В наши дни дизельная установка является основным типом судовой энергетической установки. К главным преимуществам дизеля относят более высокий эффективный КПД и относительную многотопливность. С течением времени экологические требования нивелировали эти преимущества: современные дизели используют дизельное топливо высшей очистки. Однако высокий КПД дизельных двигателей остался, а по экологическим нормам дизель даже начал вырываться вперед. Сегодня немало двигателей соответствует перспективным нормам Евро IV, а вот бензиновые агрегаты в эти рамки укладываются с трудом. Жесткая конкуренция на рынке сбыта судового энергооборудования вынуждает разработчиков судовых дизелей искать новые, нестандартные в дизельной практике пути решения возникающих проблем, улучшая потребительские свойства выпускаемой продукции.
Большое распространение получают среднеоборотные дизели; СЭУ с такими дизелями оптимальны для специализированных транспортных судов со сплошными палубными перекрытиями и ограниченными объемами машинного отделения.
Положительными качествами среднеоборотных дизелей являются возможность их применения в большом диапазоне мощностей, малые массы и габариты по сравнению с малооборотными дизелями. Современные СОД могут работать на высоковязких топливах, но по экономичности и надежности несколько уступают малооборотным дизелям.
При рассмотрении современного состояния и тенденций развития СОД, необходимо отметить, прежде всего, эффективность проведенных ведущими зарубежными фирмами работ по применению в этих двигателях тяжелых топлив и увеличению экономичности, а также по повышению цилиндровых и агрегатных мощностей.
Снижение расхода топлива осуществлялось за счет:
– увеличение максимального давления рабочего цикла рmах (до 190 бар) и степени сжатия (до 16), что позволяет обеспечить высокую термодинамическую эффективность цикла;
– повышения эффективности системы наддува при снижении потерь энергии выпускных газов в трактах, увеличения КПД агрегатов наддува (до 70 % и более), а также оптимизации фаз газораспределения и согласования системы «дизель-агрегаты наддува»;
– увеличение давления впрыска топлива (до 1600 бар и более) и уменьшение его продолжительности с целью интенсификации процессов смесеобразования, сгорания и, соответственно, тепловыделения;
– увеличения механического КПД дизельного двигателя до 92–93 % (также путем оптимизации агрегатов его обслуживающих);
– перехода при увеличении среднего эффективного давления рme от чисто импульсных систем наддува к системам постоянного давления (так же, как и в вариантах с преобразователями импульсов) и повышения КПД турбокомпрессоров более 70 %; это создало предпосылки для развития работ по применению силовых газовых турбин, способствующих увеличению мощности силовой установки и её КПД (до 50 % и более) и, следовательно, улучшению ве.
Реализация на практике перечисленных путей совершенствования экономичности дизелей обеспечила внушительный прогресс в процессе улучшения выпускаемых и создании новых моделей четырехтактных СОД. Полученные при этом значения параметров могут быть охарактеризованы рядом данных.
Топливная экономичность.Наилучший показатель по удельному эффективному расходу топлива 160–166 г/(кВт·ч) при работе на экономичной мощности (в условиях, оговоренных стандартом ISO 3046/1) получен на ДУ Vasa 46 фирмы Wärtsilä, РС 30 L 425 фирмы S. E. M. T. Pielstiсk.
Уровень форсирования.Данный показатель СОД по среднему эффективному давлению вырос до 23–26 бар. ДУ L58/64 (фирмы MAN B&W) имеет рme = 23,0 бар, ДУ РС30L425 (S. E. M. T. Pieistik) — 23,1 бар, Vasa 46 (Wartsila) — 26,1 бар, ZA40S (Sulzer) — 24,1 бар, М 32 (МаК) — 22,8 бар. В 1999 г. поставлена на производство ДУ W 26Х (Wärtsilä) с рme = 28,2 бар.
Цилиндровая и агрегатная мощность. Самым мощным среднеоборотным двигателем, считается двигатель типоразмерного ряда серии 64 (W 64) группы компаний Wärtsilä. Его основные параметры: диаметр цилиндра — 640 мм, ход поршня — 770 или 900 мм, номинальная частота вращения — 333,3–428 мин-1, средняя скорость поршня — 10 м/с, среднее эффективное давление — 25,5 бар, цилиндровая мощность — до 2010 кВт. При количестве цилиндров 18–20 агрегатная мощность составит рекордную величину примерно 36000–40000 кВт. Данные ДУ в 18 цилиндровом исполнении уже выпускаются (с ходом поршня 770 мм).
Глубокая утилизация теплоты.Утилизация теплоты отработавших газов и теплоты охлаждающей воды, наддувочного воздуха и масла — важное направление совершенствования энергетической силовой установки судов с целью повышения полезно используемой низшей теплоты сгорания топлива. В современных энергосиловых установках этот показатель достигает до 70 %.
Повышение экологических показателей.Снижение содержания вредных примесей выпускаемых газов — принципиальная задача современного судового дизелестроения. В наши дни действуют международные нормы, оговаривающие предельное содержание NOx, СО и СН в отработавших газах.
Также актуальны такие направления улучшения среднеоборотных двигателей как уменьшение уровней шума и вибрации, повышение надежности и ресурсов (безотказной работы до 5000–8000 ч, непрерывной работы до 2000 ч и более, до первой переборки до 20000 ч, до капитального ремонта до 80000–100000 ч), уменьшение удельных расходов масла на угар до 0,5–0,7 г/(кВт·ч), общего расхода масла, скрупулезная отработка элементов конструкции дизелей на основе новых концепций конструирования.
Несмотря на то, что ДУ хорошо изучена, в наши дни продолжаются исследования по улучшению дизеля сразу по нескольким направлениям. Следовательно, создание новых мощностных и высокоэкономичных судовых дизелей — одно из основополагающих направлений развития судовой энергетики.
Литература:
- Озимов П. Л. Основные направления развития дизелестроения в России // Двигателестроение. — 2004. — № 1. — С. 3–5.
- Конкс Г. А., Лашко В. А.. Мировое судовое дизелестроение. Концепции конструирования, анализ международного опыта. — М.: Машиностроение, 2005. — 522 с.
- Возницкий И. В.. Современные судовые среднеоборотные двигатели. — СПб.: Моркнига, 2006. — 140 с.
- Конкс Г. А., Лашко В. А. Мировое судовое дизелестроение. Концепции конструирования, анализ международного опыта. — М.: Машиностроение, 2005. — 522 с.
