Виконано теоретичний аналіз експлуатаційних показників суднового двухтактного дизеля, працюючого по гвинтовий характеристиці, в широкому діапазоні режимів. зниження навантаження дизеля викликає зменшення коефіцієнта надлишку повітря для горіння, що є характерним для двотактних дизелів з відносно високим тиском наддуву. Для управління витратою повітря пропонується використовувати регульований соплової апарат в складі турбіни турбонаддувочного агрегату. При зміні кута установки лопаток регульованого соплового апарату шляхом їх повороту проводилося вплив на характеристики турбіни, компресора і на експлуатаційні показники дизеля відповідно. Зі зменшенням кута установки лопаток соплового апарату знижується ефективна площа прохідного перетину турбіни турбонаддувочного агрегату. Це викликає збільшення тиску газу перед турбіною і, як наслідок, підвищення потужності турбіни і компресора. При цьому зростають тиск наддуву і розташовується робота повітряного заряду циліндра. Двигун працює з великим коефіцієнтом надлишку повітря для горіння і підвищеною економічністю. Наведено результати порівняльного аналізу експлуатаційних показників дизеля, викликаних поворотом лопаток регульованого соплового апарату і початкового варіанту, в якому кут установки лопаток соплового апарату залишався незмінним. Кут повороту лопаток соплового апарату підбирався таким чином, щоб забезпечити незмінним коефіцієнт надлишку повітря для горіння на всіх досліджуваних режимах роботи дизеля. Проведені дослідження підтвердили помітне поліпшення експлуатаційних показників двухтактного дизеля на режимах часткових навантажень при використанні регульованого соплового апарату турбонаддувочного агрегату.

Анотація наукової статті з механіки і машинобудування, автор наукової роботи - Конюк В'ячеслав Леонтійович


ANALYSIS OF OPERATING CHARACTERISTICS OF 7S50MC DIESEL ENGINE UNDER DIRECT AIR MANAGEMENT

The paper provides a theoretical analysis of the operational performance of a marine two-stroke diesel engine in a wide range of modes, operating on a helical characteristic. Reducing the diesel load causes a decrease in the coefficient of excess air for combustion, which is characteristic of two-stroke diesel engines with a relatively high boost pressure. To control the air flow rate, it is proposed to use an adjustable nozzle apparatus as part of a turbine of a turbocharger unit. Changing the angle of the blades of an adjustable nozzle apparatus by turning them, an impact was made on the characteristics of the turbine, compressor and, accordingly, on the operational performance of the diesel engine. With decreasing the angle of the blades of the nozzle apparatus, the effective passage area of ​​the turbine of the turbo-charging unit decreases. This causes an increase in gas pressure in front of the turbine and, consequently, an increase in the power of the turbine and compressor. This increases the boost pressure and the available work of the air charge of the cylinder. The engine operates with a large excess air ratio for combustion and increased efficiency. There are presented the results of a comparative analysis of diesel performance caused by rotation of the blades of an adjustable nozzle apparatus and the initial version, in which the angle of the blades of the nozzle apparatus remained unchanged. The angle of rotation of the blades was selected in such a way as to ensure unchanged the coefficient of excess air for combustion in all the studied diesel operation modes. The studies showed a considerable improvement in the performance of a two-stroke diesel engine at shared load modes when using an adjustable nozzle apparatus of a turbo-charging unit.


Область наук:
  • Механіка і машинобудування
  • Рік видавництва: 2020
    Журнал: Вісник Астраханського державного технічного університету. Серія: Морська техніка і технологія
    Наукова стаття на тему 'АНАЛІЗ експлуатаційних ХАРАКТЕРИСТИК ДИЗЕЛЯ 7S50MC ПРИ безпосереднє управління витратою повітря'

    Текст наукової роботи на тему «АНАЛІЗ експлуатаційних ХАРАКТЕРИСТИК ДИЗЕЛЯ 7S50MC ПРИ безпосереднє управління витратою повітря»

    ?DOI: 10.24143 / 2073-1574-2020-1 -72-82 УДК 621.43.018.7:536.8

    АНАЛІЗ експлуатаційних ХАРАКТЕРИСТИК ДИЗЕЛЯ 7S50MC ПРИ безпосереднє управління

    витрата повітря

    В. Л. Конюк

    Керченський державний морський технологічний університет, Керч, Російська Федерація

