Система регистрового турбонаддува корабельных дизелей

Полезная модель относится к области двигателестроения и может быть использована для повышения эффективности регистрового турбонаддува корабельных дизелей.
Известна система охлаждения комбинированного двигателя с промежуточным охладителем наддувочного воздуха (Патент №112944 РФ, МПК F01P 3/20. Опубл. 27.01.2012). Система охлаждения комбинированного двигателя с промежуточным охладителем наддувочного воздуха содержит поршневой двигатель внутреннего сгорания, жидкостный радиатор, воздухо-воздушный охладитель наддувочного воздуха, жидкостный насос, турбокомпрессор, часть сжатого воздуха их которого по воздухопроводу поступает на вход трубы Ранка, выход из которой оборудован кожухом. Система охлаждения комбинированного двигателя с промежуточным охладителем наддувочного воздуха работает следующим образом. Основная масса сжатого в турбокомпрессоре и нагревшегося в результате этого воздуха поступает в воздухо-воздушный охладитель наддувочного воздуха, пройдя через который охлаждается и направляется в цилиндры комбинированного двигателя. Другая часть сжатого в турбокомпрессоре воздуха по воздухопроводу поступает в трубу Ранка. Охлажденный в трубе Ранка воздух через кожух поступает на обдув жидкостного радиатора. Поскольку перепад температур теплого воздуха внутри воздухо-воздушного охладителя и обдувающего его холодного воздуха существенно больше, чем при обдуве атмосферным воздухом, поэтому поверхность охлаждения воздухо-воздушного охладителя может быть существенно уменьшена при сохранении прежнего теплосъема.
нв
Количество теплоты, отводимой от наддувочного воздуха Q, определяется по формуле:
вв
онв
нв
охл.р
где k - коэффициент теплопередачи от наддувочного воздуха к охлаждающему воздуху; F - поверхность охлаждения наддувочного воздуха; Т, - средняя температура наддувочного воздуха в охладителе наддувочного воздуха; Т' - средняя температура воздуха, обдувающего охладитель наддувочного воздуха.
ox
Количество теплоты, отводимой от охлаждающей жидкости в жидкостном радиаторе Q определяется по формуле:
ох
xp
охл.х.
охл.в.
где k - коэффициент теплопередачи от охлаждающей жидкости к воздуху; F - поверхность охлаждения радиатора; Т - средняя температура охлаждающей жидкости в жидкостном радиаторе; Т' - средняя температура воздуха, обдувающего жидкостный радиатор.
Недостаток системы охлаждения комбинированного двигателя с промежуточным охладителем наддувочного воздуха заключается в том, что повышение температуры атмосферного воздуха в летний период приводит к падению мощности комбинированного двигателя.
х
Наиболее близким прототипом является принципиальная схема дизеля со свободным турбокомпрессором (Васильев-Южин P.M. «Корабельные двигатели внутреннего сгорания». Часть I. «Теория рабочих процессов» / Ленинградское высшее военно-морское инженерное училище имени В.И. Ленина / Издание второе, переработанное.: Ленинград - 1989 - С. 309, с. 168-169, 243). Принципиальная схема дизеля со свободным турбокомпрессором содержит турбину, компрессор, охладитель наддувочного воздуха. Принципиальная схема дизеля со свободным турбокомпрессором работает следующим образом. Атмосферный воздух поступает на компрессор, в котором происходит его сжатие. При сжатии воздуха в компрессоре одновременно с давлением увеличивается и его температура, плотность заряда воздуха в определенной мере уменьшается, а температуры цикла возрастают. Охлаждение наддувочного воздуха, применяется как в целях увеличения плотности заряда воздуха, так и для снижения температур цикла. Для охлаждения воздуха в корабельных дизелях наиболее часто применяют охладители рекуперативного типа, в которых охлаждаемый воздух и забортная вода, используемая в качестве охлаждающего агента, протекают одновременно и теплота передается через разделяющую их стенку. Для характеристики системы охлаждения воздуха и свойств охладителя используют степень охлаждения Е:
к
0
кц
где Т - температура наддувочного воздуха после компрессора, К; Т - температура атмосферного воздуха перед компрессором, К; Т - температура наддувочного воздуха после охладителя наддувочного воздуха, К.
х
Степень охлаждения Е зависит от температуры атмосферного воздуха и забортной воды, уменьшаясь с их ростом. Кроме того, даже в наиболее совершенных охладителях с развитой поверхностью теплообмена температура воздуха после воздухоохладителя превышает температуру забортной воды на 15-30°.
Недостаток принципиальной схемы дизеля со свободным турбокомпрессором заключается в зависимости степени охлаждения наддувочного воздуха от температуры атмосферного воздуха.
Задача, на которую направлена полезная модель, заключается повышении эффективности регистрового турбонаддува корабельных дизелей в летний период.
Технический результат заключается в охлаждении атмосферного воздуха на переходных режимах путем дополнительной установки стабилизатора температуры.
