Сравнение способов конвертации дизелей в газовые двигатели для работы на мобильной технике в предприятиях агропромышленного комплекса

ВВЕДЕНИЕ 3
Глава 1. Исследование вопроса конвертации дизелей на газовое топливо. 6
1.1 Примеры использования конвертированных дизелей на газовое топливо 7
1.2 Особенности работы тракторных двигателей в сельском хозяйстве. 13
1.3 Основные методы конвертации дизелей на газовое топливо 15
1.4 Анализ методов конвертации дизелей на газовое топливо 17
1.5 Безопасность тракторов, оснащенных газобаллонным оборудованием 23
1.6 Выводы по проведенному анализу 30
Глава 2. Расчетные исследования показателей конвертированных двигателей 31
2.1. Методика расчета 4-тактного газового двигателя с внешним смесеобразованием и искровым зажиганием 31
2.2. Результаты расчета показателей конвертированных газовых двигателей и характеристик тракторов с такими двигателями 36
2.2.1. Алгоритм расчета 37
2.3 Преимущества использования переподжатых газовых двигателей на сельскохозяйственных тракторах 72
Глава 3. Организация инфраструктуры обеспечения использования газового топливо на сельскохозяйственных предприятиях 79
Глава 4. Экономическое обоснование применения газового топлива на сельскохозяйственной технике 84
Заключение 90
Библиографический список 92

Весь текст будет доступен после покупки

Актуальность работы. Использование в качестве моторного топлива дизельных топлив и бензина вызывает ряд проблем, определяющей из которых является то, что нефть является невозобновляемым источником энергии и ее интенсивная добыча может привести к недостатку такого вида топлив.
Другая немаловажная проблема - экологическое воздействие сельскохозяйственной техники на природную среду. Одной из самых важных причин загрязнения воздуха являются отработавшие газы двигателей внутреннего сгорания. Вредные выбросы транспорта в атмосферу по России составляют 42 % от их суммарного количества [1].
Большое значение имеет экономическая проблема. Транспортные затраты в себестоимости сельскохозяйственной продукции составляют в среднем 20%. Следовательно, при повышении стоимости бензина, дизельного топлива увеличивается и цена конечной продукции. В связи с этим приоритетным направлением в большинстве стран является переход на более экономичный вид топлива.
Обеспечить существенную экономию топлива и сократить токсичность выбросов отработавших газов, сохраняя паспортную мощность двигателя, надежность и долговечность возможно при переоборудовании дизельного ДВС на работу по газодизельному циклу. Анализ существующих систем подачи топлива газодизельных двигателей показывает, что возможно осуществлять качественное регулирование топливоподачи, но обеспечение качественной подачи топлива на всех режимах работы двигателя и в различных климатических условиях вызывает ряд проблем. Поэтому разработаны различные схемы и технологии их решения, но единого мнения по применению общей универсальной схемы подачи топлива на двигателях, работающих по газодизельному циклу, отсутствует.
Для снижения себестоимости сельскохозяйственной продукции и уменьшения воздействия выхлопных газов ведутся работы по исследованию и разработке альтернативных видов топлива.
Применение топлив в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) вместо нефтесодержащих альтернативных источников позволяет получить более широкую сырьевую базу для получения моторных топлив, способствует более простому снабжению топливом двигателей стационарных установок и мобильной техники. Предоставляется возможность производства топлив с необходимыми физико-химическими свойствами и требуемыми параметрами, что, в свою очередь, позволяет улучшать экологические и экономические показатели двигателей. Поэтому совершенствование систем топливоподачи двигателей мобильной техники является актуальной задачей для народного хозяйства страны.
Цели работы: Проанализировать методы конвертации дизельных двигателей на газовое топливо и выявить оптимальный метод конвертации тракторных дизелей для обеспечения экономии горюче-смазочных материалов при сохранении эксплуатационных характеристик мобильной сельскохозяйственной техники.
Задачи работы:
1. Проанализировать особенности эксплуатации энергетических установок на мобильной сельскохозяйственной технике.
2.Проанализировать основные методы конвертации дизельных двигателей на газовое топливо.
3. Произвести сравнение результатов конвертации дизелей на питание газовым топливом различными методами путем проведения расчетного эксперимента и выявить наиболее оптимальный метод.
4. Произвести экономический расчет и показать экономическую целесообразность проведения конвертации сельскохозяйственной техники.
Объект исследования: процесс конвертации дизельного двигателя в газовый.
Предмет исследования: является контроль и регулирование технических, экономических и экологических параметров двигателя путем качественного и количественного регулирования газо-воздушной смеси.
Научная новизна: На основании расчетно - экспериментальных исследований показано, что конвертирование дизелей в газовый двигатель с искровым зажиганием и внешним смесеобразованием, работающий на бедных смесях является наиболее предпочтительным вариантом конвертирования для перевода тракторных дизелей на газовое топливо.
Разработана методика прогнозирования характеристик тепловыделения газового двигателя с высокой степенью сжатия при различных сочетаниях режимных и регулировочных факторов.
Разработаны методики с использованием пакета программ для моделирования показателей и характеристик газового двигателя.
Разработана методики организации газификации сельскохозяйственных предприятий.
Практическая ценность: Результаты исследований позволяют повысить эффективность использования универсально-пропашных тракторов класса 1,4 в системе АПК за счет повышения эффективных и экологических показателей работы двигателя, обусловленных применением газо-воздушной смеси. Теоретические разработки и результаты экспериментальных исследований могут быть использованы проектными и конструкторскими организациями, занятыми разработкой перспективной сельскохозяйственной техники.
Публикации: По теме диссертации опубликована 1 работа. Материалы диссертации доложены на 3 конференциях ФГБОУ ВО «Ижевская ГСХА»
Объем работы: Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения; содержит 98 страниц машинописного текста, 8 рисунков, 7 таблиц, 13 графиков, список литературы, включающий 52 наименования.

