автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.05, диссертация на тему:Повышение эффективности и оптимизация режимов работы систем судового микроклимата

УКРАИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОРСКОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. адм. ^ц^ровфд

ОА

Голиков Владимир Антонович

УДК 629.12.06:628.84

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ И ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ СИСТЕМ СУДОВОГО МИКРОКЛИМАТА

Специальность 05.08.05 — Судовые энергетические установки

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Николаев - 2000

Диссертация является рукописью

Работа выполнена в Одесской государственной морской академии Министерства образования и науки Украины

Официальные оппоненты: д.т.н., проф. Суворов Пётр Семёнович —

АО «Украинская Дунайская судоходная компания», президент;

д.т.н., проф. Тимошевский Борис Георгиевич — Украинский государственный морской технический университет им. адм. Макарова, заведующий кафедрой;

д.т.н., проф. Федоровский Константин Юрьевич — Севастопольский государственный технический университет, профессор кафедры.

Ведущая организация: Одесский государственный морской университет Министерства образования и науки Украины

Защита состоится 27 ноября 2000 г. в 13 часов на заседании специализированного учёного совета Д 38.060.01 в Украинском государственном морском техническом университете по адресу: Николаев, ул. Героев Сталинграда 9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УГМТУ Автореферат разослан 26 октября 2000 г.

Ученый секретарь специализированного ученого совета, д.т.н., профессор

Квасницкий Г.Ф.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Важнейшим стратегическим направлением развития морехозяйствен-ного комплекса Украины является создание безопасных условий работы при эксплуатации судовых технических средств.

Суда современного транспортного флота характеризуются действием на моряков вредных производственно-бытовых факторов физической и химической природы, производственно обусловленный контакт с которыми сохраняется и в нерабочее время (период межвахтенного отдыха). Факторы морской стихии, быстрое по времени и значительное по величине изменение естественных, прежде всего, метеорологических условий в плавании дополняет отрицательное влияние судовых производственных факторов, которые обуславливают не только вредный характер работы, но и неполноценность межвахтенного отдыха членов экипажей и необходимость ограничения непрерывного плавания.

Безопасность судна и охрану человеческой жизни на море обеспечивают судовые энергетические установки и системы, основными функциями которых является создание технической надежности судна и формирование гигиенически обусловленных условий проживания.

Рост уровня автоматизации современных морских судов, внедрение автоматизированных комплексов по эксплуатации судовых энергетических систем, включая навигационные, существенным образом изменили характер производственной деятельности плавсостава, трансформировав его функции как операторов на подвижном объекте. Это, с одной стороны, создало предпосылки для сокращения численности судового экипажа, а с другой — увеличило степень нервно-эмоциональной и энергетической компонент труда.

В связи с ростом функциональной значимости каждого специалиста в судовом экипаже для повышения его надежности как элемента эргатиче-ских систем, включая и судовые энергетические установки, для моряков в продолжительных рейсах необходимы современные системы жизнеобеспечения.

Прогрессивные тенденции в развития судостроения и эксплуатации флота, которые лежат в основе улучшения обитаемости современных морских судов, создают предпосылки для существенного повышения производительности труда при сохранении высокой работоспособности и потенциала здоровья моряков. В то же время результаты многочисленных исследований показывают, что наблюдается несоответствие между современными гигиеническими требованиями, которые основываются на результатах новых научно-теоретических разработок, и конкретными техническими решениями.

Актуальность темы исследований связана с отсутствием современных теорий, которые решают проблемы адаптации людей к необычным условиям

обитания и жизнедеятельности, а также неспособностью судовых энергетических систем обеспечивать уровень современных гигиенических требований, в первую очередь, по важнейшему компоненту внешней среды — микроклимату судовых помещений. Эти обстоятельства вызваны сложностью изучения динамических процессов взаимодействия организма человека с окружающей средой, ограниченностью функционирования систем кондиционирование воздуха (СКВ), низким уровнем технических решений по подготовке воздуха и автоматизации процессов кондиционирования воздуха.

