К.т.н. Моря А.О.*, к.т.н. Сипко С.О.*, к.т.н. Щербак Ю.Г.**

*Національний університет кораблебудування ім. адмірала Макарова,

**Миколаївський державний гуманітарний університет ім. Петра Могили

УДОСКОНАЛЕННЯ СИСТЕМ ВИПУСКУ ВІДПРАЦЬОВАНИХ ГАЗІВ КОМБІНОВАНОГО ДВЗ

В даній роботі вирішується задача підвищення економічності та зменшення шкідливих викидів ДВЗ із газотурбінним наддувом за рахунок раціональної організації газодинамічних процесів у системі випуску відпрацьованих газів із застосуванням вихрових камер [1] – "стабілізаторів тиску" (див.рис.1). Акцент робиться на використанні конструктивних елементів, що практично, не ускладнюють дану систему.

Рис. 1. Випускний колектор двигуна 6ЧН 12/14 зі "стабілізатором тиску":

1 – випускний колектор; 2 – "стабілізатор тиску"; 3 – турбокомпресор

З метою експериментального підтвердження ефективності такого "стабілізатора" було виконано ряд статичних продувок запропонованого пристрою, геометрично адаптованого стосовно двигуна 6ЧН 12/14. Отримані дані дали змогу визначити його раціональні співвідношення щодо характерного діапазону чисел Рейнольда Rе.

Продування проводилось в два етапи. Спочатку виконувалася оптимізація довжини "стабілізатора" l та завихрувача l_з, а також діаметра вихідного перерізу D_вих . Далі оптимізувалася форма вихрової камери.

За критерій ефективності для оптимізації параметрів "стабілізатора" використовувалися вирази (співвідношення)

k₁ = ξ₀ /ξ_n та k₂ = (ξ₀ – ξ_n)/(ξ₀ + ξ_n),

де ξ₀ і ξ_n – коефіцієнти опору "стабілізатора" за перебігу потоку відповідно в прямому і зворотному напрямках.

Оптимізація проводилася з використанням положень теорії планування експерименту.

Ефективність використання "стабілізаторів тиску" була підтверджена на комбінованому двигуні 6ЧН 12/14. Стабілізатори розміщувалися всередині випускного трубопроводу в його дифузорній частині на відстані 200 мм від приєднувального фланця турбіни (рис.1).

Дослідження проводилися згідно з навантажувальною характеристикою за номінальної частоти обертання колінчастого вала двигуна n_д = 1500 хв^-1 послідовно від режиму холостого ходу до номінальної потужності . Порівняльні показники роботи двигуна зі штатним колектором та з колектором, що вміщує "стабілізатори тиску", наведені на рис.2.

Зменшення питомих втрат палива b_е внаслідок застосування "стабілізаторів тиску" досягає 5 г/(кВт·год) за номінальної потужності Р_ен та 10 г/(кВт·год) за перевантаження двигуна на 10%. Характерним постає підвищення тиску надувного повітря p_n на 10…20 кПа, а також деяке підвищення тиску газів перед турбіною p_д1 і температури газів t_д1, що відходять.

Рис. 2. Показники роботи двигуна 6ЧН 12/14 (модель К-172 М2) за роботи згідно з навантажувальними характеристиками:

– колектор зі "стабілізатором тиску"; – серійний колектор

Одержані результати дозволяють зробити припущення, що встановлення "стабілізаторів" плідно впливає на газодинаміку потоку в колекторі (мається на увазі згладження пульсаційних складових швидкості та тиску і зменшення хвильових ефектів) та призводить до зменшення втрат двигуна і підвищення ККД турбіни.

Література:

Дейч М.Е., Зарянкин А.Е. Газодинамика диффузоров и выхлопных патрубков турбомашин. М.: Энергия, 1970. – 384 с.