Удельный расход топлива для судового дизельного двигателя

Удельный расход топлива для судового дизельного двигателя

Главное меню

Судовые двигатели

Если двигатель потребляет В кг/сек топлива и развивает мощ­ность N i вт, то отношение

b i = В / N i (153)

называется удельным индикаторным расходом топлива.

b e = В / N e (154)

называется удельным эффективным расходом топлива.

Величины b i и b е являются одними из показателей экономич­ности работы двигателей. Значение b i может быть определено по количеству воздуха, поступающего в цилиндр. За один цикл (при р , Т ) в цилиндр поступает воздух в объеме V s ? н . Если двигатель делает п об/сек, то при коэффициенте тактности k в цилиндре со­вершается nk цикл/сек. Количество воздуха, поступающее в ци­линдр за 1 сек; будет V s ? н nk .

Если число цилиндров дизеля z , то расход воздуха на двига­тель за 1 сек его работы

Для полного сгорания 1 кг топлива действительно необходимое количество воздуха

Величины b i и b е соответственно равны: для четырехтактных тихоходных двигателей 175—190 и 200—240 кг/(квт?ч) и четырех­тактных быстроходных 190—230 и 230—280 кг/(квт?ч); для двух­тактных тихоходных двигателей 190—215 и 220—260 кг/ (кет?ч) и двухтактных быстроходных 215—245 и 230—300 кг/(квт?ч).

Термический к. п. д. ? t цикла со смешанным подводом тепла выражается формулой (124) . У реальных двигателей ? t = 0,64 ? 0,7. Термический к. п. д. показывает ту долю тепла от всего подведен­ного в цикле, которая может быть превращена в работу при идеальных условиях протекания цикла, ? t = L / Q н Разность 1— ? t показывает ту долю тепла, которая согласно второму закону термодинамики неизбежно отводится и теряется для цикла.

Индикаторный к. п. д. учитывает все тепловые потери и пока­зывает долю тепла, превращенного во внутреннюю работу, от всего подведенного, ? i = L i / Q н . Если выражение отнести к 1 сек, то L i = N i , a расход топлива составит В кг/сек и тогда

Для четырехтактных двигателей ? i = 0,43 ? 0,5 и для двухтакт­ных ? i = 0,4 ? 0,48.

Для оценки степени использования тепла в двигателе по срав­нению с использованием тепла в термодинамическом цикле, т. е. для оценки тепловых потерь цикла в реальном ДВС по сравнению с соответствующим идеальным ДВС вводится понятие относитель­ного к. п. д. ? , представляющего отношение количества тепла, превращенного в индикаторную работу L i , к тому количеству тепла, которое могло бы быть превращено в работу L при идеаль­ных условиях протекания цикла, ? = L i / L .

Оценка экономичности ДВС в целом производится по его эф­фективному к. п. д. ? е , представляющему собой отношение тепла, превращенного в эффективную работу L e , ко всему подведенному в цикле Q н : ? е =L e /Q н . Если это выражение отнести к 1 сек, то L e = N e и расход топлива составит В. Тогда

Эффективный к. п. д. ? е учитывает как тепловые, так и меха­нические потери в двигателе и показывает ту долю тепла, которая превращается в эффективную работу, от всего подведенного в цикле. Для судовых дизелей ? е лежит в пределах 0,35—0,45. Так как ? м = N e / N i , то на основании формул (155) и (156) можно полу­чить ? е = ? i ? м . Подставив ? i = ? ? t , определяем

Источник

Дизель

Дизель – тепловой двигатель с внутренним смесеобразованием и самовоспламенением топливной смеси от сжатия. В процессе такта сжатия поршень, перемещаясь в цилиндре, сжимает воздух, и температура его повышается. За счет высокой степени сжатия давление в цилиндре повышается до 4 МПа, а температура сжатого воздуха – до 600 °С. В конце такта сжатия через форсунку в цилиндр впрыскивается порция мелко распыленного топлива, взвешенные частицы которого при соприкосновении с нагретым воздухом самовоспламеняются, а давление в камере сгорания резко возрастает и воздействует на поршень, обеспечивая тем самым рабочий ход.

