Введение к работе
Актуальность работы.
По мере роста парка транспортных средств, в дизелях которых сжигается все больше органического топлива, следует ожидать увеличения воздействия транспортного комплекса на окружающую среду и на человека. Оно происходит за счет выбросов загрязняющих вредных веществ вместе с отработавшими газами дизелей. Часть из них влияет на озоновый слой и глобальное изменение климата Земли. В составе отработавших газов (ОГ) судовых дизелей содержится множество вредных компонентов, наиболее существенными являются: оксиды азота (NOx), оксид углерода (СО), углеводороды (СН), твердые частицы (ТЧ), соединения серы (SOx), альдегиды, а также канцерогенные вещества.
Конвенция МАРПОЛ 73/78 Международной Морской Организации (ИМО) в 1997 г. приняла Приложение VI, в котором предусматривается ограничение эмиссии вредных компонентов NOx, SOx в ОГ главных и вспомогательных судовых дизелей. Одновременно ИМО принят «Технический Кодекс по контролю эмиссии окислов азота судовыми дизельными двигателями».
В настоящее время многие моторостроительные фирмы взяли курс на решение задачи достижения минимальной токсичности ОГ. Их многолетний опыт показывает, что одним из эффективных способов добиться этого может быть использование альтернативных (не нефтяных) видов моторных топлив. Из перспективных альтернативных топлив заслуживает внимания диметиловый эфир (ДМЭ). В настоящее время это единственное синтетическое топливо, обеспечивающее полную замену традиционному дизельному топливу (ДТ). Для дизельных двигателей топливом будущего в России, США, Китае и Японии считается ДМЭ, для производства которого имеется широкая сырьевая база, в том числе из возобновляемых ресурсов. Положительные характеристики ДМЭ ставят его на одно из первых мест в списке альтернативного топлива для дизельных двигателей. Однако возникает множество вопросов и специфических проблем при питании дизеля ДМЭ. Для эффективного использования этого вида топлива в судовых дизелях необходимо решить ряд научно-технических задач, в частности, по обеспечению ресурса, надежности, герметичности и безопасности системы питания судового дизеля. Диссертационная работа посвящена исследованию влияния физико - химических показателей ДМЭ на процесс сгорания и показатели токсичности ОГ.
Основание для разработки:
Исследование проведено в рамках:
плана НИИ энергетики Южного научного центра Российской Академии Наук, действующего на базе АГТУ;
плана НИР кафедры «Эксплуатация водного транспорта»;
плана работ испытательного центра «Marine technology service», входящим в состав НИИ энергетики Южного научного центра Российской Академии Наук;
письма Федерального агентства по образованию Министерства образования и науки Российской Федерации №13-06-474 от 11.10.2005 о направлении для зачисления на учебу Джихинто А.Г.;
-приказа ФГОУ ВПО АГТУ №61 от 20.01.2006 о зачислении в аспирантуру по кафедре «Эксплуатация водного транспорта» и назначении руководителя.
Объектом исследования является ДМЭ как топливо для судового вспомогательного дизеля 417,5/24 жёстко связанного с генератором постоянного тока. Мощность дизеля составляет Ре =16 кВт при частоте вращения коленчатого валап = 630 об/мин.
Предмет исследования-методы и средства реализации способов повышения технико-экономических показателей и определение экологических показателей дизеля при использовании ДМЭ в качестве присадки к воздуху.
Постановка цели и задач исследований.
Цель работы: разработать рекомендации по использованию ДМЭ в качестве присадки к воздуху, сравнить экологические показатели судового дизеля (при работе дизеля на ДТ и ДТ+ДМЭ) при обеспечении адекватных экономических показателей, найти существенные закономерности (особенности) протекания рабочего процесса при использовании ДМЭ в качестве присадки к воздуху.
Для достижения цели определены следующие задачи:
проанализировать физико-химические свойства ДМЭ, а также рассмотреть процессы его производства;
рассмотреть теоретические методы оценки экономических, экологических показателей дизеля при использовании ДМЭ;
оценить физико-химические свойства смеси ДТ + ДМЭ;
провести расчетно-теоретическое исследование внутренних процессов разных дизелей при работе на ДМЭ и на ДТ;
провести ряд экспериментальных исследований дизеля 417,5/24 с использованием ДМЭ различной концентрации в качестве присадки к воздуху;
-провести исследование дизеля 417,5/24 на разных геометрических углах опережения подачи топлива (15, 13 до ВМТ и 9 после ВМТ), с использованием ДМЭ в качестве присадки к воздуху;
- разработать рекомендации для практического применения ДМЭ при работе дизе
лей в судовых условиях.
Методы решения задач исследования.
