Дослідження ефективності системи охолодження палива суднового дизеля на базі нових холодоагентів

Abstract

Вимоги міжнародної морської організації, урядових агенцій з захисту довкілля та інших неурядових груп напрямлені на зменшення при експлуатації дизельних двигунів викиду у навколишнє середовище шкідливих речовин. Серед цих речовин найбільш небезпечними є окисли сірки (SOx), азоту (NOx) та тверді частки. У відповідності із зазначеними вимогами відбувається активний перехід на палива із наднизьким вмістом сірки. Використання вказаних палив в морських дизелях пов’язане з низкою труднощів, тому що ці двигуни, як-правило, розроблені для експлуатації на паливах з високою в’язкістю та змащувальною здатністю. Значення в’язкості для палив із наднизьким вмістом сірки при звичайній температурі повітря у машинному відділенні здебільшого знаходяться у районі нижньої допустимої границі для дизельних двигунів. Найбільші складності мають місце тоді, коли при підвищенні температури палива перед двигуном значення в’язкості становляться нижче допустимого інтервалу. Для забезпечення надійної роботи двигуна температуру палива необхідно постійно підтримувати такою, при якій буде забезпечуватися необхідне значення в’язкості палива. Для цього конструкція двигуна передбачує наявність системи охолодження палива з водяним охолоджувачем і чіллером для відведення тепла від води. У даній статті досліджено ефективність роботи холодильної установки чіллера при використанні у якості робочих речовин нових перспективних сумішей холодоагентів R125/R290 та R134a/R290 у порівнянні з базовим холодоагентом R134a та з R22. Значення складу для обох сумішей вибрані такими, при яких вони найбільш наближені до азеотропу, тому що при цьому можливо максимально зменшити різницю температур між середовищами, що обмінюються теплом у конденсаторі, та випарнику холодильної установки. У процесі дослідження було виявлено, що значення холодильного коефіцієнту холодильної установки при роботі на сумішах холодоагентів дещо менші, ніж при роботі на R134a та R22, але значення об’ємної холодопродуктивності при використанні сумішей значно вищі ніж у чистих холодоагентів.

Simulation of the supercharged internal combustion engines operation cycle is impossible without correct estimation of the supercharger operating parameters. Standard approach is to use specially prepared performance maps of compressor and turbine of the turbocharger, which are based on the experimental (or manufacturer’s) raw data. Centrifugal compressor performance maps interpolation, extrapolation and treatment provides challenging requirements as it is important to get correct simulation under such special conditions as compressor choke, rotating stall and pumping surge. At the same time it’s important to obtain the fast and stable calculations of the engine’s operating cycle. Blitz-PRO – online internal combustion engines operating cycle simulation service – offers supercharger performance maps preprocessing and implementation. It provides three different modes of compressor surge consid-eration during calculations: 1) full-scale surge mode using Moore-Greitzer approach; 2) mild surge mode with flexible adjustment; 3) “stable” mode, when the surge is neglected and the compressor constant-speed lines are extended from the rotating stall point to the lower mass flow region with the hyperbolic equation. Using the MAN 8G70ME -E engine 12140 kW, 82 rpm operating point as an example, the calculation results are compared for three modes of compressor surge consideration. The “stable” mode provides the fastest and the most stable calculations, while the calculations under the full-scale surge mode could generate the numerical (nonphysical) instability of calculations, which are caused by the high sensitivity of the two-stroke engines to the gas exchange processes as it is shown. The mild surge mode provides fast and stable enough calculation with the surge consideration ability, which could be assumed as the best solution for the given example. The researcher should choose between provided three modes of the centrifugal compressor surge consideration according to the calculations tasks, preferring “stable” mode for initial model setup and mild surge mode for the surge probability check, while the accurate compressor surge simulation needs further development.