Система утилизации тепла с термоэлектрическим генератором для строительных машин : На примере бульдозера Б-10М

• Автор: Райшев, Денис Владимирович
• Шифр специальности: 05.05.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Тюмень
• Количество страниц: 142 с. : ил.

Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования

1.1. Условия функционирования строительных машин в Западной Сибири

1.2. Теоретическое исследование энергетического баланса строительных

машин

1.3. Влияние теплового состояния двигателя на энергетический баланс и

надежность машин в целом

1.4. Распределение составляющих теплового баланса строительных

машин

1.5. Общие представления о системах утилизации тепла

1.6. Возможности повышения эффективности работы

электрооборудования строительных машин
1.7. Выводы по главе. Формулирование цели
и постановка задач
Глава 2. Аналитические исследования
2.1. Анализ существующих методов повышения степени использования
тепла двигателя внутреннего сгорания строительной машины
2.2. Анализ структурных схем систем утилизации тепла с
термоэлектрическим генератором
2.3. Тепловые режимы работы системы «строительная машина - система
утилизации тепла с термоэлектрическим генератором»
2.4. Определение основных энергетических параметров систем двигателя как источника тепловой энергии
2.5. Выводы по главе
Глава 3. Разработка математического описания применения
термоэлектрического генератора на строительных машинах
3.1. Конструктивные особенности ТЭГ
3.1.1. Свойства термоэлектрических материалов
3.1.2. Обоснование системы подвода и отвода тепла
3.2. Основные процессы непосредственного преобразования тепла
3.3. Тепловые и электрические процессы в термоэлементе
3.4. Определение закономерностей изменения выходных параметров
термоэлектрического генератора
3.5. Выводы по главе
Глава 4. Экспериментальные исследования
4.1. Общая методика экспериментальных исследований
4.1.1. Планирование эксперимента
4.1.2. Описание экспериментального оборудования
4.2. Описание и результаты экспериментальных исследований
существующих конструкций термоэлектрических генераторов
4.3. Эксперименты на натурном образце
4.4 Результаты эксперимента: методика их обработки и оценка результатов
4.4. Выводы по главе
Глава 5. Практическое использование результатов работы
5.1. Теоретическое обоснование возможности применения термоэлектрического генератора на двигателе
5.2. Теоретические основы расчёта системы утилизации тепла с термоэлектрическим генератором
5.3. Влияние применения ТЭГ на вредные выбросы, тепловое загрязнение и шум при работе двигателя
5.4 Расчет экономической эффективности применения СУТ ТЭГ
5.5. Выводы по главе
Выводы по работе
Список литературы
Приложения

Современную жизнь невозможно представить без использования различного рода энергий (механической, электрической, тепловой и др.), что обеспечивает выполнение технологических процессов всех отраслей промышленности. Превалирующее в данный момент превращение тепловой энергии ископаемых видов топлива (уголь, нефть и нефтепродукты, природный газ, ядерное топливо) в механическую работу, тепло и электроэнергию характеризуется наличием сложных, громоздких преобразующих устройств, а также большими потерями, следовательно, и низким коэффициентом полезного действия (к.п.д.). При работе двигателя внутреннего сгорания (ДВС), широко используемого сейчас как источника энергии на мобильных машинах, также осуществляется преобразование одного вида энергии в другой с эффективностью 20-45% [21, 28-32, 58, 61, 120].
Снижение затрат на энергетические ресурсы - основной путь интенсификации многих технологических процессов, в частности строительства. Эффективность применения различного рода машин в условиях Западной Сибири, в связи с ужесточением экологических, экономических и др. требований к ним, во многом оценивается степенью рационального использования различного рода энергий (механической, электрической, тепловой).
Эксплуатация строительных машин (СМ) в климатических условиях Западной Сибири, с присущими им продолжительными периодами с отрицательной температурой окружающего воздуха (ОТ), характеризуется дополнительными затратами различного рода ресурсов. В общем случае, эффективность работы мобильных машин строительства оценивается сметными расценками на эксплуатацию этих машин - Смаш, которые включают следующие статьи затрат [146, МДС 81-3.99]:
Смаш = А+Р+Б+З+Э+С+Г+П, (руб./маш.-ч); где А - амортизационные отчисления; Р - затраты на выполнение всех видов ремонта, диагностирование и техническое обслуживание; Б - затраты на за-

торможения газового потока. Торможение обусловлено резким падением противодавления в системе выпуска ДВС - газ расширяется в область пониженного давления, а это в свою очередь непосредственно связано с повышением эффективной мощности ДВС при одновременном снижении уровня шума. Эффект теплового торможения подтверждается также экспериментальными данными. Грудановым В.Я. [28-32] исследовались серийные глушители шума с размещенными внутри резонансных камер утилизационными теплообменниками. Эксперименты показали, что охлаждение газового потока на 100-110 К приводит к заметному снижению скорости движения отработавших газов и уменьшению при этом уровня звукового давления на 5-6 дБ. При этом поток газов в поперечном сечении ускоряется в направлении к охлаждаемой стенке канала, что в свою очередь связано с интенсификацией теплообмена от газов к поверхности охлаждения. Также отбор теплоты в области дозвуковых течений оказывает положительное влияние на скорость окисления ЫОх , что позволяет говорить об экологической эффективности работы ДВС с СУТ [30, 120].
На основе критического анализа конструкций СУТ установлены следующие преимущества применения прямого преобразования тепловой энергии в другие формы:
• Повышается степень использования тепла двигателя, а также любого тепла, излучаемого СМ, либо другого источника тепла. Так, при рассмотрении теплового баланса, применение ТЭГ позволяет, согласно расчетам и проведенным экспериментам использовать до 15% ранее не используемых тепловых потерь, что примерно составляет около 20 кВт.ч энергии.
• Прямое преобразование тепла обеспечивает получение дополнительного внутреннего источника электрической энергии, предназначенного для продления работы потребителей, даже после выключения.
• В большинстве конструкций преобразователей отсутствует необходимость в промежуточном теплоносителе, отбирающем часть энергии от ОГ, ОЖ и т.д.