Дослідження утилізації відпрацьованих газів ДВЗ з використанням розширювальної машини та конверсії палива

Автор(и)

  • Oleksandr Mytrofanov Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова пр. Центральний, 3, м. Миколаїв, Україна, 54000, Україна https://orcid.org/0000-0003-3460-5369
  • Andrii Poznanskyi Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова пр. Центральний, 3, м. Миколаїв, Україна, 54000, Україна https://orcid.org/0000-0003-4351-7504
  • Arkadii Proskurin Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова пр. Центральний, 3, м. Миколаїв, Україна, 54000, Україна https://orcid.org/0000-0002-5225-6767
  • Yury Shabalin ТОВ «Мотор-Плюс» вул. Шевченка, 22, м. Миколаїв, Україна, 54030, Україна https://orcid.org/0000-0002-2286-9423

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.174061

Ключові слова:

конверсія, етанол, синтез-газ, відпрацьовані гази, паливо, роторно-поршнева розширювальна машина

Анотація

Розроблена схема енергетичної установки на базі двигуна внутрішнього згоряння 1Ч 6,8/5,4 з іскровим запаленням та двохступеневої системи утилізації тепла відпрацьованих газів. Підібрано основні елементи першої та другої ступені системи утилізації. У якості першої ступені використано роторно-поршневу розширювальну машину, а у якості другої ступені конверсію палива.

Проведено дослідження ефективних параметрів двигуна 1Ч 6,8/5,4 з системою глибокої двохступеневої утилізації тепла відпрацьованих газів на різних режимах роботи. Отримано залежності змінення питомої ефективної витрати палива від потужності енергетичної установки при використанні тільки конверсії палива та в поєднанні з розширювальною машиною.

Отримано залежності параметрів роботи роторно-поршневого двигуна від витрати робочого тіла. Визначено температури робочих тіл в реакторі та теплову потужність відпрацьованих газів в залежності від навантаження двигуна, а також необхідну кількість енергії для перетворення етанолу в синтез-газ. Отримано залежності ступеня конверсії етанолу від температури реакції та масової витрати через реактор. Визначена залежність питомої теплоти хімічної реакції від ступеня конверсії.

Встановлено, що при досягненні повної конверсії за реакцією розкладання весь рідкий етанол повністю перетворюється в горючий синтез-газ, основними компонентами якого є водень, оксид вуглецю та метан. Розрахункова питома нижча теплота згоряння синтез-газу складає 28,79 МДж/кг. Для отримання 1 кг синтез-газу витрачається 4,0 МДж теплової енергії.

Визначено, що за умови застосування конверсії палива та відповідно добавок синтез-газу, питома ефективна витрата етанолу, в залежності від режиму роботи двигуна, знижується до 12 %. Кількість енергії, яку необхідно використати в реакторі для отримання синтез-газу, складає 50...65 % від теплоти, що виділяється з відпрацьованими газами на даному режимі роботи.

Встановлено, що застосування роторно-поршневий розширювальної машини в якості першого ступеня утилізації тепла відпрацьованих газів дозволило отримати приріст потужності енергетичної установки на 27 %.

Встановлено, що застосування двох ступенів утилізації, призводить до зниження питомої ефективної витрати палива на 29 %

Біографії авторів

Oleksandr Mytrofanov, Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова пр. Центральний, 3, м. Миколаїв, Україна, 54000

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра двигуни внутрішнього згоряння, установки та технічна експлуатація

Andrii Poznanskyi, Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова пр. Центральний, 3, м. Миколаїв, Україна, 54000

Кандидат технічних наук

Кафедра інженерної механіки та технології машинобудування

Arkadii Proskurin, Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова пр. Центральний, 3, м. Миколаїв, Україна, 54000

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра двигуни внутрішнього згоряння, установки та технічна експлуатація

