CC BY
15
2. Korabel'nikov S.K., Kartoshkin A.P., CHistyakov A.N. Intensifikaciya smeseobrazovaniya v dizele // Izvestiya Mezhdunarodnoj akademii agrarnogo obrazovaniya. - 2018. - Vyp. № 41. -Tom 1. - S. 105-109.
3. Agapov D.S., Kartoshkin A.P. Optimal'nye rezhimy raboty gazoporshnevyh ustanovok // Sel'skij mekhanizator. - 2015. - № 5. - S. 32 - 34
4. Ashkinazi L.A., CHipizubov V.V., Kartoshkin A.P., Affene M.A. Ispol'zovanie poristyh kompozitnyh materialov dlya fil'tracii shirokogo spektra gazovyh sred // Kompressornaya tekhnika i pnevmatika. - 2014. - № 4. - S. 39 - 43.
5. Biryukov A.L., Plotnikov S.A., Kartoshkin A.P. i dr. Razrabotka gazogeneratora dlya primeneniya na mobil'nyh energeticheskih sredstvah// Izvestiya Mezhdunarodnoj akademii agrarnogo obrazovaniya. - 2017. - Vyp. № 35. - S. 15-19.
6. Agafonov A.N. Rabota dizelej v usloviyah funkcionirovaniya po special'nym ciklam. - SPb.: Politekhnicheskij universitet, 2005. - 318 s.
7. Dergachev A.V., Kalinin A.S., Lyahov M.A., Raskevich. S.S. Issledovanie vozmozhnostej uluchsheniya pokazatelej raboty dizelej, rabotayushchih po special'nym ciklam v sostave vozduhonezavisimyh ustanovok. - SPb: VMPII VUNC VMF VMA, 2018. - 130 s.
УДК 621.436 DOI 10.24411/2078-1318-2019-14123
Доктор техн. наук А.В. НЕГОВОРА Канд. техн. наук Ш.Ф. НИГМАТУЛЛИН Канд. техн. наук М.М. РАЗЯПОВ Инженер Р.Ф. САМИКОВ
(ФГБОУ ВО «Башкирский ГАУ»)
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГЕНЕРАТОРА ГОРЯЧИХ ГАЗОВ С ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ НАСАДКОЙ
Вопросы улучшения эксплуатационных показателей автотракторной техники в условиях низких температур путем применения новых источников энергии в настоящее время активно исследуются [1, 5].
При организации тепловой подготовки автотранспортных средств в холодных климатических условиях [1, 3, 4] в качестве источника тепловой энергии часто используются генераторы горячих газов. Их широкое применение обусловлено высокой тепловой мощностью и безопасностью. При этом выделяющееся в зоне горения тепло расходуется на нагревание топливовоздушной смеси, часть тепловой энергии затрачивается на нагрев направляющей насадки и кожуха. Генератор горячих газов потребляет от 70 до 150 Вт мощности аккумуляторной батареи автомобиля.
Для снижения потребляемой электроэнергии генератора горячих газов (ГГГ) возможно использование термоэлектрического генератора (ТЭГ) для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую. При этом необходимо определить место установки модулей на направляющую насадку генератора горячих газов, контактирующих с теплообменниками воздушной системы охлаждения [2].
Цель исследования - снижение потребляемой электроэнергии генератора горячих газов при организации тепловой подготовки автотранспортных средств в холодных климатических условиях [6].
Материалы, методы и объекты исследования. c целью выявления наиболее рациональной конструкции насадки на кафедре «Автомобили и машинно-тракторные комплексы» Башкирского ГАУ была разработана и собрана установка генератора горячих газов с рекуперацией электрической энергии (рис.1). Основной задачей было определение конструктивных параметров насадки, позволяющих реализовать максимальный коэффициент
полезной мощности и обеспечить максимальной электрической мощностью потребителей. С этой целью были проведены серии экспериментальных исследований в системе короб квадратного сечения - направляющая насадка генератора горячих газов (рис. 2):
- по контактным линиям;
- по контактным линиям и фольгированным наполнителям;
- по кварцевому наполнителю.
Рис. 1. Экспериментальная модель ГГГ
В качестве регистратора данных при экспериментальных исследованиях был использован измерительный комплекс [7] на базе аналого-цифрового преобразователя Zetlab 210, а датчиками температуры - термопары типа ТХК (схема расстановки термопар на исследуемом объекте в ходе опыта показана на рис. 2).
