Анотація до роботи:

Данілейченко О.А. Розробка та дослідження компресора каскадно-теплового стиску для наддуву чотиритактного двигуна. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.03 - теплові двигуни. - Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2003.

Дисертацію присвячено поліпшенню експлуатаційних показників двигуна внутрішнього згоряння шляхом утилізації скидної теплоти в ежекційній системі наддуву з компресором каскадно-теплового стиску (ЕСН КТС). Розроблено комплекс математичних моделей, методик та програм розрахунку робочих процесів компресора КТС. Проведено розрахунково-експериментальні дослідження впливу режимних та конструктивних параметрів компресора КТС на показники роботи комбінованого двигуна. Результати роботи знайшли промислове впровадження при проектуванні систем повітропостачання транспортних двигунів.

У дисертаційній роботі вирішена науково-технічна задача поліпшення економічних і потужносних показників чотиритактного двигуна за рахунок застосування утилізаційної системи наддуву з компресором каскадно-теплового стиску

Основні результати виконаної роботи:

1. Обґрунтовано доцільність використання принципів каскадно-теплового стиску в системах внутрішньої утилізації скидної теплоти для здійснення наддуву двигуна.

2. Розроблено принципову схему і конструкцію компресора КТС, захищену патентами України і Росії. Виготовлено систему ежекційного наддуву з компресором КТС і моторний стенд для її дослідження в складі дизеля 6Ч12/14.

3. Математична модель компресора КТС, що базується на використанні методу «пошарової дифузії» і уточненого методу «розпад довільного розриву», розширює уявлення про механізм протікання реальних процесів тепломасообміну в його проточних елементах і дозволяє одержати характеристики роботи компресора для різних сполучень його конструктивних параметрів.

4. В результаті розрахунково-експериментальних досліджень компресора КТС виявлені і проаналізовані закономірності впливу режимних і конструктивних параметрів на показники роботи компресора КТС.

- Зокрема, встановлена чутливість робочого циклу КТС до якості очищення осередків у процесах продувки і заміщення. У досліджуваній конструкції прийнятні значення коефіцієнтів продувки і заміщення знаходяться в межах 1,6…1,7.

- Доведена енергетична доцільність інтенсифікації процесів продувки і заміщення за рахунок збільшення зовнішнього діаметра ротора. Кожному коефіцієнту продувки і заміщення відповідає своє граничне значення діаметра, при зменшенні якого дана продувка недосяжна навіть при значному збільшенні частоти обертання ротора.

- Обґрунтована доцільність регулювання відносної витрати робочого тіла, що відводиться до споживача в залежності від максимальної температури циклу . Зі збільшенням раціональні значення (за критерієм максимального ККД) практично лінійно зростають.

5. Випробування компресора КТС на створеному безмоторному стенді підтвердили можливість достатньо ефективного перетворення підведеної теплоти в енергію стиснутого повітря (на режимі =710-735К ефективний ККД досягає 16,8-17,5%). Досить високий тиск нагнітання (на вищезгаданому режимі =0,29-0,3 МПа) при відносно невисокій витраті повітря визначає доцільність використання компресора КТС у найпростішій схемі ежекційного наддуву двигуна як джерела активного потоку.

6. Запропонований метод узгодження витратних характеристик утилізаційного контуру і поршневої частини двигуна, побудований на аналітичних залежностях, отриманих на підставі умов ефективної роботи ЕСН КТС, значно спрощує пошук сполучень розмірних співвідношень структурних елементів системи наддуву, що забезпечують ефективну роботу КДВЗ у широкому діапазоні зміни його режимів експлуатації.

7. Встановлена можливість підвищення ККД ЕСН КТС шляхом регулювання витрати повітря, що нагнітається компресором КТС і зміни геометрії активного сопла ежектора в залежності від режиму роботи двигуна.

8. Досліджено й експериментально підтверджено ефективність використання ЕСН КТС на дизелі 6Ч12/14. Система дозволяє реалізувати тиск наддуву до 0,116 МПа без збільшення протитиску випуску відпрацювавших газів з циліндрів двигуна, знизити питому ефективну витрату палива на 2,9% на режимі потужності однаковій з потужністю прототипу, підвищити крутний момент по зовнішній швидкісній характеристиці на 12,2%.

9. Запропоновано напрямки використання принципу каскадно-теплового стиску в перспективних схемах систем паливопостачання і камерах згоряння газотурбінних установок.

Основні положення дисертації опубліковані в роботах:

1. Крайнюк А.И., Сторчеус Ю.В., Данилейченко А.А. Применение эффекта теплового сжатия для улучшения энергоиспользования в теплосиловых установках // Вісник Східноукраїнського національного університету.-Луганськ: Вид-цтво СНУ. – 2000.- №9(31). – С.182-189.

Здобувачем описано принцип дії пристроїв каскадно-теплового стиску.

2. Крайнюк А.И., Данилейченко А.А., Гогуля А.М. Математическая модель рабочего процесса силовой установки каскадного теплового сжатия. // Вісник Східноукраїнського національного університету.-Луганськ: Вид-цтво СНУ. – 2001.- №6(40). – С.162-168.

Здобувачем розроблено математичну модель процесів заміщення і продувки компресора КТС.

3. Крайнюк А.И, Данилейченко А.А., Брянцев М.А., Крайнюк А.А. Газотурбинная установка с камерой сгорания каскадного теплового сжатия // Вiсник Схiдноукраїнського національного університету ім.В.Даля.-Луганськ: Вид-цтво СНУ ім.В.Даля.- 2002. - №3(49). - С.110-115.

Здобувачем розроблено рекомендації з поліпшення ефективних показників газотурбінної установки з камерою згоряння КТС.

4. Крайнюк А.И., Данилейченко А.А., Крайнюк А.А.,.Гогуля А.М. Влияние режимних параметров на показатели работы компрессора теплового сжатия // Вісник Східноукраїнського національного університету ім.В.Даля. -Луганськ: Вид-цтво СНУ ім.В. Даля.- 2002. - № 11(57). – С.35-40.

Здобувачем виявлені залежності ККД і стиску нагнітання компресора на різних режимах роботи від величини відносної витрати повітря.

5. Пристрiй для утилізації теплоти відпрацьованих газів двигуна внутрішнього згоряння: Патент України №33205А, МПК⁷ F 01K 11/02 / Крайнюк О.І., Крайнюк А.О., Черних А.В., Данілейченко О.А. - №99010258; Заявл. 19.01.1999; Опубл. 15.02.2001, Бюл. №1.- 15с.

Здобувачем розроблено схему системи комплексної утилізації теплоти ДВЗ.

6. Пристрiй для утилізації теплоти відпрацьованих газів двигуна внутрішнього згоряння: Патент України №34826А, МПК⁷ F 01K 11/00 / Крайнюк О.І., Черних А.В., Данілейченко О.А. - №99073952; Заявл. 12.07.1999; Опубл. 15.03.2001, Бюл. №2.- 6 с.

Здобувачем розроблено схему управління продуктивністю циркуляційного пристрою.

7. Тепловий двигун: Патент України №35492А, МПК⁷ F 03G 7/06 / Крайнюк О.І., Данілейченко О.А., Крайнюк А.О., Гогуля А.М., Васильєв І.П. - №99105708; Заявл. 19.10.1999; Опубл. 15.03.2001, Бюл.№2. – 8 с.

Здобувачем запропоновано використання пристрою КТС як генератора газу.

8. Компресор теплового стиску: Патент України №37772А, МПК⁷ F04D25/00/ Крайнюк О.І., Богославський О.Є., Сторчеус Ю.В., .Данілейченко О.А, Гогуля А.М., Васильєв І.П., Крайнюк А.О. -№200042132; Заявл. 14.04.2000; Опубл. 15.05.2001, Бюл. №4. –5 с.

Здобувачем розроблено конструкцію ротора з радіальними лопатками для компресора КТС.

9. Двовалова газотурбінна установка: Патент України №46254А, МПК⁷ F 02 С 3/28/ Крайнюк О.I., Данілейченко О.А., Гогуля А.М., Крайнюк А.О. - №2001053058; Заявл. 14.04.2000; Опубл. 15.05.2002, Бюл.№5. – 9с.

Здобувачем розроблено схему газотурбінної установки с камерою згоряння КТС.

10. Компрессор теплового сжатия: Патент РФ №2189497, МПК⁷ F04B19/24/ Крайнюк А.И., Богославский А.Е., Сторчеус Ю.В., Данилейченко А.А., Васильев И.П., Крайнюк А.А. - №2000106844; Заявл. 20.03.2000; Опубл.20.09.2002, Бюл. №26. – 18 с.

Здобувачем розроблено конструкцію передаточних каналів статора компресора КТС.

11. Комбинированный двигатель внутреннего сгорания: Патент РФ №2196901, МПК7 F02B 33/42, F04F 11/02/ Крайнюк А.И., Богославский А.Е., Данилейченко А.А., Гогуля А.М., Васильев И.П., Крайнюк А.А. - №200012637; Заявл. 11.10.2000; Опубл.20.01.2003, Бюл. №2. – 20 с.

Здобувачем розроблено схему включення агрегата КТС в систему турбонаддуву.

12. Комбінований двигун з подачею додаткового палива в паровій фазі: Патент України №53012А, МПК7 F01М 25/00/ Крайнюк О.I., Данілейченко О.А., Крайнюк А.О., Баранов В.Ю., Васильєв I.П., Брянцев М.А., Гогуля А.М. - №2002010784; Заявл. 31.01.2002; Опубл.15.01.2003, Бюл. №1. – 11 с.

Здобувачем запропоновано використання пристрою КТС як агрегату зовнішнього сумішоутворення.

13. Крайнюк А.И, Данилейченко А.А., Брянцев М.А. Рабочий процесс и перспективы создания компрессора теплового сжатия // Авиационно-космическая техника и технология: Сб. научн. трудов. Вып.19. Тепловые двигатели и энергоустановки.- Харьков:Гос. аэрокосмический ун-т «ХАИ».- 2000. - С.141-145.

Здобувачем запропоновано спрощену математичну модель процесу заміщення компресора КТС.

14. Крайнюк A.И., Сторчеус Ю.В., Гогуля A.M., Данилейченко A.A., Брянцев M.A. Расчет процессов тепломассообмена в продувочных объемах теплосиловых установок // Eksploatacja silnikow spalinowych.- Szczecin: Wydawnictwo katedry eksploatacji pojazdow samochodowych politechniki szczecinskiej. - 2001.– №3.–35-40.

Здобувачем запропоновано алгоритм розрахунку процесів тепломасообміну в продувних об’ємах теплосилових установок з використанням методу «пошарової дифузії».

15. Крайнюк А.И., Сторчеус Ю.В., Данилейченко А.А. Влияние качества продувки ячеек ротора на эффективность компрессора теплового сжатия //Авіаційно-космічна техніка и технологія: Зб. наук. праць. - Харків: Нац. аерокосмічний ун-т «Харк. авіац. ін-т»; Миколаїв: Вид-во МФ НаУКМА, 2002. - Вип.34. Двигуни та енергоустановки. - С.18-20.

Здобувачем оцінено вплив якості продувки осередків ротора на показники роботи компресора КТС, встановлені оптимальні значення коефіцієнтів заміщення і продувки.

16. Крайнюк А.И., Клюс О.В., Данилейченко А.А., Крайнюк А.А. Метод согласования размерных параметров элементов эжекционной системы наддува дизеля с компрессором каскадно-теплового сжатия // Международный сборник научных трудов «Повышение эффективности работы энергетических установок».-Калининград: Изд-во КГТУ.-2002. - С.183-191.

Здобувачем виявлені критерії спільної роботи елементів ЕСН КТС і поршневої частини двигуна.