WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

На правах рукописи

ЖУКОВ Владимир Анатольевич

НАУЧНЫЕ  ОСНОВЫ

ПОВЫШЕНИЯ  ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ  ПОКАЗАТЕЛЕЙ ВЫСОКООБОРОТНЫХ  СУДОВЫХ  ДВС

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕМ  ИХ  ОХЛАЖДЕНИЯ

Специальность 05.08.05 – Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Санкт-Петербург

2012

Работа выполнена в ФБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет водных коммуникаций»

Научный консультант – доктор технических наук, профессор Безюков Олег Константинович

Официальные оппоненты:

Сахаров Владимир Васильевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Электротехника и автоматика» Санкт-Петербургского государственного университета водных коммуникаций;

Галышев Юрий Витальевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Двигатели внутреннего сгорания» Санкт-Петербургского государственного политехнического университета;

Минасян Минас Арменакович, доктор технических наук, профессор  кафедры «Судовые ДВС и дизельные установки» Санкт-Петербургского государственного морского технического университета.

Ведущая организация:

ОАО «Инженерный центр судостроения»

Защита состоится 24 мая  2012 г. в  14  часов на заседании диссертационного совета Д 223.009.04 при Федеральном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский университет водных коммуникаций» по адресу

198035, г. Санкт-Петербург, ул. Двинская, д. 5/7, ауд. 235

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ФГОУ ВПО «СПГУВК»

Автореферат разослан «_____» _________ 20_____

Ученый секретарь

Диссертационного совета Д  223.009.04

д.т.н., профессор                                                        Ерофеев В. Л.        

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Основной целью Федеральной целевой программы «Развитие гражданской морской техники на 2009-2016 годы», утвержденной Распоряжением Правительства РФ от 7 ноября 2007 г. № 1571-р, является создание новых типов судов, эффективность которых в значительной мере определяется научно-техническим уровнем дизельных энергетических установок.

Поэтому модернизация флота невозможна без совершенствования конструкции и методов технической эксплуатации главных и вспомогательных судовых дизелей.

Концепция подпрограммы ФЦП «Создание и организация производства в Российской Федерации в 2011–2015 годах дизельных двигателей и их компонентов нового поколения», принятая постановлением Пр-710-р Правительства РФ от 21.04.2011 г., предусматривает разработку новых базовых модификаций и типоразмерных рядов современных судовых четырехтактных дизельных двигателей, форсированных как по частоте вращения коленчатого вала, так и по среднему эффективному давлению, с низкими массогабаритными показателями и, следовательно, высокими уровнями температур и теплонапряженности их деталей.

Для обеспечения высоких экономических, экологических и ресурсных показателей таких двигателей особое внимание необходимо уделять организации их рационального охлаждения, возможности которого в настоящее время использованы недостаточно  полно.

Задача совершенствования систем охлаждения особенно актуальна для ДВС повышенной и высокой оборотности в связи с возрастанием вероятности возникновения кавитационных явлений в рубашке охлаждения цилиндровых втулок и высокими тепловыми и механическими нагрузками, действующими на детали цилиндропоршневой группы и крышки цилиндров.

В настоящее время доля таких двигателей, используемых в качестве главных и вспомогательных на судах внутреннего и смешанного река-море плавания составляет более 60 %.

В процессе модернизации флота доля форсированных высокооборотных двигателей будет неуклонно расти, что свидетельствуют  об актуальности исследований, направленных на совершенствование охлаждения высокооборотных судовых дизелей.

Цель работы – улучшение ресурсных, экономических и экологических показателей судовых ДВС за счет научно обоснованного совершенствования водно-химических, режимных и конструктивных параметров их систем охлаждения.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи.

  1. Провести анализ влияния теплового состояния на эксплуатационные показатели ДВС и определить совокупность параметров охлаждения наиболее существенно влияющих на экономические, ресурсные и экологические показатели высокооборотных судовых ДВС с газотурбинным наддувом.
  2. Разработать научную концепцию совершенствования водно-химических параметров охлаждения в процессе эксплуатации, обеспечивающие повышение ресурсных показателей ДВС за счет ингибирования кавитационно-коррозионных разрушений и предотвращение накипеобразования в системе охлаждения.
  3. Предложить и доказать научную гипотезу о влиянии свойств охлаждающей жидкости на экономические и экологические показатели ДВС
  4. Создать экспериментальные установки и методики проведения для исследования влияния водно-химических и режимных параметров охлаждения на процессы, протекающие в системах охлаждения.
  5. Разработать методику и алгоритм решения задачи оптимизации водно-химических и режимных параметров охлаждения судовых ДВС.
  6. Ввести комплексный критерий совершенства охлаждения ДВС для решения задачи оптимизации параметров охлаждения.
  7. Предложить конструкторские усовершенствования, обеспечивающие поддержание требуемых параметров охлаждения в процессе эксплуатации.

Объект исследований: система охлаждения судового высокооборотного дизеля, с газотурбинным наддувом, и физико-химические процессы, протекающие в  системе охлаждения.

Предмет исследования: водно-химические, режимные и конструктивные параметры охлаждения, влияющие на эксплуатационные показатели судовых дизелей.

Методы исследования. Для получении результатов диссертационной работы проводились экспериментальные исследования, базирующиеся на электрохимической теории коррозионных разрушений, теории тепло- массообмена, теории механики жидкости и газа, термофлуктуационной теории разрушений. Расчетно-аналитические исследования проводились  с использованием методов регрессионного анализа, математической статистики, прикладных пакетов программ, реализующих метод конечных элементов.

Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечивается

- обоснованностью исходных предположений, использованием современных теорий теплофизических, гидродинамических и электрохимических процессов, теории подобия;

- проведением испытаний по стандартным методикам на сертифицированном оборудовании, а также на специально разработанных и созданных лабораторных установках;

- согласованностью полученных зависимостей с теоретическими положениями, адекватностью результатов испытаний теоретическим гипотезам, близостью результатов расчетов и экспериментальных данных;

- применением методов корреляционного и регрессионного анализа, средств вычислительной техники, прикладных пакетов программ.

Научную новизну работы представляют следующие результаты, полученные соискателем:

1. Обоснованный выбор наиболее значимых режимных и водно-химических параметров охлаждения, выполненный на основе анализа их влияния на эксплуатационные показатели ДВС.

2. Методика выбора компонентов многофункциональных присадок к охлаждающим жидкостям и получения  зависимостей физико-химических  свойств охлаждающих жидкостей от концентрации компонентов присадки.

3. Доказательства влияния состава охлаждающей жидкости на тепло-гидравлические процессы в системе охлаждения.

4. Модернизация критериального уравнения конвективного теплообмена в рубашке охлаждения в присутствии присадок, содержащих поверхностно-активные вещества и полимеры.

5. Методика выбора оптимальных  режимов охлаждения двигателя, обеспечивающих повышение его эксплуатационных показателей.

6. Комплексный критерий совершенства охлаждения ДВС, используемый для оценки эффективности выбора режимных, водно-химических и конструктивных параметров систем охлаждения.

7. Методика оценки качества охлаждающих жидкостей в процессе эксплуатации и  восстановления  их требуемых свойств

Практическая ценность работы состоит в том, что в результате комплексного подхода к проблеме охлаждения судовых высокооборотных  дизелей разработаны рекомендации по совершенствованию водно-химических и режимных параметров систем охлаждения, предложены конструктивные мероприятия по модернизации систем охлаждения, обеспечивающие энерго- и ресурсосбережение в процессе эксплуатации СЭУ, за счет повышения надежности и экономичности ДВС.

Реализация результатов работы. Разработанные охлаждающие жидкости прошли эксплуатационные испытания и использовались в двигателях различных типов на судах Западного, Северо-Западного, Беломорско-Онежского пароходств, пароходства «Волготанкер», ряда наземных транспортных средств. 

Предложения по совершенствованию режимных параметров и конструктивной модернизации систем охлаждения использованы при разработке судовых форсированных модификаций двигателя 8ЧН 14/14 производства ОАО «Тутаевский моторный завод».

Результаты исследований используются в учебной работе кафедры теории и конструкции судовых ДВС Санкт-Петербургского университета водных коммуникаций и кафедры технологии машиностроения и ДВС Рыбинского государственного авиационного технического университета имени П. А. Соловьева.

На защиту выносятся:

– результаты лабораторных и эксплуатационных испытаний, подтверждающие эффективное ингибирование разработанными присадками кавитационно-коррозионных разрушений и накипеобразования;

– регрессионные зависимости, описывающие влияние состава охлаждающих жидкостей на интенсивность теплообмена;

– результаты численных, лабораторных и стендовых  экспериментов, подтверждающие влияние многофункциональных присадок к охлаждающим жидкостям на тепло-гидравлические процессы в полостях и элементах системы охлаждения;

– уточненные критериальные уравнения конвективного теплообмена в присутствии полимеров и ПАВ в охлаждающих жидкостях;

– методики и алгоритмы выбора предпочтительных водно-химических и режимных параметров охлаждения, предпочтительных сочетаний температуры и давления надувочного воздуха;

– результаты оценки эффективности усовершенствования охлаждения с использованием комплексного критерия совершенства охлаждения ДВС;

–  уравнение, описывающее процессы старения охлаждающей жидкости на основании термофлуктуационной теории разрушений;

– модернизированные конструкции систем охлаждения судовых  ДВС и энергетических установок.

