Введение к работе
Актуальность темы. Одним из главных этапов транспортного процесса является грузовая обработка подвижного состава. Современные речные порты для выполнения погрузо-разгрузочных работ оснащены многообразной перегрузочной техникой. Подавляющую часть ее составляют портовые краны, среди которых особое место занимают плавучие дизельэлектрические краны.
Энергетический анализ эксплуатации этих кранов, проведенный учеными речного транспорта профессорами Толшиным В.И. и Шумковым Е.Б., доцентами Мальцевым В.Н., Нестеровым Л.Н., Моргуновым В.Н., Чернышевским Н.В. и др., показал, что эффективность использования потенциальной энергии топлива для совершения полезной технологической работы крайне низка. КПД плавучего крана, работающего даже при номинальных параметрах оборудования, составляет 20%, а реальный КПД с учетом отклонения от номинального режима всего лишь 12%.
Столь низкая эффективность плавучего крана объясняется, главным образом, двумя существенными противоречиями между присущими двигателю внутреннего сгорания теплоэнергетическими особенностями и характером режима технологической нагрузки:
1. Мощность дизель-генератора выбирается по пиковому
значению технологической нагрузки, которая в два и более раза
превышает ее среднецикловое значение.
2. Нагрузочный режим дизель-генератора плавкрана является
перемежающимся с резкими перепадами и неравномерностью, что
исключает применение наиболее экономичных двигателей с
наддувом.
Оба эти противоречия в своей совокупности приводят не только к снижению энергетических параметров дизель-генератора, но и повышают себестоимость перегрузочных работ. А поскольку плавкраны выполняют более половины грузооборота речных
портов, то это сказывается отрицательно на экономических показателях деятельности всей отрасли в целом.
Отсюда следует вполне убедительное заключение о том, что повышение эффективности использования топлива в энергоустановках плавкранов является крайне актуальной проблемой повышения экономических показателей работы речного транспорта.
Цель работы. Целью диссертации является повышение экономичности энергоустановок плавкранов путем автоматической стабилизации нагрузки дизель-генератора на уровне ее среднециклового значения посредством высокоэффективных накопителей энергии.
Задачи диссертационной работы. Поставленная цель требует решения следующих задач:
Разработка математической модели дизель-генератора, позволяющей осуществить моделирование его работы совместно с накопителем энергии.
Обоснование цикловой нагрузочной диаграммы дизель-генератора плавкрана на основе нормативных данных РТМ (Руководящий технический материал).
Определение границ и уровня эффективности различных систем накопителей энергии в условиях работы в составе энергоустановки плавкрана.
Оценка проведенных исследований по критерию расхода топлива на совершение одного нормативного технологического цикла работы крана.
Общая методика исследования. В основу анализа-
работы энергоустановки плавкрана в переходных и установившихся режимах ее работы положено определение динамических характеристик путем аналитического решения уравнений движения дизель-генератора и системы автоматической стабилизации ее нагрузки. ,
Определение характеристик переходного режима под воздействием внешних возмущений, определяемых нагрузочной диаграммой, проводилось с применением ПК с помощью метода Рунге-Кутта.
Определение параметров регулятора скорости дизеля (частоты напряжения дизель-генератора), а также инерционных параметров ДГ осуществлялось по методу выбранных точек на осциллограмме натурных исследовании.
Для подтверждения достоверности теоретических результатов проведены экспериментальные исследования изготовленного автором опытного образца центробежного накопителя энергии и имитационной системы дизель-генератора.
Научная новизна. Автором получены и выносятся на защиту следующие новые научные результаты: .
Методика определения параметров нагрузочной диаграммы дизель-генератора плавкрана по исходным нормативным данным РТМ (Руководящий технический материал).
Методика определения параметров системы автоматического регулирования скорости дизеля (частоты напряжения дизель-генератора), основанная на принципе выбора точек графика переходного процесса.
Закон движения маховикового накопителя энергии в функции отклонения нагрузки и мгновенной скорости маховика.
- Требования, предъявляемые к приводу маховикового
накопителя с целью выполнения установленного закона движения
маховикового накопителя.
Цетробежный накопитель энергии с неизменной частотой вращения.
Закон движения грузов центробежного накопителя энергии в функции отклонения нагрузки и положения грузов.
Способ управления скоростью грузов центробежного накопителя, позволяющий снизить тысячекратно управляющее усилие.
Способ управления скоростью грузов центробежного накопителя, позволяющий снизить стократно мощность привода перемещения грузов.
Экспериментальный образец центробежного накопителя энергии в составе имитационной энергоустановки плавкрана.
Программа моделирования на ПК переходных и установившихся режимов работы дизель-генератора плавкрана.
Программы моделирования на ПК переходных и установившихся режимов работы энергоустановки плавкрана, оснащенной маховиковым и центробежным накопителем энергии.
Практическая ценность и реализация
результатов работы. Значительная часть исследований по теме диссертации нашла отражение в хоздоговорной тематике по договорам с Нижегородским речным портом, ГЦКБ, ЦНИИ им. Крылова (г. С.Петербург).
Накопитель энергии дискретного действия спроектирован ГЦКБ и внедрен на кране №96 КПЛ5-30 Нижегородского речного порта и в течение трехлетней эксплуатации непрерывно обеспечивал экономию топлива в 23-28% за технологический цикл.
Маховиковый накопитель энергии, разработанный по заданию ЦНИИ им. Крылова, принят за основу проектирования и внедрения на морских плавучих кранах.
Центробежный накопитель энергии непрерывного действия прошел экспериментальную проверку в лаборатории подъемно-транспортных машин ВГАВТ. Проведенные испытания его в составе имитационной энергоустановки " подтвердили результаты моделирования с помощью ПК и его существенные преимущества перед известными в практике накопителями энергии применительно к условиям работы плавкрана.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и получили положительную оценку на Всесоюзной научно-технической конференции "Новое в подъемнотранспортном машиностроении" (Москва, 1991),
XXXI научно-технической конференции (Н.Новгород, 1992), участие в межвузовской выставке "Вузы городу" (Н.Новгород, 1996), научно-технической конференции, посвященной -300-летию Российского флота ''Надежность технических средств водного транспорта" (Н.Новгород, 1996).
Публикации. Основные результаты диссертации отражены в 6 публикациях.
'Структура и Объем duccepmai}UU. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на < страницах машинописного текста, иллюстрированного 3 рисунками и графиками, а также #" таблицами. Цитируемая, а также использованная литература представлена #^ наименованиями.
