Повышение топливо-экономичности эффективности двигателя ЯМЗ-238М2 за счет питания водотопливной эмульсией

Содержание

Введение

Глава 1. Теоретические и нормативно-технические основы повышения эффективности дизельных двигателей в сельском хозяйстве

1.1. Физико-химические основы процесса сгорания водотопливных эмульсий в дизелях

1.2. Характеристика системных свойств двигателя ЯМЗ-238М2 как объекта модернизации

Глава 2. Анализ условий эксплуатации и технического состояния парка машин на базе двигателя ЯМЗ-238М2

Глава 3. Техническое обоснование повышения топливо-экономичности ЯМЗ-238М2 за счет применения эмульгированного топлива

3.1. Разработка схемы системы питания и расчет параметров приготовления эмульсии

3.2. Оптимизация регулировок топливной аппаратуры для работы на гетерогенных смесях

3.3. Расчет экономической эффективности и изменения регламента технического обслуживания

Заключение

Список использованной литературы

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

Повышение топливо-экономичности эффективности двигателя ЯМЗ-238М2 за счет питания водотопливной эмульсией

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы выпускной квалификационной работы обусловлена необходимостью повышения эффективности использования энергетических ресурсов в сельском хозяйстве Российской Федерации в условиях постоянного роста цен на нефтепродукты и ужесточения экологических требований к выбросам дизельных двигателей. Дизельные двигатели семейства ЯМЗ-238М2 производства ПАО «Автодизель» (Ярославский моторный завод) широко применяются в составе энергонасыщенных тракторов типа К-700А, К-701, зерноуборочных комбайнов «Енисей», грузовых автомобилей МАЗ, КрАЗ и другой сельскохозяйственной техники. По данным Минсельхоза России, на долю данного типа двигателей приходится до 18% машинно-тракторного парка крупных сельскохозяйственных организаций, что определяет их значимость для агропромышленного комплекса страны [1, c. 24].

Основная проблема эксплуатации дизельных двигателей ЯМЗ-238М2 в условиях интенсивных полевых работ связана с высоким удельным расходом топлива, который в реальных условиях достигает 220-235 г/кВт·ч при номинальной мощности, что на 8-12% превышает паспортные показатели. Одновременно с этим ужесточение экологических норм (технический регламент Таможенного союза ТР ТС 018/2011 «О безопасности колесных транспортных средств») требует снижения выбросов оксидов азота и твердых частиц, что особенно актуально для двигателей, эксплуатируемых более 10-15 лет [2, c. 67]. В этой связи разработка и внедрение альтернативных видов топлива, в частности водотопливных эмульсий, представляет научный и практический интерес для специалистов по эксплуатации и ремонту сельскохозяйственной техники.

Степень разработанности проблемы применения водотопливных эмульсий в дизельных двигателях характеризуется значительным числом исследований российских ученых. Фундаментальные работы по теории микровзрывного распада капель эмульгированного топлива выполнены в ФГБНУ «ФНАЦ ВИМ» (Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ), ФГБОУ ВО «МГТУ им. Н.Э. Баумана», ФГБОУ ВО «РГАЗУ» (Российский государственный аграрный заочный университет). Однако большинство исследований носит экспериментальный характер и посвящено стендовым испытаниям двигателей в лабораторных условиях, в то время как вопросы адаптации систем питания серийных двигателей ЯМЗ-238М2 к работе на водотопливных эмульсиях в условиях реальной сельскохозяйственной эксплуатации остаются недостаточно изученными [3, c. 112].

Цель выпускной квалификационной работы – разработка технических решений по повышению топливо-экономичности двигателя ЯМЗ-238М2 за счет применения водотопливной эмульсии в условиях сельскохозяйственного производства.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• изучить физико-химические основы процесса сгорания водотопливных эмульсий в камере сгорания дизельного двигателя и выявить факторы, влияющие на топливную экономичность;

• проанализировать системные свойства двигателя ЯМЗ-238М2 как объекта модернизации с точки зрения конструктивных особенностей системы питания и топливной аппаратуры;

• провести анализ условий эксплуатации и технического состояния парка машин на базе двигателя ЯМЗ-238М2 в конкретном сельскохозяйственном предприятии;

• разработать схему системы питания двигателя водотопливной эмульсией и выполнить расчет параметров приготовления эмульсии;

• определить оптимальные регулировки топливной аппаратуры для работы на гетерогенных смесях «дизельное топливо – вода»;

• рассчитать экономическую эффективность внедрения системы питания водотопливной эмульсией и разработать изменения в регламент технического обслуживания.

Объектом исследования является дизельный двигатель ЯМЗ-238М2, установленный на тракторе К-700А, эксплуатируемый в ООО «Агрофирма «Нива» Воронежской области. Предметом исследования выступают процессы смесеобразования и сгорания водотопливной эмульсии в цилиндрах двигателя, а также параметры топливной экономичности и экологические показатели работы силового агрегата.

Методологическая база выпускной квалификационной работы включает теоретические методы термодинамического анализа рабочего цикла дизельного двигателя, методы расчета параметров топливоподачи и смесеобразования в соответствии с ГОСТ Р 53056-2008 «Техническое обслуживание сельскохозяйственной техники. Методы и средства диагностирования», экспериментальные методы определения удельного расхода топлива и эксплуатационных характеристик двигателя согласно ГОСТ 18509-88 «Дизели тракторные и комбайновые. Методы стендовых испытаний», методы статистической обработки результатов производственных испытаний. Нормативная база включает технический регламент ТР ТС 031/2012 «О безопасности сельскохозяйственных и лесохозяйственных тракторов и прицепов к ним», инструкции по эксплуатации завода-изготовителя ПАО «Автодизель», типовые технологии технического обслуживания тракторов Минсельхоза России.

Научная новизна работы заключается в обосновании оптимальной концентрации воды в водотопливной эмульсии для двигателя ЯМЗ-238М2 применительно к эксплуатационным режимам работы сельскохозяйственных агрегатов, а также в разработке комплекса технических решений по адаптации серийной системы питания к использованию гетерогенного топлива без существенного изменения конструкции базового двигателя.

Теоретическая значимость работы состоит в систематизации физико-химических закономерностей процесса микровзрывного распада капель водотопливной эмульсии и их влияния на параметры рабочего цикла дизеля с неразделенной камерой сгорания. Практическая значимость определяется возможностью снижения эксплуатационного расхода дизельного топлива на 6-8%, уменьшения выбросов оксидов азота на 15-20% и твердых частиц на 25-30%, а также повышения коэффициента технической готовности машинно-тракторного парка за счет улучшения технического состояния цилиндро-поршневой группы двигателя.

Структура выпускной квалификационной ра

…