Выбор дизельных двигателей при проектировании перспективных морских и речных судов

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Стратегия развития судостроительной промышленности развития судостроительной промышленности на период до 2020 года и на дальнейшую перспективу предусматривает:

- сокращение общего научно-технического и технологического отставания России от передовых стран в приоритетных направлениях развития морской техники;

- снижение номенклатуры и объемов поставок из ближнего и дальнего зарубежья судового комплектующего оборудования (СКО) путем создания новых отечественных технологий в сфере судового энергетического машиностроения, совершенствования и развития кооперации с учетом решения вопросов импортозамещения;

- повышение конкурентоспособности гражданской морской техники (ГМТ) для внутреннего рынка и расширение возможностей по поставке российской судостроительной продукции на экспорт.

В этом документе показано, что российскому судостроению целесообразно сосредоточить усилия на создании сложных высокотехнологичных наукоемких судов, которые характеризуются большой степенью использования в них перспективных научных разработок. Важную роль в достижении целей Стратегии играет совершенствование энергетических установок перспективных морских и речных судов. На их долю приходится 10-35% стоимости судов и до 50-60% их эксплуатационных расходов. Таким образом, целесообразность внедрения новых перспективных образцов теплоэнергетического оборудования обусловлена необходимость повышения коэффициента полезного действия СЭУ и судна в целом. Выполнение этих задач возможно только при использовании в процессе проектирования научно-обоснованных методов оценки научно-технического уровня, качества и конкурентоспособности судовой техники.

1. Анализ и выбор метода квалиметрической оценки перспективных судов и дизельных двигателей

Квалиметрия - научная дисциплина, предметом которой являются количественные методы оценки качества продукции. Методы квалиметрии могут быть эффективно использованы при проектировании ЭУ перспективных судов путем их комплектования оборудованием, обладающим высоким научно-техническим уровнем, качеством и конкурентоспособностью.

Для определения значений показателей качества продукции судостроения используются следующие методы квалиметрии, классифицируемые по двум группам.

1. По способу получения информации:

- измерительный - основан на использовании технических средств измерения; морской двигатель квалиметрия

- расчетный - базируется на использовании информации, получаемой с помощью теоретических или эмпирических зависимостей;

- регистрационный - основывается на наблюдениях и подсчете числа определенных событий, предметов или затрат;

- органолептический - заключается в определении показателей с помощью органов чувств: зрения, слуха, обоняния, осязания и вкуса.

2. По источнику получения информации:

- традиционный - источником получения информации являются производственные подразделения или лаборатории, позволяющие путем испытаний установить, а в отдельных случаях и проверить, значения показателей, найденных другими методами;

- экспертный - дает возможность получения более точных значений величины показателя качества, т.к. анкетный опрос в данном случае проводится с привлечением группы специалистов-экспертов.

Для того чтобы обеспечить комплектование СЭУ эффективным оборудованием, необходимо сравнить значение показателей качества одного и другого вида продукции. На основании сравнения можно будет сделать заключение о том, качество какой продукции будет выше.

Метод оценки уровня качества продукции может быть дифференциальным, комплексным, смешанным.

Дифференциальный метод оценки уровня качества продукции осуществляется сравнением показателей качества оцениваемого вида продукции с соответствующими базовыми или эталонными показателями, т.е. показатель качества оцениваемой продукции P1 сопоставляется с показателем качества базового образца (эталона) P1баз, P2 - с P2баз, …, Pn - с Pnбаз (n - число сравниваемых показателей качества).

Для каждого из показателей рассчитываются относительные показатели качества оцениваемой продукции по формулам:

q1 = Pi/Piбаз (1.1)

q1 =Piбаз/P (1.2)

где Pi - числовое значение i-го показателя качества оцениваемой продукции;

Piбаз - числовое значение i-го показателя качества базового образца.

Формула (1.1) используется, когда увеличению абсолютного значения показателя качества соответствует улучшение качества продукции. Такой показатель качества называется «позитивным». По формуле (1.2) относительный показатель качества определяется тогда, когда увеличение абсолютного значения показателя соответствует ухудшению качества продукции. Такой показатель качества называется «негативным».

При использовании дифференциального метода можно не вычислять значения относительных показателей qi. Достаточно фиксировать результат сопоставления по каждому i-му показателю в качественной форме (продукция по i-му показателю превосходит базовый образец, соответствует или уступает ему). В результате сопоставления показателей дифференциальным методом, могут быть сформулированы следующие результаты оценивания в качественной форме: уровень качества оцениваемой продукции выше уровня базового образца, если все значения qi?1, причем, хотя бы одно значение qi>1 (т.е. продукция по всем показателям не уступает базовому образцу и хотя бы по одному превосходит);

- уровень качества оцениваемой продукции равен уровню базового образца, если все значения qi=1 (т.е. продукция по всем показателям соответствует базовому образцу);

- уровень качества оцениваемой продукции ниже уровня базового образца, если все значения qi?1, причем, хотя бы одно значение qi<1 (т.е. продукция по всем показателям не превосходит базовый образец и хотя бы по одному показателю уступает ему).

В случаях, когда часть значений относительных показателей качества qi>1, а часть qi<1 (т.е. продукция по одним показателям превосходит базовый образец, а по другим уступает ему), дифференциальный метод не дает результата. В таких случаях оценку уровня качества следует проводить другим методом, например комплексным.

Первой разновидностью комплексного метода является использование главного (определяющего) показателя, т.е. показателя, который может, по мнению экспертов, в основном охарактеризовать качество изделия.

Второй разновидностью является метод средневзвешенного показателя.

Средний взвешенный показатель строится как зависимость, аргументами которой являются показатели качества qi и коэффициенты их весомости mi:

Q=(qi·mi) (1.3)

где - сумма, произведение или другая функция аргументов с номерами i=1, 2, ..., p.

В качестве показателей qi в формулу входят относительные величины, рассчитываемые по формулам (1.1) и (1.2).

Коэффициенты весомости mi являются безразмерными величинами, удовлетворяющими условию:

mi = 1 (1.4)

Если mi - сумма, то средний взвешенный показатель имеет вид:

Q=(qi·mi) (1.5)

Недостатком метода средневзвешенного показателя является сложность объективной оценки коэффициентов весомости.

Третьей разновидностью комплексного метода является метод, основанный на интегральном показателе.

Интегральный показатель качества есть комплексный показатель в виде отношения суммарного полезного эффекта от эксплуатации к суммарным затратам на его создание, приобретение, монтаж у потребителя и наладку и т.п.

Его рассчитывают либо как отношение суммарного полезного эффекта, выраженного в натуральных единицах измерения, от эксплуатации машины (или иного изделия) к затратам на ее создание и эксплуатацию за весь срок службы, либо как обратное отношение этих затрат к полезному эффекту.

При использовании комплексного метода оценка уровня качества является числом, поэтому вывод о ее результатах очевиден: оцениваемая продукция признается соответствующей уровню качества, определяемому данной группой аналогов, если:

Kmin?Kon?Kmax (1.6)

где: Kon - комплексный показатель качества оцениваемой продукции; Kmin, Kmax - минимальное и максимальное значение показателя качества аналогов, соответственно.

Если Kon<Kmax, то оцениваемая продукция уступает уровню качества данной группы аналогов, если Kon>Kmax, то она превосходит его.

Дифференциальный и комплексный методы оценки уровня качества продукции не всегда решают поставленные задачи. При оценке сложной продукции, имеющей широкую номенклатуру показателей качества, с помощью дифференциального метода практически невозможно сделать конкретный вывод, а использование только одного комплексного метода не позволяет объективно учесть все значимые свойства оцениваемой продукции.

В этих случаях для оценки уровня качества продукции оценку производят смешанным методом. Сущность и последовательность оценки этим методом заключается в следующем:

1. Единичные показатели качества объединяют в ряд групп, для которых определяют групповой комплексный показатель качества.

Найденные величины групповых комплексных и отдельно выделенных наиболее важных единичных показателей подвергают сравнению с соответствующими значениями базовых показателей, т.е. применяют принципы дифференциального метода.

Согласно ГОСТ 2.116-84 базовым (эталонным) называется образец продукции, соответствующий передовым научно-техническим достижениям в установленном периоде, как в нашей стране, так и в других промышленно развитых странах. СЭУ перспективных судов должна характеризоваться совокупностью реально достижимых значений показателей качества и соответствует передовым научно-техническим достижениям российского и зарубежного судостроения и судового энергетического машиностроения.

При вычислении комплексных показателей в квалиметрии в подавляющем большинстве случаев применяют одну из средневзвешенных формул (арифметическую, геометрическую, гармоническую). При этом считается, что качество может быть определено произведением двух числовых параметров:

· единичного относительного показателя качества;

· коэффициент относительной важности (весовой коэффициент).

Методы определения значения весовых коэффициентов в квалиметрии делятся на следующие три группы:

· экспертные - методы, в которых для определения значений большинства числовых характеристик применяют знания экспертов;

· неэкспертные (аналитические) - методы, в которых преимущественно не привлекаются эксперты, за исключением построения дерева свойств объекта;

· смешанные - это методы, в которых значение некоторой части числовых характеристик объекта определяется экспертным методом, а остальные из них - аналитически.

В настоящее время наиболее распространенным является метод экспертной оценки качества.

1. Формирование группы аналогов и установление значений их показателей. Все включаемые в группу аналоги и оцениваемая продукция должны быть идентичны по назначению и области применения, т.е. должны иметь одинаковые значения классификационных показателей.

2. Выделение базовых образцов из группы аналогов. В качестве базовых образцов выделяют лучшие из группы аналогов на основе метода попарного сопоставления последовательно всех аналогов по значениям оценочных показателей. В результате попарного сопоставления аналогов остаются аналоги, каждый из которых не уступает ни одному из оставшихся по совокупности оценочных показателей. Оставшиеся аналоги и являются базовыми образцами.

4.Сопоставление оцениваемого образца с базовыми, осуществляемое поэтапно. На первом этапе проверяют соответствие продукции и значений ее показателей международным стандартам, включая ограничения по показателям безопасности, экологии и т.п.; стандартам, техническим условиям и другим действующим нормативным документам на продукцию.

На втором этапе сопоставляют оцениваемую продукцию с каждым базовым образцом по значениям оценочных показателей на основе метода попарного сопоставления. При этом сопоставление может привести к одному из следующих результатов:

· оцениваемая продукция уступает базовому образцу, если она уступает ему хотя бы по одному из показателей;

· оцениваемая продукция превосходит базовый образец, если она превосходит его хотя бы по одному показателю, не уступая ему ни по одному из оставшихся показателей;

· оцениваемая продукция равноценна базовому образцу, если значения всех ее показателей совпадают со значениями показателей базового образца.

Оценке научно-технического уровня, качества и конкурентоспособности должны быть подвергнуты все технически сложные судовые системы, существенно влияющие как на эффективность, так и безопасность водного транспорта. Однако, чем больше технических систем используется в экономике, и сложнее их структура, тем труднее проведение экспертных оценок. Поэтому экспертиза качества по ГОСТ 2.116-84 тысяч возможных вариантов судового оборудования, которые производятся только в России на десятках предприятиях, с постоянно меняющимся техническим характеристикам, в реальной практике проектирования СЭУ не проводится.

Если для уникальных, например строительных объектов, экспертные методы ещё могут быть успешно применены, то для оценки судов и судового оборудования они крайне непрактичны, так как обладают следующими недостатками:

- отсутствием дифференциации показателей, характеризующих технический уровень, качество и конкурентоспособность;

- субъективностью выбора эталона исследуемого объекта;

- субъективностью значений весовых коэффициентов единичных показателей качества объекта;

- высокой трудоёмкостью и стоимостью проведения оценки и обработки её результатов.

В результате в настоящее время используется так называемый метод прецедента, когда выбор варианта комплектования осуществляется на основе сложившихся традиций использования того, или иного оборудования хорошо известных проектировщику СЭУ производителей.

С целью повышения объективности и снижения трудоемкости оценки качества судового теплоэнергетического оборудования их показатели, приведенные в ГОСТ целесообразно разделить на три иерархических уровня, определяющих:

· технический уровень;

· качество (технический уровень + ряд дополнительных технических показателей);

· конкурентоспособность (качество + ряд дополнительных технико-экономических, патенто-правовых и организационно-управленческих показателей).

Получив иерархическую структуру показателей судового теплоэнергетического оборудования, необходимо сформировать критерии для оценки их технического уровня и качества продукции, для чего целесообразно воспользоваться методами теории подобия и анализа размерностей. Очевидно, что несколько типов судового оборудования, предназначенного для выполнения одинаковых функции, построенные на одних и тех же физических принципах, будут иметь одинаковые по структуре критерии подобия.

При этом теория подобия позволяет получить критерии при наличии дифференциальных уравнений, описывающих тот или иной процесс. При их же отсутствии следует воспользоваться методами анализа размерностей, которые служат для построения безразмерных показателей (критериев), позволяющих определить количественные различия сравниваемых сложных технических систем. При использовании метода размерностей следует, в первую очередь, выявить параметры, наиболее полно определяющие качества рассматриваемого объекта, и построить из них независимые безразмерные комбинации. Тогда искомая физическая величина будет определяться не формулами типа (1.1-1.5), а произведением какой-либо безразмерной комбинации параметров - критериальным уравнением.

Под критериальным уравнением понимается совокупность зависимостей, позволяющих в обобщённой форме оценить наиболее существенные свойства судового теплоэнергетического оборудования и протекающие в нём процессы.

На основании критериального уравнения может быть комплексный показатель качества - безразмерная совокупность относительных технических параметров продукции, характеризующих совместно с техническим уровнем, степень ее соответствия требованиям потребителя.

Комплексный показатель качества может быть определен по формуле (1.7).

(1.7)

где - критериальное уравнение оценки технического уровня судового судового теплоэнергетического оборудования ;

- показатель i-го свойства оцениваемого судового теплоэнергетического оборудования ;

- коэффициент весомости показателя ;

n - число учитываемых свойств;

- комплексный показатель качества.

На основании приведённого выше анализа в рамках настоящей РГР будет произведена оценка технического уровня и качества судов и судового теплоэнергетического оборудования смешанным методом, с использованием в т.ч. комплексных показателей качества.

2. Выбор судов, для оценки технического уровня и качества

Поскольку, объектом выпускной квалификационной работы будет выступать аварийно-спасательное судно пр. MPSV07, в рамках настоящей РГР будет выполняться оценка технического уровня и качества аварийно-спасательных судов.

Рассмотрим ряд современных аварийно-спасательных судов, близких по своим технико-эксплуатационным характеристикам с проектом MPSV07 (таблица 1):

Таблица 1 - Основные характеристики рассматриваемых судов

№	Параметр	Пр. MPSV07	Пр. NB 508 «БАЛТИКА»	Пр. MPSV06
1	Длина макс., м	73,0	76,4	86,0
2	Ширина макс., м	16,6	20,5	19,1
3	Высота борта на миделе, м	6,7	9,0	8,5
4	Осадка КВЛ, макс	5,1	6,3	6,0
5	Тяговое усилие на швартовах, т	70	75	97
6	Дедвейт, макс., т	1180	1150	1371
7	Водоизмещение, т	3634	4350	5831
8	Автономность:, сут.	20	20	30
9	Мощность ГДГ, кВт	4 x 1370	3 х 3060	2х3500
10	Экипаж/ спецперсонал , чел:	20 / 12	24 / 12	22/12
11	Скорость, узлы	15	14	15
12	Класс РС	КМ?Arc5AUT1-ICS OMBO FF3WS DYNPOS-2 EPP Salvage ship	KM ? Icebreaker6, [1], AUT1-ICS, OMBO, F3WS, EPP, DYNPOS-1, ECO-S, Oil recovery ship (>60°C), Salvage ship, Tug, HELIDECK	КМ ? Icebreaker 6 [2] AUT1-ICS OMBO FF2WS DYNPOS-2 EPP Salvage ship

Общий вид рассматриваемых судов представлен на рисунках 1, 2, 3.



Рис. 1 - Судно пр. MPSV07

Рис. 2 - Судно пр. NB 508 «БАЛТИКА»

Рис. 3 - Судно пр. MPSV06

По своему функциональному назначению, указанные суда относительно схожи. Среди выполняемых ими операций можно перечислить:

1. Патрулирование и аварийно-спасательное дежурство районов плавания;

2. Оказание судам технической поддержки и помощи;

3. Поиск и оказание помощи терпящим бедствие судам;

4. Поиск, спасение, эвакуация и размещение людей, оказание им медицинской помощи;

5. Буксировка аварийных судов и объектов к месту убежищ;

6. Оказание помощи в тушении пожаров на плавучих и береговых объектах, доступных для подхода с моря;

7. Выполнение подводно-технических работ;

8. Ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов и пр.

Вместе с тем, рассматриваемые суда имеют ряд существенных отличий. Так, суда пр. NB 508 «БАЛТИКА» и MPSV06 являются полноценными ледоколами, с связи с этим, их энерговооруженность существенно выше, по сравнению с пр. MPSV07. Кроме того пр. NB 508 «БАЛТИКА» и MPSV06 оснащены вертолётными площадками, расширяющими их возможности, в т.ч. и при проведении спасательных операций. Кроме того, следует учитывать оснащение судна специальным оборудованием (грузоподъёмными устройствами, водолазными комплексами, устройствами по сбору нефтепродуктов). Все эти факторы могут быть учтены только при выполнении экспертной оценки проектов, что ещё раз подтверждает целесообразность комплексной, многосторонней оценки технического уровня и качества объектов.

3. Анализ и выбор основных технических и технико-экономических показателей выбранных судов, определяющих их технический уровень и качество

Рассмотрим основные характеристики представленных судов, на основании которых можно провести анализ их технического уровня и качества и сформировать критерии оценки.

Технический уровень судна как инженерного сооружения заданного назначения в установленных условиях эксплуатации, в значимой мере определяют эксплуатационные ходкость, энерговооруженность, материалоемкость, грузоподъемность и грузовместимость, приспособленность грузовым операциям, проходимость и надежность.

Важной характеристикой судовых энергетических установок является автономность судна, под которой понимается суммарная продолжительность ходовых и стояночных режимов работы, обеспечиваемая запасами топлива, масла и технической воды. Перечисленные эксплуатационно-технические свойства характеризуются целым рядом частных показателей:

- удельными грузоподъемностью и грузовместимостью;

- коэффициентами утилизации, лючности, неравномерности размещения трюмов;

- удельным сопротивлением;

- пропульсивным КПД и др.

Наравне с самостоятельным значением этих показателей вставляет практический интерес и определенное их сочетание в виде единого эксплуатационно-технического показателя, характеризующего технический уровень судна.

Каждая из таких безразмерных характеристик является критерием подобия, который при постоянных значениях может приобретать любые значения без влияния на другие стороны явления. Это позволяет не только характеризовать свойства судна или предварительно назначить их, но и оценивать многие особенности явления независимо от его масштаба.

Применительно к аварийно-спасательным судам, наиболее важными параметрами являются энерговооружённость, скорость хода, тяговое усилие на швартовых и автономность.

Энерговооружённость и скорость хода судна, возможно, оценить с использованием показателя транспортной эффективности L0:

где: G - грузоподъемность ,т (в данном случае - дедвейт, величина, равная сумме масс переменных грузов судна, то есть сумма массы полезного груза, перевозимого судном, массы топлива, масла, технической и питьевой воды, массы пассажиров с багажом, экипажа и продовольствия.);

v - скорость, км/ч;

Ne - мощность энергетической установки судна, кВт.

Тяговое на швартовых рассматриваемых судов можно сопоставить путем дифференциального метода оценки, используя следующую формулу:

qТi= Тi/Тmax

где: qТi - относительный показатель качества по тяговому усилию; Тi - тяговое усилие рассматриваемого судна, т; Тmax - максимальное тяговое из группы рассматриваемых судов, т.

Автономность рассматриваемых судов можно сопоставить путем дифференциального метода оценки, используя следующую формулу:

qАi= Ai/Amax

где: qАi - относительный показатель качества по автономности; Ai - автономность рассматриваемого судна; Amax - максимальная автономность из группы рассматриваемых судов.

Тогда комплексный показатель качества аварийно-спасательных судов можно представить в виде следующего выражения:

Расчет показателей технического уровня и качества судов

Расчёт произведём в табличной форме (таблица 2):

Таблица 2 - Расчёт показателей технического уровня и качества аварийно-спасательных судов

№	Параметр	Пр. MPSV07	Пр. NB 508 «БАЛТИКА»	Пр. MPSV06
1	Показатель транспортной эффективности, L0i	5,98	3,25	5,44
2	Относительный показатель качества по тяговому усилию, qАi	0,72	0,77	1,0
3	Относительный показатель качества по автономности, qАi	0,67	0,67	1,0
4	Комплексный показатель качества аварийно-спасательных судов, QАПСi	2,88	1,67	5,44

На основании результатов, представленных в таблице 2, видно, что существенное различие в показателях технического уровня и качества рассмотренных аварийно-спасательных судов. Наилучшие показатели имеет судно пр. MPSV06. Вместе с тем, как уже говорилось в разделе 2, не следует полностью опираться на результаты, полученные методом критериальной оценки, основанном на применении комплексного показателя качества, поскольку он не может в полной мере учесть все конструктивные и эксплуатационные характеристики судов, определяемые их назначением, районом эксплуатации и их оснащенностью. В любом случае требуется комплексный подход к решению указанной задачи.

4. Выбор отечественных или зарубежных судовых дизельных двигателей, для рассматриваемого проекта судна

Выполненный в разделе 4 анализ показал, что лучший комплексный показатель уровня технической эффективности и качества, основанный на ряде отобранных технико-эксплуатационных параметров, среди рассмотренных судов имеет судно пр. MPSV06.

Однако, поскольку выпускная квалификационная работа будет посвящена судну пр. MPSV07, в данном разделе произведём выбор ряда отечественных и зарубежных судовых дизельных двигателей, наилучшим образом удовлетворяющих требованиям указанного проекта.

Рассматриваемое судно является электроходом и оснащено четырьмя главными дизель-генераторами (ГДГ) мощностью по 1370 кВт каждый. В качестве приводных двигателей для указанных ГДГ целесообразно использовать среднеоборотные двигатели (СОД) , обладающие большим ресурсом и лучшей топливной эффективностью, по сравнению с высокооборотными, более компактными, но менее надёжными и экономичными.

Рассмотрим ряд судовых современных СОД, с подходящей для рассматриваемого проекта мощностью (таблица 3).

Таблица 3 - Основные характеристики ряда современных СОД

Параметр	Заводское обозначение Wartsila 8L20 8ЧН20/28	Заводское обозначение MAN 7L21/31 7ЧН21/31	Заводское обозначение Daihatsu 6DEM-23 6ЧН23/32	Заводское обозначение Коломенский завод Д49 12ЧН26/26
Номинальная мощность Ne (по ИСО), кВт	1370	1405	1450	1470
Номинальная частота вращения коленчатого вала n, мин-1	1000	1000	900	1000
Число цилиндров i	8	7	6	12
Диаметр цилиндра D, мм	200	210	230	260
Ход поршня S, мм	280	310	320	260
Габариты, мм:
длина, L	4011	4580	3160	5400
ширина, B	1713	1695	1050	2015
высота, H	2000	3000	1970	2972
Сухая масса двигателя с маховиком Мдв, кг	11000	17500	15000	17500
Удельный эффективный расход топлива ge (по ИСО), г/кВт-ч	196	195	195	196
Удельный расход масла gм, г/кВт-ч	0,5	0,8	1	1,2
Коэффициент пересчет токсичности продуктов сгорания масла на на токсичность топлива, См	10	10	10	10
Удельные средневзвешенные выбросы токсичных компонентов с отработавшими газами на режиме номинальной мощности, г/кВт-ч:
Оксиды азота,	9,5	10	10	11
Предельные значения	11,30	11,30	11,54	11,30
Весовой коэффициент	15,30	15,30	15,30	15,30
Оксид углерода,	2,9	2,9	2,95	3,4
Предельные значения	3,5	3,5	3,5	3,5
Весовой коэффициент	1	1	1	1
Углеводороды,	0,5	0,5	0,6	0,6
Предельные значения	1	1	1	1
Весовой коэффициент	11,5	11,5	11,5	11,5
Сажа, согласно ГОСТ Р 51250-99	0,1	0,1	0,1	0,1
Предельные значения	0,2	0,2	0,2	0,2
Весовой коэффициент	1	1	1	1
Назначенный ресурс, тыс. часов
непрерывной работы T0	2	2	2	3
до 1-й переборки T1	12	12	12	12
до капитального ремонта T2	48	60	50	55
до списания T3	90	110	100	110

5. Анализ и выбор основных технических и технико-экономических показателей выбранных двигателей, определяющих их технический уровень и качество

Технико-эксплуатационные данные рассматриваемых ДВС, приведённые в таблице 3, могут быть использованы для расчёта удельных показателей, характеризующих работу дизеля, представленных в таблице 4.

Таблица 4 - Удельные показатели рассматриваемых ДВС

Удельные технические характеристики	Заводское обозначение Wartsila 8L20 8ЧН20/28	Заводское обозначение MAN 7L21/31 7ЧН21/31	Заводское обозначение Daihatsu 6DEM-23 6ЧН23/32	Заводское обозначение Коломенский завод Д49 12ЧН26/26
Отношение S/D	1,40	1,48	1,39	1,00
Среднее эффективное давление Ре, МПа	2,33	2,24	2,42	1,06
Средняя скорость поршня Сm, м/с	9,33	10,33	9,60	8,67
Форсировка дизеля СmРе, МПа*м/с	21,79	23,16	23,25	9,22
Цилиндровая мощность Nц, кВт/ц	171,25	200,71	241,67	122,50
Поршневая мощность, кВт/дм2	54,54	57,98	58,20	23,08
Литровая масса, кг/л	15,64	23,30	18,81	10,57
Габаритная мощность, кВт/м3	99,70	60,33	221,83	45,46
Стандартная удельная масса (с маховиком), кг/кВт	8,03	12,46	10,34	11,90

Указанные параметры послужат основой для расчета отдельных критериев и формирования критериального уравнения технического уровня судового дизеля.

Очевидно, что в состав критериального уравнения, характеризующего технический уровень судовых дизелей, должен входить эффективный КПД - безразмерный комплекс, характеризующий тепловое и механическое совершенство двигателя:

где - низшая теплота сгорания топлива;

- удельный эффективный расход топлива.

Коэффициент технического уровня, формируемый с учетом суммарного теплового эффекта от сгорания топлива и масла, может быть определен по формуле:

где - низшая теплота сгорания масла;

- удельный расход моторного масла на угар.

Более полно, учет влияния топливной и масляной экономичности на степень совершенства двигателя может быть учтена с помощью параметра

где - безразмерный коэффициент, равный отношению цен масла и топлива, применяемых в двигателе.

Степень совершенства двигателя наряду с экономичностью характеризуют параметры, отражающие выброс токсичных компонентов с его отработавшими газами, что, в свою очередь, определяется физико-химическими свойствами топлива, масла и качеством рабочего процесса.

Влияние токсичности отработавших газов на технический уровень может быть определено с помощью безразмерного параметра, представляющего отношение удельного расхода токсичных компонентов к удельному эффективному расходу топлива и масла:

где - удельный средневзвешенный выброс токсичного компонента i с отработавшими газами на режиме номинальной мощности;

n - число компонентов, учитываемых при анализе токсичности.

В этом показателе токсичность оксида углерода, углеводородов приводится к токсичности оксидов азота с использованием значений их предельно допустимых концентраций (ПДК).

В результате получается безразмерный параметр, характеризующий топливную, масляную экономичность и учитывающий влияние токсичности отработавших газов на энергоэкологический уровень совершенства дизеля:



Кроме того, для оценки эффективности принятых при проектировании ДВС конструктивных решений используется плотность компоновки - безразмерный параметр равный отношению суммарного рабочего объема двигателя к его габаритному объему:

где D и S - соответственно диаметр цилиндра и ход поршня;

i - число цилиндров;

L, B и H - соответственно длина, ширина и высота остова двигателя с маховиком, но без учета навешенных агрегатов.

Наряду с энергоэкологическим показателем эффективности и плотностью компоновки в состав критериального уравнения должны входить параметры, характеризующие его степень форсированности, безотказности и долговечности.

К числу наиболее употребительных параметров форсированности относится произведение средней скорости поршня на среднее эффективное давление , деленное на коэффициент тактности (=1 или 2 соответственно для 2-х и 4-х тактных дизелей).

Важнейшим показателем двигателя является его масса , значение которой в значительной степени определяет трудоемкость изготовления и монтажа двигателя, его ресурсные показатели.

Безотказность и долговечность двигателя определяется следующими показателями: величиной установленной безотказной наработки T1, назначенными ресурсами до капитального ремонта T2 и списания T3.

В результате получается безразмерный комплекс, характеризующий степень форсированности, массу, безотказность и долговечность двигателя:

В связи с тем, что сопоставительный анализ технического уровня целесообразно проводить для однотипных дизелей, в безразмерном комплексе не будем учитывать показатель тактности.

Показатель транспортабельности дизеля отдельно учитывать нецелесообразно, так он косвенно учитывается с помощью плотности компоновки и массы двигателя, входящий в критерий .

В результате критериальное уравнение технического уровня примет вид:

где коэффициенты отражают нелинейную связь технического уровня дизеля (неравнозначности отдельных свойств) с перечисленными выше критериями.

Значения этих коэффициентов в настоящее время может быть определено только путем научно-технической экспертизы, поэтому на стадии отработки методики оценки примем значения этих коэффициентов равными 1.

Для более удобного анализа технического уровня прологарифмированные значения полученного критерия:

или его упрощенные варианты, не учитывающие соответственно расход масла на угар, токсичность отработавших газов, а также плотность компоновки:

Таким образом, с помощью важнейших показателей получены критерии и критериальное уравнение, характеризующее технический уровень ДВС.

6. Расчет показателей технического уровня и качества дизельных двигателей и выбор наиболее перспективного варианта

На основании принципов, изложенных в разделе 6, была проведена комплексная оценка технического уровня и качества рассматриваемых судовых дизелей, результаты которой приведены в таблице 5.

Таблица 5 - Результаты комплексной оценки технического уровня и качества рассматриваемых ДВС

	Заводское обозначение Wartsila 8L20 8ЧН20/28	Заводское обозначение MAN 7L21/31 7ЧН21/31	Заводское обозначение Daihatsu 6DEM-23 6ЧН23/32	Заводское обозначение Коломенский завод Д49 12ЧН26/26
Критерии для оценки технического уровня судовых дизелей
Эффективный КПД, е	0,430	0,432	0,432	0,430
Технический уровень (полный эффективный КПД)	0,429	0,431	0,430	0,428
Экологическая эффективность	1,011	1,008	1,009	1,003
Энерго-экологическая эффективность	0,434	0,435	0,434	0,429
Плотность компоновки	0,0051	0,0032	0,0122	0,0051
Удельная материалоемкость	0,17	0,21	0,21	0,22
Удельная энергонасыщенность	5978	4817	4833	4620
Критерий Штайгенберга	6,79	4,65	5,63	1,94
Критерий Балакина-Косяка	0,0060	0,0067	0,0065	0,0083
Форсированность и долговечность двигателя	102679	104825	92995	38258
Количество наилучших оценок	5	3	2	1
Критериальные уравнения для оценки технического уровня судовых дизелей
Технический уровень TL1	228	147	493	84
Технический уровень TL2	226	146	490	84
Технический уровень TL3	44559	45546	40399	16419
Среднее значение критериальных оценок	15004	15280	13794	5529
Количество максимальных оценок	0	2	2	0
Бальные оценки технического уровня судовых дизелей
T1	5,43	4,99	6,20	4,43
T2	5,42	4,98	6,20	4,43
T3	4,65	4,66	4,61	4,22
Среднее значение критериальных оценок	5,17	4,88	5,67	4,36
Количество максимальных оценок	1	1	3	0

В результате анализа результатов, приведённых в таблице 5, установлено, что наилучшим вариантом двигателя для рассматриваемого судна, на основании использования комплексной оценки технического уровня и качества является двигатель Daihatsu 6DEM-23 (6ЧН23/32).

Заключение

Оценка технического уровня и качества рассмотренных в РГР аварийно-спасательных судов, показала преимущество судна пр. MPSV06 по отношению к двум другим судам по ряду выбранных параметров.

По результатам анализа и определения технического уровня ряда среднеоборотных двигателей, наиболее высокую комплексную оценку технического уровня и качества получил двигатель Daihatsu 6DEM-23 (6ЧН23/32).

Литература

1. Безюков О.К. Критерий для оценки научно-технического уровня судовых дизелей//Тр. международного научно-технического семинара «Исследования, проектирование и эксплуатация судовых ДВС // СПб, Изд-во «ПаркКом», 2006, с .16-19.

3. Богданов Б.В., Слуцкий А.В., Шмаков М.Г., Васильев К.А., Соркин Д.Х. Буксирные суда [http://esparus.com/buksirnye-suda/].

4. Бордуков В.Т., Федышин В.И., Михайлов Л.И. Проблемы сопоставимости параметров при сравнительной оценке отечественных и зарубежных дизелей//Двигателестроение, 1998, № 7, С. 37-41.

5. Бриджмен П.В. Анализ размерностей. М, Наука, 2001, - 148 с.

6. Бронников А.В. Морские транспортные суда. Основы проектирования.

Размещено на Allbest.ru

...