WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 


Разработка электрич е ского теплоаккумулирующего нагревателя для дизельных двигателей


На правах рукописи






щегольков Александр Викторович






РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРИЧеСКОГО
ТЕПЛОАККУМУЛИРУЮЩЕГО НАГРЕВАТЕЛЯ
ДЛЯ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Специальность 05.20.02 – Электротехнологии и электрооборудование
в сельском хозяйстве

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук






Мичуринск 2010

Работа выполнена на кафедре «Электрооборудование и автоматизация» Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет» (ГОУ ВПО ТГТУ).

Научный руководитель доктор технических наук, профессор,
заслуженный деятель науки РФ Калинин Вячеслав Федорович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Дмитриев Олег Сергеевич
кандидат технических наук, доцент Гурьянов Дмитрий Валерьевич
Ведущая организация ГОУ ВПО «Липецкий государственный технический университет»

Защита диссертации состоится «26» ноября 2010 г. в 1200 часов на заседании Диссертационного совета ДМ 220.041.03 в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Мичуринский государственный аграрный университет» по адресу: 393760, Тамбовская область, г. Мичуринск, ул. Интернациональная, д. 101, корп. 1, ауд. 206 «Зал заседаний диссертационных советов».

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «МичГАУ».

Автореферат разослан «25» октября 2010 г. и размещен на сайте ФГОУ ВПО «МичГАУ» http://mgau.ru.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат технических наук, доцент Н.В. Михеев


Общая характеристика работы


Актуальность работы. Дизельные двигатели нашли широкое применение в АПК, главным образом, в качестве энергетических установок для мобильного транспорта. Эффективной мерой поддержания рациональных эксплуатационных параметров для дизельных двигателей в условиях низких температур окружающей среды являются средства электронагрева.
К их преимуществу следует отнести компактность и отсутствие вредных выбросов в окружающую среду. Использование средств электронагрева позволит повысить экологическую эффективность и топливную экономичность дизельных двигателей в условиях низких температур.

Однако распространение средств электронагрева для мобильной техники сдерживается из-за отсутствия приспособленных для работы в условиях повышенных вибраций нагревательных элементов. Работа в условиях повышенных вибраций и резких перепадов температуры, а также возможность попадания влаги приводят к нарушению электрического контакта или к механическому разрушению нагревательных элементов.

Таким образом, актуальным является разработка средств электронагрева, которые способны эффективно работать в условиях повышенных вибраций и температурных перепадов, при этом конструкция нагревательного элемента должна обеспечить:

  • устойчивость механической структуры в условиях вибрации;
  • устойчивый электрический контакт с системой электропитания;
  • устойчивый тепловой контакт с нагреваемой средой;
  • пожаро- и взрывобезопасность в условиях работы дизельного двигателя;
  • приспособленность к системе электроснабжения мобильной техники.

Также важно уделить внимание совершенствованию принципов работы керамических нагревателей с положительным температурным коэффициентом (ПТК) в плане улучшения их режимных параметров.

Цель работы. Разработка электрического теплоаккумулирующего нагревателя на основе наноструктурного углерода и совершенствование режимов работы керамических нагревателей с положительным температурным коэффициентом с учетом особенностей дизельных двигателей.

Объект исследования. Электро- и теплофизические процессы в средствах электронагрева, применяемых для улучшения эксплуатационных параметров дизельных двигателей мобильной техники.

Предмет исследования. Взаимосвязи и закономерности изменения электро- и теплофизических параметров в средствах электронагрева дизельных двигателей мобильной техники.





Методы исследований. При выполнении работы использованы методы математического моделирования и физического эксперимента. Теоретические изыскания сопровождались разработкой математических моделей.

Научную новизну составляют:

  • обоснование возможности использования наноструктурного углерода в материале электрического теплоаккумулирующего нагревателя;
  • математическое описание распределения эквипотенциальных линий на поверхности электрического теплоаккумулирующего нагревателя, позволяющее находить тепловое поле с использованием численного решения дифференциального уравнения Пуассона в частных производных;
  • принцип работы керамических нагревателей с положительным температурным коэффициентом, при котором снижен пусковой ток.

Практическая значимость:

  • конструктивные схемы средств электронагрева питающего воздуха и дизельного топлива, защищенные патентами на изобретение РФ № 2309287 и № 2398126;
  • повышение топливной экономичности и снижение токсичности выхлопных газов дизельных двигателей в условиях эксплуатации при низких температурах.

Реализация результатов исследований. Метод расчета нестационарных тепловых процессов разогрева элементов двигателей мобильной техники использовался при создании рабочего проекта безгаражного хранения автотракторной техники «База АВП Моршанского УМГ» для ООО «Мострансгаз». Устройство терморегулирования топлива и питающего воздуха внедрено в ООО «Знаменское», с. Знаменка Токаревского р-на Тамбовской области.