Методологической базой диссертации являются исследования таких ученых, как В. В. Гаврилов, Ю. В. Галышев, Л. В. Грехова, Л.Н. Голубкова, Н. А. Иващенко, В. М. Фомина, Е. Е. Косова, Н. Э. Жермаль, Я. Ю. Бина, Н. Д. Зелинского, А. С. Кулешова, А. М. Архарова, С. Д. Глухова, А. А. Жердева, Д.Н. Калинина, А. В. Шарабурина, Института нефтехимического синтеза им. А. В. Топчиева и Института органической химии РАН и др.
Расчётно-теоретические исследования, обработка экспериментальных данных произведены с использованием современных программных продуктов «Astech Electronics», «Advanced Grapher 2.05, Copyright 1998-2002 SerpikSoft», «Microsoft Office Excel 2003».
Научная новизна:
выполнен анализ физико-химических свойств ДМЭ, с целью его применения в судовых дизелях;
получено экспериментальное топливо (ДТ + ДМЭ), а также изучены его свойства;
- проведено расчётно-теоретическое исследование рабочего процесса дизеля с
использованием профаммного продукта МГТУ им. Н. Э. Баумана ДИЗЕЛЬ-РК (на
примере судового дизеля 417,5/24);
разработаны новые системы подачи в судовые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) дизельного топлива и ДМЭ;
экспериментально установлен рациональный диапазон массового содержания ДМЭ в качестве топливной присадки к воздуху.
Достоверность результатов:
достоверность теоретических исследований базируется на использовании фундаментальных законов и положений термодинамики, механики, теплофизики и электротехники, современных численных и аналитических методов математического моделирования;
достоверность результатов экспериментов обеспечена соблюдением современных требований стандартов, использованием современных методов и средств измерения и регистрации, и необходимым уровнем воспроизводимости, повторяемости результатов измерений.
На защиту выносятся:
система подачи ДМЭ и ДТ в цилиндр дизеля;
материалы экспериментальных исследований судового дизеля 417,5/24 при использовании ДМЭ в качестве присадки к воздуху.
Практическая значимость.
Полученные результаты исследований подтверждают перспективность применения в судовых ДВС ДМЭ в качестве присадки к воздуху;
экологические показатели в экспериментально установленном долевом диапазоне (0,61- 1,42 %) при использовании ДМЭ в качестве присадки к воздуху не превышают предельно-допустимых значений, рекомендуемых ИМО для судовых дизелей;
переоборудован экспериментальный судовой дизель, для работы по предлагаемому рабочему процессу;
разработанные в диссертации теоретические положения, модели, методики могут быть использованы при разработке и реализации научно-технических мероприятий по совершенствованию рабочих показателей судового дизеля, а также использованы в учебном процессе.
- предложена система электропуска дизеля 417,5/24 в лаборатории тепловых
двигателей АГТУ.
Личный вклад автора. Основные теоретические и экспериментальные результаты в период с 2006 по 2008 г. получены лично автором. Разработка стенда и стендовые испытания выполнялись под руководством д.т.н. проф. М.Н. Покусаева; также при осуществлении экспериментальной части работы оказыва
ли помощь сотрудники кафедр «Эксплуатация водного транспорта», «Судостроение и энергетические комплексы морской техники», доцент А. П. Будни-ков, заведующий учебной мастерской С.С. Уксусов. Автор выражает свою благодарность сотрудникам АГТУ, которые прямо или косвенно участвовали в выполнении данной работы.
Реализация результатов работы. Теоретические и экспериментальные результаты исследуемого топлива позволят создать базу для внедрения ДМЭ в виде альтернативного топлива на судах, с целью улучшения экономических показателей дизелей.
Результаты внедрены в учебный процесс в подготовке бакалавров по направлению «Эксплуатация транспортных средств (на водном транспорте)» и дипломированных специалистов по специальности «Эксплуатация судовых энергетических установок», а также в учебно-исследовательских лабораторных работах, в курсовом и дипломном проектировании в АГТУ.
Апробация работы. Основные научные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно - практической конференции «Региональные аспекты реформы энергетики», проводимой под эгидой Академии Энергетики (г. Санкт-Петербург, 27 Февраля 2008); на ежегодных научных конференциях АГТУ (2006-2008 гг); заседаниях кафедры «Эксплуатация водного транспорта АГТУ»; заседаниях Ученого совета института «Морских технологий энергетики и транспорта» АГТУ.
Публикации. По теме диссертации автором опубликовано семь печатных работ, в том числе три работы в журналах по списку ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и рекомендаций, списка использованных источников и приложений. Работа представлена на 155 страницах, содержит 24 таблицы, 48 рисунок, 7 приложений, список использованных источников из 102 наименований.
Похожие диссертации на Работа судового дизеля при использовании диметилового эфира в качестве присадки к воздуху
