ОПТИМІЗАЦІЯ ПАРАМЕТРІВ ПРОМІЖНОГО ОХОЛОДЖЕННЯ ПОВІТРЯ НАДДУВУ В СУДНОВИХ ДИЗЕЛЬНИХ ДВИГУНАХ
Анотація
Вступ. Підвищення ефективності суднових дизельних енергетичних установок значною мірою залежить від роботи системи турбонаддуву, яка забезпечує необхідний тиск повітря на впуску. За високих ступенів стискання компресор споживає практично всю потужність газової турбіни, що обмежує можливості рекуперації теплоти та зниження питомих витрат палива. Одним із найбільш перспективних методів зменшення роботи компресора є застосування двоступеневого стискання з проміжним охолодженням, яке знижує температуру робочого середовища, підвищує густину заряду та зменшує енергетичні витрати на стискання. Особливу увагу привертають схеми глибокого охолодження з використанням ежекторних або абсорбційних холодильних машин, що працюють від утилізованої теплоти відпрацьованих газів. Водночас оптимальні параметри проміжного охолодження та співвідношення ступенів стискання між компресорними ступенями потребують додаткового аналізу. Мета. Метою роботи є визначення впливу ступеня та температури проміжного охолодження на енергетичні показники двоступеневої системи наддуву суднового дизельного двигуна, а також встановлення оптимального співвідношення ступенів стискання (πк1/πк2), що забезпечує мінімальне енергоспоживання компресора та максимальну доступну потужність газової турбіни для рекуперації. Результати. Проведено термодинамічний аналіз роботи двоступеневого компресора з проміжним охолодженням на різних температурах повітря після інтеркулера (tПО2 = 20–80°C) та температурі навколишнього середовища (20 та 40°C). Для порівняння використано одноступеневий компресор із загальним ступенем стискання πк = 4. Аналіз залежності N/NПО показав існування оптимального співвідношення πк1/πк2 ≈ 0,8–1,5, за якого енергоспоживання компресора зменшується на 5–15 % порівняно з базовою схемою. Найбільший ефект досягається під час глибокого охолодження tПО2 = 20–40°C, що забезпечує зменшення споживаної потужності на 12–15 %. Показано, що для досягнення таких температур потрібне застосування холодильних машин, оскільки охолодження забортною водою є недостатнім. Додатково встановлено, що глибше охолодження зсуває оптимум πк1/πк2 у напрямку його зменшення. Визначено температурні перепади в теплообмінниках (50–100°C), необхідні для проєктування парогенератора та випарника у системах тепловикористовуючих холодильних машин. Висновки. Доведено доцільність застосування двоступеневого наддуву з проміжним охолодженням у суднових дизельних енергетичних установках. Встановлено оптимальні параметри, які мінімізують роботу компресора та підвищують загальну ефективність системи. Глибоке охолодження забезпечує найбільший енергетичний ефект, однак вимагає впровадження холодильних машин. Зменшення роботи компресора приводить до збільшення доступної потужності газової турбіни, яка може використовуватися як для електрогенерації, так і для підвищення корисної потужності головного двигуна під час руху. Отримані результати можуть бути використані під час проєктування інтегрованих систем наддуву та тепловикористовуючих холодильних машин у сучасних суднових енергетичних комплексах.
Завантаження
Посилання
2. Radchenko R., Kornienko V., Radchenko M., Mikielewicz D., Andreev A., Kalinichenko I. Cooling intake air of marine engine with water-fuel emulsion combustion by ejector chiller. Modern Power Systems and Units (MPSU 2021) : Proceedings of the V International Scientific and Technical Conference, Kraków, Poland, May 19–21, 2021. E3S Web of Conferences. 2021. Vol. 323. Article 00031. 5 p. Published online 10 Nov 2021. DOI: https://doi:10.1051/e3sconf/202132300031.
3. Pyrysunko M., Radchenko A., Tkachenko V., Zubarev A., Andreev A. Marine diesel engine inlet air cooling by ejector chiller on the vessel route line / In: Advances in Design, Simulation and Manufacturing V. DSMIE 2022. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer, Cham. 2022. С. 259–268. DOI: https://doi:10.1007/978-3-031-06044-1_25.
4. Sun Y., Sun P., Zhang Z., Zhang S., Zhao J., Mei N. Performance Prediction for a Marine Diesel Engine Waste Heat Absorption Refrigeration System. Energies. 2022. 15 (19). 7070. DOI: 10.3390/en15197070.
5. Tian W., Du D., Li J., Han Z., Yu W. Establishment of a two-stage turbocharging system model and analysis on influence rules of key parameters. Energies. 2020. 13 (8). 1953. DOI: https://doi.org/10.3390/en13081953.
6. Grönman A., Sallinen P., Honkatukia J., Backman J., Uusitalo A. Design and experiments of a two-stage intercooled electrically assisted turbocharger. Energy Conversion and Management. 2016. Vol. 111. Pp. 115–124. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2015.12.055.
7. Watson N., Janota M. S. Turbocharging the Internal Combustion Engine. London, Bloomsbury Academic. 1982. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-349-04024-7.
8. Heim K. Existing and Future Demands on the Turbocharging of Modern Large Two-stroke Diesel Engines. Engineering, Environmental Science. 2014. URL: https://www.semanticscholar.org/paper/Existing-and-Future-Demands-on-the-Turbocharging-of-Heim/b31bcb22e187744ff24d153f5c3119c3c8f7004d
9. MAN Energy Solutions. Influence of ambient temperature conditions. Copenhagen SV, Denmark. 2023. URL: https://www.man-es.com/docs/default-source/marine/tools/5510-0074-03.pdf?sfvrsn=fa9e1cee_6
10. Wärtsilä Corporation. Combustion engine power plants: White Paper. Vaasa (Finland), 2021. Wärtsilä Corporation. URL: https://www.wartsila.com/docs/default-source/power-plants-documents/downloads/whitepapers/general/wartsila-bwp-combustion-engine-power-plants.pdf
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
