автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.05, диссертация на тему:Основы моделирования динамики судовых пропульсивных комплексов в экстремальных условиях эксплуатации

2 7 ЛЬII

ГОСУДАРСТВЕННАЯ МОРСКАЯ АКАДЕМИЯ имени адмирала С.О. Макарова

На правах рукописи БАСАЛЫГИН Геннадий Михайлович УДК(621.125:621.431.74:629.12.037.4) 001.57

ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДИНАМИКИ СУДОВЫХ ПРОПУЛЬСИВНЫХ КОМПЛЕКСОВ В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Специальность 05.08.05 - Судовые энергетические установки и их

элементы (главные и вспомогательные)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт - Петербург 1993

Работа выполнена в Государственно!, морской академия вмени адапрала С.О.Еакарова.

Официальные оппонента:

доктор технических наук, профессор Давидов Г.А. доктор технических наук, профессор Тихомиров Б.А. доктор технических наук, профессор Тузов Л. Б.

ведущее предприятие - Денгральное конструкторское бюро "Балтсудопроект", г.Санкт-Петербург.

Защита состоится " К24 г. ^°часов

на заседании специализированного совета Д.101.02.01 при Государственной морской академии шени адмирала .С.О.Макарова по адресу: 139026, Санкт-Петербург, 21 линия, д.14.

С диссертацией мояно ознакомиться в библиотеке академии. Автореферат разослан " $ " Дя^г.*'Л/^1993 г.

Отзыв на автореферат, заверенный печатью, в двух экземплярах просит« направлять по адресу, 199026, Санкт-Петербург, Косая линия, дом 15а.

Ученый секретарь специализированного Совета доктор технических наук, профессор

Ф^сф^ Н.кЬадобин

ОБЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность -работы обусловлена интенсивным развитием судоходства на трассе Северного морского пути в связи с хозяйственным освоением богатых .сырьавкыи ресурсами обширных труднодоступных территорий Сибири и Крайнего Севера. Развитие навигации в арктических морях выдвигает в разряд важнейших проблему совершенствования методов исследования и расчета динамических характеристик судовых пропульсявных комплексов в тязалых реаимах эксплуатации, ярезде всего в режимах взаимодействия винта .со льдом, решавшим образом влшшдих на надежность, ресурс и существенно на массогабаритные показателя и стоимость лропульсивннх комплексов.

Дель работы - разработка нового перспективного направления исследования динамячэсклх. характеристик сложных механических систем на примере судовых лропульсивных (двигательно-движительных) комплексов методами адекватного математического моделирования протекавдих в системе физических процессов в дискретной поста-' новке. ...

Научная новизна работы определяется в первую очередь разработанным в диссертации универсальным методом математического моделирования динамических характеристик судовых пропульсявных комплексов различного состава в тяжелых режимах эксплуатации, презде всего в режимах взаимодействия винта со льдом, более адекватно по сравнению с методами . теории колебаний, отражавшим . реальные физические процессы, протекающие в динамияасаах системах и отли-чавдшся простотой, компактностью и как результат более широкими • возможностями реального использования от ЬйСЭ и других методов,основанных на распределенных параметрах.

Разработанный метод реализуется комплексом оригинальных математических моделей пропульсявных систем различного типа (турбинных, дизельных, с электродвижанием) и состава и их элементов как нэкоясервативных динамических систем и учитывает в отличие от теории колебаний на различных уровнях адекватности не только инерционные ,и упругае_ свойства элементов системы, но также нелинейные гидродинамические, ударные и эластогядродинамичесхие процессы в подшипниках скольжения упорных и опорных, в зубчатых зацеплениях редуктора и контурах циркуляции гидродинамических передач, а такав варятропные процессы в паровых объемах турбоагрегата на переходных реаешах. . — . "

- А -

Практическая ценность работы заключается в том, что раз. боганные метод моделирования л комплекс математических модеде; позволяют решить 'крупную народнохозяйственную проблему - обес: чеяие ва стадии проектирования различных типов судовых пропулз сивных систем, работанцих в тяжелых режимах эксплуатации,лраяз всего в условиях Арктики, высокой степени надежности путей i бора оптимального типа и схемы пропульсивного комплекса и егс элементов и назначения обоснованных запасов прочности по резуд татам динамического исследования и сопоставления харакгеристш систем различного типа и состава. Практическую значимость yci ливаат . возможность использования разработанного метода мода: рования в других областях народного хозяйства, используящих tí лонагруженше динамические системы.

' Апробация работы. Основные результаты работы докладывалис на конференциях и семинарах:

1. Два доклада на Всесоюзной научно-технической конфереяц "Цроблемы повышения надежности судовых валопроводов", Ленингра, I9S8 г;

2. Два доклада на Всесоюзной научно-технической конференц "Актуальные проблемы технического прогресса судовых турбинных ; тановок", Ленинград, IS89 г;

3. Доклад на Всесоюзной научно-технической конференции -"Актуальные проблемы развития двигателей внутреннего сгорания i дизельных установок", Ленинград, IS90 г;

4. Доклад на третьей меядународной выставке и симпозиуме i судостроению, судоходству и разработке шельфа "Нева - 23", Санг Петербург, 14-18 сентября ISS3 г;

. 5. Доклад на первой (республиканской) научно-технической ■ конференции "Экономия топливно-энергетических ресурсов", Ленинград, IS83 г;

6. Три доклада на постоянно действовавшем Всесоюзном семин ре ЕГО имени академика А.Н.Крылова ""Проблемы развития судовых турбинных установок", Ленинград, январь 1982 г, март 1985 г, но ябрь I9S6 г;

7. Доклад на Всесоюзном, семинаре "Физико-технические пробл мы проектирования и эксплуатации судовых и транспортных энергет. ческих установок", Ленинград, октябрь IS88 г;

8. Доклада на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ЛЕЖУ им. адм.'С.О. Макарова и ША им. ада. С. О". Макарова совместно с ЛБ НТОВТ, Ленинград, март

Ш, 1988, ISSO, I9SI гг.

Структура и объем пахоты. Диссертация состоит из введения, зми глав, заключения,.списка литературы, а также приложений, 5рошгарованных в отдельный (второй) том. Общий объем диссертации )4 стр. (первый том) и 131 стр. приложений (второй том). Основан часть работы (I том) содержит 264 страницы машинописного те-:та, 64 рисунка, IS таблиц, 537 формул, уравнений и систем ура-гений. Семь приложений (том 2)содеряат S2 страницы машинописно> текста, 28 рисунков, 4 таблицы и 305 формул.

ООДЗЕВАНИЕ РАБОТЫ

Введение посвящено обосновании актуальности проблемы совер-нствования методов математического моделирования динамика су-вых пропульсивных комплексов в экстремальных режимах эксплуа-ции, яредде всего в режимах взаимодействия винта со льдом, ха-ктерннх для эксплуатации в условиях Арктики.

Первая глава посвяцена анализу проблемы.совершенствования тодов расчета динамических характеристик судовых пропульсивных индексов в ледовых усло'виях и на переходных режимах, возмояно-а использования для ее решения теории колебаний и других из-зтных методов расчета динамики механических систем.

' Режимам взаимодействия гребного ванта со льдом, определению зряжений в гребном валопроводе статическими и динамическши годами и оценке их прочности посвящены работы В.Бекслера 335 г.), Е.Рейнберга (IS53 г.), Н.Н.Кабачдяского и В.А.Беляе-, С. С.Соловьева, работы Ю.А.Македона, Ф.М.Кадмаяа, С.Б.Яконов-зго, В.Я.Ягодкина, В.А.Беляшова, В. С.Д1пакова, Н.Е.1адобина и тих. .

К настоящему времени накоплен достаточно представительный :периментальяый материал по динамике судовых пропульсивных ком-ïkcob различного состава в режиме взаимодействия винта со льдсм. и5олев информативнши из всех публикаций по данному вопросу [яются работы В.А.Меркулова, В.И.Тимофеева, М.В.Яковлевой, а ае Б.М.Левина, В.И.Яроша.

На основании выполненного анализа установлено, что теорети-кие исследования динамики пропульсивных комплексов в режиме имодействия винта со льдом, учитывающие упругую податливость темы, представлены в гораздо меньшей степени, чем эксперимен-ьные, в основном отдельными работами Б.С.Ецовпна и А.С.Быкова.

По этой причине проанализирована возможность использованя для указанной цели теории колебаний и других методов расчета д намики механических систем. Ограничился указанием наиболее и вестных работ отечественных и. зарубежных авторов: монографии А.А.Андронова, И.М.Бабакова, К.Б.Бицеяо и Р.Граммеля, Б.В.Булг кова, Н.В.Бутенина, Д.П.Ден-Гартога, Ф.М.Димеятберга,' Л.И.Ман-дельшгама, Я.Г.Пановко, С.П.Тшошенко, А.Тондла, А.П.Филшшова Р.1.Халфмана, Ф.С.Цзе и других, рассматривающие общие аспекты теории колебаний и динамики. Динамика машин и механизмов излаг ется в монографиях А.П.Бессонова, В.1.Вейца, И.И.Вульфсона, Н, Григорьева, А.Е.Кобринского, С.Н.Кокевникова, М.З.Койовскогб,

A.Е.Кочуры, Н.И.Колчина, Н.И.Девитского и других, в том числе намика ДВС и систем с ДВС в публикациях П.А.Истомина, Л.Б.Тузо Д.В.Ефремова, А.Д.Изотова и других авторов, колебания валов и валопроводов в работах В.П.Терских, А.Г.Агуреева, Ю.С.Баршая,

B.В.Алексеева, Ф.Ф.Болотина," Г.Д.Кортына, К.Н.Пахомова, Г.И.Бу риной, М.Л.Кемлнера, С.В.Нестеровой, В.К.Румба и других, динам ка турбин, турбоагрегатов и иных типов роторных машин в работа В.В.Болотина, А.С.Кельзона, Ю.Н.Журавлева, М.И.Дашха, Э.Л.Поз няка, К.А.Прокофьева и множестве других, динамика зубчатых пер дач в работах Б.Н. и Б.М. Абрамовых, Д.М.Гаркави, М.Д.Генкина, В.К.Грднкевича, А.Й.Дегрусевича и других.

Во всех перечисленных вше работах и множестве других дин мические расчеты и исследования выполняются в основном методам теории- колебаний, которые не учитывают влияние на динамику ряд факторов (нелинейных гидродинамических явлений в масляных плен ках подлинников сколысенпя, контактногадродинамических явлена в зацеплениях зубчатых передач, динамику контуров циркуляции г дромуфт и гидротрансформаторов и другие), оказывающих существе, ное, а иногда решающее влияние на величину динамических напряг ний и расположение резонансных зон в режиме взаимодействия вин со льдом. Использованный в некоторых работах ЖЭ лишен указана го недостатка, однако практически не может быть использован л исследовании динамики таких слоеных систем, как пропульсивные комплексы, из-за чрезмерного усложнения динамических расчетов.

Особый класс динамических режимов пропульсивных комплексов составляет переходные режимы, из которых наиболее ванными явля ся режимы маневрирования. Динамические характеристики пропульс. вного комплекса и судна в целом в указанных рекямах существеян влияют на безопасность мореплавания в экстремальных условиях.

Наиболее известными публикациями в области переходных режи-I судовых лролульснвяых комплексов являются работы. В.И.Кебес-1а, В.Г.Бакаева, В.М.Лаврентьева, Г.Е.Павленко, й.й.Миниовича, [.Головизнина, С.Н.Кванова, А.К.Гнтельмана, И.В.Котляра, А.Г. (зона, А.Д.Межерицкого, Г.Г.Мартяросова.

Выполненным анализом установлено, что наименее исследованы »входные режимы паротурбинных агрегатов при реверсе и выбеге, утствуют адекватные математические модели динамики паровых ,емов турбоагрегата, нет простых и достаточно точных и гибких лятических зависимостей для определения адиабатных теплопере-;ов и КПД групп турбинных ступеней и агрегата в целом.

В работах, посвященных буксировке судов, отсутствуют дияа-;еские модели буксировка в тяжелых ледовых условиях.

На основании выполненного в главе-1 анализа публикаций фор->уется главная комплексная задача диссертации - разработка уникального метода математического моделирования динамики судовых цульсивных комплексов произвольного состава в экстремальных щмах эксплуатации, прежде всего в режиме взаимодействия винта льдом, отличаодегося простотой и компактностью в сочетании с окоы точностью и пригодного для моделирования других типов яных динамически напряженных механических систем, применяемых ругих отраслях народного хозяйства.

Достижение поставленной'цели обеспечивается выполнением еле-щих основных принципов, составлящих базис предлагаемого аль-юатнвного метода математического моделирования динамики -ода комплексной дискретной схематизации (МКДС) динамических тем:

а) расчленение сложной динамической системы на составляющие индексные дискретные элементы), объ единящие по определенному [знаку простые либо составные элементы;

б) замена реальной системы дискретной с сосредоточенными шетрами;

в) описание динамических характеристик инерционных масс и угих (или других видов) связей раздельными дифференциальными внениями;

г) выбор в качестве функциональных параметров обобщенной рости для дискретных инерционных масс и обобщенной деформации

связей;

д) использование дифференциальных уравнений первого порядка;

е) представление уравнений б относительных величинах с сс ранением ддинственяой размерности - времени.

При реализации МКДС сложная механическая система расчлеш ется на комплексные дискретные элементы, подробная классифика1 которых представлена в главе I.

Сформулированные шесть принципов ЫКДС позволяют разрабать вать математические модели динамики различного уровня путем нг стройки уравнений модели более высокого уровня адекватности (учитывающей новые вида физических явлений и процессов) к базе либо расширения последней при появлении новых типов механичен элементов в составе системы.

Во втотюй главе и приложениях I и 2 представлены испольг еьше в дальнейшей аналитические зависимости, описывающие тяго! и расходные характеристики групп турбинных ступеней и турбин, расходные характеристики регулирующих органов, характеристики конденсатора, характер изменения механических потерь турбоагре та и комплекса на переменных режимах, характеристики гребного винта гидродинамические и в резшле взаимодействия со льдом.

При расчета тяговых характеристик турбоагрегата необхода знать изоэнтропный .(адиабатный) перепад энтальпий На груш: ступеней или турбины в целом,, трудности .с определением которох аналитическим путем возникают, если процесс расширения полност или частично расположен в области влааного пара. В этом случае можно использовать точную аналитическую зависимость, предложен ную В.А. Семека, представив ее в виде

На, = ¿с ~ Ъс Зс ♦ (Ъс $2С " Не) , (I

в сочетании с полученными диссертантом простыми и достаточно т чными эмпирическими зависимостями, описывавшими параметры пара на линии насыщения, - энтальпию С ¿с (кДк/кг) и энтропию $гс (кДж/кг-К) как Функцию известного давления (МПа

шш температуры Тзс (К) и Ьгс (°С) за группой ступеней

1"гс ~250Х * 1825 ^с'(2

а другими либо по более компактной зависимости

йЯШ

Тгс Зге ~ 11с ~ 0.0ИБ6 Ь2'с

(4)

ее модификациям.

Энтропия перегретого пара ¿с и энтальпия ¿с в объеме ¡ред группой ступеней или турбиной определяются на переменных лейках по аналитическим зависимостям

п-А

ичсоусса-р^), ™ '

лученным в диссертации на базе предложенной В.Траупелем модели еального пара. Здесь /? - газовая постоянная водяного па; /2- - показатель политропы (либо варитроны.) процесса раешная пара в объеме перед группой ступеней (турбиной); к казатель адиабаты пара в объеме; . £ - введенная В.Траупе-я "нормальная энтальпия", равная для объема перед группой сту-зей или турбиной (в нДзс/кг) л

з рс , 1?с давление (кПа) и удельный объем (м3/кг) па-

перед соплами турбины; & - приблизительно постоянная шчнна ( й - 1955 кЭд/кг при / = 1,30581).

Здесь и далее индексом "0" (ноль) помечены значения параме->в и переменных величин на исходном установившемся режиме, а ной сверху их значения, отнесенные, если не оговорено другое, [сходному режиму, например, Д = Рс. / Рс о.

На базе зависимостей (4) - (6) а других получены различные дафивация формулы (I), которые являются наряду с аяалятачески-зависимостями (2) - (4) оригинальными эмпирическими уравнени-

отлячавдимися простотой и компактностью в сочетаний с дос-очной при выполнении динамических расчетов точностью.

Тяговые характеристики турбинных ступеней и турбин сущест-но зависят от их внешних характеристик. Выполненный анализ естных уравнений Флигеля выявил их внутреннее противоречие, явдееся результатом принятых при выводе допущений, не соответ-ующих реальности. По этой причине для описания внешних харак-астик турбин предложены простые и компактные оригинальные ура-

внения, лишенные внутреннего противоречия, отличающиеся от урав нений Флюгеля универсальностью и гибкостью. .На их базе получена зависимость,' описывающая с достаточной для динамических расчето. степенью точности характер изменения, внутреннего КПД турбины и ее ступеней в широком диапазоне режимов при произвольном отклонении исходного режима от оптимального. Одна из форм записи полученного уравнения имеет ввд JU-opt

fir -- &г/?стс = Ai IУ opt - У I (8)

где fii , А'г. - достоянные коэффициенты, определяются до аналитическш зависимостям; . У - относительное_значение условной (фшстивной) характеристики группы ступеней у ~У(р/У<ро -

- Я/Ж » где ~ - относительная угловая . скорость ротора турбины; У opt .= УфР / Ууо - оптимальное значение У , яра котором КПД достигает максимума; y&c>f>t

- коэффициент пускового момента турбины на оптимальном режиме (отношение моментов заторможенного ротора Мм* х (при^ = 0) и на режиме максимального Ш. Mopt .

Для описания реверсивной характеристики гребного винта предложены оригинальные уравнения в двух модификациях и аналитические зависимости для определения входящих в них эмпирических коэффициентов. .

Глава 3 и приложения 3 и 4.1 посвящены моделированию и анализу динамики пролульсшэного комплекса как абсолютно жесткой инерционной системы. Такое представление пропульсивного. комплекса справедливо при моделировании медленно протекающих динамических процессов, в частности, переходных регсимоз, таких, как режимы реверса, выбега, аварийного разгона и подобных, когда упруго! податливостью гребного валопровода, торсионных валов и других связей можно пренебречь. Задача рассматривается применительно к пропульсивному комплексу с паровым турбоагрегатом как наименее исследованному на переходных режимах. Представленная математич« екая модель, динамики пропульсивного комплекса базируется на известных уравнениях В.Е.Кебеснова.

Существенное влияние на динамику комплекса, включающего паровой турбоагрегат, оказывают наиболее значительные аккумулятор; энергии рабочего тела - паровые объемы, расположенные за регулирующими органами (маневровым клапаном), и объем промежуточного

роперегревателя (Ш). С цельв исследования их влияния разрабо-ны оригинальные математические модели динамики паровых объемов рбоагрегата без и с промежуточным перегревом пара (ПП) в двух ци£икациях, - приближенной и математически строгой, учитываю-з в отличие от известных реальный : варитропный характер изменяя параметров пара в объемах-турбоагрегата.

Математически строгая варитропная модель динамики парового ьема перед турбоагрегатом (за регулирующим клапаном) имеет вад

ff-.J-CU^-UG-r-y, ■ й)

Ф---flÍHÍi-U)-^ GfV-

r-i * ?ni¡- & (l-Lc)]/in C-v

— ' /fOO

г Q.v - G-tf/C-vo - относительное количество пара в

■,ет перед турбиной; ¿ - время, с; Tv~ &</в/& то ¡тоянная времени объема, с; - G-tc/Q^a - отяосятель-

i расход пара через клапан (в объем), равный

От К sßffr) Fk £ - ß(f>*) Fie ; (Ю)

(ßti)J Fi<, Ра - относительные значения расходной функции !пана,_его площади проходного сечения и давления перед клапа-i; Qt = Gr/& г с ~ относительный расход пара на турби-(из объема), равный для агрегата без ПП

- 41Ä - ܱL п

rr~- G« 2 г» т.*. рс = -

Ом ~ Ом /Ico ) Qf = QF/I

Со - относительная энергия, сикая в объем протекавшим через него паром ( Qm ) и в ре-ьтатэ теплообмена с металлом объема ( Qp ), где Teoriza Leo _ ; Bct $f¿i - постоянные коэффициенты (безраз >ные); (JL - относительное значение коэффициента теплоотда-медду металлом и паром объема.

Политропная и изоэятальпайная модели динамики парового объе-за регулирующим клапаном базируются на допущении о постоянст-

ве значения показателя; варитроны (политропы, /? = С С n■^t \ и включают первое уравнение системы (9) и зависимости (10) и (II решаемые совместно с уравнением (б), записанным в относительных величинах либо его модификацией при значениях У1 = 1,15 .., ... 1,2 = СорЬ'Ь для полигропной модели и /1=1 для изо-энтальпийной модели.«_В последнем случае уравнение (6) выроддаег-ся в зависимость Ьс = I.

На базе разработанных моделей динамики объемов и полученныз в предыдущей главе аналитических зависимостей для изоэнтропного теплоперепада и КПД турбины выполнен анализ влияния наиболее знг чительного парового объема перед турбоагрегатом на динамические характеристики агрегата без ПП на переходных режимах, режимах выбега и аварийного разгона, дано сопоставление решения варитро-пной. модели объема с политропной е изознталышйной моделями, в результате чего установлено:

значение показателя варитроны /7 изменяется от/2—1,1 в момент страгивания клапана до /2 = I на новом установившей ся рехаде, в, результате чего энтальпия пара в объеме кратковременно изменяется (сникается при сбросе нагрузки, повышается на наборе мощности) на глубину до 9-10 % от номинальной с последу-шцим восстановлением ее величины по мере приближения к новому ус тановившемуся режиму;

наиболее опасными являются реяимы аварийного разона ротора турбины высокого давления (ТВД), имеюцего малую инерционноетз Как следствие при значительных объемах перед ТВД.'. ( Ту^О, 1с необходимо при проектирования турбоагрегата выполнять расчет динамики ТВД при поломке ее торсионного вала. Пример такого расчета представлен на рис.1.

В завершение главы 3 составлена и решена математическая модель динамики зубчатое передачи в составе пропульсивного комплекса как абсолютно яесткой инерционной системы в реЗшме взаимодействия винта со льдом з двух модификациях - в относительны] величинах и в безразмерном виде, с целью последующего анализа возможности использования инерционной модели при определение прочностных характеристик редуктора в ледовых условиях.

Глава 4 и приложение 4.2 посвящены моделированию и анализу намики комплекса главной турбозубчатый агрегат (ГТЗА) - винт к вращащейся упругоияерционной системы с учетом и без учета еяния: %а) механических потерь; б) зазоров зубчатых зацеплений цуктора и муфт и упругой податливости зубьев; в) зазоров и эла-эгидродинамических явлений в зубчатых зацеплениях редуктора.

Расчетная схема без учета влияния зазоров в зубчатых зацеп--:пях редуктора и муфтах представлена на рис.2.

Рис.2. Приведенная расчетная схема упругоинерционной системы 1*ГЗА - винт. - момент инерции (кг-м^): I - винта с присоединенной массой воды; 2 - колеса и шестерен 2-й ступени редуктора; 3,5 - колес ■ ж шестерен первых ступеней редуктора; 4,3 - роторов ТНД и ТВД. Сд/*,* .. - жесткость упругой связи (вала), Н-м/рад. Мт.н , А1т.в - крутящие моменты ТНД и ТВД, Н-1,:; Мг, Мл - момент сопротивления на винте гидродинамических и ледовых сил.

Уравнений динамики основных элементов упругоинерционной системы с учетом механических потерь, но без учета влияния зазороз и упругой податливости зуйьев, имеют вид:

для промежуточной инерционной массы

т, (% ~к<'

для инерционной массы 1 2

р Г У 2 .____ __

~Мно &2И Мт?.2Н -Мво ё2В Мтр.2В );

сь.

для упругой связи (вала) В"пределах применимости закона гсопорциональностя (закона 1*ука)

(Ям-ЯЛ <»>

'ii

С*'' у'/

•де ^¿/^¿о — ~ относительная угловая скорость ^ -

ращавдейся массы; №¿,¿.±.1 - относительный момент сил уп-угости связи (вала), соеданящей у -ю и соответственно

)-ю и (¿'А )-а инерционные массы; > - по-

тояяные времени вращающихся. ^ -й массы и (+1 )-ой уп-угой связи, с; Ву < . - постоянные коэффициенты,

ависящие от величины механических потерь мощности, В±~ I + &>1 ') - относительный момент сил трения (меха-

ических потерь)-в ^ -ой массе; ¡\/но,//во - доля мощности, ередаваемая на гребной винт по линиям ТЦЦ и ТВД; @>zR1 &2В,

&2.Н - коэффициенты и В^ для второй ступени редук-

эра ( =2) по линии ТВД я ТНД.'

В модели без учета, механических потерь ф =0, =1

соответственно уравнения (12) и (13) упростятся.

В модели без учета влияния зазоров для определения относи-зльных значений крутящих моментов , а значит сил и на-

ряжений в ^ -ом зацеплении редуктора используются зависимо> ^, (к)

[е Т^ш , - постоянные времени соответственно шестерен и 1лес £ -ой вращающейся массы (ступени редуктора).

Пример решения математической модели (без учета механиче-:их потерь) для пропульсивного комплекса лихтеровоза проекта €81 ("Сешорпуть") представлен на рис.3, где '[Иге , Мг.н -носительные значения моментов (сил, напряжений) в зубчатых цеплениях второй ступени редуктора по. линии ТВД и ТНД. На рис.

четко выявляется резонансная зона (двухузловая) с колебании роторов ТВД и ТНД в противофазе-

Анализ результатов решения динамики комплекса ГГЗА - винт хтеровоза проекта 1СС81, выполненных при трех значениях отно-гельного максимального пропульсируидего с лопастной частотой лента ледовых сил на винте = Мд^/Мг.о • равных

0 Qßt OßB ОД DJS 02 Oik 028 0.32 Q56 0,4 QU O.iS t,C

Г- -Ä д о* А /V 1 \

ft / // V- \ г- 1 \ N / ! / \ \ 1 L

1 ы Г? ¿yY- Vy Г i or Л ; /) /V

\ 1 1 ' у 1 \ ! / ■Г

\ \ \ м» 1 1 -LM г / ' \ ! ! / \l

-i V/ ТП£ j h > ^—■

—г i\ 1 . 1 ' К/ / — — \ i .У 'ЧГ i\ í f • \ 4/

1 \ 1 \ - 1 1 ! / \ \ i \ \ 1 \ M 1

I i \ 1 1 1 / \ / i \ \ 1 1 \ / / / / \

г \ \ -\ ' / \ / / \ \ 1 1 \ ) i V \ \ ¡ \ \ 1 i

\ / ! \J \/ 1 ^

■Q

074 0.7 0,66 -062

3,5 з,яr ¡se 3.62 3$6 37 $74 $та 4&2 ¿as 3,9* зsa 402 te

Рис. 3 Динамические характеристики юмпажа ГТЗА- бинт 6 режиме бьаимодвйстёия со льдом при а) начальный период;

5) за ¿оной резонанса (¿духузлобого)

3.0, 1.5, 0,75, выявил в диапазоне частоты вращения от нуля до :00 % номинальной (115 об/мин) две четко выраженные резонансные юны - низкочастотную с одноузловой формой колебаний (массы'ро-•ора ТНД п второй ступени редуктора колеблются в противогазе с laccoii гребного винта, узел колебаний в гребном валопроводе, й/>ез.£= 0,384, Ylpes.i =44,1 об/мин) и двухузловую с более ¡ысокой частотой колебаний (основной узел колебаний расположен в орсионном валу второй ступени линии ТНД и дополнительный в гре-ном валопроводе, Qpei.2 = 0.73 - 0,74, /2/?03.2 = £4 -85,2 б/мин). Наличие указанных резонансных зон было подтверждено ре-ультатами натурных заводских испытаний турбоагрегата ( ]flpSi.l = 45 об/мин, ft. pes. 2 =77 об/нин), выполненных позднее в первом ейсе лихтеровоза "Севморпуть", а их расположение и форма коле-аний подтверждены также проектными расчетами, выполненнши в оответствии с теорией колебаний по методике В.П.Терских, в соот-етствии с которыми = 44,5 об/мин, Hpei.2= 85

5/мин.

Анализ результатов решения при длительном непрерывном взаи-эдействии винта со льдом выявил близкое расположение одной из ззонансных зон (трехузловой формы колебаний) к номинальной ча-roie вращения (см. также рис. За), что также было подтверждено ззультатами натурных заводских испытаний, выявивших одну из ре-энансных зон при ез = ПО об/мин. Учитывая, что проектные асчеты данную резонансную зону не выявили, можно сделать вывод более точном описании динамики механических систем с использо-¡няем разработанных в диссертации моделей по сразнанию с тради-юнянми методами расчета.

Расчетные напряжения в зубчатых зацеплениях редуктора в на-1льный период взаимодействия впнта со льдом практически созпа-|ют (с точностью не менее 4-5 значащих цифр ) для всех типов сработанных математических моделей (с учетом и без учета зазо-iB, механических потерь и эластогвдродинамаческих явлений), что 1ляется дополнительным косвенным свидетельством физической до-■оверностд разработанных моделей.

В главе 5 и приложении 5 математическая модель динамики рбинного пропульсивного комплекса как упругоинерционной системы полнена моделями гддродлнамическях передач в двух вариантах, овлетворяицих сформулированным"в главе I принципам МКДС:

- -

а) приближенной моделью динамики гидромуфты с плоскими радиальными лопатками ( /32Л = 50°); б) точной моделью динамики гидропередачи - гидромуфты либо гидротрансформатора произвольной схемы. При этом уравнения динамики вращащихся инерционных масс, включающих турбинное или насосное колеса гидродинамической передачи, имеют вид, аналогичный уравнению (12), а относительный момент гидродинамических сил, действущих на лопатки турбинного Мт и насосного Мн колес, определяется алгебраическим ург внекием, имеющим наиболее простой вид для гидромуфты с плоскими радиальными лопатками, если пренебречь влиянием на угол выхода потока осевого вихря ( = ~ 50°)

Мн-Мт-Ангр 0{&н "</21о Яг), сте:

где А н.Т - постоянный коэффициент, Ант=1/и-и3 ¿о) ; Р, 0 - относительные плотность ж объемный расход жидкости в контуре циркуляции гидропередачи; ~ относитель-

нее частоты вращения насосного и турбинного колес гидропередачи; (/ - отношение внутреннего ( ) и периферийного ( )ра-диусов в контуре циркуляции по средней линии тока; Ь-о'^^тс/ЬУнс передаточное отношение гидродинамической передачи на исходном рг жиме.

Уравнение (13) ши его более общие модификации решаются совместно с уравнением динамики контура циркуляции гидродинамической передачи, полученной аа основании закона сохранения энергии, которое в простейшем случае гидропередачи, включащей по одному насосному и турбинному колесу (все гидромуфты и большинство гидротрансформаторов), имеет вид

±[&мЙ-иКт^М7-(ПоКм,)Ц, да:

где Тк - постоянная времени контура циркуляции, _с, а К МО • коэффициент трансформации момента гидропередачи; рс - относительное сопротивление в контуре циркуляции.

Разработанные математические модели гидродинамических передач позволяют исследовать влияние податливости гидродинамических связей на динамику пропульсивного комплекса в сочетании с динамической моделью уцругоннерционной -системы требуемого уровня адекватности. Конкретные исследования выполнены на базе упру-

■инерционной модели 1-го уровня (без учета зазоров я ыеханичес-х потерь) в сочетании с приближенной моделью динамики гидро-фты.

В результате динамических исследований, выполненных на ремах взаимодействия гребного эията со льдом применительно к мо-фицированяому пропульсивноыу комплексу лихтеровоза проекта Ю81 при использовании в его составе комбинированной гддрозуб-;той передачи установлено:

а) применение гидродинамических передач разобщает единый гругоинерционный комплекс на отдельные упругоинерционные систе-[ либо инерционные элементы;

б) расположение гидромуфт ывг.ду редуктором и роторами тур-щ устраняет соответствуйте упругие связи, что превращает вы-1Коинерционный ротор ТКд, а также ротор ТВД в изолированные ине-ионные элементы, не оказывающие влияния на частоту собственных лебаний пропульсивного комплекса, за сяет чего собственная наста всех форд крутильных колебаний увеличивается, при этом двух-ловая и более высокие формы колебаний полностью устраняются ез бочего диапазона;

в) единственный в диапазоне частоты вращения от нуля до 100$ мяяальной одноузловой резонанс комплекса с гвдрозубчатой дере-чей соответствует колебаниям инерционных масс редуктора в про-шофазе по отношению к винту при 0,4325;

г) применение гидродинамических передач не обеспечивает пол-го динамического разобщения пропульсивного комплекса на отдель-:е изолированные системы, о чем свидетельствуют повышенные знания динамических напряжений по линии ТНД, рис.4, имевдей суще-'венно более массивный ротор по сравнению с ТВД;

д) применение гадрозубчатой передачи обеспечивает сущест-янве снижение напряжений в ступенях редуктора по линии ТНД во ем диапазоне рабочих режимов при незначительном их увеличении ;али от зоны резонанса в менее нагруженной линии ТВД, что обес-чивает значительное снижение максимальных напряжений за счет стичного выравнивания нагрузок, рис.4;

е) мгновенные значения расхода жцщ:ости и гдцродяяамичес-

х моментов в контуре цпркуляци;; гидромуфт сохраняют пологлтель-е значения во всем диапазоне режимов, включая зону :резоньнса,

Рис.4. Максимальные напряжения вдали от зоны резонанса при использования в турбоагрегате редуктора (-) и гидрозубчатой передачи. (- ----).

что свидетельствует об отсутствии обгонных режимов работы гидродинамических передач и позволяет упростить их математическую модель; " ц ж) наибольшие значения расчетных экстремальных напряжений

в псопульсивном комплексе с гадрозубчатой передачей имеют место

гребном валопроводе, тогда как при использовании зубчатой пе-цачи (лихтеровоз "Севморпуть") - во второй ступени редуктора линии ТКИ, причем в обоих типах передач после. проховдения зо-одноузлового резонанса;-

з) вдали от зоны резонанса при использовании гадрозубчатой редачи, как и при использовании, зубчатой передачи (редуктора), блвдается линейная зависимость максимальных ..напряжений, в зуб-тых зацеплениях и в гребном залопроводе от пульсации момента цовых сил на винте, рис.4;

и) господствуйте в теории гидродинамических передач мне-е, что они только фильтруют (не пропускают) крутильные колеба-я, но не гасят их на валу возбуждения, является ошибочным. .

Полученные в итоге решения динамической модели пропульсив-го комплекса лихтеровоза с гидрозубчатой передачей качестзен-е (пункты а, б, г) и косвенно количественные результаты (пунк-

б, в, д) подтверждаются данными физического эксперимента ТУ им. Баумана, что свидетельствует о физической достовернос-разработанной математической модели и ее адекватности реаль-й динамической системе.

В главе 6 на базе сформулированных ранее основных принци-в ЫКДС разработаны нелинейные динамические модели пропульсив-х комплексов как систем, включающих дискретные элементы с нес-лышми степенями свободы каддый, в двух вариантах:

а) применительно к комплексу гребной электродвигатель (ГЗД) валопровод - главный упорный подшипник (1УП) - винт, включаю-я элементы с двумя степенями свободы и учитывающая не. только, нгенциальное (вращательное), ко и поступательное их движение, провокдазсщееся возникновением аксиальных кагрузол и напряжений резше взаимодействия винта со льдом;

б) модель .динамики зубчатой передачи (редуктора) как соста-ой части упругоинерционной системы пропульсивного комплекса урбинного, дизельного или другого), состоящая из дискретных ерционных элементов (колес, шестерен) с тремя степенями свобо-

каддкй, учитывающая влияние на динамику зазоров и эластогид-динамяческих явлений в зубчатых зацеплениях и вязкоупругой не-найной податливости масляное пленки радиальных подшипников ольаеная.

Нелинейные динамические модели комплекса ГЭД - валопровод ГУП - винт, включающие уравнения динамики масляных слоев и других элементов 1УЕ, разработаны и исследованы для трех уровней адекватности:

а) упрощенная модель, учитывающая осевой зазор 1УП и нелинейную упругую податлавость его масляных слоев без разделения масс подушек ПХ и ЗХ (модель й I по упрощенной расчетной схеме)

б) усовершенствованная математическая модель, учитывающая дополнительно нелинейное вязкое демпфирование в масляных слоях ГУП на базе полученного М.З. Подольским вариационного решения задачи динамики, гидродинамического слоя и использующая упрощенную расчетную схему без разделения масс подушек ПХ и ЗХ ( модель й 2);

в) усовершенствованная математическая модель с использованием развитой расчетной схемы ГУП, учитывающая дополнительно ра дельные массы подушек ПХ и ЗХ, динамическую асимметрию каждого масляного слоя и влияние зазоров мекду подушками и корпусом ГУ (модель й 3).

Динамика промежуточной инерционной массы /Ту (кг) и упру гой связи в поступательном движении описывается во всех трех моделях уравнениями д/Т^ { / — _

оИ = % ^1'Г1 «в

(У; - у- Л

где V^ - относительная скорость поступательного движения

^ -ой массы; - относительная продольная сила, дейс

вунцая в связи (ущзугой или. гидродинамической), соединяющей две соседние массы; ~ постоянная времени ^ -ой массы в

поступательном движении; Ть^^** - постоянная времени (¡¿¿^ У упругой связи, с.■

Относительная величина гидродинамических сил в масляном зазоре рз^у мез®У упорными подушками ( ^ =5) и гребнем 1УП ( ^ =3) зависит от относительной величины зазора у 2 скорости его изменения д( 5> которые определяются решением дифференциальных уравнений соответственно_л;ля зазора переднего хода (ПХ) а и заднего хода (ЗХ) ра^В

¡е - постоянные времени зазоров между гребнем

подушками ПХ и ЗХ, с.

Для моделей Л I и й 2 (без разделения масс подушек ПХ и ЗХ) уравнениях (20) 1/5<х-У5&= Т?.

_ В математической модели Л 2 значение ]?з,5 для зазора ПХ Рз.5а_) определяется уравнением (и аналогично для зазора

' =* 19ой ' (21)

— ЛЗ.ГО- о*

е ^¿Я - относительная вязкость масла в зазоре (зависит от млерагуры, определяемой решением уравнения энергетического ба-нса масляного слоя); Тфй - постоянная времени (с), учиты-щая соотношение демпфирующей и упругой составляющих гидролитической силы в масляном зазоре ПХ.

В модели И I реально учитывается только первый член урав-ния (21).

В математической модели й 3, учитывающей динамическую асш-грию масляного слоя как результат разрыва сплоиности при давши в слое ниже давления паров масла, значение Рз,5"а в проевшем случае определяется уравнением . <р

Ъ -0<Р i * гз.*а

2 ' (22)

К

; условное (фиктивное) значение Г3,$й определяется по урав-1ию (21)..

Наличие зазора меаду подушками и корпусом ГУП в модели й 3 гаывается использованием вместо уравнения (19) зависимостей

^ (У5*-Ув)-> окба-%- 423)

- относительная суммарная деформация (или зазор при ба^О) контактирующих мезду собой поверхностей упорных, у'ра-.тельных подушек ПХ (J-Sc^) и корпуса ТУП ( ^ = 5); ' ба - постоянная времени контактирующих поверхностей подушек и корпуса 1УП, о.

Анализ результатов решения разработанных математических мо-

делей динамики комплекса ГЗД - ГУП - валоцровод - винт как тангенциально-аксиальной упругоинерцнонной систем, включащей нелинейные гидродинамические связи (масляные слои ГУН), выполненных для бортового комплекса а/л "Россия" на режиме взаимодействия винта со льдом, позволил установить следуодее:

в валопроводе дропульсивногокомплекса определящши являют ся сктзучхшащие (тангенциальные) напряжения, тогда как аксиальные напряжения практически мало влияют на суммарные, являясь оп веделяздыи (и единственными) в элементах 1УП;

определяющими прочностные характеристики 1УП являются низк частотные напряжения., периодичность изменения которых приблизительно равна лопастной частоте взаимодействия винта со льдом;

динамические нагрузки на элементы 1УП возрастают при увели чении суммарного осевого зазора в подшипнике и интенсивности изменения ледовых сил на винте.

Установлено, что динамические напряжения, действующие в ре жиме взаимодействия винта со льдом на элементы 1УП, можно сущес венно уменьшить (в 1,5 - 2 раза яа поду пни ПХ, на порядок и более на подушкп ЗХ), практически устранив перекладку гребня в за зоре ЕИ, путем внесения изменений в традиционную схему комплекса ГЗД - валопровод - Г/П - винт ледокола.

Физическая достоверность разработанных вариантов математической модели комплекса ГЗД - ГУП - винт и. их идентичность ре-альнок динамической системе комплекса подтверждается:

результатами натурного эксперимента 1Щ1Ш им. А.Н.Крылова, подтвердившими выявленную при решении всех трех модификаций модели перекладку гребня в зазоре ТШ с частотой взаимодействия лопастей винта со льдом,, сопровождающуюся возникновением значительных аксиальных напряжений в элементах упорного подшипника и системы в целом;

близким совпадением величины аксиальных динамических нагрузок, возникающих в элементах 1УП в режиме взаимодействия винта со льдом, полученных в результате решения модели И 3 применител но к бортовому пропульсивяому комплексу а/л "Россия", с результатами натурного эксперимента ШПь им. А.Н.Крылова на а/л "Арктика";

совпадением частоты крутильных колебаний бортового комплек-

а/л "Россия^, полученной в результате решения математической цели при А Ма = АМу>/Мге= 0,33, = 1,35 и длитель-

на взаимодействии, винта со льдом, равной 5,5 - 5,1 Гц и собст-нной частоты его крутильных колебаний, равной 6,0 Гц, что со-ветствует резонансу лопастной частоты при 90 об/мин и подтвер-ается результатами натурного эксперимента.

В главе 7 на базе сформулированных ранее принципов МДС с пользованием уравнений Лаграняа второго рода разработана ма-иатичесх-сая модела динамики ДВС как тангенциальной вращапцейся скретной упругоинерционной система с переменными значениями иведеннш: к оси вращения ^ -го кривошипа моментов инерции подвижных масс (поршня, шатуна и др.), уравнение динамики тогых в относительных величинах имеет вед:

- к пр.; Муу+ Ь М у - $ ты Мщ -

Т. г- ЫЪ

а - постоянная времени инерционных масс кривошидно-

тунного механизма (КШ) (с) л безразмерный инерционный коэффи-

ент _ иЬо г . Що .

Щ - постоянная составляющая суммарного переменного момента эрции ^ -го КиМ ; Мд.о ~ крутящий момент

•м) и угловая скорость (рад/с) на выходном фланце двигателя на годном реяше (осредненные за оборот); = У^ / О^ - от-рительное значение момента инерции ^ ; > пР-}> & ; ~ постоянные коэффициенты.

Относительный крутящий момент, создаваемый давлением газа поршень, равен м

э ("У¿г" - передаточное отношение мевду линейными скорости поршня ; и пальца кривошипа ТХа^ ; ^¿^ ~ мгно-зное индикаторное давлание в £ -м цилиндре, отнесенное среднему индикаторному давлению Рмь^-О > равное

/с } постоянные коэффициенты. Величина [^¿^ зав

сит от значений индикаторного давления в рассматриваемый момент времени рц (нПа) при известном угла доворота ^ {/~го кривошипа с г п. с \

и монет быть определена для двухтактного двигателя по эмпиричес кой формуле _й—_

в которой V' ~ функция угла поворота '« £ -го

кривоаипа (рад), отсчитываемого от нижней мертвой точк

(ЫмТ) и определяемого решением дифференциального уравнения

Pc/s\w ¥

Wjf dt - Mjo равная '

fj^lfy-rc] J -2-

"¡¿■¿J - коэффициент, в зависимости от требуемой "-.точности принимается либо постоянны:.: ( ^^ =1), либо переменным

У (30

(31

Clint 1%/гЩ- Функция, равная целой вещественной части аргу мента; ^fruii.j, - значение ¡fj . , приблизительно соответствуй« максимальному давлению в J -ом цилиндре pj.j

В зависимости (28) Р$аЛ - давление в J, -м цилиндре при полном открытии выпускных и продувочных окон (клапанов);

- давление в J -и цилиндре в конце условного процесса сжатия (при Ifj -JT = 180° и отсутствии подачи топлива)

Эмпирические постоянные для двигателя 6RD 56 "Зульцер" в зависимостях (¿S), (31) на режиме полного хода (166,2 об/мин) имеют следувдие значения: СС = 0,0135; $ = 0,12255$ ftl =0,432455; (Xi =0,01; = 0.7SS359;

ffli = 2; ifjz = 1,645808; <Хг = 0,6.

В уравнения (24) относительные мо;.:акты сил упругости в уча-ках коленчатого вала, соединявших соседние KiiM, определяется уравнений, аналогичных (14). Относительный момент на валу ив одно го механизма Mnp-J зависит от его рабочей характери-ики и упругоинерционных свойств, относительный момент от сил жести подвшшых частей KLM, действупдих на кривошип, приблизи-лъно равен Дîçj ~ - Jin tfj , тогда как момент сил трения Mrp.j в первом приближении можно аппроксимировать зависимостью Wp.j 0 переменным значением показателя степени tflj 'fffyj.

Математическая модель динамики ДВС как тангенциальной уцру-инерционной системы естественно сочетается с разработанными предыдущих главах моделями гидродинамических передач, зубчатой редачи (редуктора), в том числе с учетом влияния зазоров и астогддродинамических явлений в зубчатых зацеплениях и других кторов, что позволяет составлять математические модели динами-пропульсивных и иных видов механических комплексов различной ожности а состава, включающих ДВС.

На основании выполненного анализа динамических погрешностей ерционных масс центрального КИМ при использовании моделей ша-на различного типа - точной динамически эквивалентной трехмас-вой, точной динамически эквивалентной одномассовой, статичес-эквивалентной двухмассовой, приближенной динамически эквива-нтной двухмассовой - для использования в математических моде-х динамики ДВС рекомендуется приближенная динамически эквива-нтная двухмассовая модель шатупа, отличапцаяся простотой в со-тании с высокой точностью, которые увеличиваются при использо-нии приближенной аналитической зависимости для передаточного ношения между головкой шатуна и пальцем кривошипа вместо точ-0, что объясняется частичной взаимной компенсацией погрешностей цели и передаточного отношения. При этом погрешность определе-я приведенного к пальцу кризошша момента инерции шатуна не эвышает 1,28 % и его производной 2,5 % при конструктивном отно-нйи Я = 0,35 и снижается зпленьшением Д

В приложении 5 представлена разработанная математическая ¡гель динамики системы ледокол - буксирный трос - судно при pare в ледовых условиях и использовании стального, синтетическо-и комбинированного тросов, а в приложении 7 в результате ана-гйческого сопоставления тяговых характеристик турбинных и ди-

зельных дродульсавних комплексов с винтом фиксированного шага выявлено существенное преимущество первых при работе в ледовых условиях перед лояльными с прямой либо редукторной передачей мощности на винт по ледоаролиА-^сзти р по скорости движения во льдах.

Основные выводы

1. Б результате анализа существующих методов расчета динамики сложных механических систем и перспектив развития ж условж судоходства на трассе Северного морского пути сформулирована главная комплексная задача диссертации - разработка альтернативного метода математического моделирования динамики судовых цро-пульсивных комплексов произвольного состава в тяжелых режимах эксплуатации, прежде всего в режиме взаимодействия винта со ль® отличащегося универсальностью и компактностью в сочетании с высокой точностью, адекватно описывающего протекающие в динамической системе физические процессы и пригодного для моделирования других типов сложных динамически напряженных механических систег

2. Поставленная задача решена путем разработки метода комплексно! дискретной схематизации (МКДС) динамических систем, базирующегося на шести основных принципах, изложенных в главе I.

3. Разработанный в диссертации метод реализуется математическими моделями динамики пропульсивных комплексов различных типов и их элишонгсЕ 1'як яеконсервативных систем и включает модел; динамики пропульсивных комплексов с ГГЗА, с Год и с рядным ДВС, модели зубчатой, гидродинамической и гддрозубчатой передач мощности, учитывающие на различных уровнях адекватности инерционны« и упругоинерционные свойства элементов комплекса, гидродинамические, ударные и эластогадродинамические процессы в подшипниках скольжения упорных и опорных, контурах циркуляции гидропередач, в зубчатых зацеплениях. Метод включает также модель динамики .системы буксировщик (ледокол) - буксирный комплекс (трос) - судно при работе в ледовых условиях. . .

4. Полученные в диссертации оригинальные зависимости и уравнения, описываодие внешние характеристики турбинных ступеней и турбин, их КПД на переменных режимах, параметры пара на линии насыщения и изоэнтропный перепад энтальпий паровых турбин, хара:-

'ер изменения давления в щшшдре двухтактного дБС, реверсивную :аракгерисгпку гребного винта,'отличаются простотой а компактно-;тью, высокой точностью и могут широко использоваться в других властях, в том числе при решении задач, не связанных с динаыи-:ой упругоинерционных систем.

5. Разработанная в диссертации модель динамики паровых объе-ов, учитываицая в отличие от известных реальный (варитропный) арактер изменения параметров пара б объеме позволила существен-о уточнять характеристики турбинного пропульсивного комплекса

а переходных рениыах (реверса, выбега, аварийного разгона), а акке обосновать область применения приближенных моделей динами-и паровых объемов - политропной и изоэятальпийной.

6. Физическая достоверность разработанного в диссертации етода (ККДС) и адекватность составляющих его математических оделей реальны« динамическим системам подтверждается:

а) использованием при составлении математических моделей уцдаментальных физических законов сохранения материи и энергии, эстияений теории гидродинамических передач, гидродинамической и ластогвдродинамической теорий смазки;

б) сопоставлением результатов решения вдали от зоны резо-анса и в начальный период взаимодействия со льдом, которые пра-гически совпадают для всех модификаций модели комплекса ГГЗА -ант как вращающейся упругошерционяой системы;

в) результатами натурного эксперимента завода-изготовителя урбоагрегата в первом эксплуатационном рейсе атомного лихтеро-эза (а/л) "Севморпуть", подтвердившими наличие выявленных реше-аем моделей трех резонансных зон пропульсивного комплекса;

г) совпадением формы собственных колебаний и располтяеная ж одно- и двухузлового резонанса, полученных в результате ди-амических расчетов методами теории крутильных колебании (по ме-эдике. В.П.Терских) при проектировании пропульсивного комплекса 'л "Севморпуть" и в результате решения разработанных модифпка-1Й моделей комплекса;

д) совпадением частоты крутильных колебаний бортового комикса а/л "Россия", полученных в результате решения математиче-соь модели при длительном взаимодействии винта со льдом (равной 9- 5,1 Гц), и собственной частоты его свободных крутильных

колебаний, равной 6,0 Гц;

а) результатами натурного эксперимента ЦЕК; им. А.Е.Крылов; на а/л "Арктика", подтверждаицвыи выявленную при решении всех трех модификации модели . комплекса ГЗД - ГУН - винт, перекладку гребня в зазоре 1УП с лопастной частотой при взаимодействии винта со льдом и близкое совпадение экспериментальной величины аксиальных динамических нагрузок в элементах ГУЛ с результатами шения наиболее совершенной модели й 3 комплекса ГЭД - 1УП - вин1 а/л "Россия";

ж) сопоставлением результатов решения математической модел динамики пропульсивного турбинного комплекса с гидрозубчатой передачей с данными физического эксперимента МВТУ им.Баумана.

7. Разработанный в диссертации метод обеспечивает формирование нового способа идентификации математических моделей динамики путем сопоставления результатов решения моделей различных уровней, что позволяет свести к оптимальному минимуму принимаемые при их составлении допущения и обеспечивает математическое моделирование на базе физических моделей, оптимальных по двум конкурирующим параметрам - компактности математической модели простоте ее решения, с одной стороны, и точности решения и его соответствия реальным динамическим процессам, протекапцим в нат; рных механических системах.

8. На базе исследований-динамических характеристик прояуль сивных комплексов различного состава, выполненных, на режиме взаимодействия винта со льдом и в других тяжелых условиях эксплуатация путем решения на ЗВк разработанных математических моделей получены следующие основные практические и научные результаты:

а) в начальный период взаимодействия винта со льдом, который является определяющим прочностные характеристики редуктора ГЕЗА лихтеровоза "Севморпуть", максимальные напряжения в зацеплениях редуктора линейно зависят от величины пульсации момента ледовых сил на винте, на их значения не оказывают практическог влияния зазоры, упругая податливость зубьев, эластогидродяяамич ские явления и знатнее треяие;

б) в резонансной и околорезонансно^ зоне механические поте ри а зазоры в зубчатых зацеплениях пропульсивного комплекса существенно влияют на динамически напряжения. Механические потер заметно снижают динамические напряжения в двухузлозой резонанс-

.ой зоне, тогда как зазоры и упругая податливость зубьев сущест-енно их увеличивает;

в) элементом, определяицж работоспособность зубчатой пере-ачи ГТЗА а/л "Сешорпугь" в режимах взаимодействия винта со ъдоы, являются зацепления второй ступени редуктора по линии ТНД, апря1:ения в которых существенно (в два и более раза вдали от оны двухузлового резонанса? превышают аналогичные напряжения по инии ТВД, что объясняется использованием в ТВД массивного бара-анного ротора;

г) применение гядродшаыических передач разобщает единый ропульсивный комплекс (ГТЗА - винт) на отдельные упругоинерци-нные системы либо инерционные элементы, за счет чего:

двухузловая и более высоте формы колебании полностью уст-аняются из рабочего диапазона;

во всем диапазоне рабочих реанмов существенно снижаются ди-эмические напряжения в ступенях редуктора по линии ТНД при нерачительном их увеличении в менее нагруженной линии ТВД, что Зеслечивает значительное повышение ресурса и надежности редук-зра судов ледового плавания; . .

д) в валопроводе пропульсивного комплекса определяющими яв-зотся скручиващие (.тангенциальные) .динамические напряжения,то-1а как аксиальные напряжения практически мало влияют на суммар-¿е, являясь определяющими (и единственными) в элементах 1УП;

е) определяющими прочностные характеристики ГУН являются !зкочастотные напряжения, периодичность изменения которых при-шзительно равна лопастной частоте взаимодействия винта со льдом, их величина возрастает при увеличении суммарного осевого зазо-

I в подшипнике и интенсивности изменения ледовых сил на винте.

9. Разработанный метод моделирования позволяет решить 1фуп-ю народнохозяйственную проблему - обеспечение на стадии проен-[рования судовых пропульсивных систем, работающих в тягелых ус-1авях эксплуатации, презде всего в Арктике, высокой степени на-жности при умеренных массогабаритных показателях и стоимости тем выбора оптимального типа и схемы пропульсивного комхшехсса назначения обоснованных запасов прочности по результата!,I дина-ческого исследования. Разработанный метод моделирования монет

быть применен в других областях народного хозяйства, использующих тяжелонагруженные динамические системы.

10. Разработанный метод математического моделирования можно рассматривать как новое перспективное направление развития одной из областей технических наук, посвященное исследованию динамики судовых пролульсизных комплексов и других типов динамически напряженных сложных механических систем в тяжелых режимах эксплуатации методами адекватного математического моделирования динамических процессов ь дискретной постановке.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ШГБЖШЖ ПО ТШЗ ДИССЕРТАЦИИ

1. Характер изменения оборотов ГТЗА при реверсе, сбросе бы строзапорного клапана и повороте судна//Судовые силовые устаяов ки. - Вып. 8. - Л.: Транспорт, IS6S. - С.107-111 (соавтор Весел ков Н.А.)_.

2. Исследование скорости снижения оборотов главного турбо-зубчатого агрегата при выбеге/Друды ЦЕШШ. - Вып. 126. - I. : Транспорт, IS70. - С. 45-58.

3. Экспериментальное исследование изменения скорости вращения ГТЗА на цярк5'ляцяй//0?довые силовые установки. - Вып. 10. -Д.: Транспорт, IS73. - С.100-103.

4. Исследование скорости снижения оборотов ГГ31 при выбеге с учетом паровых объемов/Друды. ЩИЖФ. - Вып. 158. - Л.: Транспорт, 1573. - С. 55-68.

5. Влияние геометрических элементов и нагрузки гребного винта на скорость снижения оборотов ГТЗА при выбеге//Судовые си ловые установки. - Вып.12. - Д.: Транспорт, 1974. -.С.79-87.

• 6. Аналитическое определение изменения оборотов ГХЗА при выбеге/Друды Щй<М>. - Выд.163. - Л.: Транспорт, IS74. - С.37-

7. Исследование режша выбега ГТЗА с.учетом политропности процессов в паровых объемах/Друды ЩШй. - Вып. 192. - JI,: Транспорт. IS75- - С. 109-120 (соавтор Зайцев В. 'A.v

8. Определение адиабатных теплоперепадов турбин по акалитя ческим зависимостям для параметров пара на линии насыщекяя//Су-довые силовые установки. - Еып.16. - Ы.: Рекламин^ормбдро ИШ,

576. - С.16-20.

2. Аналитическое исследование характера изменения парапетов пара в объеме перед турбиной на переходных ре^пмах/Друды НИШ. - Вып.260. - 1.: Транспорт, ISS0. - С. 62-78.

10. Аналитическое определение изоэнтрооных теплоперепадов аровых турбин и груди ступеней на переменных рекимах/Друды ВИЖФ. - .Вып. 268. - Л.:. Транспорт, IS6I. - С.80-85.

11. Приблизенные аналитические зависимости для КВД турбинах ступеней и турбин/Совершенствование эксплуатации энергети-эских установок судов: Сб. науч. тр. ¿Bli'J. -М.: ЦР11А "Мор-ют", 1981. - C.55-5S.

12. Приближенные аналитические зависимости для внутреннего И турбинных ступеней на переменных режимах/Друды ДОДЖ». -ш.277. - Л.: Трансдорт, IS82. - C.S4-SI (соавтор Зайцев В.К.)

13. Нагрузки на зубья редуктора ГГЗА при взаимодействии вия-1 со льдом/ДГспользованпе ЗШ в расчетах судовых турбинных уставок: Материалы по обмену опытом. - Вып. 3S6. НТО им. акад.

H.Крылова. - Л.: Судостроение, I&S2. - С.48-56.

■ 14. Математическое моделирование переходных режимов главно-турбоагрегата с проденуточным перегревом пара/Друды ШЗМ£.-п.287. - Л.: Транспорт, 1984. - С. 69-74.

15. Динамические нагрузки в редукторе главных турбозубчатых регатов при взаимодействии винта со льдом//Актуальные вопросы звития судовых турбинных установок: Материалы по обмену опы -

I. - Вып.351. НТО т. акад. А.Е.Крылова. - I.: Судостроение, >4. - C.IS-30.

16. Моделирование динамика упругоинерционной системы ГГЗА -юпровод - винт при взаимодействия со лъдоы//Оудовые энергети-¡кие установки: Сб. науч. тр. ШИШ5-. - Л.: Транспорт, 1264. 1.52-60.

17. Моделирование динамики систаш турбины - гидрозубчатая едача - валоцровод - винт при взаимодействии со лъдоы//0у'до-

энергетические установки и электрооборудование: Сб. науч. тр. Ш4. - Л.: Транспорт, IS85. - C.S-II.

• 16. Анализ динамических характеристик зубчатой и гидрозуб-эй передач турбоагрегатов судов ледового плавания/Дехничес-

кая эксплуатация дизельных энергетических установок: Сб. то. ШЬИйг. - Ь: Транспорт. Е55. - о.65-7о.

тс Моделирование динамика упругоинерщюнной системы ПЕ - винт еров ледового плавания с учетом механических потерь/, ^пользование „эаерге— Р^сов $лс

Сб. науч. тр. Ьш^Ф- - л- • - '

20 Моделирование динамики редуктора 1ТЗА судов ледовой

ГСпР-п- яазосов в зубчатых зацеплениях/Дехничес^ плавания с учетов зазовем о

* „„тго-тгг Яярпге'-Евескзх установок: Сб. науч. тр. эксплуатация судовых энерге.-.-ьл^. ^

¡дП-Ш/.Ф. - Л.: Транспорт, 1983. - С.ЗЕ-4Ь.

21 Моделирование статических характеристик и экономен. та суда гидрозубчагых передач ОТсти//Зне?гет^еские ус, новкп современных морских судов. Сб.-науч. тр. ШШ. - I.. Транспорт, 1987. - С.25-32.

22 Сопоставление характеристик турбинных и дизельных ц пульсавных комплексов с-винтом фиксированного шага при работ

условнях/Дехничаская эксплуатадая -

КИХ установок: Сб. науч. тр. -Л.. Транспорт,

С 14-22 (соавтор Левин А.Б.),

23 Моделирование динамических реашов главного упорног подшипника при взашодействии винта со льдон//Судовае энерге ческиа у с та ноекл и тошпвоиспользование: Сб. науч. тр. ШшД Д.: Транспост, 1986. - С.36-73.

24 Динамические характеристика комплекса гребной элект двигатель - валопровод - ушрннй юяшшошс - винт в режиме в шодействия -со лвдом//СуДовне энергетические установки: Сб. тр ШПт. - Л.: Транспорт, 1989.- С.62-73 (соавторы Янва!

Е.В., Якубович С.А.). •

" 25 Моделирование динамики -систем* ледокол - буксирный

- судао//давыГэнергетические установки: Сб. науч. тр. Щ

- Л.: Транспорт, 1589. - С.20-30.

-26." Моделирование длнашпеи кривошихшо-шатумрго механи: как упоугодкешдонвой системы с одной степенью свобода//^ лестроеняе. - К60. - » 6. - С-13-19.

27. АппроииВДИМ зш&шос« для давления газов в

лга ^х-актного •ДБС//Двзгате.1ест:оенпе.-- Ь-О.-* И- "

L6. Моделирование динамических характеристик масляных за-зроБ упорного подшипника б составе упру тонне} ниокноп системы// наргетлческие установки и оборудование морских судов: Сб.науч. о. ШШ&Ф. - Л.: Транспорт, 1220. - С. 3-12 (соавтор Левин Б .К.)

29. ¡¿оделирозавле динамических режимов судовых гидроднна-иескЕХ передач мощности в ледовых условияхТ/Знергетичеокив ус-шовки и оборудование морских судов: Сб. науч. тр. ДШЖФ. -

: Транспорт, KS0. - C.S5-95.

30. Моделирование динамики вардтропных процессов в паровых ¡ъемах турбоагрегата//Зксплуатация энергетических установок и итливоиспользование на судах: Сб. науч. тр. ЩЕикФ. - г.:. : Тран-:орт, К91. - С.32-42.

31. Моделирование динамики зубчатых зацеплений ГГЗА при аимодействии винта со льдом с учетов зазоров и коктактяо-гид-динакическЕЗс'явлешз£//Созершэнствованле элементов судовых тур-нных установок: Материалы по обмену опытом. - Вып. 505. ВНТО

. акад. А.Н.Крылова. - I.: Судостроение, I9SI. - С.45-55.

32. Предохранительное устройство для троса//Авторское сви-гельство je I576SI9, зарегистрировано 15 мая IS9I г. - 5 с. (в авторстве).

33. Моделирование динамики рядного ДВС как крутильной упру-шерционной системы//Двигаталестроение. - ISSI. - fê 6. С.13-15.

34. Анализ динамических характеристик валопровода и-главно-упорного подшипника ледоколов типа "Арктика"//Судостроение.-2. - & II-12. - С. 15-19 (соавтор Каган И.М.).

35. Аналитическое описание и анализ.внешних характеристик |бин//Двигателестроение. - 1333. - is 5-6.

36. Анализ динамических погрешностей расчета инерционных

с центрального Ш>'//дВИгателестроевш. - 1933. - Л 7-6 (соав-Кожевкиков А.Б.).

Типография Г M А -

i -¿-лч h обу.-«гW-P.Í2Q