Перспективи використання роторно-поршневих двигунів в енергетичних установках акумулювання електричної енергії

Митрофанов, О. С. Перспективи використання роторно-поршневих двигунів в енергетичних установках акумулювання електричної енергії = Perspective for the use of rotary-piston engines in power plants for electric energy accumulation / О. С. Митрофанов // Зб. наук. пр. НУК. – Миколаїв : НУК, 2020. – № 1 (479). – С. 35–41.Анотація. Мета – аналіз та розробка перспективних схем енергетичних установок акумулювання електричної енергії за рахунок стиснутого повітря, а також оцінка можливості використання роторно-поршневих двигунів у їх складі. Методика. Розробка принципової схеми енергетичної установки акумулювання стиснутого повітря реалізується за допомогою методів аналізу та узагальнення. Дослідження ефективності застосування роторно-поршневих двигунів нової конструкції у складі схем акумулювання енергії виконується за допомогою методу математичного моделювання. Результати. Проаналізовано сучасний стан та перспективні напрями розвитку систем акумулювання надлишкового електричного струму, отриманого внаслідок використання ВДЕ. Як перспективний метод виділено спосіб акумулювання енергії у вигляді стиснутого повітря. Узагальнено переваги та недоліки різних схем, а також обрано напрям підвищення ефективності. Розроблено принципові схеми (діабатичну та адіабатичну) енергетичних установок акумулювання енергії малої потужності за рахунок стиснутого повітря із застосуванням роторно-поршневих двигунів. Номінальна ефективна потужність енергетичної акумуляторної установки становить 11 кВт, тривалість розрядження акумулятора до мінімального значення тиску – 24 год., робочий тиск системи живлення роторно-поршневого двигуна 0,8…2,0 МПа. Проаналізовано та наведено у вигляді індикаторної діаграми вплив підігріву робочого тіла перед розширенням на змінення індикаторної роботи циклу. Встановлено, що підігрів робочого тіла за рахунок використання акумульованого тепла стиснення дає змогу підвищити потужність двигуна на 12,5 %. Визначено мінімальний об’єм акумулятора стиснутого повітря для адіабатичної схеми акумулювання та тиску зберігання 20 МПа, який становить 38 м3. Установлено та подано у вигляді поверхні залежність змінення мінімального об’єму акумулятора від температури підігріву робочого тіла перед двигуном і тиску зберігання в акумуляторі. Наукова новизна. Дана оцінка ефективності застосування роторно-поршневих двигунів нової конструкції у складі системи акумулювання енергії у вигляді стиснутого повітря. Проаналізовано вплив використання тепла стиснення для підвищення температури робочого тіла на ефективність енергоперетворення в роторно- поршневому двигуні. Практична значимість. Подано практичні рекомендації щодо вибору принципу роботи та проєктування енергетичних установок акумулювання енергії малої потужності на базі роторно-поршневих двигунів нової конструкції.Abstract. Purpose – analysis and development of promising schemes of power plants for electric energy storage due to compressed air, as well as assessment of the possibility of using rotary piston engines in their composition. Methodology. The development of a schematic diagram of a power plant for the storage of compressed air is carried out using analysis and generalization methods. A study of the efficiency of the use of rotary piston engines of a new design as part of energy storage schemes is carried out using the method of mathematical modeling. Results. The current state and perspective directions of development of systems for accumulation of excess electric current obtained as a result of using renewable energy sources are analyzed. As a promising method, a method of energy storage in the form of compressed air is allocated. The advantages and disadvantages of various schemes are generalized, and the direction of increasing efficiency is also chosen. Schematic diagrams of (diabetic and adiabatic) power plants of low power energy storage due to compressed air using rotary piston engines have been developed. The rated effective power of the energy storage system is 11 kW; the duration of the battery discharge to a minimum pressure value is 24 hours; the working pressure of the power system of the rotary piston engine is 0.8...2.0 MPa. The influence of heating of the working fluid before expansion on the change in the indicator work of the cycle is analyzed and presented in the form of an indicator diagram. It was found that heating the working fluid through the use of accumulated heat of compression allows to increase engine power by 12.5 %. The minimum compressed air accumulator volume was determined for an adiabatic accumulation scheme and storage pressure of 20 MPa, which is 38 m3. The dependence of the change in the minimum battery volume on the temperature of heating the working fluid in front of the engine and the storage pressure in the battery was established and presented as a surface. Scientific novelty. This assessment of the efficiency of using rotary piston engines of a new design as part of the energy storage system in the form of compressed air. The influence of the use of compression heat to increase the temperature of the working fluid on the efficiency of energy conversion in a rotary piston engine is analyzed. Practical relevance. Practical recommendations are given on the selection of the operating principle and the design of low-power energy storage power plants based on the new design of rotary piston engines

