Морская механика на уровне управления

Оценка эффективности термодинамических процессов двигателя внутреннего сгорания

Эксплуатационные показатели и конструкция судового дизеля Wartsila 6R 32LN:

Диаметр цилиндра -320 мм.

Ход поршня — 350 мм.

Рабочий объем — 9,12 л.

Дизельный двигатель правого вращения. Если смотреть на двигатель спереди, то коленчатый вал вращается по часовой стрелке.

Дизель четырехтактный с турбонаддувом, промежуточным охлаждением воздуха и с непосредственным впрыскиванием топлива.

Двигателям, работающим по циклу с подводом теплоты при P=const, соответствуют стационарные и судовые компрессорные дизельные двигатели с распыливанием жидкого топлива в цилиндре двигателя при помощи сжатого в специальном компрессоре воздуха, что позволяет дизельному двигателю Wartsila 6R 32LN развить высокий КПД (около 40%).

Регулирование рабочей смеси в дизельном ДВС качественное; подаваемое в цилиндры количество воздуха не зависит от частоты вращения коленчатого вала и нагрузки.

Расход топлива зависит от наполнения цилиндров воздухом, давления начала подъема иглы форсунки, качества распыла топлива форсунками, угла опережения впрыска топлива, от характера подачи топлива топливным насосом высокого давления, стабильности регулировочных параметров системы подачи топлива [30].

Блок-картер, образующий остов двигателя, монолитный. Рамовые подшипники подвешенного типа. Подвески рамовых подшипников фиксируются двумя шпильками, затянутыми гидравлическим способом, и двумя горизонтальными боковыми болтами. Ресивер наддувочного воздуха и главные распределительные каналы смазочного масла и циркуляционной воды отлиты в блок-картере. Люки картера, изготовленные из силумина, уплотнены резиновыми кольцами к блок-картеру. Масляный поддон сварной конструкции.

Коленчатый вал двигателя цельнокованый и при надобности уравновешивается противовесами.

Шатуны штампованы. Нижняя головка с разъемом под углом; площади разъема имеют зубчатку. Вкладыш верхней головки шатуна имеет ступенчатое исполнение (нижняя часть шире, верхняя уже) с целью увеличения рабочей поверхности подшипника.

Поршни дизеля сделаны из шаровидного чугуна и охлаждаются маслом. Охлаждающее масло подводится через сверленые каналы шатуна, поршневого пальца и поршня в охлаждающую полость и вытекает через сверленые отверстия в поршне, которые рассчитаны на оптимальную эффективность расплескивания масла. Две самых верхних из кольцевых канавок закалены. Набор поршневых колец состоит из трех компрессионных колец, из которых верхние два кольца хромированные, и из одного хромированного самопружинящего маслосъемного кольца, расположенного выше поршневого пальца.

Крышка цилиндра двигателя изготавливается из высокопрочного чугуна, закреплена четырьмя гидравлически затянутыми шпильками. Расположенные на крышке два впускных и два выпускных клапана со стеллитовыми фасками гнезд и хромированными штоками полностью идентичные. Изготовленные из специального чугуна гнезда клапана впрессовываются в расточки, которые имеют эффективное охлаждение со стороны водяной полости. Форсунка утоплена полностью в крышку; соединение топливной трубки выполнено сбоку соединительным ниппелем и поэтому топливо не имеет возможности смешиваться со смазочным маслом. Клапанный механизм имеет смазку под давлением и полностью закрытую конструкцию.

Распределительный вал дизеля состоит из секций, одна на каждый цилиндр. Кулачки отлиты заодно с валом.

Топливные насосы высокого давления находятся в верхней части дизельного двигателя и имеют специальные толкатели.

Турбонагнетатели судового дизеля Wartsila 6R 32LN, по одному на каждый ряд цилиндров, находятся на свободном конце двигателя.

Воздухоохладители имеют отдельный трубочный набор.

В топливную систему дизеля Wartsila 6R 32LN входят: первичный фильтр, топливоподкачивающий насос и сдвоенный фильтр с трехходовым клапаном.

В масляную систему судового двигателя входят: шестеренчатый насос, сдвоенный масляный фильтр, холодильник с термостатным клапаном, центробежный байпасный фильтр, а также ручной насос и стояночный маслонасос с электроприводом. Все эти устройства навешены на дизель.

Пусковая система. Воздух, подается в цилиндры через распределитель пускового воздуха, приводимого в действие от распределительного зала. Дизель 4-цилиндрового исполнения пускается в работу пневматическим стартером.

Работа Wartsila 6R 32LN с микротурбиной и без. Большинство газопоршневых установок Wartsila работают с турбонагнетателями. Первый капитальный ремонт турбины у Wartsila 6R 32LN происходит спустя 120 000 часов.

Работа в переходном режиме отрицательно влияет на износ любого оборудования, особенно в режиме пуска.

У больших турбин и газопоршневых установок насосы предварительно закачивают масло в наиболее ответственные узлы непосредственно перед пуском агрегата, у микротурбины Wartsila происходит абсолютно сухой запуск, который снижает ресурс.

При работе на переменных нагрузках микротурбины постоянно находятся в режиме старта-остановки, если же их не останавливать, то непомерный расход топлива — природного газа доведет потребителя до цугундера.

К большому минусу микротурбины можно отнести и стоимость запасных частей (ЗИПа) для проведения капитальных ремонтов. Стоимость капитального ремонта составит 70% от первоначальной стоимости турбины. И это уже через семь лет работы.

КПД определяет то количество топлива, которое должно сжигаться в агрегате для выработки 1 кВт мощности и, в конечном итоге, ту сумму, которую потребитель вынужден заплатить за топливо.

Даже у самых совершенных микротурбин КПД не превышает 32%. Это значительная прибавка к мощности дизеля.

Этот пример доказывают, прежде всего, колоссальную разницу в расходе драгоценного топлива — невозобновляемого природного ресурса. Чрезмерный расход топлива — чувствительный удар по кошельку судовладельца.

В современной конкуренции разница в КПД силовой установки всего на 1,0% уже считается приличным значением. В сравнении с газопоршневыми установками без турбины разница в КПД, а значит и в потреблении топлива, просто несопоставима.

Например, газопоршневой дизель для выработки 1 МВт электроэнергии потребляет около 250 нм³/час, с микротурбиной — уже 400 нм³/час. Разница составляет более 1,2 млн. м³ топлива в год или в денежном эквиваленте — более 3,5 млн руб./год.

Важно понимать, что все указанные параметры справедливы для работы микротурбины в номинальном режиме. Но стоит только измениться одному из параметров, как КПД микротурбины начинает стремительно снижаться. Пример — работа микротурбины с неполной нагрузкой. В режимах с нагрузкой около компрессора (нетто) уже чуть больше 13%. Зависимость КПД микротурбины от температуры окружающего воздуха тоже крайне велика. Выходная мощность микротурбины С30 начинает стремительно падать уже при температуре +18°С, а при +30°С снижается уже на четверть!

Таким образом, можно сделать вывод, что двигатель Wartsila 6R 32LN лидирует на ряду с другими дизелями, а также за счёт установленной микротурбины имеет повышенные рабочие характеристики. Данный дизель отвечает параметрам мощности, экономичности, эффективности и применим для обеспечения движения судна и выполнению задач по назначению и по массо-габаритным показателям двигателей отвечает заданным параметрам. Установка данного дизеля на судно типа «Мирзага Халилов» целесообразна.