Апробация работы. Результаты исследований по теме диссертации доложены, обсуждены и одобрены на: Всероссийской научно-практичес­кой конференции «Актуальные проблемы агропромышленного комплекса», Ульяновск, 2007; V международной научно-технической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве»,
Москва, ГНУ ВИЭСХ, 2006; VI международной научно-технической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве», Москва, ГНУ ВИЭСХ, 2008; XV международной научно-практической конференции «Транспорт, экология – устойчивое развитие», Ековарна,
21 – 23 мая 2009, Варна Болгария.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 14 печатных работ, в том числе 6 работ в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, и 2 патента РФ на изобретение. Общий объем публикаций составляет 6,5 печ. л., из них 3,2 печ. л. принадлежат лично соискателю.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 155 страницах, содержит 60 рисунков, 11 таблиц и 3 приложения. Список используемой литературы включает 120 наименований, из них 15 на иностранном языке.





СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулирована цель, раскрыта научная новизна, практическая ценность, приведены результаты апробации и реализации теоретических и практических исследований с обоснованием достоверности.

В первой главе «Анализ информационных источников и постановка задач исследования» приведены результаты анализа технических средств улучшения эксплуатационных показателей дизельного двигателя в условиях низких температур таких ученых, как Е.А. Пучин, Т.В. Крамаренко,
Г.Ф. Большаков, Д.Н. Вырубов, П.А. Власов, В.А. Овтов, А.П. Уханов
и другие. При этом над созданием энергосберегающих технологий в АПК работали такие ученые, как: Д.С. Стребков, В.Н. Расстригин, В.Ф. Калинин, С.В. Горелов.

В ходе информационного анализа выявлены противоречивые подходы, связанные с улучшением показателей дизельных двигателей в условиях низких температур. Это выразилось в разработке большого спектра устройств и способов, в основном направленных на повышение эффективности пуска дизельного двигателя. При этом работа жидкостных подогревателей сопровождается большими потерями теплоты. Устройства разогрева моторного масла утратили свою актуальность, так как современное моторное масло имеет необходимую вязкость и не требует подогрева.





Основной недостаток разработанных средств предпусковой тепловой подготовки – большие энергетические затраты.

К средствам, которые воздействуют на процесс сгорания топливо-воздушной смеси, относятся электрофакельные устройства (ЭФУ). ЭФУ осуществляет подогрев воздуха, но при этом требуется увеличить его количество для полного сгорания топлива в момент пуска. При этом ЭФУ предназначено для пуска двигателя,
а в режиме холостого хода его работа не эффективна. Устройства, предназначенные для подогрева топлива, базируются на нагревательных элементах, которые реализуют температуру выше рационального значения для топлива.

В ходе информационно-патентного обзора установлено, что рациональнее не проводить тепловую подготовку всего двигателя, а обеспечить эффективное сгорание топливо-воздушной смеси. Путем подбора соответствующего температурного режима для топлива и питающего воздуха, с увеличением подачи воздуха для более полного сгорания топлива.

Сформулированы задачи исследований:

  1. Разработать нагревательный элемент, способный функционировать в условиях повышенных вибраций дизельного двигателя.
  2. Изучить электро- и теплофизические характеристики нагревательных элементов на основе наноструктурного углерода.
  3. Разработать математическое описание электрофизических процессов в нагревательном элементе на основе наноструктурного углерода, а также терморегулирования топлива и питающего воздуха в дизельных двигателях.
  4. Разработать методику экспериментальных исследований электро- и теплофизических параметров средств электронагрева, а также стендовых испытаний средств электронагрева при терморегулировании топлива и питающего воздуха в дизельных двигателях.
  5. Провести экспериментальные исследования средств электронагрева для терморегулирования топлива и питающего воздуха в дизельном двигателе.
  6. Провести производственные испытания системы терморегулирования на основе нагревательных элементов с наноструктурным углеродом и устройства терморегулирования питающего воздуха и дать экономическую оценку представленных средств электронагрева.

Во второй главе «Теоретическое обоснование электрических нагревателей для дизельных двигателей» рассмотрены нагревательные элементы на основе наноструктурного углерода, которые использованы для терморегулирования топлива, и керамические нагреватели с ПТК для терморегулирования питающего воздуха в дизельных двигателях.

Для нагревательного элемента на основе наноструктурного углерода представлено математическое описание распределения температурного поля в соответствии с электрофизическими аспектами, присущими взаимодействию наноструктурного углерода с органическими диэлектриками. Установлено, что среднее значение температуры находится в функциональной связи с электрическим потенциалом:

Тср = f(ср). (1)

Математическое описание включает в себя следующие стадии. На первой стадии производится численное решение (методом конечных элементов) двумерного уравнения Пуассона в частных производных, включающего в себя вторые производные функции по двум пространственным переменным:

, (2)

где x и y – пространственные переменные, м; – потенциал электростатического поля, В; – заряд электростатического поля, Кл; – диэлектрическая проницаемость материала, Ф/м; 0 – диэлектрическая проницаемость вакуума 8,8510–12 Ф/м.