    Виконано теоретичний аналіз експлуатаційних показників суднового двотактного дизеля, що працює по гвинтовий характеристиці, в широкому діапазоні режимів. Зниження навантаження дизеля викликає зменшення коефіцієнта надлишку повітря для горіння, що є характерним для двотактних дизелів з відносно високим тиском наддуву. Для управління витратою повітря пропонується використовувати регульований соплової апарат в складі турбіни турбонаддувочного агрегату. При зміні кута установки лопаток регульованого соплового апарату шляхом їх повороту проводилося вплив на характеристики турбіни, компресора і на експлуатаційні показники дизеля відповідно. Зі зменшенням кута установки лопаток соплового апарату знижується ефективна площа прохідного перетину турбіни турбонаддувочного агрегату. Це викликає збільшення тиску газу перед турбіною і, як наслідок, підвищення потужності турбіни і компресора. При цьому зростають тиск наддуву і розташовується робота повітряного заряду циліндра. Двигун працює з великим коефіцієнтом надлишку повітря для горіння і підвищеною економічністю. Наведено результати порівняльного аналізу експлуатаційних показників дизеля, викликаних поворотом лопаток регульованого соплового апарату і початкового варіанту, в якому кут установки лопаток соплового апарату залишався незмінним. Кут повороту лопаток соплового апарату підбирався таким чином, щоб забезпечити незмінним коефіцієнт надлишку повітря для горіння на всіх досліджуваних режимах роботи дизеля. Проведені дослідження підтвердили помітне поліпшення експлуатаційних показників двотактного дизеля на режимах часткових навантажень при використанні регульованого соплового апарату турбонаддувочного агрегату.

    Ключові слова: дизель, турбонаддувочний агрегат, регульований соплової апарат, поворотні лопатки соплового апарату, кут установки лопаток, параметри робочого тіла, експлуатаційні показники.

    Для цитування: Конюк В. Л. Аналіз експлуатаційних характеристик дизеля 7S50MC при безпосередньому управлінні витратою повітря // Вісник Астраханського державного технічного університету. Серія: Морська техніка і технологія. 2020. № 1. С. 72-82. DOI: 10.24143 / 2073-1574-2020-1-72-82.

    Вступ

    У суднових дизелях в системах повітропостачання на відміну від системи подачі палива зазвичай не передбачається можливість безпосереднього управління витратою повітря. Таким чином, процеси очищення, зарядки циліндрів на різних режимах змінюються внаслідок внутрішніх зв'язків між цими процесами. Ступінь узгодженості цих змін з подачею палива і частотою обертання залежить від експлуатаційних факторів і має суттєвий вплив на техніко-експлуатаційні показники і надійність дизеля. Для забезпечення підвищеної економічності та зниження теплових навантажень з метою збільшення ресурсу суднові дизелі проектуються на відносно великі коефіцієнти надлишку повітря для горіння [1].

    Характерною особливістю роботи турбонаддувочного агрегату (ТНА) суднового дизеля є той факт, що через проточну частину турбіни, як правило, проходить весь газ, що надходить в випускний ресивер дизеля. Зміна площі прохідного перетину проточної частини турбіни викликає зміна параметрів газу, і перш за все тиску, перед турбіною. Регулювання тиску наддуву дизеля з боку турбіни вважається найбільш ефективним процесом управління витратою повітря. Інтенсивні роботи з дослідження таких систем ведуться фірмами «Мітсубісі» (Японія), «Гаррет» (США), «ККК» (Німеччина), російськими організаціями [2].

    Поршневі двигуни внутрішнього згоряння дуже чутливі до змін характеристик елементів його газоповітряного тракту, що помітно позначається на експлуатаційних показниках двигуна [3].

    Одним з найбільш ефективних способів впливу на характеристики турбіни ТНА є використання регульованого соплового апарату (РСА), який являє собою кільцеву турбінну грати з поворотними лопатками, з'єднаними з механізмом їх повороту [4, 5]. При зміні кута установки лопаток соплового апарату в процесі їх повороту змінюється площа прохідного перетину, що призводить, перш за все, до зміни параметрів газу перед турбіною. Зі зміною тиску і температури газу перед турбіною змінюється її потужність, це викликає зміна потужності компресора, витрати і тиску наддувочного повітря і, як наслідок, зміна коефіцієнта надлишку повітря для горіння палива [6, 7]. Таким чином, при повороті лопаток соплового апарату турбіни дизель переходить на нові експлуатаційні показники. Слід зазначити, що кожен дизель по-своєму буде реагувати на поворот лопаток соплового апарату [8].

