998г, 2002г), международных научно-практических конференциях (Тюмень 2002г, 2004г.), на научно-практическом семинаре международной выставки-ярмарки «Город-2002», «АЗС комплекс-2002», «Автосалон-2002», на научно-технических семинарах каф. ПТСДМ ТюмГНГУ, на конкурсе научных исследований работа студентов, аспирантов, молодых ученых (отмечена призом 2003г.). В полном объеме диссертация докладывалась на заседаниях каф. ПТСДМ ТюмГНГУ (Тюмень 2004г).
Публикации. Основные положения и результаты диссертации изложены в 11 печатных работах. Получен патент по теме работы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка использованных источников и приложений. Объем диссертации составляет 142 страницы, в том числе 138 страницы основного текста, 12 таблиц, 7 рисунков, список литературы из 148 наименований.
