Анотація до роботи:

Альохін С.О. Поліпшення техніко-економічних і токсичних характеристик тепловозного дизеля 6ДН шляхом удосконалення системи повітропостачання. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.03 - теплові двигуни. - Казенне підприємство "Харківське конструкторське бюро з двигунобудування" Харків, 2004.

В роботі розв'язано задачу поліпшення техніко-економічних та токсичних характеристик тепловозного дизеля 6ДН (6ДН12/2х12), призначеного для силової установки дизель-потягів. Запропоновано удосконалений циліндр, який має впускні вікна з підвищеною на 10 % площею прохідного перерізу та оптимальний кут закручування за висотою. Розроблено спосіб виготовлення модернізованих вікон, який не вимагає зміни конструкції циліндру. Запропоновано оригінальну конструкцію компактного ефективного водоповітряного проміжного охолоджувача наддувного повітря, вмонтованого в компресор. Впровадження нових циліндрів і системи проміжного охолодження наддувного повітря дозволить зменшити експлуатаційну витрату палива на 5,8 %, а експлуатаційні викиди оксидів азоту на 14 %.

У дисертаційному досліджені поставлена та розв'язана важлива науково-технічна задача з поліпшення техніко-економічних показників і токсичних характеристик швидкохідного тепловозного дизеля 6ДН шляхом удосконалення системи повітропостачання. Приведені в роботі результати дозволяють зробити наступні висновки:

1. Удосконалено методику розрахунку параметрів робочого циклу двотактного дизеля шляхом доповнення її залежностями для визначення коефіцієнту тертя повітряного заряду об стінку циліндру, коефіцієнтів витрати вікон різної форми, теплових та гідравлічних характеристик ОНП, встановлення зв'язку показників газообміну з конструктивними і режимними параметрами двигуна, що дозволяє підвищити достовірність результатів розрахунку та забезпечує можливість проведення багатофакторної оптимізації параметрів системи повітропостачання.

2. У результаті узагальнення даних про характеристики швидкохідних двотактних дизелів із прямоточно-щілинною продувкою, що мають прямокутні впускні вікна, вперше введено поняття і визначено оптимальне значення безрозмірного критерію форми впускного вікна, при якому забезпечується найкращі умови для протікання процесу газообміну.

3. Розроблено, обґрунтовано і впроваджено в практику досліджень двотактних дизелів новий пристрій для відбору проб газу з випускного вікна в першій фазі випуску та методику його застосування, що спрощує відбір проб газу і забезпечує одержання достовірних даних про склад відпрацьованих газів.

4. Запропоновано новий спосіб виготовлення впускних вікон прямокутної форми для циліндрів швидкохідних двотактних дизелів, який забезпечує збільшення на 10% їх прохідного перерізу. Удосконалені циліндрі виготовлені і впроваджені у виробництво для використання на тепловозних дизелях і двигунах інших модифікацій.

5. Розроблено, виготовлено, досліджено і впроваджено в виробництво нову оригінальну конструкцію ОНП, що є складовою частиною компресора наддувального повітря. Стендовими випробуваннями встановлено, що розроблений ОНП забезпечує високі теплотехнічні і гідравлічні характеристики, а саме:

- коефіцієнт теплової ефективності Е_ох=0,7;

- коефіцієнт гідравлічної ефективності _ох=0,98.

6. Обґрунтовано вибір раціональних параметрів системи повітропостачання дизеля 6ДН. Встановлено, що для поліпшення показників тепловозного дизеля 6ДН із ОНП і удосконаленою конфігурацією впускних вікон циліндрів необхідно мати значення мінімального прохідного перерізу соплового апарата турбіни f_са=50 см², кута початку відкриття випускних вікон циліндра _е=100 град. п.к.в. і максимальний кут закручення впускних вікон за висотою
_З = 42 град.

7. Визначено причини впливу кута закручення впускних вікон за висотою на показники газообміну і характеристики розподілу параметрів газового потоку у циліндрі. Встановлено, що при збільшенні максимального кута закручення _З відносно його оптимального значення (_Зопт = 42 град) підвищується концентрація залишкових газів у центрі циліндра, а при зменшенні _З - у пристінковій зоні циліндра поблизу впускних вікон. В обох випадках це приводить до збільшення коефіцієнта залишкових газів.

8. В результаті експериментального дослідження дизеля 6ДН встановлено:

- впровадження удосконалених циліндрів, впускні вікна яких мають збільшений на 10 % прохідний переріз, дозволяє знизити на режимі номінальної потужності температуру газів у випускному колекторі на 35 К і поліпшити питому ефективну витрату палива на 1,6%.

- впровадження розробленого ОНП на режимі номінальної потужності забезпечує зменшення питомої ефективної витрати палива на 2,7 %, питомої емісії оксидів азоту на 17 %, димності відпрацьованих газів на 20 %, температури випускних газів на 8,2%.

- збільшення максимального кута закручення впускних вікон за висотою до 42 град (замість 35 град) на режимі номінальної потужності дизеля 6ДН дозволяє покращити паливну економічність на 2,3 %.

9. Дано оцінку можливості подальшого форсування по середньому ефективному тиску модернізованого тепловозного дизеля 6ДН на 9,7 % (з 588 кВт до 645 кВт) за умови збереження середньої температури випускних газів перед турбіною на базовому рівні.