Дизели по сравнению с карбюраторными двигателями более экономичны, на единицу совершаемой работы в них расходуется на 25% меньше топлива. К тому же дизельное топливо является менее пожароопасным, чем тот же бензин.

Экономичность работы двигателя характеризуется удельным расходом топлива, который определяется делением часового расхода топлива на эффективную мощность двигателя. Удельный расход топлива в дизелях, применяемых на самоходной технике, сегодня не превышает 265 г/кВт.ч. Механический к.п.д. (отношение эффективной мощности на валу к индикаторной мощности сгорания газов внутри цилиндра) зависит от качества обработки деталей, правильности сборки, смазки и др. В среднем значения механического к.п.д. колеблются в пределах 0,7…0,8. Эффективный к.п.д. дизеля достигает 45%, тогда как эффективный к.п.д. карбюраторного двигателя – 30%.

Читайте также:  Горит давление масла на прогретом двигателе уаз

Частота вращения вала дизельного двигателя обычно лежит в пределах 100…3000 мин –1 , у некоторых моделей достигает 4500 мин –1 . Увеличение частоты вращения ограничивается временем, необходимым для смесеобразования и сгорания топлива. В дизелях не возникает детонации, поэтому диаметр цилиндров практически не ограничен (например, в судовых двигателях достигает 1 м). Удельная масса на единицу мощности составляет от 3 до 80 кг/кВт (от 2 до 60 кг/л.с.). Повышение к.п.д. двигателя и его экономичности – основная задача для конструкторов сегодня.

Дизельные двигатели являются подходящими для использования турбонагнетателей с приводом от выхлопных газов или механического наддува. Использование турбонагнетателя (турбокомпрессора) на дизельных двигателях увеличивает не только отдачу мощности и к.п.д. двигателя, но и уменьшает содержание вредных примесей в отработавших газах вследствие лучшего сгорания топлива.

Экономичный, тяговитый, надежный дизельный двигатель лучше всего подходит для спецтехники, промышленных машин и механизмов.

Наиболее частые неисправности дизеля появляются обычно в системах подачи горючего и его инжекции в камеры сгорания, а потому ремонт дизельных двигателей чаще всего сводится лишь к регулировке или ремонту топливной аппаратуры. Капитальный ремонт производят по мере износа элементов поршневой и кривошипно-шатунной групп.

На мощной отечественной спецтехнике широко применяются дизели ЯМЗ производства Ярославского моторного завода «Автодизель». Многим хорошо знакомы серии ЯМЗ-236, ЯМЗ-238, ЯМЗ-240. Двигатели серии ЯМЗ-236 устанавливают на грузовые автомобили, автобусы, гидравлические экскаваторы до 4-й размерной группы, сельскохозяйственные тракторы и комбайны и др. Более мощными ЯМЗ-238 комплектуют самосвалы, мощные погрузчики, мощные грейдеры, бульдозеры, гидравлические экскаваторы выше 4-й размерной группы, сельскохозяйственные и путевые машины и многое другое. А всем известные карьерные самосвалы БелАЗ грузоподъемностью до 42 т оснащали двигателями серии ЯМЗ-240.

Потребителями двигателей марки ЯМЗ являются МАЗ, БелАЗ, МоАЗ, МЗКТ, КрАЗ, УралАЗ, ЗИЛ, БАЗ, ЛАЗ, КЗКТ, ИЗТМ, ЧЗПТ («Промтрактор»), Кировский завод, Ростсельмаш, Красноярский комбайновый, Воронежский и Ковровский экскаваторные, Муромский и Людиновский тепловозостроительные, Ивановский крановый заводы, Челябинский завод дорожных машин и многие другие машиностроительные предприятия. Сегодня многие из этих производителей предлагают в качестве опции оснащать собственную технику импортными двигателями Cummins. Можно утверждать, что Cummins и «Автодизель» сегодня явные конкуренты.

Компания Cummins основана в США в 1919 г. Мощные дизели Cummins всегда отличались высоким качеством, хорошими рабочими характеристиками, надежностью и длительным ресурсом. Они соответствуют всем мировым стандартам, что гарантирует их надежность и долговечность даже в особо тяжелых условиях эксплуатации. Конечно, двигатели Cummins опережают по определенным показателям двигатели ЯМЗ. Cummins более экономичны, удельный расход топлива у них ниже, удельная мощность более высокая. Однако ремонт американского дизеля намного более затратный, как и проведение технического обслуживания.