Апробация работы.  Основные материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийских и международных научно-технических конференциях и конгрессах: XXII Российской школе по проблемам науки и технологий (Екатеринбург, 2002); Международной научно-практической конференции «Безопасность водного транспорта» (СПб, СПГУВК 2003); Всероссийской научно-технической конференции «Прогрессивные технологии в машино- и приборостроении» (Н. Новгород,  ВГАВТ 2003); Международном симпозиуме «Образование через науку» (М., МГТУ им. Н. Э. Баумана 2005); Всероссийской научно-технической конференции «Теплофизика технологических процессов» (Рыбинск, РГАТА  2005); IV Российской национальной конференции по теплообмену (М., МЭИ 2006); Всероссийской научно-практической конференции «Развитие транспорта в регионах России: проблемы и перспективы» (Киров,  2007); Международной конференции «Теория и практика повышения качества и рационального использования масел, смазочных материалов и технических жидкостей» (СПб, 2007); I, II  Международных научно-технических семинарах «Исследование, проектирование и эксплуатация судовых ДВС» (СПб, СПГУВК 2006, 2008); Международной научно-технической конференции «Турбонаддув автомобильных и тракторных двигателей» (Протвино, 2009); VIII всероссийской научно – технической конференции «Вузовская наука – региону» (Вологда, ВоГТУ 2010); Всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии» (М., МАТИ (ТУ) 2006, 2008, 2010); V Международной научно-технической конференции «Современные проблемы машиностроения» (Томск, 2010); III-V Международной научно-технической конференции «Автоматизация и энергосбережение машиностроительного и металлургического производств, технология и надежность машин, приборов и оборудования» (Вологда, ВоГТУ 2007 - 2010); Международных конференциях «Актуальные проблемы современной науки» (Самара, СамГТУ 2005 - 2010); Научно-технических конференциях III–V «Луканинские чтения. Решение энергоэкологических проблем в автотранспортном комплексе» (М., МАДИ-ТУ 2007, 2009, 2011); IX – XVI Международных конгрессах двигателестроителей (Рыбачье, НТУ «ХПИ» 2004-2011); Международной научно-практической конференции «Перспективное развитие науки, техники и технологии» (Курск, Ю-З ФТУ 2011).

Публикации.  По теме диссертационной работы опубликовано 8 печатных работ, в том числе 2 монографии, 62 статьи (16 в изданиях рекомендованных ВАК), 25 тезисов докладов на всероссийских и международных конференциях, получено 3 положительных решения на заявки на изобретения.

Личный вклад автора.  В работе обобщены результаты теоретических исследований, выполненных автором самостоятельно, а также экспериментальных исследований, которые были выполнены совместно с аспирантами и сотрудниками, возглавляемых им научных групп. При этом автору принадлежат постановка проблемы и задач теоретических и экспериментальных исследований, результаты анализа и обобщения полученных расчетных и экспериментальных данных, в частности комплексный критерий совершенства охлаждения ДВС, алгоритм оптимизации водно-химических и режимных параметров охлаждения, методика обеспечения требуемых теплофизических  свойств охлаждающих жидкостей, модернизация структурных схем систем охлаждения.

Структура и объем работы.  Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения с общими выводами по работе, библиографического списка из 422 наименований и приложений. Основная часть работы содержит  347 стр., в том числе 114 рисунков, 40 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении  дана общая характеристика работы, обоснована актуальность проблемы, показана необходимость комплексного совершенствования охлаждения судовых высокооборотных дизелей с целью улучшения их ресурсных, экономических и экологических показателей.

В первой главе  проведен анализ современного парка судовых дизелей, который показал, что судовые двигатели характеризуются:

  • мощностью в диапазоне от 50 до 1150 кВт при частоте вращения от 330 до 1500 мин-1;
  • средним эффективным давлением от 0,42 до 1,81 МПа;
  • удельным эффективным расходом топлива от 214 до 262 г/кВт·ч.

В последние годы наблюдается неуклонное увеличение на флоте двигателей форсированных как по частоте вращения коленчатого вала, так и по среднему эффективному давлению.

Дана общая характеристика эксплуатационных показателей судовых ДВС.

Одной из важнейших эксплуатационных характеристик судовых дизелей является ресурс, который у наиболее распространённых двигателей, таких как 6, 12 Ч(Н)15/18 (Д6,Д12), 6,8ЧСП(Н)18/22, составляет 6000 – 8000 часов.

Постоянное повышения требований к надежности судовых дизелей обусловлено стремлением к снижению эксплуатационных расходов, связанных с их обслуживанием и ремонтом. Исходя из анализа тенденций мирового двигателестроения в ближайшей перспективе  ресурс до капитального ремонта будет составлять для МОД – 100-120 тыс. ч; для СОД – 80-100 тыс. ч; для ВОД – 40-60 тыс. ч. Существенное влияние на ресурс охлаждаемых деталей цилиндропоршневой группы оказывают физико-химические свойства охлаждающей жидкости.

Выбросы  вредных веществ энергетическими установками судов определяется на основании Международной конвенции по предотвращению загрязнения моря с судов MARPOL 73/78. Действующие в настоящее время нормы на выбросы продуктов неполного сгорания, серы и оксидов азота энергетическими установками судов разработан в 1997 году и официально вступили в действие в 2002 году.

В ближайшие годы следует ожидать ужесточения экологических требований к судовым дизелям, прежде всего по содержанию в отработавших газах оксидов азота NOx, снижение выбросов которых является одной из актуальных задач современного двигателестроения.

Установлено, что наиболее распространенные на флоте двигатели уступают по ресурсным и экономическим показателям современным зарубежным аналогам, что требует их совершенствования.  Рассмотрены возможные пути  улучшения эксплуатационных показателей судовых ДВС, показано, что совершенствование охлаждения двигателей является одним из перспективных способов решения указанной задачи.

Тепловое состояние двигателя влияет как на экономические, так и на экологические показатели работы двигателя.  Определяющее влияние на температурное и теплонапряженное состояние деталей ДВС оказывают распределения составляющих теплового баланса, материалы деталей и интенсивность их охлаждения. Особенно важное значение тепловое состояние имеет для форсированных дизелей, т.к. является одним из основных факторов, определяющих их работоспособность.

Проблемы, связанные с тепловым состоянием деталей ДВС и процессами теплообмена в системах охлаждения  рассматривались в работах В.Г. Розенблита, В.А. Ваншейдта, А.К. Костина, В.С. Семенова, Р.М. Петриченко,  А.Л. Новенникова, М.Р. Петриченко,  Н.А. Иващенко, В.Г. Кривовова, Р.З. Кавтарадзе, исследованию процессов эрозионно-коррозионных разрушений в системах охлаждения ДВС посвящены работы Н.Н. Иванченко, А.П. Пимошенко, И.С. Полипанова, А.А. Скуридина, А.Ф. Бочарова, Г.П. Стативкина,  Л. И. Погодаева, Л.В. Тузова,  О.К. Безюкова.

Экономичность двигателя может быть повышена за счет сокращения тепловых потерь при условии сохранения температур деталей и условий смазывания в допустимых пределах. Поставленная задача решается путем оптимального выбора структурной схемы системы охлаждения, ее параметров и свойств теплоносителей.

Характерными для систем охлаждения являются процессы кавитационно-коррозионных разрушений и образование отложений и накипи. С целью предотвращения указанных процессов необходимо совершенствовать свойства охлаждающей жидкости. Задача обеспечения требуемых свойств охлаждающих жидкостей должна рассматриваться как составная часть комплексного совершенствования охлаждения судовых ДВС.

Вторая глава содержит анализ влияния охлаждения на показатели рабочего цикла  и эксплуатационные качества ДВС. 

Судовой двигатель представляет собой единую систему, объединяющую взаимосвязанные между собой устройства, для описания взаимодействия которых, предлагается  схема, представленная на рис. 1.

Рис. 1. Функциональная схема комбинированного двигателя:

1–поршневой двигатель; 2– турбина турбокомпрессора; 3– компрессор турбокомпрессора; 4– охладитель наддувочного воздуха; 5– выпускной коллектор; 6 –впускной коллектор; 7– водомасляный холодильник; 8– водо-водяной холодильник

Проведенный анализ свидетельствует, что с повышением энергетики впрыска и давления наддува, характерным для современных и перспективных судовых ДВС,  необходимо обеспечить гибкое и связанное регулирование температуры охлаждающей жидкости и  надувочного воздуха.

Формирование структурной схемы системы охлаждения и выбор основных параметров охлаждения необходимо производить с учетом назначения двигателя, степени его форсированности, требований, предъявляемых к системам ДВС, характеристик и свойств применяемых конструкционных и эксплуатационных материалов (рис. 2).

Параметры, характеризующие работу СО, целесообразно разделить на три группы:

  1. конструктивные, характеризующие структурную схему СО;
  2. режимные: количество теплоты, отводимой через СО Qохл  ;

температура охлаждающей жидкости на входе в двигатель Т’ , выходе из двигателя T”,  температурный перепад в рубашке охлаждения Т, средняя скорость циркуляции охлаждающей жидкости Wохл, массовый расход жидкости Gохл, давление в системе охлаждения рохл ;

3) водно-химические: химический состав теплоносителя Chохл, водородный показатель охлаждающей жидкости рН, ее жесткость, кинематическая вязкость, теплоемкость, поверхностное натяжение.

Рис. 2. Выбор структурной схемы и режимов системы охлаждения

Взаимосвязь конструктивных, режимных и водно-химических параметров  охлаждения ДВС с процессами, сопровождающими его работу,  и  основными эксплуатационными свойствами, такими как надежность, топливная экономичность и экологичность представлена на рис. 3. Очевидно, что совершенствование конструкции СО, оптимизация режимных параметров охлаждения а также физико-химических и теплофизических свойств теплоносителей  системы охлаждения способны одновременно повысить надежность двигателя, улучшить его топливную экономичность, снизить токсичность и дымность отработавших газов.

Третья глава посвящена совершенствованию параметров охлаждения с целью повышения надежности ДВС. Надежная работа двигателя может быть обеспечена лишь при условии, что охлаждающая жидкость не вызывает коррозию металлов, из которых изготовлены детали системы охлаждения двигателя; не обладает склонностью к накипеобразованию; не утрачивает стабильность (не подвергается расслоению, вспениванию и выпадению осадка) в течение длительного времени; не разъедает неметаллические детали, резиновые шланги и соединения, с которыми находится в постоянном соприкосновении в охлаждающей системе двигателя.

Вышеперечисленные свойства обеспечиваются соответствующим химическим составом теплоносителя и его специальной обработкой.

Основным показателем, характеризующим коррозионную агрессивность теплоносителя, является его водородный показатель pH.

Рис. 3. Способы повышения эксплуатационных характеристик ДВС

Наибольшее влияние на интенсивность процесса накипеобразования оказывает солесодержание охлаждающей жидкости, которое характеризуется показателем жесткости. Производители дизелей рекомендуют применять для охлаждения воду с общей жесткостью не более 1,5 – 3,0 мг-экв./л. Усредненный химический состав воды рек и озер РФ, с учетом того, что 1 мг-экв./л соответствует содержанию в 1 л воды 20,4 мг иона Са2+ или 12,6 мг иона Mg2+, показывает, что на большинстве рек использование забортной воды для охлаждения дизелей без предварительной ее обработки недопустимо.

