Судовые газовые двигатели (Каштылянов Г.Е.)

В последнее время отмечается повышенный интерес к использованию в качестве источников энергии газа, особенно природного. В связи с этим широко внедряются дизели, работающие на газе и газовых смесях. Такие двигатели начали применяться на судах, особенно на газовозах.

По мнению представителей японских фирм, большую перспективу имеют двигатели, работающие на двух видах топлива: нефтяном и газовом. Для таких дизелей важное значение имеет очистка отработавших газов с целью сокращения содержания вредных компонентов (золы, окисей серы, азота, углерода, углеводорода). Содержание окиси серы и золы зависит от выбора топлива и процесса сгорания. Уменьшение содержания окиси азота обеспечивается введением присадок. Важной проблемой считается предотвращение возгорания золы в утилизационных котлах.

Последним достижением в создании газового двигателя является судовой дизель Vasa GD (газ-дизель), созданный финской фирмой Wartsila Diesel. Работает на различных топливах, начиная с жидкого, самого низкого качества, и кончая углеводородным газом. Возможен переход без предварительной подготовки с газа на жидкое топливо, и наоборот. При этом не меняется термический КПД, который остается выше 45 %.

Независимо от вида топлива двигатель, как и все дизели, работает по принципу цикла Зайлигера - Сабатэ. Типичный для двигателей, работающих на газе, цикл Отто отклонен из-за связанной с ним жесткой работы и большой термической нагрузки, что вынуждает уменьшать степень сжатия и в результате приводит к резкому снижению термического КПД.

Сгораемый газ, состоящий, как правило, из метана, подводится к двигателю под давлением 25 МПа. Благодаря этому он может

впрыскиваться в камеру сгорания в конце рабочего хода сжатия (так же, как и для жидкого топлива). Так как у газа температура возгорания выше, чем у жидкого топлива, то перед впрыскиванием газа в камере сгорания температура должна быть повышена за счет сжигания небольшого количества предварительно впрыскиваемого пилотируемого жидкого топлива. Это может быть также газойль или тяжелое топливо.

Газ из компрессора, размещенного вне силовой установки, подводится к двигателю по трубопроводу с двойными стенками. Во внешнем кольцевом кожухе трубопровода постоянно должен находиться воздух, который после контроля на присутствие углеводородов отводится за пределы судовой установки.

Двигатель VASA GD, работающий на нескольких видах топлива, имеет такую же конструкцию, что и дизели моделей Vasa 22 и VASA 32. Таким образом, установленные на судах двигатели этих моделей можно легко переделать на многотопливную систему, что не снизит их технические показатели.

Наряду с традиционными решениями, гарантирующими безопасную эксплуатацию двигателя, предусмотрены следующие дополнительные конструкции.

Трубопроводная система с двойными стенками, обеспечивающая невозможность утечки газа в силовую установку.

Автоматический главный клапан на линии, подводящей газ к двигателю, и быстрозапорные клапаны перед каждым цилиндром на случай чрезмерного поступления газа в какой-либо цилиндр, неравномерности работы двигателя, утечки газа в вентиляционный кожух трубопровода, падения мощности двигателя, низкого давления подводимого газа.

Фирма провела интенсивные испытания двигателя Vasa 4R22GD, работающего на газе при частоте 1000 мин^-1 и нагрузке от 20 до 100 %. С каждого цилиндра получена мощность 162 кВт, что соответствует среднему эффективному давлению 2,12 МПа. При этом начальная порция "пилотируемого" жидкого топлива уменьшена с 10 до 5 %, причем не отмечено ни падения КПД, ни каких-либо тенденций к детонации. Переход на газойль подтвердил отсутствие взаимосвязи между КПД двигателя и видом топлива.