Details

Объект исследования – четырёхтактный шестицилиндровый рядный судовой дизель (прототип) мощностью 420 кВт при 2300 об/мин и рабочем объёме 18,1 л. Цель работы – повышение эффективной мощности дизеля до 500 кВт за счёт газотурбинного наддува с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха при сохранении работоспособности цилиндро-поршневой группы. Выполнены расчёт рабочего процесса по методике В.И. Гриневецкого для исходного и форсированного вариантов, газодинамический расчёт центробежного компрессора и радиально-осевой турбины и расчёт теплонапряжённого и напряжённо-деформированного состояния поршня в SolidWorks Simulation. Эффективная мощность доведена до 500 кВт при степени повышения давления в компрессоре πк = 2,72 (pk = 0,272 МПа, расход воздуха mк = 0,91 кг/с); КПД компрессора ηадк = 0,77, турбины ηт = 0,76, турбокомпрессора ηтк = 0,585. Максимальное давление цикла повышено с 14,2 до 16,8 МПа, температура кромки камеры сгорания поршня – с 612 до 647 К. Напряжения по Мизесу в зоне бобышки поршневого пальца возросли с 178 до 213 МПа (допускаемое 300 МПа), коэффициент запаса прочности поршня снизился с 1,69 до 1,41 (минимум 1,4). Подобран отечественный турбокомпрессор-аналог ТКР 9-08. Рекомендована доводка: составной поршень со стальным огневым днищем и галерейным масляным охлаждением, форсунки масляного охлаждения поршня (1,5 л/мин на цилиндр) и топливная аппаратура Common Rail с давлением впрыска 180 МПа.

The object of the study is a four-stroke six-cylinder in-line marine diesel engine (prototype) rated at 420 kW at 2300 rpm with a displacement of 18.1 L. The aim is to raise its brake power to 500 kW by turbocharging with intermediate charge air cooling while preserving the operability of the cylinder-piston group. The work covers a working-cycle calculation by the Grinevetsky method for the baseline and boosted engines, a gas-dynamic calculation of the centrifugal compressor and radial-inflow turbine, and a thermomechanical and stress-strain analysis of the piston in SolidWorks Simulation. The brake power is raised to 500 kW at πc = 2.72 (boost pressure pk = 0.272 MPa, air flow mc = 0.91 kg/s); the efficiencies are ηadc = 0.77, ηt = 0.76 and ηtc = 0.585. The peak cylinder pressure rises from 14.2 to 16.8 MPa, the inner liner surface temperature from 467 to 491 K and the piston crown temperature from 612 to 647 K. The von Mises stress in the piston crown rises from 178 to 213 MPa (allowable 280 MPa) and the cylinder-liner safety factor decreases from 2.8 to 2.3 (minimum 1.8). A Russian-made TKR 9-08 turbocharger has been selected as an analogue. The recommended measures are a composite piston with gallery oil cooling, a cylinder liner of compacted graphite cast iron and piston oil-cooling jets with a flow rate of 1.2 L/min per cylinder.