Logo holodilshchik
интернет-выпуск № 1(61), январь, 2010 г.
ПЕРВАЯ В РОССИИ ИНТЕРНЕТ-ГАЗЕТА ПО ХОЛОДИЛЬНОЙ И БЛИЗКОЙ ЕЙ ТЕМАТИКЕ

Охладители жидкостей для технологических целей
Грамотно преподнести себя через рекламу - тоже искусство!
ЛУЧШАЯ СТАТЬЯ ВЫПУСКА 1(61)!
А.Н.Радченко
Национальный университет кораблестроения им. адм. Макарова (г. Николаев, Украина)

Охлаждение электрогенераторов воздушными холодильными машинами


Надежность и эффективность работы электрогенераторов во многом зависит от интенсивности охлаждения их обмоток. Чем ниже температура вентиляционного воздуха, тем больше срок службы изоляции и большую электрическую мощность можно отвести от электрогенератора. Эффективное охлаждение обмоток электрогенератора возможно с применением машинного холода.

Температура наружного воздуха на входе оказывает также существенное влияние на эффективность дизелей, приводящих электрогенератор. Так, каждые 10 °С повышения температуры воздуха приводят к снижению эффективного КПД ηе дизелей на 0,5...0,7 % и соответствующему возрастанию удельного расхода топлива bе. Сокращение массовой подачи воздуха в цилиндры, обусловленное снижением его плотности, вызывает уменьшение мощности двигателей на 5...7 %. Возрастание температуры tзв забортной воды, подаваемой на охладители наддувочного воздуха (ОНВ) и отличающейся от температуры наружного воздуха на 2...4 °С при высоких и умеренных ее значениях, приводит к снижению эффективности охлаждения наддувочного воздуха, которое могло бы демпфировать негативное воздействие повышенных температур воздуха на входе турбокомпрессора (ТК). Следствием этого является дополнительное ухудшение показателей экономичности работы приводных дизелей в целом и электрогенераторов в частности.

Известным способом снижения температуры наддувочного воздуха судовых дизелей является турбодетандерное охлаждение (ТДСО), применяемое в двигателях фирмы "Купер-Бессемер" еще с 1950 г., в которых сжатие воздуха осуществляется последовательно в двух центробежных компрессорах с приводом первого компрессора от утилизационной турбины (УТ), установленной на газовыхлопе, а второго - от воздушного турбодетандера, при расширении в котором и происходит окончательное охлаждение наддувочного воздуха. При этом предусмотрено также промежуточное его охлаждение водой после каждого из компрессоров. Главным достоинством ТДСО является отсутствие специального холодильного агента, роль которого выполняет воздух, и относительная простота конструкции. Низкие КПД турбокомпрессорных агрегатов на то время (ηТК = 0,55...0,60) и малые степени повышения давления компрессоров (πк = 1,3...2,7) обусловливали невысокую эффективность турбодетандерного охлаждения наддувочного воздуха судовых дизелей "Купер-Бессемер" по сравнению с обычным водяным.

Благодаря высоким КПД и πк современных ТК (ηТК = 0,7 и приближаются к 0,75, πк = 3,5...4,5) при нагрузках двигателей выше 50 % образуется избыток энергии выпускных газов (сверх необходимой для наддува дизелей), для реализации которого ведущими дизелестроительными фирмами разработаны системы более полной утилизации энергии выпускных газов, в частности, турбокомпаундные системы (ТКС) с байпасированием части выпускных газов (10...15 % общего расхода), минуя ТК, на вход дополнительной газовой турбины и использованием получаемой в турбине механической энергии для привода гребного вала (дополнительно к мощности главного двигателя) или электрогенератора. Турбокомпаундные системы утилизации применяются в двухтактных главных двигателях. При этом пар, вырабатываемый утилизационным котлом (УК), используется в паровой турбине, мощность которой также либо передается на гребной вал, либо используется для привода электрогенератора.

Таким образом, при нагрузках дизелей свыше 50 % благодаря повышенным КПД современных турбокомпрессорных агрегатов (πк = 0,70...0,75 против 0,55...0,60 в 1950-х годах) образуется избыток энергии выпускных газов (свыше необходимой для турбонаддува), который реализуется различными системами утилизации. Объемы избыточной энергии зависят от температуры выпускных газов: для четырехтактных двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с температурой газов после двигателя tу.г. = 450...500 °С они больше, чем для двухтактных с гораздо меньшими значениями tу.г.

Целью исследования является оценка целесообразности предварительного охлаждения воздуха на входе наддувочных турбокомпрессоров судовых дизелей в турбодетандерной холодильной машине, использующей энергию выпускных газов.

В основу концепции турбодетандерного охлаждения воздуха на входе судовых дизелей положена гипотеза использования избыточной (сверх необходимой для наддува) энергии выпускных газов, образующейся при нагрузках дизелей свыше 50 %, для увеличения производительности турбокомпрессора. В случае двухтактных дизелей избыточная энергия составляет 10...15 % мощности двигателя Ne, для четырехтактных - 20 % и выше.

Правомерность указанной гипотезы вытекает из следующих рассуждений. Поскольку КПД турбокомпрессорных агрегатов ηТК существенно зависит от степени повышения давления πк, принимая максимальное значение при некоторой оптимальной величине πкopt, например для ТК типа МЕТ МА ηТКmax = 0,74 при πкopt = 3,3, и снижаясь до ηТК = 0,67 при последующем увеличении πк до 4,5, то представляется целесообразным реализовывать избыточную энергию выпускных газов не путем повышения давления наддувочного воздуха сверх требуемого для наддува (с учетом последующего его уменьшения в турбодетандере до давления наддува), что вызывает снижение КПД ТК, как в традиционной турбодетандерной системе охлаждения наддувочного воздуха, а увеличением производительности ТК с использованием энергии избыточного количества наддувочного воздуха в ТДСО воздуха на входе двигателя.

В отличие от ТДСО наддувочного воздуха, работающей при повышенных πк (сверх необходимых для наддува) и, следовательно, при пониженных КПД ТК, в предлагаемых ТДСО охлаждения воздуха на входе ТК увеличение производительности ТК происходит при оптимальных величинах πк, не превышающих требуемые для наддува, т.е. без уменьшения КПД ТК. Согласно вышеприведенной гипотезе источником энергии для ТДСО воздуха на входе судовых дизелей служит избыточная мощность высокоэффективных турбонаддувочных агрегатов (с ηТК = 0,7...0,75), образующаяся при нагрузках дизелей свыше 50 % и реализуемая путем увеличения производительности ТК с использованием энергии избыточного количества наддувочного воздуха в ТДСО.

Результаты расчетов показывают, что при исходных температурах воздуха, подаваемого на вход ТК двигателя, составляющих 35 °C (наружный воздух, соответствующий тропическим условиям эксплуатации) и 45 °C (воздух в машинном отделении), температура воздуха на выходе из турбодетандера может достигать —40 °C и —30 °C, соответственно. В зависимости от количества избыточного наддувочного воздуха, подаваемого в турбодетандер ТДСО, снижение температуры воздуха на входе ТК двигателя ∆tв за счет смешения наружного воздуха с охлажденным в ТДСО составит около 10 °C (при расходе сжатого воздуха через турбодетандер ТДСО 10 % от общего его расхода) и почти 20 °C при 20 % суммарного расхода.

С учетом того, что каждые 10 °C снижения температуры воздуха на входе вызывают увеличение эффективного КПД ηе судовых дизелей на 0,5...0,7 %, можно ожидать абсолютного повышения ηе на 1,0...1,5 % за счет применения турбодетандерного охлаждения воздуха на входе двигателя.

Статья в качестве доклада была представлена на 6-ой Международной научно-технической конференции "Современные проблемы холодильной техники и технологии", которая проходила в период с 22 по 24 сентября 2009 г. в Одесской государственной академии холода ("Одеська державна академія холоду").

Опубликовано на http://www.rshp.ru.





Приглашаем ученых и инженеров, аспирантов и студентов, а также,
заинтересованные институты, фирмы, организации и частных лиц, принять участие в размещении
информации в интернет-газете, посвященной холодильной и близкой ей тематике.

Учредитель и издатель интернет-газеты: ООО "АВИСАНКО" (Москва).
Адрес редакции: Россия, 115551, Москва, Шипиловский проезд, д.47/1, офис 67-А.
Тел./факс: +7 (495) 343-43-71, тел.: +7 (495) 343-43-48, 223-60-50 доб. 132.

Головной сайт: www.avisanco.ru

E-mail: info@holodilshchik.ru

Первый выпуск первой в России интернет-газеты по холодильной и
близкой ей тематике - "Холодильщик.RU" - вышел в свет в январе 2005 г.
Руководитель проекта и Главный редактор: Маргарян С.М. (АВИСАНКО, ООО)
За содержание рекламных материалов редакция ответственности не несет.
При перепечатке статей, ссылки на их авторов и интернет-газету обязательны.
Разместите на своем сайте нашу кнопку... Rambler's Top100 Многоязыковая поисковая система...


Авторские права © 2005-2017 // MARGARY@N

Партнеры: