автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.05, диссертация на тему:Обоснование и промышленная реализация имитационных испытаний главных дизельных установок судов с винтами регулируемого шага

САНКТ - ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСТЕТ ВОДНЫХ КОММУНИКАЦИЙ •

На правах рукописи АМАХИН Виктор Аркадьевич

КОМПЛЕКС МЕТОДОВ ИМИТАЦИОННЫХ ИСПЫТАНИЙ ГЛАВНЫХ ДИЗЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК СУДОВ С ВИНТАМИ РЕГУЛИРУЕМОГО ШАГА

Специальность 05.08.05 — Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт - Петербург 2001

Работа выполнена в ордена Октябрьской Революции ОАО "Мурманский траловый флот"

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор БАЙБУРИНФ. 3.

доктор технических наук, профессор ОВСЯННИКОВ М. К.

доктор технических наук

ИВАНЧЕНКО А. А..

Ведущее предприятие: ГУП "Центральный научно-исследовательский дизельный институт"

Защита состоится 21 декабря 2001 года в 11 часов на заседании диссертационного Совета Д223.009.04 при Санкт-Петербургском государственном университете водных коммуникаций по адресу: 193085, г. Санкт-Петербург, Двинская ул., 5/7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного университета водных коммуникаций.

Автореферат разослан "2.0 " ноября 2001 года.

Ученый секретарь диссертационного Совета

Д223.009.04 доктор технических наук, профессор

В.Л. Ерофеев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. В настоящее время большое внимание обращается на ускорение научно-технического прогресса во всех отраслях промышленности, которое обеспечивается внедрением ресурсосберегающих технологий, интенсификацией и повышением эффективности производства.

В судостроительной и судоремонтной отраслях промышленности ежегодно выполняются работы на тысячах судов различного назначения. Большинство этих судов оснащены главными дизельными установками (ГДУ). На заключительном наиболее важном и ответственном этапе постройки или ремонта судна производятся ре1улировочно-наладочные работы и испытания ГДУ, продолжительность которых достигает 10% от общего цикла постройки или ремонта судна.

Одним из главных резервов сбережения трудовых и материальных ресурсов, повышения производительности труда на этапе сдаточных испытаний судна является сокращение продолжительности испытаний ГДУ на режимах спецификационных нагрузок на основе использования имитационных методов испытаний ГДУ в ходовых режимах на швартовах (без хода судна). Однако, в этом случае на членов приемо-сдаточной комиссии и Морского Регистра Судоходства Российской Федерации возлагается большая ответственность, так как они должны быть абсолютно уверены в достоверности имитационных испытаний ГДУ ( без выхода судна на ходовые испытания в сопровождении обеспечивающего буксира-спасателя в специально отведенный, удаленный от морских портов и свободный от других судов район моря ), по результатам которых судовладелец принимает судно в эксплуатацию, а Морской Регистр Судоходства РФ выдает судовладельцу соответствующие эксплуатационные документы на судно до следующего планового освидетельствования через 5 лет.

В диссертационной работе рассмотрены ГДУ с винтами регулируемого шага (ВРШ), получившие широкое распространение на современных морских судах (рыболовных траулерах, танкерах, буксирах, сухогрузах и других ).

Современный уровень развития судостроительной и судоремонтной отраслей промышленности требует разработки методологические основ имитационных испытаний ГДУ судов с ВРШ, обеспечивающих необходимую достоверность и безопасность их проведения , в том числе в условиях мелковод ных акваторий судостроительных и судоремонтных предприятий (судоверфей ) со сложным гидрологическим режимом и ограниченными размерами.

Актуальной для флота, судостроительной и судоремонтной отраслей промышленности является первостепенной важности задача достоверного определения эффективной мощности главных судовых двигателей внутреннего сгорания (ДВС), так как правильное задание эффективной мощности о" • ределяет качество регулировочно-наладочных работ на главных судовых ДВС, от которых зависят эксплуатационная надежность и экономические по-

казатели работы всех двигателей. При этом достоверность определения эффективной мощности главных ДВС судов с ВРШ известными методами по штатным средствам измерений теплотехнических параметров часто не удовлетворяет требованиям действующей нормативно-технической документации. Вследствие этого на судоверфях в процессе приемо-сдаточных испытаний ГДУ судов с ВРШ нередко возникали спорные ситуации, когда представители судовладельца полагали, что главные судовые ДВС не развивают спе-цификационной мощности, а представители промышленности наоборот утверждали, что двигатели работают с перегрузкой. Такие спорные ситуации разрешались только в процессе ходовых испытаний судна на мерной миле.

На работу главных судовых ДВС влияет множество факторов, из которых трудно выделить самые главные и нельзя пренебрегать остальными. Классическая схема тачных наук — детерминистская — оказывается здесь мало пригодной. В диссертационной работе решить важнейшую задачу разработки универсального достоверного метода определения эффективной мощности главных судовых ДВС позволили математические методы теории вероятностей и математической статистики.

В диссертационной работе исследована актуальная задача определения влияния внешних гидрологических условий на акватории судоверфи на изменение швартовных режимов работы ВРШ и кинематически связанного с ним главного двигателя (ГД) судна, так как это влияние необходимо учитывать отдельно от общего числа случайных факторов, влияющих на работу главных судовых ДВС.

Отсутствие метода определения влияния совокупного комплекса течений на акватории судоверфи на швартовные режимы работы ВРШ не позволяет обоснованно изменять режимы его работы, чтобы обеспечить стабильную загрузку ГД на каждом из основных режимов испытаний ГДУ судна.

Отсутствие достоверного метода расчета потока, отбрасываемого ВРШ, работающим на швартовном режиме в качестве универсального нагрузочного устройства ГД, приводит к неправильной оценке его действия на ограничивающие поверхности акватории судоверфи и влияния вызванных этим лото-ком обратных течений на швартовные режимы работы ВРШ и кинематически связанного с ним ГД судна.

Таким образом, можно констатировать наличие проблемы, заключающейся в необходимости научного обоснования методологических основ и промышленной реализации имитационных испытаний ГДУ судов с ВРШ.

Диссертация является научным обоснованием исследований и практических результатов, полученных автором в процессе решения актуальной народно-хозяйственной задачи в 1977-1998 годах.

ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ является научное обоснование методологических основ имитационных испытаний главных дизельных установок судов с винтами регулируемого шага, обеспечивающих необходимую для практических целей достоверность испытаний в условиях мелководных акваторий верфей

со сложным гидрологическим режимом и ограниченными размерами, и их промышленную реализацию.

МЕТОДОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНОВОЙ РАБОТЫ являются: Вероятностные принципы подхода к решению задач, учитывающих влияние множества случайных факторов на средние значения величин выходных параметров математической модели объекта исследований в зависимости от задающего параметра, разработанные Е. С. Вентцель и примененные автором к главным судовым ДВС;

представления о работе судового гребного винта, разработанные А. М. Васиным и И. Я. Миниовичем и примененные автором к судовым гребным винтам, работающим на швартовном режиме в качестве нагрузочного устройства ГД судов;

представления о затопленной осесимметричной струе, разработанные Л. Г. Лойцянским и примененные автором к потоку, отбрасываемому судовым гребным винтом, работающим на швартовном режиме в качестве нагрузочного устройства ГД судов.

НАУЧНУЮ НОВИЗНУ РАБОТЫ представляют результаты теоретических и экспериментальных исследований, которые ВЫНОСЯТСЯ НА ЗАЩИТУ:

опытных распределений значений основных теплотехнических параметров групповых выборок главных судовых ДВС судов с ВРШ;

влияния вариаций опытных распределений значений основных теплотехнических параметров главных ДВС, определяемых штатными средствами измерений, и угла поворота лопастей ВРШ на достоверность задания нагруз ки ГД судов;

влияния гидрологического режима на акватории судоверфи на изменение швартовных режимов работы ВРШ, используемого в качестве нагрузочного устройства ГД, и кинематически связанного с ним ГД судна;

влияния потока, отбрасываемого ВРШ, работающим на швартовном режиме в качестве нагрузочного устройства ГД, на ограничивающие поверхности акватории судоверфи и вызванных этим потоком обратных течений па швартовные режимы работы ВРШ и кинематически связанного с ним ГД судна;

и разработанные на основании этих исследований методы: определения эффективной мощности главных судовых ДВС вероятностно-статистическим методом, который признан изобретением;

определения влияния гидрологического режима на акватории предприятия на швартовные режимы испытаний ГДУ судов с ВРШ;

определения влияния потока, отбрасываемого ВРШ, работающим на швартовном в качестве нагрузочного устройства ГД, на ограничивающие поверхности акватории судоверфи.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ. Осуществлено научное обоснование методологических основ имитационных испытаний ГДУ судов с

ВРШ в условиях мелководных акваторий судоверфей со сложным гидрологическим режимом и ограниченными размерами.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ. Внедрены в производство:

совокупный комплекс новых методов, обеспечивающий достоверность и безопасность проведения имитационных испытаний ГДУ судов с ВРШ;

способ определения нагрузки ДВС (Авторское свидетельство 1809350 СССР);

и разработанные на их основании типовые программы и методики имитационных испытаний ГДУ шестнадцати проектов судов с ВРШ, охватывающие около 80% российских судов, оснащенных ГДУ с ВРШ.

Экономический эффект от внедрения разработок по теме диссертации в народное хозяйство за период с 1990 по настоящее время в ценах 1991 года составил 13 миллионов 992 тысячи рублей. Сэкономлено 2710 т дизельного топлива и 132 т дизельного масла.

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА определяется проведением научного обоснования методологических основ имитационных испытаний ГДУ судов с ВРШ, в том числе постановкой задачи исследования, подготовкой и проведением натурных экспериментальных исследований представительной группы ГДУ, в которую входит около 350 судов с ВРШ, обработкой, анализом и обобщением опытных данных различных исследований в рассматриваемой области научных знаний, разработкой совокупного комплекса методов, обеспечивающих достоверность и безопасность проведения имитационных испытаний ГДУ судов с ВРШ, и способа определения нагрузки ДВС, признанного изобретением, а также типовых программ и методик имитационных испытаний ГДУ шестнадцати проектов судов с ВРШ, которые внедрены в промышленное производство.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты работы докладывались поэтапно на 13-й международной конференции по портовой и морской технологии в арктических условиях РОАС 95 (г. Мурманск, 15-18 августа 1995 г.), на 6-ой всесоюзной научно-технической конференции по судоремонту "Проблемы совершенствования судоремонта и повышения ремонтопригодности судов" (г.Ленинград, 1985 г.), на 7-ой всесоюзной научно-технической конференции по судоремонту "Научно-технический прогресс в судоремонте в новых условиях хозяйствования" (г. Ленишрад, 1991 г.), на десяти ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава МГТУ (г. Мурманск, 1990-1999 гг.).

ПУБЛИКАЦИИ. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 28 статьях, 10 тезисах докладов на научно-технических конференциях, 16 отчетах о НИР и ОКР, на которые составлены информационные карты, включенные в государственный банк данных. Получено авторское удостоверение на изобретение.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав, заключения, списка литературы (323 страниц основного текста, в том числе 53 рисунков и 36 таблиц) и 12 приложений (31 страницы дополнительного текста). В список литературы включено 249 работ на русском языке и 24 работы на иностранных языках. Приложения содержат материалы по внедрению результатов исследований по теме диссертационной работы в народном хозяйстве.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВО ВВЕДЕНИИ обоснована актуальность и определена цель работы, показана методологическая основа, научная новизна, практическая ценность, реализация результатов и апробация работы, определены выносимые на защиту результаты теоретических и экспериментальных исследований и личный вклад автора.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ анализируется состояние и условия применения методов приемо-сдаточных испытаний ГДУ судов с ВРШ, делается обзор работ, посвященных исследуемому вопросу, обосновывается цель и поставлены задачи исследования.

На рисунке 1 приведена структурная схема работы ГДУ судна с широко распространенной передачей мощности через редуктор на ВРШ в условиях акватории судоверфи.

В начале главы дается классификация ГДУ судов с ВРШ.

В диссертационной работе в основном рассматриваются ГДУ с механической передачей мощности на ВРШ, когда ГД и гребной винт судна взаимно влияют друг на друга.

Теоретические и экспериментальные исследования проводились на ГДУ около 350 судов водоизмещением от 300 до 9260 т, оснащенных ГД суммарной мощностью от 735 до 5300 кВт и гребными винтами регулируемого шага диаметром от 1,8 до 4,0 м.

В главе дается классификация способов и характеристика устройств для имитации ходовых режимов ГДУ судов.

ВРШ позволяет имитировать ходовой режим работы ГДУ судна изменением угла поворота его лопастей. При этом не требуются дополнительные технические средства имитации ходовых режимов работы ГДУ судна.

Проблеме имитационных испытаний ГДУ судов посвящены работы Вдо-викова Г. В., Гриценко А. К., Губанова В. А., Данилова А. Т., Даусона Д., Денисенко Н. И., Коршунова А. А., Крылова Н. М., Лучко И. Е., Савченко А. И., Яковлевой О. С. и других.

Однако, имитационный метод испытаний ГДУ судов с ВРШ до конца 80-х годов не имел широкого применения.

Объяснялось это тем, что достоверность нагружения ГД при испытаниях ГДУ судов с ВРШ имитационным методом в условиях мелководных акваторий верфей со сложным гидрологическим режимом не удовлетворяла требованиям морского Регистра судоходства РФ и судовладельцев.

Структурная схема работы ГДУ судна с передачей мощности через редуктор на ВРШ в условиях акватории судоверфи

Жг

mT

А

Р*

Уг

rtj

Т ь 1r*v

$ t 7

со

1 - регулятор частоты вращения ГД, 2 - топливные насосы ГД, 3 - ГД, 4 - валопровод с редуктором и валогенераторами, 5 - ВРШ, 6 - поток, отбрасываемый ВРШ, 7 - ограничивающая поверхность (причальная стенка, дно акватории).

Параметры ДВС: G j - расход топлива, т Т - положение рейки топливного насоса, частота

вращения коленчатого вала, Ttg - крутящий момент на валу отбора мощности, .у^- задающий сигнал системы управления ГДУ. Параметры других элементов: Т1в - момент от механических потерь в системе валопровода, ie - передаточное отношение от ГД на ВРШ, Q - момент, Г- упор и пв - частота вращения ВРШ, векторы скоростей: v - вызванной протекания потока через движитель, vA - течения на акватории, - вызванного обратного течения, аг- азимут течения, у„ - осевая скорость в

произвольной точке потока.

Рис. I

Достоверное определение эффективной мощности главных ДВС является одной из важнейших задач приемо-сдаточных испытаний ГДУ судов.

В главе дается характеристика методов определения эффективной мощности главных ДВС судов с ВРШ.

Проблеме определения эффективной мощности судовых ДВС посвящены работы Байбурина Ф. 3., Ваншейдта В. А., Возницкого И. В., Гаврило-ва В. С., Гиттиса В. Ю., Ефремова JI. В., Захаренко Б. А., Кааре Ааена, Кам-кина С. В., Кузькина В. Г., Магнитского Ю. А., Мясникова Ю. Н., Овсянникова М. К., Петровского Н.В., Хандова 3. А., Щагина В. В., Dziewanowski J., Johansen О., Moeck Е., Morrison J., Schmuck P., Sewerin D., Stricken H., Panke E., Warkman D. C., Woodward J. В. и других.

Однако, известные способы определения эффективной мощности судовых ДВС имеют ограниченное применение в эксплуатации из-за отсутствия на многих ГД судов специальных штатных средств измерений крутящего момента, среднего индикаторного давления и расхода топлива. Другие известные способы определения эффективной мощности главных судовых ДВС с использованием штатных средств измерений их основных теплотехнических параметров не удовлетворяют требованиям ГОСТ21792-89.

Приемо-сдаточные испытания ГДУ проводятся в разных климатических и погодных условиях в течение всего года на акваториях с различными глубинами, размерами, наличием течений, приливов и отливов воды, которые влияют на оптимальные условия проведения испытаний и могут привести к изменению режимов работы гребного винта и ГД судна.

В диссертационной работе отдельно не рассматривается влияние внешних атмосферных условий на изменение режимов нагрузки ДВС, так как эта область научных знаний в настоящее время достаточно глубоко исследована.

Проблеме определения влияния косого натекания потока на изменение момента на гребном валу судна посвящены работы Басина А. М,, Георгиевской Е. П., Гофмана А. Д., Дубровина О. В., Евдокимова Е. Ю., Жученко М.М., Иконникова В. В., Маскалика А. И.,Миниовича И. Я., Русецкого А. А., Цапина В. Д., Gutsche F.,Hawdon L., Muller E., Norrby R. А. и других.

Проблеме совместной работы главного двигателя и гребного винта судна посвящены работы Брука М. А., Бурышкина JI. П., Возницкого И. В., Гав-рилова В. С., Камкина С. В., Кацмана Ф. М., Костина А. К., Овсянникова М, К., Олейникова Б. И., Орехова П. П., Петухова В. А., Пугачева Б. П., Рже-пецкого К. Л., Силукова Г. Д., Соловьева Б. И., Стефановского Б. С. и других.

Однако, влияние течений на акватории судоверфи на работу гребного винта и главного двигателя судна при проведении швартовных испытаний ГДУ, являющихся предварительными, не учитывалось, так как традиционный метод приемо-сдаточных испытаний ГДУ судна предусматривает проведение на заключительном этапе ходовых испытаний, являющихся основными.

У большинства акваторий судоверфей верхний слой грунта подвержен размыву при воздействии потока, отбрасываемого судовым гребным винтом.

При подготовке к проведению имитационных испытаний ГДУ у одного из специально оборудованных мест на акватории судоверфи необходимо с высокой достоверностью оценить возможное действие на ограничивающие поверхности акватории потока, отбрасываемого судовым гребным винтом.

Проблеме определения неразмывающей скорости потока для фунта дна акватории судоверфи посвящены работы Баланина В. В., Вдовикова Г. В., Гончарова В. Н., Гриценко А. К., Гришанина К. В., Кнороза В. С., Коршунова А. А., Леви И. И., Селезнева В. М., Шамова Г. И., Яковлевой О. С. и других.

Проблеме определения вызванных скоростей в потоке, отбрасываемом судовым гребным винтом посвящены работы Артюшкова Л. С.,Басина А. М., Воеводской Е. Н., Гофмана А Д., Жуковского Н. Е., Жученко М. М., Лойцян-ского Л. Г., Липиса В. Б., Миниовича И. Я. Русецкого А. А., Рябкова Ю. Ф., Турбала В. К., Шебалова А. Н., Шпакова В. С., Штумпфа В. М., Blaaw Н. G.,Bouchard J.- P., Fuehrer M., Goodman Т. R., Knebel J., Romisch К., Van de Kaa E. J., Verhey H. J. и других.

Однако, производственный опыт показывает, что разработанные до настоящего времени методы расчета размывающего действия на дно акватории верфи потока, отбрасываемого судовым гребным винтом, работающим на швартовных режимах, необходимой для практических целей достоверностью не обладают.

В конце главы рассмотрены методы исследования влияния условий испытаний на режимы работы гребного винта и главного двигателя судна.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

На основании обобщения накопленного производственного опыта, результатов экспериментальных работ и научных трудов в рассматриваемой области научных знаний, анализа условий и состояния развития методов проведения приемо-сдаточных испытаний главных судовых энергетических установок целью работы определяем научное обоснование методологических основ имитационных испытаний главных дизельных установок судов с винтами регулируемого шага, обеспечивающих необходимую для практических целей достоверность испытаний в условиях мелководных акваторий судоверфей со сложным гидрологическим режимом и ограниченными размерами, и их промышленную реализацию.

Для достижения этой цели подлежат решению следующие научно-технические задачи.

Аналитическое и экспериментальное исследование случайных факторов на распределение опытных значений основных теплотехнических параметров представительных групп однотипных главных ДВС судов с ВРШ.

Аналитическое и экспериментальное исследование влияния погрешностей основных теплотехнических параметров главных ДВС, определяемых ■ штатными средствами измерений, и угла поворота лопастей ВРШ на достоверность задания загрузки ГД судов.

Разработка универсального достоверного метода определения эффективной мощности главных судовых ДВС в эксплуатации с использованием штатных средств измерений.

Аналитическое и экспериментальное исследование течений на акватории судоверфи на изменение режимов работы гребного винта и кинематически связанного с ним главного двигателя судна.

Разработка расчетного метода определения величины изменения эффективной мощности ГД, работающего в составе механической передачи мощности на гребной винт судна, при воздействии течений на гребной винт.

Аналитическое и экспериментальное исследование действия на ограничивающие поверхности акватории судоверфи потока, отбрасываемого судовым гребным винтом регулируемого шага, работающим в качестве нагрузочного устройства на швартовном режиме.

Разработка достоверного метода расчета размывающего действия на дно акватории судоверфи потока, отбрасываемого судовым гребным винтом регулируемого шага, работающим в качестве нагрузочного устройства на швартовном режиме.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ исследуются опытные распределения значений основных теплотехнических параметров представительных групп однотипных главных ДВС судов с ВРШ.

В главе рассматриваются основные теплотехнические параметры ( х0п ) ДВС, которые находятся в функциональной зависимости от эффективной мощности (Ре) двигателя.

Статистический анализ показывает, что для любой группы новых однотипных ДВС основные теплотехнические параметры имеют определенную погрешность на всех основных режимах нагрузок двигателей. Эти погрешности являются случайными, так как на результаты испытаний двигателей влияет большое количество факторов, тесно связанных между собой.

В начале главы на основании 1-ой теоремы Чебышева (закона больших чисел ) и центральной предельной теоремы Ляпунова теоретически обосновывается гипотеза о нормальном распределении случайных значений измерений основных теплотехнических параметров ДВС.

Программа экспериментов предусматривала испытания представительных групп однотипных главных ДВС 16 проектов судов с ВРШ и охватывала более 350 судов. Планирование экспериментов осуществлялось с учетом принципа рандомизации.

Целью экспериментальных исследований являлось следующее.

Подтверждение идентичности основных теплотехнических параметров главных двигателей судов с ВРШ, полученных при испытании на основных режимах в реальных условиях эксплуатации на ходу судна и в процессе имитации основных ходовых режимов нагружения двигателей на швартовах.

Подтверждения гипотезы о том, что опытные распределения случайных значений основных теплотехнических параметров ДВС подчиняются нормальному закону распределения.

Подтверждения степенной функциональной зависимости основных теплотехнических параметров от эффективной мощности ДВС. Подтверждения влияния случайных факторов, обусловленных техническим состоянием ДВС, на изменение основных теплотехнических параметров двигателей в эксплуатации.

Подтверждение соответствия опытных распределений случайных значений основных теплотехнических параметров одной и той же представительной группы новых и прошедших ремонт ДВС.

Натурные испытания главных ДВС судов с ВРШ проводились на акватории Кольского залива и в Баренцевом море.

Измерения параметров ГД производились штатными средствами измерений различных типов, которые были проверены в соответствии с ГОСТ 8.513-84 и обеспечивали отклонения измеряемых параметров в пределах допусков, установленных ГОСТ 10150-88, ГОСТ 10448-80 и ГОСТ 21792-89.

Среднее индикаторное давление в цилиндрах определялось с помощью норвежского измерительного комплекса типа N£-5 с высокоточными датчиками давления, имеющими погрешность измерений не более +0,5%.

По данным экспериментальных исследований опытных распределений значений основных теплотехнических параметров на всех основных режимах нагружения каждой группы однотипных ДВС производились сравнительные расчеты на ЭВМ одновременно по нескольким теоретическим одно- и двух-параметрическим непрерывным законам распределения: нормальному, логарифмически-нормальному, равномерному и Вейбулла.

Согласие опытных значений теплотехнических параметров ДВС с теоретическими законами распределения определялось по коэффициенту корреляции, который получается при расчете параметров распределения методом наименьших квадратов и должен быть для выбранного закона распределения наибольшим, а также из сравнения средних значений параметров и их коэффициентов вариации, при котором различия между сравниваемыми величинами должны быть минимальными.

Произведенные расчеты показали, что нормальный закон распределения находится в наилучшем согласии с опытными распределениями значений основных теплотехнических параметров ДВС и имеет, как правило, коэффициент вариации менее 0,1 и коэффициент корреляции свыше 0,95.

При коэффициентах вариации \>ап < 0,3 при определении доверительных границ нормальное распределение имеет несколько большие границы, чем другие законы распределения. При этом при больших объемах выборки (к> 20 ) доверительные границы мало отличаются.

Произведенные на ПЭВМ расчеты показали, что математическая модель процесса нагружения ДВС по его основным теплотехническим параметрам может быть представлена для каждого из этих параметров в виде степенной функции Ре = кс * х™ , %, ( 1 )

"п

где Ре — Ре!Ре ном,

кс - коэффициент,

х0п - среднее значение основного теплотехнического параметра н,д

заданном режиме нагружения ДВС, т - показатель степени .

На рисунке 2 показана эталонная характеристика для нагружения двигателя 6ЧРН 52,5/72 ( 6L5251 IPS ) по температуре выпускных газов на выходе из цилиндров ( tg ).

Испытания группы из 10 двигателей 6ЧН 25/30 ( 6AL25D ), работаю1 щих в составе главных дизель-генераторов нескольких БМРТ проекта 1376, в судовых условиях показали, что для любого отремонтированного ДВС, находящегося в хорошем техническом состоянии, полученные нагрузочные характеристики не соответствуют характеристикам, снятым на стенде дизеле-строительного завода для того же, но нового двигателя. Полученные результаты доказывают, что вследствие изменения технического состояния ДВС в эксплуатации, связанного с целым рядом объективных причин, их характеристики нельзя идентифицировать с характеристиками, полученными на стенде дизелестроительного завода для одного и того же двигателя.

Проверка соответствия выборок опытных распределений значений теплотехнических параметров приведенной выше группы из 10 двигателей 6ЧН 25/30, полученных на стенде дизелестроительного завода для новых двигателей и на судне после планового ремонта показала их адекватность.

Проверка гипотезы относительно средних двух сравниваемых выборок объемом ка и ка с известными дисперсиями а„ и сга и сред-

пн пр пн Пр

ними Хдл и хап , отличающимися на постоянную величину 6 , производилась с помощью статистики

Мощность критерия (1 -/3) для проверки гипотезы относительно средних оценивалась с помощью выражения

Эталонная характеристика для нагружения двигателя 6ЧРН 52,5/72 (6L525 1 IPS) по te

1-расчетная характеристика процесса нагружения, построенная по средним опытным значениям параметра двигателя; 2-доверительные границы расчетной характеристики; 3-доверительный интервал расчетной характеристики; 4-средние опытные значения параметра; 5-доверительные границы опытного распределения параметра; га -коэффициент распределения Стыодента.

Рис. 2

<у „

~ф(-га{р)/2----р )• (3)

Проверка гипотезы относительно дисперсий двух сравниваемых выборок производилась с помощью статистики

(4)

Таким образом, достаточно обобщить данные испытаний группы однотипных двигателей, полученные на стенде дизелестроительного завода, чтобы распространить их на двигатели, находящиеся в хорошем техническом состоянии в эксплуатации.

Проведенные на акватории Кольского залива и в Баренцевом море натурные сравнительные испытания главных двигателей 10 проектов судов с ВРШ показали идентичность характеристик двигателей в процессе имитационных испытаний в ходовых режимах на швартовах и на ходу судна в реальных условиях эксплуатации.

Одинаковая нагрузка ГД судов на имитационных и ходовых испытаниях задавалась изменением угла поворота лопастей ВРШ. Таким образом, было доказано, что ВРШ обладает универсальной нагрузочной способностью, обеспечивая необходимую загрузку ГД судов при проведении имитационных испытаний. Проводить сравнительные испытания ГД судов с ВРШ, как это предусмотрено РД 5Р.0202-93 „Испытания судов приемо-сдаточные с применением имитационных методов,, и „Руководством по техническому надзору за постройкой судов и изготовлением материалов и изделий,, Морского Регистра Судоходства Российской Федерации, нет необходимости.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ исследуется влияние гидрологического режима на акватории судоверфи на работу комплекса „гребной винт — главный двигатель,, в процессе испытаний ГДУ судна на швартовах.

В предыдущей главе мы предположили, что условия испытаний ДВС на судне идентичны условиям испытаний на стенде дизелестроительного завода. Однако, необходимо учитывать, что нагрузочные устройства испытательных стендов дизелестроительных заводов обеспечивают стабильную нагрузку ДВС на всех режимах испытаний.

Опыт показывает, что на акватории со сложным гидрологическим режимом загрузка ГД, работающего в составе механической передачи мощности на гребной винт, изменяется при воздействии течений на гребной винт судна и может существенно отличаться от режима загрузки ГД, когда гребной винт работает в спокойной воде. Течения на акваториях судоремонтных и су-

достроительных предприятий ( судоверфей ) могут иметь очень сложный режим как во времени, так и по направлению, и достигать скорости vA до 3,5 м/с.

Влияние течений на работу ГД судна необходимо учитывать отдельно от общего числа случайных факторов, влияющих на его работу.

В начале главы исследуется влияние косого натекания потока под углом до 30° на момент на валу гребного винта. Косое обтекание гребного винта потоком под углом до 30° характерно для быстроходных катеров и судов на подводных крыльях.

Режим работы гребного винта при его осевом обтекании потоком, натекающим спереди, определяется величиной относительной поступи

J = vA/D*n„, (5)

где vA- скорость натекания потока ( течения ), м/с, D - диаметр гребного винта, м, пв - частота вращения гребного винта, об/мин .

Момент на валу гребного винта, работающего в косом потоке, определяется по формуле

Qv= р*D^nl^^H-^siny,*™^)1*KQ *d9jl =

2я" о го

= p*D5*n2e*KQvf, Н*м, (6)

где р - плотность воды, кг/м3,

7\)-r§IR- относительный радиус центра давления лопасти, у/ - угол между осью гребного винта и вектором набегающего потока ( течения),0,

(рл - шаговый угол элемента лопасти, °,

Kq9 - коэффициент момента гребного винта, работающего в осевом потоке,

К^ - коэффициент момента гребного винта, работающего в косом

потоке.

Момент на валу гребного винта Q v изменяется вследствие нелинейного по углу <рл изменения квадрата скорости натекания потока (течения ) и угла атаки сечений лопасти.

Исследования круговых гидродинамических характеристик серии открытых гребных винтов и серии гребных винтов в неподвижных по отношению к нему насадках были выполнены в опытовом бассейне. В процессе исследования гидродинамических характеристик открытых гребных винтов использовались модели гребных винтов серии Вагенингенского бассейна В4-55,

по шаговому отношению Рл10 — 0,6; 0,8; 1,0 и 1,2 и по дисковому отношению Ае/А0 =0,55 и 0,70,

где Рл - шаг сечения лопастей, м ,

Ае - площадь спрямленной поверхности лопастей, м2, Л 0 - площадь диска гребного винта, м2 .

Анализ, произведенный в процессе сопоставления основных параметров гребных винтов судов с ВРШ ( диаметра и частоты вращения гребных винтов ) и скорости потока ( течения ) показал, что в случае данного исследования следует ограничиться диапазоном изменения относительной поступи 0<, I <. 0,4.

На рисунке 3 представлена одна из диаграмм / - Кд испытаний открытого гребного винта.

При исследовании гидродинамических характеристик гребных винтов в неподвижных направляющих насадках использовались модели гребных винтов серии Вагенингенского бассейна В4-55, которые по шаговому и дисковому отношениям, вследствие изменения контура лопасти, составили: Рл/й = 0,627; 0,836; 0,045 и АЕ/А0 = 0,571.

Анализ результатов экспериментальных исследований, выполненных в опытовом бассейне, показывает, что изменение момента на валу гребного винта при работе в косом потоке зависит от шагового РлЮ и дискового Ае / А0 отношений, относительной поступи J и угла натекания потока на гребной винт у/. Кривые действия гребного винта при натекании потока под разными углами на гребной винт существенно отличаются от кривой действия гребного винта при осевом натекании потока, когда у/ = 0.

Принцип относительности движения позволяет результаты этих исследований, выполненных применительно к гребным винтам, движущимся вместе с корпусом судна навстречу неподвижной массе воды, распространить на случай, когда поток (течение ) движется с той же скоростью навстречу неподвижному гребному винту.

Общее уравнение моментов пропульсивного комплекса, состоящего из кц двигателей, передающих вращение через редуктор гребному винту и на кг валогенераторов, имеет вид

= +вв*^+1г*к±(т,г +вг. (7)

где 1в - передаточное отношение редуктора главной передачи от главного двигателя на гребной винт,

¡г - передаточное отношение редуктора главной передачи от главного двигателя на генератору

- момёнтна валу гребного винта, Н*м ,

Диаграммы J—Kq открытого гребного винта Ae1Aq-0,55 и Рл/D- 1,0

О,г

J 0,i, 0,2 0 0,2 0,Ii 3

Т1д - крутящий момент на валу отбора мощности ДВС, Н*м , Т1е - момент от механических потерь в системе валопровода, Н*м , 7}г - момент на валу валогенератора, Н*м ,

- момент инерции вращающихся масс ДВС, Н*м , вв - момент инерции вращающихся масс редуктора главной передачи и валопровода, Н*м,

вг - момент инерции валогенератора, Н*м , со - угловая скорость вращения, рад/с .

В процессе швартовных испытаний ГДУ судов с ВРШ, оснащенных ГД, работающим в составе прямой или через редуктор передачи мощности на гребной винт, на установившихся режимах при отключенных валогенерато-рах ( или без них ) любое изменение момента сопротивления вращению гребного винта вызывает прямо пропорциональное изменение величины момента на валу отбора мощности главного двигателя.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ исследуется действие на ограничивающие поверхности акватории судоверфи потока, отбрасываемого судовым гребным винтом, работающим в качестве нагрузочного устройства ГД на швартовном режиме.

При проведении швартовных или имитационных испытаний ГДУ на акватории судоверфи поток, отбрасываемый судовым гребным винтом, работающим на швартовном режиме может привести к переформированию дна акватории и образованию отмели, а также размыву оснований причальных сооружений.

В начале главы исследуется достоверность определения неразмываю-щей скорости потока для грунта дна акватории судоверфи по формулам Гри-шанина К. В., Гончарова В. Н., Шамова Г. И. и Леви И. И. - Кнороза В. С., которые нашли широкое применение на практике. Экспериментальные исследования, выполненные с использованием специальных приборов, показали, что, например, значение неразмывающей скорости потока для грунта дна акватории порта Мурманск, рассчитанное по этим формулам, занижено в несколько раз. Установлено, что для связанного грунта, имеющего одинаковый с несвязанным грунтом средний размер частиц, допустимое среднее значение неразмывающей скорости потока существенно больше, что объясняется наличием сцепления частиц грунта.

При испытании ГДУ судов на швартовах поток, отбрасываемый судовым гребным винтом, работающим под свободной поверхностью воды, рассматривается как закрученная турбулентная струя. Скорость V в любой точке i струи имеет составляющие: осевую \'а, радиальную уг и окружную 1'г.

Уравнения распространения осесимметричной струи, общие для случаев незакрученной и закрученной струи, следующие

дХ дГ р дХ ¿эр2 Г ЭГ дР__Р*у1

дГ' Г \ (8) а эх дг г аг2 Г аг г2''

Э-(Г»У0) ■Э(Г*„г) дХ 5Г

где V- кинематическая вязкость, сТ,

р - разность между давлением в данной точке струи и давлением вне ее, Па,

А" и Г - осевая и радиальная координата соответственно, м . Результаты выполненных исследований позволяют в системе уравнений ( 8 ) положить, что

уг=0,уг =0,|^ = 0 ,р = р(х) = сот1. (9)

01

На основании закона сохранения энергии можно определить среднюю вызванную скорость протекания жидкости через гидравлическое сечение гребного винта, работающего в качестве нагрузочного устройства ГД на швартовном режиме и потребляющего мощность, развиваемую ГД, ( скорость в начальном сечении струи ) по формуле

% =Рв*Пг/т> (10)

где Р0 - мощность потребляемая гребным винтом, кВт,

т}г - гидравлический коэффициент полезного действия . Гидравлический коэффициент полезного действия гребного винта есть отношение механической энергии, вызванного им потока жидкости, к механической энергии, подведенной к нему

Пг=Рц<Ро, (11)

где Рп- механическая энергия потока, отбрасываемого судовым гребным винтом, работающим на швартовном режиме, кВт.

В математическую модель потока, отбрасываемого судовым гребным винтом, работающим в качестве нагрузочного устройства ГД на швартовном режиме, гидравлический коэффициент полезного действия гребного винта введен впервые, так как по разработанной к настоящему времени теории гребного винта его коэффициент полезного действия на швартовном режиме равен 0.

Упор судового гребного винта, спроектированного для работы на режиме, близком к швартовному, можно определить, используя формулу для

упора идеального гребного винта, в которую необходимо ввести гидравлический коэффициент полезного действия

Г=1167*Т7г*(/>*^)2/3,Н. (12)

Направляющая насадка на гребной винт способствует повышению его коэффициента полезного действия.

Для ВРШ типичен двояковыпуклый профиль сечений лопастей, поэтому при его работе на идентичных швартовных режимах переднего и заднего хода значения упоров можно принимать одинаковыми.

Результаты экспериментальных исследований, выполненных в опыто-вом бассейне, показывают, что средние осевые скорости в потоке, отбрасываемом открытым гребным винтом, уменьшаются обратно пропорционально расстоянию до источника. Насадка выравнивает профиль эпюры осевой скорости в струе гребного винта, поэтому на одинаковом расстоянии от источника величина максимальной скорости в струе гребного винта в насадке меньше, чем у того же, но открытого гребного винта. Средняя вызванная скорость протекания жидкости через гидравлическое сечение одного и того же гребного винта открытого и в насадке постоянна.

Результаты экспериментальных исследований осевых скоростей струи, выполненных в опытовом бассейне, показывают, что на участке до 2,6* И от источника струя гребного винта нестабильна ( зона установления струи ), а на участке, удаленном на расстояние более 2,6 * £> от источника, струя гребного винта стабильна ( зона установившейся струи ) и имеет коническую форму с

о

углом расширения ас =18 .

Осевую скорость в произвольной точке потока, отбрасываемого судовым гребным винтом, работающим на швартовном режиме, при угле наклона оси гребного винта относительно свободной поверхности воды у/с следует определять по формуле

-12,2 *-

, М/с, (13)

где знак плюс принимается при работе гребного винта на режиме заднего хода и знак минус — переднего хода,

- скорость в центре струи по ее оси, м/с .

В конце главы исследуется влияние офаничивающих поверхностей и течений на акватории судоверфи на поток, отбрасываемый судовым гребным винтом, работающим на швартовном режиме.

Экспериментальное исследование воздействия внешнего потока на начальный участок струи, вытекающего в него под некоторым углом, было выполнено в опытовом бассейне.

Эксперимент проводился со струей большого диаметра ( число Рей-нольдса по диаметру струи Ке= 3*105) в широком диапазоне отношения скорости жидкости в струе уд к скорости сносящего потока ( течения ) уа

при углах вытекания струи у/ во внешний поток 30° и 90°.

На основании выполненных исследований следует, что при определении траектории оси струи, вытекающей в сносящий поток, последняя может рассматриваться как бесконечная струя с прямолинейной осью ее начального участка.

Натурные экспериментальные исследования потоков, отбрасываемых гребными винтами судов, проходящими швартовные испытания ГДУ на акваториях судоверфей, на которых наблюдаются сильные течения, имеющие сложный режим как во времени, так и по направлению, показывают, что на удалении до 40 ^ И от источника траектория потоков в отдельных случаях может лишь незначительно для практических целей отличаться от прямолинейной.

Ограничение акватории по ширине ( по бортам судна ) обусловлено расширением потока, отбрасываемого судовым гребным винтом. При близком расположении оси источника к параллельному твердому экрану поток, отбрасываемый судовым гребным винтом, работающим на швартовном режиме, будет взаимодействовать с причальной стенкой на большой площади. В пограничном слое, представляющем собой область потока вдоль поверхности твердого экрана ( плоской причальной стенки ), возникают значительные силы вязкости, которые вне пограничного слоя малы и ими пренебрегают.

Движение жидкости внутри плоского пограничного стационарного турбулентного слоя может быть выражено при помощи уравнений

«дгд _ 1 , 1 „ дт

,„ -+ уг *—-2- = -—»—-С- -|-_*-

'J ЭЛГ Г дГ р (IX р дГ

дХ дГ

(14)

где г - полное касательное напряжение трения между слоями осреднен-ного потока, Па.

Силы, возникающие в пограничном слое потока, могут вызвать разрушение причальной стенки, если она не обладает достаточной конструктивной прочностью.

Ограничение акватории по длине оказывает влияние на поток, отбрасываемый судовым гребным винтом, работающим на швартовном режиме, так как при этом поток будет передавать часть кинетической энергии твердому экрану, отражаться от преграды и действовать в обратном направлении, вызывая обратное течение на акватории. Чем ближе расположена преграда за кормой судна, тем больше скорость вызванного течения \'Ав. На мелководной акватории, ограниченной по длине и ширине, возникает круговая цирку-

ляция воды. В зависимости от особенностей ограничения размеров мелководной акватории верфи скорость и угол натекания на гребной винт судна вызванного им течения воды будут различны.

ПЯТАЯ ГЛАВА посвящена разработке комплекса методов, обеспечивающих достоверность и безопасность проведения имитационных испытаний ГДУ судов с ВРШ.

Результаты комплексных теоретических и экспериментальных исследований, выполненных в главах 2,3 и 4, были положены в основу разработанного автором совокупного комплекса методов, обеспечивающих достоверность и безопасность проведения имитационных испытаний ГДУ судов с ВРШ.

Разработан метод определения эффективной мощности ДВС по его основным теплотехническим параметрам, находящимся в функциональной зависимости от эффективной мощности ( нагрузки ), одобренный Морским Регистром Судоходства РФ, отличающийся тем, что с целью повышения точности эффективная мощность двигателя в эксплуатации определяется путем измерения не менее трех теплотехнических параметров и их сравнения с эталонным комплексом, представляющим собой допустимые диапазоны ( доверительные интервалы ) значений теплотехнических параметров, полученные обработкой данных стендовых испытаний группы новых однотипных двигателей по вероятностным математическим зависимостям.

В зависимости от конструкции ДВС в состав измеряемых основных теплотехнических параметров могут входить: расход топлива (Су), положение

рейки топливного насоса (шг), частота вращения коленчатого вала частота вращения ротора турбокомпрессора (пг), среднее индикаторное давление (р(), давление наддувочного воздуха после охладителя ( р\п1), максимальное давление сгорания (/>тах)> давление в конце сжатия (рс), , температура выпускных газов на входе в турбокомпрессор (^1), температура отработавшего газа за турбокомпрессором () и Другие.

В главе 2 показано, что основные теплотехнические параметры ДВС находятся в функциональной степенной зависимости от эффективной мощности двигателя, которая строго монотонна, непрерывна и дифференцируема в рассматриваемых интервалах всех возможных значений случайных величин хап . Зная закон распределения случайных аргументов, можно находить числовые характеристики функций этих аргументов. При этом даже не требуется знать закон распределения этой функции.

Расчет начинается с того, что для каждого рассматриваемого теплотехнического параметра ДВС по данным стендовых испытаний группы новых однотипных двигателей определяются несмещенные оценки генеральной средней ха , дисперсии ах и значение доверительной случайной по-

грешности £0п (Р) на основных режимах нагрузки, установленных ГОСТ

21792-89 ( 25, 50, 75,100 и 110 % номинальной мощности ).

Ввиду того, что рассматриваемые теплотехнические параметры имеют разные единицы измерений, для их дальнейшего анализа необходимо перейти к безразмерным показателям ( коэффициентам вариации ) и провести линеаризацию функции у = ф(хап ) на участках, центры которых соответствуют основным режимам нагрузки ДВС. Отношение относительных погрешностей, линеаризованной на некотором участке, приведенной функции у' к погрешности аргумента обозначим . По полученным данным в табличной форме или графически составляется комплекс допустимых значений основных теплотехнических параметров ДВС. Группа из «теплотехнических параметров для эталонного комплекса подбирается по величинам

* таким образом, чтобы погрешность определения эффективной мощности ДВС удовлетворяла требованиям ГОСТ 21792-89.

На основании 2-ой теоремы Чебышева, если все параметры эталонного комплекса ограничены сверху наибольшим из них коэффициентом вариации, то относительная ошибка определения эффективной мощности двигателя будет не более

^ ^ у"в * у°п ^ шах

8уй±1ап*-а—~-*100,%, (15)

где ¡ап - коэффициент распределения Стьюдента

Разработанный метод определения эффективной мощности ДВС обладает высокой достоверностью и надежностью, обобщает в себе известные косвенные методы и приемлем для контроля эффективной мощности главных судовых ДВС различных конструкций.

На разработанный способ определения загрузки двигателя внутреннего сгорания выдано авторское свидетельство 1809350 СССР, которое приведено в приложении 1.

Разработан метод определения влияния течений на акватории предприятия на швартовные режимы испытаний главной судовой энергетической установки (ГСЭУ), одобренный Морским Регистром Судоходства РФ.

Изменение момента на валу гребного винта ( открытого или в насадке ), расположенного под углом у к натекающему потоку ( течению ) определяется по следующей методике.

1) Задается диаметр £>, шаговое РлЮ и дисковое ЛЕ/Л0 отношения, частота вращения пв гребного винта.

2) Задается скорость \л и угол цг натекания потока на движитель.

3) Определяется относительная поступь гребного винта 1.

4) По диаграммам серийных испытаний открытых или в насадке гребных винтов определяется коэффициент момента Kqq при заданных значениях Рл/D, АЕ! А0 гребного винта и Jq - 0, когда движитель судна работает на швартовном режиме в спокойной воде и vA = 0.

5) По той же диаграмме определяется коэффициент момента Kq по

относительной поступи J.

6) Определяется относительное изменение момента на валу гребного винта Q = Kq / Kqq.

При наличии течений на акватории судоверфи важной задачей приемосдаточных испытаний ГДУ на швартовах является поддержание стабильной загрузки ГД из условия Tlg = Q = 1 = const.

Влияние течений на работу ГДУ судна с ВРШ можно устранить изменением угла поворота лопастей ал гребного винта: если Ttg > I, то ал необходимо уменьшить, если Ttg < 1, то ал необходимо увеличить, таким образом, чтобы выполнялось условие = 1 = const.

Метод позволяет при подготовке производства, например, выбрать место и рационально расположить на акватории специальный плавучий причал, оборудованный мощной якорной системой, к которому швартуется судно, чтобы уменьшить влияние потока ( течения ) на швартовные режимы работы гребного винта судна.

Разработан метод расчета размывающего действия на дно акватории верфи потока, отбрасываемого судовым гребным винтом, работающим на швартовном режиме, одобренный Морским Регистром Судоходства РФ.

Схема работы гребного винта судна на швартовных режимах переднего и заднего хода представлена на рисунке 4. Примем следующие допущения:

ось гребного винта заглублена в воду на величину не менее 0,6*D, отсутствует влияние корпуса судна на придонные скорости потока воды от гребного винта, работающего на швартовном режиме заднего хода,

отсутствуют придонные скорости течения на акватории судоверфи в районе проведения швартовных испытаний судна,

скорости потоков воды, отбрасываемых гребным винтом, работающим на идентичных швартовных режимах переднего и заднего хода, в точках симметричных средней плоскости лопастей гребного винта около дна акватории одинаковы.

Расчет начинается с того, что определяется допустимая неразмывающая скорость vHp для поверхностного слоя грунта.

Схема действия на дно акватории потока от гребного винта судна, работающего на швартовных режимах переднего и заднего хода

1 - причальная набережная; 2 - свободная поверхность воды; 3 - поверхность размыва (возможная); 4 -профиль дна; 5 - гребной винт (корпус судна, расположенный под углом к причальной набережной, не показан); 6 и 7- потоки, отбрасываемые гребным винтом, работающим на швартовных режимах заднего и переднего хода (соответственно).

Рис.4

В необходимых случаях по формуле 12 определяется величина упора Т гребного винта, работающего на швартовных режимах переднего и заднего хода, которая не всегда приводится в судовой технической документации.

По формуле 10 определяется средняя вызванная скорость протекания жидкости через гидравлическое сечение гребного винта, работающего в качестве нагрузочного устройства ГД на швартовном режиме ( скорость в начальном сечении струи ) Уа<).

Определяется осевая скорость потока, отбрасываемого гребным винтом, в центре Уа^ на расстоянии X от диска гребного винта, которая при

X < 2,6 * Э ( зона установления струи ) принимается уа^ = уа^.

По формуле 13 определяется осевая придонная скорость уа потока,

отбрасываемого гребным винтом.

Поверхностный слой грунта дна акватории будет размываться, если уа > Унр . В этом случае необходимо определить предполагаемую поверхность размыва из условия, что на поверхности размыва уа = Унр . Для определения поверхности размыва необходимо рассчитать скорости в нескольких точках на различных расстояниях Г от оси гребного винта с шагом не более 0,5 м и от диска гребного винта X с шагом не более 1 м на швартовных режимах переднего и заднего хода ГДУ судна.

Если расчет показывает, что в районе проведения имитационных испытаний ГДУ судов дно акватории может размываться, то для предупреждения размывающего действия потока от гребного винта судна на этапе подготовки производства необходимо осуществить одно из следующих мероприятий:

провести дноуглубительные работы, если это не повлияет на прочность причальных сооружений,

заменить верхний слой участка дна толщиной 2. ..3 м грунтом, устойчивым к размыву,

вывести корму судна за оконечность причального сооружения в сторону свободной воды ( при условии соблюдения надежной швартовки судна и безопасности мореплавания в этом районе акватории ),

использовать при испытаниях потоконаправляющую камеру, изолирующую поток воды от гребного винта судна.

Большинство из этих мероприятий имеют большую стоимость, поэтому необходимо учитывать экономическую целесообразность их проведения.

В ШЕСТОЙ ГЛАВЕ исследуется влияние вариаций опытных распределений значений основных теплотехнических параметров ДВС и угла поворота лопастей ВРШ на достоверность определения загрузки ( эффективной мощности ) ГД судов с ВРШ различными косвенными методами с использованием штатных средств измерений.

В настоящее время Ре некоторых типов главных судовых ДВС определяют по часовому расходу топлива б у объемным методом штатными мерными бачками или по положению регулирующей рейки тт топливных насосов высокого давления ( ТНВД).

Сравним достоверность определения Ре двигателя 6ЧН 24/31 (624 ТБ) по Су и пгг .

Эффективная мощность двигателя 6ЧН 24/31 определялась вероятностно-статистическим методом по одному из рассматриваемых параметров

)»ГДе =Су ИЛИ /иг .

Относительная погрешность определения Ре по каждому из рассматриваемых параметров на всех основных режимах нагрузки вычислялись по формуле

£Ре=±1ап*Уап*Уа„* Ю0,%. (16)

На рисунке 5 представлен эталон для контроля Ре двигателей 6ЧН24/31 по Су и тт .

Достоверность определения эффективной мощности судовых ДВС по расходу топлива объемным методом штатными мерными бачками удовлетворяет требованиям ГОСТ 21792-89 и в несколько раз выше, чем по положению регулирующей рейки ТНВД, которая редко удовлетворяет требованиям ГОСТ 21792-89.

Необходимо отметить, что в составе многих ГД, находящихся в эксплуатации судов штатные мерные бачки не предусмотрены. На остальных судах процесс определения расхода топлива ДВС объемным методом штатными мерными бачками не автоматизирован и данные измерений не выносятся в центральный пост управления ( ЦПУ) машинного отделения, что делает невозможным оперативный контроль Ре ГД. При этом для проведения измерений расхода топлива ГД требуется привлечение одного-двух человек из состава машинной команды судна, поэтому пользуются этим методом на судах редко.

Эффективную мощность ДВС можно определять по среднему индикаторному давлению в цилиндрах.

В настоящее время Ре некоторых типов главных судовых ДВС определяется по Р( в цилиндрах штатными механическими с индикаторным приводом или переносными электрическими с пьезоэлектрическими датчиками давления индикаторами, которые позволяют получить индикаторные диаграммы в координатах,давление в цилиндре - угол поворота коленчатого вала двигателя,,.

Расчеты относительных ошибок определения Ре по Р( в цилиндрах, измеряемому штатными механическими с индикаторным приводом индика-

Эталонные значения основных теплотехнических параметров йу и для контроля эффективной мощности двигателя 6ЧН 24/31

1 - Gf ,2- тт. Рис.5

торами, на всех основных режимах нагрузки двигателей 6ДРН 50/90 (650\/ВР90) показывают, что погрешности определения эффективной мощности не удовлетворяют требованиям ГОСТ 21792-89.

В настоящее время Ре некоторых типов главных судовых ДВС определяется по Р1 в цилиндрах ДВС, оборудованных индикаторными кранами, измеряемому электрическим индикатором с пьезоэлектрическими датчиками давления.

Наибольшее распростронение при испытаниях главных двигателей судов в настоящее время получили переносные электроизмерительные комплексы типа с датчиками давления типа СТ-20 норвежской фирмы Аи-йчэшса. Эти комплексы отличает высокая оперативность измерений , так как в их составе имеется ЭВМ. Данные измерений выводятся на дисплей и могут быть распечатаны.

В случае отсутствия статистических данных измерений р, при стендовых испытаниях группы новых двигателей эффективную мощность четырех-и двухтактных ДВС в эксплуатации на всех основных режимах нагрузки можно определить по формуле

Ре=\,би*1С1*2*У3*па*р{*т)т,кВт, (17,

где /</ - число цилиндров,

г - коэффициент тактности, Гу - рабочий объем цилиндра,

т]т - механический коэффициент полезного действия . Параметры У3 , п^ , р{ и г}т на каждом основном режиме нагрузки имеют определенные погрешности, которые зависят от погрешностей средств измерений, конструктивных особенностей, технологии изготовления и сборки, параметров рабочего процесса в цилиндрах двигателя.

На основании исследований, проведенных в диссертационной работе, разработана методика расчета погрешностей определения эффективной мощности ДВС по среднему индикаторному давлению в цилиндрах, измеряемому пьезоэлектрическими датчиками, которая одобрена Морским Регистром Судоходства РФ. Методика позволяет рассчитать систематическую погрешность определения от смещения индикаторной диаграммы вследствие того, что коленчатый вал двигателя повернется на некоторый угол за время прохождения волны сжатия-расширения по индикаторному каналу, и случайную погрешность определения Ре двигателя по формуле 17.

Достоверность определения эффективной мощности ДВС зависит от конструктивных особенностей средств измерений Р1 и условий их применения. С целью повышения достоверности, определение эффективной мощности целесообразно производить по эталону, составленному по данным измерений р( в цилиндрах в процессе испытаний представительной группы новых

однотипных ДВС. В случае отсутствия таких данных необходимо учитывать погрешности совокупного числа параметров, что снижает достоверность определения эффективной мощности по рв цилиндрах двигателя.

В настоящее время Ре некоторых типов ДВС определяют с помощью штатного пиметра по среднему во времени давлению в цилиндрах ( р, ) .

Расчеты относительных ошибок определения Ре по р1 на всех основных режимах нагрузки двигателей 6ЧРН 52,5/72 (6Ь52511Р>У) показывают, что погрешности определения эффективной мощности не удовлетворяют требованиям ГОСТ 21792-89.

Пользоваться пиметрами на практике следует только при контроле распределения нагрузки по цилиндрам ДВС, так как в этом случае можно ориентироваться на относительные отклонения измеряемой величины р1 от среднего значения, которое здесь строго не регламентируется.

В настоящее время Ре некоторых типов ГД судов с ВРШ определяют по углу поворота лопастей ( ал) гребного винта, так как используемые на этих судах косвенные методы определения эффективной мощности главных судовых ДВС имеют недопустимо низкую достоверность.

Расчеты относительных ошибок определения Ре по ал по данным ходовых испытаний группы из 20 новых ГДУ больших морозильных рефрижераторных траулеров проекта ( БМРТ ) В-408 показывают, что погрешность определения эффективной мощности главного двигателя 8ЧРН 40/48 БМРТ проекта В-408 по углу поворота лопастей ВРШ не удовлетворяет требованиям ГОСТ 21792-89.

Необходимо также учитывать и то обстоятельство, что при наличии течений на акватории, где проходят швартовные или имитационные испытания ГДУ, а также при маневрировании судна на ходу достоверность определения загрузки по ал ВРШ будет еще меньше. Таким образом, ал ВРШ может служить только справочной величиной при определении загрузки ГД.

В конце главы исследуется влияние вариаций опытных распределений значений частоты вращения ротора турбокомпрессора пт, давления наддувочного воздуха после охладителя р^, максимального давление сгорания ртахи температуры выпускных газов на выходе из цилиндров tg на достоверность определения эффективной мощности ДВС наиболее часто используемыми на судах методами: по и частоте вращения коленчатого вала п^,

ПО Р|щИ па, по ртах и по пт.

Расчеты относительных ошибок определения Ре по и п^, по р;п{ и

п¡¡, по ртах и по пт на всех основных режимах нагрузки двигателей

6ЧРН52.5/72 (6152511PW) показывают, что погрешности определения эффективной мощности не удовлетворяют требованиям ГОСТ 21792-89.

Пользоваться этими методами на практике при определении эффективной мощности ДВС не рекомендуется.

СЕДЬМАЯ ГЛАВА посвящена промышленной реализации совокупного комплекса методов, обеспечивающих достоверность и безопасность проведения имитационных испытаний ГДУ судов с ВРШ.

Внедрение в промышленное производство новых научных знаний позволило повысить эффективность приемо-сдаточных испытаний ГДУ судов с ВРШ. Наибольший эффект был получен при проведении имитационных испытаний ГДУ в эксплуатации в процессе плановых ежегодных и очередных освидетельствований Морским Регистром Судоходства РФ, которые совмещаются с плановыми ремонтами и проводятся через каждые 5 лет эксплуатации судна.

Реализацию вероятностно-статистического метода определения эффективной мощности ДВС по эталонному комплексу рассмотрим на примере двигателя 6ЧРН52.5/72 (6152511PW) .

Вначале, на стадии технической подготовки производства, был разработан эталонный комплекс для контроля Ре двигателя. Для составления эталонного комплекса использовались данные стендовых испытаний произвольной выборки из 10 новых однотипных главных судовых ДВС: Gу, пт,

Рint> Pmax> Ра и lg(■

Эталонный комплекс основных теплотехнических параметров для контроля эффективной мощности двигателя бЧРН52,5/72 (6152511PW) приведен на рисунке 6 . Относительные ошибки определения Ре двигателя 6ЧРН52,5/72 (6152511PW) на основных режимах нагрузки приведены в таблице.

Таблица 1

Относительные ошибки определения Ре двигателя 6ЧРН52,5/72 (61525 П Р^ различными методами

ре,% 5Ре ,%

вероятностно-статистическим методом по Gj- и п^ по tg и Пд

25 ±6,2 ±7,1 + 10,8

50 ±5,9 + 7.1 ±16,5

75 ±4,7 ±4,7 ± 17,8

100 + 4,7 ±3,9 ±12,5

110 + 5,7 ±3,8 ±14,1

Эталонный комплекс основных теплотехнических параметров для контроля эффективной мощности двигателя 6ЧРН 52,5/72 (6Ь52511Р\У)

РМ,кПа + 120

«г/ч

• НО -■100 90 во

■•600.. 70

■-500--50

■-зоо- 30 .. .-го ' "200..

+ «0

/о

Р/пвх, МП« Рс, МП« + 8 -7 --б

"к

Ры

Ртцх

N

+гсооо. • '16000-'600

-■12000--500 , „ .. .. ±9;с

--%000'"400 + 500

+гоо--зоо + 200

25

50

?5"

МО Ш Ре,

7

/о

Рис. 6

Продолжение табл. 1

Ре .% дРе,%

по и па по пт п° Ртах и

25 ±72,5 ± 15,0 ± Ю,8

50 ±23,8 + 10,3 + 16,5

75 ±14,6 ±8,1 ± 17.8

100 ±6,6 ±8,2 ± 12,5

110 ±7,8 ± 11,4 + 14,1

Атмосферные условия в случае применения вероятностно-статистического метода определения Ре ДВС должны находиться в пределах: давление от 97,2 до 102,7 кПа ( от 730 до 770 мм рт. ст. ),

. температура до + 32 С, относительная влажность от 40 до 95 % .

При нагружении ДВС необходимо ориентироваться на средние значения величин теплотехнических параметров, приведенные в эталонном комплексе, с учетом диапазонов их допустимых значений, по принципу „соответствует - несоответствует,,.

Исходя из конкретных атмосферных условий в период испытаний, в необходимых случаях нагрузка ДВС корректируется согласно фирменной инструкции по эксплуатации.

Вероятностно-статистический метод определения эффективной мощности ДВС использован при разработке типовых программ и методик имитационных испытаний ГДУ 16 проектов судов с ВРШ после ремонта. В этих документах приведены эталонные комплексы для контроля эффективной мощности двигателей в графической и табличной формах.

Реализацию метода, обеспечивающего стабильную загрузку ГД судна при воздействии течений на акватории судоверфи на ВРШ, рассмотрим на примере среднего рыболовного траулера ( СРТР ) типа „Баренцево море,,. Рассмотрим изменение момента на валу гребного винта СРТР типа

„Баренцево море,, при различных углах ( 0 < цг < 360° ) и скоростях ( 0 < \А < 3,5 м/с ) натекания потока ( течения ) в процессе имитационных испытаний ГДУ на акватории южного колена Кольского залива. Движителем судна служит ВРШ в насадке: й = 2,45 м , пв = 3,83 с"1, АЕ1А0= 0,50 , РлЮ= 1,1 .

Расчет производился с интервалом 15° и Ауа= 0,5 м/с по мето-

дике, приведенной в главе 5.

На основании выполненного расчета на рисунке 7 представлен диапазон изменения относительного крутящего момента на валу гребного винта СРТР типа „Баренцево море,,.

Необходимо отметить, что в период приемо-сдаточных испытаний любое изменение режима работы ГД, обусловленное влиянием внешних условий акватории судоверфи, должно быть обоснованным, так как, кроме течений на акватории, влияющих на режим работы гребного винта и кинематически связанного с ним ГД судна, нестабильная работа ГД на заданном режиме может быть вызвана неудовлетворительной работой его узлов, например, топливной аппаратуры, газотурбонагнетателя и прочих.

При нагружении ГД судна на режимах испытаний показания средств измерений непосредственно сравниваются с эталонным комплексом и оценку получают в виде „соответствует — несоответствует,,. Осуществляя управляющее воздействие на ДВС, его загрузка на заданном режиме в необходимых случаях корректируется.

Реализацию метода расчета размывающего действия на дно акватории потока от судового гребного винта, работающего на швартовных режимах переднего и заднего хода, рассмотрим на примере РТМК-С проекта „Атлантик-488„ , который проходит швартовные испытания у специально оборудованного места ( плавпричала ) на акватории судоверфи г. Мурманска .

Типовая программа и методика имитационных испытаний ГДУ рыболовных супер-траулеров проекта „Атлантик-488„ после ремонта предусматривает испытания ГДУ на швартовных режимах переднего и заднего хода при номинальной мощности Р^нам ~ 5035 кВт, потребляемой гребным винтом регулируемого шага диаметром Д = 4мв расширяющейся направляющей насадке, который работает при постоянной частоте вращения. Упор гребного винта на номинальном швартовном режиме переднего хода Т= 740 кН. Заглубление оси гребного винта равно 2,4 м ( 0,6* /)) . у/с =30'. Плавпричал

расположен под углом 60° к причальной набережной. Глубина воды акватории, подверженной регулярным приливам амплитудой до 4,5 м, в районе оконечности плавпричала, приведенная к нулевому уровню мирового океана, Н= 10,5 м . Поверхностный слой грунта имеет \нр = 1,20 м/с.

По формуле 12 для швартовного режима заднего хода определяем упор гребного винта Т~ 644 кН.

По формуле 10 определяем = 5,83 м/с на швартовном режиме переднего хода и = 5,52 м/с - заднего хода.

Результаты расчетов и Уа при текущих значениях X и. Г для швартовных режимов переднего и заднего хода сведены в таблицы.

Диапазон изменения относительного крутящего момента ¡2 на валу гребного винта СРТР типа „Баренцево море,, при его обтекании ( потоком )

о

течением под разными углами (0 <у/< 360 ) и с разными скоростями ( 0 < у,, < 3,5 м/с )

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 35ТГл,н/с

Рис. 7

Так как \нр больше наибольших значений > рассчитанных при

работе гребного винта судна на швартовных режимах переднего и заднего хода, то дно акватории судоверфи размываться не будет.

Для того, чтобы проводить имитационные испытания ГДУ судов с ВРШ на акваториях со сложным гидрологическим режимом, необходимо иметь специально оборудованные сдаточные места. Наиболее подходящими для этой цели сдаточными местами являются пирс на сваях-оболочках и плав причал, которые необходимо расположить примерно перпендикулярно к береговой линии.

Схему швартовки судна носом к стенке использовать не рекомендуется, так как при большой амплитуде прилива нельзя обеспечить безопасность проведения испытаний. Схему швартовки судна лагом к линии основных сплошных причалов использовать также не рекомендуется, так как вызванный гребным винтом поток может размыть незащищенный бетонными плитами грунт у основания причальной стенки или разрушить причальную стенку.

В конце главы рассмотрена технико-экономическая эффективность от внедрения результатов исследований по обеспечению имитационных испытаний ГДУ судов с ВРШ.

Разработанные автором типовые программы и методики имитационных испытаний ГДУ 16 проектов судов с ВРШ после ремонта одобрены Морским Регистром Судоходства РФ и внедрены в производство на судоремонтных предприятиях и в эксплуатирующих суда организациях Северного бассейна. При этом необходимо отметить, что испытания якорных и рулевых устройств, а также испытания судов на мерной миле, которые проходят только в исключительных случаях по решению судовладельца и Морского Регистра Судоходства РФ, производятся в специально оборудованном глубоководном районе Кольского залива около порта Североморск, расположенного в непосредственной близости от порта Мурманск. В этих случаях не требуется специального оформления пограничниками и таможенниками документов и разрешения Старшего военно-морского начальника с целью выхода в открытое море.

После внедрения разработок автора в судоремонтное производство с 1991 года на Северном бассейне прекратились случаи длительных ( до 2 месяцев ) задержек приемо-сдаточных испытаний ГДУ судов с ВРШ, была снята тяжелая психологическая обстановка в коллективах судоремонтников, негативно отражавшаяся на здоровье людей, в случаях затягивания испытаний ГДУ и срыва плановых сроков сдачи судов из ремонта , и на судоремонтные предприятия перестали поступать рекламации судовладельцев на качество ремонта ГДУ судов.

В приложениях 2,3, 4, 5,6, 7, 8, 9. 10, 11 и 12 представлены справки Мурманской инспекции Морского Регистра Судоходства РФ, трех судоре-

монтных предприятий ( ордена Октябрьской Революции АО „Мурманская судоверфь,, и других ) , семи рыбопромысловых флотов ( ордена Октябрьской Революции АО „Мурманский траловый флот,, и других ), ордена Ленина ГП „Мурманский морской рыбный порт,, о результатах внедрения имитационного метода испытаний ГСЭУ судов с ВРШ после ремонта и освидетельствования Морским Регистром Судоходства РФ за период с 1990 по 1996 годы.

Экономическая эффективность от внедрения имитационных приемосдаточных испытаний ГДУ судов с ВРШ зависит от типа судна, состава ГДУ и других факторов.

Около 90 % судов с ВРШ составляют рыболовные траулеры, которые строятся большими сериями однотипных судов. Рыболовные траулеры дают наибольший суммарный экономический эффект от проведения имитационных приемо-сдаточных испытаний ГДУ судов после ремонта.

Расчет выполнен для годовой программы выхода из ремонта рыболовных траулеров на всех судоремонтных предприятиях Северного бассейна за 1991 год и за период с 1991 по 1996 годы ( в ценах 1991 года). Широкое внедрение имитационных приемо-сдаточных испытаний ГДУ судов после ремонта на Северном бассейне началось с 1991 года.

Годовой экономический эффект от внедрения результатов работ по теме диссертации в ценах 1991 года составляет 2 798 459 руб./год.

Экономический эффект от внедрения результатов работ по теме диссертации за период с 1991 по 1996 годы в ценах 1991 года составил 13 992 295 руб.

Количество сэкономленного за период с 1991 по 1996 годы дизельного топлива составило 2710 т и дизельного масла составило 132 т.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований решена проблема научного обоснования методологических основ имитационных испытаний ГДУ судов с ВРШ в условиях мелководных акваторий судоверфей со сложным гидрологическим режимом и ограниченными размерами, имеющая важное народнохозяйственное значение. Совокупность научно-обоснованных технических решений является новым достижением в развитии ресурсосберегающих технологий имитационных испытаний ГСЭУ судов, внедрение которых на судоверфях вносит значительный вклад в интенсификацию и повышение эффективности производства, ускорение научно-технического прогресса.

Основные научные и практические результаты диссертационной работы заключаются в следующем.

1. В результате впервые проведенного статистического анализа представительных групповых выборок однотипных главных ДВС судов с ВРШ установлено:

распределения опытных значений основных теплотехнических параметров на всех основных режимах нагружения главных ДВС судов с ВРШ несущественно отличаются от нормального закона распределения,

основные теплотехнические параметры главных ДОС судов с ВРШ находятся в функциональной степенной зависимости от их эффективной мощности,

основные теплотехнические параметры любого двигателя внутреннего сгорания в эксплуатации изменяются на протяжении всего срока его службы вследствие изменения технического состояния и погрешностей изготовления вновь устанавливаемых и восстановления его бывших в эксплуатации основных деталей и узлов и отличаются от полученных при испытании нового двигателя на стенде дизелестроительного завода,

средние значения и допустимые диапазоны их изменения ( доверительные интервалы ) опытных распределений основных теплотехнических параметров для любой группы однотипных главных ДОС судов с ВРШ, полученные для новых двигателей на стенде дизелестроительного завода и на судне после их ремонта, адекватны.

2. Результаты сравнительных испытаний главных ДВС десяти проектов судов с ВРШ показали идентичность характеристик двигателей, снятых в процессе сравнительных испытаний на имитационных ходовых режимах на швартовах и на ходу судна, которые подтверждают универсальную нагрузочную способность ВРШ. Накопленный практический опыт подтверждает, что проводить сравнительные испытания главных ДВС судов с ВРШ, как это предусмотрено действующей нормативно-технической документацией, нет необходимости.

3. Разработан метод определения эффективной мощности двигателя внутреннего сгорания по его основным теплотехническим параметрам, находящимся в функциональной зависимости от эффективной мощности, отличающийся тем, что с целью повышения точности определения эффективная мощность двигателя в эксплуатации определяется путем измерения не менее 3 теплотехнических параметров и их сравнения с эталонным комплексом, представляющим собой допустимые диапазоны (доверительные интервалы) значений теплотехнических параметров, полученные обработкой данных стендовых испытаний группы новых однотипных двигателей по вероятностным математическим зависимостям (авторское свидетельство 1809350 СССР).

Разработанный метод определения эффективной мощности ДВС обладает высокой достоверностью и надежностью, обобщает в себе известные косвенные методы определения эффективной мощности ДВС и рекомендуется для контроля эффективной мощности главных судовых ДВС различных конструкций, работающих на ВРШ.

4. В результате исследования достоверности определения эффективной мощности групповых выборок однотипных главных ДВС судов с ВРШ известными косвенными методами с использованием их штатных средств измерений теплотехнических параметров на основе вероятностной модели установлено: .

достоверность определения эффективной мощности судовых ДВС по расходу топлива в несколько раз выше, чем по положению рейки топливного насоса высокого давления, которая редко удовлетворяет требованиям ГОСТ 21792-89,

достоверность определения эффективной мощности судовых ДВС по среднему индикаторному давлению в цилиндрах, измеряемому штатными механическими с индикаторным приводом индикаторами, не удовлетворяют требованиям ГОСТ 21792-89,

достоверность определения эффективной мощности судовых ДВС по среднему во времени давлению в цилиндрах не удовлетворяет требованиям ГОСТ 21792-89,

достоверность определения эффективной мощности судовых ДВС по углу поворота лопастей ВРШ не удовлетворяет требованиям ГОСТ 21792-89, достоверность определения эффективной мощности судовых ДВС наиболее часто используемыми на судах методами ( по частоте вращения ротора турбокомпрессора, давлению наддувочного воздуха после охладителя, максимального давления сгорания и температуре выпускных газов на выходе из цилиндров ) не удовлетворяет требованиям ГОСТ 21792-89. Рекомендовано:

для оперативного определения эффективной мощности главных судовых ДВС по расходу топлива штатными мерными бачками требуется автоматизировать процесс измерений,

с целью повышения достоверности определение эффективной мощности ДВС, оборудованных индикаторными кранами, по среднему индикаторному давлению в цилиндрах, измеряемому электрическим индикатором с пьезоэлектрическими датчиками давления, целесообразно производить по эталону, составленному по данным измерений среднего индикаторного давления в процессе стендовых испытаний представительной группы новых однотипных ДВС, а в случае отсутствия таких данных необходимо учитывать погрешности совокупного числа параметров, что снижает достоверность определения эффективной мощности двигателей,

пиметрами следует пользоваться только при контроле распределения нагрузки по цилиндрам ДВС.

5. В результате анализа акваторий судоремонтных и судостроительных предприятий (судоверфей) установлено, что многие судоверфи расположены на больших реках или в прибрежных районах открытых морей и на их акваториях сложились сложные гидрологические режимы. На мелководных акваториях судоверфей, ограниченных по ширине и длине, при работе гребного винта судна на швартовных режимах возникает круговая циркуляция воды. В зависимости от особенностей ограничения размеров акватории скорость и угол натекания на гребной винт судна вызванного им течения будут различны. При этом суммарные течения на акваториях могут иметь очень сложный режим как во времени, так и по направлению, и достигать скорости до 3,5 м/с.

При проведении имитационных испытаний ГДУ судов на таких акваториях необходимо учитывать влияние течений на режимы работы гребных винтов и кинематически связанных с ними главных ДВС судов.

6. Разработан метод определения влияния течений на акватории судоверфи на швартовные режимы испытаний главной судовой энергетической установки, который учитывает следующее, установленное в результате исследований:

момент на валу гребного винта изменяется вследствие нелинейного по углу поворота лопасти, отсчитываемого от вертикального положения, изменения квадрата скорости натекания течения и угла атаки сечений лопасти,

изменение момента на валу гребного винта зависит от шагового и дискового отношений, относительной поступи гребного винта, скорости и угла натекания течения на движитель судна,

в процессе швартовньсх испытаний ГДУ судов с ВРШ, оснащенных ГД, работающими в составе прямой или через редуктор передачи мощности на гребной винт, на установившихся режимах при отключенных валогенера-торах ( или без них ) любое изменение момента сопротивления вращению гребного винта вызывает прямо пропорциональное изменение величины момента на валу отбора мощности главного двигателя.

7. При подготовке к проведению имитационных испытаний ГДУ судов на акваториях судоверфей необходимо с высокой достоверностью оценить возможное размывающее действие на дно акватории потока, отбрасываемого ВРШ, работающим в качестве нагрузочного устройства ГД, который в зависимости от геологического строения участка дна может привести к переформированию дна акватории и образованию отмели, затрудняющей судоходство на судоходном фарватере, размыву оснований причальных сооружений и их обрушению.

Установлено, что наиболее часто используемые в судоремонтной и судостроительной отраслях промышленности формулы неразмывающей скорости для грунта дна акватории, разработанные Гришаниным К. В., Гончаровым В. Н., Шамовым И. И. и Кнорозом В. С., имеют невысокую достоверность и не подтверждаются результатами натурных гидрологических исследований исследованийна акваториях судоверфей.

8. Разработан метод расчета размывающего действия на дно акватории потока, отбрасываемого ВРШ, работающим в качестве нагрузочного устройства на швартовном режиме, который учитывает следующее, установленное результате исследований:

средние вызванные скорости протекания жидкости через гидравлическое сечение одного и того же гребного винта открытого и в насадке постоянны,

средние осевые скорости в струях открытого и в насадке гребных винтов уменьшаются обратно пропорционально расстоянию до источника,

на расстоянии до 2,6 * ¿> от источника струя гребного винта нестабильна, а на расстоянии более 2,6 * О от источника струя гребного винта стабильна и имеет коническую форму с углом расширения 18°,

траектория оси струи при воздействии течений на акватории судоверфи на удалении до 40*2) от источника несущественно отличается от прямолинейной,

размывающее действие потока, отбрасываемого ВРШ, работающего в качестве нагрузочного устройства на швартовных режимах переднего и заднего хода зависит от потребляемой гребным винтом мощности, упора и угла наклона его оси, физических свойств грунта дна и глубины акватории. В основу метода положены следующие разработанные формулы: для определения средней вызванной скорости протекания жидкости через гидравлическое сечение ВРШ, работающего в качестве нагрузочного устройства на швартовном режиме,

для определения упора ВРШ ( открытого и в насадке), спроектированного для работы на основном режиме близком к швартовному, что характерно для рыболовных траулеров,

для определения осевой скорости в произвольной точке потока, отбрасываемого ВРШ, работающим в качестве нагрузочного устройства на швартовном режиме и имеющим наклон оси относительно свободной поверхности воды на акватории судоверфи.

9. Установлено, что при близком расположении оси источника к параллельному твердому экрану поток, отбрасываемый ВРШ, работающим в качестве нагрузочного устройства на швартовном режиме, будет взаимодействовать с причальной стенкой на большой площади. При этом, если причальная стенка не обладает достаточной конструктивной прочностью, то силы, возникающие в пограничном слое потока, могут вызвать ее разрушение.

Рекомендовано, что имитационные испытания ГДУ судов на акватории со сложным гидрологическим режимом целесообразно производить у пирса на сваях оболочках или мелкосидящего плавпричала, оборудованного рейдовой бочкой с мощной якорной системой, которые расположены примерно перпендикулярно к линии основных сплошных причалов или берега.

10. Внедрены в промышленное производство:

совокупный комплекс методов, обеспечивающий достоверность и безопасность проведения имитационных испытаний ГДУ судов с ВРШ, который используется в процессе подготовки основного судоремонтного производства, при разработке типовых программ и методик и проведении по ним имитационных испытаний ГДУ судов с ВРШ на судоверфях и базах технического обслуживания флотов,

типовые программы и методики имитационных испытаний ГДУ 16 проектов судов с ВРШ, охватывающие около 80 % судов, оснащенных ГДУ с ВРШ.

Экономический эффект от внедрения разработок по теме диссертации в народное хозяйство за период с 1990 по 2000 годы в цепах 1991 года составил 13 миллионов 992 тысячи рублей. Сэкономлено 2710 т дизельного топлива и 132 т дизельного масла.

Основные материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Амахин В. А. Стенд для испытания дизелей малой мощности. //Судоремонт флота рыбной промышленности. 1985. № 59. С. 54-55.

2. Амахин В. А. Изменение изоляции выпускных коллекторов. //Судоремонт флота рыбной промышленности. 1.988. № 66. С. 37-38.

3. Амахин В. А. О некоторых вопросах проведения имитационных испытаний главных двигателей судов. //Судоремонт флота рыбной промышленности. 1989. № 71. С. 25.

4. Амахин В. А. Проведение имитационных ходовых испытаний главных двигателей судов после ремонта. //Технология судостроения. 1990. № 1. С. 84-86. •

5. Амахин В. А. Внедрение имитационных испытаний двигателей 8ДР 43/61-В 1 рыболовных траулеров на акватории предприятия.. //Технология судостроения. 1990. № 1. С. 86-90.

6. Амахин В. А. Обкатка судовых дизелей — важный этап их подготовки к имитационным испытаниям. //Судостроение. 1990. № 8. С. 46-48.

7. Амахин В. А. Некоторые особенности сдаточных испытаний главных двигателей рыболовных траулеров у судоремонтного пирса на акватории Кольского залива. //Технология судостроения. 1990. № 10. С. 44-47.

8. Амахин В. А. Стенд для испытания компрессоров пускового воздуха. //Судоремонт флота рыбной промышленности. 1990: № 72. С. 47-48.

9. Амахин В. Л. Из опыта проведения имитационных испытаний главных двигателей буксиров. //Судоремонт флота рыбной промышленности. 1990. № 73. С. 12-14.

10. Амахин В. А. Стендовые испытания динамических насосов после ремонта. //Судоремонт флота рыбной промышленности. 1990. № 74. С. 20-21.

11. Амахин В. Л. Проведение имитационных ходовых испытаний главных двигателей судов после ремонта на акватории предприятия. //Тезисы докладов юбилейной научной конференции Мурманского высшего инженерного училища им. Ленинского комсомола. Мурманск. 1990. С. 66-67.

12. Амахин В. А. Программа и методика имитационных испытаний ГСЭУ СРТР 1620 кВт проекта 1332: 03930005316 ВНТИЦ. //Сборник рефератов НИР и ОКР. Серия 26. 1994. № 1-2. С. 1.

13. Амахин В. А. Программа и методика имитационных испытаний ГСЭУ БМРТ 1470 кВт проекта 394 ( всех модификаций ): 03930004317 ВНТИЦ. //Сборник рефератов НИР и ОКР. Серия 26.1993. № 5-6. С. 16.

14. Амахин В. А. Программа и методика имитационных испытаний ГСЭУ БМРТ 3680 кВт проекта 1376: 03930003772 ВНТИЦ. //Сборник рефератов НИР и ОКР. Серия 15. 1993. № 5-6. С.20.

15. Амахин В. А. Программа и методика имитационных испытаний ГСЭУ ТСМ ( СРТМ или НИС ) 1770 кВт типа „Орленок" („Оболонь" или „Профессор Марта" ): 03930005871 ВНТИЦ. //Сборник рефератов НИР и ОКР. Серия 15. 1994. № 1-2. С.20. .

16. Амахин В. А. Программа и методика имитационных испытаний ГСЭУ СРТМ 853 (735) кВт проекта 502 ( всех модификаций ): 03930005346 ВНТИЦ. //Сборник рефератов НИР и ОКР. Серия 26. 1994. № 1-2. С.10.

17. Амахин В. А. Стендовые испытания объемных насосов после ремонта. //Морской инженерный сервис. 1991. № 1. С. 42-43.

18. Амахин В. А.. Влияние течений на акватории предприятия на швартовные режимы СЭУ. //Судостроение. 1991. № 12. С. 23-25.

19. Амахин В. А. Проведение имитационных испытаний главных дизельных установок на акватории предприятия. //Тезисы докладов всесоюзной научно-технической конференции „Научно-технический прогресс в судоремонте в новых условиях хозяйствования" . Л. : Судостроение, 1991.

С. 122-123.

20. Амахин В. А. Факторы обкатки, определяющие готовность судовых дизелей к имитационным испытаниям после ремонта. //Тезисы докладов научно-технической конференции МВИМУ. Ч. 1. Мурманск, 1991. С 93-95.

21. Амахин В. А. Программа и методика имитационных испытаний ГСЭУ РТМ-С 5150 кВт проекта 1386: 03930005226 ВНТИЦ. //Сборник рефератов НИР и ОКР. Серия 26. 1993. № 5-6. С.16.

22. Амахин В. А. Методика определения влияния течений на акватории предприятия на швартовные режимы испытаний главной судовой энергетической установки: 03930003771 ВНТИЦ. //Сборник рефератов НИР и ОКР. Серия 15. 1993. № 5-6. С.20.

23. Амахин В. А. Программа и методика имитационных испытаний ГСЭУ БКЩ 880 кВт проекта 498: 03930004318 ВНТИЦ. //Сборник рефератов НИР и ОКР. Серия 26.1993. № 5-6. С.16.

24. Амахин В. А. Программа и методика имитационных испытаний ГСЭУ БМРТ 2280 кВт типа „Грумшгг": ВНТИЦ. //Сборник рефератов НИР и ОКР. Серия 26. 1994. № 1-2. С.10.

25. Амахин В. А. Программа и методика имитационных испытаний ГСЭУ БМРТ 3825 кВт типа „Иван Бочков" : 03930005672 ВНТИЦ. //Сборник рефератов НИР и ОКР. Серия 26.1994. № 1-2. С.10.

26. Амахин В. А. Программа и методика имитациошплх испытаний ГСЭУ СТР 970 кВт проекта 503: 03930005227 ВНТИЦ. //Сборник рефератов НИР и ОКР. Серия 26. 1993. № 5-6. С.16.

27. Амахин В. А. Имитационные испытания главных энергетических установок судов. //Морской инженерный сервис. 1992. № 1. С. 27-31.

28. Амахин В. А. Вероятностно-статистический метод определен™ мощности главных судовых дизелей после ремонта. //Судостроение. 1992. №№11-12. С. 31-35. •

29. Амахин В. А. Повышение достоверности имитационных испытаний главных дизельных установок рыболовных траулеров с ВРШ на акватории судоремонтного предприятия со сложным гидрологическим режимом. //Тезисы докладов научно-технической конференции МГАРФ. Ч. 2. Мурманск, 1992. С. 52-53.

30. Амахин В. А. Совершенствование системы оценки и обеспечения судового оборудования: Раздел 5. Совершенствование методов оценки эффективной мощности ДВС в эксплуатации: 02920011561 ВНТИЦ. //Сборник рефератов НИР и ОКР. Серия 26. 1992. № 5-6. С. 14.

31. Амахин В. А. Влияние погрешности на достоверность определения мощности двигателей пиметром. //Технология судоремонта. 1993. № 2.

С. 47-49.

32. Амахин В. А. Влияние течений на швартовные режимы испытаний судового движительпого комплекса. //Тезисы докладов научно-технической конференции МГАРФ. Ч. 1. Мурманск, 1993. С. 59-60.

33. Амахин В. А. Способ определения загрузки двигателя внутреннего сгорания: А. С. 1809350 СССР. МКИ С01М15/00. //Патентный бюллетень изобретений. 1993. № 14. С. 173.

34. Амахин В. А. Методика определения эффективной мощности двигателей внутреннего сгорания вероятностно-статистическим методом: 03940000602 ВНТИЦ. //Сборник рефератов НИР и ОКР. Серия 15. 1994.

№ 1-2. С.19.

35. Амахин В. А. Методика расчета погрешностей определения эффективной мощности ДВС по среднему индикаторному давлению, измеряемому пьезоэлектрическими датчиками: 03940000601 ВНТИЦ. //Сборник рефератов НИР и ОКР. Серия 15. 1994. № 1-2. С.19.

36. Амахин В. А. Испытания дизельной установки в швартовном режиме на заднем ходу. //Технология судоремонта. 1994. № 1. С. 21-23.

37. Амахин В. А. Имитационные испытания дизельных установок рыболовных траулерйв. //Рыбное хозяйство. 1994. № 2. С. 25-27.

38. Амахин В. А. Ресурсосберегающая технология приемо-сдаточных швартовных испытаний ГЭУ судов с ВРШ. //Технология судоремонта. 1994. №2 С. 25-28.

39. Амахин В. А. Имитационные испытания дизельных установок рыболовных траулеров типа „Моонзунд". //Рыбное хозяйство. 1994. № 6. С.46-48.

40. Амахин В. А. Обеспечение достоверности определения мощности ДВС по среднему индикаторному давлению. //Тезисы докладов 5-ой научно-технической конференции МГАРФ. Ч. 1. Мурманск, 1994. С. 28-29.

41. Амахин В. А. Методика расчета размывающего действия на дно акватории потока, отбрасываемого судовым гребным винтом, работающим на

швартовном режиме: 03950000257 ВНТИЦ. //Сборник рефератов НИР и ОКР. Серия 15. 1995. № 1-2. С.19.

42. Амахин В. А. Программа и методика имитационных испытаний ГСЭУ РТМК-С 5300 кВт проекта „Атлантик-488": 03950000258 ВНТИЦ. //Сборник рефератов НИР и ОКР. Серия 26. 1995. № 1-2. С.16.

43. Амахин В. А. Исследование основных теплотехнических параметров группы однотипных судовых ДВС. //Технология судоремонта. 1995. № 2.

С.19-30.

44. Амахин В. А. Стендовые испытания судовых сепараторов топлива и масла после ремонта. //Технология судоремонта. 1995. № 2. С. 31-33.

45. Амахин В. А. Исследование вариаций случайных погрешностей основных теплотехнических параметров ДВС. //Тезисы докладов 6-ой научно-технической конференции МГАРФ. Ч. 1. Мурманск, 1995. С. 34-35.

46. Амахин В. А. Достоверность определения мощности главных двигателей судов, измеренной разными методами. //Судостроение. 1995. №№ 5-6. С. 15-17.

47. Амахин В. А. Влияние погрешностей на достоверность задания нагрузки СДУ по углу разворота ВРШ. //Технология судоремонта. 1996. № 1. С. 17-19.

48. Амахин В. А. Влияние погрешности на достоверность определения мощности главных судовых ДВС по расходу топлива. //Рыбное хозяйство. 1996. №4. С. 24-25.

49. Амахин В. А. Исследование достоверности нагружения двигателей судов по углу разворота лопастей ВРШ. //Тезисы докладов 7-ой научно-технической конференции МГТУ. Ч. 1. Мурманск, 1996. С. 38-39.

50. Амахин В. А. Размывающее действие судового гребного винта в процессе швартовных испытаний. //Технология судоремонта. 1996. № 2. С. 18-22

51. Амахин В. А. Сравнение опытных распределений основных теплотехнических параметров труппы однотипных ДВС — новых и после ремонта. //Двигателестроение. 1996. №№ 3-4. С. 65-67.

52. Амахин В. А. Исследование потока, отбрасываемого судовым гребным винтом, работающим на швартовном режиме. //Тезисы докладов 8-ой научно-технической конференции МГТУ. Ч. 111. Мурманск, 1997. С. 78-79.

53. Амахин В. А. Обоснование и промышленная реализация имитационных испытаний ГДУ судов с ВРШ. //Тезисы докладов 9-ой научно-технической конференции МГТУ. Ч. 2. Мурманск, 1998. С. 90.

54. Амахин В. А. Аппроксимация нагрузочных характеристик однотипных ДВС степенными функциями. //Двигателестроение. 1998. № 2.. С. 65-67.

55. Amakhin V. A. Metod for calculation of flow action of the screw on bottom in the port water basin in process on mooring tests of ship. // 13 th Jnt. Conference on Port and Ocean Engineering under Arctic Condition POAC 95. Murmansk august 15-18, 1995. St. Petersburg. Vol. 4. P. 189-193.

56. Амахин В. А. Влияние погрешностей определения мощности главных судовых ДВС по расходу топлива. //Двигателестроение. 2000. № 2.

57. Амахин В. А. Вероятностно-статистический метод определения эффективной мощности главных судовых двигателей внутреннего сгорания. //Тезисы докладов 11-ой научно-технической конференции МГТУ. Мурманск, 2000. С. 538-539.

58. Амахин В. А. Определение закона распределения основных теплотехнических параметров группы однотипных ДВС. //Двигателестроение.

С. 12-14.

2000. № 4. С. 8-9.

Лицензия № 000283 от 19.10.99. Сдано в производство 20.11.01. Подписано к печати 20.11.01. Формат 60x84 1/16.

Усл.-печ. л. Тираж 60 экз. Заказ № 296. Уч.-изд. л.

СПГУВК ИИЦ 198035, Санкт-Петербург, Межевой канал, д. 2.