Выбор системы газотурбинного наддува высокооборотного судового дизеля

Abstract

В статье представлены результаты исследования импульсной и изобарной систем выпуска поршневого двигателя в зависимости от среднего эффективного давления. Целью данной работы является выявление эффективного использования импульсной или изобарной системы выпуска с точки зрения потерь работоспособности газов при движении энергетического потока от цилиндров до турбины при форсировании поршневого двигателя по среднему эффективному давлению. Существующие системы газотурбинного наддува не имеют чёткой области использования в зависимости от среднего эффективного давления. До сих пор на практике в процессе создания более форсированных дизельных двигателей конструкторы вынуждены подбирать многие элементы выпускных систем на основе ранее приобретенного опыта эксплуатации предыдущих конструкций. Причина кроется в отсутствии понимания физической сущности процессов локальных потерь работоспособности рабочего тела, например, при движении газов от цилиндров двигателя к турбине. В работе получены новые результаты расчётов импульсной и изобарной систем выпуска двигателя Caterpillar 3508С в зависимости от уровня форсирования по среднему эффективному давлению с использованием метода характеристик, квазистационарного метода и эксергетического метода. Разработан комплексный подход к решению проблемы выбора оптимальной системы выпуска при форсировании по среднему эффективному давлению поршневого двигателя. Для решения поставленной цели исследования в работе применился современный подход к оценке эффективности различных систем газотурбинного наддува эксергетический метод. Полученные результаты подтверждают возможность использования эксергетического метода для оценки эффективности систем выпуска с точки зрения потерь работоспособности газов. Выбрана оптимальная система выпуска двигателя Caterpillar 3508С с точки зрения потерь работоспособности выпускных газов в зависимости от среднего эффективного давления.The article presents the results of the study of pulse and Isobaric exhaust systems of a piston engine depending on the average effective pressure. The purpose of this work is to identify the effective use of a pulsed or isobaric exhaust system from the point of view of the loss of working capacity of exhaust gases during the movement of the energy flow from cylinders to the turbine when forcing the piston engine according to the average effective pressure. Existing supercharging systems do not have a clear area of use depending on the average effective pressure. Until now, in practice, in the process of creating more forced diesel engines, designers are forced to select many elements of exhaust systems on the basis of previously acquired experience in the operation of previous designs. The reason lies in the lack of understanding of the physical essence of the processes of local losses of the working capacity working fluid, for example, during the movement of gases from the engine cylinders to the turbine. In the work are obtained new results of calculations of impulse and isobaric exhaust systems of Caterpillar 3508C engine depending on the level of forcing on the average effective pressure with the use of the characteristics method, the quasi-stationary method and the exergy method are obtained. A comprehensive approach to solving the problem of choosing the optimal exhaust system when forcing the piston engine according to the average effective pressure is developed. To solve the goal of the study, a modern approach to assessing the efficiency of various supercharging systems exergy method was applied. The obtained results confirm the possibility of using the exergy method to assess the efficiency of exhaust systems from the point of view of the losses of working capacity of exhaust gases. The selected optimum system of exhaust system of the Caterpillar 3508C engine in terms of the losses of working capacity of exhaust gases depending on the average effective pressure.