В настоящее время эта важная народно-хозяйственная задача решается главным образом путем предоставления морякам компенсаций и льгот за вредные и опасные условия работы. Однако для независимой Украины возрождение морского флота следует начинать с оснащения судов новейшими образцами энергетических установок, включая системы судового микроклимата (ССМ), способные создавать все необходимые условия обитания для активной деятельности человека в продолжительном плавании.

Связь работы с научными программами, планами, темами состоит в обобщении результатов исследований, выполненных автором и под его непосредственным руководством в рамках таких государственных координационных планов и программ: плана ускорения научно-технического прогресса на морском транспорте на 1986-1989 гг. и на период до 2000 г. и мероприятия по его обеспечению, одобренного Коллегией Минморфлота СССР 27 августа 1985 г. (прот. № 48, поз. 4.8, 5.6 и 8.3); национальной программы исследований и использования ресурсов Азово-Черноморского бассейна на период до 2000 года (Указ Президента Украины от 16.12.1993 г., государственная программа «Флот и транспорт»); приоритетному направлению научных исследований Министерства образования Украины на 1992-1996 гг. «Здоровье человека»; приоритетному направлению научно-исследовательских и научно-технических программ Министерства образования Украины на 1997-1999 гг. «Энергоресурсы и энергосбережение».

Основные диссертационные исследования отражены в НИР № ГР0196Ш18699, № ГР018600315, № ГР01826063289.

Целью исследования является разработка теоретических основ проектирования самонастраиваемых ССМ, решающих научно-прикладную проблему управления параметрами воздушной среды в помещениях в соответствии с гигиеничными требованиями обитания на судах.

В процессе исследований решались следующие основные задачи: ■ установление количественных характеристик и функциональных зависимостей, определяющих результаты нервно-эмоционального и энергетического взаимодействия организма моряка с внешней воздушной средой для определения границ области применимости ССМ;

■ разработка математических моделей элементов ССМ для параметризации тепломассообменных процессов в воздухе при подготовке воздуха и формировании регулирующего влияния на объект управления;

ш установление соответствия результатов моделирования заданным целям и критериям с прогнозированием развития системы;

■ определение качества переходных процессов в контурах регулирования параметров воздушной среды в ССМ;

■ разработка методик определения оптимальных настроечных параметров, алгоритмов их задания, оптимизации управления элементами и контроля режимов работы ССМ.

Объектом исследования являются судовые энергетические установки, важнейшей функцией которых является создание комфортных условий жизнедеятельности моряков в плавании.

Предметом исследования является ССМ с энергетическими и материальными процессами в воздушных потоках: открытых территорий судна, производственных отсеков, служебных помещений, замкнутых мест обитания, технологическими средствами подготовки воздуха и управления.

Методы исследования. В работе применены методы планирования эксперимента, статистической обработки данных и статистического контроля, математического моделирования на ЭВМ, теорий систем, вероятностей, кондиционирования воздуха и других, охватывающих основные направления системотехники.

В лабораторных и натурных судовых рейсовых исследованиях применены стандартные физические, химические и психофизиологические методы, адаптированные к условиям судна. Результаты исследований обработаны методами математической статистики.

Научная новизна работы и полученных результатов заключается в том, что впервые, в отличие от существующих СКВ, режимы работы которых определяются метеоусловиями, проблема повышения эффективности ССМ решена путём научного обоснования нового принципа функционирования системы, согласно которому режимы работы формируются по тепловому состоянию и степени адаптированности человека, а воздухоподготовка оптимизируется по энергетическим критериям с дополнительным учётом метеоусловий и степени загазованности атмосферного воздуха, что соответствует основным положениям концепции кондиционирования судового микроклимата.

Получили научное обоснование:

■ усовершенствованная принципиальная схема перспективной ССМ, как следствие открытия явления повышенной униполярной иониза-

ции атмосферного воздуха над поверхностью воды морей и океанов эл. зар.см') за счёт баллоэлектрического эффекта, установления закономерностей влияния физических и химических факторов, особенностей трудовой деятельности и состояния работоспособности человека, а также уровня технического совершенства процессов воздухоподготовки на формирование термодинамического состояния воздушной среды в кондиционируемых помещениях судов;