    При роботі суднового дизеля на гребний гвинт його експлуатаційні показники схильні до одночасного впливу двох змінних параметрів - подачі палива і частоти обертання. Зі зменшенням частоти обертання при помірному тиску наддуву (ps ном < 0,2 МПа) інтенсивність зниження подачі палива (ha пн ~ n2 / ne) перевищує темп зменшення подачі повітря (р ^ пн), і коефіцієнт надлишку повітря при горінні а зростає. При підвищеному тиску наддуву (ps ном > 0,2 МПа) збільшення а можливо лише на режимах малого ходу, а в області 0,5 < n < 1,0 відзначається зниження а [1].

    Метою цієї роботи є аналіз експлуатаційних параметрів двотактного дизеля на часткових навантаженнях при підтримці постійного коефіцієнта надлишку повітря для горіння.

    Методи і матеріали дослідження

    Об'єктом дослідження у пропонованій роботі є судновий двотактний дизель з газотурбінним наддувом 7S50MC, який використовується в якості головного двигуна на морських судах. Номінальні характеристики дизеля: ефективна потужність - 10 010 кВт; число циліндрів - 7; частота обертання колінчастого вала - 130 об / хв; діаметр поршня - 0,5 м; хід поршня - 1,91 м; тиск наддуву - 0,37 МПа.

    Дослідження проводилися теоретично за методикою, розробленою кафедрою суднових енергетичних установок Керченського державного морського технологічного університету. Для перевірки точності розробленої методики використовувалися результати заводських випробувань дизеля 7S50MC в діапазоні потужностей від 110 до 25%. Характеристики, отримані в результаті теоретичного дослідження, проілюстрували повну відповідність експериментальним результатам, отриманим при заводських випробуваннях дизеля. У процесі досліджень передбачалося, що дизель працює по гвинтовий характеристиці.

    Розроблена методика дозволяє методом послідовних наближень отримати залежності експлуатаційних показників дизеля в початковому варіанті і у варіанті з поворотними лопатками соплового апарату від навантаження двигуна. Зв'язок між параметрами робочого процесу дизеля в початковому варіанті і у варіанті після повороту лопаток РСА на кут 0 встановлюється співвідношенням [9]

    де А10 - кут виходу газу з соплового апарату для початкового варіанту; N - ефективна потужність дизеля; gе - питома ефективна витрата палива; а - коефіцієнт надлишку повітря при горінні; фа - коефіцієнт продування; рь Т - тиск і температура газу на вході в турбіну; р2 - тиск газу за турбіною; п - показник умовного політропної процесу роз-

    k-1

    ренію газу в турбіні. Параметри початкового варіанту (без використання РСА) додатково позначені індексом 0.

    Як параметр наближення можна взяти будь-який експлуатаційний параметр дизеля, що входить у вираз (1). Великий вплив на експлуатаційні характеристики дизеля, перш за все на його економічність і напруженість, надає коефіцієнт надлишку повітря для горіння, тому цей показник був прийнятий в якості параметра наближення. З метою визначеності проведених досліджень прийнятий незмінним коефіцієнт надлишку повітря для горіння на всіх розглянутих режимах роботи дизеля, відповідний номінальному режиму N = 1,0. Відносна потужність дизеля визначалася за висловом N = Ne / Ne0, де Ne - ефективна потужність дизеля на режимі часткової навантаження, Ne0 - ефективна потужність дизеля на номінальному режимі.

    У процесі досліджень передбачалося, що поворот лопаток РСА реалізується в діапазоні навантажень від 100 до 25%. Поворот лопаток РСА в сторону зменшення кута їх установки за межами зазначеного діапазону призводить або до різкого зниження ККД турбіни, або до суттєвого підвищення напруженості дизеля.

    Дослідження дизеля в діапазоні режимів відносної потужності N = Ne / N0 від 0,25 до 1,0 при нерухомих лопатках соплового апарату підтвердили зниження коефіцієнта надлишку повітря для горіння зі зменшенням потужності (рис. 1).

    Мал. 1. Відносне зміна коефіцієнта надлишку повітря при горінні в залежності від навантаження дизеля

    Зменшення відносної потужності від 1,0 до 0,25 призводить до зниження а на 38%. Такий характер зміни коефіцієнта надлишку повітря для горіння можна пояснити, аналізуючи співвідношення співмножників, що входять в рівняння

    ч 2

    , (2)

    ПНР ^ юПе (П0

    і ГТ1

    Пн0 Рі0Ті Пе0

    де ри, Т - тиск і температура повітря на вході в циліндр дизеля.

    Зміни сомножителей вираження (2) в залежності від навантаження дизеля представлені на рис. 2. співмножники були згруповані у вигляді безрозмірних комплексів В1 = (п0 / п) 2, В2 = Ті0 / Ті, В3 = пн / Пн0, В4 = пе / Пе0, В5 = ри / рі0. Дослідження підтвердили, що для даного дизеля в діапазоні режимів відносної потужності від 0,25 до 1,0 - величина СлРПе) / (П ^ Ролі) перевищує відношення (п0 / п) 2.

    У дизелях з газотурбінним наддувом підвищення тиску повітря перед впускними органами циліндра здійснюється за рахунок енергії газу, відпрацьованого в циліндрі. Чим вище ступінь форсування дизеля по наддуву, тим більша частка енергії газів, що відробили в циліндрах, використовується в турбонаддувочном агрегаті для підвищення тиску повітряного заряду. При цьому підвищується розташовується робота повітряного заряду циліндра, збільшується тиск робочого тіла по всьому газоповітряного тракту дизеля, що призводить до збільшення його середнього ефективного тиску і, отже, потужності і ККД. Підвищення тиску наддуву дизеля на номінальному режимі обмежується показниками його напруженості і надійності. Одна з основних

    особливостей роботи дизеля по гвинтовим характеристикам - швидке падіння потужності при зниженні числа обертів. Таким чином, зменшення кута установки лопаток РСА в результаті їх повороту на режимах часткових навантажень сприяє підвищенню економічності дизеля.

    Мал. 2. Зміна сомножителей вираження (2) в залежності від навантаження дизеля:

    1; 2 - ^; 5-Пц 4-Пк-; 5 --А.

    Т Пн0 Пе0 ЛО

    Для зазначеного діапазону зміни потужності дизеля кут повороту лопаток соплового апарату, обчислений за виразом (1) для кута виходу на номінальному режимі 18 град, склав 5,4 град, що відповідало ті = 0,25. Залежність кута повороту лопаток соплового апарату для забезпечення постійного коефіцієнта надлишку повітря при горінні від навантаження дизеля приведена на рис. 3.

    9, град 7

    ,2 0 40 60 8 N 1

    6 5 4 3 2 1 0 -1 (

    2

    Мал. 3. Залежність кута повороту лопаток соплового апарату ТНА для забезпечення а = const від навантаження дизеля

    Зменшення ефективної площі прохідного перетину турбіни при зниженні кута виходу з соплового апарату призводить до збільшення тиску перед турбіною. Це викликає підвищення потужності турбіни і, як наслідок, потужності компресора, а також збільшення тиску наддуву і максимального тиску циклу. На рис. 4 наведені графіки відносного зміни тиску перед турбіною, тиску наддуву і максимального тиску по циклу в залежності від навантаження дизеля для варіантів з нерухомими лопатками соплового апарату і з поворотними лопатками, що забезпечують а = const.

    Spt 0 -0,1 -0,2 -0,3 -0,4 -0,5 -0,6 -0,7

    ,2 0 40 6 - ?. Ne t

    2 \

    1

    SpK 0

    I

    -0,1 -0,2 -0,3 -0,4 -0,5 -0,6 -0,7

    ,2 0 40 60 8 ^^^ Ne t

    2 v

    1

    Spz 0

    I

    -0, t -0,2 -0,3 -0,4 -0,5 -0,6

    ,2 0 40 Nie t

    2

    ^ 1

    Мал. 4. Відносне зміна тиску по циклу дизеля в залежності від навантаження (1 - вихідний варіант; 2 - а = const): а - перед турбіною; б - на вході в циліндр; в - максимального за циклом

    Відносне зміна тиску визначалося за висловом

    Р - Ро

    8 p =

    Р0

    де р0 - тиск на режим повної потужності N = 1,0.

    Відносне зміна тиску наддуву практично ідентично відносного зміни тиску перед турбіною. Це викликано тим, що витрата газу через турбіну практично дорівнює витраті повітря через компресор. При цьому і максимальний тиск циклу змінюється аналогічно, але з якимось коефіцієнтом пропорційності.