Технический результат достигается тем, что система регистрового турбонаддува корабельных дизелей, содержащая первую турбину, первый компрессор, охладитель наддувочного воздуха, отличающаяся тем, что система включает вторую турбину, второй компрессор, захлопку воздушную, выполненную с возможностью открытия поступления атмосферного воздуха на второй компрессор, захлопку выхлопную, выполненную с возможностью открытия поступления отработанных газов на вторую турбину, также дополнительно включает стабилизатор температуры, установленный перед вторым компрессором и состоящий из полого патрубка, входной и выходной трубы, выполненных с возможностью подачи охлаждающей жидкости в полый патрубок, трубки подвода и отвода охлаждающей жидкости, соединенные с дефлектором полым.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленная система регистрового турбонаддува корабельных дизелей соответствует критерию «новизна», так как имеет следующие отличия.
1. Для повышения эффективности регистрового турбонаддува корабельных дизелей на переходных режимах система включает вторую турбину, второй компрессор, захлопку воздушную, выполненную с возможностью открытия поступления атмосферного воздуха на второй компрессор, захлопку выхлопную, выполненную с возможностью открытия поступления отработанных газов на вторую турбину, Сжатие наддувочного воздуха во втором компрессоре происходит по политропному процессу, который выражается уравнением политропы:
где Т - температура наддувочного воздуха, К; Р - давление наддувочного воздуха, МПа; n - показатель политропы, n ≈ 1,38.
2. Для уменьшения температуры наддувочного воздуха система дополнительно включает стабилизатор температуры, установленный перед вторым компрессором. Существует зависимость между температурой и давлением атмосферного и наддувочного воздуха:
K
0
K
0
где T - температура наддувочного воздуха после второго компрессора, К; Т - температура атмосферного воздуха перед вторым компрессором, К; P - давление наддувочного воздуха после второго компрессора, МПа; Р - давление атмосферного воздуха перед вторым компрессором, МПа
K
Температура наддувочного воздуха T после второго компрессора определяется по формуле:
0
K
0
где Т - температура атмосферного воздуха перед вторым компрессором, К; P - давление наддувочного воздуха после второго компрессора, МПа; Р - давление атмосферного воздуха перед вторым компрессором, МПа; n - показатель политропы, n ≈ 1,38.
3. Для уменьшения температуры верхних потоков атмосферного воздуха стабилизатор температуры состоит из полого патрубка.
4. Для возможности подачи охлаждающей жидкости в полый патрубок стабилизатор температуры содержит входную и выходную трубы.
5. Для уменьшения температуры нижних потоков атмосферного воздуха трубки подвода и отвода охлаждающей жидкости соединены с дефлектором полым.
Система регистрового турбонаддува корабельных дизелей представлена на фигуре 1. Система регистрового турбонаддува корабельных дизелей содержит первый компрессор 1, охладитель наддувочного воздуха 2, корабельный дизель 3, первая турбина 4, захлопка выхлопная 5, вторая турбина 6, захлопка воздушная 7, второй компрессор 8, стабилизатор температуры 9.
Стабилизатор температуры представлен на фигуре 2. Стабилизатор температуры содержит входную трубу 10, полый патрубок 11, выходную трубу 12.
Разрез А-А представлен на фигуре 3. Разрез А-А содержит трубку подвода охлаждающей жидкости 13; дефлектор полый 14; трубку отвода охлаждающей жидкости 15.
Система регистрового турбонаддува корабельных дизелей работает следующим образом. Атмосферный воздух поступает на первый компрессор 1, в котором происходит его сжатие, вследствие чего температура и давление наддувочного воздуха повышаются. Затем наддувочный воздух через охладитель наддувочного воздуха 2 поступает в цилиндры корабельного дизеля 3 (цилиндры на фигуре не показаны), где смешивается с топливом, самовоспламеняется и сгорает с образованием отработанных газов, которые через первую турбину 4 выводятся из системы. На переходных режимах открывается захлопка выхлопная 5 и часть отработанных газов поступает на вторую турбину 6, которая вращает второй компрессор 8, который затягивает атмосферный воздух через стабилизатор температуры 9. Далее наддувочный воздух через захлопку воздушную 7 поступает в охладитель наддувочного воздуха 2 для дополнительного охлаждения перед цилиндрами корабельного дизеля 3.
Стабилизатор температуры работает следующим образом. Охлаждающая жидкость под давлением подается во входную трубу 10 откуда часть охлаждающей жидкости поступает в полый патрубок 11 и выдавливается во входную трубу 12, охлаждая верхние потоки атмосферного воздуха на переходных режимах. Другая часть охлаждающей жидкости полого патрубка 11 выдавливается через трубки подвода охлаждающей жидкости 13 в дефлектор полый 5, охлаждая внутренние потоки атмосферного воздуха на переходных режимах. Из дефлектора полого 14 охлаждающая жидкость посредством трубки отвода охлаждающей жидкости 15 и полого патрубка 11 отводится в выходную трубу 12, а из стабилизатора температуры 9 на переходных режимах выходит охлажденный атмосферный воздух.
Заявляемая полезная модель позволяет повысить эффективность регистрового турбонаддува корабельных дизелей в летний период за счет охлаждения атмосферного воздуха на переходных режимах.