Дипломная (вкр): Разработка конструкции лабораторной установки по влиянию магнитного поля на свойства газа в процессе его горения

2. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ РАНЕЕ ПРОВОДИМЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

.1 Обзор исследований по влиянию магнитного поля на свойства углеводородного топлива на автотранспорте

На базе научно-технической лаборатории кафедры «Судовых энергетических установок и общеинженерной подготовки» Одесского Национального Морского Университета были проведены исследования по влиянию магнитного поля на свойства углеводородного топлива. Научные сотрудники под руководством д.т.н. профессора Малыгина Б.В. провели испытания магнитных активаторов топлива на двигателе 6ЧН35/34.

При первоначальном опыте без активатора расход топлива за 3 минуты составил 250 мл дизельного топлива на один цилиндр. В дальнейшем при установке различных активаторов в различных местах топливной системы расход топлива начал снижаться и достиг минимального значения в 220 мл на один цилиндр двигателя при опыте с установкой 5 активаторов до топливного насоса высокого давления, что составляет уменьшение на 10% от первоначальных значений. Согласно этим исследованиям был разработан опытный образец накладного магнитного активатора топлива для автомобилей.

На рисунке 2.1 показан магнитный активатор для использования на автотранспорте.

Рисунок 2.1 - Магнитный активатор для использования на автотранспорте

Рисунок 2.2 - Установленный магнитный активатор на (Volkswagen Golf 1.9 TDI)

Согласно рисунку 2.2, активатор был установлен и проходил испытания на автомобилях марок: Volkswagen Golf 1,9 TDI; Renault Kangoo 1.5 dCi; Mazda 3 2.0. Автомобили находились в технически исправном состоянии. Условия и сроки эксплуатации для проведения испытаний были выбрана одинаковыми. После установки магнитного активатора топлива на автомобилях разница между средним расходом топлива с активатором и без него составила в процентах: Volkswagen Golf Variant1.9 TDI - 8%; Renault Kangoo 1.5 dCi - 8%; Mazda 3 2.0 - 8%. Данные результаты позволяют сделать вывод, что при использовании активатора топлива для автотранспорта, расход топлива на данных автомобилях максимально снизился и приблизился к заводским параметрам.

Так же известны исследования, проведенные Оренбургским государственным университетом. Автомобиль ВАЗ-2106 прошел стендовые испытания с целью оценки влияния разработанного магнитного активатора топлива на изменение топливно-экономических, мощностных и экологических показателей работы двигателя. Активатор устанавливался в разрез топливпровода между карбюратором и топливным насосом. В испытания активатора входило снятие внешней и частичной скоростных характеристик двигателя на обкаточно-тормозном стенде КИ-5543. По результатам проведенных испытаний выявлено, что при использовании магнитного активатора частота вращения коленчатого вала уменьшилась на 0,2 %, крутящий момент увеличился на 4,1 %, мощность двигателя увеличилась на 3,7 %, удельный расход топлива уменьшился на 6,1 %, содержание углекислого газа в выхлопных газах снизилось на 14,3 %, содержание углеводородов снизилось на 22,5 %.

Такие результаты объясняются тем, что топливо, проходя через камеру активатора, становится мелкодисперсным. Процесс сгорания топлива происходит с повышенной скоростью и более полно, в связи с чем, увеличивается его теплотворность и, соответственно, возрастает мощность. В камере активатора находится устройство, создающее электромагнитное поле, пульсирующее с большой частотой, которое резко увеличивает собственное колебание молекул топлива, вследствие чего уменьшается образование нагара и закоксовывание двигателя.

Так же известен результат опыта магнитоэлектрической обработки топлива на штатной Ниве Шевроле.

На рисунке 2.3 показаны магнитные сегменты, установленные на топливный шланг.

Рисунок 2.3 - Топливный шланг с установленным устройством

В качестве шланга использован гибкий топливопровод «обратки». Пробег с устройством составил 70000 км после чего были достигнуты следующие результаты:

. Средний расход бензина по трассе и по городу уменьшился и был равен 8-9 л на 100 км;

. Снижение оборотов «подхвата» двигателя до1800-1900 об/мин;

. Увеличился динамический диапазон работы двигателя - стабильно работает от холостых оборотов до 4-5 тыс. об/мин;

. Увеличение мощности двигателя около 15%.

Одним из последних устройств в области магнитной обработки топлива является ОРТО-модификатор ОМТ-5 компании ООО «Иннова-Орто». Автопарки таких компаний как ООО «Авторемонт» г. Череповец, МУП «Автоколонна-1456», г. Череповец, ООО «Барселона», г. Севастополь, ООО «СтройПуть», Вологодская область, ОАО «Белаз-Холдинг», провели испытания данного устройства. Результаты, зафиксированные различными актами и отзывами компаний, утверждают, что сократилось время запуска и прогрева двигателя в зимнее время, снизилась стартовая нагрузка на аккумулятор, улучшилась работа двигателя при пониженной температуре и повышенной влажности, снизился расход топлива на 15% и масла на 12%, уменьшилась дымность двигателя, увеличилась производительности труда на 7%.

