Розглянуто у навчально-методичному посібнику особливості конструкції корабельних дизелів, теоретичні аспекти робочого циклу дизельного двигуна з урахуванням дійсних умов протікання процесів в двигуні й особливості газообміну. Наведено залежності для визначення основних параметрів, індикаторних і ефективних показників робочого циклу. Представлено аналіз впливу експлуатаційних факторів на заряд повітря в циліндрі, процеси сумішоутворення, згоряння палива та газообміну. Розглянуто напрямки підвищення економічності дизельних двигунів. Наведено методики розрахунку робочого циклу та газообміну дизельного двигуна, алгоритм побудови розрахункової індикаторної діаграми. Надано приклад розрахунку робочого циклу та газообміну 4-х тактного дизельного двигуна. Призначено навчально-методичний посібник для курсантів інституту ВМС, які навчаються за спеціальністю: 255 Озброєння та військова техніка та спеціалізацією: Корабельні енергетичні установки при вивченні наступних дисциплін "Термогідродинамічні процеси", "Корабельні двигуни внутрішнього згоряння", також під час виконання курсової роботи з навчальної дисципліни “Термогідродинамічні процеси” та курсового проекту з навчальної дисципліни "Корабельні двигуии внутрішнього згоряння".

Обговорено методологічні аспекти дослідження методами математичного моделювання процесів у суднових енергетичних установках із термохімічною обробкою палива. Розглянуто результати дослідження фізико-хімічних процесів у структурно-функціональних блоках, що моделюють одиничні ланки термодинамічного циклу. Поєднання блоків зв'язками у вигляді матеріальних та енергетичних потоків надає можливість моделювання повної схеми математичної моделі енергомодуля. У зв'язку з різноманіттям і складністю процесів у комбінованому дизель-газотурбінному енергетичного комплексу з термохімічною системою обробки палива при моделюванні характеристики енергетичного обладнання визначались окремо з подальшим зрощуванням отриманих результатів і поєднанням моделей зв'язками у вигляді матеріальних та енергетичних потоків. Математичні моделі газотурбінного двигуна, контуру утилізації, блоку термохімічної обробки палива створено за допомогою системи моделювання фізико-хімічних процесів Aspen Plus. Робочі процеси в ДВЗ змодельовано за допомогою програмного комплексу CHEMKIN. Доведено, що універсальні математичні моделі теплових двигунів, які входять до складу енергомодуля з термохімічною обробкою палива, потребують налаштування на обрані базові характеристики. Тому математичні моделі структурно-функціональних блоків і груп блоків (ГТД та ін.) містять алгоритми налаштування моделей при їх верифікації за цільовими функціями. Запропоновані алгоритми забезпечують верифікацію розроблених математичних моделей за показниками існуючих або перспективних газотурбінних двигунів і ДВЗ. Вказані алгоритми надають можливості коректного налаштування параметрів устаткування дизельгазотурбінних енергетичних комплексів із термохімічною обробкою палива. Математична модель робочого циклу ДВЗ на базі програмного комплексу CHEMKIN забезпечує можливість проводити первинну оцінку ефективності енергоперетворення у робочому циліндрі. Результати оцінки адекватності математичної моделі робочого циклу ДВЗ на базі програмного комплексу CHEMKIN показали задовільне узгодження отриманих результатів з експериментальними даними. Максимальна середньоквадратична похибка розрахункових даних, отриманих на базі моделі, знаходиться у межах 8,5 %.