Граничные условия Дирихле для уравнения (2) задаются в виде напряжения на питающих электродах:

. (3)

Представленный нагревательный элемент способен аккумулировать теплоту при подаче на его электроды электрического напряжения за счёт фазового перехода органического диэлектрика, в котором распределён наноструктурный углерод. В соответствии с этим он является электрическим теплоаккумулирующим нагревателем (ЭТН).

На рисунке 1 приведена схема ЭТН. Результат решения уравнения Пуассона с граничными условиями Дирихле представлен на рис. 1, б в виде эквипотенциальных поверхностей.

На второй стадии производится получение аппроксимирующих зависимостей распределения потенциального поля от расположения питающих электродов.

При расстоянии между компланарными электродами, равном Gэл, распределение потенциала в сечении максимального значения на поверхности ЭТН соответствует аппроксимирующей зависимости вида (коэффициент корелляции 0,99):

(x) = a + bx + cx2 + dx3, (4)

где a, b, c, d – коэффициенты уравнения; x – координата, в направлении которой меняется распределение потенциала, В.

По распределению потенциального поля на поверхности ЭТН можно судить о распределении температурного поля. Это дает возможность конструировать электрические нагреватели с различной пространственной геометрией.

а) б)

а – ЭТН (1); источник постоянного напряжения (2); электроды (3);
б – распределение электрического потенциального поля
на поверхности ЭТН (эквипотенциальные линии)

Рисунок 1

Схема ЭТН


ЭТН является нагревательным элементом, который разработан для использования в устройствах терморегулирования дизельного топлива. Регулирование температуры топлива достигается тем, что ЭТН изменяет свой объем при изменении температуры выше температуры фазового перехода. Поэтому, выбрав диэлектрический материал, в котором распределяется наноструктурный углерод с требуемой температурой фазового перехода, можно задать верхний порог, до которого максимально нагреется топливо.

На рисунке 2, а представлена конструкция устройства терморегулирования топлива, которая включает в себя два слоя, разделенных непроницаемой оболочкой. Первый слой осуществляет теплообмен с топливом через стенку теплообменной камеры. Второй производит коротко-цикловое теплоаккумулирование.

На следующем этапе теоретических исследований проведем анализ поведения устройства электронагрева непосредственно в топливной системе.

При этом определение мощности ЭТН, их количества, а также температурного режима проведем на основе анализа теплового баланса всей линии топливоподачи.

Для этого разделим топливную систему на отдельные секторы (рис. 3), которые включают в себя непосредственно трубопровод и технологические элементы. Сектор I – трубопровод и фильтр грубой очистки (ФГО), сектор II – линию топливоподачи и фильтр тонкой очистки (ФТО), а сектор III – линию топливоподачи, топливный насос высокого давления (ТНВД) и линии, ведущие к форсункам.

а) б)

а – поперечное сечение устройства разогрева дизельного топлива с ЭТН;
б – принципиальная электрическая схема ЭТН; 1 – теплоаккумулирующий слой
(ЭТН – теплоаккумулятор); 2 – греющий слой (ЭТН – нагреватель);
3 – питающие электроды; 4 – теплообменная камера; 5 – тепловая изоляция

Рисунок 2

конструкция устройства терморегулирования топлива






Рисунок 3

Схема для расчета теплового баланса в системе топливоподачи

На основе схемы тепловых потоков и особенностей устройства для терморегулирования топлива с ЭТН (рис. 3) произведено построение системы дифференциальных уравнений:

где Fэн, Fэа, F1, F2, F11, F3 – площади теплоаккумулирующего и греющего слоя ЭТН, теплообменной поверхности теплоаккумулирующего и греющего слоя, теплообменной поверхности греющего слоя с окружающей средой, теплообменной поверхности греющего слоя с топливом, топливопроводов, ФТО и ФГО, соответственно, м2; Рэа, Рэн – электрическая мощность теплоаккумулирующего и греющего слоя, соответственно, Вт; Tэа, Tэн, Tт, Tокр – температура теплоаккумулирующего и греющего слоя ЭТН, топлива и окружающей среды, соответственно, °С; Cэа, Cэн, Ст – теплоемкость теплоаккумулирующего и греющего слоя ЭТН и топлива, соответственно, Дж/(кг°С); K1–2, K2–3, K1, K3 – коэффициенты теплопередачи от теплоаккумулирующего слоя к греющему слою ЭТН, от греющего слоя в топливо, от теплоаккумулирующего слоя в окружающую среду, от элементов топливной системы в окружающую среду, соответственно, Вт/(м2°С); эн, эа, т – плотность греющего, теплоаккумулирующего слоев ЭТН и топлива, соответственно, кг/м3; hэн, hаэ – высота теплоаккумулирующего и греющего слоя ЭТН, соответственно, м; Vт – объем топлива, м3; – время, с.

Решение системы уравнений (5) производили методом Рунге-Кутта
4-го порядка. На рисунке 4 представлены графики численного решения системы уравнений (5). Из рисунка 4, а видно, как меняется температура топлива в устройстве с ЭТН с течением времени, при этом температура топлива приближается к значению температуры ЭТН. На рисунке 4, б показана зависимость мощности ЭТН от температуры топлива при окружающей температуре –20°С.

