Удосконалення функціональних властивостей систем утримання та стабілізації валопроводів суднових турбінних установок

Рис. 9. Закономірності зміни реологічних (а: базовий мастильний матеріал масло турбінне Т_п46) і дифузійних (б) параметрів водомасляних емульсій

П'ятий розділ присвячений удосконаленню функціональних властивостей систем утримання та стабілізації валів СТЕУ.

Узагальнено результати теоретичних і експериментальних досліджень, які спрямовані на встановлення закономірностей і виявлення значимих факторів для керування робочими процесами систем утримання та стабілізації валів СТЕУ. За результатами дослідження еволюційно-трансформаційних процесів в опорних вузлах, що працюють у гідростатичному, гідродинамічному і гібридному режимі запропоновано застосування гідростатодинамічних підшипників у системах утримання та стабілізації валів найбільш відповідального суднового енергетичного обладнання.

Для перспективного проекту СТЕУ (рис. 10) обґрунтовано вибір елементів системи утримання й стабілізації валів та виявлено співвідношення конструктивних і режимних параметрів підшипників, реологічних властивостей мастильних середовищ, характеристик систем мащення, що реалізують умови підтримки стійкості рухомої рівноваги вала і мінімізації необоротних втрат енергії на розрахункових режимах.

Для захисту систем утримання та стабілізації валів СТЕУ від ушкоджень, що пов'язані з відхиленням режиму силового й теплового навантаження від розрахункових, порушенням вихідної реології мастильного матеріалу в процесі експлуатації, виникненням дефектів підшипників і мастильних систем, досліджено вплив трибомеханічних і реологічних процесів у мастильному шарі на стійкість рухомої рівноваги валопроводів, ефективність енергоперетворення й інтенсивність тепловідведення у підшипниках.

Рис. 10. Розрахункові параметри системи утримання та стабілізації валів СТЕУ (N_e = 7000 кВт; п_Т = 6000 об/хв; п_В = 290 об/хв): а амплітуда вертикальних і поперечних коливань шипів; б температура шару; в траєкторії зміщення осей валів у підшипниках; I турбіна; II редуктор; III муфта; IV упорний підшипник; V дейдвудний пристрій; 1, 2 ГСДП на водяному мащенні; 3 - 10 ГДП на маслі Т_п46 (6 - 8 ГДП на індивідуальному мащенні)

Теоретичними й експериментальними дослідженнями працездатності підшипників валів СТЕУ в екстремальних ситуаціях, викликаних надходженням води в систему мащення, виявлено ефект біфуркаційної зміни стану рухомої рівноваги ротора в діапазоні обводнювання k = 35 45% (рис. 10, 11). Вперше показано, що якщо при k 30% адаптивні ефекти зменшують величину зміщення осі вала з ростом швидкості його обертання (рис. 8, а), то починаючи з k = 40 45% спроби підвищення стійкості рухомої рівноваги розгоном ротора можуть призвести до зворотного результату. Граничним обводнюванням, що відповідає переходу до напівсухого режиму тертя в підшипниках основного суднового енергетичного обладнання, слід вважати діапазон k_пред = 55 60%.

Застосування системи рівнянь (13) до узагальненої задачі зсувного плину водомісткого мастильного матеріалу дозволило представити процеси дисипації механічної енергії у вигляді структурно-енергетичної діаграми (рис. 12). На діаграмі дотичних напруг

представлені точки перехідних станів системи в процесі її еволюції. У загальному випадку закономірності адаптивного та дисипативного механізмів внутрішнього тертя можна представити у вигляді двох етапів. Перший адаптивний етап наростання схованої енергії дисипації (1 3), що призводить до поступового ослаблення вихідної орієнтаційної упорядкованості мікроструктури масла, другий (3 4) етап трансформації структури дисперсійного середовища (самоорганізації) мимовільної реакції несучої фази на зростаючу концентрацію води, що характеризується переважною переорієнтацією її мікроструктури в напрямку потоку. Запас по стійкості рухомої рівноваги ротора в ГДП на обводненому маслі (4 5) визначається інтенсивністю дифузійних процесів у шарах по висоті зазору, рівнем навантажень і швидкостей ковзання, розхідними характеристиками системи мащення.

Встановлено, що співвідношення між адаптивним і дисипативним об'ємами тертя характеризує різні закономірності перетворення енергії зовнішньої механічної дії. В адаптивному об'ємі, пов'язаному з необоротним поглинанням

Рис. 11. Вплив обводнювання масла на стійкість руху вала в ГДП:

(R = 0,165 м; L = 0,12 м; F = 12,5 кН): 1 6 w = 50, 100, 200, 300, 400, 500 рад/с; а на мінімальну товщину мастильного шару; б на амплітуду коливань цапфи енергії деформації, зароджуються осередки руйнування поверхонь тертя.



Рис. 12. Структурно-енергетична діаграма еволюційно-трансформаційних процесів у ГДП на водомісткому мащенні

Дисипативний об'єм здатний трансформувати енергію зовнішнього впливу. Поліморфізм при еволюції тертя проявляється у виникненні нових властивостей рідини в т. 2 діаграми центрі самоорганізаційних процесів. В умовах повної еволюції адаптивного об'єму тертя в дисипативний (т. 4) процес характеризується аномально низькими зсувними напругами при ідеально-пружному внутрішньому терті в шарі.

Досліджені ефекти теплового і кінетичного впливу дисперсної малов'язкої фази на робочі процеси в підшипниках та виявлені експлуатаційні режими, при яких підвищена швидкість її дифузії в осьовому напрямку приводить до виникнення зон локальної інверсії фаз у конфузорній частині зазору. Підвищена торцева витрата малов'язкої компоненти є засобом інтенсифікації процесів тепловідводу з робочої зони (у 2 3 рази порівняно із ГДП на масляному мащенні в аналогічних умовах), зниження інтенсивності броунівського руху у приповерхневих шарах і стабілізації гомеотропної орієнтації дисперсійної фази в них. Всі ці фактори сприяють 15 20% розширенню зони безаварійного функціонування систем утримання та стабілізації роторів при великому обводнюванні мастильного матеріалу.



Рис. 13. Розподіл температури по довжині вала:

1, 3 - з ГСДП на водяному мащенні при--w = 314 і 0 рад/с; 2 - з ГДП на турбінному маслі; ѕ----- з відводом; - - - - з підводом тепла по валу

Показано, що інтенсифікація теплових потоків у ротативних елементах двигунів і валопроводів може істотно змінити значення температур поверхонь тертя підшипників і картину її розподілу в мастильному шарі (рис. 13, 14). При цьому зміна потужності тертя значно менше впливає на температуру шару, ніж теплопідвід через рухомі й нерухомі елементи підшипника.

На конкретних прикладах доведено, що при експлуатації СТЕУ в умовах екстремальних теплових впливів застосування водомістких мастильних середовищ дозволяє знизити температуру в зоні тертя і зменшити імовірність виходу з ладу підшипників внаслідок термохімічної деструкції мастильного матеріалу та руйнування антифрикційних шарів.

Як показано у дисертації (див. рис. 8), застосування 0,5 1 % водяних розчинів структуроутворюючих речовин групи полігексаметиленгуанідин фосфатів дозволяє на 10 15% розширити зону безвідмовного функціонування ГСДП при

більших ексцентриситетах ( > 0,85 0,9), на 25 30% зменшити амплітуди в зоні резонансу та на 5 7% підвищити їх ефективність на специфікаційних режимах у порівнянні з аналогічними підшипниками на водяному конденсаті.

Рис. 14. Тепловий режим роботи підшипника турбоагрегата (Т0 = 35°С; Тs = 50°С; Nu2 = 395):

ѕѕѕ-----y = 0,006 (Тп-46); ------------y = 0,002 (водний розчин поліакриламіда - ВРП - розрахунок з реологічної залежності В.В. Рухлінського)

Через ідентичність впливу градієнтів кінематичних, теплових і реологічних параметрів на активізацію дисипативних процесів у підшипниках зроблено висновок про можливість параметричної оптимізації систем утримання та стабілізації валів СТЕУ за показниками її енергетичної ефективності та критерієм мінімізації відхилень положення осей валів у підшипниках під дією експлуатаційних факторів. Завдання комплексної оптимізації у цьому випадку зводиться до пошуку екстремумів критерію техніко-економічної ефективності системи:

, (14)

де ТЕЕ - критерій техніко-економічної ефективності; k_с - коефіцієнт собівартості технічної експлуатації; k_N - коефіцієнт технічного використання будівельної потужності; D_вп комплексний показник ефективності використання працездатності елементів системи.

Коефіцієнт k_с є безрозмірною характеристикою економічної ефективності експлуатації системи утримання та стабілізації валів СТЕУ:

,

де С₀ - будівельна вартість; С₁ - витрати на модернізацію; ДЕ витрати на технічну експлуатацію; період експлуатації; _екс - час експлуатації протягом життєвого циклу судна.

Коефіцієнт технічного використання будівельної потужності характеризує діапазон зміни потужності СТУ, що обмежується працездатністю її елементів:

,

де N_ео ефективна потужність СТЕУ на номінальному режимі роботи; N_e^max, N_e^min максимально й мінімально припустимі рівні потужності, обумовлені частковою або повною втратою працездатності елементів СТЕУ.

Показник D_вп оцінюється за всіма значимими параметрами, і як оптимальний рівень працездатності системи утримання та стабілізації валів СТЕУ приймається його оцінка, отримана за значеннями параметрів, що характеризують максимальну витрату ресурсу при мінімальних витратах на експлуатацію:

, (15)

де безрозмірний параметр бажаності, що відповідає мінімальному відхиленню осі вала від розрахункового при заданих навантажувально-швидкісних характеристиках (k_N);

безрозмірний параметр, що враховує ступінь досконалості системи за вантажопідйомністю (k_F), витратою мастильного матеріалу (k_Q), втратами на тертя (k_тр) та енергетичними витратами на роботу (k_е), екологічною безпекою (k_ек) і стійкістю рухомої рівноваги ротора (k_у).

Коефіцієнт вантажопідйомності оптимізується за умовами мінімізації статичного та динамічного зміщення осі вала з урахуванням енергетичної ефективності функціонування системи утримання та стабілізації валів СТЕУ, що задається залежностями, запропонованими Н. П. Артеменко:

, ,

,, (16)

де _у швидкість, при якій відбувається втрата стійкості обертання вала.

Значення величин у виразах (16) обчислюються за рівняннями (2) (10).

Екологічний коефіцієнт нормується за дискретними рівнями, залежно від розрахункових оцінок протічок мастильного матеріалу через ущільнення системи мащення й ступеня шкідливого впливу на навколишнє середовище.

Для виявлення значимих параметрів при плануванні оптимізаційного експерименту застосовується метод випадкового балансу. Показано, що основними аргументами оптимізації є конструктивні параметри гідравлічного тракту підшипників (рис. 15).

аб

Рис. 15. Залежність коефіцієнта вантажопідйомності ГСДП на водяному змащенні від параметрів гідравлічного тракту (R = 0,05 м; L = 0,09 м; h = 125 мкм; р₀ = 1 МПа): а від радіального зазору та ексцентриситету; б від радіуса дроселів та ексцентриситету

Рис. 16. Залежність складових механічного ККД турбіни та проміжного вала СТЕУ (схема рис. 10), які визначаються дисипацією енергії в опорах, від швидкісного режиму:

ѕѕ--- ГДП (Тп-46); ---------- ГСДП на воді; -Ч-Ч---- ГСДП на ВРПФ; -ЧЧ-ЧЧ---- ГДП з k = 45%

З метою зменшення числа аргументів при пошуку оптимальних рішень використані безрозмірні параметри: відносний зазор

,

параметри довжини втулки

і гідравлічного тракту

.

При багатокритеріальній оптимізації використано метод статистичного пошуку, а для локалізації екстремумів цільової функції метод НелдераМіда.

Аналізом результатів оптимізації визначені резерви для підвищення ефективності систем утримання та стабілізації валів СТЕУ (рис. 16), показана значимість коефіцієнтів стійкості й економічності при багатокритеріальному пошуку оптимальних умов функціонування об'єкта (рис. 17).

Шостий розділ присвячений реалізації результатів дослідження при проектуванні систем утримання та стабілізації валів СТЕУ, удосконаленні методів прогнозування їх працездатності, забезпеченні безаварійності режимів роботи та ефективності діагностики технічного стану.

Результати комплексу досліджень безпеки й ефективності функціонування систем утримання та стабілізації валів паротурбінних установок, що виконані за договором з ВО “Калузький турбінний завод”, реалізовані на стадіях проектування, виготовлення, монтажу, доведення й модернізації підшипників головних і допоміжних турбоагрегатів корабельних енергетичних установок.

Рис. 17. Залежності показників економічності й стійкості системи від величини зміщення осі вала та конструктивних параметрів опори (w = 600 рад/с): = 2 L / = 0,025; = 0,035; = 0,05

Впровадження розроблених технічних рішень у системі утримання та стабілізації валу турбоагрегату ОК-1,5 й турбоживильних насосах турбінної установки ОК-9, оснащення їх підшипниками на малов'язких мастильних матеріалах дозволило зменшити коефіцієнт собівартості технічної експлуатації k_с на 25 28%, що дає можливість щорічно заощаджувати до 3,5 5 тис. т мінеральних масел для кораблів, що перебувають в експлуатації, і збільшити термін служби підшипників в 1,5 2 рази.

Аналіз досвіду експлуатації 12 кораблів з модернізованими об'єктами дозволив виявити напрямки удосконалення систем утримання та стабілізації валів СТЕУ та розробити рекомендації з їхнього виробництва на вітчизняних підприємствах. Конструкторськими проробками, виконаними ДП “Зоря” “Машпроект” і КП “Дослідницько-проектний центр кораблебудування” для перспективних проектів кораблів з газотурбінними й комбінованими установками, визначено, що строк повернення інвестицій на впровадження нових технологій при проектуванні й виробництві систем утримання та стабілізації валів становить 2 3 роки залежно від вартості продукції.

В дисертаційної роботі розроблено метод прогнозування працездатності систем утримання та стабілізації валів СТЕУ, що реалізує принципи керування положенням осей валів в зазорах підшипників і встановлює рівні техногенного ризику, як узагальнені чинники оптимальності рішень при переході від детермінованої системи керування безаварійною експлуатацією до імовірнісного підходу кількісної оцінки безпеки функціонування енергетичних установок кораблів та суден. На основі аналізу аварійних подій, виділення основних уражаючих факторів і моделювання можливих алгоритмів розвитку екстремальних ситуацій сформульовані положення щодо безаварійного керування СТЕУ (рис. 18).

На базі структурного аналізу інформаційної значимості ідентифікаторів технічних станів об'єкта здійснено обґрунтування вибору діагностичних параметрів для оцінки працездатності систем утримання та стабілізації валів СТЕУ. Визначено перспективність формування вібродіагностичних ознак, що ґрунтуються на аналізі математичних моделей динамічного стану системи. Розглядається стійка різноманітність у просторі станів динамічної системи і їхнє відображення засобами вібродіагностики. Розвинені методики діагностики технічного стану системи, що ґрунтуються на аналізі атракторів субструктурних явищ в підшипниках на немонотонних ділянках динамічної характеристики.



Рис. 18. Припустимий діапазон зміни частот обертання валопроводу при короткочасному підвищенні температури газових середовищ відсіків і залежності для коефіцієнтів використання будівельної потужності СТЕУ, зображеної на рис. 10: 1, 2, 3 границі зони безаварійного функціонування підшипників редуктора, турбіни й валопроводу; 4 максимально припустима частота обертання за температурним критерієм працездатності передачі (за даними М. Ф. Клементьева); І, ІІ коефіцієнти використання будівельної потужності при детермінованому і ймовірнісному підходах

Визначено, що адаптивним механізмам внутрішнього тертя в просторі технічних станів відповідають когерентні атрактори, а дисипативним переважно дивергентні. В умовах поліваріантності розвитку екстремальних ситуацій і можливої циклічної зміни еволюційного та біфуркаційного етапів такий підхід дозволяє підвищити ефективність алгоритмів діагностування при вирішенні завдань ідентифікації технічного стану систем утримання та стабілізації валів СТЕУ. За результатами досліджень допрацьована відома діагностична модель, що встановлює зв'язок між технічним станом системи і його відображенням у просторі діагностичних сигналів.

Удосконалено програмні комплекси підтримки прийняття рішення операторами СЕУ в найбільш імовірних неспецифікаційних ситуаціях, пов'язаних з надходженням води в систему мащення опор валопроводу, підвищенням тиску й температури газових середовищ машинних відділень. Оцінка отриманого корисного ефекту (рис. 19) свідчить про 15 30% розширення діапазону безаварійних експлуатаційних режимів енергетичних установок кораблів і суден.

За завданням Командування ВМС України виконані коректури положень експлуатаційної документації засобів руху кораблів і суден. Алгоритми номінування безаварійних режимів функціонування енергетичних установок реалізовані в апаратно-програмному комплексі “Експерт”, який розроблений в Академії ВМС за участю автора та пройшов успішну апробацію на кораблях ВМС.

У багатофункціональних тренажерах виробництва Одеського морського тренажерного центра впроваджені прогностичні моделі, розрахункові методики, інформаційне й програмне забезпечення для оцінки енергетичних витрат на підтримання валопроводів СЕУ і прогнозування працездатності систем утримання та стабілізації валів суднових турбомашин у процесі експлуатації.

Таким чином, навіть в існуючих складних економічних умовах широке впровадження нових підходів до удосконалення функціональних властивостей систем утримання та стабілізації валів СТЕУ сприяє продовженню ресурсу їхніх основних елементів, зниженню витрат на експлуатацію та забезпеченню працездатності СЕУ в широкому діапазоні експлуатаційних режимів.



Рис. 19. Область припустимих режимів роботи пропульсивного комплексу при обводненні мастильного матеріалу опорних підшипників валопроводу фрегата (а) і буксира (б)

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі вирішено актуальну для суднової енергетики науково-прикладну проблему підвищення ефективності утримання валів суднових агрегатів і валопроводів на протязі життєвого циклу морського транспортного засобу шляхом розробки методології наукових досліджень щодо створення систем утримання та стабілізації валів СТЕУ.

Основні наукові положення та результати, які визначають наукову новизну й практичну значимість роботи, полягають у такому.

1. При передачі потужності в СЕУ стабілізація динамічної рівноваги валів агрегатів і валопроводів, які функціонують в умовах гармонічних навантажень, здійснюється шляхом трибокоординації структури робочого тіла підшипників, стійкість руху якого забезпечується нормуванням відхилень кінематичних і реологічних параметрів мастильного матеріалу в шарах по висоті зазору, а компенсація впливу змінних навантажень в режимі утримання осі валу за умовами мінімізації відхилень її положення в зазорах підшипників забезпечується підвищенням потенціальної енергії робочого тіла за рахунок зміни параметрів системи мащення.

2. Виявлено закономірності взаємодії сил в'язкого тертя й інерції робочого тіла підшипників, що врівноважують квазістаціонарні й гармонічні навантаження на вал шляхом перерозподілу кінематичних, теплових і реологічних параметрів потоку в зазорі. Розвинені моделі й методи розрахунку параметрів процесів утримання та стабілізації валів СТЕУ, що враховують нелінійність реакцій підшипників, яка спричиняється динамічною дією сил інерції рідини та квазістатичним впливом змінної в'язкості в шарах мастильного матеріалу по висоті зазорів внаслідок просторової дифузії і турбулентного переносу його компонент.

3. Встановлено механізм релаксації пікових навантажень у дисперсному мастильному шарі, де підвищення потенційної енергії робочого тіла досягається за рахунок самоорганізації дисипативних структур у градієнтному швидкісному потоці та зменшення його кінетичної енергії.

Виявлено ефект локальної інверсії фаз у конфузорній частині клиноподібного зазору підшипника, при якому підвищена торцева витрата малов'язкої компоненти двофазного шару приводить до перерозподілу теплових потоків у роторній системі та 2 2,5-кратної інтенсифікації тепловідводу із зон тертя.

Визначено закономірності структуроутворюючої дії присадок групи полігексаметиленгуанідин фосфату в системах водяного мащення гідростатодинамічних підшипників як засобу 10 15-відсоткового розширення зон безвідмовного функціонування, 25 30-відсоткового зменшення амплітуд у зоні резонансу й 5 7-відсоткового підвищення ефективності систем утримання та стабілізації високошвидкісних валів на специфікаційних режимах.

4. В рамках багатокритеріальної оптимізаційної задачі щодо мінімізації відхилень положення осей валів в зазорах підшипників під дією експлуатаційних факторів встановлено діапазони зміни конструктивних параметрів гідравлічних трактів підшипників, концентрацій компонент мастильних середовищ і режимів роботи систем мащення, в яких досягається 25 65-відсоткове підвищення точності утримання осей валів, 1,2 2-кратне зниження інтенсивності коливань та 10 15-відсоткове зниження втрат енергії на підтримання валопроводів суднових турбінних енергетичних установок.

5. Розвинені діагностичні моделі й методики формування еталонних діагностичних ознак на основі моделей динаміки системи “вал підшипники”, що відрізняються способом ідентифікації технічного стану систем утримання та стабілізації валів СТЕУ за атракторами субструктурних явищ в підшипниках на немонотонних ділянках динамічної віброхарактеристики.

Вдосконалено метод прогнозування працездатності систем утримання та стабілізації валів СЕУ і встановлення рівнів техногенного ризику з основних уражаючих факторів, як узагальнених чинників оптимальності рішень при переході від детермінованої системи керування безаварійною експлуатацією до імовірнісного підходу кількісної оцінки безпеки функціонування енергетичних установок. Оцінка отриманого ефекту свідчить про 15 30-відсоткове розширення діапазону безаварійних експлуатаційних режимів СЕУ.

6. Основні практичні результати дослідження полягають у тому, що на базі теоретичних положень дисертації розроблено, створено й впроваджено:

математичні моделі й розрахункові методики, інформаційне і програмне забезпечення для прогнозування працездатності систем утримання та стабілізації валів СЕУ і номінування безаварійних режимів їхньої роботи в апаратно-програмних комплексах підтримки прийняття рішення операторами енергетичних установок та у багатофункціональних тренажерах для вищих навчальних закладів і центрів підвищення кваліфікації персоналу;

комплекси діагностичного контролю технічного стану систем утримання та стабілізації валопроводів фрегата “Г. Сагайдачний”, корабля управління “Славутич”, підводного човна “Запоріжжя”;

нові технічні рішення по удосконаленню підшипників суднових турбомашин із мащенням водяним конденсатом і композитними мастильними матеріалами на його основі, що реалізовані на етапах проектування, конструювання й модернізації серійних виробів ВО “Калузький турбінний завод”;

організаційно-технічні заходи щодо забезпечення працездатності систем утримання та стабілізації суднових валопроводів, що реалізовані при коректурі експлуатаційної документації засобів руху кораблів ВМС України.

7. Результати дисертаційної роботи можуть служити теоретичною базою для вдосконалення технічної експлуатації систем утримання та стабілізації валів стаціонарних і транспортних енергетичних установок, впровадження ефективних конкурентноспроможних технічних рішень. Розвиток досліджень з тематики дисертації пов'язаний з виявленням закономірностей дисипативних процесів у змішаному й граничному режимах тертя, аналізом трибохімічних явищ у підшипниках та розробкою положень щодо підвищення ефективності робочих процесів суднових систем утримання та стабілізації валів та удосконалення наукової бази їхньої безаварійної експлуатації.

ОПУБЛІКОВАНІ НАУКОВІ ПРАЦІ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Кирюхин А. Л. Методология научного исследования процессов удержания и стабилизации валопроводов СТУ / А. Л. Кирюхин // Сб. научн. тр. АВМС. Севастополь: АВМС, 2010. Вып. 3(3). С. 142-150.

2. Кирюхин А. Л. Совершенствование методов анализа динамики валопроводов судовых турбинных установок / А. Л. Кирюхин // Судовые энергетические установки: науч.-техн. сб. Одесса: ОНМА, 2010. Вып. 25. С. 77-83.

3. Кирюхин А. Л. Управление эффективностью и износостойкостью подшипников судовых технических средств / А. Л. Кирюхин // Сб. научн. тр. АВМС. Севастополь: АВМС, 2010. Вып. 1(1). С. 205-213.

4. Романовский Г. Ф. Трибологические аспекты обеспечения работоспособности судовых радиальных подшипников скольжения на обводненном смазочном материале / Г. Ф. Романовский, А. Л. Кирюхин // Судовые энергетические установки: науч.-техн. сб. Одесса: ОНМА, 2009. Вып. 24. С. 4-11 (здобувачеві належить аналіз працездатності підшипників на обводненому маслі та обґрунтування заходів щодо підвищення ефективності СЕУ).

5. Романовский Г. Ф. Термогидродинамический расчёт радиальных подшипников скольжения судовых пропульсивных комплексов в неспецификационных эксплуатационных условиях / Г. Ф. Романовский, А. Л. Кирюхин // Проблемы трибологии: науч.-техн. журнал. 2009. №3 (53). С. 62-71 (здобувачеві належить узагальнена термогідродинамічна модель і аналіз результатів розрахунків підшипників на двофазних мастильних середовищах).

6. Романовский Г. Ф. Совершенствование методов динамического анализа судовых роторных систем с подшипниками скольжения / Г. Ф. Романовский, А. Л. Кирюхин, Н. Н. Кневец // Судовые энергетические установки: Сб. научн. тр. Одесса: ОНМА, 2008. Вып. 22. С. 86-95 (здобувачеві належить концепція діагностики технічного стану роторних систем за біфуркаційними параметрами, гідродинамічна частина моделі, аналіз результатів).

7. Кирюхин А. Л. Повышение надёжности радиальных гидростатодинамических подшипников на маловязкой смазке в неспецификационных условиях эксплуатации / А. Л. Кирюхин // Сб. научн. тр. НУК. Николаев: НУК, 2008. Вып. 6(417). С. 111-119.

8. Кирюхин А. Л. Моделирование турбулентного течения полидисперсного смазочного материала в подшипниках скольжения на обводненной смазке / А. Л. Кирюхин // Механика, энергетика, экология: Cб. научн. тр. СевНТУ. Севастополь: СевНТУ, 2008. Вып. 87. С. 73-76.

9. Кирюхин А. Л. Методика определения предельного обводнения систем смазывания радиальных подшипников скольжения корабельных энергетических установок / А. Л. Кирюхин, В. В. Сапига // Сб. научн. тр. СВМИ. Севастополь: СВМИ, 2008. Вып. 2(15). С. 112-117 (здобувачеві належить постановка задачі, розробка математичної моделі підшипника, аналіз результатів).

10. Кирюхин А. Л. Повышение эффективности использования КЭУ в экстремальных ситуациях, связанных с поступлением воды в систему смазки подшипников / А. Л. Кирюхин, В. В. Сапига // Судовые энергетические установки: науч.-техн. сб. Одесса: ОНМА, 2008. Вып. 21. С. 92-98 (здобувачеві належить метод прогнозування працездатності системи утримання та стабілізації валопроводів в екстремальних ситуаціях).

11. Романовский Г. Ф. Расчёт динамических характеристик опорных подшипников скольжения судовых турбоагрегатов на водосодержащем смазочном материале / Г. Ф. Романовский, А. Л. Кирюхин // Сб. научн. тр. СВМИ. Севастополь: СВМИ, 2008. Вып. 1(14). С. 118-124 (здобувачеві належить методика розрахунку динамічних характеристик підшипників, аналіз розрахунків).

12. Кирюхин А. Л. Обобщение уравнений движения смазочного материала в зазоре подшипника скольжения / А. Л. Кирюхин // Сб. научн. тр. СВМИ. Севастополь: СВМИ, 2007. Вып. 2(12). С. 154-159.

13. Кирюхин А. Л. Управление механизмами самоорганизации водосодержащего смазочного материала в несущем слое подшипника скольжения / А. Л. Кирюхин // Сб. научн. тр. СНУЯЭП. Севастополь: СНУЯЭП, 2007. Вып. 4(24). С. 189-196.

14. Кирюхин А. Л. Экспериментальный стенд для исследования устойчивости жидкостного режима трения в подшипниках / А. Л. Кирюхин, В. В. Сапига, М. В. Слободянюк, Ю. М. Воробьев // Сб. научн. тр. СВМИ. Севастополь: СВМИ, 2007. Вып. 1(11). С. 198-204 (здобувачеві належить постановка експерименту, обробка і аналіз результатів).

15. Кирюхин А. Л. О системном подходе в исследованиях эффективности подшипников скольжения корабельных технических средств / А. Л. Кирюхин, В. В. Сапига, М. В. Слободянюк // Сб. научн. тр. СВМИ. Севастополь: СВМИ, 2006. Вып. 1(9). С. 179-182 (здобувачеві належить постановка задачі, аналіз ефективності функціонування підшипників у складі технічних засобів).

16. Кирюхин А. Л. Методика оптимизации параметров радиальных гидростатодинамических подшипников на водяной смазке / А. Л. Кирюхин, Е. А. Емец, В. В. Кузнецов // Сб. научн. тр. СНУЯЭП. Севастополь: СНУЯЭП, 2005. Вып.14. С. 8-14 (здобувачеві належить постановка задач, модель багатопараметричної оптимізації, аналіз результатів).

17. Кирияченко В. А. Оценка влияния конструктивных и режимных параметров на работоспособность радиального подшипника скольжения на водяной смазке / В. А. Кирияченко, А. Л. Кирюхин, А. А. Емец, В. В. Кузнецов // Сб. научн. тр. СНУЯЭП. Севастополь: СНУЯЭП, 2005. Вып. 13. С. 34-40 (здобувачеві належать результати чисельного експерименту).

18. Кирюхин А. Л. Экспериментальное исследование структурной самоорганизации водосодержащего смазочного материала в клиновидном зазоре подшипника / А. Л. Кирюхин, В. В. Сапига // Сб. научн. тр. СВМИ. Севастополь: СВМИ, 2005. Вып. 1(7). С. 157-162 (здобувачеві належить постановка експерименту, обробка і аналіз результатів).

19. Кирюхин А. Л. Эволюция структур эмульгированного смазочного материала в клиновидном зазоре радиального подшипника скольжения / А. Л. Кирюхин // Сб. научн. тр. СВМИ. Севастополь: СВМИ, 2004. Вып. 2(6). С. 91-96.

20. Кирюхин А. Л. Метод расчета критериев работоспособности радиальных подшипников скольжения при слоистом течении обводненного смазочного материала / А. Л. Кирюхин // Сб. научн. тр. СВМИ. Севастополь: СВМИ, 2004. Вып. 1(5). С. 157-163.

21. Кирюхин А. Л. Влияние обводнения смазочного масла на работоспособность радиальных подшипников скольжения / А.Л. Кирюхин, Ю.Г. Ощепков, В.В. Сапига // Судовые энергетические установки: науч.-техн. сб. Одесса: ОНМА, 2003. Вып. 9. С. 25-29 (здобувачеві належить чисельний експеримент).

22. Кирюхин А. Л. Расчет радиальных цилиндрических гидростатодинамических подшипников на водяной смазке / А. Л. Кирюхин // Сборник научных трудов СИЯЭП. Севастополь: СИЯЭП, 2003. Вып. 9. С. 91-100.

23. Кирюхин А. Л. Исследование зоны нормального функционирования гидростатодинамического подшипника-уплотнения на водяной смазке / А. Л. Ки-рюхин // Сб. научн. тр. СИЯЭП. Севастополь: СИЯЭП, 2003. Вып. 8. С. 25-31.

24. Кирюхин А. Л. Об аналитическом описании подвода смазочного материала в зазор радиальных подшипников скольжения с различной формой питающих камер / А. Л. Кирюхин, В. В. Сапига, Ю. П. Сердюк, С. Н. Печенка // Сб. научн. тр. СВМИ. Севастополь: СВМИ, 2003. Вып. 2(3). С. 116-120 (здобувачеві належить математична модель руху стислої рідини у дроселі й камері).

25. Кирюхин А. Л. Применение воды в качестве смазочного материала радиальных гидростатодинамических подшипников / А. Л. Кирюхин // Проблемы трибологии: науч.-техн. журнал. 2003. №2. С. 117-122.

26. Кирюхин А. Л. Использование метода разложения по относительному эксцентриситету для решения нелинейных задач об установившемся движении жидкости в зазоре радиального подшипника / А. Л. Кирюхин // Сб. научн. тр. СВМИ. Севастополь: СВМИ, 2003. Вып. 1(2). С. 80-93.

27. Кирюхин А. Л. Расчёт характеристик гидростатодинамического подшипника-уплотнения / А. Л. Кирюхин // Сб. научн. тр. СВМИ. Севастополь: СВМИ, 2002. Вып. 1. С. 96-111.

28. Кирияченко В. А. Повышение эффективности использования гидростатодинамических подшипников на водяной смазке / В. А. Кирияченко, А. Л. Кирюхин // Сб. научн. тр. СИЯЭП. Севастополь: СИЯЭП, 2002. Вып. 6. С. 16-18 (здобувачеві належить обґрунтування використання гидростатодинамических подшипників у системах утримання та стабілізації валопроводів СЕУ).

29. Пат. 61656А Украина. Способ герметизации переборок отсеков в местах прохода высокоскоростных валов и многофункциональное устройство для его реализации: Пат. 61656А Украина / В. А. Кирияченко, А. Л. Кирюхин, В. В. Сапига. Заявл. 24.03.03; Опубл. 17.11.03, Бюл. №11. С. 123.

АНОТАЦІЯ

Кирюхін А. Л. Удосконалення функціональних властивостей систем утримання та стабілізації валопроводів суднових турбінних установок. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.05.03 двигуни та енергетичні установки. Одеська національна морська академія, Одеса, 2011.

Вирішено науково-прикладну проблему підвищення ефективності утримання валів суднових агрегатів і валопроводів на протязі життєвого циклу морського транспортного засобу шляхом розробки методології наукових досліджень щодо створення систем утримання та стабілізації валів суднових турбінних енергетичних установок. Розвинено теорію утримання осей та стабілізації коливань валів суднових агрегатів і валопроводів. Встановлено механізми і визначено ефективність впливу адаптивних і дисипативних процесів у робочому тілі підшипників на точність утримання осей і стабілізацію коливань валів. Удосконалено метод імітаційного прогнозування працездатності систем утримання та стабілізації валів СТЕУ. Узагальнено й розвинено положення з параметричної оптимізації, номінування безаварійних режимів і діагностики технічного стану систем утримання та стабілізації валів суднових агрегатів і валопроводів.

Результати досліджень впроваджено у виробництво корабельних турбоагрегатів, реалізовано в проектах енергетичних установок і в положеннях експлуатаційної документації засобів руху кораблів і суден Військово-Морських Сил Збройних Сил України.

Ключові слова: суднові турбінні енергетичні установки, системи утримання та стабілізації валів, радіальні підшипники ковзання, дисипація енергії.

АННОТАЦИЯ

Кирюхин А. Л. Совершенствование функциональных свойств систем удержания и стабилизации валопроводов судовых турбинных установок. Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени доктора технических наук по специальности 05.05.03 двигатели и энергетические установки. Одесская национальная морская академия, Одесса, 2011.

В диссертационной работе решена актуальная научно-прикладная проблема повышения эффективности удержания валов судовых турбинных энергетических установок (СТЕУ). Разработана методология научных исследований систем удержания и стабилизации валов СТЕУ, которая реализует процессы гидростатодинамического удержания осей и стабилизации колебаний роторов, функционирующих на принципах управления положением шипов в зазорах подшипников путём изменения потенциальной и кинетической энергии рабочей жидкости в условиях трибокоординации и самоорганизации макроструктуры смазочного слоя при внешних эксплуатационных воздействиях.

Показано, что при передаче мощности в СТЭУ стабилизация динамического равновесия валов агрегатов и валопроводов в условиях гармонических нагрузок обеспечивается за счёт трибокоординации структуры рабочего тела подшипников, устойчивость движения которого нормируется по отклонениям кинематических и реологических параметров в слоях смазочного материала по высоте зазора. Компенсация влияния переменных загрузок в режиме удержания оси вала по условиям минимизации отклонений её положения обеспечивается повышением потенциальной энергии рабочего тела за счёт изменения параметров системы смазывания.

Установлены закономерности взаимодействия сил вязкого трения и инерции рабочего тела, которые уравновешивают квазистационарные и гармонические нагрузки на вал путём перераспределения кинематических, тепловых и реологических параметров потока в зазорах подшипников. Формализован механизм релаксации пиковых нагрузок валов в дисперсном смазочном слое, в котором повышение потенциальной энергии рабочего тела достигается за счёт самоорганизации диссипативных структур в градиентном скоростном потоке и уменьшения его кинетической энергии. Описан механизм кинематического, турбулентного и теплового воздействия маловязкой компоненты двухфазного смазочного слоя на интенсификацию тепломассообменных процессов в подшипниках, как средства минимизации энергетических затрат на поддержание валов судовых турбинных энергетических установок.

Созданы экспериментальные стенды для исследования закономерностей влияния режимных параметров и эксплуатационных факторов на процессы удержания и стабилизации валов энергетических установок. Экспериментальными исследованиями на физических моделях и полунатурных образцах подтверждена адекватность математических моделей и обоснованность гипотез и допущений, принятых при моделировании. Представлены новые экспериментальные данные, свидетельствующие о возможности повышения эффективности удержания осей валов, стабилизации их колебаний и расширения диапазона безаварийных режимов судовых турбинных энергетических установок.

На основе анализа и обобщения результатов исследования показано, что вариационный принцип номинирования режимов работы систем удержания и стабилизации валов СТЕУ по степени адаптации системы к воздействию эксплуатационных факторов обеспечивает 15 65 % повышение точности удержания осей валов, 20 50 % снижение интенсивности вынужденных колебаний, 2 - 2,5-кратную интенсификацию теплоотвода из зон трения и 15 30% снижение энергетических затрат на подержание валопроводов.

Определены диапазоны изменения конструктивных параметров гидравлических трактов подшипников, концентраций компонент смазочных сред и режимов работы систем смазки, оптимизированные по условиям минимизации отклонений положения оси вала в зазорах подшипников и компенсирующие воздействие переменных нагрузок путём управления потенциальной энергией рабочего тела при ограничениях по устойчивости рабочего процесса по нормированным кинематическим, тепловым и реологическим параметрам.

Получили дальнейшее развитие способы повышения эффективности передачи мощности в СТЭУ путём использования гидростатодинамических подшипников с водосодержащими рабочими телами, уменьшение кинетической и увеличение потенциальной энергии которых достигается применением компонент с высокими градиентами сил межфазного взаимодействия.

Развит подход к построению диагностических признаков технического состояния систем удержания и стабилизации валов СТЕУ, основанный на анализе аттракторов субструктурных явлений в смазочном слое подшипников на немонотонных участках динамической виброхарактеристики. Установлено, что адаптивным механизмам внутреннего трения в слое в пространстве технических состояний системы соответствуют когерентные аттракторы, а диссипативным преимущественно дивергентные.

Усовершенствован метод прогнозирования работоспособности систем удержания и стабилизации валов на основе моделирования наиболее вероятных алгоритмов развития событий и установления уровней техногенного риска при неспецификационных воздействиях основных поражающих факторов.

Результаты исследований внедрены в производство корабельных турбоагрегатов, реализованы в проектах энергетических установок и в положениях эксплуатационной документации средств движения кораблей Военно-Морских Сил Вооруженных Сил Украины.

Ключевые слова: судовые турбинные энергетические установки, системы удержания и стабилизации валов, радиальные подшипники скольжения, диссипация энергии.

ABSTRACT

Kiryuhin A. L. The perfection of functional properties of the shafts' holding and stabilizing systems of the ship turbine plants. The manuscript.

The dissertation on competition of the scientific degree of the doctor of technical sciences on a specialty 05.05.03 engines and power plants. Odessa National Maritime Academy. Odessa, 2011.

The scientific-applied problem of increasing the effectiveness of the shipboard aggregates' shafts and shafting during the lifecycle of marine vehicles is solved by means of designing methodology of scientific research is worked out that concerns creation of the holding and stabilizing systems for the shafts of marine turbine power plants. The theory of axis holding and stabilization of the shafts oscillations is developed. Mechanisms are determined and effectiveness of the influence of adaptive and dissipative processes in the bearings' actuating medium on the exactness of axis holding and stabilization of shafts oscillations is determined. The method of imitative forecasting of the ship turbine plants shafts holding and stabilization system capacity is improved. Propositions on parametric optimization, nomination of failsafe modes and diagnosis of technical state of the systems for holding and stabilizing of the shipboard aggregates shafts and shafting are generalized and developed.

The results of researches are applied in industry of the ship turbine plants, realized in the projects of power plants and in positions of operating documents for the Ukraine Navy ships.

Keywords: ship turbine plants, shafts' holding and stabilizing systems, radial sliding bearings, dissipation of energy.

Размещено на Allbest.ru

...