Delist.ru

Система электрического пуска двигателя вездехода с молекулярным накопителем энергии (02.06.2009)

Автор: Евдокимов Евгений Вячеславович

АОТ – автомат обратного тока РСГ – реле стартер-генератора

ЯГ – якорь генератора П – преобразователь напряжения

ЯС – якорь стартера RK – нагрузка ПЭЭ корпуса

МНЭ – молекулярный накопитель RБ – нагрузка ПЭЭ потребителей.

электрической энергии

Рисунок 2. – Функциональная схема СЭП, реализующая пуск двигателя от аккумуляторных батарей совместно с молекулярными накопителями электрической энергии

В этом случае предполагается использовать свинцовые стартерные АБ.

Достоинство данного варианта СЭП – максимальная унификация с серийной СЭП, продление срока службы АБ за счет снятия нагрузок по току.

С помощью методического подхода к технико-экономическому обоснованию целесообразности применения молекулярных накопителей электрической энергии в СЭП вездеходов, предложенного в работе, получены результаты, анализ которых показал:

а) Габаритный объем МНЭ в составе КИЭЭ соизмерим с габаритным объемом серийных 24-х вольтовых АБ (габаритный объем установленных в машине МНЭ марки МНЭ-200/24 на 50% превышает габаритный объем АБ типа 12СТ-85РМ, а габаритный объем установленных в вездеходе МНЭ марки ЭК402.2-120-28/16-0,006 на 6% меньше габаритного объема АБ типа 12СТ-85РМ), что предполагает применение МНЭ на вездеходах в составе КИЭЭ при температурах окружающей среды до минус 45°С.

б) По результатам оценки стоимостных показателей КИЭЭ установлено, что стоимость КИЭЭ с МНЭ марки МНЭ-200/24 и 20ЭК402.2-120-28/16-0,006 снижается на 11% и 9% соответственно при сроке службы АБ 7,5...10 лет, что является существенным.

в) По стоимостным показателям лучшим является КИЭЭ с МНЭ марки МНЭ-200/24,

г) КИЭЭ с МНЭ марки МНЭ-200/24 по стоимости в два раза дороже АБ, однако они обеспечивают холодные прокрутки двигателя марки В-84 до температуры минус 45°С.

КИЭЭ, состоящий из МНЭ и 24-х вольтовых АБ, обеспечивает холодный пуск двигателя марки В-84 при температуре минус 35°С.

д) ИЭЭ, состоящие из четырех МНЭ, при заряде их до 36 В по своим объемно-массовым показателям соизмеримы с ИЭЭ, состоящим из 4-х АБ марки 12CT-85PM, однако их стоимости в 5...25 раз выше стоимости серийных АБ (стоимость серийных АБ – 32 тыс. руб., стоимость ИЭЭ, состоящих из 4-х МНЭ составляет 157 тыс. руб., 455 тыс. руб. и 849 тыс. руб. в зависимости от типа МНЭ). Самый дешевый – МНЭ марки МНЭ-200/24.

По результатам расчета с использованием модели функционирования СЭП установлено, что ИЭЭ, состоящий из 4-х МНЭ марки МНЭ-200/24 с суммарной емкостью 832 Ф обеспечивает прокрутки разогретого двигателя марки В-84 длительностью до 5 с. При этом стоимость такого ИЭЭ составляет 24,8 тыс. руб., что на 33 % ниже стоимости ИЭЭ, состоящего из 4-х АБ типа 12СТ-85РМ.

Таким образом, МНЭ марки МНЭ-200/24 целесообразно использовать в составе внешних систем электрического пуска при температуре воздуха до минус 30°С.

Основные результаты и выводы.

Одним из путей решения проблемы эффективного пуска двигателей гусеничных вездеходов при низких температурах воздуха является применение в составе СЭП ДВС молекулярных накопителей электрической энергии, которые стартерном режиме разряда при температуре электролита минус 30°С по удельной мощности существенно превосходят (на 25...30 %) лучшие мировые аналоги свинцовых стартерных аккумуляторных батарей.

Проведенный анализ работ в исследуемой области показал, что существующий теоретический и методический аппарат обеспечивает оценку СЭП только с традиционным составом источников электрической энергии (автономный энергоагрегат и аккумуляторные батареи) и не учитывает особенности систем электроснабжения с молекулярными накопителями электрической энергии. Существующие методики по оценке СЭП и аккумуляторных батарей рассчитаны в основном на оценку качества функционирования указанных изделий и не обеспечивают оценку эффективности систем электроснабжения, включая источники электрической энергии.

В диссертации разработан методический подход к оценке МНЭ, который базируется на применении концепции пригодности и критерия «эффективность-стоимость». Для реализации методического похода в работе предложены критерии пригодности вспомогательного источника электрической энергии (по средней мощности в стартерном режиме разряда, по максимальной запасаемой энергии, по объему, по массе, по ресурсу и стоимости) и методы определения показателей, на которых они базируются; обоснован критерий эффективности систем электроснабжения и вспомогательного источника электрической энергии по минимальной пусковой частоте вращения коленчатого вала двигателя при температуре минус 45°С; предложен критерий «эффективность-стоимость» для выбора лучшего типа вспомогательного источника электрической энергии и разработана методика оценки эффективности системы электрического пуска с молекулярными накопителями энергии двигателя вездехода

Разработанная методика оценки эффективности обеспечивает:

выявление особенностей работы электрического стартера при прокрутках поршневого ДВС от МНЭ с определением его параметров;

обоснование требуемого уровня напряжения на клеммах молекулярных накопителей электрической энергии при прокрутках коленчатого вала поршневого двигателя электрическим стартером в максимальном режиме;

определение КПД источников электрической энергии с МНЭ;

определение температуры холодной прокрутки коленчатого вала поршневого двигателя в зависимости от типа масла;

определение момента сопротивления проворачиванию коленчатого вала поршневого двигателя в зависимости от температуры и типа масла с использованием стартерных характеристик.

Экспериментальными и расчетными методами были получены основные характеристики молекулярных накопителей электрической энергии:

изменение силы тока молекулярных накопителей электрической энергии при разряде на нагрузку 0,04 Ома при различных температурах электролита;

изменение напряжения на клеммах молекулярных накопителей электрической энергии при разряде на нагрузку 0,04 Ома при различных температурах электролита;

внутренне сопротивление молекулярных накопителей электрической энергии при различных температурах электролита;

емкость молекулярных накопителей электрической энергии при различных температурах электролита;

массогабаритные характеристики молекулярных накопителей электрической энергии.

По результатам сопоставительного анализа и качественной оценки МНЭ установлено:

1. Длительность разряда в стартерном режиме разряда при температуре электролита минус 30°С и объемно-массовым показателям МНЭ соизмеримы с серийными свинцовыми стартерными аккумуляторными батареями;

2. По удельной мощности в стартерном режиме разряда при температуре электролита минус 30°С молекулярные накопители электрической энергии на 25...85 % превосходят лучшие мировые аналоги свинцовых стартерных аккумуляторных батарей;

3. Значение обобщенного показателя качества МНЭ, характеризующего их энергетические свойства, позволяет сделать вывод о возможности замены свинцовых стартерных АБ в стартерном режиме разряда МНЭ.

В частности, результаты экспериментальных исследований СЭП с молекулярными накопителями электрической энергии показали, что источник электрической энергии, состоящий из 4-х МНЭ марки МНЭ-140/28 обеспечивает эффективный холодный пуск двигателя марки В-84 при температуре 5°С и обеспечивает холодную прокрутку двигателя марки В-84 без подачи топлива длительностью до 5 секунд.

Таким образом, молекулярные накопители электрической энергии выполняют функции свинцовых стартерных аккумуляторных батарей в стартерном режиме разряда и могут использоваться в составе СЭП взамен аккумуляторных батарей. Кроме того, возможна унификация МНЭ и свинцовых стартерных аккумуляторных батарей по установочным, габаритным и присоединительным размерам.

Оценка адекватности математической модели функционирования системы электрического пуска с молекулярными накопителями электрической энергии проводилась по критерию несовпадения Тейла. Значение коэффициента несовпадения Тейла UT близко к нулю, UT = 0,057, что позволяет сделать вывод об адекватности математической модели функционирования системы электрического пуска с молекулярными накопителями электрической энергии гусеничного вездехода.

загрузка...