а) б)

а – динамика изменения температуры ЭТН (1); динамика изменения температуры топлива (2); б – зависимость мощности ЭТН от температуры топлива

Рисунок 4

графики численного решения системы уравнений (5)

Устройство терморегулирования питающего воздуха осуществляет нагрев и подачу воздуха во впускной коллектор дизельного двигателя. Для нагрева воздуха применены керамические нагреватели с ПТК, а для увеличения подачи воздуха использован центробежный вентилятор, расположенный в одном корпусе с нагревателями. Математическая модель для представленного устройства имеет вид:

температура поступающего воздуха

T = (ТвVв + Тв.кVв.к)/Vв ;

начальные условия > 0; Tкн = Tв = Tокр = –30°С; T T();

параметры варьирования Рк, hкн, P P(T),

где Fкн, Fуст, Fвоз, Fк –площади поверхности нагревателя, воздуховодов и питающего коллектора, соответственно, м2; Рк – мощность керамических нагревателей, Вт; Tкн, Tв, Tв.к – температура керамических нагревателей, воздуха, проходящего через нагреватель, и воздуха, всасываемого при работе двигателя, соответственно, °С; Скн, Cв – теплоемкость материала нагревателей и воздуха, соответственно, Дж/(кг°С);Kкн, Kуст, Kвоз, Kкол – коэффициенты теплопередачи от нагревателей воздуху, от корпуса устройства
в окружающую среду, от воздуховодов в окружающую среду, от нагретого воздуха к впускному коллектору, соответственно, Вт/(м2°С); hкн – высота нагревателя, м; кн – плотность материала керамического нагревателя, кг/м3; Vв, Vв.к – объем воздуха, проходящего через устройство электронагрева и всасываемого при работе двигателя, соответственно, м3.

Явление фазового перехода в керамическом нагревателе с ПТК, вызывает пиковый скачок силы тока в момент подачи питающего напряжения. Время пикового скачка силы тока зависит от условий теплообмена и характеристик нагревательного элемента: объема и особенностей внутренней структуры, обуславливающей начальное сопротивление.

Qфаз = Fкн hкн кн (Тпер – Тнач) + E + Kкн F(Ткн – Твоз)/, (7)

где Тпер, Тнач –температура переключения и начальная температура керамического нагревателя, соответственно, °С; E – энергия фазового перехода в керамическом нагревателе, Дж.

В третьей главе «Программа и методики экспериментальных
исследований» представлены программа и методики экспериментальных исследований.

Программа экспериментальных исследований включает:

  • изучение электро- и теплофизических параметров нагревательных элементов, входящих в состав средств электронагрева;
  • обоснование выбора режимных и конструктивных параметров средств электронагрева;
  • установление влияния средств электронагрева на расход топлива и токсичность выбросов дизельных двигателей.

В задачу экспериментальных исследований входило выявление
электро- и теплофизических параметров ЭТН.

Для исследования распределения электрического потенциала на поверхности ЭТН был использован прецизионный мультиметр Актаком-1097 с погрешностью измерения постоянного напряжения 0,06 % и переменного 0,1 %.

Для исследования вольт-амперных характеристик (ВАХ) ЭТН задавалось напряжение на электродах ЭТН с шагом 0,1 В и снимались показания тока на амперметре блока питания (Б-7) с погрешностью измерения 0,5 %.

Для исследования распределения температурного поля на поверхности ЭТН был использован тепловизор testo 808 с погрешностью измерения 2 %.

Исследования теплоемкости и теплопроводности ЭТН были проведены с использованием автоматизированных измерительных приборов ИТ-с-400 и ИТ--400, которые работают в диапазоне температур от –120 до +400 °С. Ошибка измерения не более 8 %, характер изменения погрешности во времени аддитивный.

Исследовалось влияние параметров электропитания и условий окружающей среды на величину пускового тока керамических нагревателей с ПТК (рис. 5). При этом с помощью ЛАТРа задавали величину напряжения с шагом 2 В и проводили измерение пускового тока.

1 – керамические нагреватели с ПТК; 2 – амперметр; 3 – ЛАТР

Рисунок 5

Принципиальная электрическая cхема
измерения пускового тока в керамических нагревателях с ПТК

Для установления влияния средств электронагрева на расход топлива и токсичность выбросов дизельных двигателей проводились исследования на обкаточно-тормозном стенде КИ-5274 в штатной комплектации. Все системы и механизмы двигателя были проверены и отрегулированы в соответствии с инструкцией по их эксплуатации. Экспериментальный обкаточно-тормозной стенд КИ-5274 включал: дизель СМД-60 с системой отвода отработанных газов, динамометрическую машину КS-56/4 и измерительно-вычислительный комплекс.

В ходе исследований использовали зимнее дизельное топливо
(ГОСТ 305–82) с плотностью = 811 кг/м3.

Результаты экспериментальных исследований подвергались статистической обработке с нахождением аппроксимирующих зависимостей в программе TableCurve 5.