Весь текст будет доступен после покупки

Глава 1. Исследование вопроса конвертации дизелей на газовое топливо.

В последние годы наметилась тенденция к снижению роли нефти и нефтепродуктов в мировой экономике. Это объяснятся снижением темпов роста добычи нефти, вызванным выработкой крупных месторождений, заметным сокращением инвестиций в поисково-разведочные работы, отсутствием эффективных технологий добычи, обеспечивающих высокую отдачу нефтяных пластов. Поэтому ожидаемый подъем экономики неизбежно будет сопровождаться дефицитом нефти и нефтепродуктов, что создает предпосылки к более широкому использованию других энергетических ресурсов.
Использование на транспорте различных альтернативных топлив обеспечивает решение проблемы замещения нефтяных топлив, значительно расширяет сырьевую базу для получения моторных топлив, облегчает решение вопросов снабжения топливом транспортных средств и стационарных установок. Возможность получения альтернативных топлив с требуемыми параметрами и физико-химическими свойствами позволит целенаправленно совершенствовать рабочие процессы дизелей и тем самым улучшить их экологические и экономические показатели [1].
В 2001 году Европейская комиссия одобрила три альтернативных замены моторным топливам: природный газ, биотопливо и водород.
Проведенная многими учеными мира оценка надежности топливообеспечения автотранспортной техники показывает, что на смену эры нефтяных моторных топлив идет эра газовых топлив и, в первую очередь природного газа [2].

