Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ОДЕСЬКА НАЦІОНАЛЬНА МОРСЬКА АКАДЕМІЯ

УДК 621.43

ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ РОБОТИ КОМПЛЕКСУ СЕРЕДНЬО ОБЕРТОВОГО ДИЗЕЛЬ - ГВИНТ РЕГУЛЬОВАНОГО КРОКУ

Спеціальність 05.08.05 - Суднові енергетичні установки

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Штабов В'ячеслав Олегович

Одеса - 2004

Дисертація є рукописом.

Робота виконана в Одеському національному морському університеті (ОНМУ) Міністерства освіти і науки України на кафедрі "Суднові енергетичні установки і технічна експлуатація"

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор Івановський Валерій Георгійович, Одеський національний морський університет, завідуючий кафедрою “Суднові енергетичні установки та технічна експлуатація флоту”.

Офіційні опоненти:

- доктор технічних наук, професор Тімошевський Борис Георгійович, завідуючий кафедрою “Двигуни внутрішнього згоряння”, Український державний морський технічний університет ім. С.О. Макарова

- кандидат технічних наук, професор Єрмошкін Микола Георгійович, голова державної кваліфікаційної комісії (Одеська регіональна філія Державної інспекції з питань підготовки та дипломування моряків ).

Провідна установа Севастопольський національний технічний університет.

Захист відбудеться 19 лютого 2004 р. о 10⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.106.01 Одеської національної морської академії за адресою: 65029, м. Одеса, вул. Дідріхсона, 8.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Одеської національної морської академії за адресою: 65029, м. Одеса, вул. Дідріхсона, 8.

Відзив у двох екземплярах з підписом, завіреним печаткою установи, просимо направляти до спеціалізованої ради за вказаною адресою.

Автореферат розісланий 19 січня 2004 р.

Вчений секретар спеціалізованої ради д.т.н., професор В.А. Голіков

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Зростання циліндрової та агрегатної потужностей, зниження питомої витрати палива, збільшення терміну служби двигунів внутрішнього згоряння - головні напрямки розвитку сучасного суднового дизелебудування.

Параметри робочого процесу і подачі палива суднових середньообертових дизелів під час проектування і здачі покупцю номіновано на номінальні режими. Окремі типи суден, особливо пасажирські, значну частину експлуатаційного часу працюють на швидкостях нижче проектних, відповідно і головні двигуни експлуатуються на режимах часткових навантажень і зниженої частоти обертання колінчатого вала. На цих режимах, які можна віднести до основних режимів експлуатації для деяких типів суден, параметри роботи дизелів змінюються в гірший бік порівняно з номінальним режимом, що пояснюється неповним згорянням палива і зниженням показників робочого процесу.

Дана робота спрямована на удосконалення робочого процесу і подачі палива головних середньообертових двигунів, які знаходяться в експлуатації на часткових навантаженнях з метою підвищення їхньої економічності та надійності, а також на вибір оптимальних режимів спільної роботи головних середньообертових двигунів і гвинтів регульованого кроку (ГРК).

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження виконано автором-аспірантом на кафедрі "Суднові енергетичні установки і технічна експлуатація" судномеханічного факультету ОНМУ. Напрямок досліджень, отримані наукові і практичні результати відповідають програмам та планам науково-технічних робіт, направлених на розвиток народного господарства України - цільовій комплексній програмі розвитку транспортного комплексу України “Транспорт”, пріоритетному напрямку науково-дослідних програм Міністерства освіти України “Енергоресурси та енергозбереження”, номер держреєстрації 0100U001571.

Мета і задачі дослідження. Розробка способів зниження відсічної хвилі. Для досягнення поставленої мети передбачено вирішення наступних задач:

§ дослідження процесів руху палива, що відбуваються у паливній системі низького тиску ПНВТ з метою стабілізації процесу наповнення і розробка рекомендацій щодо вибору місця установки поршневих пружинних демпферів з раціональними розмірами і параметрами їх елементів у паливній системі низького тиску;

§ розробка методики розрахунку процесу зниження гідродинамічного навантаження у паливній системі низького тиску за допомогою поршневого демпфера;

§ дослідження й аналіз режимів спільної роботи ГД і ГРК та вироблення практичних рекомендацій щодо вибору цих режимів.

Об'єкт дослідження - процес згоряння палива у циліндрі ДВЗ.

Предмет дослідження - процес подачі палива до середньообертових двигунів при роботі на часткових режимах.

Методи дослідження. Експериментальні дослідження середньообертових дизелів здійснювалися в суднових умовах на автопасажирських поромах під час планових рейсів за допомогою штатної і додатково встановленої вимірювальної апаратури. При плануванні дослідів використовувалася загальна теорія планування експериментів.

Для теоретичного аналізу гідродинамічного процесу в паливній системі низького тиску використано підхід, що ґрунтується на числовому вирішенні диференціальних рівнянь.

Наукова новизна отриманих результатів. Вперше встановлено, що зниження амплітуди відсічної хвилі до небезпечної у процесі подачі палива насосами високого тиску двигунів внутрішнього згорання достигається інтерференцією зустрічної хвилі, генерованої у спеціальному пристрої, наприклад, демпфері, з амплітудою вище відсічної.

Процес демпфірування відсічної хвилі у процесах подачі палива найбільш вірогідно ідентифікується методом гідродинамічного розрахунку.

Ефективна циліндрова потужність середньо обертових дизелів прямо пропорційна швидкості збільшення тиску в циліндрі при згорянні

На часткових режимах роботи СДВЗ підтримка циліндрової потужності здійснюється при температурі і тиску надувного повітря в межах 44...53С, 1,8-1,9 кПа відповідно.

Запропонована методика розрахунку генераторів коливань зустрічної хвилі у процесах подачі палива з амплітудою в межах(1,0-2,2) амплітуди відсічної хвилі.

Вірогідність результатів дослідження забезпечується коректністю використаних методик, прийнятою точністю одержання експериментальних даних, задовільним збігом результатів експериментальних і теоретичних досліджень.

Практичне значення отриманих результатів:

1. Розроблено, виготовлено та випробувано дослідний зразок поршневого демпфера тиску палива у відсічній (всмоктувальній) паливній магістралі. Визначено раціональні розміри і параметри демпфера.

2. Удосконалені паливні системи високого тиску головних середньообертових дизелів на часткових режимах роботи.

3. Впроваджено рекомендації для удосконалення режимів спільної роботи ГД і ГРК, які дозволяють підвищити паливну економічність і надійність роботи дизелів.

4. Результати дисертаційного дослідження знайшли застосування у практиці діагностування головних середньообертових дизелів для удосконалення їх роботи на часткових навантаженнях і для оцінки їхнього технічного стану.

Впровадження результатів дослідження здійснювалося шляхом розробки рекомендацій, а також шляхом використання розроблених програм розрахунку.

Особистий внесок здобувача полягає в такому:

§ розробив програму експериментальних досліджень робочого процесу і подачі палива на суднах [1];

§ виконав основну частину експериментального дослідження щодо впливу експлуатаційних параметрів головних суднових дизелів на робочий процес і подачу палива [3];

§ обробив індикаторні діаграми та осцилограми й одержав якісні залежності, що дозволили зробити висновки про шляхи удосконалення робочого процесу і подачі палива досліджуваних дизелів [2];

§ розробив методику розрахунку процесу демпфірування відсічної хвилі за допомогою поршневого демпфера у магістралі подачі палива [4];

§ дослідив і проаналізував режими спільної роботи ГД і ГРК і брав участь у виробленні практичних рекомендацій з вибору раціональних режимів експлуатації пропульсивного комплексу суден.

Апробація роботи. Основні результати роботи доповідалися на науково технічних конференціях професорсько-викладацького складу Одеського національного морського університету (1999, 2000, 2001, 2002 рр.), на 52_й науковій і науково-методичній конференції професорсько-викладацького складу і курсантів Одеської національної морської академії (2000 р.), на науково-технічній конференції Українського державного морського технічного університету ім. адмірала Макарова (2000 р.).

Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 4 друкованих праці у спеціалізованих наукових виданнях, затверджених ВАК України та 1 тези науково-технічної конференції УДМТУ.

Структура й обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, висновків і рекомендацій, списку літератури з 93 найменувань і 3 додатків. Повний обсяг роботи становить 175 сторінок, 55 рисунків і 17 таблиць.

двигун гідродинамічний поршневий паливний

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано необхідність досліджень щодо підвищення ефективності робочого процесу і подачі палива суднових середньообертових дизелів при роботі на гвинт регульованого кроку на основних режимах експлуатації, з впливу експлуатаційних параметрів дизелів на їх роботу в широкому діапазоні зміни навантажень і частот обертання, з удосконалення технічної експлуатації головних двигунів на номінальному режимі і часткових навантаженнях; необхідність розробки методу розрахунку процесу демпфірування відсічної хвилі за допомогою поршневого демпфера у паливній системі низького тиску.

У першому розділі здійснено огляд літературних джерел, розглянуто сучасні напрямки удосконалення паливної апаратури і робочого процесу суднових середньообертових дизелів; виконано аналітичний огляд робіт в галузі дослідження конструктивних та експлуатаційних параметрів паливної апаратури на ефективність процесу впорскування і робочого процесу дизелів на різних режимах; поставлено наукові задачі щодо вирішення проблеми удосконалення технічної експлуатації суднових середньообертових дизелів.

У складі пропульсивних комплексів сучасних морських суден встановлюють середньообертові дизелі, що працюють на ГРК, як головні, що дозволяє за рахунок різного співвідношення частоти обертання гвинта і кроку гвинта при заданій швидкості судна вибрати режим експлуатації, який забезпечує більш високі параметри робочого процесу дизеля на часткових навантаженнях з одночасним зниженням витрати палива на одну милю шляху при заданій швидкості судна.

Велику частину експлуатаційного часу головні середньообертові дизелі працюють на навантаженнях нижчих за номінальні та при низьких частотах обертання. Тривала робота на таких режимах ускладнюється утворенням відкладень на впускних і випускних органах і переохолодженням деталей циліндро-поршневої групи. Параметри подачі палива і робочого процесу відрізняються від оптимальних, на які двигуни відрегульовані на номінальному режимі.

Другий розділ присвячений методології роботи та методам наукового дослідження робочих процесів ДВС та процесів паливоподачі. Зокрема, йдеться про те, що наукове дослідження умовно поділено на чотири послідовні етапи. На першому етапі здійснювався теоретичний аналіз досліджуваної проблеми, визначалися й конкретизувалися об'єкт, предмет дослідження, розроблялися й уточнювалися гіпотеза та завдання дослідження, аналізувалися шляхи удосконалення робочого процесу й подачі палива головних середньообертових двигунів, які знаходяться в експлуатації на часткових навантаженнях, з метою підвищення їхньої паливної економічності, а також вибір оптимальних режимів спільної роботи головних середньообертових двигунів і гвинтів регульованого кроку (ГРК ).

Другий етап - інформаційний пошук, критичний аналіз його результатів, уточнення мети, гіпотези, завдань та назви теми дослідження.

Третій етап - науковий пошук (переміжні теоретичні й експериментальні дослідження), вивчення фізичної суті досліджуваного об'єкту, розробка теорії, наукове обґрунтування методики експериментальних досліджень, вибір технічної бази експериментальних досліджень, експериментальні дослідження, обробка й аналіз результатів дослідження, формулювання нових наукових положень і результатів дослідження, оформлення результатів їх рецензування, обговорення й удосконалення.

Четвертий етап - впровадження, яке здійснювалося шляхом виконання дослідно-конструкторських та доводочних робіт, виконувалася науково-дослідна робота й оцінювалася техніко-економічна ефективність.

Для реалізації визначених завдань та перевірки гіпотези використовувалися різні методи наукових досліджень. Зокрема, робота включає результати досліджень автора щодо зниження коливань у всмоктувальній магістралі паливопроводів. Разом з тим, в ній містяться деякі теоретичні методи дослідження задач процесу демпфірування.

Методикою дослідження передбачалося дослідження головних двигунів СЕМТ “Пилстик” 18 PC2.2V- 400 та "Зульцер" 6ZL 40/48 з осцилографуванням робочого процесу та паливоподачі дизелів. Дослідження проводилося на різних швидкісних режимах двигунів та при різних положеннях лопатей ГРК. Тиск палива та газів реєструвався за допомогою тензометричних датчиків, а переміщення голки форсунки і фазові відмітки кута повороту колінчатого вала - індуктивними датчиками. Сигнали від датчиків підсилювалися відповідним тензометричним підсилювачем.

Дослідження хвильових процесів зміни тиску у відсічній та всмоктувальній магістралях паливної системи проводилось на дизелі 18PC2.2V-400 та на дизелі 6ZL.40/48.

На основі аналізу одержаних даних розроблена технологічна карта дослідження..Для рішення головної задачі були визначені допоміжні задачі по визначенню місця установки засобу поглинання енергії. Дослідження проводилися в різних місцях паливної магістралі, при зміні тиску підкачування палива. Конструктивний розрахунок проводився шляхом варирования твердості пружини, її попереднього стиску, зміни максимального ходу поршня. Задача зважувалася по обраному методі диференціальних рівнянь спошности потоку палива.

Синтез головної задачі виконали з використанням методу диференціальних рівнянь суцільності потоку палива.

Даний хвильовий процес викликає підвищену механічну напруженість паливопроводу. Високочастотний циклічний характер навантаження знижує надійність і пожежобезпечність, а також приводить до розриву суцільності об'єму палива. Установка демпферів дозволяє знизити інтенсивність хвильового процесу і сприяє швидкому замиканню розриву суцільності об'єму палива. Це підвищує стабільність і рівномірність упорскування палива ПНВТ, а також різко зменшує механічні навантаження паливопроводу і, як наслідок, підвищує його надійність

Третій розділ присвячено експериментальному дослідженню подачі палива і робочого процесу середньообертових дизелів СЕМТ "Пілстік" 18РС2.2V-400 і "Зульцер" 6ZL40/48, що встановлюють як головні на суднах морського флоту.