Yury Shabalin, ТОВ «Мотор-Плюс» вул. Шевченка, 22, м. Миколаїв, Україна, 54030

Директор

Посилання

  1. Gajendra Babu, M. K., Subramanian, K. A. (2013). Alternative Transportation Fuels: Utilisation in Combustion Engines. CRC Press is an imprint of Taylor & Francis Group, an Informa business, 464. doi: https://doi.org/10.1201/b14995
  2. Srinivasnaik, M., Sudhakar, Dr. T. V. V., Balunaik, Dr. B. (2015). Bio-fuels as Alternative fuels for Internal Combustion Engines. International Journal of Scientific and Research Publications, 5 (12), 531–536.
  3. A Study of the Effects of Running Gasoline with 15% Ethanol Concentration in Current Production Outboard Four-Stroke Engines and Conventional Two-Stroke Outboard Marine Engines (2011). National Renewable Energy Laboratory. URL: http://www.nrel.gov/docs/fy12osti/52909.pdf
  4. Saadatfar, B., Fakhrai, R., Fransson, T. (2013). Waste heat recovery Organic Rankine cycles in sustainable energy conversion: A state-of-the-art review. The Journal of MacroTrends in Energy and Sustainability, 1 (1), 161–188.
  5. Tahani, M., Javan, S., Biglari, M. (2013). A comprehensive study on waste heat recovery from internal combustion engines using organic Rankine cycle. Thermal Science, 17 (2), 611–624. doi: https://doi.org/10.2298/tsci111219051t
  6. Larsen, U., Nguyen, T.-V., Knudsen, T., Haglind, F. (2014). System analysis and optimisation of a Kalina split-cycle for waste heat recovery on large marine diesel engines. Energy, 64, 484–494. doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2013.10.069
  7. Waste Heat Recovery System (WHRS) for Reduction of Fuel Consumption, Emissions and EEDI (2012). MAN Diesel & Turbo. Copenhagen, 32. URL: https://turbomachinery.mandieselturbo.com/docs/librariesprovider4/Turbomachinery_doc/waste-heat-recovery-system-(whrs).pdf
  8. Noor, A. M., Puteh, R. C., Rajoo, S. (2014). Waste Heat Recovery Technologies In Turbocharged Automotive Engine – A Review. Journal of Modern Science and Technology, 2 (1), 108–119.
  9. Fu, J., Liu, J., Yang, Y., Ren, C., Zhu, G. (2013). A new approach for exhaust energy recovery of internal combustion engine: Steam turbocharging. Applied Thermal Engineering, 52 (1), 150–159. doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2012.11.035
  10. Vélez, F., Segovia, J. J., Martín, M. C., Antolín, G., Chejne, F., Quijano, A. (2012). A technical, economical and market review of organic Rankine cycles for the conversion of low-grade heat for power generation. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 16 (6), 4175–4189. doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2012.03.022
  11. Wang, E., Zhang, H., Fan, B., Wu, Y. (2012). Optimized performances comparison of organic Rankine cycles for low grade waste heat recovery. Journal of Mechanical Science and Technology, 26 (8), 2301–2312. doi: https://doi.org/10.1007/s12206-012-0603-4
  12. Radchenko, N. I., Sirota, A. A., Radchenko, R. N., Konovalov, D. V. (2013). Cooling potential of scavenge air of low speed diesel engine of transport ship. Aviatsionno-kosmicheskaya tekhnika i tekhnologiya, 8 (105), 67–72.
  13. Radchenko, R. N., Radchenko, N. I., Bes, T., Sirota, A. A. (2012). Cooling of air at the inlet of main engine of transport ship. Aviatsionno-kosmicheskaya tekhnika i tekhnologiya, 10 (97), 61–67.
  14. Poran, A., Tartakovsky, L. (2017). Performance and emissions of a direct injection internal combustion engine devised for joint operation with a high-pressure thermochemical recuperation system. Energy, 124, 214–226. doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2017.02.074
  15. Tartakovsky, L. (2018). High-pressure thermo-chemical recuperation – a way toward sustainable propulsion systems. Procedia Manufacturing, 21, 37–44. doi: https://doi.org/10.1016/j.promfg.2018.02.092
  16. Frolov, V. K., Teterev, V. S., Voloschuk, O. I., Shabalin, Y. V. (1995). Pat. No. 7592 UA. Piston machine. No. 4345140/SU; published: 29.09.1995.
  17. Borodin, V. I., Truhacheva, V. A. (2007). Termodinamicheskiy analiz vysokotemperaturnoy pererabotki estestvennogo polimera – drevesiny. Sovremennye naukoemkie tekhnologii, 1, 47–48. Available at: https://elibrary.ru/item.asp?id=9899973
  18. Kamenev, V. F., Kornilov, G. S., Hripach, N. L. (2004). Gibridnoe avtotransportnoe sredstvo s energeticheskoy ustanovkoy, rabotayuschey na vodorodnom toplive. Al'ternativnaya energetika i ekologiya, 2 (10), 28–36. Available at: http://naukarus.com/gibridnoe-avtotransportnoe-sredstvo-s-energeticheskoy-ustanovkoy-rabotayuschey-na-vodorodnom-toplive
  19. Krylov, O. V. (2000). Uglekislotnaya konversiya metana v sintez-gaz. Rossiyskiy Himicheskiy Zhurnal, XLIV (1), 19–33. Available at: http://www.chem.msu.su/rus/jvho/2000-1/19.pdf

##submission.downloads##

Опубліковано

2019-08-30

Як цитувати

Mytrofanov, O., Poznanskyi, A., Proskurin, A., & Shabalin, Y. (2019). Дослідження утилізації відпрацьованих газів ДВЗ з використанням розширювальної машини та конверсії палива. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(5 (100), 32–38. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.174061

Номер

Том 4 № 5 (100) (2019): Прикладна фізика

Розділ

Прикладна фізика

Ліцензія

Авторське право (c) 2019 Oleksandr Mytrofanov, Andrii Poznanskyi, Arkadii Proskurin, Yury Shabalin

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.