Введение к работе
Все, что производится промышленностью должно служить людям нли против них (военная техника) более или менее долго и эффективно. Обеспечение длительной и эффективной работы предметов промышленного производства (ППП) составляет главную задачу их технической эксплуатации.
Жиань любого ППП умозрительно может быть разделена на три взаимосвязанных и взаимообеспечивающих периода: проектирование, производство и техническая эксплуатация. Только в процессе последней окончательно проявляются всё функциональные и иные качества ППП. Универсальная оценка качества ППП составляет обширную и глубокую научно-техническую проблему. За последние десятилетия в этой области выполнено множество значительных, в том числе фундаментальных работ. Тем не менее повышение эффективности технической эксплуатации ППП остается и будет оставаться всегда актуальнейшей научно-технической проблемой, как и сама проблема технического прогресса в развитии человеческой цивилизации.
В научном плане проблема повышения эффективности ППП имеет много аспектов и состав ее, естественно, увеличивается в объеме и логически усложняется с усложнением самого ППП.
Энергетическая установка морского судна представляет собой пример исключительно сложного ППП, сосредоточенного в предельно ограниченном объеме и длительное время функционирующего в условиях практически полной информационно-энергетической изоляции и высокой вероятности экстремального ухудшения воздействий со стороны окружающей среды.
Эти факторы должны быть учтены при постановке конкретных задач в научном исследовании проблемы повышения эффективности технической эксплуатации судовой энергетической установки с целью получения результатов практиче-ческого значения. В связи с этим в реферируемой работе на фоне общего научно-методического подхода исследуются вполне конкретные технические объекты: современная судовая энергетика и ее элементы. Отмеченное выше многообразие элементов СЭУ придает работе определенную эклектичность, но, повторим, такова природа объекта исследования, такова сама техническая эксплуатация СЭУ. В отдельных ее компонентах могут быть выполнены обширные и глубокие ис-
следования различными специалистами, скажем, химиками-органиками в области горюче-смазочных материалов, гидромеханиками — по масляным пленкам на трущихся поверхностях, аэродинамиками— по газообмену в цилиндрах дизелей и т. д.
В работе сделана попытка научного представления компонентного решения различных технических задач в том виде, в каком они возникают в процессе эксплуатации СЭУ и в каком автору приходилось иметь с ними дело на протяжении 30 лет его научно-технической деятельности.
Актуальность проблемы. Основной задачей научно-технического прогресса на транспортном флоте является повышение эффективности грузоперевозок. Определяющим в прогрессе стало превращение судов в высокоэффективные энергетические комплексы, управляемые с единого поста одним оператором с устойчивой внутренней и внешней связью, развитыми системами контроля, диагностики, сигнализации, сбора, обработки, отображения, передачи и хранения информации.
Эффективное применение новых принципов управления ме- « ханшированными и энергоемкими судами с минимальным экипажем должно сочетаться с повышением эффективности технической эксплуатации, т. е. с повышением их надежности, экономичности, экзотичности и безопасности мореплавания.
Эффективность технической эксплуатации судовых дизельных установок (СДУ) также определяется техническими условиями, которые должны как можно точнее отражать критерии и показатели качества технической эксплуатации (ТЭ), в соответствии с которыми объект должен быть сконструирован, изготовлен и подвергаться контролю в процессе эксплуатации. В связи с этим возникает необходимость появления большого и постоянно увеличивающегося набора стандартов, конвенций, инструкций, методик, различных обобщенных показателей, справочников и других нормативно-технических документов.
В условиях технической эксплуатации судов часто оказывается содержательной и полезной некоторая общая относительная оценка влияния условий эксплуатации СДУ комплексным параметром, установленным на основе системного анализа, а также оценка эффективности технической эксплуатации отдельных узлов, систем и деталей, разработка и внедрение методов контроля, новых технических устройств и технических решений, направленных на повышение эффективности 4
технической эксплуатации судовых дизельных установок и пропульсивных комплексов в целом.
Под параметрами К эффективности технической эксплуатации СДУ понимаются обобщенные показатели надежности, экономичности, экологичности судовой дизельной установки, включая отдельные характеристики стоимости и другие свойства элементов и систем СДУ.