Весь текст будет доступен после покупки

1. Бебенин, Е. В. Совершенствование топливной системы тракторных дизелей для работы по газодизельному циклу на примере трактора РТМ-160 [Текст]: дис. канд. техн. наук: 05.20.01, 05.20.03: защищена 15.05.09 / Бебенин Евгений Викторович. – Саратов, 2009. – 136 с. – Библиогр.: с. 117-126.
2. Горбачев, С. П. Оценка эффективности производства СПГ на газораспределительных станциях [Текст] / С. П. Горбачев // Технические газы. – 2005. – № 5. – С. 35-40.
3.Володин, В. В. Повышение эффективности использования газобаллонных тракторов совершенствованием системы подачи газообразного топлива [Текст]: дис. д-ра. техн. наук : 05.20.03: защищена 19.04.13 / В. В. Володин. – Пенза, 2013. – 238 с. – Библиогр.: с.
4. Савельев, Г. С. Технологии и технические средства адаптации автотракторной техники к работе на альтернативных видах топлива [Текст]: дис. д-ра. техн. наук: 05.20.01: защищена 05.10.10 / Савельев Геннадий Степанович.– Москва, 2010. – 315 с.
5. Ефанов, Е. В. Улучшение экологических характеристик дизеля регулированием состава смесевого биотоплива [Текст]: дис. … канд. техн. наук : 05.20.01, 05.20.03: защищена 15.05.09 / Е. В. Ефанов. – Пенза, 2009. – 136 с.
6. Наумов, О. П. Повышение эффективности использования машинно- тракторных агрегатов на операциях обработки почвы газодизельными энергосредствами: на примере трактора К-701 [Текст]: дис. … канд. техн. наук: 05.20.01: защищена 18.05.10 / Наумов Олег Павлович. – Ставрополь, 2010. – 156 с.
7. ГОСТ 12.2.002 – 91. Система стандартов безопасности труда. Техника сельскохозяйственная. Методы оценки безопасности [Текст]. – Взамен ГОСТ 12.2.002-81; введ. 1992.07.01. – М.: Госстандарт России: Изд-во стандартов, 2001.– 116 с.
8. Гуськов, В. В. Тракторы: Теория [Текст] / В. В. Гуськов, Н. Н. Велев, Ю. Е. Атаманов и др.; Под общ. ред. В. В. Гуськова. – М.: Машиностроение. – 1988. – 376 с.
9. ГОСТ Р 51862 – 2002. Машины лесозаготовительные, тракторы лесопромышленные и лесохозяйственные. Методы контроля требований безопасности [Текст]. – Введ. 2003.01.01. – М.: ИПК Изд-во стандартов, 2002. – 19 с.
10. Загородских, Б. П. Устойчивость трактора РТМ-160 при работе в газодизельном цикле [Текст] / Б. П. Загородских, Ю. А. Коцарь, В. В. Володин, И. Д. Нигматулин, И. М. Коростышевский // Транспорт на альтернативном топливе. – 2011. – №3(21). – С. 45-47. – ISSN 2073-1329.
11. Абрамов, С. В. Методика определения устойчивости трактора К-700А, оснащенного оборудованием для работы по газодизельному циклу / С. В. Абрамов, В. В. Володин, Б. П. Загородских // Проблемы эксплуатации и ремонта автотракторной техники: матер. Междунар. науч.-практ. конф., посвященной 100-летию со дня рождения Г. П. Шаронова. – Саратов: «КУБиК». – 2012. – С. 13-16. ISSN 978-5-91818-273-4.
12. Володин, В. В. Повышение эффективности использования газобаллонных тракторов совершенствованием системы подачи газообразноготоплива [Текст]: автореферат дисс. докт. техн. наук: 05.20.03 / Володин Виктор Владимирови. – Пенза, 2013. – 42 с.
13. Агровестник : стат. / Газомоторный опыт (Агротехника и технологии). – Текст : электронный // URL: https://agrovesti.net/lib/tech/machinery-and-equipment/gazomotornyj-opyt-agrotekhnika-i-tekhnologii.html (дата обращения: 19.06.2022).
14. Кадышев, В.Г. Расчет рабочего процесса поршневых и
комбинированных автотракторных двигателей. /В.Г. Кадышев, С.В. Тиунов//
Набережные Челны, КамГПИ, 2002 г., -с.62.
15. Каханер, Д. Численные методы и математическое обеспечение Текст. /
Д. Каханер, К. Моулер, С. Нэш. М.: Мир, 1998.
16. Кириллов, Н.Г. Анализ различных видов моторных топлив:
сжиженный газ- дизель- бензин. /Н.Г. Кириллов, А.Н. Лазарев//-
Двигателестроение., Москва. 2010 г.- с.26-33.
17. Кузовков, Н. Т. Динамика систем автоматического управления Текст. /
Н. Т. Кузовков. М.: Машиностроение, 1968. - 428 с.
18. Киров, В.И. Газ как топливо для автомобилей. /В.И. Киров, И.А
Смышляев// Научные труды студентов ИжГСХА №2 (11) [Электронный ресурс]
– URL: http://nts-izhgsha.ru/assets/nauchtrudstud_2-2020.pdf, ИжГСХА 2020 г., с.
1332-1336.
19. Киров, В.И. Особенности перевода дизелей воздушного охлаждения
на газообразное топливо на примере дизеля Д-120. /В.И. Киров, И.А Смышляев
Д.Ю. Девятов// Научные труды студентов ИжГСХА №1 (12), ИжГСХА 2021 г.
20. Киров, В.И. Исследование работы дизельного двигателя на
газообразном топливе. /В.И. Киров, И.А Смышляев// Научные труды студентов
ИжГСХА №2 (19) [Электронный ресурс] – URL: 85 http://nts-izhgsha.ru/assets/nauchtrudstud_2-2019.pdf, ИжГСХА 2019 г., с.
1117-1120.
21. Коллатц, Л. Численные методы решения дифференциальных
уравнений Текст. / Л. Коллатц М.: Иностранная литература, 1963. - 459 с.20.
Крутов, В. И. Автоматическое регулирование двигателей внутреннего сгорания
Текст. / В. И. Крутов// Москва: Машиностроение, 1979. - 615 с.
22. Корн, Г. Справочник по математике (для научных работников и
инженеров) Текст. / Г. Корн, Т. Корн. М.: Наука, 1974. - 831 с.
23. Королев, Н.И. Регулировка дизелей. /Н.И. Королев//Машиностроение,
Москва, 1983 г. с.144- 148.
24. Луканин В.М. Двигатели внутреннего сгорания. Компьютерный
практикум. Моделирование процессов в ДВС. /В.М. Луканин, М.Г. Шатрова//.
Москва. Высш. школа. 2005 г., - 414 с.
25. Марков, В.А. Работа дизелей на нетрадиционных топливах. /В.А.
Марков// - Москва: Легион - Автодата, 2008 г. - 464 с.
26. Макаров, И. М. Линейные автоматические системы (элементы теории,
методы расчета и справочный материал) /И.М. Макаров, Б. М. Менский.// 2-е
изд., переработанное и дополненное - Москва: Машиностроение, 1982 г. - 504 с.
27. Марков, В.А. Распыление топлива в дизелях. /В.А. Марков// Москва:
Легион - Автодата, 2007. - 360 с.
28. Марчук, Г.И. Методы вычислительной математики Текст. / Г.И.
Марчук//. -Москва: Наука. Физматлит, 198935.
29. Мамедова, М.Д. Транспортные двигатели на газе Текст. /М.Д.
Мамедова, Ю.Н. Васильев//. Москва: Машиностроение, 1994. - 224 с.
30. Николаенко, А.В. Повышение эффективности использования
тракторных дизелей в сельском хозяйстве / А.В. Николаенко, В.Н. Хватов.// —
Ленинград: Агропромиздат. Ленингр. отдел., 1986 г. — с.191.86
31. Разлейцев Н.Ф. Математическая модель смесеобразования и сго рания
в дизелях // Двигатель-97: Материалы межд. науч.-тех. конф. - Москва: МГТУ.
-1997. - с. 27.
32.Равкинд, А. В. Унифицированные газовые дизельные двигатели Текст. /
А. В. Равкинд М.: Издательство НЕДРА, 1967. - 195 с.
33.Разлейцев Н.Ф. Моделирование и оптимизация процесса сгорания в
дизе¬лях. -Харьков: Вища школа, 1980. -169 с.
34. Рыжикова, Ю.И. Вычислительные системы и их программное
обеспечение: модели, методы и средства исследования Текст.: учебник. /Ю.И.
Рыжикова, А.Д. Хомоненко// Москва, 1995 г.- с.312.
35. Фатахов, И.К. Сборник научных трудов по термодинамическим
циклам Ибадуллаева./И.К. Фатахов//Махачкала: ДНЦ, РАН, 2008г.-180 с.
36. Федин, К.И. Инновационная технология создания газовых поршневых
двигателей с искровым зажиганием. /К.И. Федин//;Журнал Инновац. ресурсы
России, №2 от 2012 г., с. 11-15.
37. Федоров, В.М. Методические основы разработки на базе дизелей
малотоксичных двигателей, питаемых природным газом. / В.М. Федоров //
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук.
Москва-1998г.
38. Федоров, В.М. Проблемы выбора степени сжатия для переподжатого