Сравнительный анализ различных методов водоподготовки показал, что для судовых энергетических установок наиболее целесообразным и эффективным является введение в охлаждающую жидкость присадок, изменяющих физико-химические свойства теплоносителей.

Разработка присадок включала в себя определение перечня  требований к охлаждающим жидкостям, выбор  компонентов присадок и их композиций, проведение лабораторных и эксплуатационных испытаний.  Целесообразным было признано создание двух базовых составов комплексных присадок: один из которых предназначен для введения в воду, а другой – для введения в водные растворы этиленгликолей (тосолы). Создание присадок проводилось на основе феноменологической модели, суть которой состоит в  представлении тесной взаимосвязи четырех термофлуктуационных процессов: кавитации, поверхностного кипения недогретой жидкости, кристаллизации растворенных солей и разрушения твердого тела. Следовательно, композиция присадок должна включать компоненты, снижающие интенсивность кавитационной эрозии, гидравлическое сопротивление, а также регулирующие процесс теплообмена в полостях охлаждения, ингибиторы коррозии черных и цветных металлов и накипеобразования.

Основные элементы остова судовых дизелей изготавливаются из черных металлов, поэтому в составе присадки должны присутствовать компоненты, повышающие водородный показатель охлаждающей жидкости и благодаря этому снижающих интенсивность коррозии.  Повышение рН способствует также уменьшению деструкции растворов полимеров, улучшению моющих качеств растворов ПАВ. Таким компонентом для присадок, предназначенных для двигателей, остов которых выполнен из чугуна, может быть силикат натрия, которой при концентрации 0,1…1,5 % по массе обеспечивает рН раствора 910. К числу эффективных неорганических компонентов присадок, относится молибдат натрия (аммония) – ингибитор коррозии черных и цветных металлов, образующий синергетические смеси как с нитратом, так и с силикатом натрия.

В связи с тем, что одним из главных факторов, разрушающих остов судовых двигателей, является кавитационная эрозия, в состав присадки необходимо включать вещества, которые  ингибирующее этот процесс. Присутствие полимеров в охлаждающей жидкости приводит к изменению реологических свойств охлаждающей жидкости, препятствует переносу энергии поперечными пульсациями, уменьшает скорость роста и захлопывания кавитационных пузырьков. Уменьшение поверхностного натяжения достигается введением поверхностно-активных веществ (ПАВ), которые также изменяют динамику роста и захлопывания кавитационных пузырьков. По итогам предварительных испытаний, в которых участвовало несколько десятков веществ, для вхождения в состав присадки были выбраны следующие соединения: полиакриламид (ПАА), поливиниловый спирт (ПВС); ПАВ Синтанол ДС-10.

После выбора компонентного состава присадок были проведены исследования их защитных свойств и определены предпочтительные концентрации компонентов. Ингибирующие свойства отдельных компонентов и различных композиций присадок исследовались двумя  методами: гравиметрическим и потенциостатическим.

Потери масс образцов в базовой жидкости ΔGж (воде или тосоле) и растворе присадки ΔGр,  коэффициенты защиты  ZГ  = (1 – ΔGр/ ΔGж) · 100 , %  и защитные эффекты Г = ΔGж/ ΔGр представлены в табл. 1.

Результаты гравиметрических испытаний позволяют сделать выводы:

–        соединения, рассматриваемые как возможные компоненты присадок к антифризам, способны снижать интенсивность коррозионных разрушений, однако оказывают на металлы не однозначное влияние: ПАА, ПВС и ПАВ ингибируют коррозию стали и чугуна, защиту алюминиевого сплава обеспечивает только ПАВ, а введение ПВС и ПАА  снижает скорость коррозионных разрушений латуни и меди;

–        присадки к воде достаточно эффективно ингибируют коррозионные разрушения как черных, так и цветных металлов.

Таблица 1

Интенсивность процесса коррозии в водных растворах (tж = 20 оС)

Жидкость

Металл 

вода без

присадок

раствор

прис. I

раствор

прис. II

Gк10-2, г/(м2 сут)

Gк  10-2,  г/(м2 сут)

ZГ,

%

Г

Gк  10-2,  г/(м2 сут)

ZГ, 

%

Г

сталь Ст20

0,1210

0,0007

99,4 

174,1

0,0011 

99,2 

114,8

чугун СЧ24 

0,3050

0,0240

92,7

12,7 

0,0257

92,0 

11,9

алюм. сплав Ал-9 

0,0352

0,0182

50,0

1,93 

0,0071

80,0

5,0

латунь Л63

0,0566

0,0144

75,0

3,93 

0,0144 

75,0 

3,93

медь М1

0,0018

0,0007

40,0

2,45

0,0007

40,0 

2,45

Сравнение коэффициентов защиты  присадками I и II позволяет сделать вывод, что присадку I целесообразно применять в системах охлаждения, элементы и детали которых изготовлены преимущественно из черных металлов, так как она обеспечивает более эффективную защиту стали и чугуна, чем присадка II, которая имеет более высокие коэффициенты защиты латуни и алюминиевых сплавов.

Для получения дополнительной информации были проведены исследования процессов коррозии потенциостатическим методом. Скорость коррозии металлов определялась по формуле        ,  мкм/ч, где А – атомная масса металла, г/моль ; IКОРР – плотность тока коррозии, А/см2 ; n – валентность металлов, для сплавов – валентность металла, составляющего основу; – плотность металла, г/см3; F = 26.8 А ч/моль – постоянная Фарадея. Эффективность защитного действия присадок оценивалась коэффициентом защитного действия ZП (%) и защитным эффектом или коэффициентом торможения γП,:

Потенциостатический метод использовался также для исследования влияния концентрации присадки на интенсивность коррозии. Токи коррозии в водных растворах, содержащих присадки представлены на рис. 4.

Результаты исследований показали,  что наиболее существенное снижение коррозии имеет место при увеличении концентрации присадок до 0,1 %. Дальнейшее повышение концентрации менее эффективно, а с точки зрения коррозии чугунов нежелательно. К нежелательным явлениям, сопровождающим повышение концентрации ПАВ следует отнести также то, что при концентрациях 0,5 % и более наблюдается выпадение мицеллярных соединений при понижении температуры охлаждающей жидкости.

Полученные результаты позволяют рекомендовать использование присадок в системах охлаждения в концентрации 0,2 – 0,5 % от массы охлаждающей жидкости. Коэффициенты защиты от коррозионных разрушений, полученные двумя различными способами, достаточно близки между собой и составляют:

для присадок к воде для черных металлов 90…95 % и для цветных металлов – 50…75 %;

для присадок к «Тосолу» для черных металлов 30…50 %, для цветных – 10…20 % (до 30 % для алюминиевых сплавов).

Ток коррозии I корр, мкА/см2,

при t = 60 ОС ; (вода + ПАА)

Ток коррозии I корр, мкА/см2,

при t = 60 ОС ; (вода + ПВС)

Ток коррозии I корр, мкА/см2,

при t = 60 ОС ; (вода + ПАА + ПВС)

Рис. 4. Коррозионные токи в водных растворах.

Во всех проведенных испытаниях было отмечено повышение защитного эффекта от введения присадок с ростом температуры жидкости. Высокие коэффициенты защиты, обеспечиваемые  присадками, достоверность которых доказывается тем, что они были получены различными методами, свидетельствуют, что разработанные присадки отвечают современным требованиям, предъявляемым к ингибиторам коррозии.

При создании присадок одной из важнейших задач было снижение кавитационных разрушений в рубашке охлаждения. Поэтому кроме коррозионных исследований были проведены испытания присадок в условиях кавитационной эрозии. Коэффициент защиты присадки, установленный на лабораторной магнитострикционной установке, составляет около 90 %, что позволяет рекомендовать ее к использованию системах охлаждения высокооборотных ДВС.

Обработка экспериментальных данных о влиянии температуры охлаждающей жидкости на интенсивность износа деталей цилиндропоршневой группы позволила получить зависимости, учитывающие степень форсированности двигателя:

.

Решение уравнений показывает, минимальные скорости износа имеют место при температурах охлаждающей жидкости 90 – 120 С, при выходе из данного диапазона интенсивность износа возрастает в 1,5 – 3 раза.

Раздел содержит предложения по модернизации конструкции систем охлаждения судовых ДВС, обеспечивающей повышение надежности СЭУ, снижение затрат на их обслуживание и ремонт.

Глава четыре посвящена  совершенствованию охлаждения судовых ДВС направленному на повышение эффективности использования теплоты, выделяющейся при сгорании топлива.

Интенсивность теплоотвода от деталей цилиндропоршневой группы определяется характером теплообмена на границе стенка-жидкость. Для разработанных присадок существенным является то, что в их состав входят вещества, способные оказывать влияние на теплофизические свойства растворов. Для проверки оценки влияния присадок на интенсивность теплообмена были проведены лабораторные исследования при течении жидкости в горизонтальной трубе (рис. 5) и кольцевом канале.

Рис. 5. Установка для исследования теплообмена в горизонтальной трубе

1–теплоизоляция, 2– труба, 3 – дифференциальный манометр, 4 – термопары, 5 – нагреватель, 6, 20 – термометры,  7 – смотровая трубка, 8 – холодный спай, 9 – термостат, 10 – переключатель, 11 – милливольтметр, 12 – амперметр, 13 – вольтметр, 14 – реостат, 15 – емкость с исследуемой жидкостью, 16 – нагреватель, 17 – охладитель, 18 – циркуляционный насос, 19 – клапан

Испытания проводились в два этапа:

– определялся средний коэффициент теплоотдачи от стенки гильзы к циркулирующей воде или тосолу при различных скоростях течения. Полученные на данном этапе сведения служили базой для сравнения результатов второго этапа;

– определялся средний коэффициент теплоотдачи от стенки гильзы к жидкости, содержащей исследуемые добавки. Испытания проводились при входных температурах жидкости 60 °С и 80 °С. Диапазон скоростей составил от 0,05 до 0,5 м/сек.

Обработка результатов испытаний проводилась в следующем порядке:

  1. расчет средних коэффициентов теплоотдачи в каждой экспериментальной точке;
  2. построение графических зависимостей среднего коэффициента от скорости течения w для жидкостей различного состава.

