Результати теоретичних досліджень робочого процесу в судновому ДВЗ с комплексною системою охолодження надувного повітря

Досліджена ефективність узагальненої схеми системи повітропостачання. Така схема дозволяє в найбільш повній мірі реалізувати переваги, як самої системи охолодження надувного повітря, так й схемного рішення з використанням додаткової турбіни, потужність якої передається на колінчастий вал ДВЗ.

З метою встановлення залежності найбільш важливих показників робочого процесу ДВЗ від глибини охолодження надувного повітря, було проведено числове дослідження з використанням математичної моделі. Для двигуна з вільним турбонадувом характер зміни паливної економічності у залежності від зниження температури надувного повітря відповідає лінії ge-1. Для цього двигуна зміна температури повітря за компресором забезпечується застосуванням у рекуперативному охолоджувачі надувного повітря зовнішнього теплоносія з умовно необмеженими можливостями зниження температури, і досліджувалася реакція двигуна на зміну Ts у таких умовах.

У реальних конструкціях двигунів такі можливості зниження температури відсутні. Тут розглядається можливість зниження температури в ресивері не під дією ідеального зовнішнього теплоносія, а на основі потенційно можливого регулювання глибини охолодження надувного повітря за рахунок відповідного налаштовування КСОНП. Початкове зниження питомої витрати палива при Ts = 350 K у порівнянні з першим варіантом пояснюється зменшенням витрат на привод компресора в результаті упорскування води в стиснуте повітря. Зростання питомої витрати палива після 310 К (коли досягається межа зниження Ts під дією тільки рекуперативної системи охолодження) пояснюється тим, що до моменту досягнення мінімуму починає діяти додатковий негативний фактор впливу на ККД двигуна — витрати на стискування повітря перед турбодетандером.

Проаналізовано також аналогічну залежність питомої витрати палива від температури повітря в ресивері (відповідає кривої ge-3) для двигуна однакової потужності і розмірності, який обладнаний такою же системою охолодження надувного повітря, але який має більш високу початкову економічність за рахунок поліпшених параметрів робочого циклу (високий тиск наддува і більш високий максимальний тиск згоряння). Для вже розглянутих двигунів моделі робочих циклів налаштовувалися за результатами власних стендових іспитів. Для третього двигуна налаштування циклу виконане з використанням параметрів близького аналогу, представлених в опублікованих джерелах.

В реальному циклі комбінованого турбопоршньового ДВЗ охолодження надувного повітря забезпечує зниження питомої витрати палива при постійній потужності. Цей ефект пов’язаний з перерозподілом складових теплового балансу ДВЗ і підвищенням долі корисно використаного тепла. Характер впливу охолодження надувного повітря на паливну економічність ДВЗ не є однозначним. Позитивний характер виявляється в тому разі, коли додаткова енергія, отримана в результаті комплексного впливу охолодження надувного повітря передається на колінчастий вал ДВЗ. Якщо ця енергія витрачається на інші потреби, в тому разі й на додаткове охолодження надувного повітря, то підвищення паливної економічності може бути досить малим чи негативним.