Рис. 2. Размещение термопар на поверхности исследуемого объекта: Т1 - на выходе с генератора горячих газов; Т 2 - на поверхности короба квадратного сечения; Т з - на поверхности радиатора; Т 4 - на выходе с направляющей насадки; Т 5 - на поверхности направляющей насадки
Результаты, полученные в ходе экспериментальных исследований, представлены в табл. 1.
Максимальное генерируемое напряжение с термоэлектрического генератора по контактным линиям на 12 минуте составляет 5,36 В, при разнице температур на холодной и горячей стороне показало 50,20С. По контактным линиям и фольгированным наполнителям максимальное напряжение на 11 минуте составляет 6,74 В, при разнице температур на холодной и горячей стороне показало 40,40С. А при использованиях в качестве промежуточного кварцевого наполнителя мелкозернистого песка напряжение на 14 минуте составляет 8,35 В, при разнице температур на холодной и горячей стороне показало 80,80С. По результатам серии экспериментов построен график (рис. 3).
Таблица 1. Данные по результатам опыта на временном промежутке
от 10 до 14 минуты
Время, мин и,В Т1, °С Т 2, °С Т 3, °С Т 4, °С Т 5, °С Токр, °С ^Евтра' М С Т2 - Т 3, °С И/ - Им
по контактным линиям
10 4,23 76,10 35,3 456,7 40,8 0,52
11 4,61 712,0 83,20 34,0 507,0 458,2 -21,0 1,15 49,2 0,38
12 5,36 84,50 34,3 458,1 50,2 0,75
13 5,29 86,90 34,8 459,0 52,1 -0,07
14 5,32 87,10 34,1 458,6 53,0 0,03
по контактным линиям и фольгированным наполнителям
10 6,51 103,60 69,6 451,4 34,0 0,04
11 6,74 109,50 69,1 458,2 40,4 0,23
12 6,69 712,0 108,90 69,3 507,0 458,1 -21,0 1,15 39,6 -0,05
13 6,71 108,70 69,0 458,3 39,7 0,02
14 6,72 109,40 69,9 457,1 39,5 0,01
кварцевый наполнитель
10 6,83 110,10 64,2 451,4 45,9 0,50
11 7,17 122,70 67,8 458,2 54,90 0,34
12 8,19 712,0 139,20 68,3 509,0 458,1 -19,0 2,40 70,90 1,02
13 8,34 147,30 68,4 458,3 78,90 0,15
14 8,35 148,80 68,0 457,1 80,80 0,01
Рис. 3. График роста и стабилизации напряжения с каскада ТГМ
Далее по полученным данным был проведен корреляционно-регрессионный анализ результатов эксперимента, и с помощью программного обеспечения «Граф» строились несколько моделей регрессии, результаты сравнивались между собой по корреляции. Полученные данные представлены в табл. 2.
Таблица 2. Аппроксимация функции напряжения от времени опыта
Функция Коэффициент корреляции
Линейная регрессия: y=0.679x-0.865 0.985
Квадратичная регрессия: y=-0.02x2+0.993x-1.753 0.991
Кубическая регрессия: у=-0.004 x3+0.081 x40.331x-0.732 0.995
Степенная регрессия: у=0.06 х1,998 0.995
Показательная регрессия: у=0.21-1.361х 0.779
Логарифмическая регрессия: у=0.21+1.3611пх 0.943
-9.393 Гиперболическая регрессия: у=6.648+—-— 0.749
Исходя из коэффициента корреляции, изменение напряжения от времени происходит согласно степенной регрессии. Для наглядности по вышеприведенным функциям был построен график регрессионных моделей.
