Визначення кількості та послідовності відключення циліндрів стаціонарного дизель-генератора на експлуатаційних режимах

Abstract

Стаціонарні дизель-генератори працюють в широкому діапазоні навантажень при практично постійній частоті обертання колінчастого вала. На режимах низьких навантажень їх ефективність зменшується внаслідок погіршення якості сумішоутворення в циліндрі, зменшення тиску та температури в камері згоряння і, як наслідок, зменшення індикаторного та ефективного ККД. Покращити показники дизеля на цих режимах можливо застосуванням відключення циліндрів або циклів. На сьогодні запропоновано ряд систем відключення циліндрів, що застосовуються на серійних двигунах. Проте в літературі недостатньо розкрита методологія визначення кількості та послідовності відключення циліндрів залежно від режимів роботи двигуна. Відсутній єдиний підхід до використання критеріїв ефективності відключення циліндрів, критеріальних та параметричних обмежень. В роботі представлений розрахунково-експериментальний метод, що базується на забезпеченні максимального індикаторного ККД двигуна з урахуванням комплексу обмежувальних параметрів. З використанням цього методу запропоновано дві схеми відключення циліндрів стаціонарного дизель-генератора 7Д100, у яких кількість відключених циліндрів визначається за потужністю двигуна, а послідовність відключення циліндрів встановлюється, виходячи із забезпечення мінімального ступеня нерівномірності обертання колінчастого валу двигуна. Згідно першої схеми в діапазоні ефективної потужності 0-280 кВт двигун працює на п’яти циліндрах, а в діапазоні 280-1100 кВт – на десяти циліндрах. Згідно другої схемі в діапазоні ефективної потужності 0-500 кВт дизель працює на п’яти-девяти циліндрах, а в діапазоні 500-1100 кВт – на десяти циліндрах. Відключення циліндрів за першою схемою більш просте в реалізації та забезпечує кращу рівномірність обертання колінчастого вала та крутного моменту двигуна. Відключення циліндрів за другою схемою дозволяє досягти кращої паливної економічності та меншої механічної та термічної навантаженості деталей циліндро-поршневої групи.Stationary diesel generators operate in a wide range of loads at almost constant frequency of rotation of the crankshaft. At low load conditions, their efficiency decreases due to deterioration of the mixture-formation in the cylinder, reduction of pressure and temperature in the combustion chamber and, as a result, decrease in indicator and effective cycle efficiency. It is possible to improve the performance of a diesel engine in these modes by turning off cylinders or cycles. At present, a number of cylinder shut-off systems have been proposed, which are used on serial engines. However, the literature does not sufficiently disclose the methodology for determining the number and sequence of cylinder deactivation, depending on the engine operating conditions.There is no unified approach to the use of criteria for cylinder shutdown efficiency, criterial and parametric constraints. The paper presents a computational-experimental method based on ensuring the maximum indicator engine efficiency with regard to a set of restrictive parameters. Using this method, two schemes for shutting down the cylinders of a 7D100 stationary diesel generator are proposed, in which the number of disabled cylinders is determined by engine power, and the cylinder shutdown sequence is determined on the basis of ensuring the minimum degree of the crankshaft cyclic speed fluctuation. In the first scheme, in the range of effective power of 0-280 kW, the engine operates on five cylinders, and in the range of 280-1100 kW - on ten cylinders. According to the second scheme, in the range of effective power of 0-500 kW, the diesel works on five to nine cylinders, and in the range of 500-1100 kW - on ten cylinders. Turning off the cylinders according to the first scheme is simpler to implement and provides better uniformity of the crankshaft cyclic speed and engine torque fluctuation. Switching off the cylinders according to the second scheme allows achieving better fuel efficiency and less mechanical and thermal tensions in the details of the cylinder piston group.