УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ С ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОЙ СИСТЕМОЙ ОХЛАЖДЕНИЯ
Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
В лаборатории «Судовые дизели» Астраханского государственного технического университета в рамках модернизации испытательных стендов с судовыми двигателями планируется создание новой установки для испытания двигателя Iveco 8041I06 55 R900. Рассмотрена возможность создания экспериментальной установки для проведения теплобалансных испытаний судового двигателя с применением современных средств измерения и контроля. Установка представляет собой конвертированный двигатель, работающий на генератор. Двигатель будет испытываться по нагрузочной характеристике. Приведены сведения об основных технических параметрах испытываемого двигателя, о его назначении и потенциально возможной комплектации приборной базы. В качестве нагрузки для генератора планируется использовать резистивное нагрузочное устройство. Для измерения расхода топлива на стенде будет применяться топливный микрорасходомер. Выбраны расходомеры для измерения расходов теплоносителей и датчики температуры теплоносителя отработавших газов. Проведено сопоставление параметров рассматриваемого двигателя и требований Российского Речного Регистра к судовым двигателям. Описан объем работ по конвертированию промышленного двигателя в судовой вариант в части модернизации системы охлаждения. На установке планируется изучение работы судовой системы охлаждения, в которой регулирование осуществляется изменением частоты вращения навешенного насоса в зависимости от температуры забортной воды. Был выбран насос и устройство для регулирования его частоты вращения. Положительный эффект заключается в том, что потребляемая мощность насоса при этом снижается. Это дает экономию топлива, позволяет снизить вред, наносимый окружающей среде, за счет снижения выбросов углекислого газа

Ключевые слова:
судовой двигатель, система охлаждения, судовой насос, испытания двигателей, конвертирование двигателей, вариатор
Текст
Текст произведения (PDF): Читать Скачать

