Перевод дизельного двигателя на водороднодизельную смесь

1. Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

образования
«Уральский государственный аграрный университет»
Факультет инженерных технологий
Очная форма обучения
Кафедра «Технологических и транспортных машин»
Выпускная квалификационная работа на тему:
« Перевод дизельного двигателя на водороднодизельную смесь»
Разработал, магистрант Могильников Д.А.
Научный руководитель, к.т.н., доцент Новопашин Л.А.
Рецензент, инженер Вильчинский И.В.

2.

Цель данной работы: улучшение эксплуатационных
и экологических показателей дизельного двигателя за счет
подачи водороднодизельной смеси во впускной коллектор.
2

3.

Задачами исследования являются:
1.Определить показатели двигателя (мощность, расход топлива,
экологичность);
2.Определить
влияние
кислородно-водородной
смеси
на
дизельный двигатель;
3.Сделать теоретические расчеты;
4.Провести опытные исследования;
5.Сравнить результаты теоретических расчетов и опытных
исследований, сделать вывод.
3

4.

Объект
исследования:
одноцилиндровый
дизельный двигатель ТМ3-450д.
Предмет исследования: влияние кислородно-
водородной смеси на изменения мощностных,
экономически-экологических
расхода топлива.
4
показателей
и

5.

• Научная новизна работы состоит в обосновании
способа применения водороднодизельной
установки для самоходной сельскохозяйственной
техники.
5

6.

Назначение двигателя внутреннего сгорания.
•Под двигателем внутреннего сгорания понимается, тепловая машина.
Которая предназначенная для получения механической энергии за счет
сжигания топлива, в которой химические реакции сгорания, приводящие
к выделению теплоты, и превращение ее в работу.
По роду применяемого топлива различают следующие
варианты двигателей:
Одно топливные
Двух топливные
Многотопливные
6

7. Общая схема системы питания дизельного двигателя   Система питания дизеля служит для подачи в цилиндры двигателя воздуха и

Общая схема системы питания дизельного
двигателя
Система питания дизеля служит для подачи в цилиндры двигателя
воздуха и топлива и отвода отработавших газов.
Схема
система
питания
дизеля:
1 – топливная насос высокого
давления; 2 – топливный бак;
3 – сетчатый приемник; 4, 6,
7, 11, 12, 13, 14, 15 –
топливопровод; 5 – фильтр
грубой
очистки;
8
–
подкачивающий насос; 9 –
ручной насос; 10 – фильтр
тонкой
очистки;
16
–
форсунка; 17 – воздушный
фильтр; 18 – цилиндр
7

8.

• Интерес к водороду как моторному топливу, экологически
чистому, энергоёмкому и имеющему потенциально
неограниченную сырьевую базу, вполне оправдан. Обострение
энергетически экологической ситуации повышает актуальность
исследований в этих областях.
• Ограниченность сырьевых запасов для производства
традиционных видов топлив определяет актуальность работ по
исследованию и применению альтернативных видов топлива, а
именно водорода. Исследования строятся таким образом, чтобы
осуществлялось постепенное замещение традиционных видов
топлива на альтернативные.
8

9.

Исследования,
направленные
на
использование
водорода в качестве топлива для ДВС, проводились и
проводятся при его использовании в качестве добавки
(присадки), частичного замещения традиционных видов
на альтернативные на базе двигателей с искровым
зажиганием и двигателей с воспламенением от сжатия.
9

10.

Электролизёр – это установка, которая выделяет водород и
кислород из воды и напрямую подает во впускной коллектор
двигателя, откуда вместе с атмосферным воздухом попадают
в цилиндры двигателя.
9

11.

Способы добавки водорода в ДВС
На сегодняшний день существует несколько видов
конструкций для получения и добавки водорода в ДВС:
Подача в впускной коллектор.
1.
2.Индивидуальное
дозирование водорода
впускного клапана каждого цилиндра.
10
в
область

12.

Проведение исследований
Для проведения исследований на базе лаборатории
кафедры «Технологических и транспортных машин", нами
была
использована
и
модифицирована
установка,
состоящая из электрогенератора АД-6-Т400, электролизёра
и трансформатора.
11

13. Принцип работы водороднодизельной установки

Данная установка состоит из дизельной электростанции АД-6-Т400,
электролизера и трансформатора.
Дизельная электростанция АД-6-Т400 – это трехфазный источник
электрической энергии номинальной мощностью 6 кВт (максимально 7 кВт).
Представляет собой цельносварную металлическую раму с монтированным на
ней навесным оборудованием: дизельный двигатель ТМЗ-450д, топливный бак,
генератор и вспомогательные узлы.
12

14.

Электрогенератор АД-6-Т450
13

15.

Прибор (электролизер) для подачи кислорода-водородной смеси состоит из
нескольких необходимых элементов. В бачке находятся электроды погруженные
в электролит (NaOH +Н2О ) Электроды имеют два выхода «-» и «+». С минуса
провод подключен последовательно через амперметр, на массу на плюс
подаётся питание с клеммы генератора.
Принцип работы данного прибора: при включении трансформатора
электрический ток подаётся на электроды через предохранитель-автомат на 50 А
и амперметр, электроды установленные в бачке из нержавеющей стали
заполненного раствором щёлочи.
Под воздействием электрического тока идёт процесс электролиза, при
котором щёлочь распадается на водород и кислород. Которые подаются во
впускной коллектор двигателя, откуда вместе с атмосферным воздухом
попадают в цилиндры двигателя.
14

16. Эффективность применения установки

• Снижает токсичность выхлопных газов.
• Повышение мощности двигателя 10-15%
• Экономия топлива, не менее 20%.
15

17. Экономическая оценка результатов исследования.

Серийный дизель
Дизель с добавкой
Изменение , %
кислородноводородной смеси
Мощность
8,186
8,479
+3,58
1,885
1,353
- 30,7
двигателя Ne, кВт
Часовой
расход
топлива Gт, кг/ч
16

18. Экономическая оценка результатов исследования.

При использовании устройства для подачи водорода в двигатель нет
необходимости использовать нейтрализаторы, в этом и будет экономия
средств. Так, как стоимость нейтрализатора 25000 рублей, а срок
службы его 2 года, то в год можно сэкономить 6650 рублей заменив
покупку нейтрализатора на электролизер.
По отношению к стоимости нейтрализатора срок окупаемости
электролизера составляет 2,2 месяца.
17

19.

18

20.

Заключительные выводы
1. Проведены испытания дизельного двигателя ТМЗ-450д.
2. Испытано устройство для выработки и подачи водорода в систему
питания дизельного двигателя ТМЗ-450д. После испытаний были
получены опытные данные, свидетельствующие о том, что добавка
водорода в систему питания дизельного двигателя дает повышение
мощности на 10-15%, наблюдается снижение часового расхода топлива
на 10-15%.
3. Проведен анализ существующих альтернативных топлив, которые
используются как самостоятельно, так и в качестве добавки к
традиционному топливу, путем ознакомления с ними по литературным
источникам.
5. Дана оценка экономической эффективности от внедрения,
предложенного устройства. Годовой экономический эффект одного
электрогенератора составил 290400 рублей, срок окупаемости 17 дней.
19

21.

Спасибо за внимание!