Menu
RSS


Влияние эксплуатационных факторов на теплонапряженность, переходные режимы

На теплонапряженность дизеля наибольшее влияние оказывают следующие эксплуатационные факторы: нагрузка цилиндра, сопротивление движению судна и винта, температура охлаждающей воды, наличие отложений (накипи или нагаров) на стенках охлаждаемых деталей, охлаждение наддувочного воздуха, состояние газовоздушного тракта и качество газообмена в цилиндре, экономичность дизеля, скорость ввода дизеля после пуска в режим полной нагрузки и вывода из режима полной нагрузки на "стоп".

Влияние конструктивных факторов на теплонапряженность

Из конструктивных факторов существенное влияние на теплонапряженность дизеля оказывают следующие: толщина стенки охлаждаемой детали; проходное сечение каналов для охлаждающей жидкости и их расположение относительно охлаждаемой поверхности; физические свойства охлаждающей жидкости, применяемой для охлаждения поршней (воды или масла); материал, применяемый для изготовления поршней; способ охлаждения выпускного клапана; диаметр цилиндра. 

Метод эквивалентных стенок

Наглядное представление о влиянии конструктивных и эксплуатационных факторов на температуру стенки и перепад температур в ней позволяет составить графический анализ 

теплопередачи - так называемый метод эквивалентных стенок (рис. 137). 

Средняя температура стенки цилиндра со стороны газов, охлаждающей жидкости

Детали ЦПГ в дизелях охлаждают с целью снижения их температурного уровня и сохранения благодаря этому прочностных характеристик металлов и смазывающих свойств цилиндровых масел. Часть теплоты, выделяющейся при сгорании топлива, отводится через стенки деталей в охлаждающую среду (воду и масло) и считается одной из потерь в тепловом балансе дизеля.

Удельный тепловой поток, способы определения

Удельный тепловой поток в охлаждающую среду представляет собой отношение количества теплоты, передаваемой в охлаждающую среду в секунду, к полной внутренней поверхности цилиндра, кВт/м2q = Qw/F.
Удельный тепловой поток удобен для оценки теплонапряженности тем, что он может быть определен двумя способами: эксперементальным (опытным) путем и аналитическим в результате расчета теплопередачи. По удельному тепловому потоку может быть оценена теплонапряженность дизеля в процессе его проектирования, при модернизации и эксплуатации.

Косвенные показатели теплонапряженности

К косвенным показателям теплонапряженности относят: удельный тепловой поток в охлаждаемую среду, условные параметры теплонапряженности, температуры отработавших газов и деталей ЦПГ в местах, удобных для измерения.
Удельный тепловой поток в охлаждающую средупредставляет собой отношение количества теплоты, передаваемой в охлаждающую среду в секунду, к полной внутренней поверхности цилиндра, кВт/м2q = Qw/F.

Непосредственные показатели теплонапряженности

К непосредственным показателям теплонапряженности дизеля относятся температурные напряжения в стенках охлаждаемых деталей ЦПГ и температуры в определенных характерных точках.
Температурные напряжения зависят от перепадов температур в стенках. Например, температурные напряжения втулок цилиндров изменяются прямо пропорционально изменению перепада температур и приблеженно могут быть определены по формуле
σт = ±αтEΔT/2(1 - μ) 
где αт - коэффициент линейного расширения металла втулки, E - модуль упругости металла втулки, ΔT - перепад температур по толщине стенки втулки, μ - коэффициент Пуассона.

Температурные и механические напряжения в цилиндре дизеля, аналитические выражения

Температурные напряжения зависят от перепадов температур в стенках. Например, температурные напряжения втулок цилиндров изменяются прямо пропорционально изменению перепада температур и приблеженно могут быть определены по формуле
σт = ±αтEΔT/2(1 - μ) 
где αт - коэффициент линейного расширения металла втулки, E - модуль упругости металла втулки, ΔT - перепад температур по толщине стенки втулки, μ - коэффициент Пуассона.

Виды теплообмена газов со стенками цилиндра, аналитические выражения

В судовых ДВС для отвода теплоты от деталей ЦПГ используют жидкие теплоносители - воду и масло. Водой обычно охлаждают крышки и втулки рабочих цилиндров, маслом - поршни. В двухтактных двигателях для охлаждения поршней применяют и воду.

Утилизация тепловых потерь, способы утилизации

Перегретый пар направляется в УТГ. Для утилизации применяют УК с одной или двумя ступенями давления пара. В УК с одной ступенью давление пара составляет 0,5...1,0 МПа, с двумя - в первой ступени 0,15...0,3 МПа, во второй 1,0...1,5 МПа. УК с двумя ступенями пара позволяет расширить диапазон потребителей и повысить КПД приводных механизмов (насыщенный пар первой ступени используют на хозяйственные нужды, а перегретый второй ступени - на турбинный привод).

Утилизация тепловых потерь, состав потребителей

Для повышения эффективности комплексных систем утилизации судовые потребители комплектуют по группам.
В первую группу входят потребители, использующие теплоту системы охлаждения главного двигателя. Это — вакуумные опреснительные установки, подогреватели воздуха в кондиционерах и системах вентиляции, конденсата в УК и др.

Утилизация тепловых потерь, состав источников

Эффективным способом повышения степени использования энергии, полученной в двигателе при сгорании топлива, является утилизация теплотывыпускных газов, наддувочного воздуха и пресной воды системы охлаждения двигателя. Эти источникиимеют значительный удельный вес во внешнем тепловом балансе и характеризуются следующим уровнем температур:
- выпускние газы за турбиной 265...350oC в двухтактных двигателях и 380...500oC в четырехтактных;
- наддувочный воздух после компрессора 90...160oC;
- пресная вода системы охлаждения 65...75oC.
Возможности утилизации теплоты каждого источникаопределяются форсировкой и мощностью двигателей, входящих в состав судовой энергетической установки и потребностями в тепловой и электрической энергии судовых потребителей. 
Простейшим видом утилизации теплоты является использование теплоты выпускных газов для работы водогрейных котлов в судовых энергетических установках вспомогательных судов, не имеющий потребителей пара. Циркуляционную воду нагревают до 110...140oC и подают потребителям.
В энергетических установках современных транспортных судов общепринятой является утилизация теплоты выпускных газов и теплоты пресной воды системы охлаждения главных двигателей.
Теплота охлаждающей воды используется на хозяйственно-бытовые нужды и работу вакуумных опреснительных установок.
Теплоту выпускных газов используют в утилизационных котлах, генерирующих насыщенный и перегретый пар. Насыщенный пар расходуется на общесудовые нужды и подогрев тяжелых топлив, перегретый - на привод утилизационных турбогенераторов.
Наибольшая эффективность утилизации достигается при работе УК на постоянно действующие потребители пара, к которым в первую очередь относятся УТГ, позволяющие полностью или частично исключить из работы на ходовых режимах вспомогательные дизель-генераторы и соответственно повысить экономичность СЭУна 8...12%. 
Чтобы использовать теплоту наддувочного воздуха, охладители наддувочного воздуха выполняют двух- или трехсекционными. При этом одна или две секции, называемые высокотемпературными, охлаждаются пресной водой, а последняя - забортной до требуемой температуры воздуха. Нагретая таким образом вода используется для подогрева топлива в цистернах и отопления судовых помещений.

Перечень и температурный потенциал составляющих тепловых потерь дизеля

Работоспособность деталей ЦПГ двигателей оценивают в основном по тепловому и напряженному состоянию. Основными показателями теплового состояния являются температуры в различных местах деталей и относительные потери теплоты через них, напряженного - действующие напряжения и зазоры в сочленениях. 
Чтобы оценить работоспособность по тепловому состоянию, определяют значения температуры в расчетных точках и сравнивают их с допустимыми. 

Экспериментальная и аналитическая оценка составляющих теплового баланса дизеля

Уравнение внешнего теплового баланса:
Qт = Qe + Qг + Qохл + Qн.п.
Располагаемая теплота, подведенная к дизелю с топливом, кВт, Qт = BчQн/3600
(где Bч - часовой расход топлива, кг; Qн - низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг). 
Теплота, соответствующая эффективной работе на валу двигателя, Qe = Ne, кВт.

Внешний и внутренний тепловой баланс судового дизеля

В судовых двигателях внутреннего сгорания в эффективную работупреобразуется 38...54 % теплоты, выделяющейся при сгорании топлива. Остальное составляют тепловые потери.
На рис. 132 показана схема распределения теплоты в двигателе. Итоговое распределение теплоты, выделившейся при сгорании топлива, называют внешним тепловым балансом.

Subscribe to this RSS feed
  • Facebook
  • Twitter
  • Google+
  • VK
  • RSS