Состояние проблемы На сегодняшний день многие модели российских судовых дизельных двигателей морально устарели и уступают современным двигателям по основным технико-экономическим показателям. Также на российском рынке остается свободной ниша высокооборотных судовых двигателей мощностью до 100 кВт. Данная проблема частично решается конвертированием промышленных, автомобильных и тракторных двигателей в судовые. В лаборатории «Судовые дизели» Астраханского государственного технического университета (АГТУ) в связи с устареванием имеющихся в наличии испытательных стендов с судовыми двигателями планируется создание нового – установки для испытания двигателя Iveco 8041I06 55 R900. На примере этого двигателя будет разработан проект по его конвертированию в судовой. На кафедре «Теории и конструкции судовых ДВС» Государственного университета морского и речного флота им. адм. С. О. Макарова был разработан стенд на базе судового дизель-генератора 3VD14,5/12-2SRW [1]. Так как двигатели обладают схожими характеристиками, возможности и конструкция указанного стенда будут учитываться при создании стенда в лаборатории АГТУ. Целью исследования является конвертирование двигателя Iveco 8041I06 55 R900 в судовой вариант в части установки дополнительного контура системы охлаждения и разработка на его базе экспериментальной установки. Материалы исследования На экспериментальном стенде должны проводиться теплобалансные испытания дизельного двигателя, работающего на генератор. Внешний вид двигателя с генератором показан на рис. 1. Рис. 1. Двигатель Iveco 8041I06 55 R900 Данный двигатель предназначен для привода генераторов и пожарных насосов. Также единичные экземпляры двигателя подвергаются конвертированию в судовое исполнение для установки на катера. Параметры двигателя представлены в таблице. Параметр Значение Диаметр цилиндра, мм 104 Ход поршня, мм 115 Номинальная мощность, кВт 36 Максимальная мощность, кВт 41 Удельный расход топлива (100 % Ne), г/кВт•ч 227 Расход воздуха для сгорания, м3/ч 165 Температура выхлопных газов, °С 550 Массовый расход выхлопных газов, кг/ч 195 Топливо EN 590 Масло ACEA E3-E5 Электрическая емкость пускового аккумулятора, А•ч 100 Напряжение пускового аккумулятора, В 12 Испытания двигателя должны проводиться в соответствии с ГОСТ Р 52517-2005 [2]. На стенде в качестве нагрузки для генератора планируется использовать резистивное нагрузочное устройство НМ-50Т400-К2 с мощностью до 50 кВт (рис. 2). Рис. 2. Нагрузочное устройство НМ-50Т400-К2 Нагрузочное устройство позволит имитировать эксплуатационную нагрузку на генератор в диапазоне от 0 до 110 % от номинальной мощности. Для измерения расхода топлива на стенде будет применяться топливный микрорасходомер ОМ004 (рис. 3). Рис. 3. Микрорасходомер ОМ004 Расходомеры с овальными шестернями ОМ004 предназначены для измерения объемных расходов чистых жидкостей – дизельного и биотоплива, керосина, животных, растительных и синтетических масел, ингибиторов, химикатов, растворителей и т. п. Область применения приборов: нефтехимическая, пищевая, энергетическая отрасли промышленности, а также системы контроля расхода и отпуска нефтепродуктов и топлив на нефтяных терминалах, судах. В помещении лаборатории необходимо предусмотреть установку механической вентиляции для обеспечения, в том числе, воздухопотребления двигателя для сгорания топлива с требуемыми техническими параметрами согласно инструкции по эксплуатации. Измерение расхода потребляемого для сгорания воздуха будет осуществлять расходомер «Взлет РГ». Температуры выхлопных газов будет измеряться датчиком MBT 5116. Так как имеющийся в наличии двигатель имеет не судовое исполнение, то для лаборатории «Судовые дизели» должен быть конвертирован. Конвертирование двигателя будет выполняться в соответствии с требованиями Российского Речного Регистра (РРР) Р.014-2005 «Руководство по техническому наблюдению за конвертированием автомобильных и тракторных двигателей в судовые» [3] и техническими условиями ТУ 3120-002-03149790-2009 «Судовой дизель-редукторный агрегат СДРА-110» [4]. Необходимо установить насос забортной воды внешнего контура системы охлаждения на специальном кронштейне с приводом от шкива привода вентилятора базового двигателя. В случае обычной конвертации можно было бы использовать прямую передачу для насоса забортной воды, но на данном стенде планируется применение между двигателем и насосом вариатора. Для привода насоса забортной воды предлагается использовать вариатор UDT020 с выход-ной частотой вращения 200–1 000 об/мин. Внешний вид и габариты вариатора показаны на рис. 4. Рис. 4. Вариатор UDT020 Предложенная схема была ранее проверена на экспериментальной установке по испытанию насоса системы охлаждения, была подтверждена ее эффективность [5]. Предлагаемое ре-шение позволит регулировать частоту вращения навешенного насоса по необходимому для ре-гулирования закону, что позволит снизить потребляемую насосом мощность и расход топлива судового двигателя. Методы и результаты исследования Так как значение количества отводимой от двигателя теплоты также не указано в технической документации двигателя, для подбора насоса был произведен расчет элементов системы охлаждения. Спецификационная подача насоса пресной воды, кг/ч: , где k1 = 1,2–1,3 – коэффициент запаса подачи; αпв = 0,16–0,25 – доля теплоты, отводимой пресной водой, от всего количества теплоты, выделившегося при сгорании топлива; ge – удельный эффективный расход топлива в двигателе, кг/(кВт ∙ ч); Ne – эффективная номинальная мощность дизеля, кВт; Qрн – низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг; cпв – теплоемкость пресной воды, кДж/(кг•К); ∆tп = 10–15 – стандартно принимаемое для расчетов значение подогрева пресной воды, °С; Для расчета подачи насоса забортной воды для системы охлаждения, кг/ч, применяется формула где k2 = 1,1–1,2 – коэффициент запаса подачи; cзв – теплоемкость забортной воды, Дж/(кг•К); ∆tзв = 10–15 – стандартно принимаемое для расчетов значение подогрева забортной воды, °С; Qi = 0 – количество теплоты, воспринятое в i-м элементе системы охлаждения (двигатель не имеет маслоохладителя); При расчете насоса забортной воды учитывалась также необходимость охлаждения масла, от которого необходимо отводить 3,5 % выделившегося при сгорании тепла. Для измерения расходов теплоносителей выбраны расходомеры «ВЗЛЕТ МР УРСВ-011». Обсуждение Предлагается установить на место вентилятора насос ВКС 1/16. При работе на номинальной частоте вращения 1500 об/мин производительность насоса ВКС 1/16 составляет 3,6 м3/ч. Так как будет установлен вариатор, при работе на такой частоте вращения производительность насоса будет меняться в диапазоне 0,48–2,4 м3/ч, этого достаточно для охлаждения двигателя (рис. 5). Рис. 5. Насос ВКС 1/16 с приводом от двигателя через вариатор Применение устройств для регулирования производительности навешенных насосов является перспективным направлением повышения энергоэффективности судовых двигателей. Далее необходимо будет смонтировать систему охлаждения внешнего контура с элементами, устанавливаемыми вне двигателя: расширительным баком внутреннего контура системы охлаждения, водоводяным холодильником, трубопроводами с арматурой. Для охлаждения планируется использовать пластинчатый теплообменник 54–84 кВт. Заключение Предложен комплекс современных средств измерений для определения параметров испытываемого двигателя и распределения тепловых потерь. По результатам расчетов был выбран насос для внешнего контура системы охлаждения, который будет иметь привод от коленчатого вала через управляемый вариатор. В дальнейшем вариатор будет оснащаться автоматической системой управления для регулирования теплового состояния двигателя.

Список литературы

1. Макарьев Е. В. Стенд для теплобалансных испытаний судовых ДВС // Вестн. Гос. ун-та мор.и реч. флота им. адм. С. О. Макарова. 2014. № 5 (27). С. 12–19.

2. ГОСТ Р 52517-2005. Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Характеристики. Ч. 1. Стандартные исходные условия, объявление мощности, расхода топлива и смазочного масла. Методы испытаний. М.: Стандартинформ, 2006. 36 с.

3. Р.014-2005. Руководство по техническому наблюдению за конвертированием автомобильных и тракторных двигателей в судовые. М.: Рос. Реч. Регистр, 2016. 13 с.

4. ТУ 3120-002-03149790-2009. Судовой дизель-редукторный агрегат СДРА-110. Астрахань: ОАО «АЦКБ», 2009. 36 с.

5. Покусаев М. Н., Селиванов Н. В., Трифонов А. В. Экспериментальная установка для моделирования системы охлаждения судна забортной водой // Морские интеллектуальные технологии. 2018. № 4-4 (42). С. 100–104.