    0

    2

    а

    2

    б

    2

    в

    Зміна тиску газу перед турбіною викликає зміна її розташовується роботи і, отже, потужності турбіни. На рис. 5 наведені залежності відносної зміни питомої потужності турбіни від навантаження дизеля для варіанту з нерухомими лопатками соплового апарату і варіанти з поворотними лопатками (а = const). Тут питома потужність турбіни обчислювалася як відношення потужності газової турбіни ТНА до індикаторної потужності дизеля.

    Мал. 5. Відносне зміна питомої потужності турбіни в залежності від навантаження дизеля: 1 - вихідний варіант; 2 - а = const

    Згідно рис. 5 у варіанті з постійним коефіцієнтом надлишку повітря при горінні потужність турбіни при зміні навантаження дизеля змінюється менш інтенсивно, залишаючись більш високою в порівнянні з вихідним варіантом. Така залежність дозволяє підвищити економічність і прийомистість дизеля на часткових навантаженнях.

    Залежності відносного питомої ефективної витрати палива від навантаження дизеля для початкового варіанту і варіанти а = const наведені на рис. 6.

    Sge 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0

    -0,05

    0

    / 1

    2 '

    ,2 0, 4 0 6 0 8 Ne 1

    2

    Мал. 6. Відносне зміна питомої ефективної витрати палива в залежності від навантаження дизеля: 1 - вихідний варіант; 2 - а = const

    Відносна питома ефективна витрата палива визначався за висловом

    ge - ge0

    Sge =

    ge0

    де ge0 - питома ефективна витрата палива на режимі повної потужності Ne = 1,0.

    У варіанті з поворотними лопатками, що забезпечують незмінність коефіцієнта надлишку повітря для горіння а = const, інтенсивність зміни питомої ефективної витрати палива при зменшенні навантаження дизеля нижче, ніж в початковому варіанті. Так, при Ne = 0,5 відносна економія палива становить ~ 6%. Слід зазначити, що у варіанті з поворотними лопатками РСА при зменшенні їх кута установки мінімальне значення ge зміщується в бік менших навантажень.

    Забезпечення а = const на пайових навантаженнях дизеля призводить до підвищення повітряного заряду циліндра в порівнянні з вихідним варіантом. Згоряння палива в більшій кількості повітря викликає збільшення витрати газу через турбіну.

    На рис. 7 наведені залежності відносної зміни витрати газу в початковому варіанті і у варіанті а = const.

    5Gr 0 -0,1 -0,2 -0,3 -0,4 -0,5 -0,6 -0,7 -0,8

    2

    Мал. 7. Відносне зміна витрати газу через турбіну залежно від навантаження дизеля: 1 - вихідний варіант; 2 - а = const

    На режимі Ne = 0,5 витрата газу через турбіну в варіанті з поворотними лопатками збільшується на 10% в порівнянні з вихідним варіантом, при цьому відносне підвищення потужності турбіни ТНА становить 33,4%. Таким чином, підвищена потужність турбіни і компресора ТНА відповідно, викликана поворотом лопаток соплового апарату турбіни, витрачається в більшому ступені на підвищення тиску наддуву.

    Зниження коефіцієнта надлишку повітря при горінні призводить до підвищення температури продуктів його згоряння. На рис. 8 представлені залежності відносної зміни максимальної температури робочого тіла в залежності від навантаження дизеля для початкового варіанту і варіанти з поворотними лопатками соплового апарату турбіни ТНА.

    57; 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0

    1 ^

    | N,

    V

    0,2

    0,4

    0,6

    0,8

    Ne

    1,2

    Мал. 8. Відносне зміна максимальної температури циклу в залежності від навантаження дизеля: 1 - вихідний варіант; 2 - а = const

    Зменшення потужності дизеля до Ne = 0,5 призводить до підвищення Tz на 25%, в той час як коефіцієнт надлишку повітря для горіння знижується майже на 30%.

    Підтримка постійного коефіцієнта надлишку повітря для горіння на пайових режимах не забезпечує незмінність Т на цих режимах. При перші = 0,5 максимальна температура циклу збільшується на 7,4% щодо режиму повного навантаження. Збільшення Т можна пояснити зростанням ступеня підвищення тиску в циліндрі на пайових режимах (рис. 9) більш швидким процесом горіння палива щодо швидкості переміщення поршня в циліндрі, т. К. С зменшенням потужності знижується частота обертання колінчастого вала.