При дослідженнях використовувалася електронна вимірювальна апаратура, що дозволяє осцилографувати процеси подачі палива у системі високого тиску та робочий процес у циліндрах двигунів, а також хвильові процеси у паливній системі низького тиску.

Досліди проводилися по гвинтовій і навантажувальній характеристиках при різних швидкостях судна.

Наведено зміну основних параметрів роботи дизеля 6ZL40/48 і його робочого процесу.

При роботі за навантажувальною характеристикою змінювався крок гвинта Н.

Установлено, що якісна зміна показників робочого процесу дизелів 18РС2.2V-400 і 6ZL40/48 однакова.

Робочий процес дизеля звичайно оптимізується на навантаженнях, близьких до номінального. Експлуатація дизеля на малих навантаженнях і при низькій частоті обертання колінчатого вала приводить до зниження якості розпилювання палива, зменшення тиску наддувного повітря, а значить до неповного згоряння палива, що знижує економічність дизеля і підвищує димність спрацьованих газів.

Результати проведених досліджень привели до висновку про необхідність розробки технічних заходів щодо інтенсифікації процесів упорскування палива і його згоряння на малих навантаженнях.

З іншого боку, аналіз роботи двигунів фірми СЕМТ "Пілстік" 18PC2.2V-400 на режимах малих навантажень протягом тривалого періоду експлуатації показав зниження частоти обертання роторів газотурбонагнітачів (ГТН), зменшення тиску наддувного повітря порівняно з дослідними даними стендових і ходових випробувань, зниження якості розпилювання палива в циліндрі, обумовлене величиною максимального і середнього тиску впорскування, що знизився до 35-40 МПа на двигуні 18РС2.2V-400 (n = 380 хв^-1).

На двигуні СЕМТ "Пілстік" практично на всіх режимах експлуатації початок згоряння палива переноситься за ВМТ, тобто на лінію розширення.

Перелічені вище недоліки найбільш виражені при експлуатації дизелів на частоті обертання n = 380 хв^-1, однак на цій частоті обертання забезпечується найменша витрата палива на одну милю пройденого шляху при заданій швидкості судна, тобто найменша витрата палива в експлуатації.

На маневрових режимах (малі навантаження при n = 380 хв^-1) через низький тиск наддувного повітря при перекритті впускних і випускних клапанів спостерігається закидання спрацьованих газів з випускного колектора в циліндр дизеля, що погіршує якість згоряння палива і підвищує димність спрацьованих газів.

При максимальному навантаженні двигуна, але низькій частоті обертання колінчатого вала знижується як тиск наддувного повітря, так і тиск розпилювання палива, що у підсумку приводить до зниження коефіцієнта надлишку повітря при згорянні і погіршення якості згоряння палива.

На малих навантаженнях дизеля при великих значеннях коефіцієнта надлишку повітря при згорянні значно знижується температура робочого циклу, що приводить до неповного згоряння палива і викиду незгорілого масла і палива у випускний тракт. В цьому випадку підвищення температури наддувного повітря й води, що охолоджує двигун, сприяє підвищенню якості згоряння палива, а також зменшує імовірність сірчано-кислотної корозії.

Неякісне згоряння палива, а також велике закидання масла з двигуна у випускний тракт є причиною значних відкладень у проточній частині газових турбін ГТН, а значить зниження частоти обертання роторів і зменшення тиску наддувного повітря, який також зменшується через швидке відкладення маслянистих продуктів на фільтрах компресорів наддувного повітря.

В процесі аналізу експлуатації дизелів 18РС2.2V-400 було виявлено, що причиною зниження максимального тиску впорскування і зміни характеру впорскування палива є збільшення прохідного перетину розпилювальних отворів розпилювачів форсунок у результаті їхньої тривалої експлуатації, зносу робочого профілю кулачкових шайб приводів паливних насосів високого тиску (ПНВТ).

У четвертому розділі викладено результати і практичні рекомендації щодо удосконалення подачі палива і робочого процесу середньообертових дизелів на основних експлуатаційних режимах роботи. Основними експлуатаційними параметрами, за допомогою яких можна вплинути на подачу палива і робочий процес дизеля, є температура і тиск наддувного повітря, температура охолодної води, що визначає тепловий стан дизеля, кут випередження впорскування палива в циліндр.

Температура наддувного повітря змінювалася за рахунок ступеня його охолодження змінною витратою охолодної води. На малих навантаженнях дизеля при повному відключенні охолодження температура повітря піднімається незначно, й одержати істотний ефект неможливо. Зі збільшенням температури наддувного повітря значно зменшується період затримки самозаймання ф_i, процес згоряння переноситься до ВМТ, що сприяє більш повному згорянню палива і підвищенню економічності робочого циклу. При цьому підвищення температури спрацьованих газів на малих навантаженнях є позитивним чинником для дизеля 18РС2.2V-400, тому що зменшуються відкладення нагару масла і палива у випускному тракті й у проточній частині газових турбін ГТН, знижується димність випуску, поліпшується робота ГТН.

Результати експериментального дослідження були підтверджені розрахунково-теоретичним дослідженням.

Однак у процесі дослідження встановлено значне зменшення коефіцієнта надлишку повітря при згорянні, яке при підвищених навантаженнях зі збільшенням температури наддувного повітря може досягти величин, що погіршують процес згоряння палива, тобто буде отримано зворотний ефект.

На підставі результатів експериментального і теоретичного досліджень наведено рекомендовану залежність для підтримання температури наддувного повітря у двигуні 18РС2.2V-400 в залежності від середньої величини положення рейок ПНВТ m_н.

При зменшенні тиску наддувного повітря, що може мати місце в експлуатації на високих навантаженнях двигуна, значно зростає температура спрацьованих газів через зниження коефіцієнта надлишку повітря при згорянні, що може стати причиною перевантаження двигуна і підвищеної димності спрацьованих газів.

Тепловий стан дизеля, який впливає на якість згоряння палива, головним чином визначається температурою охолодної води. Осцилографування робочого процесу в циліндрі показало, що при збільшенні цієї температури скорочується період затримки самозаймання палива і зменшується догорання палива на лінії розширення, збільшується індикаторний ККД.

Отриманий висновок підтверджено результатами теоретичного дослідження.

Одним з основних параметрів, що визначають економічність дизеля і його механічне навантаження є дійсний кут випередження впорскування палива в циліндр ц_оп. В інструкції з експлуатації задається геометричний кут випередження . Оптимальне значення підбирається в процесі доведення дизеля на номінальному режимі й обмежується допустимим значенням максимального тиску згоряння p_z. При зниженні навантаження дизеля, що має місце в експлуатації (навантаження по потужності не перевищує 70 % від номінального значення) відбувається зменшення тиску p_z і величина може бути збільшена.

Проведене експериментальне і теоретичне дослідження дозволили на основних експлуатаційних режимах установити і рекомендувати до впровадження нові значення геометричних кутів випередження для двигунів 18РС2.2V-400 і 6ZL40/48.

При збільшенні зростає економічність дизеля, однак одночасно росте механічна напруженість, яка побічно характеризується максимальним тиском згоряння p_z, ступенем підвищення тиску при згорянні л^? і середньою швидкістю наростання тиску газів Дp/Дц.

На двигуні 18РС2.2V-400 рекомендується збільшити кут з 12 єПКВ до ВМТ до 16,7 єПКВ до ВМТ, а на двигуні 6ZL40/48 відповідно з 20 єПКВ до ВМТ до 23 єПКВ до ВМТ, при цьому параметри, що характеризують динамічне і механічне навантаження, не перевищують допустимої межі для даного класу дизелів і не виходять за допустимі межі, установлені дизелебудівними фірмами.

Установлено, що при такому збільшенні показники механічної напруженості для кожного двигуна не перевищують відповідних припустимих значень.

Для орієнтованої оцінки підвищення економічності дизелів при збільшенні було проведено розрахунково-теоретичне дослідження робочого процесу на основних експлуатаційних режимах. Результати розрахунків показали зростання паливної економічності на ~ 2 % при новому рекомендованому регулюванні .

При підвищеному максимальному тиску впорскування, характерному для дизелів 18РС2.2V-400 і 6ZL40/48, виникає проблема кавітації і забезпечення міцності паливної системи, в тому числі і паливопроводу низького тиску.

В результаті експериментального дослідження встановлено, що у відсічній (всмоктувальній) магістралях систем подачі палива дизелів 18РС2.2V-400 і 6ZL40/48 відбувається інтенсивний високочастотний хвильовий процес зміни тиску. На основних режимах експлуатації максимальний тиск палива в паливопроводах досягає 2,5 МПа, а у відсічній (всмоктувальній) порожнині ПНВТ - 4-6 МПа. Цей хвильовий процес викликає підвищену механічну напруженість паливопроводів, а високочастотний циклічний характер навантаження знижує їхню надійність і пожежну небезпечність.

Інтенсивний хвильовий процес у відсічній (всмоктувальній) паливній магістралі приводить до розриву суцільності обсягу палива, що викликає кавітаційну ерозію паливопроводів і деталей паливної апаратури, погіршує якість наповнення ПНВТ і, отже, знижує стабільність і рівномірність впорскування палива.

Для зниження інтенсивності даного хвильового процесу найбільш раціональним є застосування поршневого пружинного демпфера тиску. В процесі дослідження визначено раціональні розміри і параметри демпфера, головні з яких є такими: діаметр поршня - 30 мм, обмеження пересування поршня - 25 мм, твердість пружини - 37 Н/мм, попереднє стискання пружини - 5 мм. Установка демпферів не тільки приводить до зниження інтенсивності хвильового процесу, але й сприяє більш швидкому замиканню суцільності палива. Це підвищує стабільність і рівномірність впорскування палива ПНВТ та знижує імовірність кавітаційного зносу паливопроводів і деталей паливної апаратури.