Для тяжелых машин созданы двигатели Cummins ISX мощностью 450…565 л.с. Двигатели серии имеют сертификат EPA (Environmental Protection Agency – Агентство по охране окружающей среды). В работе двигателей ISX задействован принцип рециркуляции (EGR) охлажденных отработавших газов в целях сокращения вредных выбросов. При этом двигатель не теряет мощности и не увеличивается расход топлива. В двигателях ISX турбокомпрессор с изменяемой геометрией предотвращает эффект «запаздывания» при нажатии на педаль «газа», придает двигателю моментальную акселерацию.

В стандартной комплектации Cummins ISX оборудованы системой контроля и регистрации параметров работы двигателя Fleetguard®. Первый профилактический осмотр в стационарных условиях для ISX установлен 56 328 км, а для двигателей мощностью 450…475 л.с. – 40 234 км. Дополнительно может быть установлена более дорогая и продвинутая система очистки масла CENTINEL™.

Диапазон мощности двигателей Cummins ISM – 280…450 л.с. Это наиболее надежные и экономичные двигатели в линейке компании, и она намерена продвигать ISM в Европе и Австралии, так как двигатели полностью соответствуют экологическому стандарту Euro 3. Двигатели серии ISM были разработаны специально «под» компрессионную систему торможения двигателем.

Серия Cummins ISL – это надежные дизели мощностью 310…330 л.с., их в основном устанавливают на средний грузовой транспорт. Двигатели этой серии значительно легче, чем ISM и ISX, несколько отличаются по форме и конструкции, а также известны как самые «тихие». Их комплектуют турбокомпрессором HX40 с регулируемым выпускным трактом. При этом обеспечивается максимальный крутящий момент на низких оборотах и высокий прирост мощности на высоких. Предусмотрено принудительное охлаждение цилиндров. В стандартной комплектации дизели ISL поставляют с сепаратором топлива и системой дополнительной очистки моторного масла. Компания Cummins не планирует подгонять ISL под стандарт Euro 3 и Euro 4, это двигатель только для Северной Америки.

Читайте также:  Как определить ток потребления двигателя

В широкой гамме производимых компанией двигателей значительную нишу занимают двигатели для спецтехники и карьерных машин. В России уже знакомы с двигателями QSK19, QSX15, КТТА 19, QSC 8.3, QSB5.9, М11. Типичный двигатель для тяжелой тракторной техники – 6-цилиндровый рядный четырехтактный дизель Cummins КТА19-C440 с турбонаддувом и промежуточным охлаждением наддувочного воздуха: диаметр цилиндра и ход поршня – 159х159 мм, рабочий объем двигателя – 18,85 л, мощность – 279 кВт (380 л.с.) при 1775 мин –1 . Здесь используются топливный насос c системой «Сентри» с регулированием момента впрыска и соотношения количества топлива и воздуха, с всережимным электронным регулятором частоты вращения, системы двойной очистки масла с полнопоточным и обводным фильтрами, жидкостно-масляные теплообменники для охлаждения масла двигателя и масла трансмиссии. Система охлаждения дизеля закрытого типа с принудительной циркуляцией жидкости. Антикоррозионный фильтр системы охлаждения очищает охлаждающую жидкость и увеличивает ресурс двигателя. Пусковая система электрическая на 24 В. Управление двигателем осуществляется электронной педалью.

Важнейшим преимуществом для российского рынка является способность двигателей Cummins работать на дизельном топливе среднего качества с относительно высоким содержанием серы, что зачастую становится одним из решающих факторов при закупке техники в регионах, где дизельное топливо низкого качества, а это буквально убивает высокотехнологичные импортные дизели.

Источник

РАСЧЕТ УДЕЛЬНОГО РАСХОДА ТОПЛИВА ГЛАВНОГО ДВИГАТЕЛЯ ПРИ РЕФЕРЕНТНОЙ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ СУДНА

Показатели главных двигателей на долевых режимах определяем с помощью зависимостей:

— эффективный КПД на режиме

— удельный расход топлива на режиме

.

