Поліпшення техніко-економічних показників двотактного транспортного дизеля 6ТД на основі вибору оптимальних параметрів системи наддува - Автореферат

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук Поліпшення техніко-економічних показників двотактного транспортного дизеля 6ТД на основі вибору оптимальних параметрів системи наддуваРобота виконана в Харківській державній академії залізничного транспорту (ХАРДАЗТ) Міністерства транспорту України. Пелепейченко Володимир Ігорович, Харківська державна академія залізничного транспорту, доцент. Захист відбудеться 16 березня 2000р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д64.820.03 при Харківській державній академії залізничного транспорту за адресою 61050, м.Харків, майдан Фєйєрбаха, 7. З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Харківської державної академії залізничного транспорту, 61050, м.Харків, майдан Фєйєрбаха, 7.Резервом зменшення витрат палива є застосування регульованого ПН, передавальне відношення якого змінюється за командою бортової ЕОМ в залежності від трьох параметрів: частоти обертання колінчастого валу, навантаження та температури навколишнього середовища. Задачі дослідження - обґрунтування вибору типа випускної системи (з спільним колектором, імпульсної, з перетворювачами імпульсів) та її оптимальних конструктивних параметрів; визначення оптимальної характеристики регулювання передавального відношення ПН в залежності від частоти обертання колінчастого валу, навантаження та температури навколишнього середовища, що може змінюватися від - 40 0С до 55 0С. Отримано емпіричні залежності, що повязують показник та умовну тривалість згоряння /за І.І.Вібе/ з частотою обертання колінчастого валу, цикловою подачею палива та масою свіжого повітря у циліндрі, які дозволили адекватно розраховувати характеристики згоряння палива в двотактному двигуні 6ДН12/2х12 (6ТД) на змінних режимах. При частоті обертання колінчастого валу, що відповідає режиму максимального крутного моменту, система з перетворювачами імпульсів забезпечує за навантажувальною характеристикою менші питомі витрати палива, ніж система з загальним колектором. Визначено оптимальні, за критерієм мінімуму питомих ефективних витрат палива, значення передавального відношення ПН дизеля 6ТД при різних частотах обертання колінчастого вала, навантаженнях, температурах навколишнього середовища.Зроблено висновок, що найбільший діапазон зміни тиску та витрат наддувочного повітря у разі використання привідного нагнітача забезпечить привід зі змінним передавальним відношенням. Для адекватного розрахунку характеристик газообміну циліндра, зокрема визначення коефіцієнтів продування та залишкових газів, у роботі застосована схема, яка передбачає на першому етапі розрахунок за моделлю “чистого витіснення” відпрацьованих газів, на другому - припинення виходу крізь випускні вікна відпрацьованих газів та вихід лише чистого повітря, власне продування. Формули встановлюють звязок між масою відпрацьованих газів на кінець газообміну та кутовою швидкістю обертання повітряного заряду в циліндрі з параметрами, які впливають на показники газообміну, а саме частотою обертання колінчастого валу, тиском наддувочного повітря, відношенням тиску у впускному ресивері до тиску у випускному колекторі, фазами газорозподілу, кутом закручування вхідного вікна за висотою. Викладено постановку задачі оптимізації конструктивних та регулювальних параметрів дизеля 6ТД, а саме: треба визначити значення параметрів x1,...,xn , які забезпечують мінімум функції L(x1,...,xn), де f1 , f2 - “штрафи”, які накладають на значення питомих ефективних витрат палива ge(x1,...,xn) у випадку, коли максимальний тиск у циліндрі PZ або температура газів перед турбіною ТТ перевищать встановлені межі. У третьому розділі наведено методику та результати дослідження з вибору типу випускної системи дизеля 6ТД, на якому можна застосувати систему зі спільним колектором, “імпульсну” систему, де кожен колектор поєднує випуски з трьох циліндрів, а турбіна має два входи, та систему з перетворювачами імпульсів (ПІ).Застосована нова схема розрахунку процесів газообміну, введені отримані автором емпіричні залежності, які дозволяють визначати характеристики згоряння палива в широкому діапазоні режимів роботи дизеля 6ТД. Програма розрахунку циклу двотактного дизеля поєднана з програмою оптимізації, яка реалізує алгоритм методу Хука-Джівса разом з методом штрафних функцій для врахування обмежень на параметри циклу. Виконана оптимізація конструктивних параметрів трьох типів випускних систем та розрахунок навантажувальних характеристик дизеля 6ТД з системами, які мають оптимальні параметри. Визначено вплив регулювання передавального відношення ПН на показники дизеля 6ТД при роботі за навантажувальними та зовнішній характеристиками, зокрема вплив регулювання на питомі витрати палива.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Удосконалена базова математична модель і програма розрахунку робочого циклу та характеристик дизеля, розроблена у ХАРДАЗТ. Застосована нова схема розрахунку процесів газообміну, введені отримані автором емпіричні залежності, які дозволяють визначати характеристики згоряння палива в широкому діапазоні режимів роботи дизеля 6ТД. Доведена придатність удосконаленої програми для розвязання задач дослідження.

Програма розрахунку циклу двотактного дизеля поєднана з програмою оптимізації, яка реалізує алгоритм методу Хука-Джівса разом з методом штрафних функцій для врахування обмежень на параметри циклу.

Виконана оптимізація конструктивних параметрів трьох типів випускних систем та розрахунок навантажувальних характеристик дизеля 6ТД з системами, які мають оптимальні параметри. Зроблено висновок, що на двигуні 6ТД доцільно використовувати систему з перетворювачами імпульсів.

Визначені оптимальні, за критерієм питомої ефективної витрати палива, значення передавального відношення ПН в залежності від частоти обертання колінчатого валу, навантаження (або циклової подачі палива), температури навколишнього середовища. Отримані аналітичні залежності для розрахунку передавального відношення, які можна використовувати в бортових ЕОМ.

Визначено вплив регулювання передавального відношення ПН на показники дизеля 6ТД при роботі за навантажувальними та зовнішній характеристиками, зокрема вплив регулювання на питомі витрати палива. Доведено, що регулювання передавального відношення за оптимальною характеристикою дозволяє зменшити питомі витрати палива від 12% до 60% в залежності від режиму роботи.

Показано, що застосування регулювання ПН двигуна 6ТД, який встановлено на дизель-потязі ДР1А, дозволяє зменшити експлуатаційні витрати палива у порівнянні з серійним двигуном на 10%.

Рекомендації щодо вибору типа випускної системи дизеля 6ТД та характеристик регулювання приводу нагнітача прийнято до впровадження в ХКБД.

Рязанцев Н.К., Перерва П.Я., Пелепейченко В.И., Бородин Д.Ю. Исследование влияния особенностей выпускной системы на протекание процесса газообмена транспортного двухтактного газотурбинного двигателя типа 6ДН // Авиационно-космическая техника и технология: труды Государственного Аэрокосмического Университета им. Н.Е.Жуковского (Харьковский Авиационный Институт) (18-22 сентября 1998г) -Харьков: Гос. Аэрокос. У-т. “ХАИ” Вып. 5 с.79-81.

Рязанцев Н.К., Бородин Д.Ю., Перерва П.Я., Алехин С.А., Куницын П.Е. Улучшение эксплуатационной топливной экономичности транспортного двухтактного дизельного двигателя 6ДН12/2х12 // Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье. Сб. научных трудов ХГПУ.- Харьков, 1998, выпуск 6 Ч.2. с.97-100.

Рязанцев Н.К., Пелепейченко В.И., Перерва П.Я., Бородин Д.Ю. Выбор оптимального закона изменения привода компрессора наддувочного воздуха высокооборотного двухтактного дизельного двигателя типа 6ТД // Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье. Сб. научных трудов ХГПУ.- Харьков, 1999, Ч.2. Вып. 7 с350-353.

Рязанцев Н.К., Бородин Д.Ю., Перерва П.Я., Краюшкин И.А. Расширение диапазона работы транспортного двухтактного газотурбинного дизельного двигателя 6ДН12/2*12. // Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье. Сб. научных трудов ХГПУ.- Харьков, 1998, выпуск 6 Ч.2. с89-92.

Рязанцев Н.К., Краюшкин И.А., Куницын П.Е., Перерва П.Я., Бородин Д.Ю., Овчаров Е.Н. Совершенствование эксплуатационных характеристик транспортных 2-х тактных двигателей типа 6ДН за счет использования дифференциального привода компрессора наддувочного воздуха. // Авиационно-космическая техника и технология: труды Государственного Аэрокосмического Университета им. Н.Е.Жуковского (Харьковский Авиационный Институт) (18-22 сентября 1998г) -Харьков: Гос. Аэрокос. У-т. “ХАИ” Вып. 5 с.27..30.

Рязанцев Н.К., Куницын П.Е., Перерва П.Я., Бородин Д.Ю. Выбор оптимальных размеров разделенных выпускных коллекторов высокооборотного двухтактного дизельного двигателя типа 6ТД // Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье. Сб. научных трудов ХГПУ.- Харьков, 1999, Ч.2. Вып. 7 с.354-357.