Стенд для випробування та дослідження роторно-поршневих двигунів

Митрофанов, О. С. Стенд для випробування та дослідження роторно-поршневих двигунів = Stand for test and research of rotor-piston engines / О. С. Митрофанов // Зб. наук. пр. НУК. – Миколаїв : НУК, 2019. – № 1 (475). – С. 51–57.Розглянуто конструкцію та основні параметри дослідного зразка роторно-поршневого розширювального двигуна 12РПД-4,4/1,75. Конструкція двигуна забезпечує легкий пуск при будь-якому положенні вихідного вала відбору потужності, а також завдяки наявності центрального регулюючого кулачкового вала дає можливість регулювати режими роботи за рахунок зміни кута початку впуску робочого тіла (ступеня наповнення циліндра, значення якого знаходиться у межах 0,135…0,175). Завдяки рівномірно розміщеним два¬надцятьом циліндрам та малому значенню відношення ходу поршня до діаметра циліндра (S/D = 0,4) роторно-поршневий двигун має високу врівноваженість, є більш компактним і легким, має мінімальні втрати тиску при впуску й незначний протитиск на випуску. Запропонована конструкція механізму руху забезпечує відсутність теоретичного шкідливого мертвого об’єму, при цьому значення відносного мертвого об’єму становить лише 0,015 та зумовлене технологічними щілинами. Спроєктований роторно-поршневий двигун 12РПД-4,4/1,75 більш дешевий і технологічний у виготовленні, малошумний, надійний і простий в експлуатації та обслуговуванні, має підвищений механічний і ефективний ККД за рахунок зменшення сил тертя сполучних елементів та витоків робочого тіла, а також високий ступінь рівномірності обертання й рівномірний крутний момент. На базі машинобудівного підприємства ТОВ «Мотор-Плюс» спільно із Центром перспективних енергетичних технологій Національного університету кораблебудування розроблено та виготовлено експериментальний стенд на основі дослідного зразка роторно-поршневого двигуна 12РПД-4,4/1,75, а також систему вимірювання й фіксації даних. Подано загальну схему та опис роботи експериментального стенда й системи вимірювання. Стенд дозволяє визначати основні параметри робочого процесу, а також змінення ефективних показників залежно від режиму роботи та параметрів робочого тіла на вході в двигун. Це дасть змогу вдосконалити запропоновану конструкцію, а також отримати необхідні дані для проєктування та розрахунку перспективних двигунів.The design and main parameters of the prototype rotary piston expansion engine 12RPD-4,4/1,75 are considered. The engine design provides easy start-up at any position of the power take-off output shaft, and also due to the presence of a central control cam shaft, it makes it possible to adjust the operating modes by changing the angle of start of the inlet of the working fluid (cylinder filling value, which is in the range 0,135... 0,175) Due to the evenly spaced twelve cylinders and a small value, the ratio of the stroke of the piston to the diameter of the cylinder (S/D = 0,4) rotary piston engine has a high balance, more compact and lightweight, has minimal pressure loss at the inlet and slight backpressure at the outlet. The proposed design of the movement mechanism ensures the absence of theoretical harmful dead volume, while the relative dead volume is only 0,015 and is due to technological gaps. The designed 12RPD- 4,4/1,75 rotary piston engine is cheaper and more technologically advanced to manufacture, low noise, reliable and easy to operate and maintain, has a high mechanical and effective efficiency due to the reduction of the friction forces of the connecting elements and leaks of the working fluid, and also a high degree of uniformity of rotation and uniform torque. On the basis of the machine-building enterprise Motor Plus LLC, together with the Center for Advanced Energy Technologies of the National University of Shipbuilding, an experimental stand was developed and manufactured on the basis of a prototype 12RPD-4,4/1,75 rotary piston engine, as well as a data measurement and recording system. The general scheme and description of the operation of the experimental stand and measurement system is presented. The stand allows you to determine the basic parameters of the working process, as well as changing effective indicators depending on the operating mode and parameters of the working fluid at the engine inlet. This will further improve the proposed design, as well as obtain the necessary data for the design and calculation of promising engines

Research of influence of operating process parameters on effective indicators of rotor-piston engine

Митрофанов, О. С. Дослідження впливу параметрів робочого процесу на ефективні показники роторно-поршневого двигуна = Research of influence of operating process parameters on effective indicators of rotor-piston engine / О. С. Митрофанов // Shipbuilding & Marine Infrastructure. – 2020. – № 1 (13). – С. 75–88.Анотація. Мета. Дослідження впливу параметрів робочого циклу та робочого тіла на ефективні показники роторно-поршневого двигуна. Методика. Мета дослідження реалізується методом математичного моделювання з використанням розробленої програми розрахунку робочого циклу роторно-поршневого двигуна. Результати. Розглянуто вплив таких параметрів, як відносний мертвий об’єм і ступінь наповнення на змінення ефективних показників роторно-поршневого двигуна 12РПД-4,4/1,75. Значення цих параметрів прямо залежать від конструкції системи газообміну, її складності й точності виготовлення. Розглянутий роторно-поршневий двигун має конструктивно просту золотникову схему газообміну, однак вона дає змог здійснювати регулювання експлуатаційних режимів роботи двигуна не тільки за рахунок змінення параметрів робочого тіла на вході (тиску й температури), а й за допомогою зміни ступеня наповнення, що є більш продуктивним.Abstract. Purpose. The study of the influence of the parameters of the working cycle and the working fluid on the effective performance of a rotary piston engine. Methodology. The purpose of the study is realized by mathematical modeling using the developed program for calculating the duty cycle of a rotary piston engine. Results. The influence of parameters such as relative dead volume and degree of filling on the change in the effective performance of the 12RPD-4.4/1.75 rotary piston engine is considered. The value of these parameters directly depends on the design of the gas exchange system, its complexity and manufacturing accuracy. The considered rotary piston engine has a structurally simple spool gas exchange scheme, however, it allows regulating the operating modes of the engine not only by changing the parameters of the working fluid at the inlet (pressure and temperature), but also by changing the degree of filling, which is more productive. In the proposed design of a rotary piston engine, the value of the relative dead volume can be provided at the level of 0.015, which is a fairly high indicator, and the value of the degree of filling can vary significantly. Indicator diagrams of the operation of a rotary piston engine with a constant gas pressure at the inlet (the same operating mode) and a variable value of the relative dead volume and degree of filling are shown. With a value of the working fluid pressure at the engine inlet of 2 MPa, a decrease in meter volume by 20% leads to an increase in the maximum cycle pressure and indicator work (increase in the area of the indicator diagram), as well as to an increase in the effective engine power by 22% with a decrease in the effective flow rate of the working fluid by 27.7%. Dependences of changes in the effective performance of a rotary piston engine versus changes in the pressure of the working fluid at the engine inlet are presented for various values of the relative dead volume and degree of filling. So, the increase in the effective engine power occurs almost in proportion to the increase in the pressure of the working fluid at the inlet (with an increase in pressure by 42%, the increase in the effective engine power is about 41%). Scientific novelty. The dependences of the influence of parameters such as relative dead volume, degree of filling and pressure of the working fluid in the inlet receiver on the change in the effective performance of a rotary piston engine of a fundamentally new design are analyzed and presented. Practical relevance. It has been determined that an effective way to regulate the operating modes of a rotary piston engine is to change the degree of filling. A decrease in the degree of filling has a positive effect on the specific effective consumption of the working fluid with a slight decrease in the effective engine power. So compared with a decrease in effective power, the effective flow rate of the working fluid is reduced 4.2 times more. Therefore, given this, ensuring a change in the degree of filling in the widest possible range is mandatory when designing new rotary piston engines

Mathematical model of the operating cycle of a rotor-piston engine

Митрофанов, О. С. Математична модель робочого циклу роторно-поршневих двигунів = Mathematical model of the operating cycle of a rotor-piston engine / О. С. Митрофанов // Shipbuilding & Marine Infrastructure. – 2019. – № 1 (11). – С. 58–65.Анотація. Розглянуто основні процеси та параметри робочого циклу роторно-поршневого двигуна нової конструкції, який може використовуватися в суднових енергетичних установках (наприклад, як детандер-генератор на суднах-газовозах). Проаналізовані та сформульовані основні припущення при математичному моделюванні. Наведено в диференціальній формі основні рівняння робочого циклу роторно-поршневого двигуна нової конструкції. Математична модель робочого циклу, побудована на базі фундаментальних рівнянь термодинаміки, газової динаміки, тепло- та масообміну, є адекватною та відображає основні процеси, що проходять у робочому циліндрі, оскільки в ній враховані основні особливості нової конструкції. Насамперед, у моделі було враховано особливості будови механізму руху (математичний опис закону переміщення поршня залежно від обертального руху вихідного вала), конструкцію органів газообміну, а також організацію та регулювання процесів газообміну (наприклад, через такі параметри, як порівняний мертвий об’єм, ступені наповнення й зворотного стиснення), що має значний вплив на ефективність енергоперетворення енергії стиснутого робочого тіла.Abstract. The main processes and operating cycle parameters of a new design rotary piston engine that can be used in marine power plants (for example, as an expander generator on gas carriers) are considered. The basic assumptions in mathematical modeling are analyzed and formulated. I presented in differential form the basic equations of the duty cycle of a new design rotary piston engine. The mathematical model of the working cycle is based on the fundamental equations of thermodynamics, gas dynamics, heat and mass transfer is adequate and reflects the main processes in the working cylinder as it takes into account the main features of the new design. First of all, the model took into account the structural features of the movement mechanism (a mathematical description of the law of piston movement depending on the rotational motion of the output shaft), the design of gas exchange organs, and the organization and regulation of gas exchange processes (for example, through parameters such as relative dead volume, degrees filling and reverse compression), which have a significant impact on the energy conversion efficiency of the energy of a compressed working fluid. Thus, the working cycle model of a rotary piston engine allows one to calculate and study engine operating parameters in a rather wide range of operating modes, to optimize to achieve the highest energy conversion efficiency of compressed working fluid, and also makes it possible to conduct an initial assessment of engine performance as part of or another power plant at the design stage. The calculation of the duty cycle of a rotary piston engine and its main operating parameters are obtained. As an example of calculation, indicator diagrams are shown in expanded and collapsed form, as well as graphical dependences of the change in the indicator specific consumption of the compressed working fluid and indicator efficiency on the pressure value at the engine inlet. The data presented indicate that an increase in the pressure of the working fluid at the engine inlet, as well as regulation of the degree of filling, leads to an improvement in the effective performance of a rotary piston engine, which does not contradict the known experimental data of piston expansion machines with a classic crank mechanism

Increasing energy efficiency of natural gas reduction due to use of rotary piston engines

Mytrofanov, O. S. Increasing energy efficiency of natural gas reduction due to use of rotary piston engines = Підвищення енергоефективності редукування природного газу завдяки використанню роторно-поршневих двигунів / O. S. Mytrofanov, A. Yu. Proskurin // Зб. наук. пр. НУК. – Миколаїв : НУК, 2020. – № 3 (481). – С. 40–47.Анотація. Мета. Оцінка ефективності застосування роторно-поршневих двигунів нової конструкції як утилізатора енергії надлишкового тиску природного газу під час його редукування в газотранспортних та газорозподільних системах. Методика. Для дослідження процесів утилізації енергії надлишкового тиску природного газу під час його редукування в газотранспортних та газорозподільних системах із використанням роторно-поршневих розширювальних машин нової конструкції доцільно використовувати метод математичного моделювання. Математична модель ураховує основні особливості нової конструкції розширювальної машини та є адекватною, оскільки досить точно відображає основні процеси в робочому циліндрі. Результати. Дослідження ефективності утилізації енергетичного потенціалу стиснутого природного газу виконано для автоматизованої газорозподільної станції, розрахованої на живлення одного споживача типорозміру ГРС-5 (номінальна витрата природного газу становить 5 000 Нм3/ч, тиск на вході – 1,2…5,5 МПа, на виході – 0,003…1,2 МПа). Запропоновано принципову схему автоматизованої газорозподільної станції з використанням утилізаційних детандер-генераторів електричного струму. Як розширювальна машина використовується роторно-поршневий двигун 20 РПД-7,5/5,89, який завдяки своїй конструкції об’єднує переваги детандерів об’ємної й кінетичної дії, ефективно працює за різних параметрів робочого тіла. Це дозволяє розширити межі застосування детандерів і уніфікувати обладнання. Детандер-генератори розміщуються в пункті редукування паралельно основній та резервній нитці редукування природного газу, що дає змогу оптимізувати роботу газорозподільної станції на всіх експлуатаційних режимах (значення тиску та витрати природного газу). Так, залежно від тиску (1,2…5,5 МПа) та витрати (5 500…2200 Нм3/год) природного газу ефективна потужність роторно-поршневого двигуна становить 132…29 кВт. Завдяки своїм конструктивним особливостям (відсутність мертвого об’єму, можливість регулювання фаз газорозподілу та режимів роботи двигуна завдяки ступеню наповнення циліндра) роторно-поршневий двигун 20 РПД-7,5/5,89 забезпечує високі показники питомої ефективної витрати природного газу. Так, залежно від режиму роботи детандер-генератора витрати природного газу змінюються і межах 34,4…56,7 кг/кВт∙год. Наукова новизна. Індикаторні діаграми за різних значень тиску природного газу на вході в роторно-поршневий двигун. Подано залежності зміни ефективних і експлуатаційних показників детандер-генераторної енергетичної установки. Практична значимість. Проведена оцінка об’ємів утилізованої енергії стиснутого природного газу для автоматизованої газорозподільної станції із середньою місячною витратою 0,6…3,3 мільйони м3. Щомісячна генерація енергії залежно від витрати становить від 9 до 89 МВт.Abstract. Purpose. Evaluate the efficiency of using a new design rotary piston engine as a utilizer of natural gas excess pressure energy during its reduction in gas transportation and gas distribution systems. Method. To study the processes of energy utilization of excess pressure of natural gas during its reduction in gas transportation and gas distribution systems using rotary piston expansion machines of a new design, it is advisable to use the method of mathematical modeling. The mathematical model takes into account the main features of the new design of the expansion machine and is adequate, since it accurately reflects the main processes occurring in the working cylinder. Results. A study of the efficiency of utilization of the energy potential of compressed natural gas is carried out for an automated gas distribution station designed to power one consumer of GDS-5 frame size (nominal consumption of natural gas is 5 000 Nm3/h, inlet pressure is 1,2...5,5 MPa, outlet pressure is 0,003...1,2 MPa). A schematic diagram of an automated gas distribution station using utilization expander generators of electric current is proposed. 20 RPD-7.5/5.89 rotary piston engine is used as an expansion machine, which, due to its design, combines the advantages of volumetric and kinetic expanders and, accordingly, effectively operates at various parameters of the working fluid. This allows to expand the scope of the expander application and unify the equipment. Expander-generators are placed in the reduction point parallel to the main and reserve natural gas reduction lines, which allows to optimize the operation of the gas distribution station in all operating modes (pressure and consumption rates of natural gas). So, depending on pressure (1,2...5,5 MPa) and flow (5 500...2 200 Nm3/h) of natural gas, the effective power of the rotary piston engine is 132...29 kW. Due to its design features (no dead volume, the ability to adjust the valve timing and engine operating modes due to the degree of cylinder filling) 20 RPD-7.5/5.89 rotary piston engine provides high specific effective consumption of natural gas. So, depending on the operating mode of the expander generator, the consumption of natural gas varies between 34,4...56,7 kg/kW∙h. Scientific novelty. Indicator diagrams are given for different values of pressure of natural gas at the inlet to the rotary piston engine. The dependences of changes in the effective and operational parameters of the expander-generator power plant are given. Practical importance. The volumes of utilized energy of compressed natural gas for an automated gas distribution station with an average monthly flow rate of 0,6...3,3 million m3 were estimated. The monthly energy generation, depending on the consumption, ranges from 9 to 89 MW

Experimental study of the influence of the degree of filling on the effective indicators of a rotary piston engine

Mytrofanov, O. S. Experimental study of the influence of the degree of filling on the effective indicators of a rotary piston engine = Експериментальні дослідження впливу ступеня наповнення на ефективні показники роторно-поршневого двигуна / O. S. Mytrofanov, A. Yu. Proskurin // Зб. наук. пр. НУК. – Миколаїв : НУК, 2020. – № 4 (482). – P. 29–35.Анотація. Метою статті є дослідження впливу ступеня наповнення робочого циліндра на енергетичні та економічні показники роторно-поршневого пневмодвигуна. Методика. Характеристики зміни показників роботи роторно-поршневого пневмодвигуна від ступеня наповнення виконано методом фізичного моделювання, який у випадку дослідження нових зразків технічних систем є більш точним і достовірним. Метод фізичного моделювання дозволив отримати характеристики роботи в реальних умовах експлуатації з урахуванням усіх конструктивних особливостей дослідного зразка пневмодвигуна. Результати. Проаналізовано результати експериментальних досліджень із регулювання режимів експлуатації роторно-поршневого пневмодвигуна 12РПД-4,4/1,75 за рахунок зміни ступеня наповнення. Наведено експериментальні залежності зміни енергетичних та економічних показників від ступеня наповнення робочого циліндра. Так, на режимі Ps = 0,7 МПа та n = 1550 об/хв збільшення ступеня наповнення у 2,4 рази дозволяє підвищити ефективну потужність роторно-поршневого пневмодвигуна у 1,9 разів, а на режимі Ps = 0,5 МПа і n = 1200 об/хв збільшення ε1 удвічі підвищує Ne у 1,5 рази. Тому регулювання ε1 є ефективним способом зміни режиму навантаження пневмодвигуна. Визначено, що на всіх експлуатаційних режимах при фіксованих значеннях обертів роторно-поршневого пневмодвигуна ступінь наповнення робочого циліндра також впливає на зміну ефективної витрати стиснутого повітря. Так, на режимі Ps = 0,7 МПа та n = 1550 об/хв збільшення ступеня наповнення у 2,4 рази призводить до зростання питомої ефективної витрати стиснутого повітря у 1,12 рази, а на режимі Ps = 0,5 МПа і n = 1200 об/хв збільшення ε1 удвічі збільшує ge у 1,11 разів. Експериментально встановлено, що збільшення ступеня наповнення сприяє підвищенню опору випускної системи роторно-поршневого пневмодвигуна. В умовах проведення експерименту значення опору випускної системи для всього діапазону зміни ε1 не перевищувало 0,075 МПа та було досить низьким показником. Наукова новизна. На базі проведених експериментальних досліджень дослідного зразка роторно-поршневого пневмодвигуна виконано оцінку ефективності регулювання експлуатаційних режимів шляхом зміни ступеня наповнення робочого циліндра. Практична значимість. Отримані рекомендації щодо регулювання експлуатаційних режимів дослідного зразка роторно-поршневого пневмодвигуна 12РПД-4,4/1,75 шляхом зміни ступеня наповнення робочого циліндра. Це дозволить у процесі експлуатації пневмодвигуна забезпечувати задану потужність за мінімальних витрат стиснутого повітря.Abstract. Study of the influence of the degree of filling of the working cylinder on the energy and economic indicators of a rotary piston air engine. Methods. The characteristics of the change in the performance indicators of a rotary piston air engine depending on the degree of filling are performed by the method of physical modeling, which, in the case of studying new samples of technical systems, is more accurate and reliable. The method of physical modeling made it possible to obtain the characteristics of work in real operating conditions, taking into account all the design features of the prototype of the air engine. Results. The results of the experimental studies on the regulation of operating modes of the 12RPD-4,4/1,75 rotary piston air engine by changing the degree of filling are analyzed. Experimental dependences of changes in energy and economic indicators on the degree of filling of the working cylinder are presented. So, in the mode Ps = 0,7 MPa and n = 1550 rpm, an increase in the degree of filling by 2,4 times makes it possible to increase the effective power of the rotary piston air engine by 1,9 times, and in the mode Ps = 0,5 MPa and n = 1200 rpm an increase in ε1 by 2 times increases Ne by 1,5. According to the regulation, ε1 is an effective way to change the load mode of the air engine. It has been determined that in all operating modes at fixed values of the rotary piston air engine speed, the degree of filling of the working cylinder also affects the change in the effective consumption of compressed air. So, in the mode Ps = 0,7 MPa and n = 1550 rpm, an increase in the degree of filling by 2,4 times leads to an increase in the specific effective consumption of compressed air by 1,12 times, and in the mode Ps = 0,5 MPa and n = 1200 rpm, an increase in ε1 by a factor of 2 increases ge by 1,11. It has been experimentally proved that an increase in the degree of filling contributes to an increase in the resistance of the exhaust system of a rotary piston air engine. Under the conditions of the experiment, the value of the exhaust system resistance, for the entire range of ε1 variation, did not exceed 0,075 MPa and is a fairly low indicator. Scientific novelty. On the basis of the carried out experimental studies of a prototype of a rotary piston air engine, the efficiency of regulation of operating conditions by changing the degree of filling of the working cylinder was evaluated. Practical importance. Recommendations were obtained for regulating the operating conditions of the prototype of the 12RPD-4,4/1,75 rotary piston air engine by changing the degree of filling of the working cylinder. This will make it possible to provide the specified power during the operation of the air engine with minimal consumption of compressed air

Експериментальні дослідження дослідного зразка роторно-поршневого двигуна транспортної гібридної енергетичної установки

Mytrofanov, O. S. Experimental research of the prototype of the rotary-piston engine of the transport hybrid power plant = Експериментальні дослідження дослідного зразка роторно-поршневого двигуна транспортної гібридної енергетичної установки / O. S. Mytrofanov, A. Yu. Proskurin, A. S. Poznanskyi // Shipbuilding & Marine Infrastructure. – 2020. – № 2 (14). – P. 38–45.Abstract. Aim. The purpose of the research is to experimentally determine the operational characteristics of a prototype rotary-piston air engine. Methodology. To determine the operational characteristics of the prototype rotary piston air engine, the method of physical modeling was used. The choice of the research method is primarily due to the design and working process of the air engine. The results obtained make it possible to supplement the mathematical model with empirical dependencies and coefficients to increase its accuracy, as well as to obtain practical recommendations for the operation and maintenance of an air engine of a new design. Results. The results of experimental researches of the prototype of the RPD-4.4/1.75 rotary-piston air engine are presented. Experimental studies were carried out without preheating the air at the inlet to the inlet receiver of the air engine, as well as without adjusting the engine operating modes due to the degree of cylinder filling, that is, the control cam was in the middle (neutral) position. The air pressure in the receiver of the air engine, depending on the established test mode, was 0.4, 0.6, and 0.8 MPa. The rotational speed of the central rotor of the air engine varied within 400...1400 rpm. Experimental dependences of changes in effective indicators (average effective pressure, effective power) and torque of a rotary-piston air engine on rotations for various values of air pressure in the intake receiver are given. The maximum effective power of the air engine at the nominal operating mode at an air pressure in the intake receiver of 0.8 MPa and a speed of 1400 rpm was 2.5 kW, and a torque of 17 N∙m. In this case, the maximum torque and average effective pressure are in the speed range n = 950...1200 rpm. The maximum torque value is 18.2 N∙m and the average effective pressure is 0.18 MPa. The dependences of the change in the temporary air consumption depending on the speed and load of the air engine are obtained. So, for the minimum value of air pressure in the inlet receiver of 0.4 MPa and depending on the load, the value of the temporary air flow is in the range of 25...141 kg/h, while for 0.8 MPa – 55...226 kg/h hour. It was found that when regulating the operating modes of the air engine by changing Ps, its optimal value until a power of 1.4 kW is reached is 0.4 MPa. A further increase in the air engine load requires a gradual increase in Ps. Scientific novelty. On the basis of experimental researches, an assessment of the effective and operational qualities of a prototype of the rotary-piston air engine of a new design was carried out. Practical significance. The operational characteristics of the prototype of the RPD-4.4/1.75 rotary-piston air engine were obtained, and the optimal ranges of variation of the main operational parameters of work were determined, at which the highest efficiency of the air engine was achieved.Анотація. Мета. Метою дослідження є експериментальне визначення експлуатаційних характеристик дослідного зразка роторно-поршневого пневмодвигуна. Методика. Для визначення експлуатаційних характеристик дослідного зразка роторно-поршневого пневмодвигуна використовувався метод фізичного моделювання. Вибір метода дослідження зумовлений, перш за все, особливостями конструкції та робочого процесу пневмодвигуна. Отримані результати дають змогу доповнити математичну модель емпіричними залежностями та коефіцієнтами для підвищення її точності, а також отримати практичні рекомендації щодо експлуатації та обслуговування пневмодвигунів нової конструкції. Результати. Наведено результати експериментальних досліджень дослідного зразка роторно-поршневого пневмодвигуна РПД-4,4/1,75. Експериментальні дослідження проводилися без попереднього підігріву повітря на вході у впускний ресивер пневмодвигуна, а також без регулювання режимів роботи двигуна за рахунок ступеня наповнення циліндра, тобто регулюючий кулачок знаходився в середньому (нейтральному) положенні. Тиск повітря в ресивері пневмодвигуна залежно від установленого режиму випробування становив 0,4, 0,6, та 0,8 МПа. Частота обертання центрального ротора пневмодвигуна змінювалася у межах 400–1400 об/хв. Подано експериментальні залежності змінення ефективних показників (середнього ефективного тиску, ефективної потужності) та крутного моменту роторно-поршневого пневмодвигуна залежно від його обертів для різних значень тиску повітря у впускному ресивері. Максимальна ефективна потужність пневмодвигуна на номінальному режимі роботи при тиску повітря у впускному ресивері 0,8 МПа та частоті обертів 1400 об/хв становила 2,5 кВт, а крутний момент – 17 Н∙м. При цьому максимум крутного моменту та середнього ефективного тиску знаходиться в діапазоні обертів n = 950–1200 об/хв. Максимальне значення крутного моменту становить 18,2 Н∙м, а середній ефективний тиск – 0,18 МПа. Отримано залежності змінення часової витрати повітря залежно від обертів та навантаження пневмодвигуна. Так, для мінімального значення тиску повітря у впускному ресивері 0,4 МПа та залежно від навантаження значення часової витрати повітря знаходиться у межах 25–141 кг/год, тоді як для 0,8 МПа – 55–226 кг/год. Встановлено, що при регулюванні режимів роботи пневмодвигуна шляхом зміни Ps, оптимальним його значенням до досягнення потужності в 1,4 кВт є 0,4 МПа. Подальше збільшення навантаження пневмодвигуна потребує плавного підвищення Ps. Наукова новизна. На базі експериментальних досліджень виконана оцінка ефективних та експлуатаційних якостей дослідного зразка роторно-поршневого пневмодвигуна нової конструкції. Практична значимість. Отримані експлуатаційні характеристики дослідного зразка роторно-поршневого пневмодвигуна РПД-4,4/1,75, а також визначені оптимальні діапазони зміни основних експлуатаційних параметрів роботи, при яких досягається найбільша ефективність роботи пневмодвигуна

Вплив добавки синтез-газу на швидкість наростання тиску при згорянні

The influence of the synthesis gas additive on the rate of pressure rise during combustion has been considered. The aim of the research is the study of the operation parameters of the engine with spark ignition using the synthesis gas additives to petrol. The performance of the engine with spark ignition and external mixture formation running on petrol with synthesis gas additives is experimentally studied. The experimental indicator diagrams, as well as the dependences of the rate of pressure rise at different synthesis gas additives are obtained. The influence of thesynthesis gas additive on the indicator engine performance is shown. The research results can be used to develop recommendations for the design of engines running on the petrol with synthesis gas additives. The determined regularities allow using the synthesis gas as an additive to petrol.Представлены результаты экспериментальных исследований работы двигателя с искровым зажиганием и внешним смесеобразованием при работе на бензине с добавками синтез-газа. Получены экспериментальные индикаторные диаграммы, а также зависимости скорости нарастания давления при разных добавках синтез-газа. Показано влияние добавки синтез-газа на индикаторную работу двигателя.Наведено результати експериментальних досліджень роботи двигуна з іскровим запалюванням і зовнішнім сумішоутворенням при роботі на бензині з додаванням синтез-газу. Отримано експериментальні індикаторні діаграми, а також залежності швидкості наростання тиску за різних додавань синтез-газу. Показано вплив додавань синтез-газу на індикаторну роботу двигуна

Влияние добавки синтез-газа на скорость нарастания давления при сгорании

Митрофанов, А. С. Влияние добавки синтез-газа на скорость нарастания давления при сгорании =Influence of the synthesis gas additive on the rate of pressure rise during combustion / А. С. Митрофанов, А. С. Познанский, А. Ю. Проскурин // Зб. наук. праць НУК. – Миколаїв НУК, 2015. – № 2 (458). – С. 52–56.Наведено результати експериментальних дослiджень роботи двигуна з iскровим запалюванням i зовнiшнiм сумiшоутворенням при роботi на бензинi з додаванням синтез-газу. Отримано експериментальнi iндикаторнi дiаграми, а також залежностi швидкостi наростання тиску за рiзних додавань синтез-газу. Показано вплив додавань синтез-газу на iндикаторну роботу двигуна.The influence of the synthesis gas additive on the rate of pressure rise during combustion has been considered. The aim of the research is the study of the operation parameters of the engine with spark ignition using the synthesis gas additives to petrol. The performance of the engine with spark ignition and external mixture formation running on petrol with synthesis gas additives is experimentally studied. The experimental indicator diagrams, as well as the dependences of the rate of pressure rise at different synthesis gas additives are obtained. The influence of the synthesis gas additive on the indicator engine performance is shown. The research results can be used to develop recommendations for the design of engines running on the petrol with synthesis gas additives. The determined regularities allow using the synthesis gas as an additive to petrol.Представлены результаты экспериментальных исследований работы двигателя с искровым зажиганием и внешним смесеобразованием при работе на бензине с добавками синтез-газа. Получены экспериментальные индикаторные диаграммы, а также зависимости скорости нарастания давления при разных добавках синтез-газа. Показано влияние добавки синтез-газа на индикаторную работу двигателя