Расчет производим в табличной форме (табл.3). В таблице 3 приведен пример расчета для двигателя 6ЧРН30/38.

Таблица 3 – Расчет параметров главных двигателей по винтовой характеристике

Наименование параметра, единица измерения Численное значение
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Марка дизеля 6ЧРН30/38
Номинальная эффективная мощность Рен, кВт
Ном. частота вращения коленчатого вала nе, мин -1
Удельный эф. расход топлива ge, кг/(кВт×ч) (см. прим.2) 0,204
Низшая уд. теплота сгорания топлива Qн, кДж/кг
Механический КПД на номинальном режиме h 0,92
РАСЧЕТНЫЕ ДАННЫЕ
Доля ном. частоты вращения коленчатого вала 0,9 0,8 0,6 0,4 0,3
Дол. частота вращения коленчатого вала n, мин -1 337,5 281,25 112,5
Адаптивная поправка к КПД Dh 0,05 0,065 0,075 0,105 0,15
Эффективный КПД на режиме hд 0,413 0,430 0,429 0,422 0,408 0,401
Удельный эф. расход топлива geд, кг/(кВт×ч) 0,204 0,196 0,197 0,200 0,207 0,211

По результатам расчетов строим графики изменения показателей главных двигателей при их работе по винтовой характеристике, рис.3.

По графику на рис. 3 находим режим работы двигателей при 75% от номинальной мощности с определенной в предыдущей главе частотой вращения 341 об/мин. Для этого режима определяем значение удельного эффективного расхода топлива geд = 0,1964 кг/(кВт∙ч), которое будет использовано ниже для расчета конструктивного коэффициента энергетической эффективности судна EEDI.

Примечание 2.Удельный эффективный расход топлива следует принимать по справочным данным (см. приложение 1-3) или данным фирмы-производителя. Если данных для двигателя нет, то согласно рекомендациям Руководства по методу расчета EEDI (Energy Efficiency Design Index), вступившее в силу с 01.01.2013 (MEPC.212(63)) можно принимать для главных двигателей geд=0,190 кг/(кВт∙ч).

Рисунок 3 – Изменение параметров главного двигателя при работе по винтовой характеристике

5. РАСЧЕТ КОНСТРУКТИВНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ СУДНА

В 2007 году на 56-й сессии Комитета по защите морской среды (КЗМС) были определена основная цельтехнических мер по сокращению выбросов парниковых газов – улучшение энергетической эффективности строящихся судов путем внедрения требований по конструктивному коэффициенту энергетической эффективности (ККЭЭ — EEDI).

Согласно Руководства по методу расчета EEDI (Energy Efficiency Design Index) для новых судов, вступившее в силу с 01.01.2013 (MEPC.212(63) [4]) необходимо пользоваться следующей формулой:

EEDI=

где Vref – скорость судна; Capacity – водоизмещение судна (дедвейт DWT); fi, fj, fw – факторы, учитывающие влияние водоизмещения, особенности конструкции и условий волнения и ветра, соответственно; PMEi – расчетная мощность главных двигателей; PAEi – расчетная мощность вспомогательных двигателей; PPTIi, – мощность, равная 75% от расчетной; PWHR – электрическая мощность в результате утилизации тепла главных двигателей; SFCME, SFCAE удельный эффективный расход топлива главными и вспомогательными двигателями; СFMEi , CFAEi– выбросыCO2 главными и вспомогательными двигателями; feff коэффициент эффективности инновационных технологий получения энергии; Peff мощность, развиваемая в результате примененияинновационных технологий получения энергии; Ceff – выбросыCO2 в результате примененияинновационных технологий получения энергии.

Читайте также:  Допустимый расход масла в двигателе тойота 1nz

Для судов без ледового усиления, без валогенератора и без гибридной установки формула приобретает более простой вид:

. (9)

В данной формуле CF соответствует топливу, используемому на судне, причем принимается, что главные и вспомогательные двигатели работают на одном сорте топлива. Значение CF определяется по табл. 4.