В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований и их анализ» представлены результаты экспериментальных исследований электро- и теплофизических параметров ЭТН, керамических нагревателей с ПТК, а также исследования рабочих параметров системы терморегулирования топлива и питающего воздуха.

Показано, что распределение температурного поля на поверхности ЭТН соответствует распределению эквипотенциальных линий. В процессе экспериментальных исследований определены ВАХ
ЭТН на основе различных материалов: цемента с 2%-ным добавлением парафина (8); парафина (9); воска (10).

I1 = (U – 0,1)/5,97; (8)

I2 = (U – 0,1)/3,725; (9)

I3 = (U – 0,1)/2,65. (10)

ВАХ ЭТН имеет линейный вид и сохраняет свою линейность при любой температуре, причем это относится ко всему диапазону температур, характерных для рабочих режимов подогрева дизельного топлива. На рисунке 6 представлено распределение температурного поля при расстоянии между электродами, равном 2 и 4 см. Перепад температур составляет 7°С (для 2 см) и 15°С (для 4 см).

Для электропитания устройства терморегулирования топлива с ЭТН необходимо напряжение 12 … 24 В, которое соответствует напряжению большинства систем электроснабжения мобильного транспорта. Это позволяет его использовать без специальных преобразователей.

Рисунок 6

Распределение температурного поля на поверхности ЭТН



Согласно экспериментальным исследованиям установлен двойной фазовый переход ЭТН (рис. 7), выраженный в выделении теплоты, которая для первого фазового перехода составляет 600 Дж, а для второго 300 Дж. При этом температура фазового перехода, определенная путем построения подкасательных, равна 54°С.


Рисунок 7

Температурная зависимость теплоемкости ЭТН

Появление второго фазового перехода, не свойственного диэлектрическому материалу (парафину), можно отнести к процессу адсорбции (физиосорбции). В то же время, увеличение твердости парафина может служить основанием для предположения об изменении кристаллической структуры парафина, вследствие чего возросло значение количества тепла, требуемое для смены кристаллической структуры на аморфную.

Исследования керамических нагревателей с ПТК показали (рис. 8), что уменьшив уровень питающего напряжения, при включении до значения, при котором не происходит фазовый переход, можно значительно уменьшить пусковой ток (точки 1а и 1б). При этом необходимо поддержать уровень такого напряжения до тех пор, пока не произойдет разогрев керамического нагревателя и теплообменного устройства. Точки 2а и 2б соответствуют выходу на рабочий режим, что является следствием завершения фазового перехода первого рода, 3а и 3б соответствуют процессу естественного спада тока, что вызвано физическими явлениями на молекулярном уровне.

Исследования устройств терморегулирования топлива и питающего воздуха, проведенные на моторной установке, позволили установить влияние температуры топлива и питающего воздуха на рабочие параметры дизельного двигателя. В соответствии с результатами этих исследований, установлено, что для дизельного топлива благоприятным диапазоном является интервал от +20 до +50°С. При этом наименьшие энергетические затраты на терморегулирование соответствуют температурному режиму со значением около +20°С с разбросом в 10°С.

------- при постоянном уровне напряжения;

–––– с промежуточным напряжением

Рисунок 8

Изменение силы тока керамических нагревателей
с ПТК во времени

Установлена целесообразность совместного терморегулирования топлива и питающего воздуха, так как при этом достигаются наилучшие энергоэкологические показатели при пуске и холостом ходу для дизельного двигателя. Снижение расхода топлива на прогрев при холостом ходе составляет 38 %.

Путем аппроксимации экспериментальных данных получены аналитические зависимости для токсичных компонентов в выхлопных газах двигателя (CМД-62) от температуры Т топлива окиси углерода СО и углеводородов СН, при температуре питающего воздуха +30°С:

М(СО) = (12,011 + 0,347 T + 0,0088 T 2)/(1 + 0,1029 T + 0,0089 T 2); (11)

М(СН) = (0,593 + 0,000959 T)/(1 + 0,0232T + 0,000287 T 2). (12)

Отклонение результатов математического моделирования от экспериментальных данных находится в диапазоне от 8 до 16%, что позволяет утверждать о достоверности математического описания.

В пятой главе «Практическое использование и экономическая
эффективность результатов исследований» представлены результаты производственных испытаний и технико-экономическое обоснование. Система терморегулирования топлива и питающего воздуха в дизельных двигателях прошла производственные испытания на предприятии ООО «Керамдор» г. Тамбов, где продемонстрировала высокую эффективность при низких температурах окружающей среды, и была внедрена на ООО «Знаменское» с. Знаменка Токаревского р-на Тамбовской области.

Проведенные производственные испытания работы дизельного двигателя при терморегулировании топлива и питающего воздуха показали улучшение его характеристик, в частности снижение расхода топлива
на пуск и прогрев на 38%, токсичности по СО на 15, СН на 20 и дымности на 17 %.

Оценка экономической эффективности от внедрения показала, что годовой экономический эффект для одной технической единицы с дизельным двигателем А-41 составляет 19 962,5 р., чистая прибыль 15 171,5 р., индекс доходности 2,434 р. и чистый дисконтированный доход 8604 р.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1.  разработано устройство терморегулирования для дизельного топлива с нагревательными элементами на базе наноструктурного углерода, обладающими свойствами теплоаккумулирования, стабильностью энергетических параметров в условиях работы дизельного двигателя и возможностью плавного регулирования температуры в диапазоне от +30 до +50°С.

2.  Разработано математическое описание энергетических параметров нагревательного элемента на основе наноструктурного углерода с использованием дифференциального уравнения Пуассона в частных производных и граничных условий Дирихле. Выявлено, что расположение электродов, к которым подводится питающее напряжение, существенно влияет на объемное выделение теплоты нагревательными элементами.

3.  Установлено, что для исключения фазового перехода в материале керамических нагревателей с положительным температурным коэффициентом с целью нормализации пускового тока необходимо промежуточное напряжение.

4.  Установлена целесообразность совместного терморегулирования топлива и питающего воздуха, при этом достигается наилучшая топливная экономичность при прогреве на холостом ходу для дизельного двигателя, которая составляет 38%.

5.  Проведенные производственные испытания работы дизельного двигателя при терморегулировании топлива и питающего воздуха показали улучшение его характеристик, в частности снижение токсичности
СО на 15%, СН на 20% и дымности на 17%. Оценка экономической эффективности от внедрения показала, что годовой экономический эффект составляет 19 962,5 р., чистая прибыль 15 171,5 р., индекс доходности 2,434 р. и чистый дисконтированный доход 8604 р.


Основное содержание диссертации
отражено в следующих публикациях

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК


  1. Kalinin, V.F. Simulators of joint working modes of fuel and feed air temperature control means in diesel engines / V.F. Kalinin, A.V. Shchegolkov // Aspects of modern science and practice. University named after V.I. Vernadskij. – 2010. – № 1 – 3(28). – P. 23 – 27.
  2. Калинин, В.Ф. Снижение токсичности выбросов дизельных двигателей путем применения электроадаптивной системы термостабилизации топлива / В.Ф. Калинин, А.В. Щегольков // Вопросы современной науки
    и практики. Университет им. В.И. Вернадского. – 2008. – № 3 – 2(13). –
    С. 173 – 178.
  3. Набатов, К.А. Математическая модель саморегулируемого электронагрева охлаждающей жидкости в двигателях / К.А. Набатов, А.В. Щегольков, С.В. Кочергин // Вестник Тамбовского государственного университета. – Тамбов, 2004. – Т. 9, № 4. – С. 493 – 496.
  4. Электронагревательное устройство для тракторных и автомобильных двигателей / А.М. Шувалов, С.В. Кочергин, П.А. Телегин, А.В. Щегольков // Сельский механизатор. – 2006. – № 9. – С. 36.
  5. Режимы работы электронагревательного устройства охлаждающей жидкости при различных видах циркуляции / А.М. Шувалов, С.В. Кочергин, П.А. Телегин, А.В. Щегольков // Вестник Московского государственного аграрного университета им. В.П. Горячкина. – 2007. – Т. 3/2 (23). –
    С. 130 – 132.
  6. Шувалов, А.М. «Кочегарка» для двигателей / А.М. Шувалов,
    А.В. Щегольков, П.А. Телегин // Сельский механизатор. – 2007. – № 11. –
    С. 48.

