Уменьшение выбросов оксидов азота серийного судового двигателя путем организации рабочих процессов

• Автор: Сеземин, Алексей Валерьевич
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 149 с. : ил.

Содержание
Введение
1. Проблемы уменьшения выбросов оксидов азота
дизельными двигателями
1.1. Состав отработавших газов дизельных двигателей
1.2. Нормирование токсичности отработавших газов
судовых дизельных двигателей и способы ее снижения
1.3. Уменьшение выбросов оксидов азота путем организации
рабочих процессов
1.4. Повышение технического состояния дизельного двигателя
путем организации рабочих процессов
1.5. Выводы по главе 1, постановка целей и задач исследования
2. Влияние организации рабочих процессов на выбросы оксидов азота дизельного двигателя повышенной оборотности
2.1. Механизм образования вредных и токсичных веществ
в процессе сгорания топлива
2.2. Влияние угла опережения впрыска топлива на экологические и экономические показатели дизельного двигателя
2.3. Влияние угла наклона топливных струй на
экономические показатели дизельного двигателя
2.4. Влияние показателей рабочих процессов на срок службы дизельного двигателя
2.5. Выводы по главе
3. Оптимизация рабочих процессов дизельного двигателя
для уменьшения выбросов оксидов азота
3.1. Блок-схема оптимизации рабочих процессов дизельного двигателя
3.2. Оптимизация рабочих процессов по углу опережения
впрыска топлива и геометрической степени сжатия

3.3. Оценка качества организации рабочих процессов по распределению топлива в струе
3.4. Методика определения угла наклона топливных струй для улучшения экономических показателей
3.5. Методика прогнозирования срока службы дизельного двигателя
3.6. Выводы по главе
4. Моделирование и исследование рабочих процессов
дизельного двигателя повышенной оборотности
4.1. Анализ показателей рабочих процессов базового двигателя
4.2. Результаты моделирования и исследования рабочих процессов
по углу опережения впрыска топлива
4.3. Результаты моделирования и исследования рабочих процессов
по углу наклона топливных струй
4.4. Прогнозирование срока службы дизельного двигателя с разработанными рабочими процессами
4.5. Результаты экспериментальных исследований
рабочих процессов дизельного двигателя
4.6. Разработка инженерного решения по модернизации конструкции базового дизельного двигателя
4.7. Выводы по главе
Заключение
Библиографический список
Приложение А. Результаты испытаний
Приложение Б. Справки о внедрении результатов исследований
Введение
Актуальность работы. При существующем уровне развития четырехтактных дизельных двигателей, характеризующимся удельным эффективным расходом топлива от 170 до 230 г/(кВт-ч) и средним эффективным давлением до 3 МПа при одноступенчатом газотурбинном наддуве, дизельные двигатели повышенной оборотности, как показывают теоретические и экспериментальные исследования, будут развиваться по пути дальнейшего улучшения энергетических, экономических и экологических показателей, а также повышения срока службы, снижение шума и вибрации [124].
Суммарная установленная мощность, находящихся в эксплуатации транспортных и стационарных двигателей, составляет примерно 1400 млн. кВт, что в 5,5 раз превышает установленные мощности всех ТЭЦ. Двигатели потребляют более 80% жидкого нефтяного топлива, которого по официальным статистическим данным производится в России более 70 млн. т (около 27 млн. т бензинов и авиационного керосина, 48 млн. т дизельного и моторного топлива), а также 0,9 млн. т смазочного масла. В результате сжигания этого количества топлива в атмосферу выбрасывается более 10 млн. т вредных и токсичных веществ [85]. На двигатели судового, тепловозного и промышленного применения приходится около 11% глобальных выбросов. При этом загрязнение воздуха выбросами автомобилей доминирует в городах (по разным оценкам от 80 до 90%), в то время как вблизи портов, крупных железнодорожных узлов, в промышленных зонах подобный локальный уровень загрязнения создается выбросами двигателей судового, тепловозного и промышленного назначения [82, 83].
В настоящее время вводятся более жесткие ограничения на выбросы оксидов азота (NOx) с отработавшими газами (ОГ), причем решение этой проблемы оказывается особенно трудным. На данный момент снижение выбросов NOx до соответствия требованиям международного стандарта для судовых дизельных двигателей IMO Tier II, удается достигнуть при увеличении
Анализ рис. 1.9 показывает, что:
• наиболее оптимальным с точки зрения уменьшения максимального давления сгорания, скорости нарастания давления («жесткости» рабочих процессов) и увеличения максимальной температуры цикла является режим, при котором угол опережения впрыска топлива приближен к положению поршня в ВМТ;
• с увеличением количества топлива, подаваемого во впускной трубопровод, удельный эффективный расход топлива возрастает, «жесткость» рабочих процессов уменьшается в связи с уменьшением максимального давления сгорания, но температура газа в цилиндре двигателя возрастает. Соответственно уменьшается и коэффициент избытка воздуха.
При всех преимуществах двухфазной подачи топлива приходится опасаться горения топлива во впускном коллекторе, связанного с попаданием горячих газов в топливовоздушную смесь в результате неплотностей во впускных отверстиях двигателя.
Таким образом, с целью уменьшения выбросов NOx с ОГ до требований IMO Tier II при сохранении энергетических и экономических показателей и повышения срока службы двигателя можно рекомендовать следующие мероприятия по организации рабочих процессов:
• уменьшение угла опережения впрыска топлива с целью снижения максимальной температуры цикла и скорости нарастания давления;
• исключение чрезмерной гомогенизации топливовоздушной смеси путем распределения топливных струй в пространстве камеры сгорания в соответствии с тепловыми полями на поверхностях камеры сгорания;
• организовать распределение топливных струй таким образом, чтобы место контакта топливных струй с поверхностями камеры сгорания не располагались в зонах с плохими условиями испарения топлива.