Дослідження характеристик автомобільного двигуна, переведеного на водневе паливо
В роботі обґрунтовуються можливості і аналізуються наслідки переведення автонавантажувачів з бензиновими двигунами (а за аналогією — і інших мобільних машин з двигунами внутрішнього згоряння) з традиційного пального на водень, доводиться перспективність застосування водню в якості палива для автомобільного транспорту і автомобільної техніки різного призначення. Наводиться технічно-економічна характеристика методів отримання водню.
В рамках роботи було здійснено комплексний аналіз властивостей водню, як моторного палива. Відзначається, що основною проблемою при конвертуванні двигуна на водень є боротьба з займистістю воденевоповітряної суміші на впуску (зворотним спалахом). Пропонуються різні способи запобігання цьому явищу.
Було обґрунтовано прийнятність і правомірність тези (гіпотези, твердження) про те, що використання водню в якості добавки до бензину за незначної (з невеликими затратами) модифікації серійного двигуна дозволяє значно підвищити його енергетичну ефективність взагалі і паливну ощадливість зокрема, одночасно поліпшити токсичні характеристики та суттєво знизити витрату бензину.
Рис. 1. Навантажувальна характеристика водневого двигуна
Об'єктом дослідження є автонавантажувач моделі 4092, для живлення двигуна якого як пальне використовується водень або суміш бензину з воднем. Мета роботи полягає у розробці способів роботи водневого і бензоводневого варіантів двигуна ЛМЗ-451 МП, конструкції відповідної паливної апаратури, а також у вирішенні питання про зберігання водню на борту автонавантажувача. Через слабку теоретичну вивченість зазначених задач доводиться вдаватися до експериментальних даних. Викладається спеціально розроблений спосіб роботи водневого двигуна внутрішнього згоряння, що дозволяє уникнути зворотного спалаху.
Наводяться результати стендових досліджень двигуна автонавантажувача, що працює на водні чи суміші бензину з воднем, які в загальному переконливо підтверджують доцільність використання водню в якості пального для двигуна внутрішнього згоряння. Випробування спеціально переобладнаних автонавантажувачів з гідридною системою зберігання водню засвідчили помітне зниження токсичності відпрацьованих газів у порівнянні з бензиновим прототипом.
Максимальна ефективність від впровадження опрацьованих варіантів водневого і бензоводневого автонавантажувача будуть мати місце у випадку використання їх для роботи в закритих маловентильованих приміщеннях (зокрема, у трюмах кораблів).
В результаті аналізу різних способів зберігання водню на борту транспортного засобу можна дійти висновку, що металогідридна система найбільш придатна для самохідних навантажувальних засобів. Комплект креслень, необхідних длявиготовлення та установлення на автонавантажувач металопдридної системи зберігання водню, наводиться в графічній частині дипломної роботи.
Внаслідок високих екологічних показників водню особливу актуальність має питання його застосування в якості основного чи допоміжного до вуглеводневого палива для двигунів мобільних машин, які працюють в закритих приміщеннях. Так, переведення автонавантажувачів, що експлуатуються в закритих, слабко провітрюваних, невентильованих приміщеннях, на водневе паливо дозволить значно поліпшити умови роботи персоналу, збільшити час неперервної роботи навантажувача, призведе до суттєвої економії бензину.
Для ефективного застосування водню в якості палива для автонавантажувачів необхідно вирішити питання його збереження на борту транспортувального засобу, опрацювати методи роботи водневого та бензино-водневого варіантів двигуна та методи конструювання паливної апаратури таких двигунів. Особливої уваги вимагає проблема запалювання паливо повітряної суміші на впуску у водневому двигуні. Особливу увагу, яка приділяється у світі водневому паливу, можна підкреслити таким фактом.
19 квітня 2001 року на військово-повітряній базі Едвардс (штат Каліфорнія, США) спеціалісти НАСА репрезентували перед світом дослідний взірець літального апарату, здатного розвивати швидкість, що перевищує 8000 км/год. За оцінками керівництва НАСА новий експериментальний літак Х-43А — справжня революція у повітроплаванні.
В травні 2001 року дослідний літак піднявся у повітря за допомогою бомбардувальника В-52. На заданій висоті Х-43А відлучився від бомбардувальника і відправився у самостійний політ, який тривав декілька секунд, а далі він впав у води Тихого океану. Океан сховав від сторонніх і сам таємний літак, і новітні технології, розроблені спеціалістами НАСА.
На сьогодні найшвидкіснішим літаком вважається американський літак 8К-71 "Блекберд", здатний досягати швидкості, що втричі перевищує швидкість звуку (перевищує три значення числа Маха). Натомість, експериментальний літак Х-43А швидший за звук майже у сім разів. На думку керівників проекту через 25 років серійні лайнери, створені за взірцем Х-43А, будуть перевозити пасажирів з Лос-Анджелеса в Нью-Йорк за 30 хвилин, а в Токіо — за дві години. Атлантику вдаватиметься перетинати хвилин за 40. Космічні польоти стануть значно швидшими і дешевшими. Гіперзвукові човники заснують з Землі на місяць і в зворотному напрямі, перельоти на інші планети стануть реальністю.
Найбільшими сподіваннями живуть військові. Недаремно новітній проект в основному фінансується Пентагоном, який на розробку нетрадиційного літального апарата Х-43А виділив 185 млн. доларів. На думку керівництва НАСА скоро американці можуть подзвонити у будь-яку країну і заявити: "Ми збираємося Вас бомбити", і ніхто цьому не зможе завадити. Дійсно, жоден снаряд, жодна ракета, що знаходяться в даний час на озброєнні будь-якої з армій у світі, не здатні вразити об'єкт супротивника, який рухається зі швидкістю понад 8000 км/год. Але найважливішим в даному разі є те, що розробникам літака вдалося втілити в життя принципово нову ідею енергоживлення, над якою тривалий час працюють фахівці багатьох країн. Літальний апарат оснащений унікальним двигуном, який не потребує традиційного ракетного палива. Паливо двигун отримує безпосередньо з повітря у вигляді кисню, який потім змішується з воднем. Єдиним продуктом процесу енерговиділення, зрозуміло, є вода.
|