Публикации в сборниках научных трудов и материалах конференций


  1. Калинин, В.Ф. Система электронагрева питающего воздуха и
    терморегулирования топлива в дизельных двигателях / В.Ф. Калинин,
    А.В. Щегольков // Вестник Тамбовского государственного технического университета. – Тамбов, 2009. – Т. 15, № 2. – С. 396 – 400.
  2. Калинин, В.Ф. Повышение энергоэкологической эффективности дизельных двигателей путем терморегулирования топлива и моторного
    масла / В.Ф. Калинин, А.В. Щегольков // XV Междунар. науч.-практ. конф. «Транспорт, экология – устойчивое развитие». Ековарна, 21 – 23 мая. –
    Варна, 2009. – С. 431 – 440.
  3. Калинин, В.Ф. Электро-аэродинамическая система облегчения
    запуска двигателей внутреннего сгорания / В.Ф. Калинин, К.А. Набатов, А.В. Щегольков // Материалы Всерос. науч.-практ. конф. «Актуальные проблемы агропромышленного комплекса» / ФГО Ульяновская ГСХА. – Ульяновск, 2008. – с. 78 – 80.
  4. Калинин, В.Ф. Исследование конструктивных параметров устройства разогрева двигателей автотракторной техники на основе метода конечных элементов / В.Ф. Калинин, А.В. Щегольков // Повышение эффективности использования ресурсов аграрными товаропроизводителями : сб.
    науч. тр. ГНУ ВИИТиН. – Тамбов : ГНУ ВИИТиН, 2006. – Вып. 11. –
    с. 11 – 19.
  5. Щегольков, А.В. Повышение эффективности эксплуатации автотракторной техники в зимний период / А.В. Щегольков // Повышение
    эффективности использования ресурсов при производстве сельскохозяйственной продукции : сб. науч. докл. XIV междунар. науч.-практ. конф. / А.В. Щегольков. – Тамбов : ГНУ ВИИТиН, 2007. – Ч. 2. – с. 50–51.
  6. Щегольков, А.В. Методика экспериментальных исследований электро-тепловых процессов ДВС / А.В. Щегольков // Повышение эффективности использования ресурсов при производстве сельскохозяйственной продукции : сб. науч. докл. XIV междунар. науч.-практ. конф. – Тамбов : ГНУ ВИИТиН, 2007. – Ч. 2. – с. 55 – 57.
  7. Калинин, В.Ф. Разработка электро-аэродинамической системы
    облегчения запуска двигателей внутреннего сгорания / В.Ф. Калинин,
    А.В. Щегольков // Энергообеспечение и энергосбережение в сельском
    хозяйстве : тр. 6-й Междунар. науч.-техн. конф., г. Москва, 14 мая 2008 г. / Всерос. науч.-исслед. ин-т электрификации сел. хоз-ва. – М., 2008. – Ч. 2. –
    С. 302 – 307.
  8. Щегольков, А.В. Аэродинамический разогрев автотракторной техники в период зимней эксплуатации / А.В. Щегольков // Труды ТГТУ. – Тамбов, 2006. – № 19. – с. 112 – 114.

Патенты на изобретение

  1. Пат. 2309287 Российская Федерация, МПК7 F 02 N 17/04. Устройство для облегчения запуска двигателя внутреннего сгорания / А.М. Шувалов, А.В. Щегольков, С.В. Кочергин ; заявитель и патентообладатель Гос. науч. учреждение ВИИТиН. – № 2006120004/06 ; заявл. 07.06.06 ; опубл. 27.10.07, Бюл. № 17. – 5 c.
  2. Пат. 2398126 Российская Федерация, МПК7 F 02 М 31/125. Система терморегулирования топлива и моторного масла в дизельных двигателях / В.Ф. Калинин, А.В. Щегольков ; заявитель и патентообладатель Гос. науч. учреждение ТГТУ. – № 2009115275/06; заявл. 21.04.09 ; опубл. 27.08.10, Бюл. № 24. – 8 c.


 


Похожие работы:

«Гурин тимофей юрьевич повышение долговечности форсунок авто тракторных дизелей модернизацией распылителей Специальность 05.20.03 – Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Новосибирск 2010 Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Омский государственный аграрный университет (ФГОУ ВПО ОмГАУ) на кафедре...»

«Камышов Юрий Николаевич ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНых ПАРАМЕТРОВ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ДИСМЕМБРАТОРОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЖИДКИХ КОРМОВых смесей Специальность 05.20.01 – Технологии и средства механизации сельского хозяйства Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Барнаул – 2012 Работа выполнена на кафедре Сельскохозяйственное машиностроение ФГБОУ ВПО Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова (АлтГТУ)

«Вохмин Вячеслав Сергеевич РАЗРАБОТКА ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ СБРАЖИВАНИЯ НАВОЗА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА Специальность 05.20.02 – электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Ижевск – 2012 Работа выполнена на кафедре Технологии и оборудование пищевых и перерабатывающих производств Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего...»

«Варфоломеев Юрий Николаевич Повышение эффективности электрокопчения За счёт использования поля коронного разряда Специальность 05.20.02 – Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Работа выполнена на кафедре Энергообеспечение сельского хозяйства Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Тюменская государственная...»

«Бухаровская Анастасия Николаевна ТЯГОВО-СЦЕПНЫЕ СВОЙСТВА И УПЛОТНЯЮЩЕЕ ВОЗДЕЙCТВИЕ НА ПОЧВУ ТРАКТОРА С РЕЗИНОАРМИРОВАННЫМИ ГУСЕНИЦАМИ Специальность: 05.20.01 – Технологии и средства механизации сельского хозяйства Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2011 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московский государственный университет...»

«Щипачев Тимур Николаевич совершенствование ТЕХНОЛОГИИ обработки прополиса с разработкой подпрессовщика к брикетному прессу Специальность 05.20.01 – технологии и средства механизации сельского хозяйства АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Рязань – 2012 Работа выполнена на кафедре “Механизация животноводства” федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Рязанский...»

«КОЗЛОВ ВЛАДИМИР АЛЕКСАНДРОВИЧ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ КОМБИНИРОВАННОГО ВЫСЕВАЮЩЕГО АППАРАТА ВИБРАЦИОННОГО ТИПА Специальность 05.20.01. – Технологии и средства механизации сельского хозяйства АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Красноярск – 2012 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Красноярский государственный аграрный университет Научный руководитель доктор технических наук, доцент Вишняков Андрей Анатольевич Официальные...»