Коэффициент теплоотдачи при проведении испытаний определялся по методу стационарного теплового потока, в котором для определения среднего коэффициента теплоотдачи используется уравнение

, Вт/(м2·К).

В процессе лабораторных исследований моделировались наиболее характерные для полостей охлаждения условия: ламинарный и турбулентный режимы течения однофазной жидкости (для двигателей с низким уровнем форсирования), пузырьковое кипение в пограничном слое (для высокофорсированных двигателей). Результаты экспериментальных исследований представлены на рис. 6 и 7.

В случае теплообмена без кипения (рис. 6) при малых скоростях течения жидкостей (w = 0,2...0,3 м/сек), соответствующих ламинарному режиму и появлению первых турбулентных возмущений, значения коэффициентов теплоотдачи в жидкости различного состава отличаются друг от друга незначительно. Влияние добавок проявляется при достижении критического числа Рейнольдса Reкр.

При развитом турбулентном течении (w = 0,6...0,7 м/сек) значительное снижение коэффициента теплоотдачи было получено для раствора, содержащего 0,02 % полиакриламида. Снижение относительно его значений для воды составило 10-17 % при tж = 60 оС и 25-35 % при tж = 80 оС. Более существенное снижение коэффициента теплоотдачи имело место для раствора, содержащего 0,02 % полиакриламида и 0,05 % поверхностно-активного вещества: 16-18 % при tж = 60 оС и 40-45 % при tж = 80 оС. В этом случае проявился синергетический эффект совместного воздействия макромолекул полимера и мицеллярных образований ПАВ.

При теплообмене в присутствии пузырькового кипения (рис. 7) наибольшее значение коэффициента теплоотдачи в воду без добавок соответствует скорости 0,2 м/сек, при которой имеет место интенсивное кипение. Значительное повышение коэффициента теплоотдачи при кипении объясняется тем, что отвод теплоты осуществляется главным образом посредством паровых пузырей. С увеличением скорости течения (w = 0,3...0,4 м/сек) коэффициент теплоотдачи в воду снижается, а при дальнейшем возрастании скорости (w = 0,5...0,7 м/сек) коэффициент теплоотдачи начинает повышаться. Эти изменения связаны с тем, что, с одной стороны, увеличение скорости вызывает большую степень турбулентности, но, с другой стороны, увеличение скорости приводит к сокращению количества центров парообразования, что ведет к подавлению кипения и ухудшению теплообмена. При дальнейшем увеличении скорости турбулизация потока приводит к увеличению коэффициента теплоотдачи.

Рис. 6.  Зависимости коэффициента теплоотдачи от скорости течения  при теплообмене без кипения  оС; 1- вода без присадок, 2- вода + 0,01 % ПАА, 3- вода + 0,02 % ПАА, 4- вода + 0,05 % ПАВ, 5- вода + 0,1 % ПАВ, 6- вода + 0, 02 % ПАА + 0,05 ПАВ, 7 – водный раствор прис. I, 8 – водный раствор прис. II

Рис. 7. Зависимость при теплообмене в присутствии кипения

оС; 1 – вода; 2 – вода + 0,01% ПАА; 3 – вода + 0,02% ПАА; 4 – вода + 0,05% ПАВ; 5 – вода + 0,1% ПАВ; 6 – вода + 0,02% ПАА + 0,05% ПАВ; 7 – водный раствор прис. I; 8 – водный раствор прис. II

Изменение интенсивности теплообмена на границе стенка-жидкость может привести к изменению температурного состояния охлаждаемых деталей, поэтому прежде чем рекомендовать использование присадок в системах охлаждения ДВС необходимо оценить влияние на теплообмен отдельных их компонентов.

Данная задача решалась в матричной форме с целью получения регрессионных зависимостей вида

 

где  - средний коэффициент теплоотдачи, представляющий собой функцию отклика; - массовые концентрации компонентов охлаждающей жидкости, соответственно воды, силиката натрия, ПАВ, молибдата аммония; - коэффициенты пропорциональности.

При обработке экспериментальных данных в качестве функции отклика принимался  средний по трубе коэффициент теплоотдачи ср при скоростях течения жидкостей 0,2 и 0,7 м/сек, соответствующих ламинарному и турбулентному режимам течения. Средняя температура теплоотдающей поверхности трубы составляла при испытаниях различных жидкостей 110,4-115,2 оС при скорости 0,7 м/сек и 120,8…125,6 оС – при скорости 0,2 м/сек. На основании полученных экспериментальных данных были сформированы два вектора наблюдений для двух скоростей течения.

Математическая обработка экспериментальных данных позволила получить регрессионные зависимости среднего коэффициента теплоотдачи от скорости течения и химического состава теплоносителя для различных видов теплообмена:

конвективного в однофазной жидкости (w = 0,7 м/с)

в присутствии пузырькового кипения (w = 0,2 м/с)

Проведенная проверка выборочных дисперсий по критерию Кохрена позволяет утверждать, что опыты можно считать воспроизводимыми с уровнем вероятности P=0,95. Проверки оценок коэффициентов i на значимость по критерию Стьюдента и адекватности модели по F-критерию также дали положительные результаты. Следовательно, эксперимент адекватно описывается полученными уравнениями регрессионных зависимостей среднего коэффициента теплоотдачи от состава охлаждающей жидкости.

Коэффициенты регрессионного уравнения свидетельствуют, что введение в охлаждающую воду силиката натрия и молибдата аммония приводит к снижению интенсивности теплообмена. К наиболее существенным изменениям коэффициента теплоотдачи приводит введение в охлаждающую жидкость поверхностно-активного вещества и полимера. При возрастании скорости их влияние  на процессы теплообмена усиливается.

Исследования влияния присадок к водным растворам этиленгликоля показали, что влияние добавок проявляется лишь при развитом турбулентном течении, для условий эксперимента этот порог соответствует скорости 0,15–0,20 м/с, так как, именно, при превышении этой скорости появляются существенные различия в значениях коэффициентов теплоотдачи. При развитом турбулентном течении  (w=0,30–0,50 м/с) значительное снижение коэффициента теплоотдачи было получено для раствора, содержащего более 0,05 % полимер (ПАА). 

С целью обобщения экспериментальных данных была произведена их обработка с использованием теории подобия. Для  теплообмена в кольцевом канале удовлетворительные результаты даёт формула Нуссельта-Крауссольда

,

которая близка к зависимости, предложенной академиком М.А.Михеевым :

.

Числа Нуссельта, определяемые критериальным уравнением позволяют определить расчетный коэффициент теплоотдачи .

Для учёта влияния полимеров на режим течения и теплообмен на границе поверхность – охлаждающая жидкость, необходимо скорректировать формулу, введя в неё коэффициент, учитывающий влияние полимеров. Различие между экспериментальным и расчетным значениями  коэффициента теплоотдачи  и  может быть охарактеризовано отношением

.

Экспериментальное значение коэффициента теплоотдачи в каждой экспериментальной точке может быть выражено через расчетное значение и поправочный коэффициент

.

Последнее выражение  можно представить в виде:

,

где – коэффициент учитывающий влияние присадки на процесс теплоотдачи.

При проведении экспериментальных исследований было отмечено, что ПАВ увеличивает, а ПАА и ПВС снижают интенсивность теплоотдачи, поэтому можно считать, что при введении ПАВ , а в случаях введения ПАА и ПВС .

Корректирующий коэффициент  можно считать функцией концентрации присадки: и представить  в виде полинома:

Для определения коэффициентов x0, x1, x2 необходимо решить систему уравнений:

,

где n – количество точек с координатами ().

Решение данной системы было выполнено по разработанному алгоритму  и программе  в среде программирования TURBO PASCAL.

Для охлаждающих жидкостей с присадками водорастворимых полимеров и поверхностно-активных веществ критериальное уравнение конвективного теплообмена можно записать в виде:

.

Полиномы, описывающие поправочный коэффициент N, получены для различных температур охлаждающей жидкости. 

Сопоставление экспериментальных данных с расчетными, полученными по предлагаемой методике свидетельствует о хорошей сходимости кривых.

Характер влияния присадок зависит от вида теплообмена. В турбулентном однофазном потоке присадки обеспечивали снижение коэффициента теплообмена на 15…45 % (большие значения относятся к более высоким скоростям циркуляции), а в условиях пристеночного кипения присадки способствовали  повышению коэффициента теплоотдачи на 25…40 % (большие значения соответствуют меньшим скоростям течения, при которых наблюдался активный рост паровых пузырей на поверхности). Такой характер влияния оказывается совпадающим с требованиями оптимизации теплового состояния деталей цилиндропоршневой группы: на малых нагрузках за счет уменьшения коэффициента теплоотдачи происходит «утепление» цилиндра, а при максимальных нагрузках и в зонах наиболее высоких температур появляется режим пузырькового кипения, при котором присадки интенсифицируют теплообмен, снижая опасность локального перегрева.

Следующим этапом исследований было проведение испытаний присадок в условиях реальных систем охлаждения двигателей с целью оценки их работоспособности и определения влияния на эксплуатационные показатели двигателя. Схема испытательного стенда представлена на рис. 8.

При проведении испытаний двигателя 2Ч 10,5/13 проводилось термометрирование цилиндровой втулки, результаты измерений на рис. 9. Результаты исследований подтвердили возможность воздействия на температурное состояние деталей ЦПГ путем введения в охлаждающую воду малых концентраций веществ, способных изменять теплофизические свойства жидкости.

При работе по винтовой характеристике  на 25 % нагрузке введение в охлаждающую воду 0,05 %  ПАА приводит к повышению температурного уровня втулки на 7…10 оС, а введение ПАВ и присадки I – к его понижению на 5…7 оС. С возрастанием нагрузки имевшие место различия уменьшались и составляли при работе на номинальной мощности для ПАА  + 4…5 оС, для ПАВ и присадки I  2…3 оС.

При проведении испытаний было установлено, что удельная составляющая теплового баланса qохл при охлаждении двигателя жидкостями, содержащими присадки наиболее существенно уменьшалась при работе двигателя по внешней и нагрузочной характеристикам. Уменьшение qохл составляло от 3…4 % на режиме номинальной мощности до 10 % на малых нагрузках, при этом доля теплоты, эквивалентной эффективной работе qе увеличивалась на 0,6…1,5 %. Следствием сокращения тепловых потерь явилось снижение удельного эффективного расхода топлива испытываемых двигателей на  2…4 % на режимах близких к номинальному и 5…8 % на режимах частичных нагрузок и холстом ходу.