Длительный опыт технической эксплуатации главных ма- » лооборотных и среднеоборотных (МОД) и (СОД) дизелей различных марок и фирм выявил недостаточную надежность отдельных элементов и узлов СДУ. Это отказы, характерные для главных и вспомогательных дизелей (ГД) и (ВД), ди-зель-редукторных установок современных контейнеровозов- и судов ледового плавания, эксплуатирующихся в различных навигационных и климатических условиях с резко изменяющимися режимами работы. К ним, в первую очередь, относятся отказы цилиндро-поршневой группы (ЦПГ), топливной аппаратуры, пропульсивного комплекса (ПК) и других отдельных элементов СДУ, которые могут вызвать аварию СДУ и создать чрезвычайные обстоятельства, снижающие эффективность и безопасность ТЭ судов.
Таким образом, разработка методов повышения эффекти- вности технической эксплуатации ПК, СДУ, ЦПГ, топливной аппаратуры, щоздухо-, водо-, маслоохладителей, а также совершенствование утилизации отбросной- теплоты выпускных газов и охлаждающей воды с учетом требований ТЭ судовых дизелей являются актуальной научной проблемой, имеющей важное народнохозяйственное значение. Этим в значительной степени был определен выбор темы диссертации в рамках общего направления многолетной работы, которая выполнялась по планам НИР ММФ, ГМА им. адм. С. О. Макарова, Балтийского морского пароходства (БМП) и отраслевой целевой программы.
Цель и задачи исследования. Цель — повышение эффек- . тивности технической эксплуатации судовых дизельных установок на основе научного анализа проблемы и разработки научно-обоснованных методов решения.
. Для достижения цели необходимо было решить следую- » щие задачи:
обобщить опыт технической эксплуатации СДУ в пропульсивных комплексах различных типов и в различных навигационных условиях, определить причины н закономерности отказов и неисправностей отдельных узлов.и систем;
исследовать взаимосвязи между характеристиками работы СДУ, техническим состоянием и надежностью СДУ в условиях эксплуатации ПК;
обосновать выбор показателей эффективности технической эксплуатации СДУ с позиций системного анализа, методов квалиметрии, надежности, теплотехники и других наук;
разработать критерии количественной оценки технического уровня главных и вспомогательных дизелей и их отдельных узлов и систем;
исследовать влияние факторов, изменяющихся в условиях технической эксплуатации пропульсивных комплексов, систем и узлов судовых дизельных установок на показатели эффективности;
обобщить.методы контроля теплояапряженности ЦПГ, методы повышения надежности подшипников дизелей, турбокомпрессоров (ТК), утилизационных котлов (УК), топливной аппаратуры, охладителей воздуха, воды и масла в специфических условиях технической эксплуатации судовых дизелей;
изучить и обобщить влияние технического состояния пропу-льсианого комплекса (ПК), ЦПГ, газовыпускного тракта на экономичность технической эксплуатации СДУ и разработать метод оценки этого влияния;
теоретически обосновать направления практической реализации полученных результатов исследования в реальных условиях эксплуатации транспортных судов.
Методика. Работа представляет комплексное научное исследование, которое заключается:
в оценке показателей эффективности технической эксплуатации судовых дизельных установок с позиций системного анализа, обосновании математических расчетно-эксперимента-льных моделей;
в разработке научных методов повышения качества технической эксплуатации, ,как в целом МОД, СОД с винтом фиксированного шага и винтом регулируемого шага, так и отдельных узлов и систем на базе эксперимеяталнього материала и результатов ТЭ.
'. Предметом системного анализа явились следующие уз^ы судовых дизельных установок:
детали цилиндро-поршневой группы;
детали топливной аппаратуры;
системы СДУ, воздухо-, водо-, маслоохладители;
системы утилизации отбросной теплоты, утилизационные котлы, выпускные клапаны и турбокомпрессоры; 6
пропульсивный комплекс в целом как элемент, оказывающий большое влияние на СДУ, с точки зрения обеспечения надежной и экономичной технической эксплуатации судна.
В работе использованы теоретические и экоперименталь- « иые методы системного анализа, теплотехнические исследования на лабораторных стендах и на действующих установках в условиях эксплуатации судов с применением методов планирования эксперимента и статистической обработки полученных результатов.
Эксплуатационные исследования выполнялись на судах с МОД типа: 9ДКРН 80/160, 8ДКРН 70/120-Е, 5ДКРН 70/125-В, 5ДКРН 68/125; а также с СОД типа: 14ЧРН 40/48, 14ЧН 52/55, ЭДН 40/48; использовались статистические эксплуатационные материалы СТЭФ морских пароходств и непосредственно морских судов.
Достоверность и обоснованность научных результатов исследований достигается следующими реализованными мероприятиями на информационно-методическом уровне:
использованием обширной статистической информации по * результатам техннчеокой эксплуатации ПК, СДУ современных транспортных судов в течение длительного периода, статистической обработкой и анализом отказов, определением причин и закономерностей их возникновения;
использованием фактических (по результатам эксплуатации), а не теоретических законов распределения;
разносторонними лабораторными, длительными зксплуата- ' ционными испытаниями на транспортных судах и устойчивым уровнем оценки технико-экономических показателей, достигнутых при .внедрении результатов работ;
проверкой адекватности созданных по результатам исследования зависимостей и методик данным экспериментов;
получением положительных эффектов внедрения новых ме- ' тодов и технических решений.
Научная новизна работы определяется выполненными ав- ' тором исследованиями, теоретическими обобщениями их результатов и данных эксплуатации ПК и судовых дизельных установок и разработкой научной методологии оценки эффективности ТЭ СДУ различных типов, способов повышения их эффективности в различных условиях ТЭ на основе.системного
подхода.
В рамках указанной проблемы:
разработан обобщенный метод оценки эффективности ТЭ ПК и СДУ, позволяющий определять эффективность СДУ и ее отдельных узлов и систем в условиях эксплуатации судов, анализировать влияние условий ТЭ на качество функционирования подсистем и систем, определять технико-экономические показатели, осуществлять синтез параметров систем и разрабатывать эксплуатационные мероприятия в конструкционном, технологическом и режимном аспектах решаемой проблемы;
на основе системного подхода и анализа количественных показателей надежности и экономичности разработай алгоритм приближенной оптимизации выбора и обоснования эксплуатационной мощности и режима ТЭ СДУ различных типов и назначения;
разработаны метод оценки эффективности топливоисполь-зования ГД в условиях ТЭ судов, а также оценки эффективности проведения моточисток рабочих цилиндров;
разработана модель СДУ с оптимальной системой утилизации отбросной теплоты охлаждающей воды и газов ГД;
разработаны новые технические решения и уточненные методики по повышению эффективности ТЭ топливной аппаратуры, ПК, деталям ЦПГ, отдельных подсистем СДУ и тепло-обменных аппаратов;
предложены обобщенные показатели эффективности ТЭ охладителей СДУ и комплексных систем утилизации отбросной теплоты СДУ;
даны математические модели эффективного нагружения главных и вспомогательных дизелей по параметрам технической эксплуатации судовых дизелей и ПК в целом с учетом теплонапряженности цилиндро-поршневой группы.
На защиту выносятся:
-
Метод оценки эффективности ТЭ судовых дизелей, технического уровня ГД и ВД, вспомогательных механизмов и отдельных элементов, разработанный на базе системной методологии.
-
Результаты исследования режимов ТЭ ПК, метод контроля и назначения безопасных эксплуатационных режимов ГД для различных условий технической эксплуатации и технического состояния корпуса, винторулевого комплекса и ГД.
-
Метод оценки эффективности различных типов судовых охладителей и оптимизации их отдельных геометрических ха-8
рактеристнк, методы контроля качества изготовления и эксплуатации теплопередающих элементов охладителен.
-
Методы повышения технико-экономической эффективности технической эксплуатации СДУ, базирующиеся на совершенствовании и разработке комплексных систем утилизации тепла выпускных газов, наддувочного воздуха, охлаждающей воды, циркуляционного масла.
-
Методы оценки расхода ГМС на судах, оценки эффективности проведения моточисток и ТО, использования оптимальных режимов плавания.
Практическая ценность работы определяется главным образом внедрением основных научных результатов в практику эксплуатации СДУ. Предложенные методы и технические решения сочетают простоту алгоритмов решения с достаточной чувствительностью для объективного учета влияния эксплуатационных и конструкционных факторов, что позволяет широко использовать их в практике заводов, морских пароход-ств, а также в процессе обучения.
Основными документами являются:
методики оценки технического уровня судовых дизелей и отдельных деталей и узлов дизелей;
рекомендации по оценке и повышению надежности судовых дизелей, их отдельных элементов, узлов и систем;
методика контроля эксплуатационной мощности главных дизелей типа 5ДКРН 70/125 на судах типа т/х «Астрахань», 8ДКРН 70/120 на т/х «Варнемюиде», 5ДКРН 68/125 на т/х «Профессор Ухов», 14ЧРН 40/48 на т/х «Норильск»;
рекомендации по повышению качества изготовления и эксплуатации воздухо-, водо-, маслоохладителей и теплопередающих элементов из биметаллических труб;
рекомендации по совершенствованию систем утилизации отбросной теплоты в СДУ и по повышению эффективности эксплуатации СГУТ на морских судах;
методы оценки эффективности топливомаслоиспользования-в СДУ, проведения моточисток и работ по ТО.
В результате использования материалов достигаются следующие положительные результаты:
улучшение эксплуатационных качеств СДУ благодаря повышению надежности, экономичности и безопасности мореплавания СДУ и элементов пролульсивного комплекса;
назначение безопасных и экономичных эксплуатационных режимов; — повышение качества проектно-конструктор-
ских и технологических работ при создании новых СДУ и судов-нового поколения в целом;
внедрение новых технических решений, защищенных авторскими свидетельствами на изобретения.
Реализация. Научные выводы и практические рекомендации диссертационной работы реализованы в морских паро-ходствах, на заводах отрасли и в морских учебных заведениях. На судах типа т/х «Астрахань» Балтийского морского пароходства, на судах типа «СА-15» и л/к «Капитан Николаев» Мурманского морского пароходства внедрены научно-практические методы и отдельные эксплуатационные и технические мероприятия по повышению эффективности технической акслггуатации главных и вспомогательных дизельных установок, в нормативных и справочных документах ЦНИИМФ, ЦНИДИ ,о чем имеются соответствующие справки в приложении диссертации.
Результаты работы нашли полное отражение в книгах «Судовые дизельные установки», «Дизели в пропульсивном комплексе морских судов», «Эксплуатационные качества судовых дизелей», «Повышение эффективности топливоисполь-зования в СДУ», учебнике «Судовые энергетические авто-" матизированные установки» и 95-ти научно-технических статьях, которые используются судовыми механиками и инженерно-техническими работниками НИИ, КБ и пароходств, курсантами морских училищ и студентами морских учебных заведений в качестве учебных и справочных пособий. В настоящее время трудно говорить об экономическом эффекте результатов работы, однако можно заметить, что по Балтийскому пароходству он составил свыше 50 тыс. долл. на одно судно, по Мурманскому пароходству — свыше 70 тыс. долл. в год. Включен в програміму морских вузов учебный курс «Судовые энергетические установки, и пропульсивяый комплекс». Результаты работы реализованы в разработанных ГМА им. адм. С. О. Макарова технических документах и переданы для дальнейших проработок в ЦНИИМФ, ЦНИДИ, а также на ди-зелестроительные заводы: п/о «Брянский машиностроительный завод», «Бериславский машиностроительный завод», «Русский дизель».
Апробация. Основные результаты работы проверены на практике. По мере разработки ее содержание докладывалось и обсуждалось на Всесоюзных межотраслевых и меж-10
вузовских научно-технических совещаниях и конференциях: «Проблемы экономии энергоресурсов и использования альтернативных топлив в судовых дизельных и турбинных установках» 9—11 октября 1985 г.; «Системотехника, планирование экспериментов и ускоренные испытания в двигателестроении» 23—24 октября 1979 г., Ленинград; «Проблемы технической диагностики в задачах обеспечения и повышения эксплуатационной надежности судовых технических средств» 14—15 октября 1991 г., Севастополь; «Системотехника и планирование экспериментов при исследовании дизельных установок» 16—17 мая 1978 г., Ленинград; Всесоюзном научно-техническом семинаре по комбинированным двигателям при МВТУ им. И. Э. Баумана, Москва; первой НТК «Экономия топливно-энергетических ресурсов» 1983 г., Ленинград; на технических советах и совещаниях п/о «Русский дизель», п/о «БМЗ», ЦНИДИ, БМП, ЦНИИМФ.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в четырех книгах издательства «Судостроение» соответственно в 1982, 1984, 1986, 1987 гг., учебнике издательства «Транспорт» в 1989г., 95-ти научно-технических статьях, 30-ти депонированных статьях и отчетах, 13-ти авторских свидетельствах и 5-ти учебных пособиях, предназначенных для курсантов и студентов-заочников по судомеханической специальности ВИМУ.
Объем. Работа состоит из введения, семи глав и заключения, объемом 299 стр. машинописного текста, 166 рис., 26 табл., и приложений с копиями справок о внедрении результатов диссертационной работы в 5-ти организациях. Список использованных источников содержит 255 наименований.