SFCFME удельный эффективный расход топлива главными двигателями найден в разделе 4 и подставляется в г/(кВт∙ч);

SFCAE удельный эффективный расход топлива вспомогательными двигателями находится по справочным данным или из приложений 1 и 2 и подставляется в г/(кВт∙ч), если данные по вспомогательным двигателям не найдены, то, согласно рекомендациям MEPC.212(63), можно принимать SFCAE = 215 г/(кВт∙ч);

N – число главных двигателей;

РМЕ – мощность главного двигателя, равная 75% от приведенной в справочнике при описании судна.

В качестве РАЕ можно принять мощность, определенную для ходового режима из таблицы нагрузок электростанции. В случае отсутствия таких данных принимается равной мощности всех дизель-генераторов за вычетом одного (находящегося на ходу в резерве).

Скорость судна Vref определяется по результатам расчета буксировочного сопротивления (рис.1) для режима мощности главного двигателя, равном 75% от номинала (показана зеленой линией). Скорость при подстановке в формулу (9) переводится из км/ч в узлы.

Таблица 4 – Значения величины CF для разных типов топлива

Тип топлива Ссылка Содержание углерода СF, г СО2 / г топлива
1. Дизельное/ Газойль ИСО 8217 0,8744 3,206
2. Легкое жидкое топливо (ЛЖТ — LFO) ИСО 8217 0,8594 3,151
3. Тяжелое жидкое топливо (ТЖТ — НFO) ИСО 8217 0,8493 3,114
4. Сжиженный нефтяной газ (СНГ — LPG) Пропан 0,8182 3,000
Бутан 0,8264 3,030
5. Сжиженный природный газ (СПГ — LNG) 0,7500 2,750
6. Метанол 0,3750 1,375
7. Этанол 0,5217 1,913

Полученное по формуле (9) значение ЕЕDI сравнивается с базовой кривой. Согласно MEPC.203(62) принята базовая кривая допустимых значений EEDI для грузовых судов

где a и с – постоянные величины, зависящие от типа судна (таблица 5).

Полученные результаты отображаются графически, как показано для примера на рис.4.

Типичные вопросы при выполнении раздела 5.

Вопрос: к какому классу судов отнести шаланду в таблице 4 для определения значений a,b,c?

Ответ. Судно для генгруза.

Вопрос: что такое DWT судна и откуда берётся его значение?

Ответ. DWT — дедвейт судна, берется из описания судна из справочника.

Вопрос: рассчитав referencelinevalue, как отметить полученное значение на графике сравнения значения EEDI судна с базовой кривой? Ось Y – полученное значение EEDI из формулы 9, а полученное значение referenceline – ось X?

Ответ. По оси Х откладывается дедвейт судна. Расчет базовой линии проведите в диапазоне от 100 до 5000 т. Этого хватит, чтобы точка для Вашего судна попала в этот диапазон.
Проблема еще в том, что Вы скорость при снижении мощности до 75% должны снимать с графика на рис.1, а не определять по формуле (8), т.к. в ней Вы не знаете буксировочное сопротивление. Поэтому находите на рис.1 на кривой мощности значение 423,7 кВт и спускаетесь от нее вниз к оси скорости. Эту скорость переводите из км/ч в узлы и используете далее при расчете ЕЕDI. Полученная точка не обязательно должна совпадать в референтной линией на рис.4. Она может быть и выше (что более вероятно) или ниже.

Таблица 5 – Значения постоянных величин для расчета базовой кривой

Тип судна a b c
Балкер 961.79 DWT судна 0.477
Газовоз 1120.00 DWT судна 0.456
Танкер 1218.80 DWT судна 0.488
Контейнеровоз 174.22 DWT судна 0.201
Судно для генгруза 107.48 DWT судна 0.216
Рефрижератор 227.01 DWT судна 0.244
Комбинированное судно 1219.00 DWT судна 0.488

Рисунок 4 – Пример сравнения значения EEDI судна проекта 621 с базовой кривой

Потом следуют выводы по работе в целом. В них проводится анализ судна и его СЭУ с точки зрения соответствия требованиям MEPC.212(63) и MEPC 66/21/Add 1 Annex 5 к ККЭЭ и намечаются пути к его уменьшению.

Источник

Adblock
detector