Автоматизация процесса подготовки водотопливной эмульсии для дизельных энергетических установок

• Автор: Ганигин, Сергей Юрьевич
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 160 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1 Анализ проблем разработки и применения систем подготовки водотопливной эмульсии и управления ее составом 1

1.1 Основные объекты внедрения систем подготовки ВТЭ 1

1.1.1 Штатное дизельное топливо для питания энергетических установок

1.1.2 Экономические и экологические показатели работы

дизелей на чистом топливе 1

1.2. Особенности работы энергетических установок, питаемых ВТЭ 2 О

1.2.1 Анализ физических свойств ВТЭ 2 О

1.2.2 Физикохимическая модель процесса сгорания ВТЭ 2

1.3 Анализ влияния ВТЭ на показатели работы ДЭУ 2

1.3.1 Информативность показателей эффективности работы ДЭУ 2
1.3.2 Анализ влияния ВТЭ на экономические показатели ДЭУ 2
1.3.3. Анализ влияния ВТЭ на экологические показатели З
1.4 Способы получения ВТЭ и регулирования концентрации воды З
1.4.1 Анализ систем подготовки ВТЭ 3
1.4.2. Системы регулирования концентрации воды в ВТЭ 3
1.4.2.1 АСР расхода воды с двухпозиционным исполнительным механизмом и релейным законом управления 4
1.4.2.2 АСР расхода воды с двухпозиционным исполнительным механизмом и ПИ законом управления 4
1.4.2.3 АСР расхода с исполнительным механизмом регулируемого сечения
2 Модель дизеля при работе на ВТЭ, критерии оптимизации состава
эмульсии и структура системы оптимизации
2.1 Моделирование работы дизеля на ВТЭ 4
2.1.1 Статическая модель дизеля 4
2.1.2 Динамическая модель дизеля при работе на ВТЭ 5
2.1.3 Модель неустановившегося режима работы дизеля, вызванного изменением концентрации воды в ВТЭ
2.1.4 Анализ влияния плотности эмульсии на скорость ее движения по топливной системе 7
2.2 Описание структурной схемы АСУ подготовкой ВТЭ 7
2.3 Определение критериев оптимизации 7
Выводы 7
3 Моделирование работы системы управления составом ВТЭ
3.1 Моделирование работы систем приготовления ВТЭ
3.1.1 Исследование эффективности систем с двухпозиционными исполнительными механизмами 7
3.1.2 АСР расхода воды с исполнительным механизмом регулируемого сечения 8
3.1.3 Система подготовки ВТЭ, с дискретным изменением концентрации воды 8
3.2 Описание разработанных средств для синтеза алгоритмов управления и оптимизации состава ВТЭ 9
3.3 Имитационное моделирование процесса управления и оптимизации в системе подготовки с дискретным изменением концентрации воды 9
3.3.1 Шаговый алгоритм поиска экстремума с постоянным шагом
3.3.2 Шаговый алгоритм с переменным шагом 1 0
3.3.3 Алгоритм экстремального регулирования по производной 1 0
3.3.4 Алгоритм оптимизации с уточнением статической характеристики ДЭУ в процессе работы системы 1 0
3.4 Определение оптимальной концентрации воды по нескольким токсичным компонентам 1 1
3.5 Повышение эффективности системы автоматической оптимизации
Выводы 1 1
4 Техническая реализация системы управления подготовкой ВТЭ и экспериментальные исследования
4.1 Система подготовки ВТЭ главных судовых двигателей 1 1
4.2 Система подготовки ВТЭ главных судовых котлов 1 2
4.3 Электронный блок АСУ подготовкой ВТЭ судового котлоагрегата 1 2
4.4 Стендовые испытания системы управления составом ВТЭ 1 3 О
4.4.1 Описание экспериментальной установки 1 3 О
4.4.2 Методика проведения эксперимента 1 3
4.4.3 Оценка статических характеристик удельного расхода топлива при различных концентрациях воды в ВТЭ 1 3
4.4.4 Анализ погрешности эксперимента 1 3
4.4.5 Экспериментальная оценка показателей качества системы стабилизации концентрации воды в эмульсии 1 3
4.4.6 Экспериментальная оценка эффективности алгоритма экстремального регулирования 1 3
Выводы
Общие выводы и заключения
Список литературных источников


