Введение к работе
Актуальность. Западная Сибирь - важнейший регион России, где сосредоточены основные запасы нефти и газа и, соответственно, проводятся большие и дорогостоящие работы по строительству и ремонту сооружений нефтегазового комплекса с широким использованием специальной техники. В то же время здесь специфические природно-климатические и грунтовые условия, требующие выполнения на этих объектах в зимний период большого объема строительных и земляных работ. Однако при выполнении этих работ до 90...95 % строительной техники составляют машины общего назначения, эффективность использования которых во многом определяется качеством средств предпусковой тепловой подготовки (СТП)
Известно, что температура окружающей среды в Западной Сибири может достигать экстремальных значений Стремление обеспечить нормальный пуск и работу техники в любых условиях приводит к тому, что СТП ориентированы на маловероятные, но жесткие суммарные воздействия (сильные морозы, длительные межсменные стоянки и т.п.). Этим определяется большой и редко востребуемый тепловой потенциал средств аккумулирования тепла отработавших газов (ОГ) двигателей внутреннего сгорания (ДВС) в системах утилизации тепла (СУТ). Попытки уменьшить массогабаритные показатели СУТ чреваты снижением надежности в подготовке машин к пуску и не решают всей проблемы В результате в самые суровые периоды зимы ДВС ночью не глушат, что ведет к снижению моторесурса двигателей и повышенному расходу топлива. Одновременно с этим необходимо отметить, что несмотря на многолетний опыт зимней эксплуатации технологической техники и большие успехи в этой области, проблема повышения их готовности к работе при низких температурах окружающей среды по-прежнему остается актуальной
БИБЛИОТЕКА . J
1 С.Пстербург с А
'. ОЭ !0($ акт*-"^ !
Опыт эксплуатации и результаты исследований автора диссертации показывают целесообразность совместного комплексного использования традиционных и новых способов тепловой подготовки с учетом специфических факторов внешней среды и форм организационно-технической эксплуатации машин строительных комплексов.
Цель работы - повысить предпусковую готовность двигателей технологических комплексов к работе зимой путем оснащения их комбинированными системами тепловой подготовки, научно обосновать и методически обеспечить выбор конструктивных схем, основных рабочих параметров и технологии прогрева двигателей в зимних условиях Севера.
Объект исследований - технологические машины, используемые для строительства и ремонта трубопроводов.
Предмет исследований - процессы теплообмена и прогрева от СТП двигателя на разных этапах ее функционирования.
Научная новизна
-
Разработана новая модель формирования оперативной готовности землеройной машины зимой, учитывающая продолжительность предпусковой тепловой подготовки.
-
Разработана концепция формирования совокупного возмущающего воздействия на СТП в трассовых условиях.
-
Разработана методика определения вероятного температурного хода воздуха на основе современных компьютерных технологий в зависимости от географических координат территории эксплуатации строительной техники (на примере Западной Сибири).
-
Разработаны математические модели теплофизических процессов в комбинированных СТП при накапливании и хранении тепла от отработавших газов двигателя и при предпусковом его прогреве.
-
Получены экспериментальные данные о параметрах комбинированных СТП двигателя в широком диапазоне температур и на этой основе уточнены имитационные модели ДВС.
-
Разработана и реализована методика численного анализа параметров теплоносителя в СТП, находящейся в условиях экстремальных температурных воздействий.
-
Обоснованы условия, при которых целесообразно использовать воду в качестве теплоаккумулирующего материала и теплоносителя.
-
Разработана методика параметрического синтеза комбинированных СТП машин технологических комплексов.
Практическая ценность 1. Разработанные математические модели тепломассообменных процессов в СТП на разных этапах ее функционирования и при разном конструктивном исполнении используются в научных исследованиях, в учебном процессе, при конструировании СТП разных типоразмеров и при эксплуатации специальной техники в зимних условиях.
2 Методики расчета теплофизических характеристик отработавших газов, расчета коэффициента использования сменного времени и коэффициента нагруженности приводного двигателя позволяют определять потенциал вторичного тепла двигателя и эффективность его применения с использованием средств аккумулирования тепла.
3. Методики использования современных компьютерных неиросетевых технологий позволяют получать вероятный среднесуточный ход температуры воздуха на любых территориях эксплуатации строительных машин, заданных значениями географических координат.
4 Методика численного моделирования СТП, пакеты прикладных программ, результаты выполненных расчетно-теоретических и экспериментальных исследований позволяют определять предпочтительный тип СТП и рассчитывать параметры теплоносителя и двигателя на различных технологических режимах.
На защиту выносятся: I. Определение теплового потенциала отработавших газов ДВС технологической машины с учетом температуры окружающей среды.
2: Оценка вероятного температурного хода воздуха зимой в виде функции географических координат на территории Западной Сибири.
-
Представление периода зимней эксплуатации совокупностью временных отрезков, вложенных один в другой с разными потребностями технологических машин в тепловой подготовке.
-
Оценка оперативной готовности машин строительных комплексов зимой и эффективности создания для них СТП. ,
-
Принципиальная функционально-теплогидравлическая схема построения и модернизации комбинированных СТП.
-
Результаты моделирования теплофизических процессов элементной базы и замкнутых контуров СТП на разных этапах ее функционирования.
-
Методика численного моделирования и приближенные аналитические решения для определения температуры в комбинированных СТП двигателей при выборе типа и расчете параметров теплоаккумулирующих сред.
-
Результаты экспериментального исследования СТП дизельного двигателя в натурных температурных условиях.
-
Методика и результаты параметрического синтеза теплоаккумулирующих средств разного типа и назначения.
Апробация. Результаты исследований представлены, обсуждены и одобрены на региональных научных и научно-методических конференциях: (Тюмень 1998 г, 1999 г), международных конференциях (Санкт-Петербург 1992 г., Воронеж 1992 г., Тюмень 2000 - 2003 г.г.). В полном объеме диссертация докладывалась на заседаниях каф. ПТСДМ и НТС ТюмГНГУ (Тюмень 2003 г).
Публикации. Основное содержание диссертационной работы отра- .
жено в 9 научных публикациях, в том числе в трех монографиях.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит
