В связи с наличием на крупном судне нескольких энергетических установок, например, главного двигателя, дизель-генератора для выработки электроэнергии, котла для производства горячей воды и пара, судовое топливо может быть представлено сразу несколькими видами.

Более того, главный двигатель морского судна нередко запитывают не одним, а двумя и более видами топлива попеременно. Это связано с тем, что в океане существуют зоны особого контроля выбросов серы - Северное и Балтийское море, атлантическое и тихоокеанское побережья США и Канады.

При подходе к ним двигатели переводят на дизельное топливо с малым содержанием серы. Этот же приём используют перед выполнением манёвров, в которых приходится часто менять режимы двигателя. После выхода из порта дизельное топливо заменяют мазутом, на котором судно проходит главную часть пути.

Виды топлива для судоходства

Основными видами топлива для судов сегодня являются:

• дизельное топливо;
• высоковязкие виды судового топлива;
• другие виды (КСТ - компонент судового топлива из газового конденсата, нефтяное газотурбинное ТГ и ТГВК, СПГ - сжиженный природный газ и т. д.)

Дизельное и маловязкое топлива относятся к светлым нефтепродуктам. Они отличаются друг от друга стоимостью (СМТ намного дешевле), а также техническими характеристиками.

СМТ содержит больше серы (от 0,5 до 1,5 % против 0,01 %), имеет более низкое цетановое число (40 против 45). Основной выигрыш при замене дизельного топлива маловязким состоит в дешевизне последнего, а также в том, что при отсутствии серы в дизельное топливо для сохранения смазывающих свойств нужно вводить специальные дорогостоящие присадки.

Высоковязкие виды судового дизельного топлива относятся к тёмным сортам нефтепродуктов. Они дешевле светлых, поэтому широко применяются для судоходствасудоходства . Подразделяются на лёгкие, тяжёлые и сверхтяжёлые. К этим видам принадлежат флотские мазуты Ф-5 и Ф-12, топочные мазуты М-40 и М-100, судовое топливо ИФО-30, ИФО-180, ИФО-380. Они вырабатываются смешением остаточных нефтепродуктов с дизельными фракциями. Применяются тёмные сорта в малооборотных и среднеоборотных двигателях.

О хранении и подготовке судового топлива

Для хранения топлива на судне используют топливные бункеры, расположенные рядом с машинным отделением. Крупное судно может расходовать до 40 т топлива в сутки, однако лишнего горючего, за исключением аварийного запаса на случай штормов, в рейс не берут, поскольку оно создаёт балласт и уменьшает полезную загрузку судна. К балласту относят и мёртвый запас топлива на судне - остатки в бункерах ниже заборных патрубков.

Перед использованием нередко мазуты подвергают особым операциям подготовки. Они состоят:

1. В разогреве топливной массы холодного мазута, потерявшего текучесть, путём доливки в цистерну горячего мазута. Разогрев осуществляют и в цистернах, оборудованных специальными нагревательными системами.
2. Очистке путём отстаивания или сепарирования в специальных судовых установках; при этих процессах отделяется грязь, механические включения и вода. Очищенное топливо меньше изнашивает двигатели, поэтому установки очистки с лихвой окупаются.

Сегодня существует множество сортов дизельного и других видов топлива для судна. Чтобы избегать ошибок при закупках, старайтесь приобретать ГСМ только у проверенных поставщиков.

За последние двадцать лет автомобильная промышленность достигла огромных результатов по снижению содержания вредных веществ в отработавших газах. Запрет на использование этилированных бензинов, применение каталитических нейтрализаторов отработавших газов и современных систем питания ДВС, позволили существенно уменьшить вредное воздействие автомобильного транспорта на окружающую среду и здоровье человека.
При работе автомобильных ДВС в атмосферу выбрасываются не только токсичные газы, но и двуокись углерода (СО 2).
Двигатели современных автомобилей стали более экономичными, а это привело к уменьшению выбросов двуокиси углерода. Применение альтернативных видов топлива также способствует как снижению вредных веществ в отработавших газах, так и снижению количества двуокиси углерода.
Сжиженные нефтяные газы (LPG - Liquefied Petroleum Gas) дают возможность снизить содержание вредных веществ в отработавших газах и одновременно примерно на 10% уменьшить количество СО 2 , выделяемого при работе ДВС.
Сжатый природный газ (CNG - Compressed Natural Gas) - это альтернативное топливо, которое может использоваться в ДВС с искровым зажиганием и в дизелях. Для использования в качестве топлива в ДВС он должен быть сжат до высокого давления, чтобы занимать меньший объем. Этот газ может транспортироваться в баллонах высокого давления. При его использовании в качестве топлива, обеспечивается снижение выбросов вредных веществ в атмосферу.
Метанол (Methanol) - спиртовое топливо, получаемое в процессе переработки нефти или каменного угля. При использовании метанола в качестве топлива для ДВС обеспечивается снижение уровня двуокиси углерода в отработавших газах на 5% по сравнению с бензином. Однако для получения той же мощности требуется вдвое большее количество топлива, чем при использовании бензина.
Этанол (Ethanol) - спиртовое топливо, получаемое из растений, таких как кукуруза, сахарный тростник и др., имеет примерно такие же свойства, как метанол и производит при сгорании меньшее количество оксидов азота и снижение содержания двуокиси углерода на 4% по сравнению с бензином. Отработавшие газы ДВС, работающего на этаноле, содержат вредные альдегиды, которые обладают неприятным запахом, вызывают раздражение слизистых оболочек организма человека и не могут быть устранены с помощью каталитических нейтрализаторов.
Водород (Н 2) - горючий газ, который при сгорании соединяется с кислородом образуя воду. Водород является наиболее перспективной альтернативой углеводородным видам топлива. Водород также является перспективным топливом для использования в силовых установках на топливных элементах.
Перечисленные альтернативные виды топлива могут в отдельных случаях, использоваться для автомобильных двигателей. Многие производители автомобилей имеют в своей программе выпуск автомобилей, которые могут использовать альтернативные виды топлива. Наиболее распространены автомобили, которые могут использовать наряду с бензином сжиженный газ или природный сжатый газ.

Автомобиль Mini Cooper, с двигателем, работающем на водороде

Двигатели опытных автомобилей BMW 750hL и Mini Cooper Hydrogen оборудованы системой впрыска жидкого и охлажденного водорода, смешивающегося с воздухом во впускном трубопроводе. Такой подход дает возможность улучшить наполнение цилиндров ДВС топливновоздушной смесью и свести до минимума загрязнение окружающей среды.
Использование альтернативных видов автомобильного топлива может несколько замедлить перспективу исчерпания мировых запасов нефти, но полностью не решает данной проблемы. Поэтому большинство ведущих мировых производителей автомобилей сейчас вплотную занимаются разработкой силовых установок, где используются альтернативные источники энергии.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ВИДОВ ТОПЛИВА НА СУДАХ МОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА

Сергеев Вячеслав Сергеевич

студент 5 курса, судомеханический факультет, Омский институт водного транспорта (филиал) ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта», г. Омск

E- mail : banan 1990@ bk . ru

Дергачёва Ирина Николаевна

научный руководитель, канд. пед. наук, доцент, зав. кафедрой ЕНиОПД Омского института водного транспорта (филиал) ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта», г. Омск

В настоящее время в России ежегодно потребляется около 100 млн. тонн моторных топлив, производимых из нефти. При этом автомобильный и морской транспорт являются одними из основных потребителей нефтепродуктов и останутся главными потребителями моторных топлив на период до 2040-2050 гг. В ближайшей перспективе ожидается увеличение потребления нефтепродуктов при примерно постоянных объемах их производства и нарастающем дефиците моторных топлив.

Эти факторы привели к актуальной на сегодняшний день реконструкции топливно-энергетического комплекса путем более глубокой переработки нефти, применения энергосберегающих технологий, перехода на менее дорогостоящие и экологически безопасные виды топлив. Поэтому одним из основных путей совершенствования двигателей внутреннего сгорания, остающихся основными потребителями нефтяных топлив, является их адаптация к работена альтернативных топливах.

Целью данной статьи является рассмотрение экологических аспектов применения альтернативного топлива на судах морского и речного флота.

Использование на транспорте различных альтернативных топлив обеспечивает решение проблемы замещения нефтяных топлив, значительно расширит сырьевую базу для получения моторных топлив, облегчит решение вопросов снабжения топливом транспортных средств и стационарных установок .

Возможность получения альтернативных топлив с требуемыми физико-химическими свойствами позволит целенаправленно совершенствовать рабочие процессы дизелей и тем самым улучшить их экологические и экономические показатели.

Альтернативные виды топлива получают в основном из сырья не нефтяного происхождения, применяют для сокращения потребления нефти с использованием (после реконструкции) энергопотребляющих устройств, работающих на нефтяном топливе.

На основе анализа литературы , мы выделили следующие критерии применимости альтернативных источников энергии на судах морского и речного флота:

· низкая построечная стоимость и стоимость в эксплуатации;

· срок службы;

· массогабаритные характеристики в пределах размеров судна;

· доступность источника энергии.

В процессе нашего исследования были определены основные требования к альтернативному топливу для применения на судах, а именно:

· экономическая привлекательность и большие доступные запасы сырья для его производства;

· низкие капитальные затраты по установке на судне дополнительного оборудования;

· присутствие на рынке, доступность в портах, наличие необходимой инфраструктуры или незначительные затраты на её создание;

· безопасность, а также наличие нормативных документов, регламентирующих безопасное применение на судне .

В соответствии с требованиями Международной конвенции по предотвращению загрязнения с судов происходит планомерное ужесточение требований к содержанию оксидов серы, азота и углерода, а также твердых частиц в выбросах морских судов . Эти вещества наносят огромный вред окружающей среде и являются чуждыми любой части биосферы.

Наиболее жесткие требования выдвигаются для Районов Контроля Выбросов (Emission Control Areas - ECA). А именно:

· Балтийское и Северное моря

· прибрежные воды США и Канады

· Карибское море

· Средиземное море

· побережье Японии

· Малаккский пролив и др.

Таким образом , изменения норм по выбросам оксида серы с морских судов в 2012 году составляет 0 % и 3,5 % в особых районах и во всем мире соответственно. А к 2020 году нормы по выбросам оксида серы с морских судов в данных районах аналогично составят 0 %, а во всем мире уже снизятся до 0,5 % . Отсюда следует, необходимость решения проблемы снижения химических выбросов в атмосферу вредных веществ судовыми энергетическими установками.

На наш взгляд, основными видами альтернативных топлив являются: сжиженные и компримированные горючие газы; спирты; биотопливо; водотопливная эмульсия; водород.

В свою очередь, особый интерес представляет в рамках нашей статьи, следующие виды:

· биодизель - это органическое топливо, производимое из масленичных культур.

Цена биодизеля марочного примерно в два раза выше цены обычного дизельного топлива. Исследования, проведённые в 2001/2002 годах в США показали, что при содержании в топливе 20 % биодизеля, содержание вредных веществв выхлопных газах увеличивается на 11 % и только использование чистого биодизеля уменьшает выбросы на 50 %;

· спирты - это органические соединения, содержащие одну или более гидроксильных, непосредственно связанных с атомом углерода. Спирты запрещены как топливо с низкой температурой вспышки;

· водород - это единственный вид топлива, продуктом сгорания которого не является углекислый газ;

Используется в двигателях внутреннего сгорания в чистом виде или в виде присадки к жидкому топливу. Опасность его хранения на судне и дорогостоящее оборудование для подобного использования делают данный вид топлива совершенно не перспективным для судов;

· водотопливная эмульсия производится на судне в специальной установке - при этом экономится топливо, уменьшаются выбросы оксида азота(до 30 % в зависимости от содержания воды в эмульсии), но не оказывает существенного влияния на выбросы оксида серы;

· сжиженные и компримированные горючие газы позволяют полностью исключить выбросы серы и твердых частиц в атмосферу, кардинально - на 80 % снизить выбросы оксидов азота, существенно - на 30 % снизить выбросы диоксида углерода .

Таким образом , мы можем утверждать, что единственным новым видом топлива, применение которого существенно влияет на экологические показатели судовых двигателей, является природный газ.

Для подтверждения данного факта рассмотрим данные по количеству выбросов при сгорании дизельного топлива, используемого на судах и сжатого или сжиженного газа , как альтернативного вида топлива, представленные в Таблице 1.

Таблица 1.

Количество выбросов при сгорании топлива

Из таблицы видно, что в конечном итоге действительно можно утверждать, что сжатый или сжиженный газ превосходит по экологической безопасности, используемые ныне источники энергии на судах. Иначе говоря, что является наиболее перспективным сегодня для использования на морском и речном транспорте .

В заключение следует отметить, что в настоящее время назрела необходимость применения альтернативных видов топлив на судах морского и речного флота, что теоретически реализовано в данной статье.

Акцент поставлен на экологически ценные характеристики альтернативных видов топлива для речного и морского транспорта, а именно : экологическую надежность и малое присутствие вредных химических веществ.

Список литературы:

1. Ерофеев В.Л. Использование перспективных топлив в судовых энергетических установках: учеб. пособие. Л.: Судостроение,1989. -80 с.
2. Сокиркин В.А., Шитарев В.С. Международное морское право: учеб. пособие. M.: Международные отношения, 2009. - 384 с.
3. Шурпяк В.К.Применение альтернативных видов энергии и альтернативных топлив на морских судах [Электронный ресурс] - Режим доступа. - URL: http://www.korabel.ru/filemanager (дата обращения 15.11.2012 г.)

Транскрипт

1 Труды МАИ. Выпуск 87 УДК Применение альтернативных топлив в авиационных газотурбинных двигателях Силуянова М.В.*, Челебян О.Г.** Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), МАИ, Волоколамское шоссе, 4, Москва, A-80, ГСП-3, Россия *е- mail: **е- mail: Аннотация В данной работе приведены результаты экспериментального исследования влияния физических свойств жидкости на параметры топливовоздушного факела распыла за фронтовым устройством камеры сгорания газотурбинных двигателей пневматического типа. Для определения характеристик распыла и изучения процесса дробления и смешения альтернативных топлив с повышенной вязкостью разработано модельное биотопливо на основе керосина марки ТС-1. В результате проведенной работы получены ряд зависимостей характеристик среднего диаметра, скорости и концентрации капель топлива в потоке за горелкой для керосина и модельного биотоплива. Обобщив полученные данные, установлено, что при использовании вязких топлив необходимо применять способ пневматического распыла для обеспечения заданных рабочих параметров камеры сгорания газотурбинных двигателей.

2 Ключевые слова: фронтовое устройство, распыливание, биотопливо, пневматический, факел распыливания, форсунка, завихритель, камера сгорания. Ужесточение экологических требований ИКАО (Международная Организация Гражданской Авиации) по вредным выбросам от авиационных двигателей , заставляют ведущие державы вести поиск альтернативных источников энергии, в частности расширять сферу применения биотоплив. Альтернативные виды топлива обладают физическими свойствами, несколько отличными от привычного авиационного керосина . Использование возобновляемых биотоплив, полученных из растений или жирных кислот является весьма перспективным. В настоящее время, на авиацию приходится около 2% антропогенных выбросов CO 2. При использовании биотоплива, уровень выбросов дыма, твердого углерода, окиси углерода, серы и двуокиси углерода в целом уменьшается. Таким образом, применение в авиации биокеросина, полученного из переработанных масел семян ятрофа, взамен традиционного керосина позволит сократить «углеродный след» почти на 80%. Иностранные компании в последние годы проводят исследования возможности применения альтернативных видов топлива без изменения конструкции ГТД . Первый полет самолета на биотопливе состоялся в 2008 г. британской авиакомпаний Virgin Atlantic Airways Ltd, который является собственником этого воздушного судна. Компания Боинг и ее

3 международные партнеры уже работают над переводом биотоплива из стадии тестирования в стадию производства. Боинг Freighter и 787 совершили первые демонстрационны трансатлантические перелеты через Тихий океан на биотопливе в 2011 г. и 2012 г. В мае 2014 года, Нидерландская авиакомпания KLM начала выполнять еженедельные международные рейсы на воздушном судне Airbus A между аэропортами Queen Beatrix, в Ораньестаде, и аэропорта Schiphol в Амстердаме, используя переработанное растительное масло, как авиационное топливо. В России пока не имеется в промышленных масштабах производство биотоплива . Тем не менее, это направление имеет большое будущее из-за наличия больших посевных площадей и водных поверхностей в нашей стране. 1. Постановка задачи. В данной работе исследовались влияние параметров горючих жидкостей на характеристики распыливания за фронтовым устройством камеры сгорания ГТД пневматического типа. Цель эксперимента заключалась в определении дисперсных характеристик аэрозоля, полей скорости и распределения частиц в потоке при пневматическом способе распыливании стандартных (керосин ТС-1), и вязких (биотопливо) топлив. Большая часть топлив, используемых в авиационных двигателях, в нормальных условиях являются жидкими и поэтому должны быть распылены перед подачей в зону горения . В современных силовых установках

4 используются разнообразные форсуночные устройства, отличающиеся не только конструкцией, но и принципами, на которых основана система распыла топлива. Тип распыливания наиболее просто разделить по основной энергии, затрачиваемой на распыл жидкости, т.е. использовать для классификации так называемый энергетический подход . Воспламенение топлива, устойчивость и эффективность горения, уровни эмиссии вредных веществ тесно связаны с процессами дробления жидкого топлива и его смешения с воздухом в системе распыливания . В качестве альтернативного вида горючего была выбрана смесь авиационного керосина ТС-1 (40%), этанола (40%) и касторового масла (20%). Выбранные пропорции модельного биотоплива обеспечивают однородный и хорошо перемешанный состав без расслоения и осадков . Для полученной смеси были определены физические свойства, которые в большинстве случаев влияют на процесс распыла и дробления капель. Кинематическая вязкость жидкости F измерялась вискозиметром ВПЖ-1 с диаметром капилляра 1,52 мм. Коэффициент поверхностного натяжения F рассчитывался по измеренным значениям плотности и температуры. В таблице 1 приведены физические свойства при температуре 20 С, авиационного керосина марки ТС-1 и различных биотоплив, в том числе использованного в настоящей работе.

5 Вид рассматриваемой жидкости Плотность, кг/м 3 Кинематическая вязкость 10 6, м 2 /с Керосин ТС,3 24,3 Модельное 860 6,9 28 биотопливо Спирт этиловый 788 1,550 22,3 Касторовое,4 масло Масло рапсовое,62 33,2 Таблица 1. Коэффициент поверхностного натяжения 10 3, Н/м Из таблицы видно, что основное отличие в свойствах такого показателя как вязкость, величина которой для модельного биотоплива более чем в 5 раз превышает вязкость керосина, а остальные параметры различаются всего лишь на 10 15%. При пневматическом распыливании жидкостей определяющими факторами являются внешние аэродинамические силы и внутренние механизмы воздействия на начальную форму струи. Величина кинематической вязкости определяет толщину формируемой пленки на выходе из топливного сопла, а поверхностное натяжение размер частиц в потоке при дроблении скоростным напором воздуха. Для проведения испытаний был использован фронтовой модуль камеры сгорания с пневматическим распыливанием топлива. Данное фронтовое устройство состоит из центрального тангенциального завихрителя, в котором движется закрученный поток воздуха по осевому топливовоздушному каналу, смешиваясь с топливными струями, периферийного лопаточного завихрителя и внешнего тангенциального завихрителя. Топливный подвод спроектирован таким образом, чтобы

6 распределять топливо в соотношении 1/3 между периферийным и центральным каналом. Внешний тангенциальный завихритель обеспечивает дополнительное перемешивание частично подготовленной в осевом и периферийном канале топливовоздушной смеси. Применение центрального тангенциального завихрителя позволяет увеличить степень закрутки потока и организовать на оси устройства стабильную зону обратных токов. Средний лопаточный завихритель с большим углом закрутки потока обеспечивает распыл основного топлива до мелкодисперсного аэрозоля. Внешний тангенциальный завихритель исключает возможность выброса крупных капель на срез воздушного сопла и за внешнюю границу топливовоздушного факела. Распределенный впрыск топлива по центральному и среднему воздушным каналам позволяет получить аэрозоль с более равномерным распределением концентрации топлива по сечению топливовоздушного факела за срезом сопла. Разработанное фронтовое устройство имеет сборно-разборную конструкцию, что позволяет применять различные типы воздушных сопел и тангенциальных завихрителей в зависимости от предъявляемых требований, в том числе и для распыливания вязких нефтяных и биотоплив. 2. Методика эксперимента. Экспериментальные исследования проводились на стенде лазерной диагностики характеристик топливовоздушных факелов, представленном на рисунке 1. Стенд лазерной диагностики позволяет получать характеристики

7 (поля мелкости распыла, поля концентраций и их пульсаций, углы факела и др.) топливовоздушных факелов, создаваемых форсунками и фронтовыми устройствами. Дополнительно на стенде возможна визуализация потока в прозрачных моделях с кварцевыми стеклами. На стенде применена замкнутая система использования топлива, при которой распыленное топливо оседает на каплеуловителе, собирается в отстойнике топлива, фильтруется и поступает обратно в баллон. Рис. 1. Схема стенда лазерной диагностики. Стенд снабжен аппаратурой для измерений расходов, давлений и температур топлива и воздуха. Расход G Т и плотность топлива измеряется расходомером KROHNE, расход воздуха G В - расходомером PROMASS. Измерение давления производится датчиками ADZ. Цифровая фотосъемка осуществляется трехматричной цветной видеокамерой Canon XL-H1. Оптическая часть стенда оснащена аппаратурой для лазерных измерений

8 качества распыливания и скорости капель по рассеянию света каплями. В настоящей работе физические исследования проводились методом фазодоплеровской анемометрии (РDРА). 3. Результаты экспериментального исследования. Испытания были начаты с определения расходной характеристики фронтового устройства по топливному каналу для керосина и биотоплва, а также по каналам подачи воздуха в модуль. На рисунках 2 и 3 приведены графики расходной характеристики, где P Т и P В означают перепад давлений соответственно топлива и воздуха. Рис. 2. График расходной характеристики по топливному каналу.

9 Рис. 3. График расходной характеристики по воздуху через модуль. Для определения характеристик распыливания были исследованы три основных режима моделирующие работу камеры сгорания на режимах запуска, малого газа и крейсерского. Испытания проводились в условиях открытого пространства с барометрическим давлением P=748 мм рт. ст. и при температуре окружающей среды 20 С. Измерение параметров распыливания выполнялось в поперечном сечении топливовоздушного факела на расстоянии 30 мм от среза воздушного сопла до плоскости лазерно-оптического ножа с интервалом в 5 мм. Опыты проведены при следующих режимных параметрах работы фронтового модуля: При подаче керосина ТС-1: 1. Pв=3,0 кпа; Gв=8,9 г/с; Gт=1,0 г/с; Pт=5,6 кпа; 2. Pв=3,0 кпа; Gв=8,9 г/с; Gт=3,0 г/с; Pт=23,6 кпа; 3. Pв=20,0 кпа; Gв=22,5 г/с; Gт=0,25 г/с; Pт=9,7 кпа;

10 При подаче модельного биотоплива: 1. Pв=3,0 кпа; Gв=8,9 г/с; Gт=1,0 г/с; Pт=7,9 кпа; 2. Pв=3,0 кпа; Gв=8,9 г/с; Gт=3,0 г/с; Pт=7,9 кпа; 3. Pв=20,0 кпа; Gв=22,3 г/с; Gт=0,25 г/с; Pт=9,7 кпа; Иллюстрированные фотографии факелов распыливания по режимам работы фронтового устройства для каждого типа топлива представлены на рисунках 4 и 5. Pв=3,0 кпа; Gт=1 г/с Pв=3,0 кпа; Gт=3 г/с

11 Pв=20,0 кпа; Gт=0,25 г/с Рис. 4. Фотографии факелов распыла по режимам для керосина ТС-1. Pв=3,0 кпа; Gт=1 г/с Pв=3,0 кпа; Gт=3 г/с

12 Pв=20,0 кпа; Gт=0,25 г/с Рис. 5. Фотографии факелов распыла по режимам для биотоплива. Из представленных фотографий можно сказать, что визуально качество распыливания керосина значительно лучше, чем биотоплива. Границы факела четкие, без наличия крупных капель на периферии и стабильным углом раскрытия порядка Распределение капель в потоке достаточно равномерное, без возникновения обогащенных зон. При подаче более вязкого по свойствам биотоплива, общий вид полученного аэрозоля, представленного на фотографиях, уступает по наличию крупных частиц на границах факела распыла. По периферийной границе факела летит больше крупных капель, чем для керосина. Причиной тому служит процесс дробления в камере смешения завихрителя, который не справляется с большим объемом жидкости с повышенными физическими свойствами. Нераздробившиеся частицы, находящиеся в закрученном потоке воздуха, сепарируются на кромку воздушного сопла, где набирается определенная концентрация, и срываются на границу факела распыливания. Однако такие капли дробятся

13 уже на расстоянии одного калибра от сопла завихрителя. Связано это с тем, что струя жидкости на выходе из топливного сопла образует пленку, которая движется по цилиндрической части и начинает дробиться закрученным скоростным напором воздуха, а капли, не успевшие раздробиться, сепарируются и оседают на больших радиусах поверхностей распыла. Характерным свойством для наличия таких капель является повышенная толщина формируемой топливной пленки, которая для вязкого биотоплива превышает более чем в 5 по сравнению со стандартным керосином. Отсюда и возникновение крупных частиц на границах факела, которые отчетливо наблюдаются при увеличении расхода топлива через устройство. А при увеличении перепада давления на фронтовой части крупные капли успевают додрабливаться в большем объеме воздуха. 4. Анализ полученных результатов. Рассмотрим измеренные кривые распределения характеристик потока за фронтовым модулем для каждого типа топлива. Все характеристики распыла были получены при одинаковых условиях работы фронтового модуля. Основное внимание уделялось влиянию вязкости жидкости и коэффициента поверхностного натяжения на процесс распыливания, дробления и смешения с воздухом. Также, при выбранном методе полного пневматического распыливания, жидкости характерным условием для эффективности смесеобразования является параметр отношения расходов воздуха к топливу AAFR, который обычно должен составлять не менее 5.

14 При использовании более вязких топлив, чем больше величина этого параметра, тем процесс распыливания становиться более эффективным, а процесс смешения топлива с воздухом гомогенизируется. Такой способ пневматического распыла активно изучают и применяют в мировой практике ведущих авиадвигателестроительных корпораций при разработке новых фронтов для малоэмиссионных камер сгорания. На рисунках 6 и 7 представлены график распределения характеристик факела распыла при подаче авиационного керосина ТС-1 (осреднение по ансамблю в фиксированной точке пространства).

15 D10 (мкм) D32 (мкм) Z (мм) Z (мм) dpвоз.=3 kпa, Gт=1 г/с dpвоз.=3 kпa, Gт=3 г/с dpвоз.=20 кпа, Gт=0.25 г/с Рис. 6. Графики распределения среднего (D 10) и среднезаутерского (D 32) диаметра капель в поперечном сечении по диаметру факела распыла для керосина ТС-1.

16 U (м/с) Cv*pow(10,5) 10 Z (мм) Z (мм) dpвоз.=3 kпa, Gт=1 г/с dpвоз.=3 kпa, Gт=3 г/с dpвоз.=20 кпа, Gт=0.25 г/с Рис. 7. Графики распределения осевой скорости (U) и полей объемной концентрации потоков частиц в поперечном сечении по диаметру факела распыла для керосина ТС-1.

17 Полученные распределения дисперсности аэрозоля показывают, что основное отличие при изменении отношений расходов проявляется на крайних точках факела. В целом факел распыла имеет однородную и хорошо перемешанную структуру. Капли распределены в потоке равномерно по размерам, а средние по плоскости измерения значения Заутерского диаметров D 32 для режимов составляют: 1 44,9 мкм, 2 48,7 мкм, 3 22,9 мкм. На оси устройства формируется стабильная зона обратных токов в пределах от 2,5 8,0 м/с на перепаде давления в 3 кпа а максимальное значение отрицательной скорости достигает 12 м/с на режиме при Pв=20 кпа, а ширина при этом составляет 20 мм. Уровень параметров такого аэрозоля позволит сжигать топливо в камере сгорания ГТД с высокой полнотой сгорания и обеспечить низкий уровень эмиссии вредных выбросов. Теперь рассмотрим характеристики аэрозоля при подаче более вязкой жидкости в аналогичных условиях проводимого эксперимента. Графики распределения по дисперсности, скорости и концентрации частиц в потоке за горелкой представлены на рисунках 8 и 9.

18 D10 (мкм) D32 (мкм) 100 Z (мм) Z (мм) dpвоз.=3 kпa, Gт=1 г/с dpвоз.=3 kпa, Gт=3 г/с dpвоз.=20 kпa, Gт=0.25 г/с Рис. 8. Графики распределения среднего (D 10) и среднезаутерского (D 32) диаметра капель в поперечном сечении по диаметру факела распыла для модельного биотоплива.

19 U (м/с) Cv*pow(10,5) 10 Z (мм) Z (мм) dpвоз.=3 kпa, Gт=1 г/с dpвоз.=3 kпa, Gт=3 г/с dpвоз.=20 kпa, Gт=0.25 г/с Рис. 9. Графики распределения осевой скорости (U) и поле объемной концентрации потоков частиц в поперечном сечении по диаметру факела распыла для модельного биотоплива.

20 Проведя сравнительный анализ представленных графиков характеристик потока за фронтовым модулем, видим, что при использовании альтернативного топлива для выбранного устройства с пневматическим способом распыла структура аэрозоля практически не изменилась. По дисперсности полученный аэрозоль не уступает керосину, а местами даже и лучше. Различия наблюдаются по плотности распределения капель на периферии факела, где сконцентрирована основная масса крупных частиц. В центральной же зоне засеяно больше мелких по размерам частиц, чем для ТС-1. Измеренный средний D 32 размер капель по сечению факела для биотоплива по режимам составляет: 1 32 мкм, 2 50 мкм, 3 20 мкм. Полученный средний по плоскости измерения уровень дисперсной характеристики аэрозоля D 32 для модельного биотоплива на 30% превосходит D 32 для ТС-1 на пусковом режиме работы фронтового модуля. На остальных двух режимах с большими значениями AAFR дисперсность аэрозоля практически не меняется. Так как свойства испытуемой жидкость в основном отличаются по вязкости, то поле распределения скорости частиц в потоке изменилось в зоне обратных токов. Максимальная отрицательная скорость сохранилась только на двух режимах, и снизилась до 5 м/с, а ширина отрывной зоны составляет от 6 мм до 9 мм. При больших расходах подачи топлива (режим 2) отрицательная скорость исчезает и переходит в положительную и составляет 4 м/с. Это объясняется торможением потока воздуха, находящимися в нем крупными каплями, которые по массе больше чем капли керосина. В зоне

21 обратных токов сконцентрированы, в основном, самые мелкие частицы, которые находятся в постоянном движении внутри циклона. Затрачиваемой на дробление капель жидкости энергии закрученного воздуха на дробление капель жидкости, начинает не хватать для выработки отрицательной скорости частиц в зоне обратных токов отсюда и уменьшение этой компоненты для биотоплива. При этом максимальные значения скорости не изменились, и лежат в диапазоне от 10 м/с до 23 м/с. Капли распределены в потоке равномерно по размерам и по диаметру факела распыливания. 5. Заключение. В результате проведенных экспериментальных исследований по влиянию параметров жидкостей на процесс распыливания и смешения топлива с воздухом во фронтовом устройстве пневматического типа можно сделать следующие выводы. 1. При пневматическом способе распыливании жидкостей с различными свойствами, вязкость слабо влияет на дисперсность капель в потоке. Основным параметром, который оказывает влияние на процесс дробления и размер капель является коэффициент поверхностного натяжения. 2. При распыливании альтернативных топлив высокой вязкости отражается в основном, на поле осевой скорости в зоне обратных токов, но при этом общий характер течения не нарушается. Пиковые значения

22 скорости не измены, но стабилизационная зона сужается вдвое, а максимальная составляющая компонента отрицательной скорости частиц в потоке сохраняется лишь при небольших расходах жидкости. 3. Пневматический распыл жидкости обеспечивает требуемый уровень характеристик топливовоздушного потока, и может быть использован для применения как нефтяных, так и альтернативных топлив при подготовке гомогенной смеси и эффективного сжигания в камере сгорания современных и перспективных газотурбинных двигателей. Проведенные опыты позволили изучить влияние физических свойств жидких топлив на характеристики аэрозоля при пневматическом способе распыливании жидкости. Библиографический список 1. Охрана окружающей среды. Приложение 16 к Конвенции о международной гражданской авиации. Эмиссия авиационных двигателей, URL: y.pdf 2. Васильев А.Ю., Челебян О.Г., Медведев Р.С. Особенности применения биотопливной смеси в камерах сгорания современных газотурбинных двигателях // Вестник СГАУ (41). С Liu, K., Wood, J. P., Buchanan, E. R., Martin, P., and Sanderson, V., Biodiesel as An Alternative Fuel in Siemens DLE Combustors: Atmospheric and

23 HighPressure Rig Testing, ASME Journal of Engineering for Gas Turbines and Power,Vol. 132, No. 1, Дамская И.А., Разносчиков В.В. Методика определения новых составов альтернативных топлив // Вестник Московского авиационного института Т С Lefebvre A.H., Ballal D.R. Gas Turbine Combustion: Alternative Fuels and Emissions, 3rd ed., CRC Press, Силуянова М.В., Попова Т.В. Исследование теплообменного аппарата для газотурбинных двигателей сложного цикла // Труды МАИ, 2015, выпуск 80, URL: 7. Силуянова М.В., Попова Т.В. Разработка методики проектирования и расчета теплообменного аппарата для газотурбинных двигателей сложного цикла // Труды МАИ, 2016, выпуск 85, URL: 8. Дитякин Ю.Ф., Клячко Л.А., Новиков Б.В., Ягодкин В.И. Распыливание жидкостей. - М.: Машиностроение, с. 9. Законы горения / Под общ. ред. Ю.В. Полежаева. - М.: Энергомаш, с. 10. Лефевр А. Процессы в камерах сгорания ГТД. - М.; Мир, с. 11. Anna Maiorova, Aleksandr Vasil"ev and Oganes Chelebyan, "Biofuels - Status and Perspective", book edited by Krzysztof Biernat, ISBN , Published: September 30, 2015, ch.16, pp

УДК 621.452.3.034 СРАВНЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ФОРСУНОК, РАБОТАЮЩИХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВОЗДУШНОГО ПОТОКА 2007 А. Ю. Васильев Центральный институт авиационного моторостроения, Москва В работе приведена

УДК 61.45.034.3 ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ФОРСУНОЧНЫХ МОДУЛЕЙ 006 А.Ю. Васильев, А.И. Майорова, А.А. Свириденков, В.И. Ягодкин Центральный институт авиационного моторостроения им.

УДК 621.45.022.2 СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ ТОПЛИВА В ФОРСУНОЧНЫХ МОДУЛЯХ С ТРЕХЪЯРУСНЫМ ЗАВИХРИТЕЛЕМ 2007 В. В. Третьяков Центральный институт авиационного моторостроения им. П. И. Баранова, г.

УДК 536.46 УПРАВЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ГОРЕНИЯ АЛЮМИНИЕВО-ВОЗДУШНОГО ФАКЕЛА В СПУТНОМ ПОТОКЕ ВОЗДУХА 2007 А. Г. Егоров, А. Н. Попов Тольяттинский государственный университет Представлены результаты экспериментальных

Технические науки УДК 536.46 УПРАВЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ГОРЕНИЯ АЛЮМИНИЕВО- ВОЗДУШНОГО ФАКЕЛА В СПУТНОМ ПОТОКЕ ВОЗДУХА 007 А. Г. Егоров, А. Н. Попов Тольяттинский государственный университет Представлены

Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета 3 (41) 213, часть 2 УДК 621.452.3.34 ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ БИОТОПЛИВНОЙ СМЕСИ В КАМЕРАХ СГОРАНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Электронный журнал «Труды МАИ». Выпуск 38 www.mai.ru/science/trudy/ УДК: 621.45 Экспериментальные исследования инициирования детонации и режимов работы модели камеры пульсирующего детонационного двигателя

Способ совместной подачи растительных масел и дизельного топлива д.т.н., проф. Шатров М.Г., к.т.н. Мальчук В.И., к.т.н. Дунин А.Ю., Езжев А.А. Московский автомобильно-дорожный государственный технический

Электронный журнал «Труды МАИ». Выпуск 65 www.mai.ru/science/trudy/ УДК 629.7.036.22.001 (024) Использование программного комплекса ANSYS для создания экспериментальной установки, способной моделировать

10ЛК_ПАХТ_ТЕХНОЛОГИ_Ч.1_ ДИСПЕРГИРОВАНИЕ ГАЗОВ И ЖИДК2_КАЛИШУК 10.2 Диспергирование идкостей Возмоны два метода диспергирования идкостей: капельный и струйный. Капельное диспергирование осуществляется

Труды МАИ. Выпуск 88 УДК 536.8 www.mai.ru/science/trudy/ Влияние геометрических характеристик завихрителя на вихревую структуру потока в импульсной камере сгорания Исаев А.И.*, Майрович Ю.И.**, Сафарбаков

УДК 536.24 АДИАБАТИЧЕСКОЕ СМЕШЕНИЕ В ЗАКРУЧЕННОЙ ПРИСТЕННОЙ СТРУЕ Шишкин Н.Е. Институт теплофизики им.с.с.кутателадзе СО РАН, Новосибирск, Россия АННОТАЦИЯ Рассматривается распределение температуры и концентрации

УДК 621.436 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАСПЫЛИВАНИЯ БИОТОПЛИВ ПОД РАЗЛИЧНЫМ ДАВЛЕНИЕМ ВПРЫСКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СРЕДСТВ ОПТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА РАСПЫЛИВАНИЯ А.В. Еськов, А.В. Маецкий Приводятся

УДК 621.452 ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ НА ВЫХОДЕ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ С ПОВОРОТОМ ПОТОКА В ГАЗОСБОРНИКЕ 2006 Г. П. Гребенюк 1, С. Ю. Кузнецов 2, В. Ф. Харитонов 2 1 ФГУП НПП Мотор, г. Уфа 2 Уфимский государственный

УДК 533.6.011.5 ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ВСТРЕЧНОГО ПОТОКА С ПОВЕРХНОСТЬЮ СПУСКАЕМОГО КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА В.Н. Крюков 1, Ю.А. Кузма-Кичта 2, В.П. Солнцев 1 1 Московский авиационный институт (государственный технический

Лекция 5. 2.2.Сжигание газообразного и жидкого топлива Сжигание газов производится в топочной камере, куда горючая смесь подается через горелки. В топочном пространстве в результате сложных физикохимических

Относится к циклу специальных дисциплин и изучает основы теории горения, организацию рабочего процесса в камерах сгорания ГТД, характеристики КС, способы учета и снижения эмиссии вредных веществ, расчет

УДК 621.45.022.2 РАСЧЕТНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТОПЛИВА В ФОРСУНОЧНОМ МОДУЛЕ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ 2006 В. В. Третьяков Центральный институт авиационного моторостроения, г. Москва Представлены результаты

Использование программного комплекса FlowVision при доводке конструкции малотоксичной камеры сгорания. Булысова Л.А., мнс Всероссийский теплотехнический институт, Москва При разработке перспективных ГТУ

Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета (41) 1 г. УДК 61.48:56.8 ИССЛЕДОВАНИЕ КАЧЕСТВА ПОДГОТОВКИ ТОПЛИВОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ И ЕГО ВЛИЯНИЯ НА ВЫБРОСЫ NOx В МАЛОЭМИССИОННОЙ КАМЕРЕ

УДК 621.43.056 Г.Ф. РОМАНОВСКИЙ, д-р техн. наук, С.И. СЕРБИН, д-р техн. наук, В.Г. ВАНЦОВСКИЙ, В.В. ВИЛКУЛ Национальный университет кораблестроения имени адмирала Макарова, Научно-производственный комплекс

УДК 697.932.6 Форсунка на основе «RU-эффекта» к.т.н. Рубцов А.К., Гурко Н.А, Парахина Е.Г. Университет ИТМО 191002, Россия, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, 9 Многочисленные экспериментальные исследования

2014 НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА 205 УДК 621.452.3 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ПУТИ УЛУЧШЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА КАМЕР СГОРАНИЯ МАЛОРАЗМЕРНЫХ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ А.М. ЛАНСКИЙ, С.В. ЛУКАЧЕВ,

КОМПЛЕКС КОНТРОЛЯ ДИСПЕРСНОГО СОСТАВА КАПЕЛЬ СТРУИ РАСПЫЛЕННОГО ТОПЛИВА В.В. Евстигнеев, А.В. Еськов, А.В. Клочков Бурное развитие техники в настоящее время приводит к значительному конструктивному усложнению

Федеральная целевая программа «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 2020 годы» Соглашение 14.577.21.0087 от 05.06.2014 на период

УДК 658.7; 518.874 А. П. Поляков, д. т. н., проф.; Б. С. Мариянко ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НА ПОКАЗАТЕЛИ ГАЗОДИЗЕЛЯ УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ ПРИМЕНЕНИЕМ ГАЗОВПУСКНОГО УСТРОЙСТВА В статье приведены

СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ НГТУ. 2006. 1(43). 135 139 УДК 66-096.5 СГОРАНИЕ В ВИХРЕВОЙ КАМЕРЕ С ЦЕНТРОБЕЖНЫМ ПСЕВДООЖИЖЕННЫМ СЛОЕМ * В.В. ЛУКАШОВ, А.В. МОСТОВОЙ Экспериментально исследовалась возможность горения

Электронный журнал «Труды МАИ». Выпуск 67 www.mai.ru/science/trudy/ УДК 621.515 Проблемы создания газотурбинного пульсирующего детонационного двигателя Щипаков В. А. Московский авиационный институт (национальный

УДК 621.45.022.2 ВЛИЯНИЕ МЕЖФАЗОВОГО ОБМЕНА НА СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕ В МОДУЛЬНОЙ КАМЕРЕ СГОРАНИЯ 2002 А. И. Майорова, А. А. Свириденков, В. В. Третьяков Центральный институт авиационного моторостроения им.