На рисунке 2.4 показан ОРТО-модификатор ОМТ-5, установленный на топливный шланг автомобиля.

Рисунок 2.4 - Топливный шланг с установленным ОРТО-модификатор ОМТ-5

2.2 Обзор конструкции установки для исследования влияния на свойства природного газа импульсного магнитного поля в процессе его горения

Учебной лабораторией Херсонской государственной морской академии была разработана установка для исследования влияния импульсного магнитного поля на свойства природного газа.

На рисунке 2.5 показан установка для исследования влияния импульсного магнитного поля на свойства природного газа.

Рисунок 2.5 - Установка для исследования влияния импульсного магнитного поля на свойства природного газа

В качестве обрабатываемой среды был взят газ пропан-бутан, который обрабатывался импульсным магнитным полем. Выбор основан на простоте достижения стабильного химического состава газа и его давления.

Как известно газообразное топливо содержит целый ряд углеводородных органических соединений, где среднее количество атомов углерода в молекуле составляет 7-8, а водорода 10-11. При воздействии импульсного магнитного поля на молекулы углеводорода удается получить молекулярные комплексы с малым содержанием углерода и низким молекулярным весом, которые обладают более высокой теплотой сгорания. Таким образом, предполагается возможность экономии газа при совершении одной и той же работы.

На рисунке 2.6 показана схема установки для исследования влияния импульсного магнитного поля на свойства природного газа.

Рисунок 2.6 - Схема установки для исследования влияния импульсного магнитного поля на свойства природного газа:

-газовый баллон с краном; 2-газовый редуктор с регулятором давления; 3-шаровые газовые краны; 4-расходомер газа; 5-датчик температуры; 6-датчик СО; 7-газовая горелка;

-разёмное соединение; 9-магнитно-импульсный активатор

Согласно рисунку 2.6, установка снабжена газовым баллоном 1, газовым редуктором с регулятором давления 2 и двумя линиями топливопровода на которых установлены: шаровые краны 3, активатор обрабатываемой среды 9, служащий источником магнитного поля, который представляет собой соленоид, работающий по принципу дискретно-градиентной обработки. Линия топливопровода с активатором снабжена разъемным соединение 8, для монтажа активатора. Установка снабжена расходомером газа 4 модели РМ-ГС (основная допускаемая погрешность ротаметров составляет ± 4% от верхнего предела измерений), газовой горелкой 7 в которой происходит сжигание газа. На горелке закреплен датчик температуры (термопара типа медь-константан) 5 он позволяет проконтролировать температуру сгорания, не активированного газа, а также температуру сгорания активированного газа (при переключении шаровых кранов 3).При неизменности условий эксперимента физико-химического состава газа, давление газа, температуры воздуха, условий горения с помощью датчика (СО) 6, который подключён к газоанализатору (ИНФРАКАР-М) возможно измерить объемные доли оксида углерода (СО) и углеводородов (СН), оксида азота (NO), диоксида углерода (СО2), кислорода (О2) в продуктах горения газа.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ МАГНИТНОЙ АКТИВАЦИИ ТОПЛИВА НА ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ

.1 Разработка лабораторной установки для исследования эффективности сгорания газового топлива при воздействии на него магнитного поля

Для дальнейшего исследование влияния магнитного поля на свойства газа в процессе его горения была построена лабораторная установка. Она включает в себя газовый баллон, регуляторный клапан с фиксатором, ОРТО-модификатор ОМТ-5, газовую горелку. В качестве удерживающего устройства для всей установки служит штатив.

В качестве топлива для лабораторной установки был взят газовый баллон «Турист» для портативных газовых приборов. Один баллон для серии испытаний с использованием магнитных дисков из сплава неодим-железо-бор, другой для испытаний немагнитных дисков из сплава медно-никелевого.

Состав газа: Бутан, изобутан, пропан. Соответствует ГОСТ 20448-90 «Газы углеводородные сжиженные топливные для коммунально-бытового потребления», соответствует европейскому стандарту EN 417, отвечает требованиям ISO 9001, ISO 14001.

Технические характеристики газового баллона «Турист»

Тип баллона: клапанный, стальной.

Масса сжиженного газа: 220 г.

Масса: 315 г.

Габариты: 68,5 x 184 мм (диаметр x высота).

Объем баллона: 527 мл.

Газовая смесь: 527 мл.

Диапазон рабочих температур: от -20 до +35 С°.

Тип клапана: нажимной с цанговым зажимом.

Производство: Южная Корея.

На рисунке 3.1 показан газовый баллон «Турист»

Рисунок 3.1 - Газовый баллон «Турист»

Источником магнитного поля установки для исследования эффективности сгорания газового топлива при воздействии на него магнитного поля являются модули магнитов диаметром 20 мм, толщиной 2 мм, магнитной индукцией 1,2 Тл. Установлены последовательно в корпусе параллельно друг другу в ОРТО-модификаторе ОМТ-5.