Рис. 8.  Схема испытательного стенда

1 – двигатель; 2 – циркуляционный насос внутреннего контура; 3 – гидротормоз; 4 – водо-водяной холодильник; 5 – регулировочный клапан внешнего (разомкнутого) контура; 6 – мерный бак внешнего контура; 7 – сливной клапан; 8 – расширительный бак; 9 – пароотводящая трубка; 10 – стеклянная вставка; 11, 12, 13, 14, 15, 16 – термометры; 17,18, 19 – манометры; 20 – милливольтметр

Рис. 9. Распределение температуры в цилиндровой втулке дизеля 2Ч10,5/13 при работе по винтовой характеристике: охлаждающие жидкости: I – вода без добавок; II – вода + 0,5 % прис. II; III– Х вода + 0,1 % ПАВ; IV – * вода + 0,01 % ПАА

С целью оценки влияния присадок на затраты мощности, необходимой для прокачивания охлаждающей жидкости, проводились численные и натурные эксперименты.

Коэффициент гидравлического сопротивления в контуре охлаждения при переходном и турбулентном режимах течения определяется выражением

  .

Базой для сравнения являлась дистиллированная вода. В качестве присадок к охлаждающей воде использовались поверхностно-активное вещество (ПАВ), водорастворимый полимер полиакриламид (ПАА) и силикат натрия в малых концентрациях (до 0,3 % по массе). Определялись кинематическая вязкость исследуемых жидкостей и относительное изменение коэффициент гидравлического сопротивления в гладких трубах , где в, пр  - коэффициенты гидравлического сопротивления в гладких трубах соответственно для воды и жидкостей, содержащих присадки. В результате численного эксперимента, проведенного с использованием трехмерных моделей теплообменного аппарата и рубашки охлаждения, были установлены гидравлические потери при использовании различных охлаждающих жидкостей.

Введение ПАВ приводит к снижению кинематической вязкости на 30 %, гидравлического сопротивления и затрат мощности на прокачивание жидкости – на 24% в полостях охлаждения и на 3 % в теплообменном аппарате. С учетом снижения гидравлических сопротивлений во всех теплообменных аппаратах, включенных в замкнутый контур, а также в соединительных трубопроводах снижение суммарных затрат мощности на привод циркуляционного насоса при использовании присадок поверхностно-активных веществ составит 25–30 %.

Для высокофорсированных двигателей актуальна задача повышения теплогидравлической эффективности теплообменных аппаратов, оцениваемой коэффициентом термодинамической эффективности

, где – отношение водяных эквивалентов и показателем энергетической эффективности ,  где – количество теплоты, переданной от одного теплоносителя другому; , – мощности, затрачиваемые на прокачивание соответственно охлаждаемого и охлаждающего теплоносителей; – суммарная мощность на прокачивание теплоносителей.

Результаты расчетов, выполненных в среде Delphi 7 с использованием положений теории подобия,  приведены в табл. 2. Данные, полученные для технической необработанной воды и тосола серийного производства, служили базой для сравнения тепло-гидравлической  эффективности при использовании охлаждающих жидкостей, содержащих присадки поверхностно-активных веществ (ПАВ) и водорастворимых полимеров в малых концентрациях (0,3 %).

Таблица 2

Теплогидравлические показатели водомасляного холодильника

при различных охлаждающих жидкостях

Холодный теплоноситель

Nuж

1, Вт/(м2·К)

, Вт/(м2·К)

, Па

, %

Вода

50,102

3833,432

478,786

0,361

9219,412

100

Вода + ПАА

61,512

4705,695

491,590

0,363

9111,042

+1,07

Вода + ПАВ

79,330

6068,774

504,918

0,366

8981,843

+2,37

Тосол

51,241

3919,932

475,733

0,348

10079,354

-16,05

Тосол + ПВС

52,107

3986,168

481,378

0,350

10069,545

+0,21

Анализ полученных результатов позволяет сделать следующие выводы:

– состав и свойства охлаждающей жидкости оказывают влияние на режим течения теплоносителя и интенсивность теплообмена;

– воздействие на свойства охлаждающей жидкости способно повысить термодинамическую эффективность теплообменного аппарата на 1,4 %;

– снижение гидравлического сопротивления теплообменного аппарата по тракту охлаждающей жидкости за счет введения присадок составляет 2,6 %, что обеспечивает повышение показателя энергетической эффективности на 2,37 %.

Снижение тепловых и механических потерь обеспечивает снижение удельного эффективного расхода топлива на 3…4 % на  номинальном режиме  и 6…8 % на долевых режимах.

Глава пять посвящена исследованию влияния параметров охлаждения на экологические показатели комбинированного ДВС. Наиболее существенное влияние на токсичность и дымность отработавших газов комбинированных ДВС оказывают давление и температура наддувочного воздуха. Инструментом получения функциональных зависимостей экологических показателей ДВС от параметров наддувочного воздуха являлся численный эксперимент, для проведения которого использовался программный комплекс ДИЗЕЛЬ-РК, разработанный в МГТУ им. Н.Э. Баумана. Численный эксперимент проводился для двигателя 8 ЧН 14/14. При построении винтовой характеристики рассматривались режимы соответствующие частоте вращения коленчатого вала 1500, 1400, 1300, 1200 и 1100 мин-1. Полученный массив данных был обработан посредством математического пакета «Matchcad 13». В результате интерполяции функции двух переменных были получены функции влияния параметров наддува на экологические показателя двигателя. Зависимости для режимов винтовой характеристики представлены на рис. 10 и 11.

Идентификация математической модели была осуществлена на основании стендовых испытаний двигателя ЯМЗ-8481.10-07. Значения критериев идентификации, таких как коэффициент множественной корреляции R и коэффициент детерминации R2 свидетельствуют, что предложенная математическая модель адекватно описывает реальные процессы, протекающие при работе дизеля, данные, полученные при проведении численного моделирования, можно считать достоверными. 

Результаты исследований доказывают, что охлаждение наддувочного воздуха значительно снижает выбросы оксидов азота. Это объясняется тем, что при снижении температуры наддувочного воздуха повышается плотность воздушного заряда и коэффициент избытка воздуха, а также снижается максимальная температура цикла, которая и оказывает определяющее влияние на эмиссию оксидов азота. Снижение температуры наддувочного воздуха сопровождается также уменьшением дымности отработавших газов, ярко выраженной в области низких давлений наддува.

“Утепление” деталей ЦПГ вследствие введения присадок в охлаждающую жидкость и перехода на высокотемпературное охлаждение приводит к повышению температуры рабочего тела во время процесса сжатия. Для оценки влияния  повышения температуры на период задержки воспламенения топлива использовались эмпирические формулы Г. Вольфера и В. С. Семёнова. Полученные результаты свидетельствуют, что повышение температурного уровня в цилиндре за счёт воздействия на теплофизические свойства охлаждающей жидкости сокращает период задержки воспламенения до 15% , а за счёт нанесения теплоизоляционных покрытий – до 30% . Наиболее существенное влияние “утепления” деталей ЦПГ проявляется при работе на малых нагрузках. Сокращение периода задержки воспламенения топлива приводит к уменьшению скорости нарастания давления в процессе сгорания и  жёсткости работы двигателя, снижению температуры и давления в конце сгорания, что благоприятно сказывается на эмиссии токсичных веществ, прежде всего и альдегидов , существенно снижая её.

Рис. 10. Зависимость выбросов оксидов азота от параметров наддувочного воздуха на режимах винтовой характеристики

Рис.11. Зависимость дымности отработавших газов от параметров наддувочного воздуха на режимах винтовой характеристики

Определение токсичности отработавших газов при проведении моторных испытаний подтвердило  влияние состава охлаждающей жидкости на концентрацию в них оксида углерода СО и углеводородов СnНm  (рис. 12).

Концентрация CO

в отработавших газах.

Содержание углеводородов

в отработавших газах.

Рис. 12. Влияние состава охлаждающей жидкости на токсичность отработавших газов

В главе предложены технические решения, позволяющие осуществлять связанное регулирование давлением и температурой надувочного воздуха.

Глава шесть посвящена разработке алгоритма оптимизации параметров охлаждения судовых ДВС. Основными этапами при математическом моделировании и решении оптимизационной задачи являются: определение границ объекта оптимизации, выбор управляемых переменных, определение ограничений на управляемые переменные, выбор числового критерия оптимизации. В проведенных исследованиях система охлаждения являлась объектом оптимизации, цель оптимизации  – обеспечение надежной, экономичной работы двигателя с удовлетворительными экологическими показателями.

Управляемыми переменными в процессе оптимизации являются режимные параметры – температура охлаждающей жидкости, давление в системе, средняя скорость циркуляции теплоносителя, температура и давление надувочного воздуха; водно-химические параметры – состав охлаждающей жидкости, ее физико-химические и теплофизические свойства.

Максимальный эффект может быть достигнут за счет одновременного совершенствования свойств теплоносителей, выбора наилучших параметров надувочного воздуха и конструктивных модернизаций систем охлаждения, направленных на  переход  к изолированным системам охлаждениям с переменным давлением и высокотемпературному охлаждению.

Перевод двигателя на ВТО не приводит к изменению давления начала сжатия, и давления остаточных газов. При этих условиях изменение коэффициента наполнения будет определяться только подогревом заряда на впуске, величина которого возрастает пропорционально температуре охлаждающей жидкости. Степень подогрева рабочего заряда определяется условиями теплообмена со стенками цилиндра, массой заряда, величиной температурного напора. Так как температура стенок цилиндра связана с температурой охлаждающей жидкости , то ее приращение составляет

.

Индекс 0 указывает, что параметр вычислен в окрестностях исходного режима. Расчетные и линеаризованные уравнения, использовавшиеся для оценки влияния ВТО на показатели рабочего процесса приведены в табл. 3.

Результаты расчетов показателей рабочего цикла дизеля ЧН 14/14 при изменении режима охлаждения представлены на рис. 13.