«Нефедов Сергей Федорович ПО СТРОЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ СИСТЕМ БЕЗОПАСНОСТИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК ОБЪЕКТОВ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА В УСЛОВИЯХ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ Специальность 05.20.02 – Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Барнаул - 2012 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова Научный руководитель: доктор...»

«Козлов Дмитрий Геннадиевич СНИЖЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКОЙ НАГРУЖЕННОСТИ ПОЧВЫ при криволинейном движении КОМБИНИРОВАННОГО МТА НА БАЗЕ ТРАКТОРА ТЯГОВОГО КЛАССА 2 Специальность 05.20.01 – Технологии и средства механизации сельского хозяйства АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Мичуринск-наукоград 2013 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Воронежский...»

«Щёкин Артур Юрьевич СНИЖЕНИЕ ТРАВМООПАСНОСТИ МОБИЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ ДЛЯ ВНЕСЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНИЙ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕМ СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ Специальность 05.20.01 – Технологии и средства механизации сельского хозяйства АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Красноярск -2011 Работа выполнена в ФГОУ ВПО Красноярский государственный аграрный университет Научный руководитель доктор технических наук, профессор Чепелев Николай Иванович...»

«Бодров Андрей Сергеевич ТЕХНОЛОГИЯ РЕМОНТНОГО ОКРАШИВАНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН ПОРОШКОВЫМИ КРАСКАМИ Специальность 05.20.03 – Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Москва 2007 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении (высшего профессионального образования) Орловский государственный технический университет (ГОУ ВПО ОрёлГТУ). Научный...»

«ЧАТКИН Михаил Николаевич ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ КОМБИНИРОВАННЫХ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ МАШИН С РОТАЦИОННЫ МИ АКТИВНЫМИ РАБОЧИМИ ОРГАНАМИ Специальность 05.20.01 – Технологии и средства механизации сельского хозяйства (технические науки) АВТОРЕФЕРАТ д иссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Саранск – 200 8 Работа выполнена на кафедре...»

«Кушнир Валентина Геннадьевна Повышение эффективности систем и технических средств механизированного водоснабжения пастбищного животноводства Специальность 05.20.01. – Технологии и средства механизации сельского хозяйства Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Оренбург – 2009 Работа выполнена в ФГОУ ВПО Оренбургский государственный аграрный университет и Костанайском государственном университете им. А.Байтурсынова Научный консультант –...»

«ЧАЛЕНКО Владислав В адимович ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ МАШИН ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПЛОДОВ АРБУЗА Специальности: 06.01.09 –растениеводство, 05.20.01- технологии и средства механизации сельского хозяйства АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук Астрахань - 2007 Работа выполнена в Государственном научном учреждении Всероссийский научно-исследовательский...»

«КОСТЮКОВ Александр Юрьевич ВОССТАНОВЛЕНИЕ ГИЛЬЗ ЦИЛИНДРОВ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ ТЕРМОПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ В МАТРИЦЕ Специальность 05.20.03 – Технология и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве. АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2006 Работа выполнена в Государственном...»

«УДК 631.363.636.(043.3) САБИЕВ Уахит Калижанович ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОМБИКОРМОВ В УСЛОВИЯХ СЕЛ ь СКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ Специальность 05.20.01 – Технологии и средства механизации сельского хозяйства АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Барнаул – 2012 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Омский государственный аграрный университет им. П.А.Столыпина Научный консультант: Федоренко Иван Ярославович, доктор...»

«Быкова Елена Владимировна УЛУЧШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК АВТОТРАКТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ПРИМЕНЕНИЕМ РЕМОНТНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ ПРЕПАРАТОВ Специальность 05.20.03. – Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2012...»

«ГОРЕЛОВ СЕРГЕЙ ВАЛЕРЬЕВИЧ ЭЛЕКТРОТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЕЙ И РЕЗИСТОРОВ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ Специальность: 05.20.02 – Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук Красноярск – 2008 Работа выполнена в ФГОУ ВПО Новосибирская государственная академия водного транспорта Научный консультант доктор технических наук, профессор...»

«ГУСЬКОВ ЮРИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СБОРОЧНО-ТРАНСПОРТНОГО ПРОЦЕССА И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ НА ЗАГОТОВКЕ ГРУБЫХ КОРМОВ Специальность: 05.20.01 – Технологии и средства механизации сельского хозяйства АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Новосибирск – 2007 Работа выполнена в ФГОУ ВПО Новосибирский государственный аграрный университет Научный консультант: доктор технических наук, профессор Блынский Юрий Николаевич

«Родин Николай Анатольевич ПОВЫШЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ТРИБОСОПРЯЖЕНИЙ КОМПРЕССОРОВ ПРИМЕНЕНИЕМ КОМПЛЕКСНЫХ ПОКРЫТИЙ (НА ПРИМЕРЕ АВТОМОБИЛЕЙ КАМАЗ) Специальность 05.20.03 – Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Саратов 2010 Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Саратовский государственный аграрный...»







Загрузка...



 
2014 www.avtoreferat.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.