Для ефективного зниження інтенсивності хвильового процесу зміни тиску у відсічній (всмоктувальнійї) магістралі демпфери тиску мають бути встановлені безпосередньо у відсічній (всмоктувальній) порожнині кожного ПНВТ. Установка демпфера на паливопроводі (колекторі) практично не впливає на хвильовий процес.

Розроблено метод розрахунку на ПЕОМ для визначення конструктивних параметрів поршневого демпфера, які дозволяють забезпечити максимальне зниження відсічної хвилі.

Методом розрахунку передбачається, що амплітуда і форма імпульсу тиску у відсічній порожнині ПНВТ задаються на базі експериментальних даних.

При розрахунку на ПЕОМ даний імпульс формується шляхом переміщення плунжера з певним діаметром, швидкістю і відсіченням подачі через відсічне вікно в порожнину з постійним тиском.

Далі в розрахунок включається поршневий демпфер із заданими розмірами поршня і параметрами пружини, що забезпечує демпфірування відсічної хвилі.

Коли включається в роботу демпфер тиску, процеси описуються наступними диференціальними рівняннями:

суцільності в порожнині демпфірування

руху поршня демпфера

,

де F_д - площа поперечного перерізу поршня демпфера;

F_тр - сила тертя;

y_д - пересування поршня демпфера;

M_д - маса поршня демпфера;

р_атм - атмосферний тиск;

с_д - твердість пружини демпфера;

у_д,o - попередній стиск пружини демпфера;

f_п - площа плунжера;

б_т - коефіцієнт стискання палива;

С_п - середня швидкість плунжера;

V - обсяг порожнини демпфірування;

M_of_o - ефективний прохідний перетин відсічного вікна;

p_b - тиск палива в порожнині відсічення.

Ці рівняння також інтегруються різницевим методом і після перетворення одержуємо наступні розрахункові рівняння:

; (1)

; (2)

де:

; ; ;

; ; ;

у_д,1 - відповідає пересуванню поршня демпфера на початку розрахункового інтервалу часу Дt;

у_д,2 - відповідає пересуванню поршня демпфера наприкінці попереднього розрахункового інтервалу часу Дt.

Рівняння (1) і (2) вирішуються спільно методом послідовних наближень, який є графічним методом, реалізованим в алгоритмі рішення на ПЕОМ.

Кінцевим підсумком розрахунку є вибір параметрів F_д, y_д,o, c_д, які при припустимих габаритних розмірах демпфера, обумовлених габаритом ПНВТ, дозволяють одержати найбільший коефіцієнт демпфірування, тобто зниження тиску відсічної хвилі.

Порівняння розрахунку з дослідом було зроблено на базі експериментальних даних, отриманих на двигуні 18PC2.2V-400; при цьому поршневий демпфер має такі раціональні параметри, отримані попереднім розрахунком:

F_д=7,1 см² ; у_д.о =0,5 см;

с_д=37,1 кгс/см; М_д= 0,1325 10^-3 кгс•с²/см.

В експерименті коефіцієнт демпфірування складає 2,6, а у випадку розрахунку - 2,4. Таким чином, похибка розрахунку становить 8 %, що припустимо при розрахунку і дослідженні згаданих процесів.

П'ятий розділ присвячено дослідженню режимів спільної роботи головних двигунів (ГД) і гвинтів регульованого кроку (ГРК) та розробці рекомендацій щодо вибору раціональних режимів експлуатації.

Система дистанційного управління ГД і ГРК передбачає різні варіанти спільного управління частотою обертання і кроком гвинтів для зміни швидкості руху судна: одночасно змінюється частота обертання і крок ГРК за комбінаторною програмою і роздільно змінюються частота обертання та крок ГРК. В результаті комбінаторна програма управління комплексно впливає на робочий процес ГД та параметри ГРК, і між ними існують взаємні зв'язки. У даному випадку такі елементи експлуатації суднового дизеля як процеси подачі палива, робочий процес і зміна кроку ГРК утворюють єдину взаємозалежну систему. Тому при дослідженні експлуатаційних режимів ГД і ГРК за основу порівняння прийнята витрата палива на одну милю шляху при заданій швидкості судна. Найбільш вигідним режимом експлуатації буде такий режим роботи ГД і ГРК, коли забезпечується задана швидкість судна з мінімальною витратою палива на одну милю шляху при тепловому і механічному навантаженнях двигуна, що не перевищують припустимі. При цьому на всіх експлуатаційних режимах кавітація ГРК і вібрації корпуса судна мають знаходитися у допустимих межах.

Результати дослідження дозволяють зробити висновок, що витрата палива на милю шляху при заданій швидкості судна більш низька під час роботи дизелів на зниженій частоті обертання, але при більшому кроці гвинтів через підвищення пропульсивного ККД ГРК. При будь-якій заданій швидкості судна мінімальна витрата палива на милю шляху забезпечується при конструктивному кроці гвинта.

Механічна і теплова напруженість ГД, що характеризується параметрами p_z і t_ц знаходяться нижче значень, які відповідають основному експлуатаційному кроку ГРК, а навантаження двигунів не виходить за межі обмежувальної характеристики, що підтверджено результатами осцилографування подачі палива і робочого процесу.

Результати досліджень дозволили виробити рекомендації з вибору режиму експлуатації ГД і ГРК:

1. Необхідно збільшити максимальний експлуатаційний крок ГРК до значення конструктивного, при якому забезпечується найменша витрата палива на милю пройденого шляху. При цьому механічне і теплове навантаження двигунів не перевищують допустимих значень.

2. Якщо через зміну зовнішніх умов плавання, а також при необхідності збільшення експлуатаційної швидкості судна відбудеться перевантаження двигуна при конструктивному кроці, то автоматична система регулювання навантаження двигуна зменшить крок гвинта. Однак і в цьому випадку крок гвинта буде максимально можливим за даних умов експлуатації, що забезпечує високу паливну економічність.

3. Необхідно здійснити корекцію комбінаторної програми керування ГД і ГРК шляхом максимального зниження частоти обертання, при якій крок ГРК досягає найбільшої величини.

4. При великих переходах судна бажано управління ГД і ГРК здійснювати з ЦПУ машинного відділення, що дозволить на всіх режимах експлуатації працювати згідно із запропонованими рекомендаціями, тобто при оптимальному значенні кроку ГРК. В даному варіанті існуюча комбінаторна програма управління ГД і ГРК буде використовуватися при управлінні судном на маневрах.

Дослідна перевірка показала, що в результаті переходу на рекомендовані нами режими роботи ГД і ГРК залежно від швидкості судна витрата палива знизилася на 3-15 %.

Режими, що рекомендуються, забезпечили зниження потужності і частоти обертання при заданих швидкостях судна, внаслідок чого зменшився знос рухомих деталей ЦПГ, знизилася трудомісткість обслуговування, покращилися умови мешкання пасажирів та екіпажу.

ВИСНОВКИ

1. Дослідження подачі палива і робочого процесу суднових середньообертових дизелів у широкому діапазоні експлуатаційних режимів актуальні, тому що дозволяють визначити ті умови, при яких забезпечується надійність, ефективність і економічність технічної експлуатації як головного двигуна, так і пропульсивного комплексу в цілому.

2. Встановлено шляхи підвищення ефективності роботи середньообертових двигунів на часткових навантаженнях і проведено широке експериментальне дослідження робочого процесу і подачі палива головних , що знаходяться в експлуатації.

3.Запропоновано обґрунтовані рекомендації щодо підтримки оптимальних значень температури і тиску наддувного повітря, температури охолодної рідини на режимах часткових навантажень на основних режимах експлуатації.

4. Запропоновано оптимальні величини кута випередження подачі палива кута для кожного типу дизеля на основних експлуатаційних режимах і виконано експериментальне і розрахунково-аналітичне дослідження впливу на робочий процес дизеля .

5. Дано практичні рекомендації щодо вибору частоти обертання і кроку гвинта на різних режимах роботи і досліджено режими спільної роботи головних середньообертових дизелів та гвинтів регульованого кроку .

6. Запропоновано практичні шляхи ефективного зниження інтенсивності хвильового процесу шляхом установки поршневих демпферів і здійснено експериментальне дослідження впливу експлуатаційних факторів і конструктивних параметрів паливної системи на хвильовий процес у паливній системі низького тиску .

7. Розроблено математичну модель і методику розрахунку основних параметрів поршневого демпфера відсічної хвилі, що дозволяє проводити розрахунково-аналітичне дослідження і вибір раціональних параметрів демпфера.

8. Результати досліджень впроваджено на суднах морського флоту України. Економічний ефект від впровадження результатів роботи визначається зниженням витрат на паливо при експлуатації дизелів на режимах, що рекомендуються.

Результати дисертаційного дослідження також можуть бути використані на підприємствах та в організаціях морського і річкового флоту, які займаються експлуатацією суднових дизелів, на дизелебудівних заводах, у конструкторських і науково-дослідних інститутах з дизелебудування, а також у навчальному процесі навчальних закладів водного транспорту.

