Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время на судах речного флота России эксплуатируется свыше 30 тысяч четырехтактных дизелей, из которых 65 % - двигатели с номинальной частотой вращения коленчатого вала > 750 об/мин. Для них характерны повышенные тепловые потери, высокая виброактивность и эрозионно-коррозионные разрушения охлаждаемых водой деталей остова.
Отсутствие в России крупного гидротехнического строительства в основных водно-транспортных бассейнах исключает принципиальные изменения в условиях судоходства на внутренних водных путях и рост максимальных значений водоизмещения судов внутреннего и смешанного плавания, а удорожание топлива делает экономически не эффективным увеличение их скорости.
В этих условиях маловероятно увеличение максимальной мощности СЗУ, поэтому рост значений среднего эффективного давления будет сопровождаться увеличением доли двигателей повышенной и высокой оборотности, что приведет к уменьшению массогабаритных показателей остова, вызовет увеличение относительных размеров тепло-обменных аппаратов, 'водяных насосов, трубопроводов и потребует повышения внимания к ним как на стадии проектирования и доводки двигателей, так и на стадии их эксплуатации.
Таким образом, форсирование судовых дизелей будет способствовать дальнейшему обострению уже существующих в настоящее время проблем.
Необходимость комплексного совершенствования охлаждения судовых дизелей обусловлена не только задачами практики, но и тем, что научные основы самой острой части этой проблемы - эрозион-но-коррозионных разрушений в системах охлаждения дизелей, заложенные в 50 - 60 е годы, отражали тогдашний уровень дизелестрое-ния. теплофизики и теории вибрации, коррозии, кавитации и механики разрушений, в значительной мере, требуют более современного подхода.
Цель работы заключается в повышении ресурса и экономичности судовых четырехтактных дизелей за счет комплексного совершенствования их охлаждения.
Для достижения цели были поставлены и решены следующие основные задачи:
-
Совершенствование научных представлений о природе эрози-онно-коррозионных разрушений, накипеобразования и тепловых потерь в системах охлаждения дизелей.
-
Разработка более совершенной методики расчета вибраций
- і -
птулок цилиндров и прогнозирования их эроэионно.-коррозионных разрушений.
-
Создание методологии совершенствования структурных схем систем охлаждения дизелей судов смешанного и внутреннего плавания с учетом степени их форсированное, интенсивности эрозионио-кор-розиоачых разрушений втулок и блоков цилиндров и условий их эксплуатации.
-
Разработка концепции совершенствования физико-химических и теплофизических свойств охлаждающих жидкостей и ее апробация при выборе состава, производстве и использовании присадок.
Научной новизной обладают: " феноменологическая модель, в которой негативные процессы в зарубашечном пространстве впервые определены как,.совокупность термофлуктуационных процессов;
методика расчета параметров вибраций втулок, которые рассматриваются как высокочастотные колебания, модулированные ударными импульсами, возникающими при перекладках поршня;
уравнении для расчета виброускорений втулок цилиндров, учитывающее цилиндрическую жесткость втулки, тепловой зазор между ее зеркалом и тронком поршня, частоту вращения коленчатого вала, значение нормальной составляющей силы, отношения длины втулки и тронка поршня, соударяющихся масс, динамичность рабочего процесса;
уравнение для расчета кинетики эрозионно-коррозирнных разрушений, в основу которого положено безразмерное отношение. *к ^Р.чь^Ррхл-^). являющееся функцией параметров вибрации (амплитуды и частоты колебаний) и свойств охлаждающей жидкости (статического давления и температуры. - плотности, скорости звука), а также учитывающее акустические свойства материала втулки цилиндров и се напряженное и тепловое состояние;
методика прогнозирования эрозионно-коррозио'нных разрушений и результаты численных экспериментов, позволивших установить оптимальные конструктивные размеры втулок и режимные параметры системи охлаждении;
принципы синтеза структурных схем теплового регулирования и результаты их реализации при создании и модернизации систем охлаждения перспективных и существующих судовых дизелей;
конструкции расширительных цистерн;
концепция совершенствования физико-химических и теплофизических свойств охлаждающих жидкостей и составы присадок, включающие как органические вещества (поверхностно-активные вещества и полимеры), так и неорганические ингибиторы коррозии, на основе ко торых получены реологически сложные (структурированные) охлаждаю-
- І) -
щис жидкости;
результаты голографических исследований кавитационных пузырьков, их динамического и эрозионного воздействия на конструкционные материалы, изучения процессов коррозии, теплообмена в реологически сложных водных системах, а также данные стендовых моторных и эксплуатационных испытаний однокомпонентних и комплексных присадок к охлаждающим жидкостям.
Новизна результатов работы подтверждена 19 авторскими свидетельствами. 1 патентом и 7 положительными решениями ВНИИГПЭ по заявкам на авторские свидетельства и патенты.
Практическая ценность работы заключается в том, что в результате комплексного подхода к решению стоящих проблем определены значения интенсивности вибраций втулок цилиндров дизелей речного флота, скорость их эрозионно-коррозионных разрушений, разработаны рекомендации по изменению конструкции остова и совершенствованию схем, отдельных элементов и параметров системы охлаждения, предложены высокоэффективные составы присадок к охлаждающей воде дизелей, техническое моющее средство и технологии их применения, обеспечивающие повышение ресурса, экономичности и сокращение трудоемкости технического обслуживания судовых дизелей.
Личный вклад автора. В работе обобщены результаты теоретических и экспериментальных исследований, выполненных автором самостоятельно, а также совместно с аспирантами и сотрудниками, возглавляемых им научных групп. При этом автору принадлежит постановка проблемы и задач теоретических и экспериментальных исследований, результаты анализа и обобщения полученных расчетных и экспериментальных данных, в частности, феноменологическая и математическая модели эрозионно-коррозионных разрушений втулок цилиндров дизелей, концепции совершенствования структурных схем систем охлаждения, физико-химических и теплофизических свойств охлаждающих жидкостей, методика проведения эксплуатационных испытаний.
Реализация результатов работы. Разработанные и изготавливаемые под руководством автора присадки к охлаждающей воде дизелей испытаны на судах Балтийского морского. Вельского, Беломорс-ко-Онежского. Волжского Объединенного и Западного речных паро-ходств и внедрены в АО "Волготанкер", АО " Северо-Западного пароходство" и ряде других предприятий. Новые схемы охлаждения и их отдельные элементы использованы при создании новых и модернизации существующих дизелей на Ленинградском дизелестроительном заводе и АО "Звезда".
Апробация работы. Содержание работы поэтапно докладывалось на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-препо-
- б -
давательского состава ЛИВТа и СПбГУВК (1979-1996 г.г.); на Семинарах сектора механики неоднородных сред АН СССР (Москва, 1980, 81 г.г.); Всесоюзной конференции "Взаимодействие тел с границами раздела сплошной среды" (Чебоксары, 1985); Конференциях "Проблемы проектирования, изготовления и эксплуатации судового теплообмен-ного оборудования" (г. Севастополь, 1988, 89. 91 г.г.); IX межвузовской школе-семинаре "Методы и средства технической диагностики". (Ивано-Франковск, 1990); Научно-практической конференции Академии транспорта РФ (СПб.. 1992); Научно-техническом семинаре НТО: им. акад. А.Н. Крылова, (СПб, 1994); Технической конференции "Современные схемы и технологии водоподготовки для отопительных котельных и тепловых сетей" (Москва, 1996).
Публикация работ. Основные научные результаты, рекомендации и технические решения, полученные при выполнении диссертационной работы, опубликованы в 22 статьях, в 19 авторских свидетельствах и 1 патенте.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, 3 приложений. Основная часть работы содержит 395 страниц, в том числе 61 рисунок, 44 таблицы и список использованных источников из 297 наименований.
Похожие диссертации на Основы комплексного совершенствования охлаждения судовых дизелей