В разделе также рассматриваются способы повышения эффективности систем экстремального регулирования для инерционного объекта в условиях дрейфа статических характеристик. Приводятся результаты моделирования таких систем, при использовании звена динамической коррекции сигнала выхода объекта. В четвертой главе проводится описание разработанных систем подготовки ВТЭ для главных судовых дизелей и котлоагрегата КВА ,5 танкера Волганефть пароходства ОАО Волготанкер. Рассматривается используемый алгоритм оптимизации состава ВТЭ. Приводятся результаты экспериментальных исследований, проведенных при реостатных испытаниях тепловозного дизеля ПД1М тепловоза ТЭМ Куйбышевской железной дороги. В результате проведенных экспериментов были получены семейства статических характеристик концентрация ВТЭ удельный расход топлива концентрация ВТЭ дымность отработавших газов на различных скоростных и нагрузочных режимах работы дизеля. Приводятся результаты испытания системы оптимизации состава ВТЭ по расходу топлива. Эффективность применения водотопливной эмульсии ВТЭ в ДЭУ обусловлена балансом затрат на техническую модернизацию, дополнительное обслуживание дизельной установки и снижением стоимости ее эксплуатации за счет снижения расхода топлива и повышения параметрической надежности, обусловленной общим снижением показателей вредных выбросов. Максимальный эффект использования ВТЭ можно получить при разработке и тиражировании системы подготовки ВТЭ для наиболее широко применяемых установок. Поэтому первоочередными объектами инновации должны являться наиболее распространенные дизельные установки, к которым предъявляются жесткие требования по экологическим показателям. Обеспечить максимальную эффективность использования ВТЭ и повысить надежность работы дизельных установок можно лишь за счет автоматизации процесса подготовки эмульсии. Основной задачей при этом является достижение оптимального состава ВТЭ. Все разработки и исследования, представленные в данной диссертации проводились в рамках Региональной программы СНИЦ Перспектива и в процессе реализации хоздоговоров с предприятиями Самарской области ОАО Куйбышевская железная дорога, СП ОАО Пароходство Волготанкер и ОАО Югозапад Транснефтепродукт. Анализ проблемы применения ВТЭ для питания дизельных установок выявил, что в Самарской области, как и в целом в России основными потребителями разработки, заинтересованными в создании высокоэффективных систем подготовки и применения водотопливнои эмульсии, являются предприятия танспортной промышленности. В частности, две наиболее крупные транспортные компании Самарской области ОАО Куйбышевская железная дорога и Самарское представительство пароходства ОАО Волготанкер в ответ на инициативу НТЦ Надежность СамГТУ в г. ВТЭ с системой автоматической оптимизации ее состава. В качестве объекта для первоочередной модернизации Куйбышевская железная дорога предложила дизельный двигатель типа ПД1М 6ЧНЗ1,8, широко применяемый в маневровых и вывозных тепловозах ТЭМ2. Аналогичная задача, поставленная Самарским представительством пароходства Волготанкер, состояла в модернизации котлоагрегатов типа КВА ,5, используемых для подогрева нефти в танкерах Волгонефть и Нефтерудовоз. Поэтому данные энергетические установки приняты в диссертационной работе в качестве основных объектов исследования и модернизации. Эти модели ДЭУ могут рассматриваться как представители целого ряда типовых установок. Так, например, характеристики и структура топливной системы четырехтактного среднеоборотного дизельного двигателя ПД1М аналогичны параметрам судовых тяговых дизелей серий УГАи 8КЬ, Германия и ЧН. Этими двигателями, основные параметры которых регламентированы ГОСТом 0, оснащены 0 танкеров типа Волгонефть и Нефтерудовоз пароходства ОАО Волготанкер, выполняющего в настоящее время около всех водных транспортных перевозок РФ. Котлоагрегаты КВА ,5 имеют аналоги среди береговых котельных установок типа КВГ и др. Эмульсия представляет собой гораздо более сложный объект, чем стандартное дизельное топливо.