14
12 -
19 -
3 -
6-
2-
-2 Н
ЛинЕЙная РЕГРЕССИЯ Квадраттная рЕгрЕссиа КубтЕская РЕГРЕССИЯ СТЕПЕННаЯ рЕГрЕССПЯ ПокааатЕпьная рЕгрЕссиа Лога риф м^Еская рЕгрвссна Г"ИПЕрЙ0Л1Т*ЕСКаЯ рЕГрЕССПЧ ЭкспонЕнциальная рЕГрЕССПЯ 1
в
4.57 4.936 4.936 3.337 2475 5.3Е6 5474 1475 5
-40-
11
12
13
Рис. 4. Модели регрессии
Результаты исследований. В ходе выполнения данной работы были получены следующие результаты:
— наиболее лучшими свойствами обладает модель с кварцевым наполнителем, так как по результатам расчета температура нагрева поверхности ТГМ равномерная, что в дальнейшем повышает выходную мощность генерируемой электроэнергии с модулей. При этом повышается КПД термоэлектрической генерирующей системы, аккумулируется
тепловая энергия, после выключения ГГГ в течение некоторого времени ТГМ будет генерировать термоЭДС, заряжая аккумуляторную батарею [3].
— проведены экспериментальные исследования генерируемой электрической энергии с ТЭГ в зависимости от разности температур в ходе работы ГГГ.
Вывод. Регрессионный анализ полученных экспериментальных данных показал, что наиболее рациональной конструкцией термоэлектрической насадки является короб квадратного сечения с кварцевым наполнителем, который позволяет снизить максимальную температуру горячих газов до безопасного уровня, а также аккумулировать тепловую энергию.
Литература
1. Картошкин А.П., Агапов Д.С. Моделирование процессов предпусковой тепловой подготовки дизелей с использованием аккумулированной энергии // Известия Международной академии аграрного образования. - 2013. - Вып. №19. - С. 45-48.
2. Gabitov I.I., Negovora A.V., Khasanov E.R., Galiullin R.R., Farhshatov M.N., Khamaletdinov R.R., Martynov V.M., Gusev D., Yunusbaev N.M., Razyapov M.M. Risk reduction of thermal damages of units in machinery heat preparation for load acceptance. / Journal of Engineering and Applied Sciences. 2019. Т. 14. № 3. С. 709-716.
3. Bejan A., Kraus A. D. Heat Transfer Handbook / Hoboken; N. J.: Jonh Wiley & Sons, Inc., 2003. - 1427 p.
4. Габитов И.И., Неговора А.В., Рязапов М.М., Гусев Д.А. Оптимизация процесса тепловой подготовки сельскохозяйственной техники в условиях низких температур // Технический сервис машин. - 2019. - № 1 (134). - С. 122-130.
5. Неговора А.В., Разяпов М.М., Закиев М.Г., Шерстнев Н.А. Изучение влияния низких температур на коробку передач автомобиля КАМАЗ ZF 16S 1820ТО // Автомобиль для Сибири и Крайнего Севера: конструкция, эксплуатация, экономика: сб. мат. 90-й Междунар. науч.-техн. конференции Ассоциации автомобильных инженеров / ИРНИТУ. -2015. - С. 273-278.
6. Неговора А.В., Разяпов М.М., Курдин П.Г., Филиппов Ю.К., Токарев В.А.
Современные проблемы эксплуатации автомобилей в условиях низких температур независимо от климатической зоны // Журнал автомобильных инженеров. - 2017. - № 4 (105). - С. 36-41.
7. Разяпов М.М., Неговора А.В., Филиппов Ю.К. Предпусковая подготовка двигателя и агрегатов трансмиссии автомобиля к принятию нагрузки // Известия Международной академии аграрного образования. - 2012. - Вып. №14. - Т. 1. - С.266-270.
8. Нигматуллин Ш.Ф., Карачурин Б.Ш. Применение прецизионных элементов для регулирования процессов управления машин: материалы междунар. науч.-практ. конференции «Совершенствование конструкции, эксплуатации и технического сервиса автотракторной и сельскохозяйственной техники». - Уфа: Башкирский ГАУ, 2013. - С.307-311.
Literatura
1. Kartoshkin A.P., Agapov D.S. Modelirovanie processov predpuskovoj teplovoj podgotovki dizelej s ispol'zovaniem akkumulirovannoj energii // Izvestiya Mezhdunarodnoj akademii agrarnogo obrazovaniya. - 2013. - Vyp. №19. - S. 45-48.
2. Gabitov I.I., Negovora A.V., Khasanov E.R., Galiullin R.R., Farhshatov M.N., Khamaletdinov R.R., Martynov V.M., Gusev D., Yunusbaev N.M., Razyapov M.M. Risk reduction of thermal damages of units in machinery heat preparation for load acceptance. / Journal of Engineering and Applied Sciences. 2019. T. 14. № 3. S. 709-716.
