автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.05, диссертация на тему:Исследование и разработка мероприятий, повышающих эффективность турбонаддува судовых среднеоборотных дизелей

На правах рукописи

МЕНЗИЛОВА МАРИНА ГЕННАДЬЕВНА

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ, ПОВЫШАЮЩИХ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТУРБОНАДДУВА СУДОВЫХ СРЕДНЕОБОРОТНЫХ ДИЗЕЛЕЙ

Специальность: 05.08.05 - Судовые энеогетические установки и их элементы (главные и вспомогательные)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск 2006

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта»

Научный руководитель: кандидат технических наук, профессор

Лрабьян Левон Карапетович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Ноздренко Геннадий Васильевич

кандидат технических наук Сибриков Дмитрий Александрович

Ведущая организация: ОАО «Сибречпроект»

Защита состоится 22.12.2006 г. в 12-00 (в ауд.227) на заседании диссертационного совета Д 223.008.01 при ФГОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта» по адресу: 630099 Новосибирск, ул. Щетинкина, 33. Тел/факс (383) ' 222-49-76. E-mail: ngavt@ngs.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта»

Автореферат разослан 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Тонышев В.Ф.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Опыт эксплуатации дизелей показал, что турбокомпрессоры, используемые на судах речного флота, отличаются недолговечным периодом эффективной работы. Во время навигации судно приходится останавливать, производить разборку турбокомпрессора, чистку лопаток турбины от нагара и чистку компрессорной части от отложений.

Разборка, чистка, а также замена вышедших из строя турбокомпрессоров во время навигации связана с необходимостью вывода судна из эксплуатации, что повышает себестоимость перевозок. Поэтому разработка относительно дешевых мероприятий по увеличению срока эффективной службы турбокомпрессоров является актуальной научно-технической задачей.

Цель м задачи данной диссертационной работы - повышение технико-экономических показателей работы СДВС за счет разработки и внедрения специальных методов обработки и нанесения защитных покрытий на рабочие поверхности турбокомпрессора. Методы отличаются относительной просто гон в осуществлении, эффективностью в действии и относительно низкой стоимостью.

Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:

1. Провести экспериментальные исследования влияния качества обработки поверхности колеса турбины и колеса компрессора на износостойкость турбокомпрессора и подверженность ремонту.

2. Установить рациональные требования к шероховатости поверхности рабочих лопаток турбокомпрессора.

3. Провести экспериментальные исследования выбора наиболее оптимального способа повышения качества рабочих поверхностей турбокомпрессора.

4. Установить расчетно-экспериментальные режимы виброабразивной и гидроабразивной обработки лопаток турбокомпрессора.

5. Провести экспериментальное исследование защитных покрытии рабочих поверхностей турбины и компрессорной части турбокомпрессора.

6. Провести расчетно-экспериментальные исследования влияния состояния рабочих поверхностей на КПД турбокомпрессора и эффективность дизеля.

Методы исследования. Поставленные в работе цели достигаются как теоретическими, так и экспериментальными методами. Проведены экспериментальные исследования поверхностей образцов и деталей турбокомпрессора после внброабразивной и гидроабразивной обработки, оптимизированы процессы виброабразивной и гидроабразивной обработки. Произведена математическая обработка полученных результатов,

спроектированы экспериментальные установки. Проведены

экспериментальные исследования параметров наддува модернизированного и серийного турбокомпрессора в лаборатории СДВС НГАВТ и на судне Речной-14 проекта 908 ОАО «Новосибирский речной порт», обработка результатов проведена с использованием программного пакета MathCAD.

К новым научным результатам работы можно отнести:

- новые технологические методы повышения качества поверхности рабочих колес турбины и компрессора;

- экспериментальные исследования виброабразивной обработки колес турбины и компрессора;

- исследование процесса струйной гидроабразивной обработки рабочих поверхностей турбокомпрессора;

- применение новых защитных покрытий турбинной и компрессорной часIей турбокомпрессора:

- расчетные и экспериментальные данные по исследованию влияния шероховатости поверхности и толщины слоя отложений на КПД турбокомпрессора и эффективность дизеля.

Достоверность полученных результатов теоретических исследований подтверждена их удовлетворительной сходимостью с опытными данными. Достоверность результатов экспериментальных исследований определена посредством использования современной измерительной аппаратуры и неоднократным повторением наиболее важных опытов. В целом достоверность рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждена результатами производственных испытаний.

Практическая ценность работы заключается в том, что внедрение ее результатов в производство даст значительный экономический эффект за счет повышения КПД турбокомпрессора, мощности дизеля и снижения расхода топлива.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и были одобрены на конференциях профессорско-преподавательского состава НГАВТ 2003-2006 г.г. и были доложены на Новосибирской межвузовской научной конференции «Интеллектуальный потенциал Сибири» в 2005 г. Результаты исследований легли в основу технологической инструкции «Капитальный ремонт |>рбокомпрессоров среднеоборотных .судовых дизелей. Повышение надежности и эффективности хромированием газовой турбины и ншламированнем компрессорной части» № ТОС - 06.13.33.01, согласованной с Западно-Сибирским филиалом Российского Речного Регистра.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 7 печатных работ, в том числе - 1 в издании ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов по работе, списка использованных литературных источников, насчитывающего 95 наименований, и приложения. Работа наложена па 112 страницах, включающих 54 рисунка, 21 таблицу.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введсппи обоснована актуальность темы диссертации и сформированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе на основе анализа литературных источников осуществлена постановка задач исследования.

Показано, что турбокомпрессоры СДВС подвержены интенсивному износу и повреждениям.

Установлены основные причины выхода из строя колеса турбины и компрессора.

Наиболее распространенным повреждением . турбокомпрессора является поломка рабочих лопаток газовой турбины. Изготовление, ремонт лопаток п контроль их состояния должны проводиться на высоком техническом уровне. Шероховатость поверхности рабочих лопаток должна быть не ниже Ка = 0,32 - 0,16 мкм, при этом на поверхности лопаток не допускается наличие рисок, подрезов, раковин и других дефектов, являющихся первопричинами появления усталостных трещин.

При эксплуатации судовых дизелей происходит интенсивное загрязнение компрессорной части турбокомпрессора. Наибольшие отложения наблюдаются в диффузоре, где их толщина через 1000-2000 ч эксплуатации может достигнуть 1,5-2 мм. Отложения в диффузоре имеют вид черной липкой массы, состоящей главным образом из масла и продуктов его полимеризации. Поверхность отложений характеризуется значительной шероховатостью.

Снижение КПД компрессора происходит в результате роста потерь на трение (влияние шероховатости отложений), перераспределения скоростей движения газа и отклонения от расчетных значений углов атаки. Снижение КПД компрессора происходит практически пропорционально росту относительной шероховатости.

Поскольку рост отложений и шероховатости происходят одновременно в турбинной и компрессорной частях, то КПД турбокомпрессора падает на 30 %.

В результате ухудшается мощностная характеристика дизеля, растет удельный расход топлива, увеличивается температура отработавших газов, происходят перебои в работе дизеля вследствие загрязнения выпускной части сажистыми отложениями из-за неполного сгорания топлива.

В работе представлены закономерности изменения шероховатости поверхности от технологической (полученной деталями турбокомпрессора при изготовлении и ремонте) до эксплуатационной. Выполнен анализ влияния шероховатости поверхности турбокомпрессора на его эксплуатационные свойства.

Показано, что одним из прогрессивных методов обработки лопаток турбины и компрессора являются операции виброабразивной и гидроабразивной обработки.

В завершение анализа сформулированы основные задачи исследования.

Вторая глава посвящена повышению эффективности турбонаддува за счет технологических методов.

Апробирована разработанная методика исследования шероховатости поверхности.

13 настоящей работе для исследования технологической шероховатости поверхности деталей турбокомпрессора применен метод слепков (реплик) с последующей обработкой на профилографе-профилометре модели 201.

Эксплуатационная шероховатость анализировалась с помощью стереосннмков рельефа поверхности деталей турбокомпрессора, полученных на основе выпускаемых промышленностью приборов - оптических профпло! рафов.

Приведено описание 'экспериментальных установок и методики проведения экспериментов по повышению эффективности турбонаддува за счет снижения шероховатости поверхности деталей турбокомпрессора посредством виброабразивной обработки, струйной гидроабразивной обработки, хромирования и эпиламирования рабочих поверхностей турбокомпрессора.

Показано, что применение виброабразивной обработки позволяет получить требуемую шероховатость поверхности за время, вдвое меньшее, чем абразивная обработка поверхности без вибрации.

Принципиальная схема опытной виброабразивной установки показана на рисунке 1. Обрабатываемая деталь 5, закрепленная на стержне 6, устанавливается в шпиндель 7 станка I и погружается в контейнер 4, установленный на вибраторе 2 и заполненный рабочей средой 3 требуемой характеристики. Контейнер 4 подвергается вибрации от вибратора 2. Деталь получает вращение от электродвигателя 8 через ременную передачу. От стенок контейнера вибрация передается слоям рабочей среды.

Параметры вибрации:

- амплиту да -0-6 мм:

- частота - 50 Гц;

- мощность вибратора - 1,5 кВт.

Виброабразивная обработка деталей турбокомпрессора ТКР-14 дизеля 6ЧНСГ118/22 производилась с периодическим заполнением жидкой среды, так как в противном случае процесс сопровождается образованием пыли. В качестве жидкой среды применялся водный раствор кальцинированной соды (20 - 30 г/л). Оптимальное соотношение объемов жидкости и обрабатывающей среды (электрокорунд) 1:7.

Виброабразивная обработка происходила в три этапа, каждый этап длился 120 минут, обрабатывающая среда - электрокорунд зернистостью, соответственно, 3,0 - 4,0 мм; 3,0 - 1,8 мм; 1,8 - 1,0 мм.

Исходная шероховатость поверхности колеса турбины ТКР-14 составляла К;1 ~ 5-мкм. После третьего этапа шероховатость поверхности колоса турбины составила ~ 2,5 мкм.

Рисунок 1 — Принципиальная схема опытной виброабразивной установки:

1 - станина станка; 2 - вибратор; 3 - рабочая среда; 4 - контейнер; 5 - обрабатываемая деталь; 6 - стержень; 7 - шпиндель; 8 - привод станка

Так как требуемая шероховатость поверхности не была достигнута, была заменена обрабатывающая среда на окись алюминия (ЛЬО.О + ПГСР-3 (80Мг0,5С-13,5Сг-35гЗВ) с размером зерен 0,35 - 0,5 мм. После виброабразивной обработки в течение 240 минут шероховатость поверхности колоса турбины составила ~ 0,63 мкм.

8

7

ч

Виброабразивная обработка колеса компрессора осуществлялась на этой же установке в течение 4-х часов. В качестве обрабатывающей среды использовались окись алюминия (АЬО,) + ПГСР-3 (80Ы10,5С-13,5Сг351-ЗВ). Исходная шероховатость поверхности колеса компрессора составляла ~ 5 мкм. После виброабразивной обработки шероховатость поверхности колеса компрессора составила Ка ~ 0,63 мкм.

Показано, что для окончательной доводки сложных поверхностей элементов турбокомпрессора, особенно лопаток рабочих колес и направляющих аппаратов, в углах и местах переходов поверхностей разной кривизны целесообразно использовать струйную гидроабразивную обработку.

Струйная гидроабразивная обработка обеспечивает упрочнение обрабатываемой поверхности, вследствие чего повышается усталостная прочность обработанных деталей.

В данной работе при струйной гидроабразивной обработке применялся абразивный материал электрокорунд 24А зернистостью М40 и М20.

Для предварительного этапа струйной гидроабразивной обработки в опытах использовалась суспензия, состоящая из электрокорунда 24А зернистостью М40 (20 %), кальцинированной соды (2 %) и воды (78 %), после которой шероховатость рабочей поверхности лопаток турбокомпрессора составила ~ 0,32 мкм. Для окончательного этана обработки в опытах использовалась суспензия, состоящая из эле ктро корунда 24Л зернистостью М20 (20 %). кальцинированной соды (2 %) и воды (78 %), после которой шероховатость рабочей поверхности лопаток турбокомпрессора составила Ка ~ 0,16 мкм.

Выполненные расчетно-экспериментальные исследования позволили \ сIановп Iь оптимальные режимы гидроабразивной обработки лопаток т \ рбокомпрессора:

- К = 20% - концентрация суспензии;

« - М = 40 мкм или М = 20 мкм - размер абразивных частиц;

- р„= 0.4 МПа - давление воздуха;

- Ь = 100 мм - дистанция от среза сопла до образца;

- у = 45° - угол между осью гпдроабразивной струи и плоскостью образна.

Также была получена эмпирическая зависимость производительности струйной гидроабразивной обработки от основных технологических параметров при С|во, = 11 - 40 г/с; к,,, = 1 - 1,25; М = 20 - 100 мкм; М„ = 1 мкм: К = 0.15 - 0.30; ри = 0,2 - 0.5 МПа; р„ = 0,1 МПа; Ь = 50 - 150 мм; Ц<п = 100 мм: у = 15°- 45°: у0 = 1°, которая имеет следующий вид:

/ , \ '.м и.,1|п —- / \м< / \ -и.» / .ищ -

()*•*,„. К] .Ш (I)

(ю-/'.,; I /-.,„ ; и»;

где в1 - массовый съем металла, г/с;

Сво1 - расход воздуха, г/с (Ово, = 11- 40);

к,,, - коэффициент массового съема, зависящий от марки обрабатываемого материала (кт = 1 — 1,25);

М - размер абразивных частиц, мкм (М = 20; 40; 60; 80; 100); М„ - единичный размер абразивных частиц, мкм (М„ =1); К - концентрация суспензии, (К = 0,15; 0,20; 0,25; 0,30); рп - давление воздуха, МПа (р„ = 0,2; 0,3; 0,4; 0,5); р„ - атмосферное давление, МПа (р0 = 0,1); I. дистанция от среза сопла до образца, мм (Ь = 50; 100; 150); !,,„ оптимальная дистанция от среза сопла до образца, мм (Ц)М = 100); у угол между осью гидроабразивной струи и плоскостью образца, град. (у = 15°; 30"; 45°);

у(, - единичный угол между осью гидроабразнвной струи и плоскостью образца, град. ( / „ = 1°).

Анализ полученной зависимости (1) показал, что массовый съем металла увеличивается с увеличением размеров абразивных частиц, их концентрации в суспензии и давления воздуха на входе в активное сопло.

Исследовано влияние исходной шероховатости на состояние поверхности после струйной гидроабразивной обработки. Эксперименты проводились на образцах из высоколегированной стали 1Х18Н10Т, титана ВТЗ, стали 45 и стали ВСтЗсп с исходной шероховатостью КаиС\ ~ 0,63 - 0,16 мкм..

В результате математической обработки результатов экспериментов получена экспериментальная зависимость для расчета шероховатости поверхности при 1*а исч = 0,32 - 0.16 мкм; М = 20 - 100 мкм; Мп = I мкм; р„ = 0,2 - 0,5 МПа; р„ - 0,1 МПа; Ь = 50 - 150 мм; Ц,,, = 100 мм; у = 15 - 45°; у„ = 1°, которая имеет следующий вид:

tl.S7KI.U-ln ( /- \1>.4К

=4,9-10 2 Л/ ' Р* I "'МИКЬЛ

У_ Уп

(2)

1 Л/(1 ^10-I К

Полученная экспериментальная зависимость (2) шероховатости поверхности от основных технологических параметров обработки позволяет прогнозировать результаты струйной гидроабразивной обработки, а также решать задачу выбора технологических параметров, обеспечивающих максимальную производительность обработки при заданной шероховатости.

Исследовалось нанесение защитных покрытий на рабочие поверхности турбокомпрессора. В начале предусматривалось никелирование турбинной

части турбокомпрессора, но результаты эксперимента были неудовлетворительные, покрытие отличалось неравномерностью отложений никеля. Это происходило из-за того, что процесс нанесения покрытия требует строгого соблюдения условий никелирования. Анализ технологии и реплыатов химического никелирования показал, что для условий судоремонтного производства он неприемлем.

Результаты нанесения хромового покрытия на турбину чдовлетворительные. толщина хромового покрытия составила — 9—12 мкм мри обеспечении прочного сцепления с основой.

Процесс хромирования производился на опытной установке, принципиальная схема, которой показана на рисунке 2.

Рисунок 2 - Принципиальная схема опытной установки хромирования: 1 - станина станка; 2 - емкость, заполненная хромирующим раствором;

3 - исходная емкость; 4 - нагреватель; 5 - термометр; 6 - вентиль; К - катод; 7 - стержень; 8 - шпиндель; 9 - привод станка; 10 - деталь; А - анод; 11 - приемная емкость

Деталь 10 является катодом (К), закрепляется на стержне 7, который устанавливается в шпиндель 8 привода станка 9. и погружаются в емкость 2, заполненную хромирующим раствором и установленную на станине станка

I. В хромирующий раствор, находящийся в емкости 2, устанавливается анод (Л). Хромирующий раствор в емкость 2 поступает из исходной емкости 3. Процесс поступления раствора регулируется вентилем 6. Нужная температура в емкостях поддерживается с помощью нагревателей 4 и контролируется термометрами 5. Отработанный раствор из емкости 2 сливается в приемную емкость 11.

Для повышения износостойкости рабочей поверхности компрессорной части турбокомпрессора (колеса компрессора и диффузора) использовался процесс эпиламироваиия, который способствует отслаиванию нагарообразований с рабочих поверхностей.

При проведении настоящих исследований использовался эпилам Эфрен К марки Н2.

В данном эксперименте применялся метод трехкратного окунания с последующим термостатированием при температуре 100 - 150 °С в течение 1,0 - 1,5 ч. На поверхности образца образовалась пленка толщиной - 10 - 20 нм.

Благодаря тому, что достигнутая, в процессе виброабразивной и гидроабразивной обработки с последующим нанесением защитных покрытий на турбинную и компрессорную части турбокомпрессора, шероховатость поверхности составляла Ra ~ 0,16 мкм, продлился срок службы турбокомпрессора, лопатки в меньшей степени подвергаются износу, не образуются отложения, не происходит снижение КПД компрессора из-за потерь на трение.

Очень важным свойством поверхностей турбокомпрессора (турбинной и компрессорной частей) является способность не адсорбировать частицы и нары нефтепродуктов. В настоящей работе рассматривались эти свойства применительно к компрессорной части турбокомпрессора. В настоящем исследовании определение сцепляемости или «липкости» поверхностей проводилось на характерном по составу и вязкости слое отложений кокса нефтепродуктов и загрязнителей, взятых с реальных дизелей. Приготовленная смесь наносилась на предварительно подготовленные пластины размером 5x50x100 мм из материала компрессорной части турбокомпрессора - алюминиевого сплава AJI9. Пластины полировались до шероховатости поверхности Ra ~ 0,16 мкм, обезжиривались ацетоном, затем наносился состав отложений, на одну партию из 8 образцов без покрытия и на другую партию из 8 образцов с нанесенным эпиламом по выше указанной технологии. Образцы, покрытые коксовыми отложениями, нагревались до температуры 80 - 90 °С и подвергались последовательному наклону на специальном приспособлении (рисунок 3) с фиксированием угла начала стекания смеси. Меньший угол стекания характеризует меньшую силу сцепления. Усредненные данные обработки экспериментов показали, что

необработанные эпиламом образцы имеют угол стекания 18°, а обработанные

- 5.2°. Эти данные однозначно говорят о бесспорном преимуществе эгшламированных поверхностей, что впоследствии доказано результатами эксплуатационных испытаний.

Производилось определение адгезии нагарообразований на турбинную и компрессорную части турбокомпрессора по Г ОСТ 15140-78.

Сущность метода заключается в нанесении на образцы, покрытые натром, решетчатых надрезов и визуальной оценке состояния поверхности по чешрехбальной системе.

Полное или частичное отслаивание нагарообразований более 35 % наблюдалось у образцов покрытых хромом, никелем и эпиламом.

Частичное отслаивание нагарообразований не менее чем на 5 % и не более чем на 35 % поверхности решетки наблюдалось у стальных и алюминиевых образцов без покрытия.

Незначительное отслаивание нагарообразований, не более 5 % поверхности решетки наблюдалось у образцов, обработанных нескосгр\ иным способом с большой шероховатостью поверхности, следоваюльно. на лопатках такого турбокомпрессора будет откладываться нагар, что впоследствии приведет к снижению КПД турбокомпрессора на 20

- 30 гг.

Рисунок 3 - Приспособление для фиксирования угла наклона стекания

смеси:

1 - основа: 2 - шарнир: 3 - упорная планка; 4 - коксовые отложения; 5 - образец: 6 - угловой сектор; 7 - подвижная площадка; 8 - регулировочная гайка

- Третья глава посвящена расчетно-экспериментальным исследованиям влияния состояния рабочих поверхностей турбокомпрессора на КПД турбокомпрессора и эффективность дизеля.

Расчеты производились на ЭВМ по методикам В.Т. Митрохина. Г.Ю. Степанова, 1>.П. Байкова. Для расчетов использовались исходные данные исиьманий турбокомпрессора ТКР-14Н на дизеле 6ЧНСП18/22. проведенные авюром в лаборатории СДВС НГЛВТа.

В расчетах рассматривался модернизированный турбокомпрессор, подвергнутый технологическим воздействиям, описанным в главе 2 (в таблице I обозначен 0), нагар и отложения на лопатках у которого отсутствуют, н стандартный турбокомпрессор (в таблице 1 обозначен I - 5) с различной толщиной нагара и отложений в зависимости от времени наработки.

Сначала рассматривалось влияние шероховатости поверхности лопаток турбины на ее КПД, затем влияние толщины нагара на лопатках турбины на ее КПД и совместное влияние шероховатости поверхности и толщины нагара на лопатках турбины на КПД турбины. Далее рассматривалось влияние шероховатости поверхности лопаток компрессора на его КПД. затем влияние толщины отложений на лопатках компрессора на его КПД и совместное влияние шероховатости поверхности и толщины отложений на лопатках компрессора на КПД компрессора.

Расчет КПД турбокомпрессора производился- в три этапа. Сначала рассматривалось влияние шероховатости поверхности рабочих лопаток турбины и компрессора на КПД турбокомпрессора, затем влияние толщины нагара и отложений на поверхности рабочих лопаток турбины и компрессора на КПД турбокомпрессора и совместное влияние шероховатости поверхности и толщины нагара и отложений на поверхности рабочих лопатках турбины и компрессора на КПД турбокомпрессора. Результаты расчетов представлены в таблице 1 и на рисунках А — 1.

Таблица I - Зависимость КПД турбокомпрессора от шероховатости поверхности, толщины нагара и отложений_

Показатель Варианты расчетов

0 1 2 3 4 5

1 2 3 4 5 6 7

Время наработки, час 0 80 120 200 300 400

Шероховатость поверхности колеса турбины мкм 0,16 1,25 2,5 5 10 20

Толщина нагара на рабочих лопатках турбины, мм 0 0,3 0,5 0,8 1,0 1,6

1 2 3 4 5 6 7

Шероховатость поверхности колеса компрессора Ка. мкм 0,16 0,63 1,25 2,5 5 10

Толщина отложений на рабочих лопатках компрессора, мм 0 0,1 0,3 0,5 0,6 0,8

КПД турбокомпрессора 0,52 0,44 0,41 0,36 0,35 0,32

Шероховатость поверхности рабочих лопаток турбины, жм Рисунок 4 - Зависимость КПД турбокомпрессора от шероховатости поверхности рабочих лопаток турбины

Рисунок 5 - Зависимость КПД турбокомпрессора от шероховатости поверхности рабочих лопаток компрессора

Рисунок 6 - Зависимость КПД турбокомпрессора от толщины наг ара на поверхности рабочих лопаток турбины

Рисунок 7 - Зависимость КПД турбокомпрессора от толщины отложений на поверхности рабочих лопаток компрессора

По результатам, приведенным в таблице I и представленным на рисунках 4-7, можно сделать вывод, что чем' больше значения шероховатости поверхности рабочих лопаток турбины и компрессора и больше толщина нагара и отложений на поверхности рабочих лопаток турбины и компрессора, тем ниже значения КПД турбокомпрессора.

При снижении КПД турбокомпрессора:

- снижается механический КПД из-за увеличения работы насосных ходов;

- повышается температура наддувочного воздуха из-за увеличения потерь в компрессоре:

- снижается коэффициент избытка воздуха из-за уменьшения подачи возду ха компрессором;

увеличивается продолжительность сгорания из-за снижения коэффициента избытка воздуха;

- увеличивается удельный расход топлива.

Эти выводы подтверждены результатами расчетов, проведенных на ЭВМ по методикам В.Т. Митрохина, Г.Ю. Степанова, Б.П. Байкова. Результаты приведены в таблице 2, а на рисунке 8 представлено влияние снижения адиабатного КПД компрессора на удельный расход топлива.

Таблица 2 - Влияние снижения адиабатного КПД компрессора на показатели наддува и эффективность дизеля

Показатель Варианты расчетов

0 1 2 3 4 5

Адиабатный КПД ком прессора 0,85 0,80 0,75 0,70 0,65 0,60

Механический КПД дизеля 0,85 0,83 0,82 0,81 0,80 0,79

Продолжительность диффузионного горения, град. ПКВ 50 55 60 65 70 75

Коэффициент избытка воздуха при сгорании 2.30 2,25 2,20 2,15 2,10 2,05

Удельный расход топлива, г (кВт-ч) 213 217 222 226 230 236

Максимальное давление сгорания. МПа 8,00 7,80 7,55 7,35 7,13 6,97

Температу ра наддувочного воздуха. °С 52 54 56 58 60 63

Из таблицы 2 видно, что у модернизированного турбокомпрессора удельный расход топлива составил 213 г/(кВт ч), т. е. происходит экономия топлива на 3 г/(кВт ч), при номинальном расходе топлива - 216 г/(кВт ч). У стандартного ту рбокомпрессора (варианты 1 — 5), в зависимости от толщины отложений, произошел удельный перерасход топлива: на 1 г/(кВтч), на 6 г (кВт ч). на 10 г/(кВт ч). на 14 г/(кВтч), на 20 г/(кВт ч), соответственно (рисунок 9).

0,6 0.65 0,7 0,75 0,8 0,85

Адиабатный КПД компрессора

Рисунок 8 - Влияние снижения адиабатного КПД компрессора на удельный расход топлива

Рисунок 9 - Влияние снижения адиабатного КПД компрессора на удельный перерасход топлива

Проводились расчетно-экспериментальные исследования влияния состояния поверхности рабочих лопаток турбины и компрессора на КПД

турбокомпрессора. Для этого определялись параметры газообмена и наддува.

Эксперименты проводились автором на дизеле 6ЧНСП18/22 в лаборатории СДВС НГАВТа. На дизель 6ЧНСП18/22 сначала устанавливался модернизированный турбокомпрессор ТКР-14Н, подвергнутый технологическим воздействиям, описанным в главе 2, и проводились измерения параметров дизеля. Затем на дизель 6ЧНСП18/22 устанавливался стандартный турбокомпрессор ТКР-14Н, и проводились измерения параметров дизеля.

Режим работы дизеля устанавливается при следующих нагрузках: 100, 75. 50. 25 процентов от номинальной мощности при его работе по винтовой и нагрузочной характеристикам.

Схема экспериментальной установки представлена на рисунке 10.

Рисунок 10 - Схема экспериментальной установки: • - термопары; ОНВ - охладитель наддувочного воздуха; Ц - циклон;

К - компрессор; Т - турбина; Д — дроссельные шайбы; Р1П| - давление наддува; - температура после воздухоохладителя; Др - разность давлений во впускном и выпускном коллекторах дизеля; Т|, - температура до воздухоохладителя; р() - давление окружающей среды; Т() - температура окружающей среды; ТС2 - температура после турбины; ре2 - давление за турбиной

По данным эксперимента на номинальном режиме работы дизеля 641 ICi 118/22 при установке модернизированного турбокомпрессора ТКР-14И иолу шли следующие результаты:

- 7tk = 1,65 - степень повышения давления в компрессоре;

- Л | = 1,58 - степень понижения давления в турбине;

- Чад к = 0,76 - адиабатный КПД компрессора;

- Чад I = 0,71 - адиабатный КПД турбины;

- 4i тд = 0,48 - общий КПД турбокомпрессора.

По данным эксперимента на номинальном режиме работы дизеля 6ЧНСП18/22 при установке стандартного турбокомпрессора TKP-I4H получили следующие результаты:

- лк = 1,49 - степень повышения давления в компрессоре;

- 7Г| = 1,47 - степень понижения давления в турбине;

- Чад к = 0,68 - адиабатный КПД компрессора;

- Падл = 0,68 - адиабатный КПД турбины;

- Пгтд = 1М4 - общий КПД турбокомпрессора.

По результатам проведенных экспериментов можно отметить, что при установке на дизель 6ЧПСП18/22 модернизированного турбокомпрессора TKP-I4H степень повышения давления в компрессоре значительно выше, чем степень повышения давления в стандартном компрессоре. У модернизированного турбокомпрессора адиабатный КПД компрессора и адиабатный КПД турбины, а, следовательно, и общий КПД турбокомпрессора выше, чем у стандартного турбокомпрессора.

- Четвертая глава посвящена оценке эффективности внедрения результатов исследований.

При эксплуатационных испытаниях модернизированного турбокомпрессора ТКР-14Н с исходной шероховатостью эпиламированной поверхности равной Ra ~ 0,16 мкм отложения нагара образовались после 1.5 тыс. ч. работы. Отложения легко смываются мыльным раствором. По техническим условиям эппламированпя слой эпилама на компрессорной части турбокомпрессора держится 180 суток, т. е. по завершении навигации компрессорная часть при очередном техническом обслуживании разбирается и эпиламированный слой подлежит восстановлению. У стандартных турбокомпрессоров отложения нагара образуются за первые 120 часов работы, имеют прочное сцепление с поверхностью лопаток и удалить его без разборки турбокомпрессора чрезвычайно трудно. Полное техническое обслуживание модернизированного турбокомпрессора, предусмотренное через 250 часов и 500 часов, может быть исключено, а требуется осуществить только техническое обслуживание через 1,5 тыс. ч.

В результате проведенной модернизации турбокомпрессора получили следующие преимущества (из расчета на одно судно за навигацию):

- расход топлива сократился на 25,54 тыс. руб.;

- расчетная экономия затрат на очистку двух турбокомпрессоров при техническом обслуживании через 250 и 500 часов составляет 1,95 тыс. руб.

Затраты на модернизацию окупаются в срок 0,12 года, годовой экономический эффект при этом составляет 26,99 тыс. руб. Ввиду небольшой стоимости модернизации двух турбокомпрессоров (3,33 тыс. руб.), проведение такой модернизации эффективно.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Показана возможность повышения технико-экономических показателей работы СДВС за счет разработки и внедрения специальных меюдов обработки и нанесения защитных покрытий на рабочие поверхности турбокомпрессора. Методы отличаются относительной простотой в осуществлении, эффективностью в действии и относительно низкой стоимостью.

2. Установлены рациональные (от условий эксплуатации) требования к шероховатости поверхности рабочих лопаток турбокомпрессора, позволяющие уменьшить образование нагйра.

* 3. Экспериментально подтверждена целесообразность применения виброабразивной и гпдроабразивной обработки для получения оптимальной шероховатости рабочих поверхностей турбокомпрессора.

4. С использованием расчетно-экспериментальной методики определены оптимальные режимы струйной гидроабразивной обработки и получена эмпирическая формула для расчета шероховатости поверхности в зависимости от основных технологических параметров обработки, что позволяет прогнозировать результаты струйной гидроабразивной обработки, а также решать задачу выбора технологических параметров, обеспечивающих максимальную производительность обработки при заданной шероховатости.

5. Экспериментальные исследования процессов нанесения защитных покрытий на рабочие поверхности деталей турбокомпрессора (хромирование поверхности лопаток турбины и эпиламирование компрессорной части) показали повышение износостойкости деталей турбокомпрессора и снижение нагарообразования.

6. На основе этих исследований установлены зависимости КПД турбокомпрессора от шероховатости поверхности и толщины нагара и отложении на поверхности рабочих лопаток турбины и компрессора.

7. По расчетным данным, у модернизированного турбокомпрессора, подвергнутого технологическим воздействиям, был зафиксирован высокий КПД (0.52). а у дизеля с модернизированным турбокомпрессором -сниженный расход топлива (213 г/(кВт ч)).

8. В результате проведенных экспериментов было установлено, что у модернизированного компрессора, по сравнению со стандартным турбокомпрессором, значительно выше степень повышения давления в компрессоре, степень понижения давления в турбине, адиабатный КПД компрессора, адиабатный КПД турбины и общий КПД турбокомпрессора.

9. В результате проведенной модернизации турбокомпрессора получили следующие преимущества (из расчета на одно судно за навигацию):

- расход топлива сократился на 25,54 тыс. руб.;

- расчетная экономия затрат на очистку двух турбокомпрессоров при техническом обслуживании через 250 и 500*часов составляет 1,95 тыс. руб.

Затраты на модернизацию окупятся в срок 0,12 года, годовой экономический эффект при этом составляет 26,99 тыс. руб. Ввиду небольшой стоимости модернизации двух турбокомпрессоров (3,33 тыс. руб.), проведение такой модернизации эффективно.

К). Модернизированный турбокомпрессор принят к внедрению на судне Речной-14 проекта 908 ОАО «Новосибирский речной порт».

11. Па основании настоящих исследований разработана технологическая инструкция «Капитальный ремонт турбокомпрессоров среднеоборотных судовых дизелей. Повышение надежности и эффективности хромированием газовой турбины и эпиламированием компрессорной части» № TOC - 06.13.33.01, согласованная с .ЗападноСибирским филиалом Российского Речного Регистра.

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Мензилова, М.Г. Повышение эффективности газотурбинного наддува дизелей за счет технологических мероприятий [Текст] / М.Г. Мензилова, Л.К. Арабьян // Трансп. дело России. - 2006. - № 6. - С. 45-46 .

2. Мензилова, М.Г. Повышение надежности турбонагнетателей СДВС [Текст] / М.Г. Мензилова, J1.K. Арабьян // Материалы конференции научно-технических работников вузов и предприятий. / Новосиб. гос. акад. вод. трансп. - Новосибирск, 2003. - Ч. 1С. 88-89.

3. Мензилова, М.Г. Технология повышения эффективности турбокомпрессоров СДВС [Текст] / М.Г. Мензилова, А.В. Чуркина /' Современные проблемы технических наук: сб. тез. докл. Новосиб. межвуз. науч. конф. «Интеллектуальный потенциал Сибири», 18-19 мая 2005 г. ' Новосиб. гос. архнт.-строит. ун-т. - Новосибирск, 2005. - Ч.З. - С. 80-81.

4. Мензилова, М.Г. Повышение эффективности наддува судовых дизелей эпиламированием компрессорной части турбонагнетателей [Текст] / М.Г. Мензилова, Л.К. Арабьян // Науч. пробл. трансп. Сибири и Дальн.

Востока. / Новосиб. гос. акад. вод. трансп. - Новосибирск, 2006. -№ I. - С. 105-107.

5. Мензилова, М.Г. Теоретико-экспериментальные исследования влияния состояния поверхности на КПД турбины и компрессора [Текст] / М.Г. Мензилова, J1.K. Арабьян // Проблемы и тенденции развития транспортного комплекса Сибири: сб. науч. тр. / Новосиб. гос. акад. вод. трансп. - Новосибирск, 2006. - С. 222-227.

6. Мензилова, М.Г. Теоретико-экспериментальные исследования влияния состояния поверхности на КПД турбокомпрессора и эффективность дизеля [Текст] / М.Г. Мензилова, J1.K. Арабьян // Проблемы и тенденции развития транспортного комплекса Сибири: сб. науч. тр. / Новосиб. гос. акад. вод. трансп. - Новосибирск, 2006. - С. 216-221.

7. Мензилова, М.Г. Капитальный ремонт турбокомпрессоров среднеоборотных судовых дизелей. Повышение надежности и эффективности хромированием газовой турбины и эпиламированием компрессорной части [Текст]: технологическая инструкция № TOC — 06.13.33.01. / М.Г. Мензилова, J1.K. Арабьян, В.М. Власов, И.П. Кутиков. -

Новосибирск: Новосиб. гос. акад. вод. трансп., 2006. -30 с. «

Личный вклад в статьях, опубликованных в соавторстве, составляет не менее 50 г<>.

Подписано в печать 4 октября 2006 г. с оригинал макета. Бумага офсетная № 1, формат 60x84 1/16, печать Усл. печ. л. 1.0 тираж 100 экз., заказ № . Бесплатно.

ФГОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта» (ФГОУ ВПО «НГАВТ») 630099 Новосибирск, ул. Щетинкина, 33

Отпечатано в отделе оформления ФГОУ ВПО «НГАВТ»

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ МЕТОДОВ, ПОВЫШАЮЩИХ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТУРБОНАДДУВА ПРИ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ И РЕМОНТЕ ТУРБОКОМПРЕССОРОВ.

1.1 Характерные износы и повреждения турбокомпрессоров судовых дизелей.

1.2 Влияние износов и повреждений на эффективность турбонаддува.

1.3 Влияние шероховатости поверхности на эксплуатационные свойства турбокомпрессоров.

1.4 Технологические методы, повышающие качество поверхности колеса турбины и колеса компрессора.

1.5 Выводы и постановка задач исследования.

ГЛАВА 2 ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТУРБОНАДДУВА

ЗА СЧЕТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МЕРОПРИЯТИЙ.

2.1 Методика определения шероховатости поверхности.

2.2 Повышение качества поверхности рабочих колес турбокомпрессора виброабразивной обработкой.

2.3 Струйная гидроабразивная обработка рабочих поверхностей турбокомпрессора.

2.3.1 Механизм процесса струйной гидроабразивной обработки.

2.3.2 Применяемые материалы и их основные свойства.

2.3.3 Состав суспензии.

2.3.4 Производительность процесса струйной гидроабразивной обработки.

2.3.5 Качество поверхностного слоя после струйной гидроабразивной обработки.

2.3.6 Струйные аппараты, применяемые при гидроабразивной обработке.

2.3.7 Схема экспериментальной установки при струйной гидроабразивной обработке.

2.4 Защитные покрытия рабочих поверхностей турбокомпрессора.

2.4.1 Предварительная обработка деталей перед нанесением покрытий.

2.4.2 Никелирование турбинной части турбокомпрессора.

2.4.3 Хромирование турбинной части турбокомпрессора.

2.4.4 Эпиламирование компрессорной части турбокомпрессора.

2.5 Определение адгезии нагарообразований.

2.6 Основные результаты исследования. Выводы.

ГЛАВА 3 РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ СОСТОЯНИЯ РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТУРБОКОМПРЕССОРА НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ДИЗЕЛЯ.

3.1 Расчетно-экспериментальные исследования влияния состояния поверхности на КПД турбины.

3.2 Расчетно-экспериментальные исследования влияния состояния поверхности на КПД компрессора.

33 Расчетно-экспериментальные исследования влияния состояния поверхности на КПД турбокомпрессора и эффективность дизеля.

3.4 Расчетно-экспериментальные исследования влияния состояния поверхности на КПД турбокомпрессора.

3.4.1 Описание экспериментальной >становки.

3.4.2 Методика проведения эксперимента.

3.4.3 Расчет КПД турбокомпрессора по экспериментальным данным.

3.5 Основные результаты исследования. Выводы.

ГЛАВА 4 ЭФФЕКТИВНОСТЬ И РЕЗУЛЬТАТЫ ВНЕДРЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1 Затраты на внедрение мероприятий по повышению эффективности турбонаддува.

4.2 Экономия топлива за счет повышения качества рабочих поверхностей турбокомпрессора.

4.3 Оценка эффективности модернизации турбокомпрессора и результаты опытного внедрения исследований.

4.4 Основные результаты исследования. Выводы.

Газотурбинный наддув является одним из наиболее эффективных способов увеличения мощности и экономичности дизелей.

Наддув осуществляется турбокомпрессорами. В настоящее время на судах речного флота наиболее часто встречающиеся турбокомпрессоры -турбокомпрессоры ТКР-14Н. Поэтому все работы, направленные на модернизацию данных турбокомпрессоров, несомненно, являются актуальными.

На основе анализа литературных источников и результатов эксплуатации судовых среднеоборотных дизелей в бассейнах Сибири установлено, что турбинное и компрессорное колеса турбокомпрессора наиболее подвержены износам и повреждениям. В то же время известно, что экономические и мощностные параметры дизеля зависят о г качества обработки поверхности этих лопаточных машин.

Исследованиям закономерностей изнашивания судовых деталей и их абразивной обработке были посвящены работы Российских и зарубежных ученых Л.И. Погодаева, Н.Ф. Голубева, П.А. Шевченко, У.А. Икрамова, А.Е. Проволоцкого, В.А. Шманева, W. Gesell.

Исследованиям повышения эффективности судовых дизелей, в том числе повышению эффективности наддува были посвящены работы Российских и зарубежных ученых О.Н. Лебедева, Д.Д. Матиевского, Л.А. Шеромова, Г.С. Юра, С.А. Калашникова, В.Ф. Кита, I.H. Johnstona.

Цель и задачи данной диссертационной работы - повышение технико-экономических показателей работы СДВС за счет разработки и внедрения специальных методов обработки и нанесения защитных покрытий на рабочие поверхности турбокомпрессора.

Методы исследования. Проведены экспериментальные исследования поверхностей образцов и деталей турбокомпрессора после виброабразивной и гидроабразивной обработки, оптимизированы процессы виброабрашвной и гидроабразивной обработки. Произведена математическая обработка полученных результатов, спроектированы экспериментальные установки. Проведены экспериментальные исследования параметров наддува модернизированного и серийного турбокомпрессора в лаборатории СДВС НГАВТ и на судне Речной-14 проекта 908 ОАО «Новосибирский речной порт», обработка результатов проведена с использованием программного пакета MathCAD.

К новым научным результатам работы можно отнести:

- новые технологические методы повышения качества поверхносш рабочих колес турбины и компрессора;

- экспериментальные исследования виброабразивной обработки колес турбины и компрессора;

- исследование процесса струйной гидроабразивной обработки рабочих поверхностей турбокомпрессора;

- применение новых защитных покрытий турбинной и компрессорной частей турбокомпрессора;

- расчетные и экспериментальные данные по исследованию влияния шероховатости поверхности и толщины слоя отложений на КПД турбокомпрессора и эффективность дизеля.

Практическая ценность работы заключается в том, что внедрение ее результатов в производство даст значительный экономический эффект за счет повышения КПД турбокомпрессора, мощности дизеля и снижения расхода топлива.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и были одобрены на конференциях профессорско-преподавательского состава НГАВТ 2003 - 2006 г.г. и были доложены на Новосибирской межвузовской научной конференции «Интеллектуальный потенциал Сибири» в 2005 г. Результаты исследований легли в основу технологической инструкции «Капитальный ремонт турбокомпрессоров среднеоборотных судовых дизелей. Повышение надежности и эффективности хромированием газовой турбины и эпиламированием компрессорной части» ТОС - 06.13.33.01, согласованной с Западно-Сибирским филиалом Российского Речного Регистра.

В соответствии с содержанием работы к защите представляется следующее:

1 Результаты экспериментального исследования влияния качества обработки поверхности колеса турбины и колеса компрессора на износостойкость турбокомпрессора и подверженность ремонту.

2 Рациональные требования к шероховатости поверхности рабочих лопаток турбокомпрессора.

3 Результаты экспериментального исследования выбора наиболее оптимального способа повышения качества рабочих поверхностей турбокомпрессора.

4 Расчегно-экспериментальные режимы виброабра швной и гидроабразивной обработки лопаток турбокомпрессора.

5 Экспериментальное исследование защитных покрытий рабочих поверхностей турбины и компрессорной части турбокомпрессора.

6 Расчетно-эксперименгальные исследования влияния состояния рабочих поверхностей на КПД турбокомпрессора и эффективность дизеля.

7 Эффективность и результаты внедрения исследования.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 7 печатных работ, в том числе - 1 в издании ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов по работе, списка использованных литературных источников, насчитывающего 95 наименований и приложения. Работа изложена на 112 страницах, включающих 54 рисунка и 21 таблицу.

4.4 ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. ВЫВОДЫ

1 При эксплуатационных испытаниях модернизированного турбокомпрессора ТКР - 14Н с исходной шероховатостью эпиламированной поверхности Ra = 0,16 мкм отложения нагара образовались после 1,5 тыс. ч. работы. Причем, отложения легко смываются мыльным раствором, ввиду высокой чистоты исходной поверхности без разборки турбокомпрессора и вывода судна из эксплуатации. По техническим условиям эгшламирования этот слой на компрессорной части турбокомпрессора держится 180 суток, т е. по завершении навигации компрессорная часть при очередном техническом обслуживании разбирается и эпиламированный слой подлежи i восстановлению. У стандартных турбокомпрессоров отложения нагара образуются за первые 120 часов работы, имеют хорошее сцепление с поверхностью лопаток и удалить его без разбора турбокомпрессора чрезвычайно сложно.

2 Техническое обслуживание модернизированною турбокомпрессора, предусмотренное при ТО № 1 через 250 часов и ТО № 2 через 500 часов может быть исключено.

3 В результате проведенной модернизации турбокомпрессора получили следующие преимущества (из расчета на одно судно за навигацию)

- расход топлива сократился на ДЭ^ = 25,54 тыс. руб.;

- отпала необходимость в дополнительных затратах на очистку турбокомпрессора, расчетная экономия затрат на очистку двух турбокомпрессоров при ТО № 1 и ТО № 2 составляет 32 = 1,95 тыс. руб.;

- затраты на модернизацию окупятся в срок U = 0,12 года;

- годовой экономический эффект составляет Эим = 26,99 тыс. руб.

4 Ввиду небольшой стоимости модернизации двух турбокомпрессоров (KMou.p,i = 3,33 тыс. руб.), проведение такой модернизации эффективно.

99

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1 Показана возможность повышения технико-экономических показателей работы СДВС за счет разработки и внедрения специальных методов обработки и нанесения защитных покрытий на рабочие поверхности турбокомпрессора. Методы отличаются относительной простотой в осуществлении, эффективностью в действии и относительно низкой стоимостью.

2 Установлены рациональные (от условий эксплуатации) требования к шероховатости поверхности рабочих лопаток турбокомпрессора, позволяющие уменьшить образование нагара.

3 Экспериментально подтверждена целесообразность применения виброабразивной и гилроабразивной обработки для получения оптимальной шероховатости рабочих поверхностей турбокомпрессора.

4 С использованием расчетно-экспериментальной методики определены оптимальные режимы струйной гидроабразивной обработки и получена эмпирическая формула для расчета шероховатости поверхности в зависимости 01 основных технологических параметров обработки, что позволяет ripoi позировать результаты струйной гидроабразивной обработки, а также решать задачу выбора технологических параметров, обеспечивающих максимальную производительность обработки при заданной шероховатости.

5 Экспериментальные исследования процессов нанесения защитных покрьпий на рабочие поверхности деталей турбокомпрессора (хромирование поверхности лопаток турбины и эпиламирование компрессорной части) показали повышение износостойкости деталей турбокомпрессора и снижение нагарообразования.

6 На основе этих исследований установлены зависимости КПД турбокомпрессора от шероховатости поверхности и толщины нагара и 01:южений на поверхности рабочих лопаток турбины и компрессора.

7 По расчетным данным, у модернизированного турбокомпрессора, подвергнутого технологическим воздействиям, был зафиксирован высокий КПД (0,52), а у дизеля с модернизированным турбокомпрессором - сниженный расход топлива (213 г/(кВт-ч)).

8 В результате проведенных экспериментов было установлено, что у модернизированного компрессора, по сравнению со стандартным турбокомпрессором, значительно выше степень повышения давления в компрессоре, степень понижения давления в турбине, адиабатный КПД компрессора, адиабатный КПД турбины и общий КПД турбокомпрессора.

9 В результате проведенной модернизации турбокомпрессора получили следующие преимущества (из расчета на одно судно за навигацию):

- расход топлива сократился на 25,54 тыс. руб.;

- расчетная экономия затрат на очистку двух турбокомпрессоров при 1ехническом обслуживании через 250 и 500 часов составляет 1,95 тыс. руб

Затраты на модернизацию окупятся в срок 0,12 года, годовой экономический эффект при этом составляет 26,99 тыс. руб. Ввиду небольшой стоимости модернизации двух турбокомпрессоров (3,33 тыс. руб.), проведение такой модернизации эффективно.

10 Модернизированный турбокомпрессор принят к внедрению на судне Речной-14 проекта 908 ОАО «Новосибирский речной порт».

11 На основании настоящих исследований разработана технологическая инструкция «Капитальный ремонт турбокомпрессоров среднеоборотных судовых дизелей. Повышение надежности и эффективности хромированием газовой турбины и эпиламированием компрессорной части» № ТОС -06.13.33.01, согласованная с Западно-Сибирским филиалом Российского Речного Регистра.

1. Байцов, В.Г. Технологические методы повышения прочности и долговечности Текст. / В.Г. Байцов, А.О. Чернявский. М.: Машиностроение, 2005.-128 с.

2. Верете, А.Г. Ремонт судовых турбинных установок Текст. / А.Г. Верете. Л.: Водтрансиздат, 1954. - 239 с.

3. Вирченко, М.А. Коррозионная усталостносгь рабочих лопаток Текст. / М.А. Вирченко, Е.В. Левченко, Б.А. Аркадьев, В.П. Косяк, Ю.Я. Кач>ринер // Теплоэнергетика. 1997. - № 6. - С. 32-36.

4. Виттенберг, Ю.Р. Шероховатость поверхности и методы ее оценки Текст. / Ю.Р. Виттенберг. М.: Судостроение, 1971. - 107 с.

5. Временная методика определения эффективности научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ на речном транспорте Текст. М.: Транспорт, 1978. - 180 с.

6. Ганцевич, И.Б. Природа и механизм действия эпиламов Текст. / И.Б. Ганцевич, Ф.В. Лях //Трение и износ. 1992. -№ 3. - С. 550-553.

7. Гарбар, И.И. Природа и механизм действия эпиламов при трении. 1. Влияние эпиламирования на структуру и поверхностную энержю металла Текст. / И.И. Гарбар, А.С. Кисель, Н.А. Рябинин, Е.В. Сапгир // Грение и износ. 1990. - № 5. - С. 792-800.

8. Гарбар, И.И. Природа и механизм действия эпиламов при трении. 2. Триботехнические характеристики эпиламированных материалов Текст. / И.И. Гарбар, А.С. Кисель, Н.А. Рябинин, Е.В. Сапгир // Трение и износ. 1990. - № 6.-С. 987-995.

9. Гарбер, М.И. Прогрессивные методы подготовки поверхности Текст.: учеб. пособие для заоч. курсов повышения квалификации НТР по покрытиям и поверхностному упрочнению деталей в машиностроении / М.И. Гарбер. М.: Машиностроение, 1990. - 60 с.

10. Горбунова, К.М. Физико-химические основы процесса химического никелирования Текст. / К.М. Горбунова, А.А. Никифорова. М.: Академия наук СССР, 1960.-207 с.

11. ГОСТ 2789-73. Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики Текст. Взамен ГОСТ 2789-59; введ. 1975-01-01. - М/ Изд-во стандартов, 1987. - 10 с.

12. ГОСТ 15140-78. Материалы лакокрасочные. Методы определения адгезии Текст. Взамен ГОСТ 15140-69; введ. 1979-01-01. - М.: Изд-во стандар i ов, 1978. - 9 с.

13. ГОСТ 24642-81. Основные нормы взаимозаменяемости. Допуски, формы и расположения поверхностей. Основные термины и определения Текст. Взамен ГОСТ 10356-63 (в части разд. 1 и 2); введ. 1981-07-01. - М.: Изд-во стандартов, 1981. - 68 с.

14. ГОСТ 24643-81. Основные нормы взаимозаменяемости. Допуски, формы и расположения поверхностей. Численные значения Текст. Взамен ГОСТ 10356-63 (в част разд. 3); введ. 1981-07-01. - М.: Изд-во стандартов, 1981.- 14 с.

15. ГОСТ Р 52381-2005. Материалы абразивные. Зернистость и зерновой состав шлифовальных порошков. Контроль зернового состава Гекс1. Взамен ГОСТ 3647-80; введ. 2005-07-01. - М.: Изд-во стандартов, 2005. - 10 с.

16. Гусев, В.Ф. Монтаж и наладка турбокомпрессоров Тека. / В.Ф. Г\сев -М.: Машгиз, 1956.- 180 с.

17. Зайдель, А.Н. Погрешность измерений физических величии Текст. / под ред. Ж.И. Алферова. J1.: Наука. Лен. отд-ние Акад. наук СССР, 1985. -112 с.

18. Зайдель, А.Н. Элементарные оценки ошибок измерений Текст. / А.Н. Зайдель. Л.: 11аука. Лен. отд-ние Акад. наук СССР, 1967. - 88 с.

19. Идзон, М.Ф. Механическая обработка лопаюк iазотурбиниых двшагелей Текст. / М.Ф. Идзон. М.: Оборош из, 1963. - 320 с.

20. Икрамов, У.А. Расчетные методы оценки абразивного износа Текст. / У.А. Икрамов. М.: Машиностроение, 1987. - 282 с.

21. Каблов, Е.Н. Литые лопатки газотурбинных двигателей. Сплавы, технологии, покрытия Текст. / Е.Н. Каблов. // Гос. предприятие Всерос. НИ11 авиац. материалов гос. науч. центр Рос. Федерации. М.: МИСИС, 2001. - 631 с.

22. Кассандрова, О.Н. Обработка результатов наблюдений Текст.: учеб. пособие для вузов / О.Н. Кассандрова, В.В. Лебедев. М.: Наука, 1970. - 104 с.

23. Кельман, Е.Я. Химическое никелирование Текст. / Е.Я. Кельмам, К.Я. Темкина. М.: Машиностроение, 1960. - 74 с.

24. Кита, В.Ф. Устройство и ремонт 1урбокомпрессоров судовых ДВС Текст. / В.Ф. Кига. М.: Транспорт, 1972. - 128 с.

25. Кнга, В.Ф. Эксплуатация судовых двигателей с газотурбинным наддувом Текст. / В.Ф. Кита. М.: Транспорт, 1969. - 154 с.

26. Коломыцев, П.Г. Жаростойкие диффузионные покрытия Текст. / Г1.Г. Коломыцев. М.: Металлургия, 1979.-271 с.

27. Крагельскмм, И.В. Основы расчетов на трение и износ Текст) / И.В. Крагельский, М.Н. Добычин, B.C. Комбалов. М.: Машиностроение, 1977. -526 с.

28. Крутов, В.И. Регулирование турбонаддува ДВС Текст. / В.И. Круюв, А.Г. Рыбалченко. М.: Высшая школа, 1978. - 214 с.

29. Кудимов, В.В. Нанесение плазмой туюплавких покрытий Текст. / В.В. Кудинов, В.М. Иванов.-М.: Машиностроение, 1981.- 192 с.

30. Кудимов, В.В. Плазменные покрытия Текст. / В.В. Кудинов. М.: Наука, 1977.-184 с.

31. Лебедев, О.Н. Двигатели внутреннего сгорания речных судов Геке г.: учеб. для вузов / О.Н. Лебедев, В.А. Сомов, С.А. Калашников. М.: Транспорт, 1990.-328 с.

32. Межерицкий, А.Д. Турбокомпрессоры систем наддува судовых дизелей Текст. / А.Д. Межерицкий. -J1.: Судостроение, 1986. 246 с.

33. Митрохин, В.Т. Выбор параметров и расчет центростремительной турбины Текст. / В.Т. Митрохин. М.: Машиностроение, 1966. - 199 с.

34. Морозов, Н.А. Исследование влияния процессов холодной обработки на качество поверхности и эксплуатационные свойства лопаток газовых турбин Текст.: автореф. дис. канд. техн. наук / Морозов Н.А. М., 1964. - 19 с.

35. Никитин, В.И. Коррозия и защита лопаток газовых турбин Текст. / В.И. 11икит ин. JI.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1987. - 272 с.

36. Отделочно-абразивные методы обработки: Справочное пособие Тек-ci. / под общей ред. к-та. техн. наук П.С. Чистосердова. Минск: Высш. шк., 1983. -287 с.

37. Плетнев, Д.В. Основы технологии износостойкого хромирования Текст. / Д.В. Плешев, В.Н. Брусенцова. М.: Машгиз, 1953. - 144 с.

38. Повышение 1ехнического уровня дизелей ряда ЧН18/22 Текст. / А.И. Каминский [и др.]. -М.: Машиностроение, 1984. 200 с.

39. Погодаев, Л.И. Гидроабразивный и кавитационный износ судовою оборудования Текст. / Л.И. Погодаев, П.А. Шевченко. Л.: Судостроение, 1984.-263 с.

40. Погодаев, Л.И. Повышение надежное! и фибосопряжений. Материалы. Пары трения ДВС. Смазочные композиции Текст. / Л.И. Погодаев, В.Н. Кузьмин, Г1.П. Дудко. СПб.: Санкт-Петербург, гос. ун-т водных коммуникаций, 2001. - 303 с.

41. Погодаев, Л.И. Теория и практика прогнозирования износостойкости и долговечности материалов и деталей машин Текст. / Л.И. Погодаев, Н.Ф. Голубев. СПб.: Санкт-Петербург, гос. ун-т водных коммуникаций, 1997. - 415 с.

42. Подготовка поверхности металлов и изделий перед нанесением покрытий Текст. // Сб. статей отд-ние ВНИИЭМ. М., 1971. - 47 с.

43. Правила технической эксплуатации дизелей судов речного флота Тексг. / Министерство речного флота РСФСР. Л., 1989. - 100 с.

44. Проволоцкий, А.Е. Струйно-абразивная обработка деталей машин Текст. / А.Е. Проволоцкий. Киев: Техника, 1989. -277 с.

45. Прогрессивные технологии хромирования и вопросы эколо1Ии Гека. //Тез. докл. науч.-практ. семинара, 28-30 мая 1991 г. Киев: Знание Украины, 1991.-30 с.

46. Ремонт авиационной ехники (теория и практика) [Текст. / под ред. ПА. Кручинского. М.: Машиностроение, 1980. Кн. 1. — 221 с.

47. Ремонт авиационной техники (теория и практика) Гекег. / под ред. Г.А. Кручинского. М.: Машиностроение, 1980. Кн.2. -216 с.

48. Розепберг, Г.Ш. Судовые центростремительные гаювые турбины Текст. / Г.Ш. Розенберг. Л.: Судостроение, 1964. -256 с.

49. Рибчеиков, А.В. Упрочнение и защита от коррозии да алей меюдом химического никелирования Текст. / А.В. Рябченков, В.И. Велемицина. М.: Машиностроение, 1965.- 128 с.

50. Самсонов, А.И. Научные основы проектирования подшипников с газовой смазкой для судовых турбомашин Текст.: автореф. дис.д-ра техн наук / Самсонов А.И. Владивосток: ДВГТУ, 1997. - 31 с.

51. Симеон, А.Э. Турбонаддув высокооборотных дизелей Текст. / А.О. Симеон [и др.]. М.: Машиностроение. 1976. - 286 с.

52. Скрипкин, В.К. Промывка проточной части турбокомпрессоров наддува дизелей на ходу Текст. / В.К. Скрипкин, В.А. Владимиров // Морской флот. 1973. № 11. - С. 46^7.

53. Слободянюк, Л.И Судовые паровые и газовые турбины и их эксплуатация Текст.: учеб. для вузов по спец. «Судовые силовые установки», «Эксплуатация судовых силовых установок» / Л.И. Слободянюк, В.И. Поляков. Л.: Судостроение, 1983. - 358 с.

54. Сойер, Т. Газовые турбины Текст. / Т. Сойер. М.: Машгиз, 1947. -157 с.

55. Сорока, Я.Х. Теория и проектирование судовых газотурбинных двигателей Текст.: учеб. пособие для вузов / Я.Х. Сорока. Л.: Судостроение, 1982.- 112 с.

56. Спиридонов, А.А. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов Текст. / А.А. Спиридонов. М.: Машиностроение, 1981.- 184 с.

57. Спиридонов, Ю.Н. Ремонт судовых дизелей Текст. / 10.11. Спиридонов, Н.Ф. Рукавишников. М.: Транспорт, 1989. - 287 с.

58. Степанов, Г.Ю. Гидродинамика решеток турбомашин Текст. / Г.Ю. Степанов. М.: Физматгиз, 1962. - 512 с.

59. Степанов, Г.Ю. Основы теории лопаточных машин, комбинированных и газотурбинных двигателей Текст.: учеб. пособие для машиностроительных вузов / Г.Ю. Степанов. М.: Машгиз, 1958. - 350 с.

60. Судовые газовые турбины Текст. / под общ. ред. д-ра техн. наук А.Г. Курзона. Л.: Мор. транспорт, 1961. - 179 с.

61. Сулима, A.M. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин Текст. / A.M. Сулима, В.А. Шулов, Ю.Д. Ягодкин. М.: Машиностроение, 1988.-237 с.

62. Трофимович, Г.К. Справочник по ремонту судовых газотурбинных двигателей Текст. / Г.К. Трофимович, В.Д. Речистер, А.Г. Гильмутдинов. Л.: Судостроение, 1980. - 141 с.

63. Турбокомпрессоры для наддува дизелей Текст.: справочное пособие / Б.П. Байков, В.Г. Бордуков, П.В. Иванов, Р.С. Дейч. Л.: Машиностроение, 1975.-199 с.

64. Харин, А.А. Закономерности образования кокса при нагревании топлив в каналах газотурбинных двигателей Текст. / А.А. Харин, И.В. Шевченко, Л.С. Яновский // Двпгателестроение. 2002. -№> 4. - С. 26-27.

65. Хусу, А.П. Шероховатость поверхностей. Теоретико-вероятный подход Текст. / А.П. Хусу, Ю.Р. Витенберг, В.А. Пальмов. М.: Наука, 1975. - 343 с.

66. Циннер, К. Наддув двигателей внутреннего сгорания Текст. / под ред. Н.Н. Иванченко.-Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1978.-263 с.

67. Черказ, М.Б. Хромирование Текст. / М.Б. Черказ, Л.Я. Богород. Л.: Машиностроение, 1978.- 102 с.

68. Шальнов, В.А. Шлифование и полирование лопаюк газотурбинпых двша1елей Текст. / В.А. Шальнов. М.: Оборот из, 1958. -350 с.

69. Шенк, X. Теория инженерного эксперимента Текст. / под ред. чл.-корр. АН СССР 11.П. Бусленко. М., 1972. - 384 с.

70. Шеромов, Л.А. Разработка методики тепло1ехнического котроля судовых дизелей с наддувом Текст.: отчет по научно-исследовательской теме 16/93 / Руководитель Л.А. Шеромов. Новосибирск: Новосиб. гос. акад. вод. ipancri., 1994. - 19 с.

71. Шманев, В.А. Струйная гидроабразивная обработка деталей ГТД Текст. / В.А. Шманев, А.П. Шулепов, А.В. Мещеряков. М.: Машиностроение, 1995. - 144 с.

72. Шнсйдер, Ю.Г. Нормирование и контроль качества поверхности даалей машин Текст. / Ю.Г. Шнейдер. Л.: Знание, 1969. -45 с.

73. Шнеэ, Я.И. Газовые турбины Текст.: учеб. пособие для вузов. 4.1. Термодинамические процессы и теплообмен в конструкциях / Я.И. Шнеэ, В.М. Капинос, И.В. Котляр. Киев, 1976. - 296 с.

74. Янпольский, A.M. Меднение и никелирование Текст. / A.M. Янпольский. Л.: Машиностроение, 1977. - 113 с.

75. Bettner, J.L. Experimental investigation in an annular Cascade sector of highly loaded turbine stator blading/J.L. Bettner. Washington, 1973. -19 s.

76. Chromium plating / By Paul J.W. Morisset, C.R. Oswald. Teddington, Draper, 1954.-611 s.

77. Fielding, D. Thermodynamic data the calculation of gas turbine performance / D. Fielding, J. Topps. London, 1959. -115 s.

78. Forshavv, J.R. The measurement of high frequency alternating pressures in gas turbines / J.R. Forshaw, H. Taylor. London, 1957. -14 s.

79. Gescll, W. Beitrag uber den Einfluss von Kornform unci Kornung auf die Wirkungsweise von Strahlmitteln / W. Gescll. Koln-Opladen: Westdeutscher Verl, 1962.-212 s.

80. Hausenblas, H. Vorausberechnung des Teillastverhaltens von Gasturbinen / H. Hausenblas. Berlin: Stringer, 1962.- 131 s.

81. High-temperature alloys for gas turbines // Proc. ol a conf. held in Leigc, Belgium, 4-6 Oct. 1982. Dordrecht и.о.: Reidel, 1982. - XV. - 1079 s.

82. High-temperature materials in gas turbines // Proc. of the symposium on high-temperature materials in gas turbines. Switzerland: Amsterdam a. o., Elsevier, 1974.-S. 383-388.

83. Hot corrosion problems associated with gas turbines // A symposium presented at the sixty-ninth annual meeting American society for testing and materials. Atlantic City, N.J., 26 June-1 July 1966.- Philadelphia, 1967.-296 s.

84. Huwiler, R. Die Berechnung von Gasturbinenprozessen unter Berucksichtingung der variation der Stufcn wirkungs grade / R. Huwiler // Diss. Technischen Honhschule. Zurich, 1960. - 117 s.

85. Johnston, I.H. Tests on an experimental three-stage turbine fitted with low reaction blading of unconventional form / I.H. Johnston, G.E. Sansome. London, 1961.-22 s.

86. Kohlmann, H. Die Berechnung und Untersuchung einstufiger Gasturbinen radialer Bauart.Diss/ H. Kohlmann. -Stuttgart, 1960. 158 s.

87. Kopec, R. Leitfaden der Oberflachenbehandlung. Grundlagen und Tcchnologie. Allgemeinc Verfahrenstechnik / R. Kopec. Berlin: Technik, 1960. -271 s.

88. Lucas, G. Gas turbine materials. A survey of high-temperature materials and their application to the gas turbine. / G. Lucas, J.F. Pollock. London: Temple press, 1957.-XI.- 163 s.

89. Metal fatigue damage mechanism, detection, avoidance and repair. With special reference to gas turbine components / S.S. Manson. - Philadelphia, 1971. -346 s.

90. Nickel-chromium plating / A one-day symposium organised by the London Branoh of the Jnstitute of metal finishing and held in London. Teddington, Draper, 1961.-140 s.

91. Oehmiehen, M. Ein Beitrag zur thermodynamischen Auslegung von Einstufigen Gaslurbinenanlagen / M. Oehmiehen. Berlin, 1963. - 76 s.

92. Przyklcnk, K. Bestimmen des Biirstenverhaltens an hand einer Ein/elborste / K. Przyklenk. Berlin: u. a. Stringer, 1985. - 117 s.