Результаты проведенных исследований позволяют сделать вывод о возможности перевода на ВТО комбинированных судовых дизелей с целью получения максимального эффективного КПД. Помимо повышения эффективного КПД последствием перехода на ВТО является перераспределение тепловых потоков: увеличиваются  потери с отработавшими газами и уменьшается доля потерь с охлаждающей жидкостью. Перевод двигателей на ВТО требует глубокого охлаждения наддувочного воздуха и совершенствования регулирования теплового состояния.

При выборе граничных значений управляемых переменных учитывалась физическая возможность их обеспечения  и  технико-экономическая целесообразность.

Математическая задача оптимизации формулируется в виде системы уравнений объединяющей цель оптимизации, границы оптимизации и ограничения, накладываемые на управляемые параметры.

Выбор предпочтительных водно-химических режимов направлен, прежде всего, на обеспечение надежности. В связи с этим целевая функция формулируется как обеспечение максимального защитного эффекта от характерных разрушений. В состав ограничений входят минимальные затраты мощности на прокачивание теплоносителя Nн, предельная концентрация присадки спр, максимально широкий температурный диапазон эксплуатации охлаждающей жидкости, ограничиваемый температурами насыщения Ts и  кристаллизации Tкрист.

Таблица 3

Расчетные формулы

Линеаризуемые  параметры рабочего цикла двигателя

Линеаризованное уравнение

Относительное изменение коэффициента наполнения

Относительное изменение механического КПД

Относительное изменение коэффициента избытка воздуха

Относительное изменение плотности надувочного воздуха после ОНВ

Относительное изменение эффективных показателей

Рис.13. Влияние температуры охлаждающей жидкости на показатели рабочего цикла

Система уравнений, представляющая задачу оптимизации водно-химических параметров охлаждения имеет вид:

;

;

от массы охлаждающей жидкости в системе;

;

.

Оптимизация режимных параметров должна обеспечивать повышение эффективности использования энергии, выделяющейся при сгорании топлива, поэтому целевой функцией является минимизация удельного эффективного расхода топлива:

  – выше точки росы;

– из условий обеспечения смазывания;

–  из условий предотвращения пленочного кипения;

;

Накладываемые ограничения в виде предельных температур стенки Тст и охлаждающей жидкости Тохл, термического напряжения  t  и скорости нарастания давления (dp/d) обеспечивают требуемую надежность ДВС. Ограничения эмиссии токсичных соединений и твердых частиц обеспечивают удовлетворение экологических требований.

Основной целью оптимизации параметров наддува является повышение топливной экономичности при соблюдении экологических нормативов и без ущерба для надежности двигателя. В соответствии с этим была  составлена аналогичная система уравнений.

Для нахождения решений полученных систем необходимо конкретизировать вид входящих в них уравнений и неравенств, представляющих собой математические модели процессов, протекающих в системах охлаждения и газотурбинного наддува.

Алгоритм решения задачи оптимизации режимных и водно-химических параметров охлаждения представлен на рис. 14.

Рис. 14. Алгоритм оценки теплового состояния и скорости эрозионно-коррозионных разрушений

В соответствии с алгоритмом разработана программа в среде Delphi 7, позволяющая исследовать влияние режимных и водно-химических параметров на теплонапряженное состояние и ресурс цилиндровых втулок и оптимизировать данные параметры.

Целью совершенствования охлаждения является повышение топливной экономичности  двигателя, поэтому критерий оптимизации должен носит энергетический характер и отражать стремление снизить тепловые потери и уменьшить затраты мощности на прокачивание теплоносителя. В качестве критерия предлагается использовать безразмерный параметр

Кэ = qохл·Nохл ,

где qохл – удельная теплота, отводимая от двигателя через систему охлаждения, кДж/кВт; Nохл  - удельные затраты мощности, затрачиваемой на теплоотвод, кВт/кДж.

Степень совершенства свойств теплоносителя должна оцениваться, главным образом, эффективностью ингибирования процессов, негативно влияющих на надежность двигателя (кавитационная эрозия, накипеобразование). Для количественной оценки качества теплоносителя системы охлаждения целесообразно использовать коэффициенты защиты от характерных разрушений:

= wc / wo ,

где wc  - скорость разрушения металла при охлаждении теплоносителем с усовершенствованными свойствами;  wo - скорость разрушения металла при охлаждении базовым теплоносителем.

Критерий оптимизации параметров охлаждения, учитывающий и энергетические и ресурсные аспекты имеет вид

Кэр = qохл·Nохл· .

Изменение теплового состояния деталей цилиндропоршневой группы в результате совершенствования охлаждения изменяет условия смесеобразования, характер протекания рабочего цикла, динамику выгорания топлива, что отражается на составе отработавших газов. Поэтому комплексный критерий оптимизации охлаждения должен включать показатель ,  характеризующий зависимость содержания в отработавших газах токсичных соединений и твердых частиц от  параметров охлаждения.

Целью оптимизации является минимизация комплексного критерия с соблюдением накладываемых  ограничений:

КК = Кэр · = Кэ··=  qохл ·nохл·· min.

После преобразований энерго-ресурсный показатель совершенства принимает вид

.

Для того чтобы использовать предлагаемый критерий для оценки значимости влияния свойств теплоносителя на показатель совершенства системы целесообразно сгруппировать входящие в него величины таким образом, чтобы выделить  независящие от состава охлаждающей жидкости. К таким величинам можно отнести низшую теплоту сгорания топлива Нu , КПД насоса н, перепад температуры жидкости в двигателе Тж, а также теплоемкость  ср и плотность жидкости, которые практически не изменяются при введении в жидкость присадок в малых концентрациях. Обозначив

выражение  критерия совершенства системы охлаждения принимает вид:  .

При использовании дифференциального метода значение единичных показателей качества (в данном случае экологическая эффективность)  сопоставляются с  предельно допустимыми значениями нормируемых токсичных компонентов: 

Для того чтобы учесть неравнозначное влияние отдельных сомножителей на комплексный показатель совершенства охлаждения целесообразно ввести весовые коэффициенты и представить комплексный критерий совершенства охлаждения в виде

,

показатели степени рекомендуется принимать из диапазонов a=0,4…0,5; b=0,6…0,7.

Расчеты выполненные для дизеля 8 ЧН 14/14, оснащенного системой газотурбинного наддува с промежуточным охлаждением надувочного воздуха комплексный показатель совершенства охлаждения Кк , учитывающий экономические, ресурсные и экологические показатели, составляет  1,2. Совершенствование режимных параметров и перевод двигателя на высокотемпературное охлаждение за счет уменьшения сомножителя Кэ  снижает значение комплексного показателя до значений 0,9. Совершенствование свойств охлаждающей жидкости путем введения многофункциональных присадок обеспечивает дополнительное снижение сомножителя Кэ а также существенное уменьшение сомножителя a. В результате комплексный критерий совершенства снижается до значений 0,67…0,7.

Глава семь посвящена обеспечению предпочтительных параметров охлаждения в процессе эксплуатации.

Циркуляция охлаждающей жидкости по контуру сопровождается термомеханическими воздействиями на нее, которые вызывают деструкцию макромолекул полимеров и мицеллярных образований ПАВ, входящих в присадки. Пополнение системы охлаждения приводит к снижению концентрации присадок. Для поддержания заданных параметров предлагается установить пороговые значения контролируемых параметров охлаждающей жидкости (табл. 4) и прогнозировать время их достижения на основании уравнений полученных с использованием термофлуктуационной теории, согласно которой температура и гидравлическое сопротивление контура охлаждения являются основными факторами, вызывающими старение присадок.

Таблица 4

Предельные значения показателей эксплуатационных свойств охлаждающих жидкостей

Водородный показатель, рНпр

8,5 – 9,0

Кинематическая вязкость, пр , (м2/с) 10-6

1,20

Поверхностное натяжение пр, Нм

0,055

На основании экспериментальных данных, с использованием пакета MathCAD 13, были получены экспоненциальные регрессионные зависимости основных показателей качества от продолжительности термических воздействий.

Уравнение регрессии, описывающее изменение параметра А охлаждающей жидкости под действием эксплуатационных факторов с учетом поправочных коэффициентов можно представить в виде

где А0  – начальное значение параметра; Кп , К  – соответственно коэффициенты пополнения и циркуляции; , , – коэффициенты уравнения регрессии; р – гидравлическое сопротивление внутреннего контура системы охлаждения, кПа; – длительность эксплуатации охлаждающей жидкости; Т – температура охлаждающей жидкости.

Общие положения теории термофлуктуационных разрушений хорошо согласовываются с полученными регрессионными зависимостями.

Для поддержания требуемых свойств жидкости разработана система охлаждения с автоматическим дозированием присадки (рис. 15), предложена конструкция модернизированной системы охлаждения комбинированного судового ДВС, с управлением процессами теплообмена в полостях охлаждения, за счет регулирования давления в системе охлаждения в зависимости от режима работы двигателя.

Рис. 15. Модернизированная система охлаждения ДВС

1 – внутренний контур СО, 2 – рубашка охлаждения ДВС, 3 – термостат, 4 – водо-водяной холодильник, 5 – циркуляционный насос, 6 –  водомасляный холодильник, 7 – охладитель наддувочного  воздуха, 8 – всасывающая магистраль, 9 – соединительный трубопровод, 10 – расширительный бак, 11 – емкость с присадкой, 12 – игольчатый клапан, 13 – блок управления, 14, 16 – датчики температуры, 15, 17 – датчики давления, 18 – химический анализатор, 19 – отводящий трубопровод.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В результате комплекса проведенных теоретических и расчетно-экспериментальных исследований, основанных на анализе эксплуатационных показателей ДВС, получены научно-обоснованные технические решения, использование которых вносит вклад в повышение надежности и экономичности судовых дизелей, совершенствование их эксплуатации.

1. На основании анализа научно-технической литературы определена совокупность конструктивных, режимных и водно-химических параметров охлаждения, оказывающих наиболее существенное влияние на эксплуатационные показатели судовых ДВС. Установлены взаимосвязи параметров охлаждения с ресурсными, экономическими и экологическими показателями ДВС, доказана актуальность и перспективность совершенствования параметров охлаждения с целью улучшения эксплуатационных показателей ДВС.

2. Предложен прогрессивный метод комплексного совершенствования водно-химических параметров охлаждения путем введения в охлаждающую жидкость присадок, содержащих ингибиторы коррозии, поверхностно-активные вещества и полимеры. Применение присадок является эффективным ресурсосберегающим мероприятием, обеспечивая снижение кавитационно-коррозионных разрушений черных металлов на 90-95 %, цветных – на 50-75 % и предотвращение накипеобразования на теплоотдающих поверхностях.

