Исследование показателей токсичности отработавших газов двигателя внутреннего сгорания при работе на генераторном газе и традиционном моторном топливе

RESEARCH PARAMETERS OF THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE EXHAUST EMISSIONS WHEN OPERATING ON GAS GENERATOR AND A TRADITIONAL ENGINE FUEL Kipriyanov F.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТОКСИЧНОСТИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ПРИ РАБОТЕ НА ГЕНЕРАТОРНОМ ГАЗЕ И ТРАДИЦИОННОМ МОТОРНОМ ТОПЛИВЕ Киприянов Ф. А.

Киприянов Федор Александрович /Kipriyanov Fedor - кандидат технических наук, доцент, кафедра энергетических средств и технического сервиса, Вологодская государственная молочнохозяйственная академия им. Н. В. Верещагина, г. Вологда

Аннотация: в статье отмечается перспективность применения альтернативных видов моторных топлив и актуальность использования генераторного газа в качестве альтернативного моторного топлива, отражается возможность получения альтернативного топлива из отходов предприятий агропромышленного комплекса и деревоперерабатывающей промышленности. Приводятся результаты исследования токсичности отработавших газов при работе на альтернативном и традиционном моторном топливах, представлены испытательные стенды и конструкция параметрического газогенератора, позволяющая осуществлять управление процессом газификации в динамике, тем самым повышая его эффективность.

Abstract: the article says the prospect of alternative motor fuels and the relevance of the use of generator gas as an alternative motor fuel, reflects the ability to produce alternative fuels from waste agricultural enterprises and wood processing industry. The results of the study toxicity of exhaust gases when working on alternative and traditional motor fuels, presented test benches and parametric design of the gas generator, which allows for control of the gasification process in the dynamics, thereby increasing its effectiveness.

Ключевые слова: альтернативное топливо, генераторный газ, газогенератор, токсичность отработавших газов, утилизация отходов.

Keywords: alternative fuel, producer gas, gasifier, toxicity of fulfilled gases, waste disposal.

Современное агропромышленное производство невозможно представить себе без применения двигателей внутреннего сгорания (ДВС), используемых как в качестве силовых установок на тракторах и сельскохозяйственных машинах, так и в качестве силовых установок для привода независимых источников электроэнергии. В современных условиях, когда появилась отчетливая перспектива исчерпания запасов углеводородов, топливо, используемое в двигателях внутреннего сгорания, стало объектом глубоких исследований. Остро встала проблема в разработке и применении альтернативных топлив, при этом наибольшее значение имеет адаптация двигателей и их систем для работы на альтернативных топливах. Одним из факторов, стимулирующих разработки в этой области, является то, что альтернативные виды топлива являются возобновляемыми энергетическими ресурсами. В качестве наиболее доступных возобновляемых моторных топлив можно выделить рапсовое масло, генераторный газ и топливо-спиртовые смеси с частичной заменой традиционного топлива возобновляемым компонентом. Работе различного типа двигателей на рапсовом масле и топливо-спиртовых смесях посвящен ряд исследований, отражающих актуальность проблемы и перспективы дальнейших разработок в данном направлении [1, 2]. Актуальность применения генераторного газа в качестве моторного топлива обуславливается тем, что его можно получать из отходов, как лесоперерабатывающей промышленности, так и отходов предприятий агропромышленного комплекса. В результате работы ДВС на любом виде топлива вырабатывается механическая и, тепловая энергия и побочный продукт - отработавшие газы. Выхлопные газы ДВС - это смесь газов и соединений, в том числе и вредных для окружающей среды и человека. Исследования показателей токсичности отработавших газов двигателей, работающих на рапсовом масле [3, 4, 5], показали их более низкие значения по сравнению с показателями при работе на

традиционном топливе. Для исследования токсичности отработавших газов был взят работоспособный двигатель ВАЗ - 2108, не подвергавшийся капитальному ремонту [6, 7].

Рис. 1. Двигатель внутреннего сгорания на испытательном стенде

Были отрегулированы зазоры в клапанах, угол опережения зажигания, заменены свечи зажигания, масло и фильтры. Давление в цилиндрах по компрессометру при прокручивании электростартером составляло от 11,2 до 11,7 кг/см2. Эксперимент проходил в два этапа. На первом этапе двигатель работал на традиционном моторном топливе - бензине марки А92. Замеры показателей токсичности отработавших газов осуществлялись при 1000, 2000 и 3000 мин-1, без нагрузки на двигатель прибором Инфракар М-1.01. В результате эксперимента была проведена сравнительная оценка выхлопных газов ДВС при работе на традиционном топливе и генераторном газе.

