|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
ПУТИ
СНИЖЕНИЯ ЗАТРАТ МОЩНОСТИ
В СИСТЕМАХ ТАНКОВОГО ДИЗЕЛЯ
С. П. БАРАНОВ, В. Т.
НИКИТИН
Вестник бронетанковой техники. 1985. №2.
Затраты мощности (9—15 %) в танковой силовой установке в обычных условиях эксплуатации обусловлены сопротивлением, создаваемым системой воздухоочистки на впуске и эжекционной системы охлаждения на выпуске или приводом вентилятора, а также подогревом воздуха на впуске. Величина этих затрат зависит от объемных показателей силовой установки и моторно-трансмиссионного отделения (MTO) в целом (таблица). Сравнение отечественных и зарубежных танков показывает, что, хотя объемная мощность отечественных двигателей несколько больше, суммарные затраты ее примерно одинаковы. Затраты мощности отечественных двигателей в большой степени обусловлены системой воздухоочистки, а именно высоким сопротивлением на впуске (12—13 кПа). В зарубежных силовых установках суммарные затраты мощности в основном расходуются на привод вентиляторов системы охлаждения. Отчасти это объясняется тем, что по стандартам США, ФРГ, Великобритании определение так называемой стендовой мощности двигателя производится с установкой воздухоочистителей и трасс выпуска отработавших газов, причем сопротивление воздухоочистителей не превышает 7 кПа, а системы выпуска — 5 кПа. Наиболее рациональным путем повышения экономичности отечественных дизелей является применение газотурбинного наддува с учетом реальных сопротивлений, обусловленных наличием систем силовой установки. Только в этом случае возможно получение удельного расхода топлива на танке не более 250 г/(кВт-ч), заданного техническими требованиями на дизели новых машин. Применение газотурбинного наддува обеспечивает также
минимальное снижение мощности в условиях высокогорья (~ 1 % на
Следует отметить, что такой дизель расходует топлива на 12—15 % больше, чем двигатели, работающие с умеренным сопротивлением на впуске и выпуске. Это объясняется ухудшением наполнения цилиндров воздухом и процесса сгорания. Поэтому все работы, направленные на снижение сопротивления в обычной силовой установке, актуальны и для двигателей с газотурбинным наддувом. Снижение потерь возможно и путем исключения забора воздуха из МТО. В танке Т-72 потери мощности из-за подогрева воздуха составляют около 3 %.
Показатели силовых
установок и MTO отечественных и зарубежных танков
* При температуре окружающего воздуха более 4-30 °С.
Целесообразно использовать специальные воздухозаборные устройства, позволяющие в случае необходимости (низкие температуры окружающего воздуха, работа на бензине) обеспечивать забор подогретого воздуха из-под радиаторов системы охлаждения. Двигатель должен иметь достаточно высокий уровень форсирования по среднему эффективному давлению для получения объемной мощности не менее 750 кВт/м3. Одним из основных параметров дизеля, влияющим как на затраты мощности, так и объем силовой установки, является теплоотдача в охлаждающую жидкость. Уменьшение ее достигается тепловой изоляцией деталей, образующих камеру сгорания, и повышением температуры охлаждающей жидкости. Как показали результаты проведенных исследований, при использовании в качестве тепловой изоляции покрытий на основе двуокиси циркония снижение теплоотдачи достигает 20%. Аналогичные результаты получены в ФРГ. Предполагается уменьшить затраты мощности двигателем МВ-873 Ка-501 танка «Леопард-2» до 50 % или сократить объем системы охлаждения на 30%. Еще большего снижения затрат мощности и сокращения габаритов системы охлаждения может дать использование адиабатных дизелей, основные детали которых выполняются из керамических и металлокерамических материалов. Эти двигатели не имеют жидкостной системы охлаждения. Здесь система охлаждения обеспечивает отвод тепла только от наддувочного воздуха, масла двигателя и трансмиссии. Применение адиабатных двигателей позволит уменьшить объем силовой установки примерно на 40 % при существенном снижении затрат мощности и удельного расхода топлива. С целью уменьшения теплоотдачи целесообразно также провести работы по повышению температуры охлаждающей жидкости до 135 °С и более. Снижение теплоотдачи особенно актуально для двигателей с газотурбинным наддувом и эжекционной системой охлаждения. В этом случае потери мощности в охлаждающую жидкость особенно велики (до 20 %). Создание дизельной силовой установки повышенной мощности
является весьма сложной задачей. Учитывая возрастание требований к новым танкам
по защите и огневой мощи, нельзя рассчитывать на возможность существенного увеличения
объема МТО. По данным компоновочных исследований, двигатель мощностью 1 100 кВт
можно разместить в MTO объемом около
Статистический анализ климатических условий и загрузки двигателя с высокой удельной мощностью танка (18—22 кВт/т) показывает малую вероятность совпадения экстремальных значений температур и максимальной загрузки (1,5—2,5 %). Это дает основание проектировать систему охлаждения, исходя из обеспечения ее нормальной работы при температуре воздуха +40 °С и загрузке двигателя не более 85 % от максимальной мощности. Для охлаждения мощного дизеля целесообразно использовать комбинированную эжекционно-вен- тиляторную систему охлаждения. Эжектор работает при мощности двигателя 70—80 % от максимальной и температуре окружающего воздуха менее +40°С, при более тяжелом режиме включается вентилятор. Комбинированная система обеспечивает сокращение затрат мощности по сравнению с вентиляторной. Она сравнительно невелика, так как вентилятор располагается в проточной части эжектора. Объем системы охлаждения в MTO отечественных танков составляет 22 %, а для зарубежных — 23—28 %. Затраты мощности на систему охлаждения существенно ниже, чем в зарубежных силовых установках (6—8% против 15%). Это объясняется меньшей теплоотдачей в охлаждающую жидкость за счет более высокой допустимой температуры охлаждающей жидкости, использования неразделенной камеры сгорания (Т-72) и отсутствия головки цилиндров в двигателе с противоположно движущимися поршнями (Т-64А). Зарубежные двигатели обычно имеют регулируемый привод вентиляторов, уменьшающий затраты мощности в системе охлаждения при частичных нагрузках двигателя и низкой температуре окружающего воздуха. Следует отметить проводимые за рубежом работы по повышению КПД вентиляторов. Так, если на танке «Леопард-2» затраты мощности на привод двух центробежных вентиляторов составляют 14,5 % от максимальной мощности двигателя, то на новом английском танке «Челленджер» «а привод трех осецентробежных вентиляторов затраты мощности равны 8,3 %. Существенные потери мощности связаны с параметрами системы воздухоочистки. Стремление к малому объему системы приводит к увеличению сопротивления на впуске до 12—13 кПа, что вызывает потери мощности 4—8 % от максимальной. Расход воздуха, поступающего в двигатель мощностью I 100 кВт, по сравнению с серийным возрастает в 1,5—2 раза, а объем, отводимый под систему воздухоочистки, незначителен. В связи с этим проводятся работы над циклоном повышенной производительности. Такой циклон позволит уменьшить относительный объем системы. Однако относительные потери мощности в связи с необходимостью обеспечения заданной степени очистки воздуха практически останутся на прежнем уровне. Существенное сокращение объема при одновременном снижении
потерь мощности и уменьшении теплоотдачи в жидкость, охлаждающую наддувочный
воздух, может дать двухкаскадная система воздухоочистки. В первом каскаде
защиты от абразивного износа компрессора турбонагнетателя используются
высокопроизводительные прямоточные циклоны ГТД с сопротивлением ~5 кПа. Во
втором каскаде — устанавливается за компрессором на входе в цилиндры
двигателя, — объединенном с охладителем наддувочного воздуха и размещаемом,
как правило, в габаритах двигателя, применяются циклоны с обратным потоком.
Суммарная эффективность очистки воздуха на входе в двигатель в двухкаскадной
системе воздухоочистки не ниже, чем в существующих системах.
Вывод. С увеличением мощности дизеля до 1 100 кВт
потребуется снижение энергетических потерь в системах силовой установки танка.
Для этого возможно применение теплоизоляционных покрытий камеры сгорания,
двухкаскадного воздухоочистителя, эжекционно-вентиляторной системы охлаждения,
а также увеличение КПД вентиляторов.
Статья поступила в редколлегию 16.01.85. |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|