3. Созданы экспериментальные установки, методики проведения физических экспериментов и обработки их результатов с целью исследования влияния водно-химических параметров охлаждения на тепловые и гидродинамические процессы в системах охлаждения ДВС. 

4. Разработана методика определения влияния химического состава теплоносителя на интенсивность конвективного теплообмена, получены регрессионные зависимости коэффициента теплоотдачи от концентрации компонентов присадки.

5. Уточнены критериальные уравнения конвективного теплообмена в присутствии поверхностно-активных веществ и растворимых полимеров, влияющих на процессы в пограничном слое жидкости.

6. Установлено, что присутствие в охлаждающей жидкости поверхностно-активных веществ и растворимых полимеров оказывает влияние на тепло-гидравлические процессы в системе охлаждения, сокращая тепловые потери и снижая затраты мощности на привод циркуляционного насоса, обеспечивая таким образом повышение эффективного КПД двигателя на 3…4 % на  номинальном режиме  и 6…8 % на долевых режимах.

7. Введен новый комплексный показатель совершенства охлаждения ДВС, учитывающий ресурсный и энергетический факторы, который целесообразно использовать при решении задач оптимизации охлаждения ДВС.

8. Формализованы и решены задачи  оптимизации  режимных и водно-химических параметров охлаждения форсированного комбинированного двигателя с учетом ресурсных и экологических ограничений.

9. Предложена система контроля качества теплоносителей жидкостной системы охлаждения и методика прогнозирования срока службы теплоносителя на основании термофлуктуационной теории деструкции входящих в него присадок.

10. Предложены конструктивные модернизации систем охлаждения судовых ДВС, позволяющие автоматически обеспечивать в процессе эксплуатации предпочтительные водно-химические и режимные параметры охлаждения, уменьшить трудоемкость обслуживания и ремонта систем охлаждения.

Результаты диссертационного исследования являются основой для разработки комплекса мероприятий по совершенствования параметров охлаждения существующих и перспективных судовых ДВС.

Выполненный комплекс теоретических и экспериментальных исследований, полученные новые научные и практические  результаты позволили решить актуальную задачу улучшения ресурсных и энергетических показателей судовых ДВС, сокращения затрат на их эксплуатацию, что является необходимым условием модернизации и совершенствования водного транспорта.

Основные научные положения и результаты диссертационного исследования опубликованы в следующих работах:

Монографии и учебные пособия.

  1. Безюков О. К., Жуков В. А. Охлаждающие жидкости транспортных ДВС. – СПб.: СПГУВК, 2009. – 263 с.
  2. Жуков В. А. Влияние параметров охлаждения на надежность комбинированных двигателей. – Рыбинск: РГАТУ имени П. А. Соловьева, 2012. – 186 с.
  3. Жуков В. А. Тепловой и динамический расчёты поршневых и комбинированных двигателей внутреннего сгорания: учебное пособие. – Рыбинск: РГАТА имени П. А. Соловьева, 1998. – 103 с.
  4. Жуков В. А. Конструирование двигателей внутреннего сгорания:  учебное пособие. – Рыбинск: РГАТА имени П. А. Соловьева, 2008. – 139 с.
  5. Жуков В. А., Курин М. С. Конструкция и основы расчета систем наддува ДВС. – Рыбинск: РГАТУ имени П. А. Соловьева, 2012. – 140 с.

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

  1. Безюков О. К., Жуков В. А., Ларин В. А., Тузов Л. В. Исследование влияния присадок к охлаждающей жидкости дизелей на процессы теплоотдачи. // Двигателестроение, 1996, № 1. –  С. 46 – 51.
  2. Жуков В.А., Курин М. С. Модернизация системы газотурбинного наддува конвертированного дизеля // Вестник машиностроения. М.: Машиностроение, 2007, № 3. – С. 17-19.
  3. Жуков В. А., Курин М. С. Влияние параметров наддува на экологические показатели дизеля // Автомобильная промышленность. М.: Машиностроение, 2007, № 12. – С. 7-8.
  4. Жуков В.А., Курин М. С. Экологические нормативы для транспортных дизелей и методы их обеспечения // Справочник. Инженерный журнал. М.: Машиностроение, 2007, № 3. – С. 33-36.
  5. Жуков В. А., Навоев А. П., Корытов С. В. Влияние параметров топливоподачи в дизелях на выбор упрочняющей обработки зубчатых колес механизма привода агрегатов // Упрочняющие технологии и покрытия //  М.: Машиностроение, , 2009, № 3. – С. 38-43.
  6. Жуков В. А.,  Корытов С. В. Модернизация форсунки в целях совершенствования распыливания топлива // Двигателестроение,  2009, № 2. – С. 57.
  7. Жуков В. А. Поршневые двигатели внутреннего сгорания перспективы использования и совершенствования // Справочник. Инженерный журнал // М.: Машиностроение. 2010, № 11.– С. 46-50.
  8. Жуков В. А. Зависимость эксплуатационных показателей транспортных ДВС от свойств охлаждающих жидкостей  // Вестник машиностроения // М.: Машиностроение, 2010.- № 12.- С. 58-62.
  9. Жуков В. А., Курин М. С., Прохоров О.Г. Совершенствование систем газотурбинного наддува перспективных дизелей ОАО «Тутаевский моторный завод» // Вестник РГАТА имени П.А. Соловьева, Рыбинск,  2010. -№ 3 (18). – С. 249 – 257.
  10. Жуков  В. А. Перспективы высокотемпературного охлаждения транспортных ДВС // Автомобильная промышленность//М.: Машиностроение № 5, 2011.- С. 7-10.
  11. Жуков В. А. Энергосбережение в контурах жидкостного охлаждения энергетических и технологических установок // Вестник машиностроения // М.: Машиностроение, 2011.- № 6.- С. 52-55.
  12. Жуков В. А. Подготовка охлаждающих жидкостей энергетических установок и технологического оборудования // Справочник. Инженерный журнал // М.: Машиностроение. 2011.- № 8.- С. 8-14.
  13. Жуков  В. А. Контроль качества теплоносителей жидкостных систем охлаждения // Контроль. Диагностика // М.: Машиностроение. 2011.– № 9.- С. 66-72.
  14. Жуков В.А., Николенко Е. Н. Система автоматизированного сбора информации при испытаниях двигателей внутреннего сгорания // Вестник РГАТА имени П.А. Соловьева, Рыбинск,  2011. -№ 1 (19). – С. 172 -176
  15. Жуков В.А. Комплексный критерий совершенства систем жидкостного охлаждения энергетических установок и технологического оборудования // Вестник машиностроения // М.: Машиностроение, 2011.– № 12. – С. 86-89.
  16. Жуков В.А. Оптимизация параметров охлаждения высокофорсированных двигателей внутреннего сгорания // Вестник РГАТА имени П. А. Соловьева, Рыбинск,  2011. -№ 2 (21). – С. 14-19.

Научные статьи

  1. Безюков О. К., Жуков В. А., Ларин В.А. Экспериментальное исследование теплоотдачи в жидкости, содержащей добавки высокополимеров и ПАВ. // Инженерно-физический журнал, 1993. Т. 64,  № 1. –  С. 34–38.
  2. Жуков В. А. Влияние химического состава теплоносителя на  эффективность эксплуатации  технических систем. // Процессы горения  и  охрана окружающей среды: Сборник трудов II  Всероссийской  научно–технической конференции.  Рыбинск, 1997. Ч.2. –  С. 74–78 
  3. Безюков О. К., Жуков В. А., Тузов Л. В. Разработка и опытная эксплуатация многофункциональной присадки к охлаждающей воде судовых дизелей. // Моделирование и оптимизация сложных систем. Сборник научных трудов /  ВГАВТ, Н. Новгород, 1997. – С. 121–125.
  4. Жуков В. А. Оценка теплонапряжённого состояния цилиндровой втулки дизеля 2Ч10,5/13 при использовании специальных  охлаждающих жидкостей. // Проектирование и изготовление авиационных газотурбинных двигателей и  установок наземного применения: Сборник научных трудов/ Рыбинск: РГАТА, 1998. – С. 201–209.
  5. Тузов Л. В., Безюков О. К., Жуков В. А. Ингибирование кавитационно-коррозионных разрушений и накипеобразования в системах охлаждения ДВС. // Автомобильные и тракторные двигатели: Межвузовский сборник научных трудов. Выпуск XIV. М.: МАМИ, 1998. –  С. 142–149.
  6. Жуков В. А. Влияние многофункциональных присадок к охлаждающей жидкости а теплонапряжённое состояние цилиндровых втулок. // Автомобильные и тракторные двигатели: Межвузовский сборник научных трудов. Выпуск XIV. М.: МАМИ, 1998. – С. 165–171.
  7. Безюков О. К., Жуков В. А., Ратнов А. Е. Влияние состава охлаждающих жидкостей на экономические и экологические показатели двигателей. // Авиационная техника и технология. Харьков, 2001. Выпуск 23. – С. 60–63.
  8. Безюков О. К., Жуков В. А., Тарасов М. А. Способ регулирования теплового состояния деталей цилиндро–поршневой группы ДВС. // Авиационная техника и технология. Харьков, 2002. Выпуск 30. – С. 182–185.
  9. Жуков В. А., Ратнов А. Е. Исследование процессов теплообмена в зарубашечном пространстве дизеля. // Авиационная техника и технология. Харьков, 2002. Выпуск 31. – С. 51–54.
  10. Безюков О. К., Жуков В. А., Тарасов М. А. Выбор конструктивных и режимных параметров систем охлаждения ДВС. // XXII Российская школа по проблемам науки и технологий.  Екатеринбург, 2002. – С. 64–66.
  11. Жуков В. А., Ратнов А. Е. Способ совершенствования рабочего цикла поршневого ДВС. // XXII Российская школа по проблемам науки и технологий.  Екатеринбург, 2002. – С. 67–69
  12. Жуков В. А., Курин М. С., Прохоров О. Г. Влияние параметров наддува на рабочий процесс дизеля ЯМЗ-840. // Авиационная техника и технология. – Харьков, 2003. Выпуск 41/6. – С. 23–26.
  13. Безюков О. К., Жуков В. А., Курин М. С., Прохоров О. Г. Опыт конвертации автотракторных двигателей в судовые. // Безопасность водного транспорта. Труды международной научно-практической конференции, посвященной 300-летию Санкт-Петербурга, СПб.: СПГУВК, 2003. – Том 3.– С. 121–125.
  14. Безюков О. К., Жуков В. А., Ратнов А. Е. Исследование влияния присадок к охлаждающим жидкостям на процессы теплообмена в ДВС // Безопасность водного транспорта. Труды международной научно-практической конференции, посвященной 300-летию Санкт-Петербурга, СПб.: СПГУВК, 2003. – Том 3.– С. 126–130.
  15. Безюков О. К., Жуков В. А., Тарасов М. А. Модернизация системы охлаждения двигателей внутреннего сгорания // // Безопасность водного транспорта. Труды международной научно-практической конференции, посвященной 300-летию Санкт-Петербурга, СПб.: СПГУВК, 2003. – Том 3.– С. 131 – 135.
  16. Жуков В. А., Ратнов А. Е. Исследование влияния состава теплоносителя на теплонапряженное состояние охлаждаемых деталей ДВС // Авиационная техника и технология. – Харьков, 2003. Выпуск 40/5. – С. 101–104.
  17. Безюков О. К., Жуков В. А., Тарасов М. А. Комплексный подход к выбору конструкции и параметров систем охлаждения транспортных ДВС // Вестник двигателестроения. – Запорожье, 2003. № 2.  – С. 70–73.
  18. Жуков В. А. Задача многофакторной оптимизации режимов охлаждения комбинированных ДВС. // Двигатели внутреннего сгорания. / Всеукраинский научно-технический журнал. Харьков, НТУ «ХПИ», 2004.  № 2. –  С. 71-73.
  19. Жуков В. А., Курин М. С. Методика выбора параметров газотурбинного наддува комбинированных двигателей // Актуальные проблемы современной науки. Технические науки, часть 22. Транспорт. – Самара, 2004. – С. 33–35.
  20. Жуков В. А., Тарасов М. А. Совершенствование режимов охлаждения комбинированных двигателей. // Теплофизика технологических процессов: Материалы Всероссийской научно-технической конференции. – Рыбинск: РГАТА, 2005. –  С. 231–234.
  21. Жуков В. А., Ратнов А. Е. Критериальные уравнения теплообмена в системах охлаждения ДВС при использовании присадок к охлаждающим жидкостям. // Двигатели внутреннего сгорания / Всеукраинский научно-технический журнал. Харьков: НТУ «ХПИ». – 2005, № 2 (7). – С. 19–22.
  22. Жуков В. А., Курин М. С. Влияние глубины охлаждения наддувочного воздуха на параметры рабочего процесс конвертированного двигателя. // РГАТА им. П.А. Соловьева. – Рыбинск, 2006. Рус. Деп. В ВИНИТИ 25.10.06, № 1269–В2006. – 8 с.
  23. Безюков О. К., Жуков В. А., Тарасов М. А. Влияние режимов охлаждения на эксплуатационные свойства ДВС. // Труды Международного научно-технического семинара «Исследование, проектирование и эксплуатация судовых ДВС» // Под общей редакцией О.К. Безюкова/ - СПб.: Изд-во «ПаркКом», 2006.– С. 72–75.
  24. Безюков О. К., Жуков В. А., Тарасов М. А. Совершенствование конструкции систем охлаждения судовых двигателей. // Развитие транспорта в регионах России: проблемы и перспективы: материалы Всероссийской научно-практической конференции. – Киров, 2007. – С. 67–70.
  25. Безюков О. К., Жуков В. А., Ратнов А. Е. Использование присадок химического типа с целью совершенствования свойств охлаждающих жидкостей двигателей внутреннего сгорания. // Теория и практика повышения качества и рационального использования масел, смазочных материалов и технических жидкостей. СПб.: Политехнический университет, 2007.–С. 146–150.
  26. Жуков В. А., Николенко Е. Н.  Влияние полимерных присадок на энергозатраты при прокачивание охлаждающей жидкости ДВС. // Автоматизация и энергосбережение машиностроительного производства, технология и надежность машин, приборов и оборудования: Материалы 3 международной научно-технической конференции. Т. 1. Вологда: ВоГТУ, 2007. – С. 124–126.
  27. Безюков О. К., Жуков В. А.,  Николенко Е. Н. Исследование зависимости энергозатрат на прокачивание охлаждающей жидкости ДВС от ее состава. // Труды II-го международного научно-технического семинара «Исследование, проектирование и эксплуатация судовых ДВС» СПб.:  СПУВК,  2008. – С. 49–54.
  28. Безюков О. К., Жуков В. А., Тарасов М. А. Совершенствование регулирования теплового состояния судовых ДВС. // Труды II-го международного научно-технического семинара «Исследование, проектирование и эксплуатация судовых ДВС» СПб.: СПУВК, 2008. – С. 58–63.
  29. Жуков В. А., Корытов С. В., Фигурин В. А. Модернизация систем транспортных  ДВС с целью улучшения их экологических показателей. // РГАТА имени  П.А. Соловьева, Рыбинск, 2008. – 20 с. – Деп. в ВИНИТИ 29.10.2008 № 834-В2008.
  30. Жуков В. А., Николенко Е. Н.  Расчетно-экспериментальные исследования гидравлического сопротивления в полостях охлаждения ДВС. // Двигатели внутреннего сгорания //  Всеукраинский научно-технический журнал: Национальный технический университет «ХПИ» - № 1, Харьков, 2009.– С. 71–75.
  31. Жуков В. А. Энергосберегающие мероприятия при жидкостном охлаждении двигателей внутреннего сгорания. // Автоматизация и энергосбережение машиностроительного и металлургического производств, технология и надежность машин, приборов и оборудования. Материалы 5 международной научно-технической конференции. Т.1, Вологда.: ВоГТУ, 2009.– С. 143–147. 
  32. Жуков В. А. Снижение тепловых потерь в двигателях внутреннего сгорания. // Альтернативный киловатт, Рыбинск, 2010.– № 1. – С. 22–27.
  33. Жуков В. А., Николенко Е. Н.  Повышение теплогидравлической эффективности теплообменных аппаратов двигателей внутреннего сгорания. // Двигатели внутреннего сгорания // Всеукраинский научно-технический журнал: Национальный технический университет «ХПИ», Харьков, 2010. – № 2.– С. 102–105
  34. Жуков В. А., Курин М. С. Возможности расширения областей применения двигателей ОАО «Тутаевский моторный завод». // Вузовская наука – региону восьмая всероссийская научно–техническая конференция. Вологда: ВоГТУ, 2010. – С. 178–179.
  35. Жуков В. А., Тарасов М. А. Модернизация системы охлаждения форсированного ДВС. // Современные проблемы машиностроения: труды V Международной научно-технической конференции. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010. – С. 53–58.
  36. Жуков В. А., Тарасов М. А. Высокотемпературное охлаждение как средство энергосбережения в двигателях внутреннего сгорания. // Автоматизация и энергосбережение машиностроительного и металлургического производств, технология и надежность машин, приборов и оборудования. Материалы 5-ой международной научно-технической конференции. Т. 2, Вологда: ВоГТУ,  2010. – С. 134–137.
  37. Жуков В. А., Курин М. С.  Перспективы конвертации автомобильных двигателей в судовые в аспекте экологических нормативов. //  Труды 11-й Международной конференции «Актуальные проблемы современной науки». Ч. 3 Механика и машиностроение Самара: Изд-во СамГТУ, 2010.–С.41– 45.
  38. Жуков В. А. Задача многофакторной оптимизации теплоносителей систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания. //  Труды 11-й Международной конференции «Актуальные проблемы современной науки». Часть 3 Механика и машиностроение Самара: Изд-во СамГТУ, 2010. – С. 37–41.
  39. Жуков В. А. Водорастворимые полимеры и поверхностно-активные вещества как инструменты энергосбережения в поршневых ДВС. // Альтернативный киловатт, Рыбинск, 2011.– № 1(7). – С. 42–46.
  40. Жуков В. А. Расчетная оценка эффективности высокотемпературного охлаждения комбинированных ДВС. // Авиационная техника и технология. – Харьков, 2011. Выпуск № 10 (87). – С. 153–158.
  41. Жуков В. А., Николенко Е. Н.  Измерительный комплекс для исследования систем охлаждения ДВС. // Перспективное развитие науки, техники и технологии // Материалы Международной научно-практической конференции, Курск: Изд-во Юго-зап. гос. ун-та. 2011. – С. 109–112.
  42. Жуков В. А. Способы энергосбережения в замкнутых контурах охлаждения. // Перспективное развитие науки, техники и технологии // Материалы Международной научно-практической конференции, Курск: Изд-во Юго-зап. гос. ун-та. 2011. – С. 107–109.
  43. Жуков В. А. Современные теплоносители жидкостных систем охлаждения // Современные материалы, техника и технология // Материалы Международной научно-практической конференции, Курск: Изд-во Юго-зап. гос. ун-та. 2012. – С. 140–143.
  44. Zhukov V. A. Influence of Coolant on the Performance of Internal Combustion Engines. // Russian Engineering Research, 2010. Vol. 30, № 12, рр. 1234-1237.
  45. Zhukov V. A. Energy Coservation in Liquid Cooling of Technological Equipment. // Russian Engineering Research, 2011. Vol. 31, № 6, рр. 562-565.
  46. Zhukov V. A. Improving the Liquid-Cooling Systems of Power Units and Technological Equipment. // Russian Engineering Research, 2011. Vol. 31, № 12, рр. 1244-1247.

Изобретения и патенты

  1. Положительное решение по заявке № 4917255/06(020270). Система охлаждения судовой энергетической установки / Безюков О.К., Жуков В.А., Гительсон Я.З. Заявлено 05.03.91.
  2. Положительное решение по заявке № 4918273/06(021659). Система охлаждения энергетической установки судна / Безюков О.К., Жуков В.А., Шепельский Ю.Л. Заявлено 12.03.91.
  3. Решение о выдаче патента на изобретение по заявке № 2011113338/06(019724). Система охлаждения двигателя внутреннего сгорания / Жуков В.А. Заявлено 06.04.2011.





© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.