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 1 000 м ) и работу двигателя на различных видах топлива.

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 4 м3 . Однако это требует поиска новых конструктивных решений двигателя и его систем.

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.