УДК 532.5 + 621.181.7 АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ ГОРЕНИЯ В ТУРБУЛЕНТНЫХ СМЕШИВАЮЩИХСЯ ОСЕВЫХ И ТАНГЕНЦИАЛЬНЫХ ПОТОКАХ 47 Докт. техн. наук, проф. ЕСЬМАН Р. И., канд. техн. наук, доц. ЯРМОЛЬЧИК Ю. П. Белорусский национальный

БИЛЕТ 1 Вопрос: Гидростатика. Основные физические свойства жидкостей. Задача 1:Найти безразмерные критерии подобия из следующих размерных величин: а) p (Па), V (м 3), ρ (кг/м 3), l (м), g (м/с 2); б)

Уфа: УГАТУ, 2010 Т. 14, 3 (38). С. 131 136 АВИАЦИОННАЯ И РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА УДК 621.52 А. Е. КИШАЛОВ, Д. Х. ШАРАФУТДИНОВ ОЦЕНКА СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПЛАМЕНИ С ПОМОЩЬЮ ЧИСЛЕННОГО ТЕРМОГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО

Труды МАИ. Выпуск 90 УДК: 533.6.01 www.mai.ru/science/trudy/ Регистрация аэродинамических параметров возмущений среды при движении объекта Картуков А.В., Меркишин Г.В.*, Назаров А.Н.**, Никитин Д.А.***

ОТРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИСПЫТАНИЙ МОДЕЛЬНОГО ПВРД С ГОРЕНИЕМ ВОДОРОДА В АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ ТРУБЕ Внучков Д.А., Звегинцев В.И., Иванов И.В., Наливайченко Д.Г., Старов А.В. Институт Теоретической и Прикладной

СЖИГАНИЕ МАЗУТА Лекция 6 5.1. Основные свойства мазута В котлах крупных тепловых станций и отопительных котельных, работающих на жидком топливе, как правило, применяют мазут. Физические свойства мазута

УДК 532.5 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА РАСПЫЛЕНИЯ И СЖИГАНИЯ ТОНКОДИСПЕРСНЫХ ВОДОУГОЛЬНЫХ СУСПЕНЗИЙ Мурко В.И. 1), Карпенок В.И. 1), Сенчурова Ю.А. 2) 1) ЗАО НПП «Сибэкотехника», г. Новокузнецк, Россия 2) Филиал

Тот вид топлива, который будет использоваться. Исходя из этого можно сделать вывод, что развитие установок для сжигания мазута при повышении стоимости природного газа будет только увеличиваться, и в будущем

Электронный журнал «Труды МАИ». Выпуск 41 www.mai.ru/science/trudy/ УДК 621. 452. 3 Исследование аэродинамики и массообмена в вихревых горелках камер сгорания газотурбинных двигателей. А.М. Ланский, С.В.

УДК 536.46 Д. А. Я г о д н и к о в, А. В. И г н а т о в ВЛИЯНИЕ ДИСПЕРСНОСТИ АЛЮМИНИЯ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ И ГОРЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КОНДЕНСИРОВАННЫХ СИСТЕМ Приведены результаты экспериментальных

Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета, 2, 27 УДК 62.452.3.34 ДИАГНОСТИКА КАЧЕСТВА СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ В ФАКЕЛЕ РАСПЫЛЕННОГО ФОРСУНКАМИ ТОПЛИВА ОПТИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ 27 А. Ю. Васильев,

Электронный журнал «Труды МАИ». Выпуск 71 www.mai.ru/science/trudy/ УДК 621.454.2 Проблемные вопросы энергетической увязки параметров жидкостных ракетных двигателей Беляев Е.Н. 1 *, Воробьев А. Г 1 **.,

Определены дополнительные погрешности при измерении концентрации оксида углерода термохимическими сенсорами. Получен ряд аналитических выражений по расчету данных погрешностей, а также поправок на отклонения

НПКФ «АРГО» ЗАО НПКФ «АВТОМАТИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ ГОРЕНИЯ» «АРГО» Москва 2009 г. Ситуация в нефтеперерабатывающей отрасли и на рынке нефтепродуктов Основу нефтепереработки России составляют 28 НПЗ, созданные

Электронный журнал «Труды МАИ». Выпуск 72 www.mai.ru/science/trudy/ УДК 629.734/.735 Метод расчета аэродинамических коэффициентов летательных аппаратов с крыльями в схеме «икс», имеющими малый размах Бураго

УДК 662.62 Вязовик В.Н. Черкасский государственный технологический университет, г. Черкассы ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭЛЕКТРОННОКАТАЛИЧЕСКОГО ГОРЕНИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА Рассмотрены основные загрязнители и их

СТАТИСТИКА И ОБРАБОТКА РАСЧЕТНЫХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МЭКС Булысова Л.А. 1,а, н.с., Васильев В.Д. 1,а, н.с. 1 ОАО "ВТИ", ул. Автозаводская, д.14, Москва, Россия Краткая аннотация. Статья

УДК 621.452.3.(076.5) ИССЛЕДОВАНИЕ УПРАВЛЕНИЯ ОТРЫВОМ ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ В ДИФФУЗОРНЫХ КАНАЛАХ ПРИ ПОМОЩИ ВИХРЕВЫХ ЯЧЕЕК 2007 С. А. Смирнов, С. В. Веретенников Рыбинская государственная авиационная технологическая

Электронный журнал «Труды МАИ». Выпуск 69 www.mai.ru/science/trudy/ УДК 621.45.048, 629.7.036.5 Численное моделирование процесса смесеобразования в модельной камере сгорания с лазерным зажиганием при работе

Оценка использования АСКТ для двигателей поршневой авиации Костюченков Александр Николаевич, Начальник сектора перспектив развития АПД, к.т.н. 1 Ограничение применения авиабензинов Lycoming IO-580-B М-9ФВ

Г О С У Д А Р С Т В Е Н Н Ы Й С О Ю З А С С Р С Т А Н Д А Р Т ФОРСУНКИ МЕХАНИЧЕСКИЕ И ПАРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ТИПЫ И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ. ОБЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ ГОСТ 2 3 6 8 9-7 9 Издание официальное БЗ

УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ ЦАГИ Том XXXVI I 2006 4 УДК 533.6.071.4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ГАЗОВЫХ ЭЖЕКТОРОВ С ОБЫЧНЫМ И ПЕРФОРИРОВАННЫМ СОПЛАМИ ПРИ ВЫСОКОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ НИЗКОНАПОРНОГО ГАЗА Ю. К. АРКАДОВ, Г.

