автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.05, диссертация на тему:Повышение эффективности эксплуатации судового энергетического комплекса на основе оценивания функциональной надежности его элементов и перевода на техническое обслуживание по фактическому состоянию

На правах рукописи

Шарик Владимир Валентинович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ СУДОВОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА НА ОСНОВЕ ОЦЕНИВАНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ НАДЕЖНОСТИ ЕГО ЭЛЕМЕНТОВ И ПЕРЕВОДА НА ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ ПО ФАКТИЧЕСКОМУ СОСТОЯНИЮ.

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

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новороссийск - 2005

Работа выполнена в Новороссийской государственной морской

академии на кафедре: «Эксплуатация судовых механических установок» (г.Новороссийск).

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Башуров Борис Павлович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Гаврилов Владимир Васильевич

кандидат технических наук, профессор Николаев Николай Иванович

Ведущая организация:

ОАО «Новороссийское морское пароходство» (г.Новороссийск)

Защита состоится 23 сентября 2005 года в 13— часов на заседании Диссертационного Совета Д.223.007.01 Новороссийской государственной морской академии (г.Новороссийск)

Отзывы на автореферат диссертации в двух экземплярах, заверенных печатью организации, направлять ученому секретарю диссертационного совета Д.223.007.01 по адресу: 353918, г.Новороссийск, пр.Ленина 93, НГМА.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НГМА (г.Новороссийск).

Автореферат диссертации разослан « 27 » июля 2005 года.

Ученый секретарь диссертационно доктор технических наук, профессор

Бачище А.В.

1Ш6901

Список сокращений и аббревиатура

ТЭ - техническая эксплуатация ТС - техническое состояние СЭК - судовой энергетический комплекс СГВ — система гребного- вала ТО - техническое обслуживание ТИ - техническое использование ГД - главный двигатель ГВ - гребной винт ФН - функциональная надежность ДП — диагностические показатели ЦПГ - цилиндро-поршневая группа ТК - турбокомпрессор ТА — теплообменные аппараты ТНВД - топливный насос высокого давления ДМ - диагностическая модель ДГ - дизельгенераторы НМП - Новороссийское морское пароходство ТСД - технические средства диагностирования ТД - техническая диагностика МОД - малооборотные двигатели ВЦ - втулки цилиндров ПК - пропульсивный комплекс ПКВД - поршневой компрессор высокого давления ВД — вспомогательные двигатели КЦ - крышки цилиндров ККЯ - кавитационно - коррозионные явления ККР - кавитационно - коррозионные разау1^^ийдцИ0Нлл^ ККП - кавитационно - коррозионные прсиессьР!?*^''®** КЛ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. В настоящее время для отечественного водного транспорта характерны две особенности. Первая связана с возрождением флота, а вторая с - переходом на новые формы хозяйствования, основанным на законах рыночной экономики. В этих условиях происходит жесткая конкуренция на фрахтовом рынке и, как следствие, обострение проблемы повышения рентабельности судов. Одним из основных направлений ее решения является повышение эффективности ТЭ СЭК с точки зрения рационального управления энергосбережением, топливоиспользованием и ФН его отдельных элементов. В области ТЭ элементов СЭК сложилась ситуация, характеризующаяся тем, что разработки, связанные с повышением ФН не полностью оправдывают себя, не достигнут требуемый уровень безотказности. В одной части узлов и элементов СЭК возникают отказы до наступления плановых сроков ремонта, другая, будучи в более благоприятных условиях и в работоспособном состоянии, направляется на ремонт преждевременно, в соответствии с планом. Все это приводит к дополнительным материальным затратам. Альтернативой сложившейся ситуации является использование ТСД. Вместе с тем, следует особо отметить, что ТД станет более эффективным, если оно будет способно заранее предсказать возникновение предотказного состояния элементов СЭК. В этом случае первостепенное значение приобретают вопросы оценки их ФН и прогнозирования ТС, решение которых позволяет создать базу для перевода элементов СЭК на новую, менее затратную по сравнению с существующей системой централизованного планирования

профилактических ремонтно - восстановительных работ, систему ТО и ремонта по фактическому ТС. По данным ЦНИИМФ такой переход дает возможность получить экономию материальных средств до 30%.

Диссертационная работа посвящена решению важной научно -технической задачи, связанной с повышением эффективности эксплуатации СЭК путем создания информационной базы по управлению ФН его элементов и разработки с ее использованием механизма перехода на систему ТО и ремонта по фактическому ТС.

Объект исследования - СЭК (элементы систем главного двигателя и гребного вала).

Предмет исследования - функциональная надежность элементов СЭК и информационно - статистический банк данных по ее управлению.

Исходя из предмета исследования, сделан выбор темы исследования, цель которого заключается в повышении эффективности эксплуатации СЭК путем создания механизма по управлению ФН элементов систем главного двигателя и гребного вала в процессе ТЭ.

Достижение поставленной цели осуществляется на основе решения следующих задач:

- проведений анализа взаимосвязи технологических процессов ТЭ и изменения ТС, а также существующих систем ТО элементов СЭК;

- рассмотрения методов и методик построения пропульсивных характеристик, проведения натурных испытаний, обработки статистических данных и оценки ФН;

- проведения экспертно - статистических исследований ФН элементов ГД и обслуживающих систем с использованием метода ранговой корреляции и фактологической информации;

- разработки прогностических моделей безотказной работы ГД и элементов его обслуживающих систем;

- оценки ТС элементов системы гребного вала с использованием экспериментально - расчетного метода;

- рассмотрения комплекса мероприятий по мониторингу разрушений деталей ЦП Г ГД и путей повышения ФН элементов его обслуживающих систем при ТЭ;

- разработки нормативной базы ДП элементов систем ГД для оценки их ТС при ТЭ;

- рассмотрения алгоритма диагностирования и прогнозирования ТС дейдвудных устройств системы гребного вала и обоснования выбора определяющих параметров;

- формирования информационно - статистического банка данных по ФН элементов СЭК для осуществления перевода их на систему ТО и ремонта по фактическому ТС.

Методы решения поставленных задач. В диссертационной работе использованы экспериментально — теоретические методы исследования. Основные научные результаты получены с применением методов экспертных оценок, математической статистики, регрессионного и корреляционного анализов.

База исследования. Основная научно - исследовательская и экспериментальная работа по теме диссертации проводилась в Новороссийской государственной морской академии (судомеханический факультет), на судах ОАО «Новороссийское морское пароходство» и в других судоходных компаниях.

Наиболее существенные результаты, полученные лично соискателем:

- комплекс методов, методик, математических моделей оценки ФН, диагностирования и прогнозирования ТС элементов СЭК;

качественная и количественная информация по влиянию работоспособности обслуживающих систем на ФН ГД, показателям их безотказности, нахождению границ приработки и основного периода ТЭ, выявлению узлов и деталей с минимальным уровнем работоспособности и определению причин их отказов;

- нормативная база ДП, обоснование выбора определяющих параметров при формировании алгоритма диагностирования и прогнозирования ТС, элементов СЭК, методическое обеспечение по их контролю и учету при ТЭ.

Научная новизна работы заключается в разработке информационного и алгоритмического обеспечения управления ФН при ТЭ, базирующегося на концепции оценки ФН элементов СЭК с использованием комплекса методов, методик, моделей и нормативной базы ДП.

Практическая значимость работы заключается в создании: механизма по управлению ФН элементов СЭК при ТЭ, позволяющего перейти на систему их ТО и ремонта по фактическому состоянию; информационно - статистического банка данных, позволяющего специалистам проектных организаций и эксплуатационного профиля решать задачи, связанные с формированием технической политики, разработкой средств повышения эффективности ТЭ, назначением уровня ФН, обоснованием межремонтного периода и установлением периодичности контроля на различных этапах «жизненного» цикла (проектирование, технологическое изготовление, ТЭ).

Достоверность научных результатов обеспечивается использованием комплекса методов и методик исследования (экспертных оценок, математического моделирования, регрессионного и корреляционного анализа, проведением натурных испытаний, обработки данных и оценки погрешностей), апробацией полученной информации, репрезентативностью опытных данных, полученных при реализации моделей, с результатами экспериментальных данных в допустимых для практики пределах (10 — 12%).

Основные положения выносимые на защиту:

- информационное и алгоритмическое обеспечение по управлению ФН элементов СЭК при ТЭ;

- информационно - статистический банк данных в виде методов, методик, математических моделей прогнозирования и оценки ТС, показателей безотказной работы;

- нормативная база ДП, комплекс мероприятий по контролю и учету ТС при ТЭ.

Апробация и внедрение результатов исследования. Содержание диссертации обсуждалось и получило одобрение в Санкт - Петербургском государственном университете водных коммуникаций и Новороссийской государственной морской академии. Основные положения и результаты диссертационной работы опубликованы в виде докладов и тезисов в научных трудах: VIII Международного Симпозиума «Техника экологически чистых производств в XXI веке: «Проблемы и перспективы» (г.Москва, 2004г.); Государственного аграрного университета «Надежность и ремонт машин» (г.Орел, 2004г.); Ульяновского государственного университета (г.Ульяновск, 2005г.).

Основная часть материалов опубликована в научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Результаты проведенных статистических исследований используются при разработке учебных программ, написании учебных пособий по специальностям эксплуатационной направленности, программ дополнительного обучения плавсостава по подготовке и дипломированию моряков «ПДНВ 78/95» и внедрены в эксплуатационную

практику на судах ОАО «Новороссийское морское пароходство», ООО «Кристалл Марин» (г.Ростов-на-Дону), учебный процесс Новороссийской государственной морской академии и ее филиала (г.Ростов-на-Дону).

Структура диссертации. Диссертационная работа включает: оглавление (3 страницы); перечень сокращений (1 страница); введение (13 страниц); четыре главы (139 страниц); список использованных источников (8 страниц); опубликованных научных трудов автора по разделам диссертации (3 страницы). Работа содержит 21 таблицу и 62 иллюстрации. Объем приложения к диссертации составляет 26 страниц. Акты внедрения результатов диссертационной работы включают 2 страницы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дается обоснование актуальности темы диссертационной работы, формулируется цель исследования, дается постановка задач и рассматриваются методические подходы их решения, указывается научная новизна и практическая значимость полученных результатов работы.

Первая глава посвящена анализу систем ТО и состояния ФН элементов С ЭК. Рассмотрена взаимосвязь процессов ТЭ и изменения ТС, стратегии ТО и ремонта, состояния ФН ГД (судовых дизелей) и элементов системы гребного вала, а также сетевая модель базы данных о ТС. Показано, что изменение ТС элементов СЭК на заключительной стадии их «жизненного» цикла (в процессе ТЭ) происходит в результате комплексного воздействия внешних и внутренних факторов (режимы использования, качество профилактических и ремонтных работ, квалификация обслуживающего персонала, эргономические факторы, качество надзора со стороны контролирующих органов, объем и качество ЗИПа). Из указанных факторов превалирующее значение имеют режимы использования. Не меньшее значение уделяется качеству текущего контроля ТС, из существующих видов которого (на настоящий момент) наиболее приемлемыми являются диагностический и прогнозируемый. Качество профилактических и ремонтных работ прослеживается через уровень квалификации обслуживающего персонала, наличие ЗИПа и условий плавания. Степень их воздействия носит неоднозначный характер. Значительная доля отказов связана с человеческим фактором. Определяющее значение при выборе объема ЗИП имеют учет характера отказа и способы восстановления ТС. Эффективность ТЭ элементов СЭК во многом определяется степенью взаимодействия между процессами ТИ, изменения ТС, ТО и ремонта. Для решения задач, связанных с оценкой ФН элементов СЭК, важное значение имеет информационное обеспечение системы управления их ТС, представляющей собой совокупность подсистем: показателей ТС; потока информации; классификации и кодирования информации о ТС; информационных массивов и документации.

Наиболее сложным объектом исследования СЭК является комплекс (ГД - обслуживающие системы). Одним из путей повышения эффективности

его ТЭ является создание системы управления ФН, а способом реализации ресурсосберегающих технологий - научно обоснованная оценка фактического ТС и возможность его прогнозирования. Применительно к элементам СЭК приемлемы два вида стратегий ТО и ремонта (по наработке и фактическому ТС). При этом особое место занимает назначение нормального (допустимого) уровня ФН Н%" и сравнении с фактическим Для

выявления предотказного состояния предпочтительно использовать принцип упреждающих допусков на ДП и установление количественных связей между ними(ДД = Дч,-Дж).

Комплекс, включающий ГД и обслуживающие системы, с точки зрения информационного анализа, рассматривается как совокупность более простых объектов. По определению Левина М.И. он представляется из объектов трех видов родов: ГД (дизель) - объект I рода; обслуживающие системы с оборудованием и крупный узел ГД — объект II рода; устройство, деталь, сборочная единица объекта II рода - объект III рода. Из них наиболее важное значение имеют объекты II рода. При ТД предпочтение должно отдаваться решению задач, связанных с выявлением наиболее слабого, с точки зрения ФН, элемента. Для определения ФН используются две группы показателей: комплексные (коэффициенты ТИ и готовности), отражающие уровень ФН в целом ГД; частные, отражающие различные стороны общего свойства ФН (безотказность, ремонтопригодность, долговечность, сохраняемость), взаимная связь между которыми определяется периодами ТЭ.

Анализ результатов исследований, показывает, что ресурс ГД в значительной степени зависит от надежности и долговечности деталей основной трущейся пары (ВЦ - поршневое кольцо), при этом снижение температуры охлаждающей воды приводит к увеличению скорости изнашивания втулки. По данным исследований Пимошенко А.П., Громаковского Д.Г., Ибатулина И.Д., Прилуцкого В.А., Дынникова A.B., Овчиннокова И.Н., Бакирова М.Б. кавитационные разрушения охлаждаемых деталей ГД являются следствием одновременного воздействия на них комплекса механических, химических, тепловых и электрохимических процессов. Особая роль в кавитационных процессах принадлежит растворенному в воде кислороду, который (как газ) снижает объемную прочность воды и является основным коррозионно - агрессивным агентом. Протекание кавитационных процессов (при условии постоянства интенсивности вибрации ВЦ) в значительной слепени зависит от: конструкции зарубашечного пространства и системы охлаждающей воды ГД; способов подвода и отвода охлаждающей воды. Учитывая, что комплекс (ГД - обслуживающие системы) является одним из основных элементов СЭК, то работа в области повышения его ФН является перспективным направлением с точки зрения экономичности, обеспечения энергетической безопасности судна и экологической безопасности окружающей среды.

Другим, не менее важным элементом СЭК, является СГВ, отказ которой при определенных обстоятельствах может привести к гибели судна. Низкая надежность ее элементов (валопроводов, дейдвудных устройств) подтверждается данными, полученными рядом отечественных исследователей. Она обусловлена различными факторами, действующими как в отдельности, так и совместно. Одним из них является снижение прочности гребных валов в местах концентрации напряжений и появление усталостных трещин в результате действия переменных гидродинамических усилий, передающихся от ГВ на валопровод. Существенное влияние оказывает развивающаяся электрохимическая коррозия незащищенных гребных валов (без облицовки) и возникновение в некоторых случаях фреттинг - коррозии. Определенное влияние оказывают и дополнительные напряжения, являющиеся следствием неточностей при монтаже валопровода, скрытых дефектов материала отдельных элементов и допускаемых ошибок при их изготовлении. Причиной серьезных аварий и повреждений СЭК с поршневыми ГД являются продольные колебания коленчатых валов и валопроводов. Об этом свидетельствуют исследования, проводимые фирмами МАН, Гетаверкен, Фиат, Зульцер, Вяртсиля и др. Аналитический обзор работ, опубликованных в зарубежной и отечественной печати в исторической ретроспективе свидетельствует о многочисленных повреждениях коленчатых валов, разрушенниях рамовых, мотылевых и упорных подшипников, повреждений рабочих поверхностей зубьев шестерен двигателей и редукторов. Большой комплекс натурных испытаний валопроводов судовых ПК проведен ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова и ЦНИИМФ, в том числе по измерению продольных колебаний валопроводов. Актуальность оценки ТС валопроводов и их элементов без проведения демонтажных работ подтверждает анализ их ФН. Эксплуатационные свойства опорных устройств гребных валов существенно влияют на показатели работы судна в целом, часто определяя периодичность доковых ремонтов, их продолжительность и трудоемкость. Для определения межремонтных периодов дейдвудных устройств на первом этапе «жизненного» цикла (стадии проектирования) необходима предварительная информация относительно их ФН. Другой важной проблемой является борьба с резонансными продольными колебаниями, поэтому необходимость изучения вопроса динамической нагруженное™ валопроводов и разработки рекомендаций по повышению их ФН по-прежнему актуальны и имеют практическую значимость. Оценка ТС, разработка мероприятий по повышению ФН валопроводов и других элементов СЭК неразрывно связана с изучением их характерных отказов и повреждений. Поэтому поиск причин отказов с целью их ликвидации и в настоящее время остается первостепенной задачей, а обеспечение их ФН является одним из наиболее важных разделов структуры 13.

Во второй главе рассмотрены методы, методики, модели функционирования и оценки эксплуатационных качеств элементов СЭК, построения пропульсивных характеристик, проведения натурных испытаний,

обработки статистической информации и расчета технологических параметров. Показано, что чем сложней объект, тем большее влияние на уровень функционирования оказывает его надежность. Изменение состояния СЭК (как сложного объекта) отражается многомерной областью возможных значений вектора Z(t), т.е. пространством состояний {Z}. При этом каждому состоянию {z} соответствует определенный уровень качества функционирования с точки зрения степени удовлетворения поставленных перед ним задач. Количественная оценка качества функционирования СЭК в каждый момент времени является функцией состояния {z} (характеристика качества функционирования) ф^(г) = ф [z(t)]. Показателем качества функционирования СЭК (как системы) в момент времени t можно считать математическое ожидание случайной функции Ф(7) - M<X>z(t) = M<l>[z(?)]- В зависимости от возможных последствий отказов СЭК и его элементов вид показателей качества и эффективности функционирования может иметь различную форму (детерминированную, вероятностную). При расчете вероятности наступления предельного состояния для принятой модели СЭК (последовательность соединенных элементов) рекомендуется рассматривать случаи зависимости или независимости отказов элементов друг от друга. В первом случае вероятность безотказной работы СЭК представляется в виде

Pit) = [ f[Pu„u...,n(t) ]Р„(0, а во втором как P(t) = Д.

М 1-1

Цель проведения натурных испытаний элементов СЭК заключалась в: определении теплотехнических характеристик; выборе и проверке наиболее представительной характеристики в качестве ДП; получении данных для разработки математических моделей прогнозирования безотказной работы; определении диагностических возможностей. Испытания проводились на режимах, допустимых для условий плавания в соответствии с методикой, основывающейся на материалах нормативного документа РД 31.20.50-87. Обработка статистической информации заключалась в: анализе исходных данных; оценке полученных данных с целью определения ширины доверительного интервала; проверке адекватности выборок и гипотезы о стационарности потока отказов. Статистическая оценка числовых характеристик ФН основывалась на: выборе точности и достоверности количественных оценок; оценке вероятности отказа по частости; наработке на отказ и интенсивности потока отказов. Для расчета доверительных границ использовались асимптотические формулы Л.Н.Болыпова. При оценке наработки между отказами применялся метод Р.Фишера. Оценка доверительных границ осуществлялась с использованием приближенного метода И.А.Рябинина. В качестве источников фактологической информации использовались: данные поступающие с судов в виде рекламационных актов; донесения в различной форме; машинные журналы; ремонтная документация; результаты приемосдаточных и теплотехнических испытаний; опыт ТЭ элементов СЭК.

Методика оценки ФН включает два этапа: экспертную (определение качественных показателей) и количественную оценку. Экспертная базируется на информации, полученной от экспертов различного квалифицированного уровня. В основу оценки степени согласованности мнений экспертов относительно рангов факторов положено определение коэффициента ранговой корреляции (коэффициента конкордации). Проверка значимости в зависимости от количества исследуемых факторов осуществлялась с использованием критерия ц/г и Фишера.

В основу методики оценки количественных показателей положены: предварительная обработка данных с целью проверки их достоверности и отсеивании недостоверной информации; построение статистического ряда; подбор теоретической кривой и проверка допустимости теоретического распределения с использованием критерия Колмогорова. В качестве показателей ФН использовались: средняя наработка до отказа (между отказами); параметр потока отказов; вероятность безотказной работы; коэффициент отказов; обобщенная величина и критерии.

Методика измерения напряжений изгиба одного из элементов СГВ (валопровода) при проведении эксплуатационной и предремонтной проверки состояния его центровки основывается на экспериментальном определении в ряде сечений деформаций растяжения или сжатия, обусловленных статическими изгибающими моментами в этих сечениях. Процесс измерения относительной деформации валопровода, подверженного изгибу, осуществляется с использованием метода компенсации (нуль-метода). Для определения фактической абсолютной погрешности измерений с вероятностью Р ~ 0,99 используется метод Монте - Карло в соответствии с

выражением д =

1 л

, где, £ - значения измеряемой величины; N -

количество измерений; истинное значение измеряемой величины. Проверка метода компенсации при натурных испытаниях, проведенная А.В.Плотниковым, показала, что относительная погрешность измерения изгибающих моментов не превышает 3.5%.

В основу решения задачи, связанной с диагностированием ТС элементов СГВ, положен экспериментально - теоретический метод расчета. В этой области значительный вклад внесли работы В.П.Терских, А.Г.Агуреева, Ю.С.Баршая, В.В.Алексеева, Ф.Ф.Болотина, Г.Д.Коротына, К.Н.Пахомова, Г.И.Бухариной, МЛ.Кемпнера, С.В.Нестеровой, В.К.Румба, А.В.Плотникова и других. Практический интерес такого рода задач определяется экономическими соображениями и, несмотря на их важность, в настоящее время они не имеют полного решения. Базой для диагностирования ТС является ДМ. Ее построение сводится к математическому описанию, исследованию и расчету изгиба балки, один конец которой лежит полностью (или частично) на одном (или двух) упругих основаниях (подшипниках), а другой закреплен на жесткой в отношении линейных деформаций точечной опоре с определенной поворотной

податливостью, заменяющей действие остальной части валопровода. Поворотная податливость определяется геометрическими параметрами и конструктивными особенностями элементов (ТВ. Ее величина зависит от деформации корпуса, являющейся следствием общего и местного упругого изгиба, обусловленного расположением грузов, волнением моря и температурными воздействиями, а также износа подшипников. В результате чего происходит смещение опор валопровода. Теоретически определить податливость с учетом совокупного влияния указанных факторов весьма затруднительно. Возможна оценка с использованием метода итерации. Однако она приемлема для случая отсутствия износа вкладышей дейдвудных опор и при известной величине их износа, что связано со значительной сложностью и трудоемкостью практической реализации. В этом случае наиболее приемлем экспериментально - расчетный метод, основанный на использовании информации по амплитудам гармонических составляющих поперечных колебаний валопровода и решении уравнений формы изгибных колебаний балки в общем виде с составлением системы уравнений для граничных и условий сопряжения в контролируемых сечениях с учетом известных функций А.Н.Крылова. В результате ее решения определяются значения постоянных интегрирования, соответствующих г-ой гармонике, и опорные реакции, возникающие при моногармонических колебаниях, а также значения угла поворота, изгибающего момента и перерезывающей силы, обусловленных /-ой гармоникой поперечных колебаний. Такой метод позволяет определить указанные параметры и податливость СГВ с учетом влияния на их величины состояния центровки и последующей ее расцентровки в процессе ТЭ с учетом реального износа дейдвудных и опорных подшипников. При использовании современных измерительных устройств и ЭВМ погрешность составит не более 5-7%. Полученные при реализации этого метода данные являются исходной информацией для определения статических прогибов, амплитуд поперечных колебаний, напряжений, удельных давлений и т.п. системы (вал - подшипники - ГВ) и оценки ее ТС в процессе ТЭ.

Расчет технологических параметров центровки валопровода основывается на концепции, предложенной А.В.Плотниковым. На первом этапе определяются коэффициенты влияния перемещения /-ой опоры на приращение значения реакции г-ой опоры («у) и изгибающего момента (/?,,) по формулам: а:1 = Д£?,/Ду; ; Д, =ЛМ'/Ду;. Значения перемещений доступных опор находятся в результате решения системы уравнений: «и*! +апхг +- + аМт^хтЛ =-Д0,

-де2

(о

*»<„-,,,*, 1)2*2 + - + , =-А0„_|

На втором этапе производится расчет рекомендуемых значений линейных перемещений опор валопровода в процессе его центровки при учете следующих условий. Допускаемые пределы изменения нагрузок на подшипниках скольжения определяются исходя из их работы в режиме, не превышающем несущей способности и обеспечивающей среднее давление на опорные поверхности не менее 0.05 МПа. Их значения вычисляются по формулам:

где / - длина опорной поверхности подшипника; d - диаметр опорной шейки вала; р - максимальное среднее давление на опорные вкладыши подшипников. Исходя из этого при расчете рекомендуемых линейных перемещений доступных опор по фактическому напряженному состоянию валопровода и нагрузкам его опор с интегральным учетом деформаций корпуса, износа подшипников и других эксплуатационных факторов могут быть использованы стандартные программы. Однако определяющей является программа по расчету удельных давлений на опорах и напряжений в контролируемых сечениях валопровода. Для оценки ее приемлемости, а следовательно, лежащих в ее основе математической и диагностической моделей и алгоритма требуется тестирование. При этом наиболее предпочтительным из существующих методов решения задачи линейного программирования является симплекс - метод. При осуществлении расчетов с использованием метода A.B.Плотникова получены следующие данные: относительные отклонения значений изгибающего момента в результате расчета от определенных в процессе тензометрирования составили в пределах (3 - 9%), а расчетного значения веса маховика от его действительного значения ~9%. Таким образом, разработка принципов построения диагностических моделей элементов СЭК, включая и СГВ, являются определяющим фактором в концепции их перевода на систему ТО ремонта по фактическому ТС.

Третья глава посвящена оценке ФН элементов СЭК на основе результатов эксперта» - статистических исследований с использованием фактологической информации, экспериментально - расчетного метода и ранговой корреляции. В качестве критерия оценки использован показатель существенности Апс = У/^ран (£ран- сумма нормированных рангов с учетом их совпадения по каждому исследуемому фактору). Часть результатов представлена на рис.1,2.

(2)

Апг

У//А етирые инженеры механики | ) старшие инженеры механики

Элементы систем ГД

Рис.1. Результаты экспертной оценки влияния уровня работоспособности элементов обслуживающих систем на ФН ГД: 1 — теплообменные аппараты; 2 - насосы охлаждения; 3 -топливная аппаратура; 4 - газотурбонагнетатели.

четвертые инженеры - механики третьи инженеры - механики

Элементы компрессоров

Рис.2. Результаты экспертной оценки влияния уровня работоспособности элементов ПКВД на ФН ГД: 1 - поршневые кольца; 2 - клапаны; 3 - втулки цилиндров; 4 -воздухоохладители; 5 - поршни; 6 - блоки цилиндров; 7 -подшипники; 8 - лубрикаторы.

Цель второго этапа исследований заключалась в получении количественной информации по ФН элементов систем, обслуживающих ГД и ВД, разработке прогностических моделей их безотказной работы и оценке ТС элементов СГВ. Исследуемые объекты рассматривались с позиций их восстановления в процессе ТЭ, а совокупность отказов представлялась как простейший поток, удовлетворяющий одновременно условиям стационарности, отсутствия последствия и ординарности. Определение среднеквадратичного отклонения среднего параметра потока

отказов производилось по формуле:

= -' (3)

где ю, - параметр потока отказов, определенный в i-м интервале наработки; /„ - количество интервалов наработки; N0 - количество исследуемых элементов.

Для элементов систем наддува ГД (ТК типа VTR631/1, Т540Е, T680G, Т680) зависимость т(?) с течением ТЭ в пределах исследуемой наработки имеет неоднозначный характер. Наибольшее количество отказов наблюдается в процессе работы ТК при t~ 10103ч, a(t)max. Стабилизация функции w(i) наступает при t = 15 Ю'ч и далее (в области f = (15^-40)-103 v) поток отказов практически не изменяется (&>ст ~ const). В исследованном диапазоне наработки ТК по существу имеют два режима работы (с повышенным числом отказов и стабилизированный). Такое несоответствие можно объяснить количеством и природой отказов элементов ТК, причинами которых являются факторы технологического, монтажного и эксплуатационного характера (в частности, уровень технологии изготовления, качество монтажа узлов, нарушение режима приработки и т.п.). Обобщенная информация по показателям ФН в целом ТК и их отдельным узлам приведена в табл.1,2.

Таблица 1

Показатели ФН различных типов ТК

Г?,

Типы ТК Т 'ОГК > ®(0, Ч ,4 чел-ч кга Дкг

тысм 1 / тысм тысм

Т680 11,36 0,088 16 8,42 0,9986 0,0014

VTR631/1 20,83 0,048 11 2,11 0,9995 0,0005

Т540Е 31,25 0,032 9 1,39 0,9997 0,0003

T680G 13,89 0,072 16 6,65 0,9998 0,0012

Обобщенная информация по отдельным узлам ТК

Характер отказа Основные ('ЗЛЫ

Газовыпускной корпус Соплово йаппарат Лопатки ротора Подшипники скольжения Лабиринтовое уплотнение

Величина к^ 0,44 0,23 0,16 0,11 0,06

Трещины, % 40 65 13 5 -

Износ, % - - - 95 100

Поломки, % - - 77 - -

Коррозия, % 60 35 - - -

К типичным отказам корпусов турбин ТК относятся эрозионные разъедания, свищи и трещины, являющиеся следствием пороков литья, развития эрозионно-коррозионных процессов и месшых перегревов из-за нарушения циркуляции охлаждающей воды и образования масляных и шламовых отложений на поверхностях охлаждения. Одна из причин появления трещин - частое изменение режима работы ГД до номинально! о и тепловые перегрузки. Причина образования свищей эрозионного характера -недостаточная эффективность защиты от воздействия электрохимической коррозии. Отказы проточной части ТК (лопатки соплового аппарата и рабочие лопатки турбины) обусловлены образованием трещин (в основном на внутренней часта) и являются следствием скрытых дефектов изготовления и допускаемых напряжений при сборочных операциях. Коррозионные разрушения свойственны посадочным буртам соплового аппарата. Одной из причин выхода из строя сопловых и рабочих лопаток турбин ТК могут быть явления вибрационного и усталостного характера.

Изменение показателей безотказности от наработки для ТНВД и топливных сепараторов ГД серийных танкеров приведено на рис.3,4. р<-о

\ V

\|

а! .

л 8 12 16 го г, тыс и

Рис.3. Зависимость вероятности безотказной работы от наработки топливных насосов высокого давления.

Рис.4. Динамика потока отказов топливных сепараторов ГД серийных танкеров марки МАРХ - 309.

В обеспечении ФН ГД существенное значение имеет система его охлаждения, отказ которой может привести к аварийной ситуации. Основными элементами, определяющими ее уровень работоспособности, являются насосы и ТА (водо-, масло-, воздухоохладители). Результаты статистических исследований их ФН представлены на рис.5, бив табл.3.

о в —у]——|—!—1

, I. :_ И ;

0 Ь .0 15 ас тыс и

Рис.5. Изменение параметра потока отказов от наработки насосов охлаждения ГД двух контуров: 1 - открытый контур (забортная вода); 2 - замкнутый контур (пресная вода).

П'->> 1/тыС"

! '1" '

1 ^ ' '/ V ,г 1 ч

ч \ ' -+—/

> . .1 1

; ь ю 15 го * тыс и Рис.6. Изменение параметра потока отказов от наработки теплообменных аппаратов систем охлаждения ГД: 1 -водоохладители; 2 - маслоохладители.

Комплексные показатели ФН насосов открытого и замкнутого __контуров охлаждения ГД__

Контур охлаждения (перекачиваемая среда) Показатели безотказности Показатели ремонтопригодности

кт кг Тсгю ч/ты<и ТТСЬ ч/тыа гиш> ч/тыа г», ч Гц, челн/тыси

Открытый контур охлаждения (морская вода) 0.953 (±0.005) 0.992 (±0.002) 2.81 3.53 10.47 16 5.26

Закрытый контур охлаждения (пресная вода) 0.982 (±0.002) 0.999 (±0.0001) 1.73 3.82 8.12 9 2.42

В процессе ТЭ под действием усталостных нагрузок элементы ТА подвергаются различным видам «усталостного износа» (типично-усталостные; повторно-статические и повторно-ударные; термической усталости). В эксплуатационной практике наиболее распространены типично-усгалостные, образующиеся под действием вибрационных нагрузок.

Повышение надежности ГД является одним из перспективных направлений, с точки зрения экономичности и экологической безопасности, обеспечения эффективности их ТИ и СЭК в целом. От уровня их надежности во многом зависит энергетическая безопасность судна. Опыт ТЭ свидетельствует о том, что значительная часть отказов ГД связана с выходом из строя деталей ЦПГ, основной причиной которых являются трение и износ. При этом 10 - 12% деталей изнашиваются более интенсивно вследствие низкого уровня ТЭ и дефектов ремонта. Задиры деталей ЦПГ и их повышенный износ являются характерными дефектами практически всех ГД. В процессе ТЭ ВЦ одновременно подвергаются молекулярно -механическому и абразивному изнашиванию, интенсивность которого определяется содержанием серы в топливе и используемой марки масла. Основным фактором, оказывающим влияние на эпюру скорости изнашивания ВЦ по длине, является распределение смазки, при этом существенная роль отводится синхронизации подачи и дозировки масла. Обобщенная отказная информация деталей ЦПГ и причины представлены в табл.4,5.

Таблица4

Наработка (тыс.ч) на отказ деталей ЦПГ

Марка дизеля Детали ЦПГ

Крышки Поршни Втулки

9ДКРН 84/180-3 5,43 3,22 4,52

7ДКРН 80/160-4 3,23 8,77 7,14

6 ДКРН 74/160-3 4,08 6,71 7,61

Причины отказов поршней цилиндров дизелей различных марок.

Отказы, %

Марка дизеля Прогорание Трещины Поломка Обрыв фланца Язвы на

донышка поршневых колец маслопровода головке

9ДКРН 84/180-3 46 29 25 - -

7ДКРН 80/160-4 29 19 1 18 23 И

6ДКРН 74/160-3 7 67 - 26 -

Предпосылкой к образованию трещин в КЦ являются: несоблюдение ^ установленных зазоров; выкрашивание контактных поверхностей между

верхней и нижней частями; высокий уровень температурных напряжений в огневой части днища. Средняя наработка их на отказ ГД фирм «Зульцер» и «Бурмейстер и Вайн», составляют соответственно 5,5 тыс.ч и 1,68 тыс.ч. На количество отказов, связанных с трещинообразованием, приходится ~ 40%. Детали ЦПГ и блоки цилиндров в процессе ТЭ в наибольшей степени подвергаются кавитационным разрушениям. Динамика потока отказов ВД приведена на рис.7.

1/тЫС,Ч 1 О 05 О

0 10 20 30 ±, тыс.ц Рис.7. Динамика потока отказов дизель - генератора.

Применительно к ГД и ВД их межремонтный эксплуатационный период разделяется на три зоны (приработка, стабилизированный режим, необратимсть физико - химических процессов) со свойственными параметрами и преобладающими по своей природе отказами. Для сравнительной оценки этих этапов рекомендуются критерии работоспособности в виде: АШ = \~(а)сг/аПР); А/ =1-(?СтРпр)■ Ддя идеального случая ТЭ Ла> = 1 и А? = 1. В реальных условиях они изменяются в пределах 1 > Дй> > 0; 1 > М > 0. Для исследованной совокупности ГД (по данным расчетов) они составили: Аа = 0.67 и Д/ = 0.4.

Необходимость разработки прогностических моделей обусловлена решением задач, связанных с выработкой стратегии ТО и ремонта, определением оптимального объема ЗИП и остаточного ресурса. В основу получения таких моделей положены результаты экспертно - статистических

исследований. Они в виде регрессивных зависимостей параметра потока отказов и вероятности безотказной работы от наработки имеют вид:

P(t) = 0,0152/2 - 0,23341 + 0,9815 (4)

(отечественные СОД);

P(t) = 110"У -0,0005/5 +0,0077/" -0,0553/' + 0Д902/2 -0,3448/+ 0,9961 (5)

(СОД фирмы «Зульцер»);

а>(/) = —6• 10_3í6 + 0,0023/5 -0,0341/" +0,2533/' -0,9828/2 +1,8438/+ 0,0056 (6) (ГД речных судов);

ш(/) = 2-10 V -2-Ю"5/5 + 0,0003/4 -0,0021/' - 0,0155/2 + 0,1824/-0,0177 (7)

(втулки цилиндров ГД морских судов);

©(/) = -2 ■ Ю-716 + 2 10 5 /5 - 0,0006/" + 0,0095/' - 0,077/2 + 0,2589/ + 0,0193 (8) (крышки ГД морских судов);

<o(t) = -l-10~6/6 + 7-10~5/5- 0,0021/4 + 0,0296/' - 0,2039/2 + 0,5984/ - 0,0282 (9) (поршни ГД морских судов);

= 3 -10"V - 3 • 10"7 /5 +1 ■ 10~V - 0,0001/' - 0,0001/2 + 0,0125/ + 0,0003 (10) (■турбокомпрессоры систем наддува ГД);

Р(/) = -2-10"9/6 +110 7/5 -3-10"6/" + 510^/' + 0,0014/2 -0,0413/+ 1,0005 (11) (турбокомпрессоры систем наддуваГД);

P(t) = -1 • Ю-7/' + 7 • 10^/5 -0,0002/" + 0,0022/' -0,0056/2 + 0,1211/-1,0015 (12) (топливные насосы высокого давления ГД нефтеналивных судов);

mit) = - 5 • 10~V + 0,0003/5 - 0,0091/4 + 0,1141/' - 0,7198/2 + 2,0111/ + 0,1577 (13) (топливные сепараторы);

Ц/) = -1 ■ 10^ /" + 8 • 10 5 /5 - 0,0024/4 + 0,0351/' - 0,2518/2 + 0,7542/ + 0,0022 (14) (топливные насосы высокого давления ГД нефтеналивных судов).

В четвертой главе рассмотрены пути повышения эффективности ТЭ элементов СЭК на основе комплекса мероприятий по мониторингу кавитационно - коррозионных разрушений деталей ГД, диагностического контроля, учета и нормирования их ДП, диагностирования и прогнозирования ТС дейдвудных устройств СГВ. Сравнительный анализ трех групп мероприятий (конструктивные, техноло! ические, эксплуатационные) по защите охлаждаемых элементов ГД от ККР (в

соответствии с данными исследований Пимошенко А.ГГ.) показывает, что наиболее эффективными являются конструктивные, позволяющие снизить интенсивность вибрации ВЦ до минимума и, тем самым, устранить первопричину ККЯ. Однако применительно к заключительной стадии «жизненного» цикла возможности таких мероприятий ограничены. В этих условиях интенсивность ККР может быть снижена за счет комплекса технологических и эксплуатационных мероприятий.

В основу разработанной нормативной базы ДП элементов комплекса (ГД - обслуживающие системы) положена информация, полученная при проведении натурных испытаний. Их граничные условия определялись в соответствии с тремя категориями ТС («хорошее», «удовлетворительное», «неудовлетворительное»). Рассмотрены основные элементы топливной, масляной, системы охлаждения и наддува ГД (сепараторы, насосы, охладители, турбокомпрессоры). Даны практические рекомендации по периодичности их контроля, учета в процессе ТЭ и повышению ФН.

Исходной информацией для диагностирования дейдвудных устройств СГВ являются результаты теоретических и экспериментальных исследований по статическому и динамическому нагружению СГВ на стояночном и ходовом режимах ПК. В качестве исходного материала для построения и практической реализации алгоритма диагностирования использовались математическая и ДМ дейдвудных устройств, а источника информации -значения относительных деформаций растяжения волокон материала вала при его статическом изгибе и параметров поперечных колебаний валопровода в нескольких доступных его сечениях. Оценка работоспособности дейдвудных устройств основывается на использовании рекомендуемых параметров (величины износа вкладышей дейдвудных подшипников и облицовок гребных валов; суммарных запасов прочности на усталость; концентрации напряжений; параметров крутильной и изгибной деформации гребного вала; уровня общей и специфической вибраций; максимальных значений переменных прогибов гребного вала, его суммарного запаса прочности на усталость и удельного давления). Допустимый зазор между гребным валом и вкладышами подшипников и наименьшая толщина облицовок валов, регламентированные Регистром в процессе ТЭ, определяются величиной износа вкладышей дейдвудных подшипников и облицовок гребных валов. Напряженное состояние элементов дейдвудного узла в значительной степени определяется величиной и формой износа дейдвудных подшипников. Поэтому его оценка является основополагающей при решении задач диагностирования и прогнозирования их ТС. Для этой цели наиболее приемлем экспериментально - аналитический способ. Полученная таким образом информация может быть принята в качестве определяющей перед очередным (или ежегодным) освидетельствованием судов, предусматривающим выемку гребных валов из дейдвудных труб и снятие ГВ.

ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЯ

На основании выполненных теоретических исследований, натурных испытаний, статистического эксперимента и оценивании ФН элементов СЭК получены следующие научные и практические результаты:

1. Обеспечение ФН элементов СЭК является одним из наиболее важных разделов структуры их эксплуатации.

2. Повышение эффективности ТЭ основывается на разработке концепции методического подхода и его реализации при создании информационно - статистического банка данных по ФН, позволяющих осуществить переход на менее затратную систему ТО и ремонта по фактическому ТС.

3. Разработанная концепция оценивания ФН элементов СЭК включает комплекс методов, методик, математических моделей с получением их параметров путем идентификации и группового прогнозирования ТС.

4. Разработанный механизм перевода элементов СЭК на систему ТО и ремонта по фактическому ТС основывается на:

- анализе фактологических данных по отказам, систематизации и обобщении информации по их причинам;

- установлении узлов и деталей элементов с минимальным уровнем работоспособности;

- нормативной базе ДП, их учете и контроле при ТЭ;

- прогнозировании безотказной работы в процессе ТЭ.

5. Получена обобщающая качественная и количественная информация по влиянию уровня работоспособности элементов систем, обслуживающих ГД, на его ФН, показателям их безошазности, установлению границ приработки и основного периода ТЭ.

6. Разработаны математические модели ФН ГД различных модификаций, их деталей ЦПГ, газотурбонагнетателей, ТНВД, топливных сепараторов с использованием вероятностного подхода, позволяющие в процессе ТЭ производить прогнозирование вероятности безотказной работы, а полученная при их реализации информация может быть положена в основу решения задач, связанных с выработкой стратегии ТО и минимизацией расходования потенциального ресурса в пределах межремонтного эксплуатационного периода.

7. Установлены определяющие параметры, составляющие основу формирования алгоритма диагностирования и прогнозирования ТС дейдвудных устройств и СГВ в целом.

8. Рассмотрен комплекс мероприятий по мониюрингу ККР в полостях и системах охлаждения ГД конструктивного, технологического и эксплуатационного характера.

9. Разработаны предельные нормы ДП элементов топливных и систем охлаждения ГД и методическое обеспечение по их контролю и учету, позволяющие производить оценку их ТС в процессе ТЭ.

10. Создан информационно - статистический банк данных по ФН элементов СЭК, позволяющий практически реализовать систему ТО и ремонта по фактическому ТС.

11. Полученный материал представляет практический интерес для широкого круга специалистов проектных организаций и эксплуатационного профиля, создающих новые образцы элементов СЭК, а также для ВУЗов водного транспорта при разработке учебных программ эксплуатационной направленности и издании учебной литературы.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Опубликованные работы в научных журналах, рекомендованных ВАК РФ:

1. Шарик В.В. Диагностирование технического состояния системы гребного вала судового пропульсивного комплекса с использованием экспериментально - расчетного метода. Известия вузов. Северо - Кавказский регион. Технические науки. Спецвыпуск «Проблемы водного транспорта». 4.1, 2004. с.57 - 59.

2. Шарик В.В. Методика измерения напряжений изгиба в процессе диагностирования состояния центровки по действительному нагружению валопровода при работе в составе судового пропульсивного комплекса. Известия вузов. Северо - Кавказский регион. Технические науки. Спецвыпуск «Проблемы водного транспорта». 4.1, 2004. с.68 - 69.

3. Балякин A.B., Шарик В.В., Башуров Б.П. К вопросу оценки надежности теплообменных аппаратов систем судовых дизельных установок на стадиях проектирования, технологического изготовления и эксплуатации.// Двигателестроение, 2004, №4. - с.22 - 24.

4. Башуров Б.П., Носенко Е.С., Шарик В.В. О стратегии технического обслуживания и ремонта вспомогательного оборудования энергетических установок судовых транспортных средств. Изв.ВУЗов «Машиностроение», 2004, №11, с.29 - 35.

5. Башуров Б.П., Шарик В.В. Функциональная надежность турбокомпрессоров систем наддува судовых дизелей.// Двигателестроение, 2005, №2.

в других изданиях:

6 Шарик В.В. Анализ эффективности работы энергетического комплекса судовых транспортных средств и пути утилизации вторичных энергоресурсов. Надежность и ремонт машин: Сборник материалов международной научно - технической конференции. - Орел: Изд - во ОрелГАУ, 2004, т.1, с.93 - 97.

7. Шарик В.В., Башуров Б.П. Функциональная надежность главных и вспомогательных двигателей энергетического комплекса судовых транспортных средств Надежность и ремонт машин: Сборник материалов

международной научно - технической конференции. - Орел: Изд - во ОрелГАУ, 2004, т.З, с.86 - 90.

8. Шарик В.В. Экологический мониторинг и функциональная надежность элементов судового пропульсивного комплекса.// Труды VIII Международного Симпозиума «Техника экологически чистых производств в XXI веке: Проблемы и перспективы». - Москва, 2004. - с.138 - 140.

9. Шарик В.В. К вопросу определения работоспособности теплообменных аппаратов систем главного двигателя судовой дизельной энергетической установки.// Труды международной конференции «Континуальные алгебраические логики, исчисления и нейроинформатика в науке и технике». - КЛИН. - 2005. - Ульяновск: УлГТУ, 2005. - т.2, с. 162 -164.

10. Шарик В.В. Анализ влияния изменения параметров охлаждающей воды на интенсивность кавитационных разрушений поверхностей втулок и блоков цилиндров судовых дизелей при эксплуатации.// Труды международной конференции «Континуальные алгебраические логики, исчисления и нейроинформатика в науке и технике».-КЛИН.-2005-Ульяновск: УлГТУ, 2005.-Т.2, с. 165-167.

11. Шарик В.В., Башуров Б.П. Экспертная оценка влияния работоспособности элементов систем на функциональную надежность судовых дизелей с использованием метода ранговой корреляции.// Труды международной конференции «Континуальные алгебраические логики, исчисления и нейроинформатика в науке и технике». - КЛИН. - 2005. -Ульяновск: УлГТУ, 2005. - т.2, с.168 - 170.

12. Шарик В.В., Башуров Б.П. Анализ причин кавитационных разрушений элементов главных двигателей судовых дизельных энергетических установок.// Труды международной конференции «Континуальные алгебраические логики, исчисления и нейроинформатика в науке и технике»,- КЛИН. - 2005. - Ульяновск: УлГТУ, 2005.-т.2, с.171-173.

13. Шарик В.В., Башуров Б.П. О средствах мониторинга кавшационно - коррозионных разрушений в элементах судовых дизелей на различных этапах «жизненного» цикла.// Труды международной конференции «Континуальные ашебраические логики, исчисления и нейроинформатика в науке и технике». - КЛИН - 2005-Ульяновск: УлГТУ, 2005.-T.2, с. 174 - 176.

АННОТАЦИЯ

Шарик В.В. «Повышение эффективности эксплуатации судового энергетического комплекса на основе оценивания функциональной надежности его элементов и перевода на техническое обслуживание по фактическому состоянию».

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.08.05 - «Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные)». Новороссийская государственная морская академия. Новороссийск, 2005 г.

Защищаемая диссертация оформлена в виде рукописи, по ее теме автором опубликовано 13 научных работ. Основными научными результатами диссертационной работы являются: разработка информационного и алгоритмического обеспечения по управлению функциональной надежностью элементов судового энергетического комплекса в процессе эксплуатации; создание информационно -статистического банка данных по функциональной надежности, необходимого для перевода элементов на систему технического обслуживания и ремонта по фактическому состоянию.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

судовой энергетический комплекс, элементы, функциональная надежность, техническое обслуживание, показатели, критерии, диагностические параметры, прогностические модели, информационно - статистический банк данных.

SUMMARY

V.V.Sharik "Improvement of vessel's propulsion system efficiency based on its elements functional reliability evaluation and conversion of technical maintenance system for system depends of actual condition"

The dissertation is for candidate of technical science degree competition on profession 05.08.05 - "Vessels propulsion plants and its elements (main and auxiliary)". Novorossiysk Marine State Academy. Novorossiysk, 2005.

The dissertation is designed as manuscript; 13 (thirteen) scientific articles supported the dissertation topic were published by author. Main scientific results of the dissertation are following: forming of informational and algorithmic base for control of the vessel's propulsion system elements functional reliability while operation; creation of functional reliability information - statistic database required for technical maintenance and repair system conversion depends of actual condition.

KEY WORDS

vessel's propulsion system, elements, functional reliability, technical maintenance, figures, criteria, diagnostic parameter, prognostic model, information - statistic database.

»M 4 4 0 9

РНБ Русский фонд

2006-4 8934

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СИСТЕМ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И

СОСТОЯНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ СУДОВОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА.

1.1 Взаимосвязь процессов эксплуатации и изменения технического состояния.

1.2 Стратегии технического обслуживания и ремонта.

1.3 Состояние функциональной надежности главных судовых дизелей.

1.4 Состояние функциональной надежности элементов гребного вала.

1.5 Цель и постановка задачи исследования.

1.6 Выводы по главе.

ГЛАВА 2. МОДЕЛИ, МЕТОДЫ И МЕТОДИКИ ОЦЕНИВАНИЯ

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КАЧЕСТВ.

2.1 Математическая модель функционирования.

2.2 Методы построения пропульсивных характеристик.

2.3 Методика проведения испытаний и обработки статистической информации.

2.4 Методы и методика оценки функциональной надежности.

2.5 Методика измерения напряжений изгиба валопровода.

2.6 Экспериментально-теоретический метод расчета системы гребного вала.

2.7 Методика расчета технологических параметров валопровода.

2.8 Выводы по главе.

ГЛАВА 3. ОЦЕНИВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ СУДОВОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА.

3.1 Экспертная оценка влияния работоспособности элементов систем на функциональную надежность главного судового дизеля с использованием метода ранговой корреляции.

3.2 Оценка функциональной надежности элементов систем главного судового дизеля с использованием фактологической информации.

3.3 Оценка функциональной надежности элементов главного и вспомогательного судовых дизелей на основе статистических исследований.

3.4 Прогностические модели безотказной работы главного судового дизеля и его элементов.

3.5 Выводы по главе.

ГЛАВА 4. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ СУДОВОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО

КОМПЛЕКСА.

4.1 Комплекс мероприятий по мониторингу кавитационно-коррозионных разрушений деталей главного судового дизеля.

4.2 Диагностический контроль, учет технического состояния и нормирование диагностических показателей элементов систем главного судового дизеля.

4.3 Пути повышения функциональной надежности элементов систем главного судового дизеля.

4.4 Диагностирование и прогнозирование технического состояния дейдвудных устройств системы гребного вала.

4.5 Выводы по главе.

Актуальность проблемы исследования.

В настоящее время для отечественного водного транспорта характерны две особенности. Первая связана с возрождением флота, а вторая с — переходом на новые формы хозяйствования, основанным на законах рыночной экономики. В этих условиях происходит жесткая конкуренция на фрахтовом рынке и, как следствие, обострение проблемы повышения рентабельности судов. Одним из основных направлений ее решения является повышение эффективности ТЭ СЭК с точки зрения рационального управления энергосбережением и топливоиспользованием.

Высокие цены энергоносителей и все более ужесточающиеся требования Международных конвенций по предотвращению загрязнения морской среды, заставляют судовладельцев и конструкторов искать новые решения проблемы повышения использования энергетических ресурсов СЭК в целом и его отдельных элементов. Одним из них является оптимизация использования теплоты за счет оценки располагаемых энергетических потоков и назначения оптимальных, с точки зрения экономичности, режимов работы судового машинно-движительного комплекса (МКД) с учетом реальных и изменяющихся условий плавания. Такой подход требует разработки математических моделей функционирования СЭК, которые в виде комплекса компьютерных программ, позволили бы в режиме реального времени получать величины, определяющие количество вторичных энергоресурсов (ВЭ) на судне с возможностью их глубокой утилизации. Для этой цели требуется решение ряда сложных задач, в частности: разработки методики и получения корреляционных зависимостей, отражающих взаимосвязь параметров работы СЭК с ГД различных типов в реальных условиях их функционирования с величинами располагаемых ВЭ; разработки математических моделей, позволяющих на основе минимального числа данных построить действительные винтовые характеристики, изменяющиеся в связи с условиями технической эксплуатации (ТЭ) и сроком службы судна; получение математических моделей и построение на их основе алгоритмов определения значений составляющих теплового баланса располагаемой теплоты СЭК, учитывающие особенности функционирования его отдельных элементов и параметров окружающей среды; разработки математических моделей, алгоритмов и рабочих программ, позволяющих на борту судна оперативно анализировать и на этой основе назначать наиболее эффективные режимы ТЭ элементам СЭК с целью глубокого использования располагаемой теплоты; получения методик, алгоритмов и прикладных компьютерных программ, позволяющих на отдельных стадиях «жизненного» цикла СЭК (проектировании, технологическом изготовлении, ТЭ, модернизации) провести количественный сравнительный анализ энергетической эффективности их различных вариантов; разработки математической модели, отражающей взаимосвязь степени использования потерь теплоты СЭК с особенностями его функционирования в целом, отдельными элементами и параметрами окружающей среды; проведения экспериментальных исследований работоспособности, адекватности и надежности комплекса компьютерных программ.

В системе мероприятий, направленных на повышение уровня ТЭ СЭК, важная роль отводится диагностированию ТС отдельных элементов СЭК. По оценкам отечественных и зарубежных специалистов, введение в практику их эксплуатации технических средств диагностирования (ТСД) позволяет снизить материальные затраты на ТО в среднем на 20-30%, а ожидаемое снижение расхода топлива при этом может составить 1-2%, вследствие обеспечения работы СЭК в целом в режиме более точного контроля отклонения параметров от расчетной рабочей точки при использовании дополнительной диагностической информации, что обеспечит минимально возможный удельный расход топлива при учете ТС элементов СЭК. Также следует отметить, что регламентные разборки элементов СЭК не дают желаемого результата, так как, например, в период работы между сопрягаемыми деталями и узлами устанавливается другое сочетание размеров и зазоров, определяемое эксплуатационными факторами. Кроме того, последующая сборка приводит к более интенсивному износу повторно в период приработки, что в соответствии с теорией надежности увеличивает интенсивность отказов деталей и узлов элементов СЭК.

К настоящему времени в области практики ТЭ элементов СЭК сложилась ситуация, характеризующаяся тем, что разработки, связанные с повышением надежности не полностью оправдывают себя, не достигнут требуемый уровень безотказности, а применяемые мероприятия не дают ожидаемого эффекта. Одна часть деталей и узлов СЭК отказывает до наступления плановых сроков ремонта, другая часть оказавшаяся в более благоприятных условиях и полностью работоспособная, направляется на ремонт преждевременно, в соответствии с планом. Все это приводит к дополнительным материальным затратам.

Альтернативой сложившейся ситуации и является использование ТСД. Вместе с тем, следует особо отметить, что техническое диагностирование (ТД) станет более эффективным, если оно будет способно заранее предсказать возникновение предотказного состояния элементов СЭК. Только тогда станет возможным так организовать процесс их ТЭ и спланировать ремонта о-профилактические работы, что функционированию судна будет в худшем случае нанесен возможно меньший ущерб. Отсюда следует, что проблема прогнозирования ТС элементов СЭК выходит на первое место.

Эффективность использования топливно-энергетических ресурсов на морском флоте, уровень безопасности плавания и экономические последствия во многом определяются качеством элементов и СЭК в целом.

Обзор тенденций развития ТЭ СЭК в исторической ретроспективе показывает, что эффективность их решения в большей мере определяется взаимным соответствием технологических и информационных процессов. Обеспечение такого соответствия представляется особо важным.

Анализ современного состояния этих проблем показывает, что они решаются на уровне отдельных технических вопросов (экономии топлива и масел, диагностирования ТС различных узлов элементов СЭК и обслуживающих их систем, сокращения трудоемкости ТО и ремонта). Несмотря на широкий уровень исследований, проводимых в этом направлении отечественными и зарубежными специалистами, полностью проблема не исчерпана.

Из многих причин, определяющих это положение, следует в первую очередь выделить противоречие между высокой сложностью и разнообразием элементов СЭК и обслуживающих их систем, многообразием информации об их функционировании и ТС, с одной стороны, и ограниченностью возможностей судовых специалистов для анализа этой информации. В результате, после значительного сокращения численности судовых экипажей и необходимости совмещения профессий палубной и машинной команды эти возможности постоянно уменьшаются.

Кроме того, сложившаяся в нашей стране система ТЭ морского флота и, в частности, СЭК не соответствует условиям работы судоходных компаний при переходе к рыночной экономике.

Одним из условий преодоления этих противоречий является комплексное развитие ТЭ СЭК на базе средств и методов прогрессивных информационных технологий.

В настоящее время накоплен богатый опыт по управлению одним из основных элементов СЭК (ГД — обслуживающие системы), разработаны методы и технические средства, позволяющие оптимизировать отдельные технологические процессы по различным категориям оптимальности. Созданы эффективные системы управления процессами горения. Рассмотрены процессы регулирования расхода воздуха, необходимого для горения, и получены оптимальные условия горения при обеспечении режимов безаварийной работы. Однако, на судах морского и речного флота остаются еще не использованными большие резервы, в частности, экономии топлива и энергии. Полностью не исчерпаны возможности решения проблемы, связанной с информационным и алгоритмическим обеспечением управления функциональной надежностью (ФН) СЭК и его отдельных элементов.

Одним из направлений в системе управления энергосбережением и топливоиспользованием является совершенствование ТЭ СЭК и их элементов на основе оценивания и повышения ФН путем разработки информационного и алгоритмического обеспечения по ее управлению.

Структура системного подхода к решению проблемных вопросов ТЭ СЭК и их элементов (ГД, валопровод, гребной винт) предполагают ряд иерархических уровней, один их которых объединяет большой класс эксплуатационных задач, связанных с эффективностью, качеством работы и обеспечением ФН. Управление ФН элементов СЭК, например ГД (дизель), позволяет не только получить максимальную прибыль, приносимую судном (как транспортной единицей), но и уменьшить потребление не возобновляемых энергетических ресурсов, существенно снизить объем выбрасываемых в атмосферу продуктов сгорания СОх и NOx, повысить качество ТЭ СЭК. Таким образом, необходимость оценки ФН элементов СЭК в процессе их ТЭ и управления ею обусловлена не только решением задач экономического характера, с точки зрения эффективного использования топливно-энергетических ресурсов, но и экологического, с точки зрения защиты воздушной среды и водного пространства. Следует отметить, что потеря ходового времени, например, из-за отказов одного из элементов СЭК (ГД-дизель) обходится дороже экономических выгод, которые могут быть получены от форсирования мощности и скорости хода судна.

Возрастающие требования к повышению экономичности перевозок на водном транспорте в период перехода к рыночным отношениям приводят к усложнению элементов СЭК и выдвигают вопросы их ФН на первый план. В связи с этим возникает проблема ее обеспечения, которая является одной из центральных на всех стадиях «жизненного» цикла (проектирование, технологическое изготовление, ТЭ, модернизация).

Важность проблемы оценки ФН и ее обеспечения в сегодняшних условиях обусловлена еще и тем, что СЭК эксплуатируется на сверхнормативной стадии и в значительной степени на большинстве эксплуатируемых судов морально и физически изношен. В этом случае особое значение приобретает ТД, являющееся основным элементом экспертизы состояния ФН. Его эффективность зависит от уровня подготовки обслуживающего персонала, в обязанности которого входит не только умение определять зоны контроля, с точки зрения потенциально опасных узлов и деталей элементов СЭК, но и выбирать методы, средства и объем работ по ТД.

В любом случае элементы СЭК, имеющие низкий уровень ФН, приносят существенный ущерб и, несмотря на это, в процессе их ТЭ существует риск возникновения отказа. Причины могут быть различные, включая и субъективные (конструктора, технолога, эксплуатационника), имеющие определенное количественное соотношение по долям вносимого риска отказа. Таким образом, возникает проблема управления ФН и оценки ее на всех этапах «жизненного» цикла СЭК.

Одним из путей решения задачи в такой постановке является получение достоверной информации, например, путем проведения экспертно-статистических исследований ФН элементов СЭК.

Одна из важнейших, но и трудных задач обеспечения управления ФН элементов СЭК заключается в прогнозировании их ТС в процессе эксплуатации. Ее основу составляет информация о развивающихся отказах, количественных значениях диагностических показателей и их динамики, позволяющая произвести расчет тренда. Его построение дает возможность выявить неисправность на ранней стадии ее развития, установить момент отказа, произвести оценку располагаемого потенциального ресурса, определить сроки профилактических мероприятий и, тем самым, существенно повысить экологическую безопасность.

В общем случае СЭК представляет собой сложную многоуровневую систему, состоящую из разнообразных по сложности и функциональному назначению элементов, но в совокупности выполняющих одну из основных целей - обеспечение безопасности плавания судна при любых эксплуатационных условиях. Поэтому не удается произвести его полное описание. Решение задачи в такой постановке может быть осуществлено с использованием теории иерархических многоуровневых систем (иерархический подход). При этом СЭК, как система, задается в виде семейства моделей, каждая из которых отражает функционирование ее с точки зрения различных уровней абстрагирования (модели стратифицированной системы). Выбор модели страты осуществляется исходя из обеспечения максимальной независимости с учетом принципов, характерных особенностей и законов. Такой подход позволяет изучать ее сравнительно обособленно.

Применительно к элементам СЭК страты могут быть классифицированы как по «вертикали» (главный двигатель, система гребного вала, гребной винт), так и по «горизонтали» в зависимости от ответственности выполняемых элементами СЭК функций. Во втором случае принимаются во внимание три категории: обеспечивающие безопасность плавания и сохранность человеческой жизни; выполнение системой (в частности, СЭК) основных функций; выполнение вспомогательных функций отдельными элементами СЭК.

Для учета физико-химических процессов, происходящих в узлах и деталях элементов СЭК, может быть использована «материальная» стратифицированная модель. В этом случае результаты их действия (например, износ, коррозия, деформация и т.п.), обусловленные внешними и внутренними факторами, являются «входом» для оценивания уровня ФН и, в соответствии, с этим назначения запасов прочности, а также определения потребности в работах поддерживающего и восстановительного характера. Необходимость разработки таких моделей связана с тенденцией углубленного изучения физики отказов. Они, в сочетании с логическими, математическими и другими видами моделей, дают возможность решать задачи обеспечения надежности отдельных элементов и СЭК в целом.

Для оценивания показателей ФН могут быть использованы два способа (по результатам специальных испытаний, при работе в реальных условиях). С точки зрения затратной технологии второй способ более предпочтителен, так как для получения отказной информации нет необходимости имитировать эксплуатационные условия.

Важнейший элемент СЭК — это система гребного вала, отказ которой при определенных обстоятельствах может привести к гибели судна. Поэтому решение задачи по оцениванию ФН ее элементов в процессе ТЭ и разработка на основе полученных результатов средств мониторинга отказов представляет как теоретический, так и практический интерес. Важная роль в этом вопросе отводится диагностированию ТС. Практическая значимость такого рода задач определяется еще и экономическими соображениями и, несмотря на их важность, в настоящее время они не имеют полного решения.

Одним из путей повышения эффективности ТЭ элементов и СЭК в целом является перевод их на систему ТО и ремонта по фактическому состоянию, а методом его практической реализации — обслуживание и ремонт с контролем уровня ФН, заключающийся в накоплении и анализе информации о повреждениях и отказах. Решение задачи в такой постановке связано с разработкой и исследованием моделей ТЭ, позволяющих производить прогнозирование безотказной работы в пределах межремонтного периода. Внедрение такой системы в эксплуатационную практику требует решения ряда организационных и технических задач по оцениванию ФН, связанных с оперативным сбором и обработкой фактологической информации, анализом последствий отказов и разработкой комплекса мероприятий по их мониторингу. Концептуальной основой оценивания ФН являются результаты, полученные в процессе проведения экспертно-статистических исследований, натурных испытаний, нормативная база ДП и их контроль, а также прогностические модели безотказной работы. Решению этих вопросов применительно к конкретным элементам СЭКи посвящается диссертационная работа.

Объект исследования — элементы судового энергетического комплекса (главный дизель, система гребного вала).

Предмет исследования — функциональная надежность элементов СЭК и информационно - статистический банк данных по ее управлению.

Цель диссертационной работы — повышение эффективности эксплуатации судового энергетического комплекса на основе оценивания функциональной надежности его элементов и разработки механизма по переводу их на систему технического обслуживания и ремонта по фактическому состоянию.

В соответствии с объектом, предметом, проблемой и целью исследования поставлены следующие задачи:

1. Проведение анализа взаимосвязи технологических процессов эксплуатации с изменением состояния и существующих систем технического обслуживания элементов судового энергетического комплекса.

2. Рассмотрение методов и методик построения пропульсивных характеристик, проведение натурных испытаний, обработка статистических данных и оценка функциональной надежности.

3. Проведение экспертно-статистических исследований функциональной надежности элементов главного судового дизеля и обслуживающих систем на основе использования метода ранговой корреляции и фактологической информации.

4. Разработка прогностических моделей безотказной работы главного судового дизеля и элементов его обслуживающих систем.

5. Оценка технического состояния системы гребного вала с использованием экспериментально-расчетного метода.

6. Рассмотрение комплекса мероприятий по мониторингу разрушений деталей главного судового дизеля и путей повышения функциональной надежности элементов его обслуживающих систем при эксплуатации.

7. Разработка нормативной базы диагностических показателей элементов систем главного судового дизеля для оценки их технического состояния при эксплуатации.

8. Рассмотрение алгоритма диагностирования и прогнозирования технического состояния дейдвудных устройств системы гребного вала и обоснование выбора определяющих параметров.

9. Формирование информационно-статистического банка данных по функциональной надежности элементов судового энергетического комплекса для осуществления перевода их на систему технического обслуживания и ремонта по фактическому состоянию.

Методы решения поставленных задач. В диссертационной работе использованы экспериментально-теоретические методы исследования. Основные научные результаты получены с применением методов экспертных оценок, математической статистики, регрессионного и корреляционного анализов.

Научная новизна результатов работы заключается в следующем:

1. Предложена концепция оценки функциональной надежности элементов СЭК на основе комплекса показателей, моделей и нормативной базы с получением параметров моделей методами идентификации и построении моделей группового прогнозирования технического состояния.

2. Получена на основе проведения экспертно-статистических исследований обобщающая качественная и количественная информация по влиянию работоспособности элементов обслуживающих систем на функциональную надежность главного судового дизеля, показателям их безотказности, нахождению границ приработки и основного периода эксплуатации, выявлению узлов и деталей с минимальным уровнем работоспособности и определению причин их отказов.

3. Осуществлено информационное и алгоритмическое обеспечение по управлению функциональной надежности элементов системы гребного вала, базирующееся на использовании экспериментально-теоретического метода и методики расчета технологических параметров позволяющих осуществлять оценку их технического состояния в процессе эксплуатации.

4. Разработаны и апробированы математические модели функциональной надежности цилиндро-поршневой группы главного судового дизеля и элементов обслуживающих систем, позволяющие в процессе их эксплуатации производить прогнозирование вероятности безотказной работы.

5. Произведено обоснование выбора определяющих параметров при формировании алгоритма диагностирования и прогнозирования технического состояния дейдвудных устройств системы гребного вала.

6. Создана нормативная база диагностических показателей элементов систем главного судового дизеля, разработано методическое обеспечение по их контролю и учету при эксплуатации.

7. Создан механизм перевода элементов СЭК на систему технического обслуживания и ремонта по фактическому состоянию, основывающийся на информационно-статистическом банке их функциональной надежности.

Теоретическое значение результатов заключается в получении обобщающих показателей и математических моделей, позволяющих производить оценивание технического состояния при работе элементов в составе судового энергетического комплекса и прогнозирования вероятности безотказной работы.

Практическая значимость работы состоит в создании: механизма обеспечения функциональной надежности элементов судового энергетического комплекса, позволяющего перевести их на техническое обслуживание и ремонт по фактическому состоянию и, таким образом, повысить эффективность его технической эксплуатации; информационно-статистического банка данных, включающего комплекс показателей функциональной надежности, нормативную базу диагностических показателей и математических моделей прогнозирования безотказной работы, позволяющего специалистам проектных организаций и эксплуатационного профиля на различных этапах «жизненного» цикла (проектирование, технологическое изготовление, эксплуатация, модернизация) решать задачи, связанные с формированием технической политики, разработкой средств повышения эффективности эксплуатации, назначением уровня функциональной надежности, обоснованием межремонтного периода и установлением периодичности контроля; внедрении результатов выполненных исследований в эксплуатационную практику судоходных компаний и судах ОАО «Новороссийское морское пароходство» и учебный процесс Новороссийской государственной морской академии и ее филиалах.

Достоверность научных результатов обеспечивается использованием комплекса методов и методик исследования, включающего: экспертные оценки; регрессионный и корреляционный анализ; теорию планирования многофакторных экспериментов; классическое построение математических моделей; натурные испытания с применением для регистрации и контроля параметров современных методов и средств измерения, отвечающих метрологическим требованиям; системный анализ взаимодействия элементов с обслуживаемым объектом; обработку статистической информации и оценку погрешностей; репрезентативностью опытных данных и их сходимостью при реализации математических моделей в допустимых для практики пределах (10 — 12 %).

На защиту выносится механизм перевода элементов судового л энергетического комплекса на систему их обслуживания и ремонта по фактическому техническому состоянию, включающего комплекс: показателей функциональной надежности; математических моделей прогнозирования безотказной работы; нормативную базу диагностических показателей; мероприятий по контролю и учету технического сотояния и мониторингу развития процессов, приводящих к отказам.

Апробация и внедрение результатов исследования: содержание диссертации обсуждалось и получило одобрение в Санкт-Петербургском государственном университете водных коммуникаций и Новороссийской государственной морской академии; основные положения и результаты опубликованы в виде докладов и тезисов в материалах Международных научно-технических конференций и симпозиумах, проводимых в ведущих университетах России (Москва, 2004 г., Орел, 2004 г., Ульяновск, 2005 г.). Основная часть материалов прошла рецензирование и опубликована в виде научных статей в научных изданиях, рекомендованных ВАК России («Двигателестроение», «Тяжелое машиностроение», «Известия вузов. Машиностроение», «Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. Спецвыпуск. «Проблемы водного транспорта»).

Результаты исследования используются при разработке учебных программ судовых специальностей эксплуатационной направленности в Новороссийской государственной морской академии и ее филиалах, курсов повышения квалификации специалистов морского, речного и рыбопромыслового флота, внедрены в практическую деятельность ряда судоходных компаний.

Структура диссертации. Диссертационная работа включает: оглавление; перечень сокращений; введение; четыре главы; заключение; списки использованных источников и опубликованных научных работ автора; приложение с актами внедрения результатов в эксплуатационную практику судоходных компаний и учебный процесс морских ВУЗов.

4.5 Выводы по главе.

1. Повышение эффективности эксплуатации судового энергетического комплекса во многом связано с обеспечением функциональной надежности главного дизеля, элементов обслуживающих его систем и системы гребного вала.

2. Для борьбы с кавитационно — коррозионными процессам в деталях главного судового дизеля наиболее приемлемы два направления: устранение причин, вызывающих эти явления в полостях охлаждения; разработка мероприятий, снижающих разрушающее действие этих процессов.

3. Комплекс мероприятий по мониторингу кавитационно — коррозионных разрушений разделяется на три группы (конструктивные, технологические, эксплуатационные), основная цель которых заключается в: снижении вибраций цилиндровых втулок и блоков; защите охлаждаемых поверхностей путем нанесения на них покрытий; водообработке; выборе оптимальных параметров охлаждающей среды; техническом обслуживании системы охлаждения.

Одним из основных путей обеспечения функциональной надежности элементов судового энергетического комплекса является перевод их с существующей системы централизованного планирования профилактических ремонтно — восстановительных работ на техническое обслуживание и ремонт по фактическому состоянию на основе разработанного информационно — статистического банка данных.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе выполненных экспертно — статистических исследований функциональной надежности и проведения натурных испытаний главного судового дизеля и элементов обслуживающих его системы, а также оценки технического состояния элементов системы гребного вала сделаны выводы и получены следующие практические результаты:

1. Обеспечение функциональной надежности элементов главного дизеля, обслуживающих его систем, а также систем гребного вала является одним из наиболее важных разделов структуры эксплуатации судового энергетического комплекса.

2. Повышение эффективности его технической эксплуатации может быть достигнуто несколькими путями, в частности, разработкой концепции оценивания, с точки зрения методического подхода, оцениванием функциональной надежности элементов и переводом их на систему обслуживания и ремонта по фактическому состоянию, стратегия которого базируется на создании механизма информационно — статистического банка данных и выработкой практических рекомендаций по его использованию.

3. Разработка механизма такого перехода основывается на : анализе фактологических данных по отказам, систематизации и обобщении информации по их причинам; выявлению узлов и деталей с минимальным уровнем работоспособности; нормативной базе диагностических показателей и их контроля при эксплуатации; прогнозировании безотказной работы.

4. Разработанная концепция методологии оценки функциональной надежности элементов судового энергетического комплекса включает совокупность методов, методик, математических моделей с получением их параметров путем идентификации и группового прогнозирования технического состояния.

5. Получена обобщающая качественная и количественная информация по влиянию уровня работоспособности элементов обслуживающих топливных, систем наддува, систем охлаждения на функциональную надежность главного судового дизеля, показателям их безотказности, установлению границ приработки и основного периода эксплуатации. Определены элементы с минимальным уровнем работоспособности и причины их отказов.

6. Разработаны и апробированы прогностические модели безотказной работы среднеоборотных главных дизелей отечете венных и зарубежных фирм морских и речных судов, цилиндро — поршневой группы, газотурбонагнетателей, топливных насосов высокого давления и топливных сепараторов.

7. Установлены определяющие параметры, составляющие основу формирования алгоритма диагностирования и прогнозирования технического состояния дейдвудных устройств системы гребного вала при эксплуатации.

8. Предложен комплекс решений по мониторингу кавитационно — коррозионных разрушений в полостях и системах охлаждения главного судового дизеля, включающий мероприятия конструктивного, технологического и эксплуатационного характера.

9. Разработанные предельные нормы диагностических показателей элементов топливных и систем охлаждения главного судового дизеля, позволяют производить оценку их технического состояния в процессе эксплуатации.

10. Создан информационно — статистический банк данных по функциональной надежности элементов судового энергетического комплекса, позволяющий осуществить перевод их на систему технического обслуживания и ремонта по фактическому техническому состоянию.

Полученный материал представляет практический интерес для широкого круга специалистов проектных организаций и эксплуатационного профиля, создающих новые образцы элементов судового энергетического комплекса, а также для вузов водного транспорта при разработке учебных программ эксплуатационной направленности.

1. Акуличев В.А., Сиротюк М.Г. Зародыши кавитации и кавитационная прочность жидкости. — Труды/Акустический институт, 1967, вып.З, с.80 — 99.

2. Акуличев В.А. Гидратация ионов и кавитационная прочность воды. — Акустический журнал, 1966, т. 12, №2, с. 160-166.

3. Алексеев A.M. Некоторые вопросы продольной вибрации судовых валопроводовУ/Тр. ЦНИИМФ, 1970. - Вып. 122. - с.128 - 144.

4. Аляповский М.И., Промыслов Л.А. Судовые конденсационные установки. — Л.: Судпромгиз, 1962.

5. Анатольев Ф.А. Теплообменные аппараты судовых паросиловых установок. — Л.: Судпромгиз, 1963.

6. Андреев В.А., Зеленин В.А. Методика расчета сварных соединений в трубчатых теплообменниках. — Судостроение, 1974, №5, с.58-60.

7. Астахов С.В., Ватипко Б.А., Холявко Л.П. Оценка надежности судовых механизмов при проектировании и эксплуатации. — Л.: Судостроение, 1979. — 200 с.

8. Бабанин В.Ф., Рубин М.Б. и др. Моделирование на ЭВМ процесса эксплуатации опор гребных валов. Судостроение, №11, 1986. — с. 36-38.

9. Бакиров М.Б. Новый безобразцовый прибор для натурной диагностики механических свойств металла// Оборудование АЭС. Русские технологии. США. — 1993. №3

10. Басалыгин Г.М. Моделирование динамических режимов главного упорного подшипника при взаимодействии винта со льдом//Судовые энергетические установки и топливоиспользование: Сб.науч.тр. ЦНИИМФ. — Л.: Транспорт, 1988. — с.66 —73.

11. Басалыгин Г.М. Моделирование динамики кривошипно — шатунного механизма как упругоинерционной системы с одной степенью свободы//Двигателестроение. — 1990. №9. — с. 16 — 19.

12. Басалыгин Г.М. Моделирование динамики рядного ДВС как крутильной упругоинерционной системы//Двигателестроение. — 1991.- №6. С.13-16.

13. Бебчук А.С., Макаров Л.О., Розенберг Л.Д. О механизме кавитационного разрушения поверхностных пленок в звуковом поле. Акустический журнал, 1956, т. 2, №2, с. 113-117.

14. Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике / Под ред. B.C. Григорьева, Л.Д. Розенберга М., изд-во инострлит., 1957.

15. Биргер И.А. Основы технической диагностики. — М.: Машиностроение, 1978, 240 с.

16. Борщевский Ю.Т., Мирошниченко А.Ф., Погодаев Л.И. Повышение кавитационной стойкости двигателей внутреннего сгорания. Киев. Вища школа, 1980.

17. ОСТ.5.4368-81. «Валопроводы судовых движительных установок. Монтаж. Технические требования, правила приемки и методы контроля». Введ. 01.01.77- Л.: 1981. 144 с.

18. Волченко В.Н. Оценка т контроль качества сварных соединений с применением статистических методов. — М.: Изд-во стандартов, 1974.

19. Гаврилов B.C., Гальперин М.М. Управление технической эксплуатацией морского флота: Учебник для морских ВУЗов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Транспорт, 1987. — 300 с.

20. Гаркунов Д.Н. Триботехника. Износ и безъизностность. — М.: Изд-во МСХА, 2001.-616 с.

21. Гасанов А.Г., Столбов Г.Р. и др. Опыт применения метода диагностирования судовых валопроводов в Каспийском морском пароходстве. Морской транспорт. Сер. «Техническая эксплуатация флота». Экспресс информация. - М.: ЦБИТИ. Вып. 15(731), 1990.

22. Герцбах И.Б., Кордонский Х.Б. Модель отказов. — М.: «Советское радио», 1966

23. Гликман Л.А. Коррозионно — механическая прочность металлов. М. — Л., Машгиз, 1955.

24. Гнеденко Б.В., Беляев Ю.К., Соловьев А.Д. Математические методы в теории надежности. — М.: «Наука», 1965.

25. Голуб Е.С., Мадорский Е.З., Розенберг Г.Ш. Диагностирование судовых технических средств: Справочник. — М.: Транспорт, 1993. -150 с.

26. Горбунов ЕЛ. Оценка развития продольных колебаний и технческого состояния валопроводов. Морской транспорт. Сер. «Техническая эксплуатация флота». Экспресс информация. - М.: ЦБИТИ. Вып.2(694), 1989.

27. Горбунов ЕЛ., Урбанович А.К. Исследование продольных колебаний коленчатых валов и валопроводов главных судовыхсиловых установок, ЦНИИМФ. Научно-технический отчет ПМК-70-XII.I. 1970. - №7766. - 75 с.

28. Горбунов ЕЛ. Продольные колебания и анализ надежности судовых валопроводов. ВНТИЦ. 1986. №0287.0065358. 81 с.

29. Горбунов ЕЛ. Приведение продольно — колеблющихся систем к расчетной схеме//Тр. ЦНИИМФ, 1975. - Вып. 192. - с. 62-69.

30. Гром В.П., Кузьмин Р.В. Экспресс — анализ данных сдаточных испытаний судов с помощью бортовой ЭЦВМ. — JL: «Судостроение», 1974.

31. Громаковский Д.Г. Система понятий и структура моделей изнашивания// Трение и износ. — 1997. — т. 18. №1. — с.53 — 62.

32. Дорошенко П.А. Технология производства судовых парогенераторов и теплообменных аппаратов. — JL: «Судостроение», 1972.

33. Дулесов А.С. Определение показателей надежности электрических сетей на основе методов планирования эксперимента. Изв. ВУЗов «Энергетика», 1990, №11. с.56 58.

34. Ермаков С.М., Жиглявский А.А. Математическая теория оптимального эксперимента. — М.: Наука, 1987. — 320 с.

35. Журков С.Н. К вопросу о физической основе прочности// Физика твердого тела. 1953. - т.22. - Вып.11. - с.3340 - 3349.

36. Зинченко В.И., Елькин А.Г., Горбунов ЕЛ., Лошаков В.И. Влияние продольных колебаний коленчатых валов на работу главных дизель-генераторов ледоколов типа «Москва»// Тр.ЦНИИМФ, 1970. - Вып. 125. - с.89 - 104.

37. Иванченко Н.Н., Скурнднн А.А., Никитин М.Д. Кавитационные разушения в дизелях. — JL: Машиностроение, 1970.

38. Карпов J1.H. Надежность и качество судовых дизелей. — JL: Судостроение, 1975. — 230 с.

39. Козырев С.П. Гидроабразивный износ металлов при кавитации. — М.: Машиностроение, 1971.

40. Комплексная система технического обслуживания и ремонта судов. Основное руководство. РД 31.20.50-87. М.: В/о «Мортехинформреклама», 1988, 218с.

41. Кофман Д.И., Васильев Б.В., Эренбург С.Г. Диагностирование технического состояния судовых дизелей. — М.: Транспорт, 1982. — 144 с.

42. Крагельский И.В. Трение и износ. — М.: Машгиз, 1962.

43. Крылов Е.И. Надежность судовых дизелей. — М.: Транспорт, 1978. -160 с.

44. Кузьмин Р.В. Техническое состояние и надежность судовых механизмов. — JL: «Судостроение», 1974.

45. Логвинов А.Н., Трегуб В.И., Ибатуллин И.Д. Методика оценки энергии активации методом микротвердости материалов// Актуальные проблемы трибологии: Тез.докл. Российского симпозиума по трибологии, Самара, 16 — 18 июня 1993 г. — Самара: СамГТУ, 1994. с. 16.

46. Лысенков П.М., Пряхин О.М., Рубин М.Б. Пути повышения технологичности дейдвудных устройств крупнотоннажных судов. Судостроение, №9,1980.

47. Малышев В.В., Морозов С.В., Солдатов А.А. Создание иерархической мультипроцессорной системы диагностики СЭУ. Управление и информационные технологии на транспорте: Тезисы докладов Международной НТК «ТРАНСКОМ 99». — СПГ: СПГУВК, 1999. с.264 - 266.

48. Матаушек И. Ультразвуковая техника. М.: Металлиздат, 1962.

49. Моек Е., Штрикерт X. Техническая диагностика судовых машин и механизмов: Пер.с нем. — JL: Судостроение, 1986. — 232 с.

50. Овсянников М.К., Петухов В.А. Эксплуатационные качества судовых дизелей. — JL: Судостроение, 1982. — 208 с.

51. Осевые колебания системы гребного вала. По материалам фирмы «Хитачи Цозен», ЛЦПКБ, Пер. 006-111-266,1967

52. Осколков В.П. Исследование продольных и крутильных колебаний системы валопровода силовой установки СМБ «Смелый». Рыбное хозяйство. — 1976. №8. — с. 37-38.

53. Отраслевой стандарт, валопроводы надводных судов и кораблей. Монтаж. Технические требования. ОСТ.5 4078-73. Издание официальное. 1973. —210 с.

54. Пановко Я.Г Основы прикладной теории колебаний. — М.: Машиностроение, 1967.-314с.

55. Перник А.Д. Проблемы кавитации. — JT.: Судостроение, 1966.

56. Петровский Н.В. Газотурбинный наддув мощных двухтактных судовых дизелей. JL — Судостроение, 1970, 254 с.

57. Пимошенко А.П. Защита судовых дизелей от кавитационных разрушений. — JL: Судостроение, 1983. — 120 с.

58. Плотников А.В., Башуров Б.П. Безразборное диагностирование и прогнозирование технического состояния системы гребного вала с помощью ЭВМ. Тяжелое машиностроение, 1991, №9

59. Половко А.М. Основы теории надежности. — М.: «Наука», 1964.

60. Полипанов И.С. Защита системы охлаждения дизеля от кавитационного разрушения: JL, Машиностроение, 1978.

61. Промыслов JI.A. Ускоренная оценка надежности судовых теплообменников. JL: Судостроение, 1976. — 68 с.

62. Промыслов JI.A. Отказы и работоспособность судовых теплообменников. JL: Судостроение, 1974.

63. Скуридин А.А. Развитие теории и создание методов расчета кавитационных разрушений полостей охлаждения дизелей. Автореф. докт. дис. ЛПИ им.М.И.Калинина. — JL, 1980.

64. Смирнов О.Р., Юдицкий Ф.А. Надежность судовых энергетических установок. Л.: Судостроение, 1974. 280 с.

65. Соколовский М.И., Темнов В.Н. К вопросу о разработке сценариев опасного состояния технических средств. Управление и информационные технологии на транспорте.// Материалы международной НТК «ТРАНСКОМ 2001». - СПб.: СПГУВК, 2001. с.67 — 68.

66. Сопротивление материалов. Под ред. А.Ф.Смирнова. — Учебник для ВУЗОВ. Изд. 3-е перераб. и доп. М.: «Высшая школа», 1975. — 480 с.

67. Сотсков Б.С. Основы теории и расчета надежности элементов. — М.: Физматгиз, 1962.

68. Сотсков Б.С. Технические средства управления и вопросы их надежности. — М.: «Наука», 1974.

69. Сыромятников В.Ф. Автоматика как средство диагностики на морских судах. — Л.: Судостроение, 1979. — 312с.

70. Техническая эксплуатация летательных аппаратов: Учеб.для вузов / Н.Н.Смирнов, Н.И.Владимиров, Ж.С.Черненко и др.; Под ред. Н.Н.Смирнова. — М.: Транспорт, 1990. — 423 с.

71. Ультразвук. Маленькая энциклопедия/ Под ред. И.П.Голяминой. М., Советская энциклопедия, 1970.

72. Ускоренные испытания на надежность технических систем. Материалы I всесоюзной конференции по методам ускоренных испытаний. — М.: Изд-во стандартов, 1974.

73. Ускоренные испытания изделий машиностроения на надежность. ВНИИН Маш.Вып.2. М.: Госстандарт, 1969.

74. Федоров В.В. Термодинамические аспекты прочности и разрушения твердых тел. — Ташкент: Изд-во ФАН, УзССР, 1979. — 168с.

75. Фока А.А. Повышение точности оценки параметров колебательных процессов судовых валопроводов при наличии случайных погрешностей. Минморфлот. В/О «Мортехинформреклама», Деп. №470. — МФ. — 1985. — 5 с.

76. Фраас А., Оцисик М. Расчет и конструирование теплообменников. Пер. с англ. — М.: Атомиздат, 1971.

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

78. Шмелев В.П. Эрозионные разрушения топливных насосов мощных судовых дизелей. Техническое обслуживание судового оборудования и его эксплуатационная надежность. — М.: Рекламинформбюро, 1974.

79. Sterowanie optymalne ukladu napedowedo z pradnica zawieszona // Silownie Okatowe: Материалы VIII международного симпозиума. — Гдыня.: WSM, 1986. — с. 43 — 59. (Управление режимами работы пропульсивной установки с ВГ).

80. Wptyw warunkow ekspoatacyjnych па ргасе okretowych uktadow napsdowych z prsdnica rawieszongV/Silownie Otrstowe: материалы XII международного симпозиума. — 1991. Гдыня. — с.46 — 54. (Влияние условий эксплуатации на работу пропульсивной установки с ВГ).

81. Metodyka sporzadzehia charakterystyk napedowych statkow z uwzglednieniem nadwyzek mocy silnika glownego//OT4eT no НИР/ITESO. Щецин, 1992. 36 с. (Методика построения пропульсивных характеристик с учетом резерва мощности ГД).

82. Wplyw materialow па rozwoj erozji kawitacyjnei i spadki sprawnosci srub okzetowych//Silownie Okretowe: Материалы XVмеждународного симпозиума. — Гдыня, 1993. — с. 173 — 178. (Влияние материала на развитие кавитации и КПД судовых винтов).

83. Badania eksploatacyjne ukladu napedowego silnik — sruba — pradnica zawieszona na wybranym statku/ZEXPLO SHIP 99: материалы НТК. Щецин — Копенгаген, 1999. — с.35 — 41. (Эксплуатационные исследования пропульсивной установки ГД — винт — В Г).

84. Metodika sporzgdzania charakterystyk napedowych wybranego uldadu napedowego statkow morskich//C6.Hay4.Tp. Балтийской ассоциации машиностроителей. — Калининград, 2001. — с. 187 — 191. (Методика построения пропульсивных характеристик морского судна).

85. Lutzen С., Moller А.Р., Christensen С. "Turbocharger failures, a law of nature or neglect" CIMAC 2001, Hamburg, v.3,796-801

86. СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ АВТОРА ПО РАЗДЕЛАМ1. ДИССЕРТАЦИИ

87. Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

88. Балякин А.В., Шарик В.В., Башуров Б.П. К вопросу оценки надежности теплообменных аппаратов систем судовых дизельных установок на стадиях проектирования, технологическогоизготовления и эксплуатации.// Двигателестроение, 2004, №4. — с.22-24.

89. Скиба А.Н., Бордунов Б.В., Шарик В.В. Анализ результатов обрезки гребного винта, как метода «облегчения» его гидродинамической характеристики.// Тр.международной научно — технической конференции, ДВИМУ, 2005

90. Башуров Б.П., Носенко Е.С., Шарик В.В. О стратегии технического обслуживания и ремонта вспомогательного оборудования энергетических установок судовых транспортных средств. Изв.ВУЗов «Машиностроение», 2004, №11, с.29 — 35.