Підвищення ефективності суднових двигунів внутрішнього згоряння шляхом застосування тепловикористовуючих ежекторних холодильних машин

Abstract

Мета: Обґрунтувати і кількісно оцінити застосування тепловикористовуючих ежекторних холодильних машин для додаткового охолодження наддувного повітря суднових двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ) з метою зниження питомої витрати палива та підвищення ефективності тригенераційних суднових енергетичних контурів. Методика: Застосовано комплексний підхід, що поєднує термодинамічне моделювання циклів ежекторних холодильних машин зі звичайними системами наддуву, аналіз енергетичних балансів і теплових потоків, а також параметричні розрахунки для визначення оптимальних режимів (температури конденсації, температури кипіння випарника, теплового коефіцієнта ζ та співвідношення ступенів стискання при двоступеневому наддуві). Розглянуто інтеграцію генератора пари на відхідних газах і випарника у повітряному контурі двигуна, проаналізовано вплив проміжного охолодження на роботу компресорних ступенів [1-4]. Результати: Показано, що при реалістичних умовах охолоджувальної води (≈ 25 °C) і при ζ ≈ 0,3–0,5 застосування тепловикористовуючої ежекторної машини дозволяє знижувати температуру повітря на вході в двигун на ≈ 25–30 °C. Це корелює зі зменшенням питомої витрати палива приблизно на 1,5–2,0 г/(кВт·год) і підвищенням ККД двигуна майже на 2%. При двоступеневому наддуві оптимальне співвідношення ступенів стискання πк1/πк2 в діапазоні ≈ 0,8…1,5 забезпечує зниження енерговитрат на компресори на 5–15% і вивільнення додаткової потужності для генерації електроенергії або підвищення потужності. Наукова новизна: Запропоновано та аналітично обґрунтовано конфігурації тепловикористовуючих ежекторних контурів, що інтегруються в судновий повітряну систему та в тригенераційний енергетичний контур; визначено оптимальні термодинамічні параметри для роботи з низькокиплячими робочими речовинами, показано ефективність використання теплоти як наддувного повітря, так і відхідних газів для генерації холодопродуктивності без значного ускладнення суднової системи. Практична значимість: Результати дослідження дають підстави для впровадження компактних, надійних та енергоефективних рішень охолодження наддувного повітря на морських судах, особливо в тропічних умовах, що сприяє зниженню споживання палива, скороченню шкідливих викидів і підвищенню автономності енергетичних установок.