Россия
Россия
Россия
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
судовой двигатель, система охлаждения, судовой насос, испытания двигателей, конвертирование двигателей, вариатор
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.
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.
