Разработка и исследование комплексной энерготехнологической установки, обеспечивающей повышение экономической эффективности двигателей, работающих на газообразном топливе тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.00.00, кандидат технических наук Самылов, Всеволод Иванович

• Самылов, Всеволод Иванович
• кандидат технических наук
• 1975

Оглавление диссертации кандидат технических наук Самылов, Всеволод Иванович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА, I. Состояние и перспективы развития тепловых двигателей, работающих на газообразном топливе.

1.1. Тепловые двигатели, применяемые на промышленных объекта*.

1.2. Способы повышения эффективности работы тепловых двигателей в условиях эксплуатации.

ГЛАВА. 2. Исследование влияния испарительного охлаждения воздуха на параметры поршневого газового двигателя.

2.1. Основные предпосылки применения испарительного охлаждения воздуха в поршневых газовых двигателях.

2.2. Экспериментальная установка, задачи и методика исследований.

2.3. Влияние влажности и температуры воздуха на параметры работы поршневого газового двигателя.

ГЛАВА 3. Термодинамические исследования возможности во-дообеспечения системы увлажнения воздуха тепловых двигателей, работающих на природном газе.

3.1. Исследование возможности водообеспечения установок увлажнения воздуха путем охлаждения выпускных газов тепловых двигателей. 76:

3.2. Области применения аппаратов воздушного охлаждения для водообеспечения промышленных объектов с тепловыми двигателями, работающими на природном газе.

3.3. Исследование работы комплексной энерготехнологической установки с использованием аппаратов воздушного охлаждения.Ю

ГЛАВА 4. Практические вопросы водообеспечения промышленных объектов путем охлаждения выпускных газов тепловых двигателей.

4.1. Экспериментальные установки, задачи и методика исследований.

4.2. Влияние гидравлического сопротивления установок охлаждения выпускных газов на параметры работы газовых двигателей.

4.3, Экспериментальное исследование процесса охлаждения влажных выпускных газов с использованием промышленного оборудования и сопоставление экспериментальных данных с теоретико-расчетными выводами.

4.4, Области использования способа водообеспечения путем охлаждения выпускных газов тепловых двигателей

4.5, Экономическая эффективность применения комплексной энерготехнологической установки на поршневых газовых двигателях

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование комплексной энерготехнологической установки, обеспечивающей повышение экономической эффективности двигателей, работающих на газообразном топливе»

Природный газ в настоящее время находит все более широкое применение во многих отраслях народного хозяйства» На природном газе выплавляются десятки миллионов тонн стали и чугуна, исключительно велика роль цриродного газа в машиностроении, химии, энергетике и др. Экономический эффект от использования природного газа в народном хозяйстве исчисляется миллиардами рублей. Динамика использования газа по видам потребителей за период 1960-1970 гг. приведена в таблице I.

Еще более широкие задачи по использованию природного газа в народном хозяйстве поставлены директивами ХХ1У съезда КПСС. К 1975 г. добыча цриродного газа должна быть доведена до 300 млрд. м3, а удельный вес нефти и газа в общем балансе топлива составит не менее 6>7%»

Значительное количество природного газа используется в качестве тошшва для тешювых двигателей, которые находят применение во многих отраслях народного хозяйства и прежде всего в газовой и нефтяной промышленности, на транспорте.

Так, нацример, на топливо для тепловых двигателей, используемых только на объектах газовой промышленности, расходуется до 8$ природного газа, транспортируемого по магистральным газопроводам.

Количество тепловых двигателей на промышленных объектах нашей страны неуклонно возрастает. Если на начало этой пятилетки только на объектах газовой промышленности было смонтировано тепловых двигателей /газотурбинных и поршневых газоперекачивающих агрегатов, поршневых двигателей электростанций/ суммарной мощностью около 3,5шн.квг., то к концу пятилетки суммарная мощность тепловых двигателей возрастет до 8 млн.квт.

Использование природного газа

Потребление I960 1965 1966 1967

Коммунально-бытовое 5688,6 14899,9 16023,5 18615,2

Промышленность 26977,4 73510,1 82126,7 89624,0 в том числе; химическая 1901,6 6146,2 7677,2 9095,8

Металлургическая 5050,8 18428,8 22427,5 25040,6 машиностроение и металлообработка 3387,8 12840,8 14830,3 14892,9 цементная 2911,4 6757,3 7397,3 8183,7 нефтяная и газовая 7366,1 12696,7 13410,1 14001,2 строительные материалы 4271,9 13608,6 14480,1 16274,7 легкая 595,0 2038,3 1699,3 1920,8 пищевая 1207,1 4225,2 4588,7 5103,9 прочие отрасли 2697,1 3525,0 3017,1 3294,8 электростанции 12228,0 35678,8 40788,5 43631,4 транспорт 210,4 374,9 410,4 608,5 сельское хозяйство 69,5 230,7 256,2 241,4

Таблица I по видам потребителей, млн.м3

1968 1969 1970 1971 1972

21120,3 23596,4 25334,2 26845,2 28752,4

99263,9 105071,5 113783,0 121616,9 131385,5

10654,6 11226,9 12891,6 14368,9 15548,1

27385,0 29412,2 30275,9 33674 35562,4

16179,0 17435,4 19075,6 19061,9 2077 0,2

8684,4 8677,4 9051,7 9286,5 9471,4

16244,3 16566,8 18868,2 19682,1 21051,5

17527,7 17934,9 18347,5 19544,8 20672,4

2192,7 2225,7 2509,7 2775,6 2747,7

5743,4 6029,0 6035,8 6225р 6449,8

3432,2 3008,9 4454,3 4893,4 6724,9

44073,0 46948,1 50872,8 59164,4 58582,5

577 ,2 600,5 727,8 785,6 844,4

407 ,3 519,2 685,2 929,7 1085,9 т>

Несмотря на значительные топливно-энергетические ресурсы нашей страны, задача экономии топлива в настоящее время выдвигается на одно из первых мест.

Партия и Правительство целым рядом постановлений и указаний выдвинуло перед народным хозяйством и в первую очередь перед промышленностью задачу разработать и осуществить мероприятия по повышению эффективности использования топлива. В полной мере это относится и к тепловым двигателям, используемым на объектах газовой промышленности.

Поэтому повышение эффективности тепловых двигателей, работающих на газообразном топливе, является в настоящее время одной из актуальных задач.

Существуют различные способы повышения эффективности работы тепловых двигателей. Одним из таких способов, наиболее легко осуществимым на тепловых двигателях, является охлаждение и увлажнение воздуха, поступающего в двигатель, путем подачи в него воды.

Целью настоящей работы являлось комплексное исследование этого способа применительно к условиям эксплуатации газовых двигателей на объектах газовой промышленности.

Задачи исследований при решении данного вопроса изложены в конце перёой главы*

Заключение диссертации по теме «Технические науки», Самылов, Всеволод Иванович

ВЫВОДЫ Ж ПРЕДЛОЖЕНИЯ

В результате проведенных исследований установлено:

1. Испарительное охлаждение воздуха, поступающего в тепловые газовые двигатели, позволяет снизить теплонапряженность деталей, повысить надежность и экономичность двигателей на режиме

Ne = const или повысить мощность и экономичность двигателей без увеличения теплонапряженности деталей при соответствующем увеличении подачи топлива.

Эффект от испарительного охлаждения имеет место как за. счет увеличения влагосодержания воздуха, так и за счет понижения его температуры.

2. Увеличение влагосодержания воздуха, поступающего в поршневые газовые двигатели с противоположно-движущимися поршнями /типа ПГД-ЮО/ с 7,84 до 22 г на кг воздуха при постоянной его температуре, приводит к повышению мощности двигателя на и снижению удельного расхода тепла на 8$. При этом давление конца сжания уменьшается на 10% г а максимальное давление; сгорания; — на 7%. Имеет место также и снижение скорости нарастания давления сгорания.

3. При целевом назначении увлажнения воздуха с целью форси-ровки газовых двигателей с противоположно-движущимися поршнями, оптимальным является влагосодержание воздуха, равное 17,5г/кг, При этом эффективная мощность двигателя повышается на 8%, а удельный расход тепла снижается на

4. При понижении температуры воздуха, поступающего в поршневые газовые двйгатели с противоположно-движущимися поршнями с 51 до 30°С при постоянном его влагосодержании, эффективная мощ -ность двигателя возрастает на 7,6$, а удельный эффективный расход тепла снижается на 3$.

5. При испарении в воздухе, поступающем в двигатели типа ПГД-100, воды в количестве 10 г на кг воздуха можно увеличить эффективную мощность двигателя на 7и снизить удельный рас -ход тепла на Ь-%*

6. Внедрение способа испарительного охлаждения воздуха,помгупающего в тепловые газовые двигатели, эксплуатируемые на объектах газовой промышленности, сдерживается из-за отсутствия водяного конденсата, необходимого для испарительной системы. Данную проблему можно решить путем применения комплексной энерготехнологической установки, в которой необходимый водяной кон -денсат выделяется из выпускных газов самих тепловых двигателей,

7. При проектировании установки для получения водяного конденсата из выпускных газов любых типов двигателей, работающих на природном газе с суммарным коэффициентом избытка воздуха больше 2, необходимые термодинамические расчеты можно производить с помощью приведенной в третьей главе диссертационной работы методики и выведенных аналитических зависимостей.

8. Водяной конденсат из выпускных газов поршневых газовых двигателей с помощью аппаратов воздушного охлаждения можно получить в течении всего года в любых климатических районах нашей страны. Для газотурбинных установок такая возможность отсутствует в летние месяцы в районе Средней Азии и для некоторых типов ГТУ в районе Ущ)аины,

9. Увеличение сопротивления на выхлопе, неизбежно связан -ное с использованием комплексной энерготехнологической установки, особенно отрицательно скажется: на мощностные и экономичес -кие показатели газотурбинных двигателей. Увеличение противодавления на выхлопе у газотурбинных установок на IG0 мм вод.от. приводит к снижению их мощности на 2*2,

У поршневых газовых двигателей типа ПГД-ЮО и ЮГК, эксплуатируемых на объектах газовой промышленности увеличение сопротивления выпускного тракта на 450-500 мм вод.ст. приводит к снижению эффективности мощности на I%.

10. Водяной конденсат, получаемый из выпускных газов тепловых двигателей, работающих на природном газа, удовлетворяет требованиям к воде, используемой в системах охлаждения двигателей, за исключением величины водородного показателя, которая может быть доведена до требуемых норм анионированием полученного конденсата.

11. Комплексная энерготехнологическая установка в настоя -щее время может быть рекомендована для использования на поршневых газовых двигателях с наддувом.

12. Теоретические и экспериментальные исследования, проведенные в диссертации и результаты работы опытно-промышленной установки показали практическую возможность и целесообразность создания промышленных образцов комплексных энерготехнологичес -ких установок для тепловых двигателей, работающих на газообразном топливе.

Материалы диссертации могут быть использованы при проектировании комплексных энерготехнологических установок для конкретных тепловых двигателей, работающих на газообразном топливе, и предназначенных к эксплуатации на различных промышленных объектах, а также при проектировании систем водообеспечения этих объектов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Самылов, Всеволод Иванович, 1975 год

1. Самылов В.И. Внедрение мощных газоперекачивающих агрегатов. "Строительство трубопроводов", 1971, № 3.

2. Белоконь Н.Е., Поршаков Б.П. Газотурбинные установки на компрессорных станциях магистральных газопроводов. "Недра", М., 1969.

3. Слободянюк 1.И. К вопросу о влиянии впрыска воды на работу компрессора газотурбинного двигателя. "Изв.высш.учеб. заведений. Энергетика", 1973. № I.

4. Дорман Д.А., Кузнецов А.1. Влияние впрыска воды на всасывание осевого компресса газотурбинной установки. "Энергомашиностроение", I960, № 4.

5. Гольтраф И.С, Охлаждение воздуха в судовых дизелях.йзд. "Судостроение", 1., 1966.

6. Фролов Ф#А. Исследование теплопередачи воздухоохлади -телвй для формированных двигателей с наддувом. Труды ЦНИДИ,$ 31, ГОСИНТИ, М., 1958.

7. Молодцов Н.й. Охлаждение наддувочного воздуха дизелей, НИШНФОРМТЯЖШШ, М„ 1966.

8. Абрамович В.А. Исследование работы дизеля с газотурбинным наддувом при повышенных температурах окружающей среды и исдарительном охлаждении воздуха. Автореферат диссертации, ЛИВТ, 1964.

9. Князев Н.Н. Исследование влияния впрыска воды на работу двигателя внутреннего сгорания. Автореферат диссертации. ЦНИИ МФ, 1962.

10. Лейбзон З.И., Минкин М.А. Влияние температуры и влажности воздуха на эффективные показатели двигателя ЯМЗ-238НБ. Труды НАШ, вып. 83, 1966.

11. Нгуен-Тат-Тьен. Исследование вихрекамерного тракторного дизеля при провышленных значениях температур и влажности окружающего воздуха. Автореферат диссертации. Харьков, ХПИ, 1966.

12. Тер-Абрамов А.Х. Исследование турбо-поршневого двигателя с внутренним испарительным охлаждением воздуха. Автореферат диссертации, ЛВИМУ им. Адм.Макарова, Л., 1964.

13. Зорин Б.А. Разработка и исследование водоконтактной системы охлаждения воздуха дизелей с наддувом. Автореферат диссертации ЛВИМУ им. адм.Макарова, Л., 1970.

14. Воропай П.И., Седых А.Д., Воропай А.П. Испарительные охлаждение рабочего тела в газомотокомпрессорах. "Газовая промышленность", 1973, № 9.

15. Михайловский Т.А. Термодинамические расчеты процессов парогазовых смесей. "Машгиз", М.,Л., 1962.

16. Князев Н.Н. Впрыск воды для промежуточного охлаждения воздуха при наддуве. Труды ЦНИИ Ш, вып. 20, 1958.

17. Мелькумов Г.М. Теория быстроходных двигателей с самовоспламенением. "Оборонгаз", 1953.