На рисунке 3.2 показано устройство для магнитной обработки сред ОРТО модификатор ОМТ-5

Рисунок 3.2 - Устройство для магнитной обработки сред ОРТО модификатор ОМТ-5:

- корпус; 2 - крышка; 3,4 - штуцер; 5 - модуль магнита;

- зигзагообразный проточный канал; 7 - шайба; 8 - магнит

Согласно рисунку 3.2, устройство содержит корпус 1, на наружную поверхность которого с двух сторон крепятся крышки 2 со штуцерами для подвода 3 и отвода 4 газа. Внутри корпуса 1 находится источник магнитного поля, выполненный в виде модулей магнитов 5, которые установлены последовательно в корпусе 1 параллельно друг другу, образуя зигзагообразный проточный канал 6. Модуль магнита 5 состоит из шайбы 7 и магнита 8, образуя между собой сквозной канал. Модули магнитов 5 установлены в корпусе 1 без жесткого крепления к корпусу путем набора шайб 7 с прикрепленными к ним магнитами 8 поочередно таким образом, что сквозной канал последующего модуля магнитов смещен с разворотом по отношению сквозного канала предыдущего модуля магнитов. Такое расположение обеспечивает увеличение зигзагообразной формы канала для протока газа, делающего дополнительные повороты [8].

На одной из сторон шайбы выполнены глухие каналы, обеспечивающие разворот жидкости во время ее движения по зигзагообразному каналу 6.

На рисунке 3.3 показана шайба, расположенная в корпусе активатора топлива ОРТО-модификатор ОМТ-5.

Рисунок 3.3 - Шайба ОРТО-модификатора ОМТ-5:

- магнит; 9 - сквозной канал; 10 - глухой канал; 11 - установочный штив; 12 - глухое отверстие

Согласно рисунку 3.3, на сторонах шайб, обращенных друг к другу, выполнен фиксатор, представляющий собой установочный штифт 11, выполненный заодно с шайбой предыдущего модуля магнитов в процессе ее изготовления или запрессованный в шайбу, и глухое отверстие 12, расположенное на стороне шайбы последующего модуля магнитов, при этом глухое отверстие 12 сдвинуто по центральной оси относительно установочного штифта 11 на заданный угол α. В процессе сборки блока модулей магнитов установочный штифт 11 предыдущего модуля входит в глухое отверстие 12 последующего модуля, обеспечивая и фиксируя требуемое смещение и разворот сквозного канала каждого последующего модуля магнитов по отношению сквозного канала предыдущего модуля магнитов. Шайбы модулей магнитов выполнены из немагнитного материала.

Устройство, содержит шесть модулей. Источник магнитного поля выполнен в виде набора идентичных модулей, конструкция которых в собранном виде обеспечивает зигзагообразную траекторию протекания обрабатываемого газа. Длина средней линии зигзагообразного канала более 240 мм при длине собранного блока модулей 48 мм. Предлагаемая зигзагообразная форма рабочего канала обеспечивает гидродинамическую турбулизацию потока.

На рисунке 3.4 показаны магнитный диск из сплава неодим-железо-бор и немагнитный диск из сплава медно-никелево.

Рисунок 3.4 - Варианты исполнения дисков модулей

Согласно рисунку 3.4, дисковые магниты имеют диаметр 20 мм, толщину 2 мм, магнитная индукция 1,2 Тл. Материал магнитных дисков - сплав неодим-железо-бор (NdFeB). Материал немагнитных дисков - сплав медно-никелевый.

В качестве горелочного устройства используется портативная газовая горелка RS.701 TT-701.

Технические характеристики портативной газовой горелки

Масса: 70 г.

Габариты: 25 x 175 мм (диаметр x высота)

Расход газа: от 50 до 250 г/час

Рисунок 3.5 - Портативная газовая горелка RS.701 TT-701

Для дальнейших испытаний газовая горелка разделена на две части. К каждой части горелки приварен входной штуцер, для присоединения к активатору ОРТО-модификатор ОМТ-5.

На рисунке 3.6 показаны горелка и регулировочный клапан со штуцером диаметром 8 мм.

Рисунок 3.6 - Горелка и регулировочный клапан со штуцером

В качестве удерживающего устройства служит штатив. Он позволяет крепко зафиксировать горелку и выставить ее на необходимую высоту. С помощью закрепленной линейки производится измерение высоты и формы пламени.

На рисунке 3.7 показан штатив установки.

Рисунок 3.7 - Штатив установки:

- мерная линейка; 2 - фиксатор горелки; 3 - регулятор штатива по высоте

При наличии всех составляющих осуществляется сборка лабораторной установки. При помощи отрезков шланга и хомутов с открывающимся замком устанавливается герметичное соединение входного штуцера ОРТО модификатора ОМТ-5 и штуцера регулировочного клапана горелки, также производится соединение выходного штуцера модификатора и входного штуцера портативной горелки.

Технические характеристики хомута DAR 25-110/9.

Масса: 20 г.

Материал: нержавеющая сталь W2.

На рисунке 3.8 показан хомут DAR 25-110/9 с закрывающимся замком.

Рисунок 3.8 - Хомут DAR 25-110/9

На рисунке 3.9 показана установка для исследования влияния магнитного поля на свойства газа.

Рисунок 3.9 - Установка для исследования влияния магнитного поля на свойства газа: