автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.05, диссертация на тему:Методика определения расхода топлива и эффективной мощности судовых ДВС в условиях эксплуатации

09-1 2602

ОРЛОВ Александр Евгеньевич

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСХОДА ТОПЛИВА И ЭФФЕКТИВНОЙ МОЩНОСТИ СУДОВЫХ две В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Специальность: 05.08.05 - «Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные)»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2009

На правах рукописи

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет водных коммуникаций»

Научный руководитель: кандидат технических наук

Фомин Николай Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Климов Евгений Николаевич кандидат технических наук, профессор Галышев Юрий Витальевич

Ведущая организация: ОАО «Инженерный центр судостроения»

Защита состоится 25 февраля 2009 г. в 13 ч, ауд. 235 на заседании диссертационного совета Д223.009.04 при ФГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет водных коммуникаций» по адресу: 198035, Санкт-Петербург, ул. Двинская, 5/7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет водных коммуникаций».

Автореферат разослан 23 января 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д223.009.04

доктор технических наук, профессор Ерофеев В.Л.

р—_________3

гохарактеристика работы

ьиблкатскл Г

—Атстуа^?ьносхь_р|аботы. Проблема энергосбережения на судах в рыночных условиях приобретает особую актуальность, поскольку стоимость топлива используемого на совершение транспортной работы, достигает половины эксплуатационных расходов. Поэтому судоходные компании ведут постоянную работу по совершенствованию методик, технических средств, алгоритмов и программ, направленных на обеспечение эффективного контроля за расходом топлива и мощностью судовых дизелей.

Однако применяемые в настоящее время в ходе эксплуатации методики и средства контроля не обладают необходимой точностью и надежностью, не позволяют разрабатывать эффективные меры по энергосбережению и, следовательно, обеспечивать приемлемые экономические показатели судоходных компаний в нынешних условиях высоких цен на энергоносители.

Цель и задачи работы. Цель работы состоит в формировании комплекса научно обоснованных технических решений, направленных на повышение эффективности использования топливно-энергетических ресурсов на судах путем применения усовершенствованной методики текущего контроля расхода топлива и эффективной мощности судовых ДВС.

Для достижения поставленной цели в диссертации необходимо решить следующие задачи:

1. Произвести сравнительный анализ существующих методов определения расхода топлива судовым дизелем и его эффективной мощности в условиях эксплуатации, выбрать и обосновать пути достижения поставленной цели.

2. Усовершенствовать методику определения расхода топлива и эффективной мощности судовым дизелем и исследовать влияние судовых условий на ее точность.

3. Разработать алгоритм и программное обеспечение для цифрового прибора, реализующего усовершенствованную методику определения эффективной мощности и расхода топлива.

4. Создать экспериментальный комплекс для оценки точности измерений контролируемых параметров в условиях эксплуатации и-выполнить анализ результатов экспериментальных исследований.

5. Разработать методику проведения теплотехнического контроля дизельных двигателей судов внутреннего и смешанного «река-море» плавания на основе предложенной методики.

Объектом исследования являются судовые дизели, работающие на жидких нефтяных теплив ах, судовые системы контроля расхода топлива и измерения эффективной мощности.

Предметом исследования являются методики и технические средства для измерения расхода топлива и эффективной мощности судовыми дизельными двигателями и их точность в условиях эксплуатации.

Методы исследования. При решении задач исследования использованы теория судовых ДВС, теория измерений, теория эксперимента.

Обоснованность и достоверность основных научных положений и выводов работы обеспечиваются применением основных положений теории ДВС, общепризнанных физических и математических методов, а также использованием поверенных, удовлетворяющих требованиям действующих нормативных документов приборов и оборудования. Достоверность результатов аналитических исследований подтверждаются результатами многочис-

ленных экспериментов, получешшх на лабораторных установках и в ходе эксплуатации судна.

Научная новизна полученных в диссертации результатов заключается в следующем:

- предложен способ повышения точности измерений положения органа топливоподачи с помощью средств цифровой оптической микрометрии (заявка на патент на изобретение «Способ определения расхода топлива в дизельном двигателе с золотниковым топливным насосом высокого давления и устройство для его осуществления» с приоритетом от 22.01.2009);

- уточнены значения коэффициентов пропорциональности в уравнениях цикловой подачи топлива путем применения метода линейно-кусочной интерполяции;

- предложена уточненная методика косвенных измерений текущих расхода топлива и мощности двигателя в условиях эксплуатации на основе использования указанных технических средств и алгоритмов.

Личный вклад автора. Автором поставлены задачи теоретических и экспериментальных исследований, разработаны методики, проведены расчетные и экспериментальные исследования, выполнен анализ и обобщение их результатов, разработаны алгоритм и конструкция цифрового прибора контроля текущих расхода топлива и эффективной мощности, создана методика проведения теплотехнических испытаний судовых ДВС.

Практическую ценность представляют разработанные и используемые судоходными компаниями и теплотехническими партиями:

- номограммы определения расхода топлива и эффективной мощности судовых дизельных двигателей в условиях эксплуатации;

- алгоритм и программное обеспечение цифропь/х приборов, позволяющих измерять значения текущих расхода топлива и эффективной мощности, а также других параметров и показателей двигателя;

- усовершенствованная методика проведения теплотехнических испытаний судовых дизельных двигателей в условиях эксплуатации, основанная на применении указанной выше методики косвенных измерений текущих расхода топлива и мощности двигателя.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы нашли практическое применение при оборудовании судов на подводных крыльях проекта № 342Э комплексом для измерения расхода топлива и эффективной мощности судовых дизельных двигателей. Разработана и введена в практику усовершенствованная инструкция по проведению теплотехнического контроля судовых ДВС.

Апробация. Основные положения работы обсуждались и получили положительную оценку на научно-практической конференции студентов и аспирантов Санкт-Петербургского государственного ухгиверситета водных коммуникаций (Санкт-Петербург, 2003), международном научно-техническом семинаре «Исследования, проектирование к эксплуатация судовых ДВС» (Санкт-Петербург, 2006), семинаре Северо-Западного филиала Российского Речного Регистра (Санкт-Петербург, 2007), II международном научно-техническом семинаре «Исследование, проектирование и эксплуатация судовых ДВС» (Санкт-Петербург, 2007) семинаре Российского Речного Регистра «Проблемы и пути их решения при осуществлении технического наблюдения за судами в постройке, ремонте, освидетельствовании их в эксплуатации в современных условиях» (Нижний Новгород, 2008).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 научных статей, в том числе одна в издании, рекомендованном ВАК РФ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из Введения, четырех глав, Заключения и списка использованных источников (119 наименований). Общий объем работы 158 страниц, в том числе 5 таблиц и 57 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обосновывается актуальность выбранной темы научного исследования, изложены цель диссертации и решаемые задачи, сформулированы научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

В главе 1 выполнен анализ существующих методов определения расхода топлива и эффективной мощности судовых ДВС. Выявлены их особенности и применимость к судовым дизельным энергетическим системам в ходе эксплуатации.

•Установлено, что существующие объемные, весовые, дроссельные, ультразвуковые, индукционные методы определения расхода топлива не в полной мере отвечают современным требованиям, предъявляемым к уровню технической эксплуатации судовых двигателей внугрсннего сгорания, так как либо не обладают достаточной точностью измерений, либо сложны в использовании.

Метод, основанный на определении текущего положения органа подачи топливной аппаратуры, позволяет найти текущую цикловую подачу с помощью следующей зависимости:

где цикловая подача топлива;

¿р - положение органа управления подачей топлива; п - частота вращения коленчатого вала двигателя.

Этот метод удобен для условий эксплуатации, однако из-за невысокой точности определения положения органа топливоподачи и применения устаревших алгоритмов обработки данных он не обладает достаточной достоверностью. Увеличение точности определения текущего положения органа топливоподачи дизельного двигателя и разработка усовершенствованного алгоритма обработки сигнала позволили бы значительно увеличить точность нахождения расхода топлива этим методом.

Проанализированы методы определения эффективной мощности судовых ДВС. При этом основное внимание уделялось главным или вспомогательным ДВС, не оборудованным индикаторными кранами и приводами, так как их доля составляет более 55% от парка ДВС судов речного и смешанного плавания. Установка существующих приборов контроля нагрузки типа мак-симетров и пиметров в таких случаях певозможна, а из-за спецификационных особенностей валовой линии судов речного и смешанного плавания применение средств контроля крутящего момента, таких как торсиометры, динамометрические муфты, не эффективно. В этих случаях установление мощности судовых двигателей косвенными методами определения расхода топлива, температуры отработавших газов наиболее предпочтительно.

В главе 1 выполнен анализ систематических, случайных, статистических и динамических погрешностей применяемых средств измерения.

Показано, что повышение точности и быстродействия технических средств измерения, для определения расхода топлива и эффективной мощности по положению органа топливоподачи и частоте вращения коленчатого вала дизелей, применение цифровых приборов вместо аналоговых позволило бы существенно повысить уровень их технической эксплуатации.

В главе 2 обосновано, что в настоящее время на судах внутреннего плавания с классом Российского Речного Регистра ДВС, оборудованные системами впрыска с топливными насосами высокого давления (ТНВД) золотникового типа и регулированием по концу подачи наиболее эффективны.

Проанализированы параметры различных топливных систем: аккумуляторного типа (в том числе и с электронным управлением подачей), непосредственного действия с применением насос-форсунок, а также конструкции с разделенными ТНВД и форсункой.

Рассмотрены зависимости цикловой подачи от положения органа топ-ливоподачи, ее составляющие, уравнения для количества топлива, дополнительно аккумулирующегося в полости высокого давления в результате сжатия-топлива:

dV = ~aVdp,

где а - истинный коэффициент сжимаемости топлива;

V- объем сжимаемого топлива.

Представлены результаты статического исследования процесса впрыска, при условии равенства количества топлива dQ„, вытесняемого плунжером ТНВД за интервал времени dt, сумме количества топлива dQf, впрыскиваемого за этот же интервал времени через форсунку в камеру сгорания, и объема dV:

dQ, — dQf + dV .

Текущий расход топлива, вытесняемого плунжером, определяется выражением:

dQ, =f„c„di, где с,„, - скорость движения плунжера,

с*, = d\ / dt = {dht / d<pK ){d<pt / dt) = a\dht / dtp,,

coK - угловая скорость;

9, угол поворота кулачкового вала;

- активный ход плунжера.

Элементарный объем топлива, впрыскиваемого за элементарный промежуток времени в цилиндр:

dQ, = р,хр;-PÙdt = (ц/"м )c,Jt,

где р'ф ~ давление топлива перед распыливаюЩими отверстиями;

слпр — текущее значение скорости истечения топлива через распиливающие отверстия форсунки в цилиндр.

При заданных угловой скорости и частоте вращения кулачкового вала ТНВД в качестве независимой переменной принят угол поворота кулачкового вала. Время t при этом описываться зависимостью:

/ = (£>./ СО. =0»./(би,).

Тогда получаем следующее выражение для элементарного объема топлива:

dQf = ^ #/р=.

Для конкретной модели двигателя, работающего на топливе постоянного состава, площадь поперечного сечения плунжера ТНВД и плотность топлива являются постоянными величинами. В соответствии с этим введен коэффициент Кп топливной аппаратуры, работающей на определенном соргс топлива:

Положение органа топлиноподачи характеризуется значением расстояния между текущим положением рейки ТНВД и положением ее при нулевой подаче, а значение активного хода плунжера в таком случае находим по следующему выражению:

йа-С|| 5Р)

где Ср - коэффициент пропорциональности, который зависит от угла наклона рабочих кромок р и передаточного числа зубчатой передачи от плунжера к

с регулированием по концу подачи. Лат», - максимальный активный ход плунжера; К активный ход плунжера; Т- высота головки плунжера; <р - угол поворота плунжера при регулировании от нуля до максимальной подачи; ß - угол наклона рабочих кромок.

В главе 2 выполнен анализ влияния различных факторов на изменение коэффициента подачи топливной аппаратуры

т, = -*«—.

Чп г I

/ЛРг

Цикловая порция топлива, поступающего в цилиндр, представлена как алгебраическая сумма составляющих:

Zg« ёни iajm Sc* '

где -циюювая подача ТНВД, соответствующая геометрическому активному ходу плунжера («геометрическая» цикловая подача);

£нпи - увеличение подачи ТНВД вследствие дросселирования потока топлива при перепуске до геометрического начала подачи и после геометрического ее окончания;

Я™' потеря подачи из-за сжимаемости и протечек топлива в период

нагнетания.

Выражение для коэффициента подачи представлено в следующем виде:

._ ^Ц ¿Тип кп ¿>сж Ё пр

П г/- п о

Покапано, что изменение цикловой порции топлива, поступающего в цилиндр при работе по нагрузочной характеристике, определяется в большей степени изменением «геометрической» цикловой подачи насоса .

Для систем с золотниковым регулированием подачи, имеющих спиральные регулирующие кромки, при работе судового двигателя на постоянной частоте вращения коленчатого вала коэффициент подачи топливной аппаратуры т)п можно принимать постоянным для определенного значения частоты вращения коленчатого вала двигателя и на установившихся режимах при использовании топлива постоянного состава и не значительных износах деталей ТНВД.

Выполненный анализ показал, что цикловая подача топливной системы при работе двигателя на постоянной частоте вращения коленчатого вала для золотниковых систем выражается линейной зависимостью от положения органа подачи £и=Л$р).

Определение функциональной зависимости коэффициента пропорциональности Кп = ¡(п) = г^А^Сц от частоты вращения коленчатого вала было

осуществлено методом интерполяции.

Необходимые значения табличной функции Ки\, К„% ■■■■Лт в узлах интерполяции щ, «2,••• «I получены в результате эксперимента на переносном

топливном стенде, предназначенном для определения значений цикловой g

подачи топлива Кп = —-:

__^р____________

LaJL.«. п2 I... nк

1 кп || К„\ II ... II Кпк

Шаг табличной функции И^п-пих принят постоянным и равным 0,05г7ном. Для повышения точности определения значения функции увеличивается число замеров к и соответственно уменьшается шаг табличной функции. При вычислениях коэффициентов был применен метод кусочно-линейной интерполяции. Для /'-го интервала уравнение прямой, проходящей через точки (я,-,, А",,,.,) и (щ, Kni), можно записать в виде

(*„-*„•. 1 У(К,и ~ АГп,-1) = (и - и,-1 УО»/ - и,-1),

откуда следует

К„ ■-- я,и + Ь, =J{n), п е (и, ь п,), а, = (К* - Ка,-1 У(щ - щ.л ),

= К„ы - а,пы ,г = 1 ... к.

При известной фиксированной частоте вращения коленчатого вала двигателя п и известном коэффициенте пропорциональности Кп = r|n^T,C(i = const определяются значения цикловой подачи £ш,= KlfSp по

положению органа подачи топливного насоса S,, и текущее значение часового расхода топлива:

G =К C.S (60izn)n = К S S >i

где Кп=7]пКпС1> и Кл2 = Л^С^бО/г)^ = АТ„(60/г) - коэффициенты пропорциональности, постоянные для определенной заданной частоты вращения двигателя.

Индикаторная мощность дизеля определялась по величине цикловой подачи:

где Qí^ - низшая теплота сгорания топлива; I - коэффициент тактности.

Значение эффективной мощности с учетом цикловой подачи:

На основе этих выражений была разработана методика построения но-мо1рамм определения расхода топлива и эффективной мощности в зависимости от положения органа подачи и частоты вращения коленчатого вала двигателя (рис. 2).

Построение ном01раммы осуществляется в такой последовательности:

1. Определяются паспортные значения максимального расхода топлива -Gmnx, цикловой подачи gmax при положении органа управления подачей на упоре Smm.

2. Строятся зависимости мощности двигателя от расхода топлива Nc=J[Gj) при положении органа подачи соответствующему максимальному режиму Spma - const.

3. Тарировка ТНВД и построение точек Ви В2, В},..., Bt, соответствующих максимальным значениям цикловой подачи gumax^fin) при различных частотах вращения коленчатого вала двигателя пъ пъ и положении рейки ТНВД на упоре максимальной подачи Spmax-

4. По формуле расхода топлива:

производится построение точек А\, А, в правой части номограммы, соответствующих значению расхода топлива на основных режимах работы дизеля по оборотам коленчатого вала щ, пъ.... л,. С учетом линейной зависимости <-?т=;Д£,|) при постоянных оборотах коленчатого вала двигателя наносим зависимости расхода топлива от цикловой подачи ОА\, ОА2>...,ОА).

На основе полученных данных были разработаны алгоритм и программное обеспечение для цифрового прибора, реализующего усовершенствованную методику определения эффективной мощности и расхода топлива по положению рейки топливного насоса и частоте вращения коленчатого вала двигателя.

Gr =g„(60izHH)

Рис. 2. Номограмма определения расхода топлива и эффективной мощности. Методика определения эффективной мощности и расхода топлива при-зедена ниже:

1. Определение основных переменных и постоянных величин, которыми будет оперировать программное обеспечение цифрового прибора, ос-яащенного датчиком частоты вращения коленчатого вала и датчиком измерения перемещений рейки ТНВД:

переменные замеряемые: п - частота вращения коленчатого вала двигателя; 5р- мгновенное положение органа подачи топливного насоса; переменные расчетные: gn~ мгновенная цикловая подача; (5Т - мгновенный расход топлива; ЛГе - мгновенная эффективная мощность двигателя; Сх7]в—коэффициент пропорциональности зависимости gc - удельный эффективный расход топлива; заданные постоянные: £ртах ~~ положение органа подачи топливного насоса на упоре; С?ттпах — максимальный расход топлива, согласно паспортных характеристик;

"ими ~~ максимальная частота вращения коленчатого вала двигателя; /_ коэффициент тактности, г - число цилиндров; заданные таблицы значений: массив табличных значений определяющих зависимость Мс=-ЛОТ[, (7x2,.. (7Т1) при положении органа подачи топливной аппаратуры на упоре;

массив табличных значений определяющих gu,smш=^[n 1( при

положении топливной аппаратуры на упоре.

2. Определение значения функции переменной цикловой подачи, мак-имальной для каждой частоты вращения:

е = Г(п) =-■ ^Тют—.

оцтах J \ J \

(Ь0ап„„)

3. Определение коэффициента пропорциональности функции ¿¡п~/(£'р) для максимальной частоты врахцения ппш при положении органа подачи на упоре:

Гп —

! 'пмах _ ^ ' •^ргпах

4. Определение массива табличных значений «2,-••, я.) при положении органа подачи топливного насоса на упоре ¿"рта*:

«тк /Н''1!'"''"^ и г, ч[ •

5. Определение массива табличных значенийпг«,) при положении рейки топливного насоса на упоре:

=/(«!.■«2»-' "/)----

6. Определение массива табличных значений коэффициента пропорциональности С,!],, =/(И|, «2, -,«() при положении рейки топливного насоса на упоре:

7. Сравнение значения переменной и с имеющимися значениями

- если п - п,, то значениям С,г|п и gc присваиваются некоторые значения (С,г\п), и g4, соответственно из массива табличных данных Сд^уКгс......гц) иgf¡i=f(nu>^2,...,n¡);

- если |, то значениям С,г)п и ge присваиваются значения

«¡„1 -п

[(С.ЛпХм-СС,^),]*

ёк ёс /

- и 4

(¿Тем Яг/)

8. Последовательное определение искомых переменных:

9. Отражение значимых переменных на цифровом дисплее и сохранение их значений в устройстве архивации и хранения данных:

Л/с.

Глава 3 посвящена стендовым и эксплутационным испытаниям созданных приборов для определения расхода топлива и эффективной мощности. На основе разработанного алгоритма созданы принципиальная схема, программное обеспечение, техническая документация, осуществлен авторский надзор за изготовлением цифрового расходомера судового топлива, именуемого далее РТС.

Первая часть экспериментов по определению точности измерений расхода топлива и эффективной мощности с применением прибора РТС проводилась на топливном и испытательном стендах дизелсстроитедыюго ч а. вода ОАО «Звезда» и кафедры теории и констоукиии .МНС Слмкт-ЛлтопГл-т-.ч,-»-»-»»

государственного университета водных коммуникаций. Вторая часть экспериментов по определению расхода топлива и эффективной мощности проводилась на судне «Метеор - 186» проекта № 342Э.

Испытания на топливном стенде завода ОАО «Звезда» проводились на двенадцатиплунжерном топливном насосе высокого давления судового двенадцатицилиндрового У-образпого дизеля М400 золотникового типа с все-режимным регулятором частоты вращения с двусторонней отсечкой и с раздельным всасыванием. Блок-схема установки приведена на рис. 3.

I

I Персональный ; | компьютер i

Рис. 3 Блок-схема экспериментальной установки.

Предварительно для испытаний была специально разработана программа, согласованная с Северо-Западным филиалом Российского Речного Регистра. Испытания проводились в соответствии с указанной программой с целью определения точности показаний прибора РТС. Положение рейки ТНВД и часовой расход топлива устанавливались по предложенной методике. По окончании испытаний был составлен и подписан соответствующий акт об их проведении.

Экспериментальная установка включала в себя объект испытаний (ТНВД двигателя М400), измерительную систему, контрольно-вычислительный комплекс и блок индикации, составляющие вкупе прибор РТС, а также персональный компьютер.

Контрольно-вычислительный комплекс включает в себя центрально-процессорное устройство (ЦПУ) обработки данных. Блоки индикации состоят из жидкокристаллического табло для отображения полученных данных. Персональный компьютер используется для программировании ЦПУ. Использовались ЦПУ компании Z-World Inc (США) модели - RabbitCore RCM3400. В качестве датчика частоты вращения использовался датчик Холла серийного производства (изготовитель - компания Bosh Inc), который обеспечивает формирование одиночного импульсного сигнала от стального штифта-отметчика.

В качестве датчика линейных перемещений использовался индуктивный датчик ИЭМ-За. При проведении эксперимента выполнялись замеры частоты вращения вала, часового расхода, положения рейки ТНВД.

После испытаний на топливном стенде завода ОАО «Звезда» были произведены испытания прибора РТС на его испытательном стенде для дизеля М400 с целью оценки достоверности измерений расхода топлива и эффективной мощности ДВС по предложенной методике. Для проведения испытаний была создана межведомственная комиссия. Указанные испытания были совмещены с приемосдаточными. Испытания проводились по программе, согласованной с СЗФ РРР и утвержденной службой ОТК ОАО «Звезда».

В качестве объекта испытаний был выбран судовой двенадцатицилиндровый V-образный дизель М400 (12ЧСП 18/20).

Двигатель испытывался на стенде. Загрузка дизеля задавалась и контролировалась гидротормозом. Нагрузка задавалась по винтовой характеристике. Результаты испытаний были отражены в акте о проведении стендовых испытаний.

Из-за высокой погрешности при определении линейных перемещений с помощью индуктивного датчика в качестве альтернативных были предприняты попытки использования оптических датчиков, входящих в состав компьютерных устройств ввода.

Невысокая стоимость оптических датчиков, используемых в компьютерных манипуляторах, доступность универсального программного обеспечения, простота применяемых интерфейсов, высокая точность проведения замеров позволяли достаточно эффективно и достоверно применять указанные датчики для определения линейных перемещений рейки ТНВД в нормальных условиях.

Однако при проведении испытаний под действием вибрации и теплового излучения двигателя подобные датчики быстро теряли работоспособность. Поэтому был предпринят поиск других высокоточных и быстродействующих оптических приборов для определения перемещения рейки ТНВД.

Было установлено, что в качестве такого прибора может выступать цифровой микроскоп Dino-Lite АМ-413.

Для проверки его работоспособности были выполнены испытания на стенде лаборатории СДВС ФГОУ В ПО СПГУВК, оснащенном двухцилиндровым дизельным ДВС 2410,5/13. ДВС находится в составе автоматизированного дизель-генератора марки АДГ 12-62 постоянного тока. Топливная система ДВС оборудована двумя индивидуальными ТНВД золотникого типа, соединенными единой рейкой.

Разработанная экспериментальная установка, кроме того, включала в себя оптическую цифровую измерительную систему и вычислительный комплекс (рис.4).

На основе предложенного способа контроля расхода топлива и схемы экспериментальной установки подана заявка на патент на изобретение: «Способ определения расхода топлива в дизельном двигателе с золотниковым топливным насосом высокого давления и устройство для его осуществления» с приоритетом от 22.01.2009.

Измерительная система состоит из прибора Dino-Lite АМ-413 производства компании AnMo Electron, штатива для его крепления и соединительных проводов.

Вычислительный комплекс представляет собой персональный мобильный компьютер Samsung R45 с установленным программным обеспечением DinoCapture, разрабо танным компанией AnMo Electronics.

Рис. 4 Схема (А) и внешний вид (Б) экспериментальной установки с прибором Dino-Lite АМ-413.

1 - ТНВД дизеля 24 10,5/13; 2 - рейка ТНВД; 3 - прибор Dino Lite АМ-413; 4 - портативный компьютер.

Для проведения замеров перемещения органа топливо но дач и на рейке топливного насоса высокого давления была плотно закреплена маркировка в ¡цесте расположения прибора Dino-Lite ЛМ-413.

Испытания проводились на установившемся режиме при частоте вращения коленчатого вала 25 с"1. Для определения изменения положения рейки топливного насоса с помощью прибора производили фото- и видеосъемка с 15-кратным и 200-кратным увеличением.

Прибор Dino-Lite АМ-413 регистрировал положение рейки топливного насоса высокого давления двигателя при максимальном увеличении с систематической инструментальной погрешностью ASM = 0,005 мм, или в относительном эквиваленте öSM= 0,025%.

При видеосъемке на установившемся режиме выполнены также измерения микроперемещений рейки ТНВД. Возможность определения с высокой точностью и быстродействием таких перемещений позволит производить, диагностику текущего технического состояния топливного насоса.

Для разработки алгоритма определения текущего технического состояния ТНВД необходимо проведение большого числа дополнительных теоретических и экспериментальных исследований, что не входит в задачу данной диссертационной работы. ......

При проведении сравнительных испытаний прибора РТС на топливном стенде завода ОАО «Звезда» были получены результаты, приведенные в виде графиков на рис. 5, 6.

мм

н-И- - — -.1.1. 1-- - 1 и

в.1- - ..4... -и 1-

г- _ -- - 1- .. -1. _ - Ь- г- - —

- - - : - - . - -1

-1- - [ — - ■ -

—I- . |—г -1- гт - - —--г—Г "Т'

- — ■ 1- - - И— —, -

- ; •

1 1 — -1=1

- - -1-Г - - -

-- -и -л— - ■ Ч-

—I— _ В- -1 - -■! ■ —•— ... г. с •

— ■ "Т" • V- -н

I.;..! ... | . -м .4- — 1 —

- -г1 -(- - - "1 г- ..... -

1 ... 1. -4-

_ . 1

'"Г , ' и- 1 -1— н --1

- 1 — и | .

"Ч - г - - н— 1 -■ н-;- М г- 1 1 'П

1000 1100 1200______1300 ___1400__ 1500 1600 1700 1800

'—♦ • Показания РТС—»—Показания приборов стенда \ ,

------------------------- -------------------л мин

Рис. 5. Результаты определения положения рейки ТНВД с помощью прибора РТС и стендовых приборов при проведении испытаний на топливном стенде завода

ОАО «Звезда».

йт.кг/ч

гЬо

■200

150

100

[ г1 1 1 г4 1- —г ... { - -1 - ! : :

1— ... _ — —г

-I- !-1 1 —1-1— 1 . --1 — —

—1— Ч-| |—г - * -

н-- — •4- —1 — ...

.... — -

— __ Ы — ___ И— -1— — 1-1-

п Г -- Ч —1— • • к-

- Г __ __

— — 1 '1~

— -1 " 1 - 4—1 Г- -1 -

4- - 1

1100

1200

1300

1400

1500

1600

1700

1800

-Показания РТС - » Показания приборов стенда! л, мин"1

Рис. 6. Результаты определения часового расхода топлива с помощью прибора РТС и стендовых приборов при проведепии испытаний на топливном стенде завода

ОАО «Звезда»

В результате проведения эксперимента сделано следующее заключение: прибор РТС обеспечивает замер заявленных параметров двигателя при работе на основных рабочих режимах ио частоте вращения коленчатого вала (1200 - 1800 мин ') с пределом общей случайной относительной погрешности, с высокой доверительной вероятностью:

- дня частоты вращения коленчатого вала - не более 0,21 %;

- для замера положения рейки ТНВД - не более 4,5%;

- для расхода топлива - не более 6,3%.

В качестве вывода необходимо принять дальнейшую целесообразность проведения испытаний прибора РТС на собранном СДВС.

При проведении сравнительных испытаний прибора РТС на испыта-тельиом стенде завода ОАО «Звезда» были получены результаты, представленные отраженные на рис. 7 -9.

в, кг/час

250

200

150

100

50

0

800

1000

1200 1400 1600

1800

Приборы стенда * РТС

л, мин'

Рис. 7. Результаты определения часового расхода тогишва с помощью прибора РТС и стендовых приборов при проведении испытшшй двигателя М400 на испытательном стенде завода ОАО «Звезда».

Ые, кВт

900

Л, мин

Рис. 8. Результаты определения эффективной мощности топлива с помощью прибора «РТС» и стендовых приборов при проведении испытаний двигателя М400 на испытательном стенде завода ОАО «Звезда».

В результате проведенного эксперимента можно сделать следующее заключение: прибор обеспечивает замер заявленных параметров .двигателя при работе на основных рабочих режимах (1200 - 1800 мин"') с пределом общей случайной относительной погрешности, с высокой доверительной вероятностью:

- для частоты вращения коленчатого вала - не более ± 0,6%;

- для часового расхода топлива - не более ± 2,4%;

- для эффективной мощности - не более ± 4,8%.

Анализ ошибки определения расхода топлива в стендовых условиях при использовании разпых типов датчиков перемещения

рейки Т11ВД

Определяемая величина расхода топлива (?т, в нашем случае является функцией от нескольких переменных - частоты вращения коленчатого вала, п, и положения рейки топливного насоса 5Р:

ет=/(5р,«).

При проведении испытаний величины 5Р и п были вычислены определены с ошибками Д8Р и Ап. Искомая величина расхода топлива (7Т, также будет определена с некоторой опшбкой А(?т. Так как обычно А5Р, Ап, АСТ достаточно малы по сравнению с соответствующими величинами, дифференци- • руя указанное уравнение получаем:

т 35р р дп

Заменяя <1 на А, находим абсолютную ошибку:

т дБ. р дп

Следовательно, абсолютная ошибка при определении искомой величины расхода топлива равна сумме произведений частных производных вышеуказанного уравнения по измеренным величинам (которые рассматриваются как независимые переменные) на абсолютную ошибку измеренных величин частоты вращения коленчатого вала и перемещения рейки ТНВД.

Выражение для относительной ошибки при определении расхода топлива тогда принимает следующий вид:

-т = + —- йп

Сг /Э5р р /дп

или

¿/1пСт=Лп/(5р,«).

При проведении опыта на испытательном стенде часовой расход топлива находим по формуле:

вт = КпС^р(ШгпУг\а=КйБрп.

Относительная точность определения частоты вращения коленчатого вала двигателя по результатам эксперимента на испытательном стенде составляет — = 0,006, положения рейки ТНВД с помощью индуктивного п

Д5

датчика —- — 0,045. ^

Логарифмируя указанное выше уравнение для расхода топлива, получим:

1пбт = 1п.Кп +1п5р + 1пл.

тл „ Ап ДЛ'Г АКп

Не зная знака отдельных ошибок —, —£. и принимаем, что они

имеют одинаковый знак. В таком случае верхний предел погрешности выражается соотношением:

^ = ^ Оп + п '

Заменив знак с1 на Д и подставив их числовые значения имеем: для индуктивного датчика перемещения:

^ = 0,045 + 0,006 = 0,051,

ст '

для цифрового оптического датчика:

^ = 0,0025 + 0,006 = 0,0085,

От

т.е. расход топлива при проведении опыта на испытательном стенде при замере положения рейки ТНВД с помощью индуктивного датчика перемещения может быть определен с точностью 5,1% , а нри помощи оптического цифрового датчика с точностью 0,85%. Замена индуктивных датчиков определения перемещений рейки ТНВД, на средства оптической микрометрии позволяет увеличить точность определения расхода топлива в шесть раз.

Испытания на судне «Метеор 186».

Испытания проводились на судне на подводных крыльях «Метеор-186» в период навигации 2006 г. Приборы были установлены в соответствии с инструкцией по эксплуатации на оба главных двигателя. Общая наработка прибора составила - 150 ч.

Контрольные измерения и снятия показаний с прибора производились в ходе нагружения главных двигателей от режима холостого хода до режима максимальной нагрузки. Общий расход топлива двумя главными двигателями за время эксперимента составил 9611 кг, а средний эксплутационный часовой расход топлива каждого двигателя - 85,7 кг/ч. Средняя эксплуатационная мощность двигателя за время эксперимента составила 404 кВт на режиме но частоте вращения коленчатого нала 1450 мин

Результаты эксперимента позволили сделать следующие выводы:

1. Прибор РТС обеспечивает измерения заявленных параметров работы дизеля с высокой доверительной вероятностью с пределом относительной случайной погрешности для следующих параметров:

- частота вращения коленчатого вала ДВС - не более ±0,6%;

- положение рейки ТНВД - пе более ±4,5%

- эффективная мощность не более ±4,8%;

- часовой расход топлива - не более ±2,4%.

2. Целесообразно применение прибора РТС для теплотехнического контроля СДВС в качестве штатного прибора контроля параметров работы главных СДВС СЭУ.

3. Для проведения теплотехнических испытаний с применением прибора РТС необходимо создание методики, основанной на определении расхода топлива и эффективной мощности по положению рейки ТНВД и частоте вращения коленчатого вала двигателя.

4. С целью повышения точности определения расхода топлива и эффективной мощности возможно определение текущего положения рейки ТИВД с помощью средств цифровой микрометрии.

5. Цифровая видеосъемка микронеремещений рейки ТНВД позволяет' производить диагностику текущего технического состояния элементов топливного насоса высокого давления.

В главе 4 рассмотрены эксплуатационные факторы, нлияющие на работу СДВС. Эксплуатационная оценка режимов работы дизеля, давалась по энергетическим показателям - эффективной мощности двигателя Л^ и его ( крутящему моменту Мс.

Проанализирована возможность проведения теплотехнических иегш-таиий славных ДВС на швартовных режимах.

Разработана методика проведения теплотехнических испытаний судового дизельного двигателя с использованием предложенного метода нахождения эффективной мощности и расхода топлива. Определены основные этапы проведения теплоконтроля.

Сформулированы требования к проведению испытаний и описана используемая измерительная аппаратура. Предложен алгоритм проведения теплотехнических испытаний. По такому алгоритму обследовано более 500 судовых главных дизельных двигателей. Разработанная методика вошла в инструкцию по проведению теплотехнических испытаний СДВС.

Автор считает целесообразным продолжение проведения работ по до-оборудовашио системы приборами архивации, храпения результатов измере-' ний, а также системами удаленной передачи полученных данных предстами-телям судовладельца и классификационных органов.

Основные выводы в результаты работы

1. Выполнен анализ существующих методов опрецеления расхода топлива судовым дизелем и его эффективной мощности в условиях эксплуатации, установлено, что наиболее объективным является метод, основанный

на зависимости текущего расхода топлива и эффективной мощности судового дизеля от положения органа топливоподающей аппаратуры и частоты вращения коленчатого вала:

2. Выполнен анализ теоретических основ предложенного метода, усовершенствована методика определения расхода топлива и эффективной мощности судовым дизелем, путем уточнения значений коэффициентов пропорциональности в уравнениях цикловой подачи топлива за счет применения метода линейно-кусочной интерполяции.

3. Проведены экспериментальные исследования, доказывающие, что оптические средства измерения перемещения рейки ТДВД при косвенном определении подачи топлива обладают максимальной точностью и быстродействием. Их относительная случайная погрешность лежит в пределах ± 0,025%.

4. Разработаны алгоритм и программного обеспечение для цифрового прибора, реализующего указанную выше методику.

5. С применением разработанного- алгоритма созданы экспериментальные измерительные комплексы на основе приборов РТС и Это-ЬЦе АМ-413, что позволило оценить точность измерений контролируемых параметров в условиях эксплуатации.

6. Разработана методика проведения теплотехнического контроля дизельных двигателей судов внутреннего и смешанного «река-море» плавания на основе предложенного метода.

Публикации по теме диссертации

1. Фомин Н. Н., Орлов А. Е. Метод измерения расхода топлива и эффективной мощности судовых двигателей в условиях эксплуатации. Речной транспорт (XXI век). 2008. №2 (Издание, рекомендованное ВАК). - С. 79-81.

2. Орлов А. Е. Повышение уровня технической эксплуатации СЭУ судов малых размерений. Труды научно-практической конференции студентов и аспирантов. 23-25 июня 2003 г. - , СПб.: СГ1ГУВК, 2004. - С. 126-129.

3. Фомин Н. Н., Орлов А. Е. Капитальный ремонт судовых двигателей внутреннего сгорания в корпусе судна. Труды международного научно-технического семинара «Исследование, проектирование и эксплуатация судовых ДВС». - СПб.: Парком, 2006. - С. 218-225.

4. Фомин Н. Н., Орлов А. Е. Современные проблемы технической эксплуатации судовых силовых установок. Труды международного научно-технического семинара «Исследование, проектирование и эксплуатация судовых ДВС». - СПб.: Парком, 2006. - С. 226-236.

5. Фомин Н. II., Орлов А. Е. Стандарт безопасности судовых дизелей. Труды международного научно-технического семинара «Исследование, проектирование и эксплуатация судовых ДВС».- СПб.: Парком, 2006. - С. 237-251.

6. Орлов А .Е., Благушко М. Н., Фомин Н. Н. Анализ существующих систем контроля параметров ДВС в эксплуатации. Труды Д Международного научно-технического семинара «Исследование, проектирование и эксплуатация судовых ДВС».- СПб.: СПГУВК, 2008. - С. 251-259.

7. Орлов А. Е., Фомин Н. Н. Требования классификационных обществ по определению технико-экономических параметров работы С ДВС. Груды II Международного научно-технического семинара «Исследование, проектирование и эксплуатация судовых ДВС»,- СПб.: СПГУВК, 2008.- С. 260-264.

Подписано в печать 22.01.09. Сдано в производство 22.01.09.

Печать цифровая. Формат 60 х 84 1/16 Усл.- печ. л. 1.

Тираж 80 зкз.

Отпечатано в типографии Ф ГОУ ВПО СПГУВК 198035, Санкт-Петербург, Межевой канал, 2

2008172736

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСХОДА ТОПЛИВА И ЭФФЕКТИВНОЙ МОЩНОСТИ.

1.1 Методы и средства измерения расхода топлива.

1.2 Эффективность методов измерения расхода топлива.

1.3 Методы и средства измерения эффективной мощности.

1.4 Эффективность методов измерения эффективной мощности.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДА.

2.1 Анализ механизма топливоподачи различных систем впрыска.—

2.2 Теоретические основы определения мгновенного расхода топлива и эффективной мощности в условиях эксплуатации.

2.3 Методика построения диаграмм определения расхода топлива и эффективной мощности.

2.4 Алгоритм определения эффективной мощности и мгновенного расхода топлива в условиях эксплуатации.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА, АППАРАТУРА, ОБЪЕКТ ИСПЫТАНИЙ И МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ.

3.1 Испытания на топливном стенде завода ОАО «Звезда».—

3.1.1 Объект испытаний.—

3.1.2 Описание испытательного стенда.

3.1.3 Экспериментальная установка и измерительная аппаратура.—

3.1.4 Обработка результатов измерений.

3.2 Испытания на испытательном стенде дизелей завода ОАО «Звезда».

3.2.1 Объект испытаний.—

3.2.2 Установка и монтаж датчиков на двигателе.

3.2.3 Результаты испытаний.

3.3 Испытания на учебном стенде лаборатории СДВС СПбГУВК.

3.3.1 Объект испытаний.

3.3.2 Описание испытательного стенда.—

3.3.3 Экспериментальная установка.

3.3.4 Установка и монтаж датчика на двигателе.

3.3.5 Анализ ошибки определения расхода топлива в стендовых условиях при использовании различных типов датчиков перемещения рейки ТНВД.

3.4 Испытания на судах типа «Метеор».

4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РАЗРАБОТАННОГО АЛГОРИТМА В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ.

4.1 Требования классификационных обществ по проведению теплотехнического контроля.—

4.2 Влияние эксплутационных факторов на работу СДВС.

4.2 Методика проведения теплотехнического контроля.

4.3 Алгоритм проведения теплотехнического контроля с применением предложенного метода определения эффективной мощности и расхода топлива.

Важной составляющей производственного процесса на водном транспорте на современном этапе является эксплуатация судов. К основным ее задачам относятся перевозка грузов и пассажиров, обеспечение безопасности судоходства, сохранности грузов и имущества, охраны человеческой жизни, предотвращение загрязнения природной среды.

Большинство судоходных компаний поддерживает работоспособность востребованной части транспортного флота путем его ремонта, переоборудования и модернизации. Очевидно, что вложение средств в ремонт действующего флота, а не в строительство нового диктуется реальными условиями и экономическими возможностями страны. По всей видимости, объективно складывающаяся практика поддержания в .технической готовности востребованного на перевозках флота за счет ремонтно-модернизационных мер продолжится и в обозримом будущем. Что касается технического аспекта проблемы, то национальные классификационные общества (Российский Морской Регистр судоходства и Российский Речной Регистр) вынуждены принимать дополнительные меры, направленные на обеспечение стандарта технической безопасности [42].

Сокращение доли затрат на топливно-энергетического ресурсы (ТЭР) в общих затратах судоходных компаний является актуальной задачей, ориентированной на повышение их конкурентоспособности, а энергосбережение и повышение эффективности использования топлива — одно из основных безальтернативных направлений государственной экономической политики Российской Федерации [39].

Решение этой задачи связано непосредственно с созданием необходимой нормативной и современной приборной базы, что позволит объективно вести как учет расхода топлива, так и принимать эффективные решения по его снижению.

В обосновании нуждаются нормативы по удельному расходу топлива разными типами судовых дизельных двигателей, в том числе и с учетом увеличивающихся межремонтных периодов. Это особенно актуально в связи с введением Правительством РФ обязательного энергоаудита промышленных предприятий, в том числе судоходных компаний [40].

Постановления Правительства РФ, федеральный закон РФ «Об энергосбережении» №28-Ф-3 от 03 апреля 1996 г. и ряд новых стандартов, в том числе ГОСТ Р51541-99 «Энергосбережение. Энергоэффективность. Состав показателей. Общие положения» предполагают энергетические обследования и энергетическую паспортизацию предприятий. Новый энергетический паспорт промышленного потребителя топливно-энергетических ресурсов требует установления целого ряда показателей.

Одним из таких показателей энергетической эффективности является экономичность потребления ТЭР, в том числе количества топлива, затрачиваемого на перевозку одной тонны груза на один километр пути.

Совершенствование топливно-энергетического баланса судна определяет снижение себестоимости перевозок и требует, прежде всего, проведения кампанией технически грамотной политики в области эффективного использования топлив. Применение современных средств замера расхода топлива относится к числу мероприятий, обеспечивающих как учет ТЭР, так и существенную его экономию.

Требования высокой надежности, экономичного расходования моторного топлива должны быть обеспечены совершенствованием конструкций двигателей и обслуживающих их систем, повышением общей культуры технического обслуживания на основе современных средств автоматизированного управления, контроля параметров и диагностирования технического состояния важнейших узлов дизельного двигателя.

Особое внимание необходимо уделять всемерному улучшению эффективности их работы. Поскольку удельный вес суммарной мощности судовых двигателей внутреннего сгорания в энергетике страны велик, эта задача становится общегосударственной. Соблюдение стандарта технической безопасности судового двигателя внутреннего сгорания в условиях эксплуатации ставит задачу определения основных потребительских свойств судовой энергетической установки. Дальнейшее совершенствование топливоиспользования на судах невозможно без создания современных систем замера и контроля расхода топлива.

Эффективность работы судовой дизельной энергетической установки оценивается по эффективной мощности. Существующие методики определения этого показателя чрезмерно громоздки, дорогостоящи и отличаются недостаточно высокой точностью измерений. Контроль технического состояния двигателя, в условиях эксплуатации производят по данным изменения основных технико-экономических параметров. Отсутствие соответствующих методик по эффективному определению мощности двигателя в условиях эксплуатации значительно снижает экономический эффект от эксплуатации двигателя и заставляет искать новые методы вычисления его эффективной мощности.

По этому на современном этапе актуальным является создание методики определения эффективной мощности и расхода топлива для судов в процессе эксплуатации на основе современных подходов, что может существенно повысить общий уровень технического использования судовых дизельных энергетических установок.

Цель исследования состоит в формировании комплекса научно обоснованных технических решений, направленных на повышение эффективности использования топливно-энергетических ресурсов на судах, на основе усовершенствованной методики текущего контроля расхода топлива и эффективной мощности судовых ДВС.

Для достижения поставленной цели в диссертации необходимо решить следующие задачи:

1. Произвести сравнительный анализ существующих методик определения расхода топлива судовым дизелем и его эффективной мощности в условиях эксплуатации, выбрать и обосновать пути достижения поставленной цели.

2. Усовершенствовать методику определения расхода топлива и эффективной мощности судовым дизелем и исследовать влияние судовых условий на ее точность.

3. Разработать алгоритм и программное обеспечение для цифрового прибора, реализующего усовершенствованную методику определения эффективной мощности и расхода топлива.

4. Создать экспериментальный комплекс для оценки точности измерений контролируемых параметров в условиях эксплуатации и выполнить анализ результатов экспериментальных исследований.

5. Разработать методику проведения теплотехнического контроля дизельных двигателей судов внутреннего и смешанного «река—море» плавания на основе предложенной методики.

Объектом исследования выбраны судовые дизели, работающие на жидких нефтяных топливах, судовые системы контроля расхода топлива и измерения эффективной мощности.

Предметом исследования являются методики и технические средства для измерения расхода топлива и эффективной мощности судовыми дизельными двигателями и их точность в условиях эксплуатации.

Методы исследования. При решении задач исследования использованы теория судовых ДВС, теория измерений, теория эксперимента.

Обоснованность и достоверность основных научных положений и выводов работы обеспечиваются применением основных положений теории ДВС, общепризнанных физических и математических методов, а также использованием поверенных, удовлетворяющих требованиям действующих нормативных документов приборов и оборудования. Достоверность результатов аналитических исследований подтверждаются результатами многочисленных экспериментов, полученных на лабораторных установках и в ходе эксплуатации судна.

Научная новизна полученных в диссертации результатов заключается в следующем:

- предложен способ повышения точности измерений положения органа топливоподачи с помощью средств цифровой оптической микрометрии (заявка на патент на изобретение «Способ определения расхода топлива в дизельном двигателе с золотниковым топливным насосом высокого давления и устройство для его осуществления» от 22.01.2009);

- уточнены значения коэффициентов пропорциональности в уравнениях цикловой подачи топлива путем применения метода линейно-кусочной интерполяции;

- предложена уточненная методика косвенных измерений текущих расхода топлива и мощности двигателя в условиях эксплуатации на основе использования указанных технических средств и алгоритмов.

Личный вклад автора. Автором поставлены задачи теоретических и экспериментальных исследований, разработаны методики, проведены расчетные и экспериментальные исследования, выполнен анализ и обобщение их результатов, разработаны алгоритм и конструкция цифрового прибора контроля текущих расхода топлива и эффективной мощности, создана методика проведения теплотехнических испытаний судовых ДВС.

Практическую ценность представляют разработанные и используемые судоходными компаниями и теплотехническими партиями:

- номограммы определения расхода топлива и эффективной мощности судовых дизельных двигателей в условиях эксплуатации;

- алгоритм и программное обеспечение цифровых приборов, позволяющих измерять значения текущих расхода топлива и эффективной мощности, а также других параметров и показателей двигателя; усовершенствованная методика проведения теплотехнических испытаний судовых дизельных двигателей в условиях эксплуатации, основанная на применении указанной выше методики косвенных измерений текущих расхода топлива и мощности двигателя.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы нашли практическое применение при оборудовании судов на подводных крыльях проекта № 342Э комплексом для измерения расхода топлива и эффективной мощности судовых дизельных двигателей. Разработана и введена в практику усовершенствованная инструкция по проведению теплотехнического контроля судовых ДВС.

Выводы

1. Своевременное проведение теплотехнического контроля позволяет заблаговременно определить неправильную регулировку двигателей, установить снижение мощности.

2. Проведение теплотехнического контроля по предложенному алгоритму (рис. 4.3) препятствует перерасходу топлива на транспортную работу и повышает стандарт безопасности эксплуатации СДВС.

124

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Выполнен анализ существующих методов определения расхода топлива судовым дизелем и его эффективной мощности в условиях эксплуатации, установлено, что наиболее объективным является метод, основанный на зависимости текущего расхода топлива и эффективной мощности судового дизеля от положения органа топливоподающей аппаратуры и частоты вращения коленчатого вала.

2. Проведены экспериментальные исследования, доказывающие, что оптические средства измерения перемещения рейки ТДВД при косвенном определении подачи топлива обладают максимальной точностью и быстродействием. Их относительная случайная погрешность лежит в пределах ± 0,025%.

3. Анализ теоретических основ предложенного метода показал, что наиболее предпочтительными оказываются усовершенствование методики определения расхода топлива и эффективной мощности судовым дизелем и исследование влияния судовых условий на ее точность.

4. Разработанная методика построения номограмм определения эффективной мощности и расхода топлива показала необходимость созданий алгоритма и программного обеспечения для цифрового прибора, реализующего методику.

5. На основе разработанного алгоритма созданы экспериментальные измерительные комплексы с применением приборов РТС и Ото-Ьке АМ-413, что позволило оценить точность измерений контролируемых параметров в условиях эксплуатации.

6. Разработана методика проведения теплотехнического контроля дизельных двигателей судов внутреннего и смешанного «река-море» плавания на основе предложенного метода.

Автор считает целесообразным продолжение проведения работ по дооборудованию системы приборами архивации, хранения результатов измерений, а также системами удаленной передачи полученных данных представителям судовладельца и классификационных органов.

1. ГОСТ 10150-88 Дизели судовые, тепловозные и промышленные. Обобщающие технические условия.

2. ГОСТ 10448-80 Дизели судовые, тепловозные и промышленные. Приемка. Методы испытаний.

3. ГОСТ 21792-89 Установки дизельные судовые. Приемка и методы испытаний на судне.

4. ГОСТ 25866-83 Эксплуатация техники: Термины и определения.

5. ГОСТ 4.367-85 Дизели судовые, тепловозные и промышленные. Номенклатура показателей.

6. ГОСТ Р 51379-99 Энергосбережение. Энергетический паспорт промышленного потребителя топливно-энергетических ресурсов. Основные положения.

7. ГОСТ Р 51380-99 Энергосбережение. Методы подтверждения соответствия показателей энергетической эффективности и энергопотребляемой продукции их нормативным значениям. Общение требования.

8. ГОСТ Р 51387-99 Энергосбережение. Нормативно-методическое обеспечение. Основные положения.

9. ГОСТ Р 51541-99 Энергосбережение. Энергетическая эффективность. Состав показателей. Общие положения

10. РД 5.4128-86. Установки главные судовые энергетические. Способы и устройства для испытаний в ходовых режимах без хода судна. -М.: Изд-во стандартов, 1986.

11. Агеев В.И. Контрольно-измерительные приборы судовой энергетической установки. Л.: Судостроение, 1985.

12. Алексеев В.З., Бошняк В.В., Соловский В.М. Исследование диафрагм для труб малого диаметра. Измер. расх. жидк., газа и пара. М.: 1967, с.10-16.

13. Амахин В.А. Вероятностно-статический метод определения эффективной мощности главных судовых двигателей внутреннего сгорания. Авторское свидетельство № 1809350

14. Амахин В.А. Определение распределения основных теплотехнических параметров группы однотипных ДВС. Двигателестроение №4, 2000 8-9с.

15. Анфимов В.Н., Сиротина Г.Н., Чижов А.М. Устройство и гидродинамика судна. -JL: Судостроение, 1974 г.- 264с.

16. Бабич Г.С., Дорошенко С.Н. Дизель М400. Техническое обслуживание и ремонт. М.: Транспорт, 1969. -176с.

17. Бабич Г.С. Ремонт быстроходных дизелей М50ФЮ, М400, М401.- М.: Транспорт, 1974. -264с.

18. Баев A.C. A.C. Эксплуатация судовых энергетических установок. — СПГУВК, 1998.-24с.

19. Басин А.М. Ходкость, управляемость судов. Учеб. пособие для ВУЗов водн. Транспорта. -М.: Транспорт, 1977. -456с

20. Брук М.А. Инженерные основы эксплуатации ДВС. JI. СЗЗПИ. 1976. — 251 с.

21. Блюмин В.И., Иванов JI.A., Масеев М.Б. Транспортные суда на подводных крыльях. М. Речной Транспорт., 1961. -188с.

22. Брежнев М.Н. Главные механизмы судов внутреннего плавания. JI.,M.: Изд-во Минист. морск. и речн. флота СССР., 1953, -320с.

23. Брук М.А., Рихтер A.A. Режимы работы судовых дизелей. Л.: СудПромГиз. 1963. -483 с.

24. Ваншейдт В.А. Судовые двигатели внутреннего сгорания.- Л.: Судостроение, 1977. -392с.

25. Ваншейдт В.А., Гордеев П.А., Захаренко Б.А., Истомин П.А. и др. Судовые установки с двигателями внутреннего сгорания. -Л.: • Судостроение, 1978, -368с.

26. Вешкельский С.А. Справочник судового дизелиста. Вопросы и ответы. Л.: Судостроение, 1990, -368с.

27. Вихерт М.М., Добрагаев Р.П., Ляхов М.И. Конструкция и расчет автотракторных двигателей. —М.: Машиностроение. 1970. -327с.

28. Возницкий И.В. Практика использования морских топлив на судах. СПб. Моркнига. 2006.- 124 с.

29. Возницкий И.В. Современные судовые среднеоборотные двигатели. СПб. Моркнига, 2006. -140 с.

30. Волчок Л.Я. Методы измерения в двигателях внутреннего сгорания. — М.: Машгиз, 1955. -264с.

31. Гаврилов B.C., Камкин C.B., Шмелев В.П. Техническая эксплуатация судовых дизельных установок. М. Транспорт. 1985. -288с.

32. Гальперович Л.Г. Системы впрыска топлива судовых дизелей. Л. Судпромгиз. 1961.-223с.

33. Головинов С.А. Метод определения эффективной мощности судового двигателя путем измерения усилий в узлах крепления. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н., СПб., 2006 г. -169 с.

34. Гольдберг З.П., Миселев М.А., Свистунов H.H., Устройство для определения мощности дизеля в судовых условиях. -М. Судостроение. 1971., 35-36 с.

35. Дейхес М.А. Ремонт судовых двигателей внутреннего сгорания. -Л. Судостроение. 1980., -248с.

36. Дизели. Справочник. Под. общ. ред. Ваншейдта В.А., Иванченко H.H., Коллерова Л.К. — Л.: Машиностроение, 1977. -480 с.

37. Драган Ю.Е., Ригарина A.A., Рахметуллаев М.Н. О перспективах применения аккумуляторных систем топливоподачи в автомобильных дизелях. Дизелестроение. -СПб., 2000., 7-9с.

38. Ермаков В.Ф. Спутник механика теплохода. М. Транспорт, 1989. -224с.

39. Ерофеев В.Л., Ерофеева Е.В. Энергосбережение. СПб. СПбГУВК, 2005. -110с.

40. Ефремов JI.B., Тузов JI.B. Динамика судовых и стационарных двигателей. Учебное пособие. Л.: СЗПИ, 1982.-80с.

41. Ефремов H.A., Егоров Г.В. Как в условиях ограниченных ресурсов сохранить отечественный флот. -М. ООО «Журнал РТ», 2007 -32с.

42. Збесиский Л.Ф. Устройство и ремонт судовых машин и механизмов. —Л. Судостроение, 1967 -306 с.

43. Зубарев Ю.Я. Планирование эксперимента в научных исследованиях. Учебное пособие.- СПб. СПбГУВК, 2004 г. -154с.

44. Иванов П.И., Сухоруков П.А. Судовые приборы теплотехнического контроля. —М., Морской транспорт, 1988. 126с.

45. Ивановский В.Г., Корнилов Э.В., Афанащенко В.Н., Кобзарь В.М. Топливная аппаратура систем впрыска топлива в цилиндры дизелей. Одесса. Феникс., 2005. -158 с.

46. Инструкция по теплодинаметрическим испытаниям судов речного флота. МРФ. М. Транспорт. 1973 с. -112с.

47. Камкин C.B. Анализ коэффициента полезного действия судовыхдизельных установок. -М.: Транспорт, 1965.-112с.j

48. Камкин C.B., Возницкий И.В., Шмелев В.П. Эксплуатация судовых дизелей. Учебник для ВУЗов. —М.: Транспорт, 1990. 344с.

49. Кац. С.М. Балансирные динамометры для измерения вращающего момента.-М.: Госэнергоиздат, 1962.

50. Каталог. Дизельные и газовые двигатели, под. руковод. Бордукова В.Т., СПб., из-во Двигателестроение. 2003г.

51. Кузьмин Р.В. Дефектация судовых механизмов. М. Транспорт. 1967.174 с.

52. Костин А.К., Пугачев Б.П., Кочинев Ю.Ю. Работа дизелей в условиях эксплуатации. JI. Машиностроение. 1989. -284 с.

53. Кожешник Я. Динамика машин. Перевод с чешского. М.: Машгиз, 1961. -424с.

54. Кончаев В.И., Шелученко В.М. Ремонт судовых дизелей. -М.: Транспорт, 1965, -390с.

55. Костин А.К., Ермекбаев К.Б. Эксплутационные режимы транспортных дизелей. Алма-Аты: Наука, 1988. -190с.

56. Корчагин М.И. Измерение мощности судовых двигателей внутреннего сгорания.- М.: Морской транспорт, 1956.

57. Королев Н.И. Эксплуатация судовых дизелей. -М.: Транспорт, 1974, 256с.

58. Кузьмин Р.В. Дефектация судовых механизмов. -М.: Транспорт, 1989. -224с.

59. Леонтьевский Е.С. Справочник механика и моториста теплохода. —М.: Транспорт, 1981. -352с.

60. Малиновкий М.А., Фока A.A., Ролинский В.И., Вахрамеев Ю.З. Обеспечение надежности судовых дизелей на эксплутационных и особых режимах работы. Одесса. Феникс. 2007.- 148с.

61. Мануйлов В.П. Эксплуатация судовых энергетических установок. М. Транспорт. 1979. -168 с.

62. Маренков H.A. Обнаружение и устранение дефектов судовых дизелей. — М.: Транспорт, 1975. -224 с.

63. Международная конвенция по охране человеческой жизни на море 1974 года (текст, измененный Протоколом 1988 года к ней и с поправками) — СПб.: ЗАО ЦНИИМФ, 2002. -928с.

64. Морское обрастание и борьба с ним. Перевод с англ. Е.В. Александровой, Е.Ф. Гуревич, Ф.В. Максимовой и Н.Т. Гасуна —М. Воениздат, 1957.

65. Мухин Ю.Н., Синильников Б.Е. Автомобильный двигатель на катере. —Л. Судостроение, 1980. 216 с.

66. Нестеренко И.Ф. Специальные вопросы эксплуатации судовых дизелей. СПб. СПбГУВК, 2000. -198с.

67. Нуйкин A.A., Власов П.А. Система питания дизельных двигателей. Пенза. ПензАГРОТЕХсервис. 2004. -140с.

68. Овсянников М.К., Петухов В.А. Судовые дизельные установки. JI. Судостроение. 1986. -424с.

69. Орлов А.Е. Повышение уровня технической эксплуатации СЭУ судов малых размерений. Труды научно-практической конференции студентов и аспирантов. 23-25 июня 2003г, СПб: СПбГУВК, 2004, 126-129с.

70. Осташенков В.Ф. Теплотехнические испытания судовых дизелей.- М.: Транспорт, 1967. -248с.

71. Пахомов Ю.А., Коробков Ю.П., Дмитриевский Е.В., Васильев Г.Л. Топливо и топливные системы судовых дизелей. М.: ТрансЛит., 2007. -496 с.

72. Печененко В.И., Козьминых Г.В. Автоматизация регулирования и управления в судовых силовых установках. -М., Транспорт, 1967. -312с.

73. Правила Российского Речного Регистра (в 4-х томах).- М.: Изд-во «По волге», 2002

74. Правила Российского морского регистра судоходства. Правила классификации и постройки морских судов, (в 3-х томах) -СПб., РМРС, 2005.

75. Правила классификации, постройки и обеспечения эксплуатационной безопасности судов, поднадзорных ГИМС РФ. (в 3-томах) -М., ГИМС, 2001.

76. Правила классификации, проектирования, постройки и оборудования маломерных судов промыслового флота. -СПб., Гипрорыбфлот, 1998.

77. Правила технической эксплуатации дизелей судов речного флота.- Л.: Транспорт, 1989.

78. Принципиальные положения о системе непрерывного технического обслуживания с использованием безразборного диагностирования. Л. ЛИВТ 1989. -28 с.

79. Работа автомобильного двигателя на неустановившихся режимах. Е.И. Акатов, П.М. Белов., Н.Х. Дьяченко и др. -М.-Л.: Машгиз, 1963. -248с.

80. Работа дизелей в условиях эксплуатации. Справочник. А.К. Костин, Б.П. Пугачев, Ю.Ю. Кочинев. Под. общ. ред. А.К. Костина—Л.: Машиностроение. Ленинград, отделение, -284 с.

81. Райков И.Я. Испытания двигателей внутреннего сгорания. — М.: Высшая школа., 1975. -302с.

82. Режимы работы двигателей энергонасыщенных тракторов. Н.С. Ждановский, A.B. Николаенко, B.C. Шкрабак и др. —Л.: Машиностроение. 1981,240с.

83. Ржепельский К.Л., Рихтер A.A., Дизель в судовом пропульсивном комплексе. -Л.: Судостроение, 1978. -258с.

84. Рихтер A.A., Лавров Г.Г. Зависимость пропульсивных качеств судов от продолжительности эксплуатации.- Судостроение. №7, 1974. С16-19.

85. Руководство по анализу износов деталей и надежности дизелей. Под редакцией Кузнецова Н.П., -Л. Транспорт. 1982. -46 с.

86. Руководство по надзору за маломерными судами рыбопромыслового флота России., СПб., Гипрорыбфлот 2001. -56с.

87. Руководство по теплотехническому контролю серийных теплоходов. М. Минречфлот. 3-е изд., перераб. и доп. Транспорт. 1986. 207с.

88. Русинов Р.В. Топливная аппаратура дизелей. Л. Издание ЛПИ им. М. И. Калинина. 1978. 49с.

89. Свистунов H.H. Устройство ИЭМ-1, Авторское свидетельство 334392

90. Сороко-Новицкий В.И. Испытания автотракторных дизелей. Издание 4-е., М.: Машгиз, 1995. с. 18-20.

91. Справочник машиностроителя. Под. ред. C.B. Серенсена Т.З — 3-е изд., исправленное и доп.- М.: Машгиз, 1962. -654с.

92. Справочник по ремонту речных судов. Под редак. М.И. Чернова, -М.: Транспорт, 1973. -480с.

93. Стационарные двигатели внутреннего сгорания (контроль, наладка, испытания) Справочное руководство. -Киев: Машгиз, -402с.

94. Судовые Дизели Д6. Руководство по эксплуатации ЗД6. под. редак. Раттасепп В.И., Барнаул.: Полиграфист, - 232с.

95. Судовой дизель М400. Инструкция по эксплуатации 400ИЭ. 1984.- 114с.

96. Тузов JI.B., Приходько В.М., Приходько A.M. Силовой анализ КШМ и спектральный анализ диаграмм поршневого двигателя на ПЭВМ. Учебное пособие.- СПб.: СПГУВК, 1993. -132с.

97. Фоменко В.П. Ремонт судовых дизелей. -М.: Пищевая промышленность, -80с.

98. Фомин H.H., Безюков O.K. Эксплуатация судовых ДВС до предельного состояния. Труды Международной научно-практической конференции.-СПб.: СПГУВК, 2003. 18-24 с.

99. Фомин H.H., Орлов А.Е. Современные проблемы технической эксплуатации судовых силовых установок. Труды международногонаучно-технического семинара «Исследование, проектирование и эксплуатация судовых ДВС» СПб., СПбГУВК, Изд-во «Парком», 2006, 226-236с.

100. Фомин Н.Н., Орлов А.Е. Стандарт безопасности судовых дизелей. Труды международного научно-технического семинара «Исследование, проектирование и эксплуатация судовых ДВС» СПб., СПбГУВК, Изд-во «Парком», 2006, 237-251с.

101. Хандов З.А. Судовые двигатели внутреннего сгорания (теория). М. Транспорт 1969. — 304с.

102. Чумаченко И.И., Судовые двигателя внутреннего сгорания. Части вторая и третья. Теория и расчет судовых двигателей. М.: Морской Транспорт, 1955, -207с.

103. Шишкин В.А. Анализ неисправностей и предотвращение повреждений судовых дизелей. -М.: Транспорт, 1986, -192 с.

104. Blows L.G. Towards a better turbine flowmeter. Int. Conf. On Adv. In Flow Measur. Techn. Warwick, 1981. Sept. 9-11, p. 307-318.

105. Clark W.I. Flow meansurement: some problems and devices of special interest. Trans. SIT. Dec., 1959, p.234-248.

106. Daugas Claude. Moteur Semi-rapides dual fuel a pression moyenne effective elevee. Entropie, 1972, 8, № 48, p. 41-51.

107. Factors that affect BSFS and emissios for diesel engines: Pert 1-Presentation of concepts. Uyehara Otto A, "SAE Techn. Pap". 1987, №870343, 41p.

108. Filban T.J., Griffin W.A. Smalldiameter orifice metering. Trans. ASME. Ser.D. 1960. Vol. 82. №3, p.735-740.

109. Gianroberto Besio, Marino Nobile. A challenging fuel for diesel engines: orimulsion from the concept to the application. Congress CJMAC, Hamburg, 2001, p. 608-619.

110. Klauning W., Grunaug P. Elektronisch gesteuerte Dieseleinspritzung. Tech. Rdsch. 1981. 73,- №5, s. 17,19.

111. P. Sunn Pedesen. "Development towards the intelligent Engine". 16th Marine Propulsion Conference. London 10-11 March 1994. Proceeding, p. 77-88.

112. Witte R. Die Strömung durch Düsen und Blenden. Forschung. 1931. s.241-251,291-302.1. Л 1361. ФГОУ впо

113. САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ1. ВОДНЫХ КОММУНИКАЦИЙ»1. На правах рукописи

114. ОРЛОВ Александр Евгеньевич

115. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСХОДА ТОПЛИВА И ЭФФЕКТИВНОЙ МОЩНОСТИ СУДОВЫХ две В УСЛОВИЯХ1. ЭКСПЛУАТАЦИИ