3. Bejan A., Kraus A. D. Heat Transfer Handbook / Hoboken; N. J.: Jonh Wiley & Sons, Inc., 2003. - 1427 p.
4. Gabitov I.I., Negovora A.V., Ryazapov M.M., Gusev D.A. Optimizaciya processa teplovoj podgotovki sel'skohozyajstvennoj tekhniki v usloviyah nizkih temperatur // Tekhnicheskij servis mashin. - 2019. - № 1 (134). - S. 122-130.
5. Negovora A.V., Razyapov M.M., Zakiev M.G., SHerstnev N.A. Izuchenie vliyaniya nizkih temperatur na korobku peredach avtomobilya KAMAZ ZF 16S 1820TO // Avtomobil' dlya Sibiri i Krajnego Severa: konstrukciya, ekspluataciya, ekonomika: sb. mat. 90-j Mezhdunar. nauch.-tekhn. konferencii Associacii avtomobil'nyh inzhenerov / IRNITU. - 2015. - S. 273-278.
6. Negovora A.V., Razyapov M.M., Kurdin P.G., Filippov YU.K., Tokarev V.A. Sovremennye problemy ekspluatacii avtomobilej v usloviyah nizkih temperatur nezavisimo ot klimaticheskoj zony // ZHurnal avtomobil'nyh inzhenerov. - 2017. - № 4 (105). - S. 36-41.
7. Razyapov M.M., Negovora A.V., Filippov YU.K. Predpuskovaya podgotovka dvigatelya i agregatov transmissii avtomobilya k prinyatiyu nagruzki // Izvestiya Mezhdunarodnoj akademii agrarnogo obrazovaniya. - 2012. - Vyp. №14. - T. 1. - S.266-270.
8. Nigmatullin SH.F., Karachurin B.SH. Primenenie precizionnyh elementov dlya regulirovaniya processov upravleniya mashin: materialy mezhdunar. nauch.-prakt. konferencii «Sovershenstvovanie konstrukcii, ekspluatacii i tekhnicheskogo servisa avtotraktornoj i sel'skohozyajstvennoj tekhniki». - Ufa: Bashkirskij GAU, 2013. - S.307-311.
РАСЧЁТНАЯ МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ СООТНОШЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ ГАЗОВ И ПОДАЧИ ВОДЫ В ЧЕТВЁРТОМ ТАКТЕ ДВИГАТЕЛЯ КРОУЭРА
Одним из путей решения проблемы экономии энергоносителей и эффективного использования топливно-энергетических ресурсов является разработка и внедрение тепловых двигателей, реализующих альтернативные термодинамические циклы. Одной из таких конструкций является шеститактный двигатель Кроуэра, использующий в качестве рабочего тела парогазовую смесь [1, 2, 3].
Цель исследования. Целью данной работы является методика определения соотношения остаточных газов и подачи воды, впрыскиваемой в цилиндр двигателя, на четвёртом такте.
Материалы, методы и объекты исследования. Отработавшие газы ДВС должны иметь в своём составе воду в перегретом состоянии, во избежание её конденсации на деталях конструкции и, как следствие, возникновения коррозии. При выполнении теплового расчёта дизельных ДВС давление отработавших газов на выпуске Рг определяется из соотношения (1,05-1,25)Ро , если двигатель атмосферный, или (0,75-0,98)Рк - в случае двигателя с наддувом. В этом случае температура отработавших газов Тг не превышает 120°С, даже если отработавшие газы будут целиком состоять только из водяного пара. В силу идентичности третьего и пятого тактов расширения давления в начале и в конце этих тактов должны быть равны. Давление Рь в конце расширения для дизелей составляет 0,2-0,5 МПа. При тепловом расчёте цикла дизеля используют следующее соотношение [4, 5, 6]:
где Ть - температура отработавших газов в конце расширения, К. Для дизелей составляет 1000-1400 К.
По своей структуре уравнение 1 фактически представляет собой соотношение параметров в политропном процессе с показателем политропы, равным 1,5 [7, 8].
УДК 621.444.2
DOI 10.24411/2078-1318-2019-14128
Канд. техн. наук Д.С. АГАПОВ (ФГБОУ ВО СПбГАУ, [email protected])
(1)