Полученные параметры укладываются в существующие нормативы для карбюраторных двигателей. На втором этапе двигатель работал на генераторном газе. Замеры выхлопных газов проводились при 3000, 2000 и 1000 мин-1, без нагрузки двигателя [6, 7].

Анализ результатов показал, что при работе на генераторном газе характеристики двигателя не стабильны, хотя положение дроссельной заслонки во время эксперимента оставалось неизменным. Основной причиной является недостаток генераторного газа в камере сгорания ДВС, т.е. газогенератор не успевает выработать необходимый объем газа для работы двигателя. Возник закономерный вопрос о необходимости разработки системы питания, и регулирования двигателя [8, 9], кроме этого требовалось исследовать, возможно ли влиять на процесс газообразования, ускоряя, или замедляя его, в зависимости от нагрузки на двигатель. Американские инженеры фирмы «All power labs» данный вопрос решают путем добавления дополнительного количества топлива в камеру сгорания двигателя, что позволяет газогенератору произвести выработку газа для дальнейшей работы двигателя внутреннего сгорания.

В результате экспериментов было выявлено, что на процесс газификации можно влиять как количеством нагнетаемого воздуха, так и направлением его подачи, меняя не только количество вырабатываемого газа, но и его качественные характеристики [6]. Концепция управления процессом газификации, предложенная в работах [10, 11, 12], подтвердила свою актуальность при проведении практических исследований [6, 7, 13]. Где была выявлена зависимость между управляющими факторами, которыми выступает количество подаваемого воздуха и количеством и качеством генераторного газа. Для этого была изготовлена рабочая модель генератора с параметрическим регулированием в плоскости фурменного пояса (рис. 2).

Рис. 2. Газогенератор с плоскостным регулированием процесса газификации

Исследования подтвердили возможность управления процессом газификации, тем самым повышая эффективность процесса выработки генераторного газа. Неполное сгорание газа при низкой частоте вращения нагнетателя. Полно сгорание газа, при оптимизации кислородного режима (частота вращения нагнетателя не менялась). Проведя эксперименты, и сделав анализ полученных характеристик выхлопных газов, при работе ДВС на традиционном топливе и генераторном газе, можно сделать следующие выводы:

- Генераторный газ, полученный из растительных отходов, вполне может заменить традиционные моторные топлива, например для стационарно работающих ДВС. При этом выхлопные газы будут менее токсичны.

- Процессом газификации можно управлять, изменяя условия и режимы выработки газа, под конкретную потребность двигателя внутреннего сгорания.

Литература

1. Плотников С. А. Создание новых альтернативных топлив // Научно-методический электронный журнал «Концепт», 2014. № S10. С. 26-30. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://e-koncept.ru/2014/14621.htm/ (дата обращения: 14.12.2016).

2. Плотников С. А. Улучшение эксплуатационных показателей дизелей путем создания новых альтернативных топлив и совершенствования топливоподающей аппаратуры // Автореф. дисс. докт. техн. наук. Н-Новгород, 2011.

3. Плотников С. А., Зубакин А. С. Некоторые результаты применения альтернативных топлив для снижения токсичности ДВС // Всероссийская ежегодная научно-практическая конференция «Общество, наука, инновации» (НПК-2016). Киров, 2016. С. 1352 -1358.

4. Карташевич А. Н., Товстыка В. С., Плотников С. А. Оценка дымности и токсичности тракторного дизеля при работе на рапсовом масле // Тракторы и сельхозмашины, 2011. № 9. С. 11-13.

5. Карташевич А. Н., Товстыка В. С., Плотников С. А. Показатели работы тракторного дизеля на рапсовом масле // Двигателестроение, 2011. № 2. С. 39-41.

6. Киприянов Ф. А. Исследование работы газогенератора. Современные научные исследования и инновации, 2016. № 1 (57). С. 146-152.

7. Рассветалов А. С., Зубакин А. С. Исследование состава отработавших газов двигателя внутреннего сгорания // В сборнике: Материалы региональной научной конференции VIII ежегодной научной сессии аспирантов и молодых ученых Материалы конференции в 2-х томах, 2014. С. 46-49.

8. Система регулирования многотопливного дизеля / Болотов А. К., Плотников С. А. // Патент РФ№ 2044908. МПК 6F 02D 1/04 А. 6Е 02Б 1/10 В.

9. Плотников С. А., Зубакин А. С., Коротков А. Н. Система питания генераторным газом ДВС и установка для его осуществления // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика, 2015. Т. 3. № 5-3 (16-3). С. 66-69.

10. Газогенератор / Острецов В. Н., Зубакин А. С., Палицын А. В., Коротков А. Н. // Патент РФ № 2555486 МПК C10J3/20.

11. Газогенератор / Острецов В. Н., Зубакин А. С., Палицын А. В., Коротков А. Н. // Патент РФ № 2466177 МПК C10J3/20.

12. Газогенератор / Острецов В. Н., Зубакин А. С., Палицын А.В., Коротков А. Н., Киприянов Ф. А., Рассветалов А. С. // Патент РФ № 2575536 МПК C10J3/20.

13. Зубакин А. С., Коротков А. Н. Разработка и исследование газогенераторов для производства газообразного топлива // Улучшение эксплуатационных показателей двигателей внутреннего сгорания. Материалы IX Международной научно-практической конференции: сборник научных трудов. Министерство сельского хозяйства РФ; ФГБОУ ВО «Вятская государственная сельскохозяйственная академия», 2016. С. 37-39.

ACT SURFACE OF SEA WATER ON PRESSURE POLYMERIC HOSES

RSWB

Kornev V.1, Rybakov Ju.2, Asmetkov I.3 ВОЗДЕЙСТВИЕ ПОВЕРХНОСТНОЙ МОРСКОЙ ВОДЫ НА НАПОРНЫЕ ПОЛИМЕРНЫЕ РУКАВА БЗКР Корнев В. А.1, Рыбаков Ю. Н.2, Асметков И. Д.3

'Корнев Виталий Анатольевич /Kornev Vitaly — кандидат химических наук, доцент, старший научный сотрудник;

2Рыбаков Юрий Николаевич / Rybakov Jury — кандидат технических наук, старший научный сотрудник,

начальник отдела;

3Асметков Иван Дмитриевич / Asmetkov Ivan — инженер, 23 отдел,

Федеральное автономное учреждение 25 Государственный научно-исследовательский институт химмотологии Министерства обороны Российской Федерации, г. Москва

Аннотация: математические расчеты и моделирование процессов функционирования технических средств позволяют сократить или исключить трудоемкие и продолжительные эксперименты, оценить степень и характер воздействия на объект различных факторов. Основным видом нагрузки на напорный рукав, помещенный на поверхности воды, является давление течения поверхностной морской воды, вызываемое ветром, а также направленным движением морских волн. Определены и показаны соотношения величин скорости ветра, морских волн и поверхностного течения воды, что является важным этапом расчетов внешнего гидродинамического давления и работоспособности напорных рукавов БЗКР. Abstract: mathematical calculations and modeling of hardware operation processes which reduce or eliminate the time-consuming and lengthy experiments, assess the extent and nature of the impact of various factors on the object. The main type of load to pressure hose placed on the water surface, the pressure is the flow of surface seawater generated by wind, as well as directional movement of the sea waves. Identified and shown ratio of the wind speed, sea waves and surface water flow, that means important step calculation of the external hydrodynamic pressure and performance pressure hoses RSWB.

Ключевые слова: математическое моделирование, беспричальная заправка кораблей (БЗКР), напорные плоскосворачиваемые рукава, ветер, шкала Бофорта, скорость ветра, шкала волнений моря, высота волн по SWH, скорость волн, скорость поверхностной морской воды, географическая широта.

Keywords: math modeling, refueling ships without berth (RSWB), lay flat hoses, Beaufort wind scale, wind speed, scale sea state, SWH wave height, wave speed, rate of surface seawater, latitude.

Экспериментальная оценка эффективности функционирования технических средств и объектов службы горючего в составе больших систем сопряжена с высокими затратами, а в ряде случаев невозможна практически. В то же время повышение требований к качественным параметрам образцов технических средств службы горючего (ТС СГ) обуславливает необходимость и целесообразность тщательного обоснования их состава, основных тактико-технических характеристик и потребности. Оптимизация значений названных величин с