Удосконалення процесу пуску суднових аварійних дизель-генераторів

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОДЕСЬКА НАЦІОНАЛЬНА МОРСЬКА АКАДЕМІЯ

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

УДОСКОНАЛЕННЯ ПРОЦЕСУ ПУСКУ СУДНОВИХ АВАРІЙНИХ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРІВ

05.08.05 - суднові енергетичні установки

ПІЗІНЦАЛІ ЛЮДМИЛА ВІКТОРІВНА

Одеса - 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Одеській національній морській академії Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник:  доктор технічних наук, професор Ханмамедов Сергій Альбертович, Одеська національна морська академія,завідувач кафедри суднових енергетичних установок

Офіційні опоненти:  

доктор технічних наук, професор Капустін Віктор Володимирович

Севастопольський національний технічний університет, завідувач кафедри судноводіння та безпеки судноплавства, м. Севастополь

кандидат технічних наук, доцент

Мошенцев Юрій Леонідович

Національний університет кораблебудування,

професор кафедри дизелів внутрішнього згоряння м. Миколаїв

Провідна установа:   Одеський національний морський університет
Міністерства освіти і науки України, м. Одеса

Захист відбудеться  19 квітня 2007 р. о 13 годині на засіданні  спеціалізованої вченої ради Д 41.106.01 в Одеській національній морській академії  за адресою: 65029, м. Одеса, вул. Дідріхсона, 8., корп. 1, зал засідань вченої ради.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Одеської національної морської академії за адресою: 65029, м. Одеса, вул. Дідріхсона, 8, корп. 2.

Автореферат розісланий 19 березня 2007 року.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради                  Голіков В. А.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

генератор аварійний енергетичний пуск

Актуальність теми. Сучасний етап розвитку судноплавства, у зв'язку з підписанням Україною міжнародних зобов'язань, характеризується дотриманням вимог конвенції, направлених на збереження життя екіпажів, вантажів, що перевозяться і підвищення безпеки мореплавання. Ця проблема є наукоємною, багатоплановою, матеріально і капіталоємною, в якій особливе місце посідає організація надійної експлуатації аварійних дизель-генераторів (АДГ).

Проаналізувавши відомі рішення з підвищення надійності роботи АДГ, виконані в ЦНДДІ, НУК, ОНМУ, УкрНДІМФ, ОНМА, а також, вивчивши матеріали українських судноплавних компаній - ЧМП, УДП, Укррічфлоту, Антарктики - було встановлено, що надійність роботи АДГ багато в чому залежить від процесів, що протікають в перший оборот колінчастого валу двигуна при пуску. Ці процеси в даний час недостатньо вивчені, що викликає необхідність в розширенні теоретичних і експериментальних досліджень, спрямованих на успішний пуск АДГ.

У зв'язку з цим розробка способу підвищення надійності пуску АДГ, впровадження в практику експлуатації з використанням інформаційних методів і засобів визначення їх технічного стану, є актуальним дослідженням, направленим на підвищення безпеки мореплавання судна.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Робота виконувалася відповідно до державної політики, яка визначена в документах: Закон України “Про пріоритетні напрямки розвитку науки й техніки”, Постанова Кабінету Міністрів України “Про твердження пріоритетів інноваційної діяльності в Україні на 2001 - 2002 р.”, Закон України “Про пріоритетні напрямки інноваційної діяльності до 2013 р.”. Тема дисертаційної роботи відповідає програмам і планам виконання фундаментальних науково-дослідних робіт Міністерства освіти і науки України (наказ № 633 від 05. 11. 2002 р.) і Одеської національної морської академії на період 2003 - 2005 рр., в рамках яких виконувалася держбюджетна тема “Вдосконалення технічної експлуатації суднових енергетичних установок морських транспортних суден” (ДР № 0102U007164), в якій автор був виконавцем розділу НДР.

Мета і завдання дослідження. Мета дослідження - підвищення надійності пуску суднових АДГ.

Для досягнення мети було вирішено головне завдання дослідження - розробка способу скорочення енергетичних втрат під час пуску АДГ. Для цього було поставлено ряд допоміжних завдань:

- аналіз енергетичних процесів, які протікають при перетворенні енергії палива в механічну, теплову і електричну енергії в АДГ під час пуску;

- вивчення характеристик процесів, що протікають в елементах АДГ під час пуску, при проведенні лабораторних і стендових випробувань;

-  розробка математичної моделі енергетичних процесів, що протікають в АДГ;

-  дослідження енергетичних процесів, що протікають в елементах АДГ, при проведенні натурних випробувань;

- розробка способів підвищення коефіцієнта оперативної готовності АДГ, діагностування основних елементів АДГ, оцінки залишкового ресурсу АДГ;

- впровадження в практику експлуатації запропонованих способів і засобів управління енергетичними та інформаційними потоками в АДГ.

Об'єкт дослідження - робочі процеси перетворення в судновому АДГ.

Предмет дослідження - удосконалення процесу пуску.

Методи дослідження: принцип Д'Аламбера при аналізі кінетичних законів руху ланок АДГ; числові методи розв'язання диференціальних рівнянь Горева-Парка, що описують перехідні процеси зміни лінійної напруги і частоти обертання валу двигуна в АДГ; частотні методи аналізу - при дослідженні роботи генератора; математичний апарат інтерактивної системи MATLAB; методи прямих і непрямих експериментальних вимірювань - при визначенні параметрів процесів, що протікають в АДГ; методи геометричної подібності і критерії оцінки теплового і механічного навантаження двигуна.

Наукова новизна одержаних результатів. Наукове положення дослідження полягає в тому, що величина розсіювання енергії на першій фазі пуску дизеля визначає імовірність проведення успішного запуску АДГ.

Вперше отримані наступні нові наукові результати:

- основними енергетичними втратами на першій фазі пуску АДГ є енергія, яка розсіюється у мастильному матеріалі;

- S-подібна реологічна характеристика поведінки мастильного матеріалу подібна поведінці тіла Бінгама і є наслідком відкриття явища зниження опору руху мастильних матеріалів за рахунок перебудови структури пристінного мастильного шару;

- підвищення коефіцієнту оперативної готовності АДГ на 7 % забезпечується мастильним матеріалом з S-подібною реологічною характеристикою, який має опір зсуву у 100 разів менший порівняно зі штатним мастилом.

- вихідна лінійна напруга синхронного генератора володіє інтегральними властивостями і є сприятливою характеристикою для цілей діагностування АДГ.

- удосконалено систему рівнянь, які описують зміну частоти обертання і напруги в дизель-генераторі під час пуску. В цю систему було введено залежності, що враховують неньютонівську поведінку мастильного матеріалу.

Одержали подальший розвиток елементи теорії розрахунку ККД АДГ, які відрізняються тим, що ККД визначається впродовж всього життєвого циклу дизеля при варіації навантаження від 30 до 110 %.

Практичне значення одержаних результатів.

Розроблено алгоритм, програмне забезпечення, математична модель, засіб і пристрій, які дають можливість екіпажам суден, представникам судноплавних компаній і класифікаційних товариств здійснювати контроль за технічним станом АДГ, а суднобудівельним проектно-дослідним організаціям створювати зразки нових АДГ.

Результати дисертаційного дослідження можуть бути використані в таких галузях науки і техніки як виробництво двигунів внутрішнього згорання (ДВЗ) автомобілів, тракторів, магістральних локомотивів, при виробництві гідравлічних машин і гідроприводів, в енергетичних установках літальних апаратів та шахтного устаткування.

Впровадження: 1. “Інструкція з визначення технічного стану суднових аварійних дизель-генераторів” (Філіал АСК, Укррічфлот. Суднобудівельний-судноремонтний завод ім. Комінтерну, м. Херсон, 2006 р.).

2. Методичний посібник “Суднові аварійні дизель-генератори” застосовується в навчальному процесі для виконання магістерської роботи за спеціальністю 8.100301 - експлуатація суднових енергетичних установок ОНМА.

3. Результати дисертаційної роботи включені до звіту з науково-дослідної роботи “Вдосконалення технічної експлуатації суднових енергетичних установок морських транспортних суден” (ДР №0102U007164) ОНМА.

Особистий внесок здобувача полягає в отриманні наукових результатів, що викладені у дисертаційній роботі, постановці цілей і формуванні завдань дослідження, розробці моделі ДВЗ з синхронним генератором в пакеті MATLAB, розробці способу визначення технічного стану основних елементів АДГ в період пуску, отриманні експериментальних даних, побудові математичної моделі, проведенні натурних, стендових і лабораторних випробувань. Створена експериментальна установка, на якій проведені дослідження, що пов'язані з визначенням характеристик АДГ в період пуску. В останньому випадку ступінь особистого внеску автора складає 50 %.

Апробація результатів дисертації. Про основні результати дисертаційних досліджень доповідалося і вони обговорювалися на науково-технічному семинарі “Совершенствование технической эксплуатации судовых энергетических установок морских транспортных судов”, г. Одесса, ОНМА, декабрь 2004 г.; III-й Международной научно-технической конференции “Живучесть корабля и безопасность на море”, г. Севастополь, СВМИ, май 2005 г.; Міжнародній науково-методичній конференції “Загальні проблеми суднової енергетики - 2005”, м. Одеса, ОНМА, Одеське відділення інституту морської техніки, науки і технології Великобританії, 7 - 9 червня 2005 р.; Международной научно-технической конференции студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов “Судовая энергетика: состояние и проблемы”, г. Николаев, НУК, 19 - 20 октября 2005 г.; науково-технічній конференції „Стан та проблеми судноводіння”, м. Одеса, ОНМА, 24 - 26 жовтня 2005 р.; научно-техническом семинаре “Совершенствование технической эксплуатации судовых энергетических установок морских транспортных судов”, г. Одесса, ОНМА, декабрь 2005 г.;  4-й Международной научно-технической конференции “Проблемы экологии и энергосбережения в судостроении”, г. Николаев, НУК, 21 - 23 декабря 2005 г.; Міжнародній науково-методичній конференції „Сучасні проблеми суднової енергетики - 2005”, м. Одеса, ОНМА; Міжнародній науково та науково-методичній конференції „Сучасні проблеми суднової енергетики - 2006”, м. Одеса, ОНМА, Одеське відділення інституту морської техніки, науки і технології Великобританії, травень 2006 р.

Публікації. Опубліковано 9 статей, з яких 4 надруковано у збірниках, які відповідають вимогам ВАК України і повною мірою відображають зміст дисертації та її основні результати.

Структура і об'єм дисертації. Дисертація складається зі вступу, п'яти розділів та додатків. Повний обсяг дисертації викладений на 259 стор., в тому числі: 67 рисунків на 54 стор., 11 таблиць на 5 стор., 11 додатків на 63 стор., 157 найменувань списку використаних джерел на 13 стор.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі розкривається актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовані мета і завдання дослідження, відображені наукова новизна і практичне значення отриманих результатів, особистий внесок здобувача, публікації, наведено відомості про апробацію результатів дисертаційної роботи.

У першому розділі здійснено огляд наукової літератури за темою дисертації і визначено основні завдання дослідження. Розглянуто стан і перспективи розвитку суднових АДГ в їх взаємозв'язку з тенденціями розвитку основних типів морських суден.

Узагальнено досвід експлуатації суднових АДГ і за даними судноплавних компаній, УкрНДІМФ, ЦНДІМФ, ОНМА та експертного опитування механіків-наставників визначено, що час наробітку суднових АДГ знаходиться в діапазоні 3,5 - 7,5?103 год. Наробіток на відмову основних елементів ранжується, у порядку убування, таким чином: форсунки, пускова система, регулятор частоти обертання ДВЗ, регулятор напруги синхронного генератора. В процесі експлуатації в 70 - 80 % випадків відмови елементів АДГ носять параметричний характер і відбуваються, головним чином, в момент пуску двигуна. Проведений інформаційний пошук підтвердив наявність наукового завдання, пов'язаного з недостатністю системності досліджень, теоретичної бази і експериментальної статистики з процесів пуску АДГ і дозволив сформулювати мету і завдання дослідження.

Велику увагу проблемам пуску приділено в роботах В. О. Ваншейдта, В. І. Не-беснова, В. І. Самсонова, Г. О. Конакова, О. Р. Меркта, аналіз яких дозволив встановити, що процес пуску умовно поділений на чотири фази (рис. 1): І - розгін електростартером, ІІ - розгін за рахунок енергії палива, ІІІ - збудження генератора, стабілізація частоти обертання, IV - взяття навантаження синхронним електричним генератором і перехід на режим роботи з постійною частотою обертання.

Огляд наукових праць, який наведено в роботах, дозволив встановити, що до теперішнього часу немає єдиного підходу у визначенні енергетичних витрат для реалізації руху елементів АДГ в період пуску. Всі дослідники показують, що значна частка розсіювання енергії в період пуску відбувається в мастильному матеріалі. У цих же дослідженнях показано, що товщина мастильного шару у вузлах АДГ коливається від декількох мономолекулярних шарів до 20 мкм, при цьому градієнт зсуву в ньому досягає величин 106 - 107 с-1, і автори одностайно стверджують що поведінка мастильного матеріалу може бути описана у рамках ньютонівської рідини.

У другому розділі обґрунтовано вибір напряму дисертаційного дослідження. Було сформульоване наукове завдання пошуку способів полегшення пуску дією на мастильний матеріал, який би дозволив зменшити величину напруги зрушення, тобто скоротити енергетичні втрати на непродуктивне розсіювання енергії. Теоретичне рішення даної задачі дозволило сформулювати спосіб зниження напруги зсуву в мастильному матеріалі, що спричинить за собою зміну пускових характеристик двигуна і коефіцієнта оперативної готовності АДГ. Розв'язання задачі ускладнюється в зв'язку з тим, що в процесі експлуатації АДГ його технічний стан, який потрібно враховувати, змінюється.

Тому необхідно вирішення допоміжної задачі, що полягає в розробці способів і засобів визначення поточного технічного стану та залишкового ресурсу АДГ.

На основі системного підходу було обґрунтовано методологію наукового дослідження, наведено методи розв'язання задач теоретичного і експериментального характеру з оцінкою достовірності і адекватності рішень; наведено принцип дії і характеристики апаратури з методиками проведення вимірювань.

На підставі аналізу актуальності дослідження були сформульовано головне та допоміжні завдання, рішення яких ґрунтувалося на стандартних методах і методиках згідно ГОСТ 2.106-68, ГОСТ 10448-80, ГОСТ 26 964-86 і “Методики определения удельного расхода топлива серийных образцов дизелей и дизель-генераторов при приемосдаточных и периодических испытаниях”.

У дисертаційній роботі була розроблена загальна методика досліджень, яка полягала в:

- аналізі процесів, що протікають в АДГ, описанні цих процесів в рамках фізичних законів;

- формалізації цих процесів, накладенні початкових умов і обмежень, обумовлених специфікою АДГ;

- розробці математичної моделі АДГ;

- математичному моделюванні процесів, пошуку рішень, що дозволяють мінімізувати енергетичні втрати під час пуску АДГ;

- виборі найбільш ефективного рішення, що дозволяє підвищити надійність пуску АДГ;

- розробці лабораторних експериментальних установок для дослідження протікання процесів пуску АДГ;

- дослідженні особливостей процесу пуску АДГ;

- аналізі результатів, що одержані при дослідженні;

- розробці способів і засобів діагностування та оцінки залишкового ресурсу АДГ;

- розробці вимог з вибору мастильних матеріалів для мастильної системи АДГ;

- розробці і впровадженні в практику експлуатації способу з визначення технічного стану елементів АДГ.

Для вирішення поставлених задач було розроблено два експериментальних стенди, що моделюють процеси пуску АДГ, які, в порівнянні з раніш відомими стендами, дозволили шляхом амплітудної і частотної демодуляції напруги синхронного генератора АДГ в реальному масштабі часу набути значення кутової швидкості обертання валу двигуна АДГ в початковий період пуску. Крім того, було створено установку для дослідження реологічних характеристик мастильних матеріалів, які використовуються в суднових АДГ.

Точність вимірювань склала: частоти обертання 2,5 %, температури 1 %, тиску 5 %, витрати палива 0,5 % і дозволила встановити, що розбіжність між теоретичними значеннями параметрів і їх експериментальними значеннями не перевищує 10 %.

Третій розділ присвячений математичному моделюванню і включає теоретичні дослідження процесів, що відбуваються в АДГ під час пуску.

Ми вперше при описанні цих процесів врахували реологічну характеристику мастильного матеріалу, для чого I-у фазу пуску розбили на три ділянки і задали характеристики напруги зсуву для реальних синтетичних мастильних матеріалів

Після чого ми одержали розв'язання цієї системи для частоти обертання валу двигуна і напруги на всьому періоді пуску АДГ. Наведено результати розрахунку частоти обертання АДГ в пусковий період: крива а - для випадку використання штатного мастила М10Г2, крива б - для випадку використання синтетичного мастильного матеріалу ПМС100. Як видно з рис. 3, застосування синтетичного мастильного матеріалу скорочує час пуску АДГ. Розрахунки показали, що і абсолютне значення механічних втрат на цьому режимі також зменшується на 5 - 7 %.

Таким чином, одержані теоретичні закономірності дозволяють визначити поточне значення частоти обертання валу двигуна під час пуску. Показано, що застосування синтетичного мастильного матеріалу дозволяє поліпшити пускові характеристики двигуна АДГ -- зменшити час пуску, скоротити енергетичні втрати.

У четвертому розділі наведено експериментальні дослідження процесів пуску АДГ із застосуванням різних мастильних матеріалів, а також досліджено можливість використання параметрів процесу пуску для розробки способу визначення технічного стану елементів АДГ і залишкового ресурсу. Дано опис експериментальних стендів, систем вимірювання і обробки результатів вимірювань. Однолінійна схема експериментального стенду була розроблена згідно з особливостями пусків АДГ. При реалізації даної схеми враховані всі фактори для здійснення різних умов пуску АДГ. Вимірювання значення струмів, напруги, потужностей і частот обертання забезпечувалися промисловими приладами. Практична реалізація силового стенду була здійснена на промисловому устаткуванні і комутаційних пристроях.

Таким чином, в результаті експериментальних досліджень були визначені: параметри процесу пуску АДГ; зроблено вибір найбільш ефективного способу зниження енергетичних витрат і діагностування структурних елементів АДГ; підтверджена адекватність математичної моделі. Вибрані параметри частотної та амплітудної демодуляції лінійного напруження синхронного генератора і ККД ми пропонуємо використовувати як діагностичні параметри для розробки способу визначення поточного технічного стану і залишкового ресурсу АДГ.

У п'ятому розділі наведено узагальнення результатів дослідження. На базі виконаних досліджень розроблюється спосіб визначення поточного технічного стану елементів АДГ і залишкового ресурсу, а також визначення параметрів дії АДГ на навколишнє середовище. Для цього був використаний такий структурно-чутливий показник, як ККД АДГ

Нами пропонується визначати поточне значення загального ККД АДГ по залежності (8) наступним шляхом: на 0,5 -1 годину на АДГ дати стабільне постійне навантаження, близьке до номінальної потужності дизеля (для цієї мети пропонуємо використовувати, як навантаження, пожежний насос). Використовуючи штатне устаткування аварійної електростанції, реєструємо електричну потужність, вжиту приводним електродвигуном пожежного насоса. Оскільки АДГ має автономну паливну цистерну, то витрату палива за час роботи АДГ визначаємо за допомогою мірного скла.

Нами запропоновано визначати зміну ККД від часу за залежністю

Таким чином, залежність (9) з урахуванням рівняння (10) буде характеризувати зміни діагностичного параметра в процесі експлуатації. Тоді умову працездатності АДГ буде задано в просторі діагностичних показників наступною нерівністю

Аналіз залежностей, на прикладі АДГ 2Ч10,5/13 показав, що розрахункова величина часу роботи досягнення гранично допустимого ККД складає tн ? 8•103 год, після чого необхідно ремонт із заміною окремих деталей. У той же самий час, середній наробіток АДГ на судні становить лише tн ? 5•103  год.

Таким чином, в процесі експлуатації параметрична відмова такого АДГ малоймовірна. Проведений нами аналіз потоку відмов показує, що для АДГ характерною є раптова відмова.

Далі нами був розроблений спосіб пошуку і розпізнавання дефектів в АДГ.

Глибина пошуку дефектів була встановлена в межах наступних структурних одиниць об'єкту діагностування: пускові системи дизеля, паливна апаратура, регулятор частоти обертання дизеля, регулятор напруги синхронного генератора, система збудження генератора.

Для визначення стану основних структурних одиниць була розглянута зміна частоти обертання як реакція на ступінчасте збудження по каналах підведення енергії до АДГ.

Як видно з рис. 10, в період часу 0 = tp1 здійснюється розгін АДГ від стартерного електродвигуна, при цьому АДГ може бути охарактеризовано як одноємнісний об'єкт.

У міру досягнення частоти обертання і умов займання палива можна вважати, що на двигун у момент часу наноситься наступне ступінчасте збудження по каналу паливопостачання. Двигун в цей період часу переходить в новий стан і АДГ може бути охарактеризовано вже як двоємнісний об'єкт.

Розпізнавання дефектів здійснюється шляхом зіставлення частот обертання валу АДГ і еквівалентної моделі (ЕМ)

Як ЕМ нами використовувалася модель синхронного електричного генератора і ДВЗ, яка була розроблена раніше в середовищі MATLAB. Блок Diesel являє собою модель дизеля, що складена відповідно до рівняння (1), залежно від значення частоти обертання валу. За допомогою регулятора частоти обертання здійснювалося регулювання частоти обертання дизеля відповідно до виразу (2). Вихідна механічна енергія дизеля подавалася на вал синхронного генератора Synchronous Machine. Збудження генератора здійснювалося за допомогою стандартного блоку Excitation System, цим же блоком моделювався регулятор напруги.

На вхід цього блоку поступало номінальне значення напруги у відносних одиницях (блок Constant), а також активна (d) і реактивна (q) складові змінної напруги генератора. Вихідні сигнали вимірюва-лися за допомогою стандартного блоку Machines Measurement Demux і подавалися на блок Scope, який здійснював візуалізацію величин, що вимірювались. Лінійна напруга на шинах генератора вимірювалася блоком Voltage Measurement. В теперешній час суднові АДГ не мають в своєму розпорядженні незалежного датчика для вимірювання частоти обертання. Таким чином, для реалізації пропоно-ва-ного способу сигнал, пропорційний частоті обертання, повинен бути вироблений за допомогою вже встановленого штатного устаткування. Ми пропонуємо в ролі такого датчика використовувати сам синхронний електричний генератор, а в якості сигналу, пропорційного частоті обертання - частотну зміну лінійної напруги синхронного генератора. Для цього напруга з синхронного генератора подавалася на ЕОМ, де частота сигналу, що досліджувався, обчислювалася по залежності

Використовуючи залежність (12), у будь-який момент часу можна визначити частоту обертання колінчастого валу двигуна АДГ.

На рис. 14 наведено результати амплітудної демодуляції вихідної лінійної напруги синхронного генератора і частоти обертання валу двигуна АДГ в період пуску при різному технічному стані його структурних елементів. За наслідками випробувань можна зробити висновок про стан системи збудження генератора і його регулятора напруги, а також відкоригувати статичну характеристику регулятора. За характером зміни цієї залежності можна зробити висновок про стан таких елементів як паливна апаратура, регулятор частоти обертання і пускова система дизеля.

Даний спосіб був випробуваний під спостереженням класифікаційного товариства Російського Морського Регістра судноплавства на судах Укррічфлоту.

Далі в роботі наводяться результати розробки способу визначення екологічного ККД АДГ. Проблемі екологічного навантаження на навколишнє середовище останнім часом приділяється велика увага, тому нами було знайдено екологічний ККД АДГ і розроблено спосіб його визначення, що дозволяє за даною величиною судити про технічний стан АДГ.

Таким чином, судновласник одержує інструмент для визначення технічного стану елементів АДГ, його залишкового ресурсу і дії на навколишнє середовище.

ВИСНОВКИ

1. У дисертаційній роботі наведено теоретичне узагальнення, нове комплексне рішення задачі підвищення надійності та ефективності роботи АДГ шляхом організації його експлуатації з використанням синтетичних мастильних матеріалів у мастильній системі ДВЗ із S-подібною реологічною характеристикою. Це дозволяє знизити енергетичні втрати, підвищити коефіцієнт оперативної готовності, поліпшити екологічні та економічні показники роботи АДГ. Даний напрямок робіт у судновій енергетиці є новим.

2. Розроблено математичну модель, яка дозволяє описати основні процеси, що протікають в АДГ у період пуску, які відрізняються від відомих тим, що мастильний матеріал у системі змащення АДГ є неньютонівською рідиною. Дана модель пройшла порівняльну експериментальну перевірку. Відхилення від розрахункових значень таких параметрів як частота обертання та тривалість пуску АДГ не відрізнялися в експерименті на величину більше 10 %.

3. Визначено основні вимоги до синтетичного мастильного матеріалу, який при використанні в мастильній системі АДГ дозволяє підвищити ККД двигуна на 1 - 1,5 %, знизити витрати палива на таку ж величину, підвищити коефіцієнт оперативної готовності на 7 %, знизити шумність роботи АДГ на 2 дБ, зменшити тривалість пуску АДГ на 5 - 7 %. Отримане рішення є економічно ефективним і може бути здійснено як на нових АДГ, так і на тих, що перебувають в експлуатації.

4. Отримано нове рішення задачі безрозбірного визначення технічного стану елементів АДГ. Показано, що частотна й амплітудна демодуляції лінійної вихідної напруги дозволяють провести пошук несправностей і здійснити діагностування АДГ на наступну глибину: система пуску АДГ, паливна апаратура, регулятор частоти обертання ДВЗ і регулятор напруги синхронного генератора.

5. Розроблена і впроваджена в практику експлуатації інструкція з визначення технічного стану основних елементів АДГ.

6. Розроблено методику прискорених випробувань для визначення коефіцієнта оперативної готовності АДГ.

7. Виконано цикл досліджень, який дозволив вперше в процесі експлуатації АДГ визначити його коефіцієнт оперативної готовності.

8. Отримано залежність зміни ККД АДГ на всьому протязі його життєвого циклу, що дозволяє визначити залишковий ресурс і таким чином скорегувати обсяги і терміни ремонтних робіт АДГ.

9. Вперше було визначено екологічний ККД АДГ і розроблена методика його вимірювання.

10. Показано, що величина екологічного ККД дозволяє судновласникові провести оцінку екологічного навантаження на навколишнє середовище АДГ і є порівняльною оцінкою при виборі нового АДГ або його модернізації.

11. Впровадження в практику експлуатації отриманих результатів досліджень на судах Українських судновласників дозволить підвищити безпеку мореплавання, скоротити експлуатаційні витрати, які пов'язані з ремонтом і технічним обслуговуванням АДГ на 10 - 15 %.

12. Результати досліджень, можуть бути використані на транспортних та рибопромислових суднах, на кораблях допоміжного флоту і ВМФ України. Крім того, результати досліджень можуть бути впроваджені у таких галузях науки й техніки, як виробництво ДВЗ автомобілів, тракторів, магістральних локомотивів, при виробництві гідравлічних машин і гідроприводів, в енергоустановках літальних апаратів та шахтного обладнання.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ЗДОБУВАЧЕМ РОБІТ З ТЕМИ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Пизинцали Л. В., Ханмамедов С. А.Прогнозирование технического состояния основных элементов судовых аварийных дизель-генераторов // Судовые энергетические установки: науч.-техн. сб. - Вып. 14. - Одесса: ОНМА, . - С.  - .