Основні результати дисертації, опубліковані У наукових спеціалізованих виданнях

1. Ивановский В.Г., Черемисин В.И., Штабов В.О. Исследование влияния фаз топливоподачи на рабочий процесс судового среднеоборотного дизеля // Судовые энергетические установки: науч.-техн. сб. - Одесса: ОГМА. - 1999. - № 4. - С. 37- 42.

2. Штабов В.О. Совершенствование технической эксплуатации пассажирских паромов со среднеоборотными главными двигателями и винтами регулируемого шага // Зб. наук. праць УДМТУ. - Миколаїв: УДМТУ. - 2000. - № 1 (367). - С. 45-51.

3. Ивановский В.Г. Черемисин В.И., Штабов В.О. Совершенствование рабочего процесса судовых среднеоборотных дизелей на режимах малых нагрузок // Зб. наук. праць УДМТУ. - Миколаїв: УДМТУ. - 2000. - № 2 (368). - С. 55-62.

4. Штабов В.О. Метод расчета гидравлического поршневого демпфера в топливных насосах высокого давления дизелей // Судовые энергетические установки: науч.-техн. сб. - Одесса: ОНМА. - 2003. - № 9. - С. 146- 149.

Размещено на http://www.allbest.ru/

АНОТАЦІЇ

Штабов В.О. Підвищення ефективності роботи комплексу середньообертовий дизель - гвинт регульованого кроку. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.08.05 - суднові енергетичні установки. - Одеса: Одеська національна морська академія, 2003.

В дисертаційній роботі запропоновано метод розрахунку параметрів поршневого демпфера відсічної хвилі у паливних насосах високого тиску дизелів.

Проаналізовано роботу двох типів головних середньообертових суднових дизелів в умовах експлуатації із заводською настройкою. Вироблено практичні рекомендації щодо удосконалення робочого процесу середньообертових дизелів на часткових навантаженнях. Розроблено практичні рекомендації з вибору раціональних режимів спільної експлуатації головних двигунів і гвинтів регульованого кроку.

Ключові слова: судновий дизель, робочий процес, малі навантаження, спільна робота ГД і ГРК.

Штабов В.О. Повышение эффективности работы комплекса среднеоборотный дизель - винт регулируемого шага.

Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.08.05 - Судовые энергетические установки. - Одесская национальная морская академия, Одесса, 2004.

Цель работы является разработка научно-обоснованных рекомендаций по совершенствованию рабочего процесса главных среднеоборотных дизелей на частичных режимах и пониженных частотах вращения, а также выбор оптимальных режимов эксплуатации главных двигателей и винтов регулируемого шага.

Приведено широкое исследование влияния эксплуатационных параметров главных среднеоборотных дизелей на топливоподачу и рабочий процесс на основных режимах эксплуатации. Разработаны практические рекомендации по совершенствованию технической эксплуатации главных двигателей на номинальном режиме и частичных нагрузках.

Предложен метод расчета параметров поршневого демпфера отсечной волны в ТНВД дизелей.

Разработана конструкция поршневого демпфера давления топлива в отсечной топливной магистрали. Определены рациональные размеры и параметры демпфера. Исследованы процессы, происходящие в топливной системе низкого давления с целью стабилизации процесса наполнения ТНВД. Разработаны рекомендации по месту установки поршневых пружинных демпферов в топливной системе низкого давления.

На основе решения уравнений математической модели предложена методика расчета процесса демпфирования отсечной волны в топливной системе низкого давления при помощи поршневого демпфера, которая используется при расчете процесса топливоподачи в дизелях.

Исследованы и проанализированы режимы совместной работы ГД и ВРШ в результате чего разработаны рекомендации по выбору режимов совместной работы ГД и ВРШ, позволяющие повысить топливную экономичность и надежность работы дизелей.

Получаемые экспериментальные и теоретические результаты нашли применение в практике эксплуатации главных среднеоборотных дизелей для совершенствования их работы на частичных нагрузках и для оценки их технического состояния.

Ключевые слова: судовой дизель, рабочий процесс, малые нагрузки, совместная работа ГД и ВРШ.

Shtabov V.O. Increase of Effectiveness of Medium-reverse Diesel - Control Pitch Propeller Complex Operation. - Manuscript.

Thesis for a scientific degree of candidate of technical sciences by speciality 05.08.05 - Ship power plants. - Odessa State Maritime Academy. - Odessa: ONMA, 2003.

A new method for calculation of diesel piston buffer of gate-type wave in high-pressure fuel pumps is worked out.

Operation of two types of medium-reverse propulsion diesels was analysed under their maintenance with plant tuning. Practical recommendations are given to improve the operation of medium-reverse propulsion diesels on partial loads. Practical recommendations are worked out for selecting efficient common operating mode of propulsion diesels and controllable pitch propellers.

Key Words: marine diesel, work process, low loads, common operation of propulsion engine and CPP.

Размещено на Allbest.ru

...