Как оптимизировать работу системы охлаждения двигателя на 38%

Все двигатели выделяют тепло, особенно корабельные.
Выхлопная линия должна охлаждаться в условиях открытого моря, чтобы не допускать передачи чрезмерного нагрева на корпус и другие части судна. Эта цель достигается за счет использования морской воды в качестве теплоносителя.

Наш заказчик производитель выпускных трубопроводов и систем охлаждения для яхтенных двигателей. Компании нужно было внести изменения в проект системы охлаждения выхлопной магистрали судна.

Заказчик столкнулся с некорректной работой системы охлаждения, а именно: охлаждающая вода не могла эффективно смешиваться с выхлопными газами, проходя лишь по наружным стенкам резервуара. В результате чего выхлопные газы, а также стенки выхлопной магистрали перегревались, что приводило к повреждению краски и смоляного покрытия корпуса яхты.

Технический отдел компании PNR Italia пришел к решению проблемы, опираясь на расчеты CFD (вычислительной гидродинамики). Специалисты проанализировали существующую систему охлаждения, чтобы выявить критические моменты и разработать новую систему.

На тепловой фотосъемке видно, как в некоторых точках выхлопной системы температура превышает 130 ºC.

На этом этапе мы произвели CFD-моделирование существующей системы охлаждения, чтобы понять ее сильные и слабые стороны.

Было выявлено, что поток воды приобретает уникальную особенность благодаря тангенциальному впрыску в цилиндрический смеситель: попадая в смеситель, он распространяется вдоль стенок для создания заданного завихрения и сохраняет это завихрение вдоль линии выпуска вплоть до оси изменения корпуса и всегда достигает стенок. Поскольку вода сохраняет центробежное завихрение на внешних стенках, «ядро» из горячих газов следует за линиями тока. (ИЗОБРАЖЕНИЕ 1)

Результатом сочетания этих факторов является температура на стенках выхлопного резервуара, достигающая более 130°С.

СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ГАЗА ДО ВНЕДРЕНИЯ НАШИХ РАЗРАБОТОК
Часть выхлопной магистрали двигателя яхты. Поскольку охлаждающая вода остается на стенках, поток газа в центре трубы остается горячим
ИЗОБРАЖЕНИЕ 1
1 | ВПРЫСК ГОРЯЧЕГО ГАЗА
2 | ВПРЫСК ВОДЫ ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ
3 | ЯДРО ГОРЯЧЕГО ГАЗА
4 | РЕЗЕРВУАР ДЛЯ ГОРЯЧИХ СТОЧНЫХ ВОД
5 | ОХЛАЖДАЮЩАЯ ВОДА ПО СТЕНКАМ
6 | ВЫХОД ГОРЯЧЕГО ГАЗА

ЗНАЧЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ
1 | 2

Технический отдел компании PNR Italia разработал систему охлаждения выхлопной системы двигателя. Над выпускной магистралью расположен коллектор с тремя полноконусными форсунками серии «AL». Форсунки впрыскивают в конструкцию дополнительную воду из первичного цикла.

CFD-АНАЛИЗ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ГАЗА ДО ВНЕДРЕНИЯ НАШИХ РАЗРАБОТОК
ИЗОБРАЖЕНИЕ 2

CFD-АНАЛИЗ СИСТЕМЫ ГАЗОВОГО ОХЛАЖДЕНИЯ, РАЗРАБОТАННОЙ PNR ITALIA
Коллектор и распылительные форсунки
ИЗОБРАЖЕНИЕ 3

Система, разработанная компанией PNR Italia, эффективно снижает температуру выходящих газов и стенок выхлопной системы.
До внедрения нашей системы выходящие газы и корпус достигали температуры 155°C и 105°C соответственно. Благодаря нашей системе охлаждения температура установилась на уровне 95 °C и 65 °C. (изображения 2 и 3). Эффективность системы охлаждения повысилась на 38%.

Полноконусные форсунки серии «AL» обладают рядом преимуществ благодаря своей уникальной конструкции с S-образным завихрителем, встроенным в корпус форсунки. Они обеспечивают самый большой свободный проход среди полноконусных форсунок и могут легко справляться с примесями или рециркуляционными жидкостями.