18. Глушков В.И. Исследование течения потока влажного пара в турбинных решетках. Автореферат диссертации МЭЙ, М., 1972.isa

19. Яковлев К.П. Математическая обработка результатов измерений. Изд. 2, ГТМ, 1953»

20. Романовский В.И. Основные задачи теории, ошибок. ГТИ,1947

21. Генкин К.И., Аксенов Д.Т., Струнгн Б.Н. Газовые двигатели ГД-100 и агрегаты на их базе. Изд. "Недра", Л., 1970.

22. Файн М.А. Исследование рабочего процесса и системы наддува двухтактного газового двигателя Д 100. Автореферат диссертации , ВНИЙГАЗ, 1968.

23. Вырубов Д.Н. О методике расчета испарения капель. Труды МВТУ им. Баумана, Л 25, 1954.

24. Самылов В.И. Получение и использование водяного конденсата из выхлопных газов тепловых двигателей. Сб. Транспорт1 и хранение газа № 9. Изд. "ВНИИЭгазпром", М., 1974.

25. Равич М.Б. Топливо и эффективность его использования. Изд. "Наука", М., 1971»

26. Справочник по климату СССР "Гидрометиздат" I., 1965.

27. Вукалович М.П., Ривкин СЛ., Александров А.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара. Изд. Стандартов, М., 1969.

28. Самылов В.Н., Аксенов Д.Т., Васильев Ю.Н., Трейубов И.А, Киселева В.А. Повышение эффективности эксплуатации компрессорных станций магистральных газопроводов. Из д." ВНИИЭгазпром", М., 1974.

29. Шуровский В.А. Исследование эксплуатационных характеристик газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным приводом на компрессорных станциях магистральных газопроводов» Автореферат диссертации, ВНИИГАЗ, М., 1972.

30. Черкез Д.Я. Инженерные расчеты газотурбинных двигателей методом малых отклонений. Изд. "Машиностроение", М., 1965.

31. Ойерека Б.М. Исследование рабочего; процесса и эксплуатационных качеств двигателей газомотокомпрессоров 10 ГК и возможностей их улучшения. Автореферат диссертации, ВНИИГАЗ, 1968 г.

32. Михеев М.А. Основы теплопередачи. Госэнергоиздат, 1947 г»

33. Инструкция по наземному обеспечению дистиллированной водой самолетов АБ-24, оборудованных системой впрыска воды в двигатель. МГА СССР, М., 1973.

34. Муталшбов Л.А., Голь;пфильд М.Л., Рахиетов Б.Р.,Шафеев Р.Г. Эксплуатация и ремонт газовых двигателей и газомотокошрессоров. Изд. "Недра", Л., 1973.

35. Прейскурант № 25-03. Оптовые цены на оборудование химическое. Часть I. Стандартизованное химическое оборудование, М.,1971.

36. Прейскурант № 23-01. Оптовые цены на насосы.

37. Справочник химика-энергетика. Том I изд-во "Энергия", М., 1972.

38. Васильев Ю.Н., Нестеров В.Д., Ванюшин Ю.Н. Вихревые динамические теплообменники типа "газ-газ". Сб."Транспорт' и хранение газа", № II, изд. "ВНИИЭгазпром", М., 1973.

39. Котлы утилизаторы и энерготехнологические агрегаты. Каталог-справочник. Белгородский государственный котлостроитель-ный завод. 1966.1. Х68»

40. Клиссон Д. Влияние впрыска воды во всасываемый воздух на работу ГТУ. Revue TijcLschilft , 1966, Y 12, № 4.

41. ЕК.Сгатвъ. WateungectLon Cuzbs Engine detonation. Oitand Gas. V54, N13,1953, p 92-9^.

42. F.K. Огатеъ Panic Butten Conditionis seowenging ail. Pipei news. У 27, №9, 1955, p 35-38.4r5.F.K.Czamez. Naezeabont Wat в z injection.

43. Oil and Gas. Vd3, A/8, 1957, p

44. IV./?. Czooks. Method and Appazatus foi Cooling tie ail supplied to JnteznatCombusйon Engines. United States Patent Office.N2,BOD\736Juns 17,1951

45. K.FzoehEickSntetaiz Coating Devict and Method foz Jnteznat Com Bust i on Engines. United States Patent Office.

46. N2, BOO, 736, Jans 17, 1952,

47. W.R. Czooks, M. Veznon. Method and/\ppazatus foz Refzcgezating Coam5ustion ai z fez .nteznat- Com oust ionngines. United States Patent Office. NJ, /4/, 293, Juty 21,196b

48. Dougtas Shiazing Tazbocooting bg Coopez Bessemez --DieseE and Gas Tazbine. 1958, /V4, Pzogzess.