газового двигателя. / В. М. Федоров, С. Е. Селифанов, В. В. Гамм // В сборнике
Научное обеспечение инженерно-технической системы АПК: проблемы и
перспективы Материалы национальной научно-практической конференции.
ФГБОУ ВО ИжГСХА. 2020 г. с. 88-95.
39. Федоров, В.М. Исследование параметров трактора Т-25 при
использовании в качестве энергоустановки бензинового двигателя с
повышенной степенью сжатия. / В.М. Федоров, С.А. Юферев, С.Е. Селифанов.
// Сборник Аграрная наука – инновационному развитию АПК в современных
87 условиях. Материалы Международ. науч.-практ. конференции 12-15 февраля
2013 г., с. 105-10.
40. Федоров, В.М. Разработка переподжатого газового двигателя,
реализующего цикл дизеля / В.М. Федоров, С. Е. Селифанов // В сборнике
Инновационные технологии для реализации программы научно-технического
развития сельского хозяйства. Материалы Международ. науч.-практ.
конференции: в 3 томах. ФГБОУ ВО ИжГСХА. 2018. с. 194-196.
41. Федоров, В.М. Исследование конвертированного на природный газ
двигателя Д-120 на режимах пуска / В.М Федоров, С. Е. Селифанов // В
сборнике Научное и кадровое обеспечение АПК для продовольственного
импортозамещения, Материалы Всероссийской научно-практической
конференции. Министерство сельского хозяйства Российской Федерации,
ФГБОУ ВПО ИжГСХА. 2016 г. с. 43-47.
42. Федоров, В.М. Принцип адаптации переподжатого газового двигателя
с внешним смесеобразованием и искровым зажиганием к использованию на
тракторе. / В.М. Федоров, С.Е. Селифанов // В сборнике Научное обоснование
технологии для интенсификации сельскохозяйственного производства.
Международ. науч.-практ. конференция Мин. СХ РФ, ФГБОУ ВПО ИжГСХА,
2017. С. 67-83.
43. Федоров, В.М. Методические основы разработки на базе дизелей
малотоксичных двигателей, питаемых природным газом./ В.М. Федоров// Дисс.
канд. техн. Наук. – Москва, 1998, 217 с.
44. Федоров, В.М. Повышение эффективности использования газового
топлива в двигателях с искровым зажиганием, созданных на базе дизелей / В.М.
Федоров, А.А. Глазырин// Материалы Всероссийской научно-практической
конференции. Мин. СХ РФ, ФГБОУ ВПО ИжГСХА. 2016. С. 58-60.
45. Фильчаков, П. Ф. Численные и графические методы прикладной
математики Текст. / П. Ф. Фильчаков. Киев: Наукова думка, 1970. - 764 с.
88. 46. Форсайт, Дж. Машинные методы математических вычислений Текст. /
Дж. Форсайт, М. Мальком, К. Моулер ; пер. с англ. М.: Мир, 1980. - 280 с.
47. Федоров, В.М. Методические основы разработки на базе дизелей
малотоксичных двигателей, питаемых природным газом. /В.М. Федоров//
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. МАДИ
Москва. 1998 г.
48. Хрящёв, Ю. Е. Об управлении внешней скоростной характеристикой
автомобильного дизеля Текст. / Ю. Е. Хрящёв, Л. В. Матросов, Е. П. Слабое //
Автомобильная промышленность. 1999. - № 11. - С. 8-11.
49. Хрящев, Ю. Е. Электроника корректирует подачу топлива в дизель
Текст. / Ю. Е. Хрящев, Л. В. Матросов, А. М. Трепов, В. Н. Полягошко
//Автомобильная промышленность. 2001. — №7.
50. Экологические и экономические аспекты работы трактора К-701 с
газобаллонным оборудованием в СПК «Авангард» Чучковского района
Рязанской области Сальников С.В. РГУ им. С.А. Есенина (Рязань), 2003 г.
51. ГОСТ 18509-83. Дизели тракторные и комбайновые. Методы
стендовых испытаний. – Москва: Изд-во стандартов, 1988 г. – 54 с.
52. К. И. Иванова, А.Д. Дуняшева, А. М. Мартьянова, студенты магистратуры 1-го года обучения направления «Агроинженерия» Научный руководитель: канд. техн. наук, доцент С. Е. Селифанов ФГБОУ ВО Ижевская ГСХА Преимущества использования газового топлива.

Весь текст будет доступен после покупки