З розвитком науково-технічного прогресу виконання багатьох технологічних операцій на суднах автоматизується. Весь комплекс завдань управління технологічними комплексами і технічними процесами, такими як стабілізація частоти обертання колінчастого валу суднового дизеля, підтримання напруги і частоти генератора на заданому рівні, стабілізація рівня і температури води в котлах, стабілізація судна на заданому курсі вирішується на базі обчислювальної техніки. Методи і алгоритми управління судном, експлуатації головних дизельних двигунів (ГДД), реалізовані в існуючих комплексах засобів автоматизації, забезпечують автоматичне керування режимами роботи ГДД. Для запобігання перевантажувальних режимів роботи ГДД та вироблення рекомендацій для прийняття рішень для зниження залежності показників тепломеханічного навантаження від зовнішніх факторів експлуатації обгрунтований та експериментально підтверджений спосіб обмеження впливу зовнішніх умов на теплову і механічну напруженість головних двигунів. Підтверджено гіпотезу про обмеження теплової та механічної напруженості головного двигуна шляхом зміни опору обертання гребного гвинта реалізацією струминного впливу на лопаті. На підставі отриманих результатів можна стверджувати, що додаткова струминна подача води на лопаті гребного гвинта дозволяє виключити перевантаження головних двигунів за параметрами теплової та механічної навантаження в широкому діапазоні режимів роботи судна. Можливість збільшення ступеня завантаження головних двигунів при змінних умовах плавання незалежно від впливу зовнішніх факторів експлуатації сприяє раціональному використанню номінальної потужності, що позитивно вплине на собівартість морських перевезень та забезпечить безаварійну роботу судна.

Застосування вібродатчика разом із датчиком тиску газів у робочому циліндрі розширює можливості діагностики двигунів і компресорів у різних сферах експлуатації: морських дизелів, поршневих компресорів холодильних установок та авіаційних двигунів при їх випробуваннях на спеціальних стендах. Відомо, що експлуатаційні дефекти паливної апаратури високого тиску та механізму газорозподілу виявляються на індикаторних діаграмах P(V), P(deg) робочих циліндрів, змінюючи їх форму та значення основних параметрів робочого процесу: максимального тиску згоряння Pmax, тиску кінця стиснення Pcomp, середнього індикаторного тиску IMEP та інших. Однак відомо також, що деякі дефекти можуть мати однаковий вплив. Наприклад, пізній кут впорскування та знос паливної апаратури практично однаково спотворює індикаторну діаграму та значення параметрів. Причиною зниження компресії в циліндрах і зниження Pcomp можуть бути як знос втулки або поломка кілець, так і нещільність закриття або дефект клапанів газорозподілу. У багатьох випадках вплив дефектів може бути не явним. Існує також велика кількість некритичних дефектів або дефектів на ранніх стадіях, які практично не змінюють основні параметри та форму індикаторних діаграм. Пряме безпосереднє вимірювання тиску впорскування або ходу голки форсунки, а також діаграм переміщення клапанів газорозподілу, як це робиться в умовах дизельної лабораторії морського університету, надало б можливість точно визначити та усунути дефекти. Однак, під час експлуатації неможливо проводити безпосередні вимірювання тиску впорскування палива, фаз паливоподачі та газорозподілу морських двигунів, використовуючи існуючі методи, які реалізовані в переносних діагностичних системах. Альтернативою прямим вимірам є застосування вібродатчика. За допомогою вібродатчика на магнітній платформі можна визначити фази підйому та посадки голки форсунки, початку подачі та відсікання палива паливним насосом високого тиску, початок і кінець циркуляції підігрітого важкого палива у паливній системі, фази закриття та, в деяких випадках, відкриття клапанів газорозподілу, частоту та амплітуду коливань при роботі впускних і випускних клапанів поршневого компресора холодильних установок, а також фазу та характер упорскування циліндрового масла. Така інформація може бути отримана безпосередньо під час експлуатації або випробування двигунів і компресорів за допомогою магнітного вібродатчика, що входить до складу сучасних діагностичних систем.

Викладено методику розрахунку робочих процесів дво- і чотиритактних дизелів з газотурбінним наддувом, яка дозволяє аналізувати експлуатаційні показники суднових дизелів, оптимізувати конструктивні та регулювальні параметри дизелів, а також розраховувати обмежувальні характеристики дизелів за показниками теплової напруженості. Надано рекомендації щодо вибору вихідних даних для розрахунку. Представлено приклад розрахунку головного суднового дизеля.

Звернено увагу на підвищення ефективності використання вторинних енергетичних ресурсів та зменшення викидів токсичних компонентів відпрацьованих газів шляхом раціональної організації процесів енергоперетворення в термоакустичних системах утилізації теплових викидів суднових енергетичних установок. Результатом проведених досліджень є науково обґрунтовані принципи створення термоакустичних систем утилізації низькопотенційних теплових викидів суднових енергетичних установок, які забезпечують отримання додаткової механічної роботи та електричної енергії, що сприяє скороченню споживання палив та зменшує емісію шкідливих для довкілля речовин. Наукове значення отриманих результатів полягає в отриманні нових знань відносно раціональних методів підвищення ефективності послідовних процесів перетворення низькопотенційної скидної теплоти в акустичну енергію і далі в механічну роботу Практична цінність досліджень полягає в розробці рекомендації для створення. термоакустичних систем енергозбереження для судновій енергетики, промисловості та кліматичних систем.

Дисертація присвячена вирішенню важливого науково-прикладного за¬вдання - підвищенню ефективності експлуатації суднових дизелів за рахунок забезпечення безперервного контролю робочих процесів із застосуванням нової методики і її реалізації шляхом використання комбінованих вимірювальних пе¬ретворювачів на основі конструктивних елементів паливної апаратури. Виділений найбільш інформативний параметр процесу впорскування па¬лива - тиск у насосі високого тиску. Для реєстрації запропонований новий ме¬тод - застосування комбінованого вимірювального перетворювача на основі елемента кріплення ПНВТ. Проведено розрахунок метрологічних параметрів перетворювача, виконано його конструктивне пророблення, компонування ви¬мірювальної системи. Розробка реалізована в умовах безмоторного стенда. У результаті експериментальних досліджень показана в порівнянні з базо¬вим методом реєстрації гарна збіжність запису тиску обома способами. Розроблено програмний комплекс для частотного аналізу метрологічних даних вимірювальної системи зі спеціалізованим інтерфейсом для експеримен¬тальних даних. Виконано порівняльний амплітудно-частотний аналіз реєстрації тиску па¬лива. При стійкому впорскуванні амплітудно-частотні характеристики базового й експериментального датчиків відрізняються незначно.Для аналізу параметрів паливоподачі використовується метод гідродинамічного розрахунку проф. Ю. Я. Фоміна. Визначено граничні умови для системи суднового середньообертного ди¬зеля. Як приклад виконане імітаційне моделювання при зміні ефективного пе¬ретину розпилювача в діапазоні від 0,6 до 1,6 від номінального значення.

Індекс рубрикатора НБУВ: О455.54

Рубрики:

Суднові дизелі (двигуни з самозайманням). Суднове дизелебудування

Шифр НБУВ: Ж24320 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Наведено структуру, складові компоненти та принципи роботи систем управління судновими інтелектуальними двигунами. Увагу приділено паливним системам суднових інтелектуальних двигунів внутрішнього згоряння, інтелектуальним системам діагностики й автоматичного налаштування суднових двигунів. Детально розглянуто роботу, методи, основні підходи до налаштування судновх дискретних регуляторів. Надано данні про ієрархічні системи управління та цифрові дискретні регулятори, які реалізовано на промислових контролерах, що дозволяє їх широко використовувати у контурах автоматичного керування температурою, тиском, в'язкістю та іншими параметрами різноманітних технологічних процесів. Акцентовано увагу, що цифрові регулятори встановлюються в суднових системах підготовки та подачі палива, охолодження головних і допоміжних двигунів та ін. Визначено параметри об'єктів керування. Посібник призначено для курсантів і студентів вищих морських навчальних закладів спеціальності 271 "Річковий та морський транспорт" спеціалізації 271.02 'Управління судновими технічними системами і комплексами".

Проблема поточного моніторингу стану двигуна внутрішнього згоряння є особливо актуальною для водного транспорту. Зазвичай у комплексних системах моніторингу стану циліндро-поршневої групи (ЦПГ) вантажних суден використовують ряд індикаторних показників, таких як: температура, тиск, вібрація. Для маломірних суден така складна система з інтегрованими датчиками є надлишковою. Мета дослідження - розробка системи вібромоніторингу стану ДВЗ маломірних суден (ММС) на базі відкритої апаратної платформи Arduino Uno з передачею даних до хмарного сховища. Розроблено схему підключення та програмне забезпечення для системи вібромонівторингу ДВЗ ММС. Теоретичний базис розробленої системи заснований на методиці FFT-аналізу на базі швидкого перетворення Фур'є. Розроблена конструкція базується на мікросхемі Arduino Uno. Передача даних відбувається за допомогою Wi-Fi модуля ESP8266 для виведення в реальному часі та зберіганні в Google-таблиці. Вибір такої системи обумовлено як потребою в існуванні системи поточного відображення індикаторних параметрів із встановленням характеру неполадок та сигналізації критичних режимів роботи, так і потребою в накопиченні наукових даних для досліджень режиму експлуатації двигуна, що стане корисним для науковців і проектувальників ДВЗ ММС. Установлено, що використання модульної системи Arduino надасть можливість у широких межах варіювати властивості системи вібромоніторингу за допомогою використання датчиків різних типів (KY-038 і LM393). Удосконалено метод передачі даних системи вібромоніторингу на програмному рівні, шляхом застосування програмних блоків із трьох open-source проектів на базі Arduino. Розроблена схема може бути розвинена для використання на автотранспорті, а також моніторингу двигунів інших типів. Це може стати базою для накопичення даних, що надасть змогу більш точно діагностувати відхилення в роботі ДВЗ ММС на основі спільної статистики, а не виключно даних від одного двигуна, як в подібних системах для вантажних суден.

Мета дослідження - встановлення можливостей зниження чутливості приводу паливного насоса високого тиску (ПНВТ) суднового дизеля до похибок виготовлення та монтажу деталей за рахунок ліквідації надлишкових зв'язків у його механізмі. Проаналізовано структуру механізму приводу ПНВТ дизеля МаК М43, за рахунок чого встановлено, що внаслідок недосконалості конструкції приводу, а саме наявності в його механізмі надлишкових зв'язків, за присутності перекосу осей ролика та паливного кулака виникає концентрація навантаження біля краю підшипникової втулки ролика, що стає причиною її руйнування. Надлишкові зв'язки унеможливлюють самоустановку ролика по кулачку, а відтак рівномірний розподіл навантаження по довжині підшипникової втулки. В результаті структурного аналізу механізму приводу ПНВТ показано, що він містить два надлишкових зв'язки, які обидва розташовані в контурі, що обмежений важелем, роликом та паливним кулаком і являють собою обмеження поворотів навколо осей X та Y. Виключення надлишкових зв'язків забезпечується додаванням двох рухомостей у зазначений контур, чого можна досягти наданням поверхні катання ролика бочкоподібної форми (варіант I), або сполученням важеля з блоком дизеля за рахунок сферичної опори (варіант II). Показано, що раціональним вибором співвідношення радіусів ролика та його бочкоподібної поверхні катання можна досягти допустимих значень контактних напружень в парі "паливний кулак-ролик", що ілюструє резерви застосування варіанту I для застосування на двигунах, що знаходяться в експлуатації. Варіант II має резерв для використання при створенні нових конструкцій дизелів, оскільки потребує значної зміни конструкції важеля та його опори. Запропоновано напрямки подальших досліджень.

Зниження температури продувного повітря відбувається в охолоджувачі повітря. З часом його продуктивність падає через забруднення елементів теплообміну. Це призводить до зниження потужності дизельного двигуна. Відома процедура очищення повітроохолоджувача не забезпечує повного очищення теплообмінних елементів, особливо у важкодоступних місцях, а ручне механічне очищення є трудомістким і вимагає зупинки двигуна на тривалий час. Отже, підвищення ефективності і зниження трудомісткості очищення охолоджувача повітря є актуальним завданням. З метою зменшення вказаних недоліків запропоновано модернізувати систему очищення охолоджувача повітря у такий спосіб, щоб розпилювальні пристрої було встановлено додатково з обох боків охолоджувального елемента, тобто у місцях найбільшого забруднення охолоджувача. Підвищення температури продувного повітря призводить до зменшення потужності двигуна, збільшення витрати палива і накопичення відкладень у випускному колекторі і газоході, що може викликати пожежу. Враховуючи необхідність регулярних чисток охолоджувального елемента, серійна система є трудомісткою. Крім очищення через розпилювачі, вона передбачає систематичне розбирання охолоджувача і ручне очищення елементів. Запропонована модернізація дозволяє підвищити ефективність очищення охоложувача продувного повітря дизельного двигуна завдяки встановленню додаткових розпилювачів мийної рідини біля бокових поверхонь охолоджувального елемента. Модернізація не складна і її впровадження можливе на діючих суднах силами машинної команди при довгостроковій зупинці судна для технічного обслуговування і проведення ремонту. Рішення є універсальним і може бути запроваджене на суднах з двигунами, що мають газотурбінний наддув з охолодженням продувного повітря. Застосування модернізованої системи дозволить також зменшити трудомісткість очищення охолоджувальних елементів повітроохолоджувача завдяки відмові від ручного механічного очищення важкодоступних поверхонь охолодження.

Розглянутий метод полягає в аналізі віброакустичного сигналу (ВАС), який генерується компресором газотурбонагнітача (ГТН) під час роботи дизеля під навантаженням. Спектральний аналіз показує, що лопатки компресора генерують коливання, які завжди присутні в спектрі загальної вібрації ГТН незалежно від його технічного стану. Відповідна цим коливанням "лопаткова" гармоніка в спектрі визначається за допомогою методу обмежень. Розрахована миттєва частота обертання ротора ГТН надає можливість проаналізувати амплітуду основної гармоніки в спектрі. Для числового аналізу амплітуди основної гармоніки усувається витік потужності дискретного спектра. Подальший аналіз амплітуди основної гармоніки надає можливість оперативно оцінити рівень вібрації ротора під час експлуатації. Першу частину експерименту було проведено на судновому головному дизелі 5S60MC за частоти обертання колінчастого валу 85 об/хв. Проведено запис та аналіз ВАС турбонагнітача TCA 66-20072. Аналіз показав можливість високоточного знаходження головної частоти обертання та відносної амплітуди коливань валу турбонагнітача. Другу частину експерименту проведено на дослідному стенді, який базується на двигуні КамАЗ-740.10 з оригінальною системою наддуву. Як агрегат наддуву використовується турбокомпресор типу ТКР-11. У результаті експерименту доведено, що метод діагностування роботи турбокомпресора, що базується на аналізі ВАС, може бути поширений і на турбокомпресори високообертових двигунів. При цьому в спектрі вимірюваного сигналу присутні яскраво виражені частоти, які надають можливість точно визначити частоту обертання колінчастого валу, а вимірювання сигналу ззовні компресора, близько до його корпусу, надає можливість так само точно отримати всі необхідні діагностичні ознаки, як і при вимірюванні сигналу безпосередньо на вході в колесо компресора. Метод може бути використаний на практиці. Для його реалізації досить смартфона та комп'ютера зі спеціальним програмним забезпеченням. Запропонований метод може бути закладений в основу системи постійного моніторингу частоти та рівня вібрації газотурбонагнітача морського дизеля.

Індекс рубрикатора НБУВ: О455.54

Рубрики:

Суднові дизелі (двигуни з самозайманням). Суднове дизелебудування

Шифр НБУВ: Ж24320 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Представлено загальну характеристику суднових енергетичних установок на базі двигунів внутрішнього згоряння, проаналізовано шляхи підвищення їх ефективності та екологічності. Доведено перспективність використання термохімічних й воднево-металогідридних технологій щодо підвищення паливо-економічних та екологічних показників за рахунок більш раціонального використання енергії палива. Наведено відомості про експериментальні стенди, системи вимірювання та реєстрації результатів. Експериментально досліджено та оброблено з використанням авторських комп'ютерних програм характеристики зміни індикаторних та екологічних показників двигуна та установки з системою утилізації. Наведено характеристики робочих процесів в елементах утилізаційних металогідридних установок. Представлено варіанти реалізації концепції термохімічних технологій в енергетичних установках різного цільового призначення. Розглянуто особливості роботи та шляхи підвищення ефективності енергетичних установок з системами утилізації. Визначено особливості використання синтез-газу у якості основного палива або як добавку. Проаналізовано перспективи подальшого розвитку та оцінено ефективність реалізації концепції створення суднових енергетичних установок на базі термохімічних технологій. Проаналізовано варіанти реалізації, особливості роботи та шляхи підвищення ефективності воднево-металогідридних технологій утилізації тепла. Розглянуто особливості їх роботи. Проаналізовано перспективи їх подальшого розвитку.

Співставлено традиційну методику розрахунку параметрів електричного руху морських суден в допоміжно-аварійних режимах при малих швидкостях судна з іншою, спрощеною через те, що вона не потребує використання великої кількості діаграм для визначення опору руху судна. Але за спрощеною методикою для розглянутого прикладу - контейнеровозу місткістю 16 тис. контейнерів з потужністю головного двигуна 61776 кВт, синхронною машиною потужністю до 6 МВт в режимі двигуна та трьома дизель-генераторами з електричною потужністю по 3187 кВт - отримано потужність на 39 % більше, що збігається з власним досвідом експлуатації судна в режимах з електричним рухом, навантаження дизель- генераторів в цьому режимі на судні близько до 70 %, що й отримано за розрахунками. Таким чином, при модернізації рушійної установки або при проектуванні нових суден доцільно порівняти результати двох розрахунків потужності дизель-генераторів на межі мінімально-стійких обертів головного двигуна та обрати більший з результатів. Порівняння питомих та абсолютних витрат палива, здійснених на базі відомих апроксимаційних поліномів для низько- і високошвидкісних дизелів при допоміжно-аварійному русі показує, що при русі від високошвидкісних дизель-генераторів МАК8М32С витрати палива зменшуються на 24 %, ніж при забезпеченні мінімально стійких обертів головного двигуна 12 RTflex-96C компанії WARTSILA-SULZER. Тому використання електричного руху дозволяє зберегти моторесурс головного двигуна, зменшити витрати палива. Таке співвідношення спостерігається на більшості морських транспортних суден. А враховуючи, що дизель-генератори працюють майже з оптимальним навантаженням, а головний двигун - на холостому ходу, електричний рух забезпечує суттєве зменшення шкідливих викидів в атмосферу. Останнє дійсно і для судна, де синхронний двигун розташований позаду головного двигуна, хоча витрати палива в цьому випадку збільшуються на 32 %.

Наведено вирішення актуального наукового завдання аналітичної синхронізації даних моніторингу робочого процесу транспортних дизелів в умовах експлуатації, яке базується на алгоритмі визначення положення верхньої мертвої точки (ВМТ) поршня шляхом аналізу часових діаграм тиску газів у робочому циліндрі без використання апаратних датчиків. Показано вплив точності визначення положення ВМТ на розрахунок середнього індикаторного тиску й індикаторної потужності. Розроблено метод аналітичної синхронізації, що базується на алгоритмі визначення координати ВМТ, який використовує три етапи: лінійний, синусоїдальний і модель рівності нулю першої похідної від тиску при стисненні. Це, у свою чергу, забезпечує розрахунок індикаторної потужності й основних параметрів робочого процесу з максимальною відносною похибкою до 2,5 %.

Розглянуто особливості конструкції, експлуатації та автоматизованого управління двигунів WinGD типу RT- flex/X з електронним управлінням. Викладено аспекти експлуатації та автоматичного регулювання суднових дизельних установок. Вміщено довідник з основних конструктивних показників двигунів WinGD типу RT-flex/X з електронним управлінням. Окреслено переваги двигуна WinGD типу RT-flex/X, зокрема, зниження емісії випускних газів, робота при малій частоті обертання та можливість налаштування витрати палива.

Рассмотрены особенности конструкции, эксплуатации и автоматизированного управления двигателей WinGD типа RТ-flех/X с электронным управлением. Описана работа при малой частоте вращения и возможность настройки расхода топлива. Очерчены особенности эксплуатации и автоматического регулирования судовых дизельных установок. Приведены справочные данные по основным конструктивным показателям двигателей WinGD типа RТ-flех/X с электронным управлением.

Індекс рубрикатора НБУВ: О455.54-082н63

Рубрики:

Суднові дизелі (двигуни з самозайманням). Суднове дизелебудування

Шифр НБУВ: Ж24839 Пошук видання у каталогах НБУВ