    55 0,4 0,3 0,2 0,1 0

    --

    Л, у 1 X

    ____ | - ?

    1 "2" "х

    X -1 1-

    0,2

    0,4

    0,6

    0,8

    1

    NP

    1,2

    Мал. 9. Відносна ступінь підвищення тиску циклу дизеля в залежності від навантаження: 1 - вихідний варіант; 2 - а = const

    Збільшення располагаемой роботи турбіни при зменшенні кута виходу потоку з соплового апарату призводить до підвищення ступеня розширення газу в турбіні, т. К. Для конкретної навантаження дизеля тиск газу перед турбіною росте, а за турбіною практично не змінюється. Збільшення ступеня зниження тиску газу в турбіні призводить до зміни температури робочого тіла по проточної частини турбіни. На рис. 10 проілюстровано відносна зміна температури газу за турбіною в залежності від навантаження дизеля.

    5Т2 0,06 0,04 0,02 0

    -0,02 -0,04 -0,06 -0,08

    Ч ^ 1

    ,2 0 4 0, ^ ___ 0 8 .S7 1 + 1,

    |

    Мал. 10. Відносне зміна температури газу за турбіною в залежності від навантаження дизеля: 1 - вихідний варіант; 2 - а = const

    Згідно з графіками в початковому варіанті мінімальна температура газу за турбіною відповідає навантаженню дизеля Ne = 0,75, а у варіанті а = const на пайових режимах - Ne = 0,5. Цим можна пояснити зміщення найбільш економічного режиму в варіанті з поворотними лопатками в область менших навантажень дизеля (див. Рис. 6).

    2

    Результати дослідження та їх обговорення

    Дизель 7S50MC відноситься до двигунів з високим ступенем форсування за наддуву, тиск наддуву якого становить 0,37 МПа. При роботі по гвинтовий характеристиці зменшення відносної потужності дизеля від Ne, рівній від 1,0 до 0,25, призводить до зменшення коефіцієнта надлишку повітря для горіння на 38%. Це викликано, перш за все, інтенсивним зниженням тиску наддуву дизеля на режимах часткових навантажень щодо тиску наддуву номінального режиму. Отримані результати відповідають даним, наведеним в роботі [1].

    Використання в турбіні турбонаддувочного агрегату РСА дозволяє управляти витратою повітря. При цьому змінюється коефіцієнт надлишку повітря при горінні і, відповідно, параметри робочого тіла по циклу дизеля. У даній роботі виконані дослідження режимів пайових навантажень з одним і тим же коефіцієнтом надлишку повітря при горінні, значення якого відповідало режиму номінальної потужності. Шляхом повороту лопаток РСА коефіцієнт надлишку повітря при горінні можна змінювати в широкому діапазоні, змінюючи при цьому експлуатаційні показники дизеля. Призначені значення коефіцієнта надлишку повітря при горінні обмежені мінімальним кутом виходу газу з РСА, який повинен бути більше 8 град, і критичними режимами в проточній частині турбіни, які викликають різке зниження її ККД. Зазначені умови в проведених дослідженнях були виконані.

    Балансові дослідження дизеля підтвердили зниження втрат теплової енергії з відпрацьованими газами і охолоджуючої водою. При навантаженні дизеля 50% втрата енергії з відпрацьованими газами, викликана поворотом лопаток РСА для забезпечення а = const знизилася на 4,5%, а з охолоджувальною водою - на 28%. Це свідчить про перехід дизеля на більш економічний режим роботи, що підтверджує зниження питомої ефективної витрати палива в порівнянні з вихідним варіантом.

    висновок

    В результаті досліджень виявлено можливість підтримки незмінного коефіцієнта надлишку повітря для горіння двотактного дизеля з відносно високим тиском наддуву, відповідного номінального режиму в діапазоні від Ne, рівній від 1,0 до 0,25. При цьому кут установки профілю лопаток соплового апарату зменшився на 5,4 град, а кут потоку на виході з соплового апарату на всіх режимах був більше 8 град.

    Поворот лопаток в сторону зменшення вихідного кута соплового апарату з метою підтримки постійного коефіцієнта надлишку повітря для горіння призводить до підвищення тиску газу перед турбіною і, відповідно, по всьому газоповітряного тракту дизеля. Температура газу в характерних точках циклу дизеля при цьому знижується в порівнянні з вихідним варіантом.

