Введение к работе
Актуальность темы
Российские суда морского, внутреннего и смешанного река-море плавания оснащаются отечественными и зарубежными дизельными двигателями, повышение форсированности которых по среднему эффективному давлению и частоте вращения коленчатого вала влечет за собой возрастание механических и тепловых нагрузок, что без принятия дополнительных мер снижает надежность двигателей и судовых дизельных энергетических установок (СДЭУ) в целом. Так, ежегодно подразделениями Федеральной службы по надзору в сфере транспорта фиксируются многочисленные случаи аварий и катастроф, связанные с нарушениями работы СДЭУ и их отдельных элементов.
Как показывает практика, до 50% всех отказов дизелей вызвано потерей работоспособности топливной аппаратуры, больше половины из которых приходится на отказы форсунок. Причем, техническое состояние форсунок оказывает существенное влияние на экономические и экологические показатели работы дизеля.
Повышение надежности, безопасности и исключение пожаров в СДЭУ в значительной мере связано с техническим состоянием систем газовыпуска, которое определяется состоянием конструктивных элементов и тепловой изоляции, а также температурой отработавших газов, существенно зависящей от качества работы форсунок судовых дизелей.
Таким образом, развитие методов и выбор эффективных средств теплового диагностирования судовых дизелей и их систем газовыпуска является актуальной задачей для водного транспорта, отвечает требованиям Международной морской организации (Международная конвенция по охране человеческой жизни на море, Международный кодекс по управлению безопасной эксплуатацией судов и предотвращением загрязнения), технических регламентов РФ «О безопасности объектов морского транспорта» и «О безопасности объектов внутреннего водного транспорта», Правилам морского и речного регистров РФ и будет способствовать снижению отказов и аварийности судовых дизельных энергетических установок.
Объектами исследований являются остов, топливная аппаратура и системы газовыпуска судовых дизелей.
Предмет исследования
Взаимосвязь теплового и технического состояния судовых дизелей и систем их газовыпуска, методы и средства теплового диагностирования.
Цель работы
Повышение безопасности технической эксплуатации СДЭУ путем разработки научно обоснованных технических и технологических решений, направленных на совершенствование методов и средств безразборного теплового диагностирования топливной аппаратуры и систем газовыпуска судовых дизелей.
Задачи работы
Для достижения поставленной цели были поставлены и решены следующие основные задачи:
анализ современного состояния и тенденций развития судового дизеле-строения, оценка влияния теплового и теплонапряженного состояния судовых дизелей, технического состояния топливной аппаратуры и систем газовыпуска на безопасность СДЭУ;
выбор, оценка и обоснование методов и средств теплового диагностирования судовых дизелей;
исследование теплового состояния форсунок судовых дизелей и динамики ее изменения в зависимости от степени форсированности и режимов работы двигателя;
разработка методики технического диагностирования форсунок по тепловому состоянию их наружных корпусов;
разработка технических средств повышения надежности топливной аппаратуры судовых дизелей совершенствованием конструкции устройств по ка-витационной обработке топлив;
разработка математической модели теплообмена между трубопроводом системы газовыпуска и воздушным пространством в машинном помещении, проведение расчетных и экспериментальных исследований влияния дефектов теплоизоляции на распределение температур вокруг трубопроводов систем газовыпуска;
проверка предложенных методик и средств теплового диагностирования при эксплуатационных испытаниях СДЭУ.
Методы исследований и достоверность результатов
Поставленные задачи решены путем проведения теоретических и экспериментальных исследований с использованием методов математического моделирования.
Обоснованность и достоверность положений и выводов подтверждена непротиворечивостью результатов теоретических и экспериментальных исследований теории и практики эксплуатации ДВС, а также благодаря использованию современных поверенных средств измерения и методов их обработки.
Научная новизна работы заключается в следующем:
предложен и экспериментально обоснован комплекс взаимодополняемых средств для теплового диагностирования СДЭУ;
установлена зависимость теплового состояния наружных корпусов штифтовых форсунок от их технического состояния;
разработаны и защищены патентами два устройства по кавитационной обработке топлив, обеспечивающих повышение безотказности и долговечности топливной аппаратуры;
разработана математическая модель распределения температур вокруг трубопроводов систем газовыпуска судовых дизелей, имеющих дефекты в теплоизоляции (решение задачи Дирихле для полуплоскости), обеспечивающая высокую сходимость результатов расчетных и экспериментальных исследований.
Практическая ценность
Предложен комплекс средств измерения для теплового диагностирования
судовых дизелей, определены и обоснованы рациональные области их применения.
Разработаны:
методика и программа теплового диагностирования судового энергетического оборудования;
способ безразборного диагностирования технического состояния форсунок в условиях эксплуатации;
устройства по кавитационной обработке топлив, обеспечивающие повышение надежности работы топливной аппаратуры;
способ определения размеров и локализации дефектов тепловой изоляции систем газовыпуска.
На защиту выносятся
методика теплового диагностирования судовых дизелей и их систем газовыпуска;
результаты исследований теплового состояния форсунок судовых дизелей и динамики ее изменения в зависимости от режимов работы двигателя;
способ контроля работоспособности форсунок дизелей по тепловому состоянию их наружных корпусов;
технические средства повышения надежности топливной аппаратуры судовых дизелей кавитационной обработкой топлива, защищенные двумя патентами РФ;
математическая модель и результаты расчетных и экспериментальных исследований распределения температурных полей в области дефектов теплоизоляции систем газовыпуска дизелей в зависимости от их размеров и локализации.
Реализация работы
Разработаны методика и программа диагностирования судового энергетического оборудования, которая была согласована с Северо-Западным филиалом Российского Речного Регистра и реализована при стендовых испытаниях дизелей в лаборатории кафедры теории и конструкции судовых ДВС при ФГОУ ВПО СПГУВК и на базе ООО «Морские пропульсивные системы», при теплотехнических испытаниях СДВС флота ГБУ «Волго-Балт» и 000 «Пассажирский Флот» (г. Санкт-Петербург), а также в ходе работ по подготовке технического флота ФГУ «Камводпуть» к навигации 2011 года.
Апробация работы
Материалы диссертации докладывались и обсуждались на научно-методических семинарах кафедры теории и конструкции судовых ДВС СПГУВК, с участием сотрудников Российского Речного Регистра; на XI Международной научной конференции «Системы компьютерной математики и их приложения» (Смоленск, 2010 г.).
Публикации
По теме диссертации опубликовано пять печатных работ, в том числе три работы в издании, рекомендованном ВАК, получены два патента РФ на изобретения.
Структура и объем работы
Похожие диссертации на Оценка технического состояния судовых дизелей и систем газовыпуска методом теплового диагностирования