Авиационная и ракетно-космическая техника УДК 532.697 ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ ДОВОДКА ОТДЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЖАРОВОЙ ТРУБЫ ГТД 2006 А. Ю. Юрина, Д. К. Василюк, В. В. Токарев, Ю. Н. Шмотин ОАО НПО Сатурн, г. Рыбинск

(19) Евразийское (11) (13) патентное ведомство 015316 B1 (12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ (45) Дата публикации (51) Int. Cl. и выдачи патента: 2011.06.30 C21B 9/00 (2006.01) (21) Номер

Труды МАИ. Выпуск 84 УДК 629.7.014 www.mai.ru/science/trudy/ Анализ влияния внедрения искривленных дефлекторов на характеристики плоского реактивного сопла Силуянова М.В.*, Шпагин В.П.**, Юрлова Н.Ю.***

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВПРЫСКА НА РАСПАД СТРУИ ТОПЛИВА В ДВС С НЕПОСРЕДСТВЕННЫМ ВПРЫСКОМ. Масленников Д.А. Донецкий Национальный Технический Университет, Донецк, Украина Аннотация: В данной работе

Оглавление ВВЕДЕНИЕ... 8 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР И АНАЛИЗ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЕЙ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ТОПЛИВ... 10 1.1 Обоснование необходимости использования альтернативных топлив в двигателях...

УДК 66.041.45 М. А. Таймаров, А. В. Симаков ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СТРУКТУРЫ ФАКЕЛА В ТОПКЕ КОТЛА ПРИ СЖИГАНИИ МАЗУТА Ключевые слова: запальник, прямоточная струя, закрученная струя, горелки. При сжигании

2 Использование CAE-системы FlowVision для исследования взаимодействия потоков жидкости в центробежно-струйной форсунке Елена Туманова В данной работе численное исследование проводилось с использованием

Выявление Режимов Ультразвукового Воздействия для Распыления Жидкостей с Заданными Дисперсностью и Производительностью Владимир Н. Хмелев, Senior Member, IEEE, Андрей В. Шалунов, Анна В. Шалунова, Student

АННОТАЦИЯ дисциплины (учебного курса) М2.ДВ3 Системы двигателей внутреннего сгорания (шифр и наименование дисциплины (учебного курса)) В курсе рассматриваются: топливные системы двигателей с внутренним

Экспериментальное исследование дисковой микротурбины. Канд. тех. наук А. Б. Давыдов, д-р. тех. наук А. Н. Шерстюк, канд. тех. наук А. В. Наумов. («Вестник машиностроения» 1980г. 8) Задача повышения эффективности

Изобретение относится к сжиганию топлива и может найти применение в бытовой технике, теплоэнергетике, на предприятиях по сжиганию и переработке отходов. Известен способ сжигания топлива, при котором создают

Пылеуловители на встречных закрученных потоках Инерционные пылеуловители на встречных закрученных потоках (ПВ ВЗП) обладают следующими достоинствами: - высокая степень улавливания частиц тонкодисперсной

Д. т. н. К. И. Логачёв (), к. т. н. О. А. Аверкова, Е. И. Толмачёва, А. К. Логачёв, к. т. н. В. Г. Дмитриенко ФГБОУ ВПО «Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова», г.

АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ КОАКСИАЛЬНОЙ ЛАЗЕРНОЙ НА- ПЛАВКИ НА ФОРМИРОВАНИЕ ВАЛИКОВ ГРИГОРЬЯНЦ А.Г., МИСЮРОВ А.И., ТРЕТЬЯКОВ Р.С. Ключевые слова: Лазерная наплавка, параметры процесса лазерной наплавки,

УСТОЙЧИВОСТЬ ВОДОГАЗОВОЙ СМЕСИ К РАССЛОЕНИЮ В ТРУБОПРОВОДЕ Долгов Д.В. В статье получено выражение параметра устойчивости газожидкостной смеси к расслоению в горизонтальном трубопроводе, позволяющий рассчитывать

Предлагаемые мероприятия способствуют понижению скорости движения транспортных средств и ее поддержанию в рамках установленного ограничения на исследуемом участке (40 км/ч). УДК 656 ВЫБОР ФОРМЫ КАМЕРЫ

УДК 629.735;

АНАЛИЗ ОПЫТА ПРИМЕНЕНИЯ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ТОПЛИВ НА ВОЗДУШНЫХ СУДАХ

Д.Р.САРГСЯН

Статья представлена доктором технических наук, профессором Зубковым Б.В.

В статье анализируется опыт применения альтернативных топлив на воздушных судах, виды и особенности топлив. Описываются требования к СПГ и обеспечению БП.

Ключевые слова: альтернативное топливо, виды альтернативных топлив, сжиженный природный газ (СПГ), безопасность полетов (БП).

Введение

Постоянно нарастающий спрос на авиаперевозки за последние годы развития экономики, а также техники и технологий вызвало большую потребность топливных ресурсов. Вследствие чего инженеры многих ведущих авиастроительных компаний в разных странах, в том числе и в России, начали разработки по обеспечению авиации новым видом топлива. Рассматривается огромное количество альтернатив керосину: биотопливо, синтетическая нефть, сжиженный природный газ (СПГ), водород. Весь накопившийся опыт с момента первого в мире полета на альтернативном топливе (самолета Ту-155 в 1988 году) показывает эффективность, экономичность и экологичность разработок в данном направлении.

В российской авиации рассматривается возможность использования СПГ, в частности, из-за запасов природного газа, а также сопутствующие нефтедобыче газы, которые сжигаются в факелах месторождений при добыче нефти. На данном этапе развития гражданской авиации наиболее близки к реализации проекты вертолетов и самолетов, которые применяют в качестве топлива сжиженные попутные газы, получаемые при добыче нефти (пропан и бутан).

Переоборудование воздушных судов требует минимальных затрат - лишь переделки топливных баков и системы подачи топлива в двигатели. Также требуется обеспечить аэропорты криогенными заправочными станциями, хранилищем топлива и инфраструктуры доставки СПГ до хранилищ. На данном этапе требуется не только участие авиапромышленного комплекса, но и участие газодобывающих компаний для создания соответствующей инфраструктуры.

Опыт применения

Альтернативу авиакеросину начали искать еще в середине ХХ века. История работ в ОКБ А.Н. Туполева по альтернативным видам топлива уходит в 60-е гг. - уже тогда рассматривалась возможность перевода силовых установок проектируемых в ОКБ А.Н. Туполева самолетов на жидкий водород.

В середине 70-х гг. Академией наук СССР совместно с рядом научно-исследовательских институтов и конструкторских бюро была разработана программа научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по широкому внедрению альтернативных видов топлива в народное хозяйство. Так 15 апреля 1988 года впервые поднялся в небо Ту-155 с экспериментальным двигателем НК-88 на криогенном топливе, который выполнил на СПГ и водороде почти 100 полетов. В октябре 1989 года этот самолет совершил показательный перелет по маршруту Москва-Братислава-Ницца (Франция) на 9-й Международный конгресс по природному газу. В июле 1991 г. самолет совершил полет по маршруту Москва- Берлин для участия в Международном конгрессе по природному газу.

При разработке этого самолета была создана экспериментальная база для испытания крио-

генного оборудования и сложился единственный в мире коллектив высококвалифицированных специалистов в области криогенной авиации. В результате этой работы были определены пути создания самолетных и аэродромных криогенных систем и оборудования. Однако в ОКБ А.Н.Туполева продолжились работы в этом направлении, на уровне технических предложений разработаны проекты модифицированных криогенных самолетов Ту-204 (Ту-204К), Ту-334 (Ту-334К), Ту-330 (Ту-330СПГ), нового регионального самолета Ту-136. Кроме того, эти самолеты будут способны одновременно применять альтернативные топлива и авиационный керосин, что делает их более универсальными и надежными. Наиболее глубоко проработаны модификации самолета Ту-204 (Ту-204К) и проект нового регионального самолета Ту-136, учитывающий особенности криогенного топлива (рис. 1).

Топливная экономичность самолетов Ту-334К и Ту-330СПГ практически не будет отличаться от базовых Ту-334 и Ту-330. Все эти самолеты могут быть переоборудованы под применение СПГ в течение 3-4 лет. Особое внимание заслуживает проект грузопассажирского регионального криогенного самолета Ту-136 с двумя турбовинтовыми двигателями ТВ7-117СФ, способного при небольших доработках применять СПГ, жидкий водород и пропан-бутановое топливо.

Виды и особенности альтернативных топлив

Самым распространенным альтернативным топливом можно считать сжиженный природный газ (СПГ). Газ относится к категории криогенных топлив. Теплофизические и теплотехнические характеристики показывают ряд преимуществ авиационных сконденсированных топлив (АСКТ) перед традиционным авиакеросином ТС-1. Также существуют синтетические топлива, получаемые из угля, газа, биомасс и растительного масла. Но синтез таких веществ требует дополнительных затрат на переработку угля, биомасс и растительных масел, что дороже керосина, и ему сопутствуют те же проблемы ресурсов и экологии. Поэтому оно вряд ли может рассматриваться как перспективное. Спирты (этиловый и метиловый) и аммиак также могут заменить керосин, но они почти в два раза уступают ему по

теплоте сгорания, следовательно, их удельный расход будет больше. Кроме того, в выхлопе при сгорании этих топлив содержатся вредные окиси азота и углерода.

В качестве альтернативы керосина для авиации может быть рассмотрено криогенное топливо - жидкий водород Н2 и легкие углеводороды от метана СН4 до пентана С5Н12.

К преимуществам водорода как авиационного топлива можно отнести следующее:

Во-первых, наибольшую теплоту сгорания на единицу массы, что дает удельный расход топлива примерно в три раза меньший, чем у керосина. Это позволяет существенно улучшить летно-технические характеристики самолетов;

Во-вторых, наибольший хладоресурс на единицу массы (в 12-15 раз больше, чем у керосина), что можно эффективно использовать для охлаждения горячих деталей двигателя и самолета;

В-третьих, повышенную температуру самовоспламенения и меньшую излучательную способность, что положительно скажется на работе камеры сгорания.

Однако водородному топливу присущи недостатки, требующие решения сложных технических проблем. Жидкий водород серьезно уступает стандартным авиакеросинам по объемной теплоте сгорания из-за низкой (почти в 11 раз меньше, чем у керосина) плотности, что значительно ухудшает габаритно-весовые характеристики ЛA при переходе с авиакеросина на водород.

Преимущества легких углеводородов также относиться к категории преимуществ водорода, но отличаются доступностью и дешевизной получения (табл. 1).

Таблица 1

Теплофизические и теплотехнические характеристики водорода, углеводородных компонентов АСКТ и авиационного топлива ТС-1

Показатель Н (водород) СН4 (метан) С2Н6 (этан) С3Н8 (пропан) С4Н10 (бутан) С5Н12 (пентан) ТС-1

М 2,016 16,04 3007 44,10 5812 7215 140

t пл., С -259,21 -182,49 -183,27 -187,69 -138,33 -129,72 -60

С -252,78 -161,73 -88,63 -42,07 -0,50 36,07 180

t ж.с., C 6,43 20,76 94,64 145,62 137,83 165,79 290

пл. кг/м 77,15 453,4 650,7 733,1 736,4 762,2 835

кип., кг/м 71,05 422,4 546,4 582,0 601,5 610,5 665

Qн,кДж/кг 114480 50060 47520 46390 45740 45390 43290

Qv.пл, кДж/дм 8832 22700 30920 34010 33680 34550 36150

Qv,кип, кДж/дм 8136 21150 25970 27000 27530 27710 28900

Нисп, кДж/кг 455,1 511,2 485,7 424,0 385,5 3575 287

и, С 510 542 518 470 405 284 -

^н, см/с 267 33,8 40,1 39,0 37,9 38,5 39

Сн, %(об) 4,1 5,3 3,0 2,2 1,9 - 1,2

Св,%(об) 75,0 15,0 12,5 9,5 8,5 - 7,1

Ro, Дж/(кг С) 4157,2 518,8 276,7 188,6 143,2 115,5 59,4

Lо, кгвозд/кгтопл 34,5 17,19 16,05 15,65 15,42 15,29 -

СПГ - (метан) его плотность (даже при температуре кипения) в 1,7 раза больше, чем у керосина, что приводит к необходимости увеличения объемов топливных баков более чем в 1,5 раза (при равной энергоемкости). Кроме того, метан имеет очень низкий диапазон нахождения в жидкой фазе (-20 С), низкую критическую температуру (-82,6 С). Это вызывает необходимость

создания для баков, арматуры и коммуникаций топливных магистралей новых хладостойких конструкций у уплотнительных материалов, а также высококачественной низкотемпературной теплоизоляции, предотвращающей быстрое вскипание метана и обледенения конструкции.

В отличие от керосина, метан в камеру сгорания двигателя для исключения двухфазного состояния придется подавать в газообразном виде, что полностью исключает использование штатных топливных агрегатов, коммуникаций, коллекторов и форсунок. Это значительно усложняет конструкцию двигателя, а в ряде случаев делает невозможной его модификацию для питания двумя видами топлива.

Из-за этих же свойств жидкого метана потребуются весьма громоздкие и дорогостоящие наземные средства для его транспортировки, хранения, заправки и т.д., близкие по своим параметрам к водородным. Дооборудование криогенно-топливной базы аэропорта должно включать в себя специальные хранилища, оборудованные тепловой защитой, средствами поддержания криогенного состояния топлива и устройствами, предотвращающими его потери, а также сеть приемораздаточных устройств, парк специальных транспортных средств с теплоизолированными емкостями и т.п.

В то же время по массовой теплоте сгорания метан превосходит керосин на 14%, что обеспечит дальность полета и полезной нагрузки. Сжиженный метан имеет охлаждающую способность в 5 раз выше, чем у керосина, что позволяет использовать хладоресурс для охлаждения деталей и узлов двигателя. Опыт эксплуатации газотурбинных двигателей, применяемых в качестве нагнетателей на компрессорных станциях газопроводов и работающих на природном газе, показал, что срок службы таких двигателей увеличивается на 25%.

Безопасность полетов при применении СПГ

К основным видам опасностей, создаваемых специфическими свойствами, сжижению углеводородных газов, в том числе и СПГ, а также условиями их производства, хранения, транспортировки и заправки относятся: огнеопасность (пожароопасность), взрывоопасность, химическая активность, воздействие низких температур, токсичность. Правила безопасности при производстве, хранении и выдаче сжиженного природного газа (СПГ) на газораспределительных станциях магистральных газопроводов (ГРС МГ) и автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях (АГНКС) содержат организационные, технические и технологические требования по организации безопасности производства, выполнение которых является обязательным для всех предприятий, производящих и перевозящих СПГ, при проектировании и эксплуатации комплексов по производству, хранению и выдаче СПГ.

Для обеспечения безопасной эксплуатации такого топлива необходимо располагать качественными и количественными методами оценки и сравнения каждого вида опасности. Качественная и количественная оценка, т.е. определение вида и степени опасности, позволяет провести сравнительный анализ сконденсированного топлива по критериям опасности, и в перспективе формализовать задачу выбора технических средств и методов безопасной эксплуатации топливных систем, использующих СПГ, а также его хранения и транспортировки.

Требования к кандидатам на получение Сертификата технической подготовленности обслуживанию самолета предъявляются по тем характеристикам, которые непосредственно влияют на обеспечение безопасности полетов и на выполнение производственных заданий в установленные сроки.

К ним относятся:

А - возраст;

Б - психофизическая способность выполнять предстоящую работу;

В - базовая подготовка (вуз, училище, техникум, профтехучилище и т.п.);

Г - специальная подготовка для работы на данном виде воздушного судна или AT, знание конкретной авиационной техники, назначения и содержания её технического обслуживания, технологии выполнения и контроля качества работ на ней, применяемого оборудования;

Д - умение выполнять работы, предусмотренные функциями, право на осуществление которых представляет запрашиваемый Сертификат;

Е - общий опыт работы на авиационной технике.

Как показал анализ требований по безопасной эксплуатации самолета Ту-154 при заправке и хранении топлива (СПГ), инженерно-технический персонал ИАС должен знать особенности применения этого вида топлива.

ЛИТЕРАТУРА

1. Альтернативные виды авиационного топлива / Материалы совещания по международной авиации и изменению климата. Документ ИКАО HLM-ENV/09-WP/9.- Монреаль, 10.08.09.

2. www.tupolev.ru Криогенная техника.

3. Правила безопасности при производстве, хранении и выдаче сжиженного природного газа (СПГ) на газораспределительных станциях магистральных газопроводов (ГРС МГ) и автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях (АГНКС) ПБ 08-342-00.

ANALYSIS EXPERIENCE OF ALTERNATIVE FUELS ON AIRCRAFT

In article the technique of carrying out of expert estimations of activity of aviation enterprise of the civil aircraft directed on increase of level of safety of flights is presented.

Key words: increase of level of safety of flights, questioning, aviation enterprises, expert estimations.

Саргсян Давид Робертович, 1982 г.р., окончил МГТУ ГА (2010), аспирант МГТУ ГА, автор 2 научных работ, область научных интересов - безопасность полетов, альтернативное топливо, ремонт и модернизация ВС.