Здобувачем запропоновано: ідея, що вихідну лінійну напругу синхронного генератора можна використовувати як діагностичний параметр, розробка моделі ДВЗ з синхронним генератором в пакеті MATLAB.

2. Пизинцали Л. В., Ханмамедов С. А. Диагностирование технического состояния судовых аварийных дизель-генераторов // Зб. наук. праць. - Вип. 2(8). - Севастополь: СВМІ, 2005. - С. 249 - 255.

Здобувачем запропоновано: спосіб визначення технічного стану основних елементів АДГ.

3. Ханмамедов С. А., Пизинцали Л. В. Номинирование параметров судовых аварийных дизель-генераторов транспортных судов // Судовые энергетические установки: науч.-техн. сб. - Вып. 12. - Одесса: ОНМА, 2005. - С. 115 - 121.

Здобувачем запропоновано: аналіз номенклатури АДГ, розробка залежності для визначення електричної потужності аварійних споживачів, визначення коефіцієнтів пропорційності для суден різного призначення.

4. Пизинцали Л. В. Влияние изменения геометрических размеров и регулировочных параметров топливной системы на колебательный процесс при впрыске топлива // Судовые энергетические установки: науч.-техн. сб. - Вып. 5. - Одесса: ОГМА, 2000. - С. 73 - 75.

5. Ханмамедов С. А., Пизинцали Л. В. Экологическая нагрузка судового дизель-генератора. Проблемы экологии и энергосбережения в судостроении // Мат. 4-й междунар. науч.-техн. конф. - Николаев: НУК, 2005. - С. 30 - 32.

Здобувачем запропоновано: енергетичний баланс дизель-генератора.

6. Ханмамедов С. А., Пизинцали Л. В. Повышение эффективности эксплуатации узлов трения судовых аварийных дизель-генераторов // Мат. міжнар. наук.-техн. конф. студ., асп. молодих вчених та спеціалістів. - Миколаїв: НУК, 2005. - С. 29 - 30.

Здобувачем запропоновано: реологічна характеристика синтетичного мастильного матеріалу, розрахунок коефіцієнта оперативної готовності АДГ.

7. Ханмамедов С. А., Пизинцали Л. В. Повышение нестационарного среднего коэффициента оперативной готовности судовых аварийных дизель-генераторов // Мат. міжнар. наук.-техн. конф. студ., асп., молодих вчених та спеціалістів. - Миколаїв: НУК, 2005. - С. 31 - 32.

Здобувачем запропоновано: розробка математичної моделі, що дозволяє враховувати вплив реологічних характеристик синтетичного мастильного матеріалу на процес пуску, розрахунок коефіцієнта оперативної готовності АДГ при заміні штатного мастила на синтетичний мастильний матеріал.

8. Пизинцали Л. В. Определение технического состояния основных элементов АДГ // Сучасні проблеми суднової енергетики. Матеріали міжнар. наук.-метод. конф. - Одеса: ОНМА, 2005. - С. 65 - 67.

9. Ханмамедов С.А., Пизинцали Л.В. Влияние технического состояния АДГ на величину зоны безопасности судна // Стан та проблеми судноводіння. Мат. наук.-техн. конф. - Одеса: ОНМА, 2005. - С. 161 - 162.

Здобувачем запропоновано: оцінка величини зони безпеки судна у разі відмови АДГ.

АНОТАЦІЇ

Пізінцалі Л.В. Удосконалення процесу пуску суднових аварійних дизель-генераторів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук зі спеціальності 05.08.05 - суднові енергетичні установки. - Одеська національна морська академія, Одеса, 2006 р.

Дисертація присвячена питанням підвищення надійності роботи суднових аварійних дизель-генераторів (АДГ).

В дисертаційній роботі поставлена задача розв'язана за допомогою методів системного аналізу, що дозволило проаналізувати енергетичні та інформаційні потоки в АДГ.

Математичне моделювання процесів, які проходять в АДГ, дозволило знайти спосіб зниження енергетичних затрат, спосіб діагностування основних структурних елементів АДГ і спосіб визначення залишкового ресурсу.

Рішення, яке було отримане, перевірено експериментально на спеціально розроблених установках. Перевірка адекватності математичної моделі показала, що значення зміни частоти обертання та напруги синхронного генератора в процесі пуску АДГ не розбігаються з експериментальними значеннями на величину, більш чим 10 %.

Впровадження в практику експлуатації АДГ способів, які були розроблені, дозволила скоротити тривалість процесу пуску на 5 - 7 %, підвищити коефіцієнт оперативної готовності на 7 %, знизити шумність роботи АДГ на 2 дБ; підвищити ККД двигуна на 1 - 1,5 %.

Ключові слова: аварійний дизель-генератор, надійність, пуск, діагностування, залишковий ресурс.

Пизинцали Л.В. Совершенствование процесса пуска судовых аварийных дизель-генераторов - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.08.05 - судовые энергетические установки. - Одесская национальная морская академия, Одесса, 2006 г.

В диссертации приведено теоретическое обобщение и новое решение задачи повышения надежности пуска АДГ.

В работе показано, что вероятность успешного исхода пуска АДГ определяется величиной непроизводительных потерь на трение, развивающихся в узлах и механизмах в процессе пуска. В работе выбрано решение данной задачи, направленное на минимизацию непроизводительных энергетических потерь. Для этого было предложено использовать смазочный материал с S_образной реологической характеристикой, который позволяет сократить энергетические потери на трение в АДГ в период пуска и последующей его работы.

При решении задача диссертационного исследования использован метод системного анализа, что позволило исследовать энергетические и информационные потоки, протекающие в АДГ в период его пуска. На базе выполненного анализа была разработана модель процессов, протекающих в АДГ. Используя фундаментальные физические законы, была выполнена формализация их описания. На модель были наложены ограничения и сформулированы начальные условия, обусловленные особенностями конструкции и условий эксплуатации АДГ. Исследования, проведенные с математической моделью АДГ, показали, что повышение надежности пуска АДГ достигается за счет управления непроизводительными энергетическими процессами, происходящими в первый оборот коленчатого вала двигателя. Для этого были найдены смазочные материалы, обладающие заданной реологической характеристикой, а также необходимые и достаточные условия давления газов и температуры, реализация которых при минимизации непроизводительных энергетических потерь позволяет осуществить успешный пуск АДГ и последующую его работу.

Проверка адекватности разработанной математической модели осуществлялась на специально разработанном стенде, а также на дооборудованном для этих целей АДГ на базе двигателя 2Ч10,5/13 с синхронным генератором.

В результате этих исследований было показано, что предлагаемая математическая модель позволяет описать процессы, протекающие в АДГ с точностью не менее чем ± 5 %.

Проведенный комплекс исследований лег в основу способа повышения надежности работы АДГ за счет применения современного синтетического смазочного материала в масляной системе АДГ. Это позволило повысить коэффициент оперативной готовности АДГ на 7 %; повысить КПД двигателя на 1 - 1,5 %; снизить расход топлива на такую же величину; снизить шумность работы на 2 дБ; уменьшить продолжительность пуска на 5 -7 %.

Совершенствование методов и средств контроля процессов, протекающих в АДГ, позволило разработать способ диагностирования основных структурных элементов, основанный на частотной и амплитудной демодуляции выходного линейного напряжения, а также осуществить разработку способа определения остаточного ресурса АДГ путем регистрации текущего значения КПД. Получена зависимость КПД АДГ от времени работы в диапазоне изменения нагрузки от 30 до 110 %.

Внедрение в практику эксплуатации полученных решений позволяет повысить надежность работы АДГ. Данные результаты могут быть внедрены на кораблях ВМФ Украины, а также на судах рыбопромыслового флота.

Ключевые слова: аварийный дизель-генератор, надежность, пуск, диагностирование, остаточный ресурс.

Pizintsali L.V. Perfection of ship emergency diesel-generators starting procedure. - Manuscript.

Dissertation on competition of graduate degree of candidate of engineering sciences on specialty 05.08.05 - ship power plants. Odessa National Maritime Academy. - Odessa, 2006.

The paper presents the theoretical generalization and new approach in problem solving for working out the diagnostics of EDG using the synthetic lubricants in the oil system of an internal combustion diesel with S-shaped rheologic characteristics which allows increasing the efficiency of energy generation and EDG stability. The approach presented in the paper is new in marine engineering. The work presents further development of Gorev-Park mathematical model which allows describing an EDG operating characteristics. The suggested model, describing the operating processes in EDG was subjected to comparative theoretical and experimental verification. The difference between theoretical calculation based on the above mentioned model and received practical figures does not exceed 10 %. The implementation of the results received during the research on board the Ukrainian vessels allows increasing the safety of navigation, to decrease the operational expenses connected with EDG repair and maintenance up to 10 - 15 %. The obtained results may also be implemented in the Ukrainian Navy and fishing boats.

Keywords: emergency diesel-generator, reliability, starting, diagnosing, remaining life service.

Размещено на Allbest.ru

...