10. Показано, що при одночасній реалізації на двигуні 6ДН ОНП, циліндрів з удосконаленою конфігурацією впускних вікон, які мають збільшений прохідний переріз і оптимальний кут закручення за висотою, а також оптимальних параметрів турбіни, на режимі номінальної потужності знижується питома ефективна витрата палива на 14,5 г/(кВтгод). При використанні модернізованого дизеля 6ДН на дизель-потязі середньоексплуатаційна витрата палива зменшується на 5,8%, а середньоексплуатаційний викид оксидів азоту – на 14%. Зниження теплових навантажень на основні деталі ЦПГ дає можливість збільшити моторесурс дизеля.

Публікації автора:

1. Рязанцев Н.К., Бородин Ю.С., Алехин С.А., Краюшкин И.А., Грицюк А.В., Перерва П.Я. Быстроходное дизелестроение на государственном предприятии «Завод им. В.А.Малышева» // Вестник Национального технического университета "ХПИ". - Харьков: НТУ "ХПИ" - 2001. -Вып. 26. -С. 11-16.

Описані конструкції танкових та конверсійних двигунів типу
ДН 12/2x12, дано порівняння їх характеристик.

2. Алехин С. А. Улучшение технико-экономических и экологических показателей тепловозной модификации дизеля типа 6ТД за счет применения промежуточного охлаждения наддувочного воздуха// Авіаційно-космічна техніка і технологія. -Харків: Нац. аерокосм. ун-т "ХАІ, 2003. -Вип. 41/6. - С. 32-35.

3. Алехин С. А. Улучшение экономических показателей тепловозной модификации дизеля 6ТД путем совершенствования гидравлических характеристик впускных окон цилиндра// Авіаційно-космічна техніка і технологія. -Харків: Нац. аерокосм. ун-т "ХАІ, 2003. -Вип. 42/7. -С. 5 1-53.

4. Рязанцев Н.К., Анимов Ю.А., Алехин С.А., Борисенко А.В., Любченко В.Н. Кольцевой охладитель наддувочного воздуха для высокооборотных двухтактных дизелей типа 6ДН12/2х12 // Двигатели внутреннего сгорания, 2003. -№ 1-2. -С. 6-9.

Запропоновано принципово нову схему і конструкцію кільцевого охолоджувача наддувного повітря, дано опис результатів проведених експериментальних досліджень.

5. Рязанцев Н.К., Пелепейченко В.И., Алехин С.А., Перерва П.Я., Бородин Д.Ю. Выбор оптимальных фаз газораспределения двухтактного дизеля типа 6ТД с регулируемым давлением наддувочного воздуха. Двигатели внутреннего сгорания, 2003. - №1-2. -С.27-28.

Проведено розрахункове дослідження впливу фаз газорозподілу на процес газообміну, індикаторні та ефективні показники дизеля.

6. Патент України на винахід UА 57874, F02В25/08. Форсований двотактний дизельний двигун: Пат. України UА 57874, F 02В25/08/ Рязанцев М.К., Соколов О. О., Бородін Ю.С., Краюшкін І. О., Альохін С.О., Куніцин П.Є., Перерва П.Я. Україна. -№2001096415; Заявл. 19.09.2001; Опубл. 15. 07.2003. -Бюл. №7.

Узагальнено дані щодо впливу геометричних характеристик впускних вікон на коефіцієнт наповнення, одержано емпіричну формулу для оптимального кута закручення впускних вікон циліндра.

7. Рязанцев Н.К., Алехин С.А., Бородин Ю.С., Бородин Д.Ю., Перерва П.Я., Краюшкин И. А. Расширение диапазона работы транспортного 2-х тактного газотурбинного дизельного двигателя 6ДН12/2х12 // Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье. Сб. науч. тр. -Харьков: ХГПУ, 1998. -Вып.6, Ч. 2. -С. 89-92.

Проведено експериментальне дослідження по перевірці ефективності розроблених способів розширення діапазону роботи дизеля 6НД.

8. Рязанцев Н.К., Алехин С.А., Перерва П.Я., Бородин Д.Ю., Бородин Ю.С. Улучшение процесса газообмена 2-х тактного транспортного дизельного двигателя 6 ДН 12/2x12 за счет совершенствования конфигурации и размеров впускных окон цилиндров // Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье. Сб. науч. тр. - Харьков: ХГПУ, 1998.-Вып.6, Ч. 2.-С. 93-96.

Дано опис конструкції дослідних циліндрів з різною конфігурацією і розмірами впускних вікон, проведено експериментальну перевірку циліндрів на одноциліндровому двигуні, оброблено результати випробувань.

9. Рязанцев Н.К., Бородин Ю.С., Алехин С.А., Перерва П.Я., Куницын П.Е. Улучшение эксплуатационной топливной экономичности транспортного 2-х тактного дизельного двигателя 6ДН12/2х12 // Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье. Сб. науч. тр. - Харьков: ХГПУ, 1998. - Вып.6, Ч. 2. -С. 97-100.

Виконано розрахунок навантажувальних характеристик дизеля при різних частотах обертання колінчатого вала і аналіз результатів експериментальних досліджень.

10. Н.К. Рязанцев Н.К., Пелепейченко В.И., Бородин Д.Ю., Алехин С.А., Бородин Ю.С. Оценка эффективности турбонаддува транспортного 2-х тактного газотурбинного дизельного двигателя 6ДН12/2х12 с различными типами выпускной системы// Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье. Сб. науч. тр. - Харьков: ХГПУ, 1998. -Вып.6, Ч. 2. -С. 107-111.

Обґрунтовано методику проведення експериментальних досліджень дизеля, визначено фактори, що впливають на економічність двигуна з окремими випускними колекторами.