Исследование систем газотурбинного наддува четырехтактных дизелей в зависимости от среднего эффективного давления

• Автор: Бердник, Алексей Николаевич
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Хабаровск
• Количество страниц: 162 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

1. СИСТЕМЫ ГАЗОТУРБИННОГО НАДДУВА ЧЕТЫРЕХТАКТНЫХ

ДИЗЕЛЕЙ
1Л. Характеристика современных систем газотурбинного наддува дизелей и методы оценки их эффективности
1.2. Состояние вопроса об использовании различных систем газотурбинного наддува четырехтактных судовых дизелей

1.2.1. Импульсная система наддува

1.2.2. Импульсная система наддува с преобразователями импульсов

1.2.3. Изобарная система наддува

1.2.4. Система наддува с силовой турбиной и двухступенчатый наддув

1.3. Тенденции развития систем газотурбинного наддува в поршневых двигателях при форсировании по среднему эффективному давлению
ВЫВОДЫ
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
2. МЕТОД РАСЧЕТА ПОТЕРЬ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ГАЗОВ И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ ГАЗОТУРБИННОГО НАДДУВА ДИЗЕЛЕЙ
2.1. Модель нестационарного потока газа в разветвленном выпускном трубопроводе импульсной системы выпуска
2.2. Модель процесса газообмена в цилиндре двигателя
2.3. Модель нестационарного потока газов в выпускном коллекторе изобарной системы выпуска
2.4. Эксергетический метод определения потерь работоспособности газов в системах газотурбинного наддува дизелей
2.4.1. Импульсная система наддува
2.4.2. Изобарная система наддува
2.4.3. Импульсная система наддува с преобразователями импульсов
2.4.4. Система наддува с силовой турбиной и двухступенчатый
наддув
2.5. Оптимизация систем газотурбинного наддува дизелей
2.5.1. Использование математической теории планирования эксперимента при оптимизации систем наддува
2.5.2. Оптимизация систем выпуска
2.5.2.1. Выбор параметров оптимизации
2.5.2.2. Расчет оптимальной системы выпуска

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ПРОЦЕССОВ В ИМПУЛЬСНОЙ СИСТЕМЕ НАДДУВА ДИЗЕЛЯ 8ЧН

ЗЛ. Объект исследования
3.2. Осциллографирование колебаний давления газов в выпускном трубопроводе
3.3. Измерение мгновенных температур выпускных газов
3.4. Сопоставление экспериментальных данных с результатами расчета для импульсной системы наддува дизеля 8ЧН 18/22
4. ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМ ГАЗОТУРБИННОГО НАДДУВА
ДИЗЕЛЕЙ РЯДА ЧИ 18/
4.1. Импульсная система наддува
4.2. Изобарная система наддува
4.3. Выбор оптимальной системы выпуска для двигателя 8ЧН 18/22
4.3.1. Импульсная система выпуска
4.3.2. Изобарная система выпуска
4.3.3. Оптимальная система выпуска для двигателя 8ЧН.18/22 в зависимости от среднего эффективного давления
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
ре - среднее эффективное давление, МПа
рь - давление наддува, МПа
ртэх - максимальное давление сгорания, МПа
р7 - давление в цилиндре двигателя в момент открытия выпускного клапана, МПа
ру] - давление выпускных газов перед турбиной, МПа
ру2 - давление выпускных газов в трубопроводе за выпускным клапаном, МПа
Т 2 - температура ОГ в выпускном трубопроводе за выпускным клапаном, К
рто - давление за турбиной, МПа
Фс - коэффициент наполнения
а - коэффициент избытка воздуха
Ье - удельный эффективный расход топлива, г/(кВт- ч)
- расход воздуха через двигатель, кг/с Г, - температура выпускных газов перед турбиной, К
Т7 - температура в цилиндре двигателя в момент открытия выпускного клапана, К
пк - степень повышения давления в компрессоре
пт - степень расширения газов в турбине
т]е - эффективный КПД двигателя
Лад к' адиабатный КПД компрессора
?1Т - эффективный (мощностной) КПД турбины
т]тк - суммарный КПД турбокомпрессора
р - давление, МПа
Рн - тензор напряжений
р - коэффициент динамической вязкости
5д - тензор скоростей деформации
сИу}¥ - дивергенция скорости срт - единичный тензор
СР, Су - теплоемкость выпускных газов при постоянном давлении и постоянном объеме, кДж/(кмоль- К)
Я - коэффициент теплопроводности, Вт/(м- К)
5 - удельная энтропия, кДж/(кг- К)

Р - плотность, кг/м Т - температура, К
а - скорость звука термодинамической среды, м/с

нагрузок существенно снижается температура ОГ. При ре< 1,80 МПа потери мощности цилиндров начинают превышать выигрыш, получаемый от силовой турбины, так что, начиная с этого режима, топливная экономичность ухудшается и силовую турбину надо выключать.
Одним из важных решений в части улучшения топливной экономичности является установка на СОД фирмы Sulzer 16ЧН 40/48 [98] силовой турбины модели NTC-4 фирмы ВВС. Дизель имеет ре = 2,0 -г 2,
МПа. На среднеоборотном дизеле Sulzer be снижен до 185 - 175 г/( кВт-ч) за счет установки силовой турбины (без силовой турбины Ье= 205ч-195 г/(кВт-ч). КПД ТК составляет 64 %.
На дизеле L58/64 фирмы MAN [70] повышение /?тах до 16 МПа и внедрение системы наддува с силовой турбиной при ре - 2,5 МПа позволяет снизить Ъе на 10 - 12 г/(кВт-ч) по сравнению с изобарной системой наддува. Фактический Ье составляет 171 г/(кВт-ч), а КПД ТК - 67 %.
По представленным работам [70,71,90,98,109,114] можно отметить следующие характерные моменты:
- нет глубокого анализа, за счет чего получена такая эффективность системы наддува с силовой турбиной;
- нет данных о сравнении с другими системами наддува;
- нет оценки эффективности системы наддува с силовой турбиной с точки зрения использования энергии ОГ, потерь работоспособности газов при форсировании по ре;
- принимая во внимание, что результаты получены лишь экспериментальным путем, не представляется возможным определить КПД систем наддува с силовой турбиной по пути следования энергетического потока.
При дальнейшем форсировании до ре- 2,75 МПа двигателей типа 411 26/26 требуется рь - 0,44 МПа при t]TK > 0,6 [51]. Исследования показы-