    Поворот лопаток соплового апарату, що забезпечує а = const на режимах часткових навантажень дизеля, призводить до підвищення потужності турбіни і, отже, потужності компресора в порівнянні з вихідним варіантом, це викликає збільшення витрати повітря і ступеня підвищення тиску наддуву на відповідних режимах.

    Підтримка а = const дозволяє знизити питому ефективну витрату палива на пайових режимах. При навантаженні дизеля Ne = 0,5 відносна економія палива становить 6% в порівнянні з вихідним варіантом.

    Турбонаддувочние агрегати з поворотними лопатками доцільно використовувати в дизельних установках, що працюють в широкому діапазоні режимів.

    СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

    1. Камкін С. В., Возницький І. В., Шмельов В. П. Експлуатація суднових дизелів. М .: Транспорт, 1990. 344 с.

    2. Turbocharger aftermarket Honeywell Garrett. Garrett variable geometry turbochargers: Cheshire: Honeywell U.K. LTD, 2003. 32 p.

    3. Конюк В. Л., Богатирьова Є. В., Луб'янка В. Н. Аналіз експлуатаційних характеристик двигуна 6ЧНСП 18/22 при різному опорі випускного тракту // Риб. госп-во України. 2013. Вип. 4. С. 40-44.

    4. Варивода О. А., Васін О. Є., Резвін Б. С. Економічний ефект від оптимізації програми регулювання в приводних ГТУ // Газотурбінні технології. 2001. № 4. С. 32-33.

    5. Орлин А. С. Двигуни внутрішнього згоряння. Теорія поршневих і комбінованих двигунів / під ред. А. С. Орліна, М. Г. Круглова. М .: Машинобудування, 1983. 372 з.

    6. Байков Б. П., Бордуков В. Г., Іванов П. В., Дейч Р. С. Турбокомпресори для наддуву дизелів. Л .: Машинобудування, 1975. 200 з.

    7. Крутов В. І., Рибальченко А. Г. Регулювання турбонаддува ДВС. М .: Вища. шк., 1978. 213 с.

    8. How does Variable Turbine Geometry Work. URL: http: // paultan / org / archives / 2006/08/16 / how-does-vfrbable-turbine-geometry-work / (дата звернення: 20.08.2019).

    9. Конюк В. Л. Вплив кута повороту лопаток регульованого соплового апарату турбонадду-вочной агрегату дизеля на параметри газу перед турбіною // Укр. Керч. держ. мор. технол. ун-ту. 2019. Вип. 2. С. 54-64.

    Стаття надійшла до редакції 31.10.2019

    ІНФОРМАЦІЯ ПРО АВТОРА

    Конюк В'ячеслав Леонтійович - Росія, 298309, Керч; Керченський державний морський технологічний університет; канд. техн. наук, доцент; доцент кафедри суднових енергетичних установок; Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її..

    ANALYSIS OF OPERATING CHARACTERISTICS OF 7S50MC DIESEL ENGINE UNDER DIRECT AIR MANAGEMENT

    V. L. Konyukov

    Kerch State Maritime Technological University, Kerch, Russian Federation

    Abstract. The paper provides a theoretical analysis of the operational performance of a marine two-stroke diesel engine in a wide range of modes, operating on a helical characteristic. Reducing the diesel load causes a decrease in the coefficient of excess air for combustion, which is characteristic of two-stroke diesel engines with a relatively high boost pressure. To control the air flow rate, it is proposed to use an adjustable nozzle apparatus as part of a turbine of a turbocharger unit. Changing the angle of the blades of an adjustable nozzle apparatus by turning them, an impact was made on the characteristics of the turbine, compressor and, accordingly, on the operational performance of the diesel engine. With decreasing the angle of the blades of the nozzle apparatus, the effective passage area of ​​the turbine of the turbo-charging unit decreases. This causes an increase in gas pressure in front of the turbine and, consequently, an increase in the power of the turbine and compressor. This increases the boost pressure and the available work of the air charge of the cylinder. The engine operates with a large excess air ratio for combustion and increased efficiency. There are presented the results of a comparative analysis of diesel performance caused by rotation of the blades of an adjustable nozzle apparatus and the initial version, in which the angle of the blades of the nozzle apparatus remained unchanged. The angle of rotation of the blades was selected in such a way as to ensure unchanged the coefficient of excess air for combustion in all the studied diesel operation modes. The studies showed a considerable improvement in the performance of a two-stroke diesel engine at shared load modes when using an adjustable nozzle apparatus of a turbo-charging unit.

    Key words: diesel engine, turbocharging unit, adjustable nozzle apparatus, rotary blades of the nozzle apparatus, blade angle, working medium parameters, operational indicators.

    For citation: Konyukov V. L. Analysis of operating characteristics of 7S50MC diesel engine under direct air management. Vestnik of Astrakhan State Technical University. Series: Marine Engineering and Technologies. 2020; 1: 72-82. (In Russ.) DOI: 10.24143 / 2073-1574-2020-1-72-82.

    REFERENCES

    1. Kamkin S. V., Voznickij I. V., Shmelev V. P. Ekspluataciya sudovyh dizelej [Operation of marine diesel engines]. Moscow, Transport Publ., 1990. 344 p.

    2. Turbocharger aftermarket Honeywell Garrett. Garrett variable geometry turbochargers: Cheshire: Honeywell U.K. LTD, 2003. 32 p.

    3. Konyukov V. L., Bogatyreva E. V., Lubyanko V. N. Analiz ekspluatacionnyh harakteristik dvigatelya 6ChNSP 18/22 pri razlichnom soprotivlenii vypusknogo trakta [Analysis of operational characteristics of 6ChNSP 18/22 engine under different resistance of exhaust tract]. Rybnoe hozyajstvo Ukrainy, 2013, iss. 4, pp. 40-44.

    4. Varivoda O. A., Vasin O. E., Rezvin B. S. Ekonomicheskij effekt ot optimizacii programmy reguliro-vaniya v privodnyh GTU [Economic effect of optimization of regulation program in drive gas turbines]. Gazoturbinnye tekhnologii, 2001., no. 4, pp. 32-33.

    5. Orlin A. S. Dvigateli vnutrennego sgoraniya. Teoriya porshnevyh i kombinirovannyh dvigatelej [Internal combustion engines. Theory of piston and combined engines]. Pod redakciej A. S. Orlina, M. G. Kruglova. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1983. 372 p.

    6. Bajkov B. P., Bordukov V. G., Ivanov P. V., Dejch R. S. Turbokompressory dlya nadduva dizelej [Turbochargers for diesel pressurizing]. Leningrad, Mashinostroenie Publ., 1975. 200 p.

    7. Krutov V. I., Rybal'chenko A. G. Regulirovanie turbonadduva DVS [Control of internal combustion engine turbocharging]. Moscow, Vyssh. shk., 1978. 213 p.

    8. How does Variable Turbine Geometry Work. Available at: http: // paultan / org / archives / 2006/08/16 / how-does-vfrbable-turbine-geometry-work / (accessed: 20.08.2019).

    9. Konyukov V. L. Vliyanie ugla povorota lopatok reguliruemogo soplovogo apparata turbonaddu-vochnogo agregata dizelya na parametry gaza pered turbinoj [Influence of blade rotation angle of adjustable nozzle apparatus of turbocharged diesel engine on gas parameters in front of turbine]. Vestnik Kerchenskogo gosu-darstvennogo morskogo tekhnologicheskogo universiteta, 2019, iss. 2, pp. 54-64.

    The article submitted to the editors 31.10.2019

    INFORMATION ABOUT THE AUTHOR

    Konyukov Vyacheslav Leontievich - Russia, 298309, Kerch; Kerch State Maritime Technological University; Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor; Assistant Professor of the Department of Ship Power Plants; Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її..


    Ключові слова: ДИЗЕЛЬ / ТУРБОНАДДУВОЧНИЙ АГРЕГАТ / Регульований сопловий АПАРАТ / ПОВОРОТНІ ЛОПАТКИ соплову АПАРАТУ / КУТ УСТАНОВКИ ЛОПАТОК / ПАРАМЕТРИ РОБОЧОГО ТІЛА / Експлуатаційні показники / DIESEL ENGINE / TURBOCHARGING UNIT / ADJUSTABLE NOZZLE APPARATUS / ROTARY BLADES OF THE NOZZLE APPARATUS / BLADE ANGLE / WORKING MEDIUM PARAMETERS / OPERATIONAL INDICATORS

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити