Составляющие теплового баланса.
Тепловой баланс дизеля для 1 кг сжигаемого топлива с теплотворной способностью Qнр кДж/кг, записывается в виде
С циркуляционным маслом Qм отводится теплота трения в подшипниках, часть теплоты трения в ЦПГ, а также теплота от поршней при масляном их охлаждении. Составляющие теплового баланса двух- и четырехтактных дизелей (табл. 8.1, рис. 8.1 и 8.2), выраженные в процентах от Qнр, примут следующий вид: 100 = ?e + qr + qохл + qвозд + qм + qост. Остаточный член qост учитывает потери теплоты в окружающую среду, а также погрешности, допущенные при определении составляющих теплового баланса.
График на рис: 8.3 и табл. 8.2 показывают предельные возможности использования теплоты топлива в дизеле, работающем на генератор электрического тока.
Использование на крупнотоннажных судах ГВ с уменьшенной частотой вращения 90—43 об/мин потребовало установки главных малооборотный дизель с редукторной передачей. При одновременной утилизации тепловых потерь это открывает значительные дополнительные возможности экономии топлива (табл. 8.3). Одним из основных средств повышения экономичности дизельных энергетических установок является использование теплоты в системах глубокой утилизации теплоты, в которых отработавшие газы дизелей с температурой 300—500 °С позволяют получить в утилизационных котлах пар давлением 0,5—1 МПа и температурой 220—260 °С.
Пар направляется в утилизационный турбогенератор, где вырабатывает электроэнергию, обеспечивающую полностью или в значительной мере потребности судна. Показатели системы глубокой утилизации теплоты, эксплуатирующихся на отечественных судах, приведены в табл. 8.4 и 8.5.
При мощности главного двигателя, равной 6—10 МВт, паропроизводительность утилизационных котлов достигает 3—5 т/ч. Так как утилизационный турбогенератор расходуют 8—8,5 кг пара на 1 кВт. ч, мощность утилизационный турбогенератор может достигать 350—500 кВт, что в большинстве случаев удовлетворяет все потребности в электроэнергии на ходу судна (дополнительные затраты на оборудование окупаются приблизительно за 4 года). При мощности главного двигателя 10—17 МВт производительность утилизационных котлов равна 5—9 т/ч, что обеспечивает не только работу утилизационный турбогенератор мощностью 500—800 кВт (в отдельных случаях до 1 МВт), но и удовлетворяет все судовые потребности в тепловой энергии (дополнительные затраты на оборудование окупятся за 1,5—2 года).
При мощностях дизельных энергетических установок 20—30 МВт мощность утилизационный турбогенератор может достигать 1,7 МВт, что значительно превышает судовые потребности в электрической энергии. Поэтому целесообразно использовать часть мощности утилизационный турбогенератор для передачи на гребной вал. Генератор соединяется с гребным валом через зубчатую передачу и регулируемую муфту, обеспечивающую поддержание постоянной частоты вращения ведомого вала, на котором установлен генератор. Удельная стоимость топлива при выработке электроэнергии в ЭЭС с различной комплектацией генерирующими агрегатами оценивается следующими относительными величинами: 100 % — вспомогательные дизель-генератора, 50 % — валогенератор, 0 % — утилизационный турбогенератор, 70 % — вспомогательные дизель-генератора и утилизационный турбогенератор.
Наибольшее распространение в Европе и Японии получили валогенераторные установки на основе статических преобразователей частоты со звеном постоянного тока. Самой эффективной считается комбинированная установка с утилизационный турбогенератор, валогенератор и дизель-генератора, способная работать на общие шины параллельно. Специальная система регулирования обеспечивает оптимальную загрузку каждого из агрегатов в зависимости от режима работы главного двигателя, причем КПД и мощность валогенераторной установки зависят от частоты вращения валогенератор (рис. 8.4).
В дизельных энергетических установок без утилизационный турбогенератор для получения электроэнергии на ходовых режимах рекомендуется использовать валогенератор, что может обеспечить значительный экономический эффект.
|