■ новые методы расчёта оптимальных значений термодинамических параметров кондиционируемого воздуха в помещении и при воздухоподготовке для автоматического поддержания условий комфортности микроклимата и снижения до минимально неизбежных затрат энергопотребления ССМ в статике и динамике;

11 новые технологические решения по воздухоподготовке в ССМ для обеспечения кондиционности микроклимата помещений по газовому составу воздуха на уровне ПДКСС путём повышения давления воздуха внутри жилой надстройки до 250...350 Па и непрерывной, автоматически управляемой очистки приточного воздуха до уровня ПДКСС;

■ новые технические решения построения многопараметрических регуляторов комфортности оптимальных по отклонению и быстродействию, а также фильтрующего устройства, обеспечивающего степень извлечения загрязнителя из воздуха на уровне не ниже 0,999 при коэффициенте орошения 1,0... 1,2.

Практическое значение полученных результатов. Научные положения, определяющие условия энергетического и материального равновесия в системе «человек - судно - окружающая среда» стали основой при разработке и создании систем жизнеобеспечения, нормативных, инструктивно-методических документов, учебно-методической литературы.

Математические модели, блок-схемы, алгоритмы, лабораторные и исследовательские образцы новой техники, примененные в данных исследованиях, внедрены в следующие научно-исследовательские и проектно-конструкторские работы по модернизации и созданию систем и средств коллективной безопасности на судах и в портах при перевозке химически опасных грузов.

Предложены системы и средства, а также конструктивные схемы и технические решения, отличающиеся технической новизной, защищенные авторским свидетельством и патентами.

Теоретические разработки по управлению микроклиматом судна позволили приступить к решению широкого спектра проблем, связанных с экологической безопасностью на производстве.

Реализация полученных результатов. По материалам исследований разработаны и внедрены: «Технико-эксплуатационные требования по автоматизации судовых систем кондиционирования воздуха» (1985 г.) и «Требования к судовым средствам контроля и обеспечения коллективной безопасности экипажей в жилой надстройке танкеров-газовозов при перевозке аммиака» (1986 г.); «Разработка и исследование фильтрующих элементов систем кондиционирования воздуха танкеров-газовозов» (1985 г.); «Разработка электронной приставки к датчику раннего выявления аммиака для защиты от проникновения паров перевозимого груза» (1986 г.); «Разработка автоматической системы регулирования газового состава воздуха в помещениях надстройки танкера-газовоза» (1987 г.); «Разработка проекта модернизации системы комфортного кондиционирования воздуха» (1987 г.); «Разработка и исследование прибора для диагностики тепло-влажностной комфортности микроклимата судовых жилых помещений» (1986 г.); «Разработка и исследование приборов управления системами динамического комфорта» (1985-1986 гг.); «Разработка алгоритмов управления СКВ по минимально неизбежным затратам» (1987 г.).

Фрагменты работы демонстрировались на ВДНХ СССР и отмечены одной золотой, двумя серебряными и 4 бронзовыми медалями.

Коллективная межведомственная НИР «Разработка и внедрение комплексной системы обеспечения безопасности экипажей специализированных судов-газовозов» (1991 г.) отмечена дипломом Президиума Центрального правления научно-технического общества водного транспорта СССР. Акты внедрения и иные документы, которые подтверждают факт реализации результатов работы, прилагаются.

Конкретное непосредственное участие автора в получении научных результатов, изложенных в диссертации, состоит в постановке целей, формулировании задач исследований, получении экспериментальных данных, проведении натурных производственных исследований и испытаний, построении математических моделей, а также участии в техническом выполнении созданных на основе проведенных теоретических разработок систем, устройств и приборов. В последнем случае степень непосредственного участия автора составляет 60 %. В создании образцов техники принимали участие Вычужанин В.В., Голиков A.A., Луценко A.B., Фадеев В.И., с которыми у соискателя имеются публикации, авторское свидетельство и патенты.

Автор выражает благодарность д.т.н., проф. Овчинникову П.Ф., д.ф.-м.н. Попову В.Г., к.ф.-м.н. Кривому А.Ф. за консультации в процессе проведения исследований по математическому моделированию и д.м.н., проф. Шафрану Л.М. за консультации в процессе проведения физиолого-гигиенических

исследований по тепловой адаптации моряков в рейсах и химической безопасности экипажей танкеров-газовозов.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на: научно-практическом семинаре «Использование ЭВМ при проектировании судовых систем» (Москва, 1979); VIII всесоюзной научно-технической конференции «Современное состояние и перспективы развития кондиционирования воздуха на судах» (Николаев, 1984); международной научно-практической конференции «Моряк и его здоровье» (Болгария, Бургас, 1988); VII всесоюзной научно-технической конференции «Проблемы комплексной автоматизации судовых технических средств» (Ленинград, 1989); всесоюзной научной конференции «Человек - океан» (Махачкала, 1990); 19-м симпозиуме по реологии (Литва, Клайпеда, 1998); семинарах «Проблемы морской кибернетики» секции научного совета АН Украины по проблеме «Кибернетика» (Одесса, 1982, 1986, 1989 и 1994); научных и научно-методических конференциях профессорско-преподавательского состава ОГМА (1987-1999).

Публикации. По теме диссертации опубликована 41 научная работа, в том числе одна монография, 5 учебных пособий; 20 статей, авторское свидетельство и 3 патента на изобретения, 11 тезисов докладов конференций. Кроме того, результаты работы представлены в 26 отчетах о НИР.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из вступления, 8 разделов, вывода, списка литературы из 298 наименований и приложений. Общий объем работы — 408 стр., в том числе 339 стр. основного текста, 29 стр. списка литературы, 81 рисунка, 47 таблиц и 40 стр. приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение посвящено обоснованию выбранной тематики по разработке оптимальных ССМ, освещаются цель и задачи исследований, научная новизна и практическое значение полученных результатов.

В первой главе для постановки цели и главных задач исследований дан анализ концепций кондиционирования воздуха и кондиционирования микроклимата на судах, установлены основные противоречия между принципами гигиенического нормирования микроклимата помещений и теорией кондиционирования воздуха, определены объект исследований, критерии для его изучения и управления им.

Концепция кондиционирования воздуха сформированная в 60-70 годы Н.К. Витте, А. Бартоном и О. Эдхолмом, Г.Х. Шахбазяном, Е.П. Сергеевым, Ю.М. Стенько, определила принципы гигиенического нормирования метеорологических параметров микроклимата помещений в зависимости от районов плавания судна и сезонов года. Принципы закрепили главенствующее положение теплового комфорта и тепловой адаптации человека,

климатической и сезонной дифференциации состояния воздушной среды, а также вида производственной деятельности.

Теоретической базой концепции стало уравнение теплового баланса в процессах энергообмена человека с окружающей средой

<?Т = МТ±<?,±<2Р±<?И> (1)

в котором количество тепла С?т, накапливаемого организмом за счёт основного обмена веществ Мт, компенсируется теплом, отдаваемым в окружающую среду путём конвекции <?„, радиации С?р и испарения <3„.

Многочисленные показатели комфортности микроклимата, устанавливающие взаимосвязь между самочувствием человека и параметрами воздушной среды, различные подходы к стандартизации условий обитаемости на судах отечественной и иностранной постройки указывают на важность и нерешённость проблемы удовлетворения принципам нормирования микроклимата.

Основными препятствиями для её решения являются: только субъективная оценка состояния организма человека, как объекта управления, и попытка математического описания динамических процессов взаимодействия в системе «человек - окружающая среда» линейными законами статики.

Эти недоработки легли в основу теории кондиционирования воздуха, согласно которой организм человека не является объектом управления, а внутренним возмущающим воздействием в помещении, как объекте управления, что в дальнейшем являлось системной ошибкой при создании судовых СКВ.

С точки зрения конструктивного совершенства в технике судового кондиционирования приоритетными стали двухканальные СКВ с унифицированными центральными кондиционерами. Режимы работы СКВ, хотя и ошибочно, но по теории кондиционирования воздуха методически правильно направлены на компенсацию основного возмущающего фактора — температуры наружного воздуха. Управление метеорологическими параметрами воздуха в помещении ручное, субъективное. Однако на отдельных океанских пассажирских и круизных судах микроклимат в помещениях создается климатизерами и воздуходоводчиками с учётом района плавания. На специализированных судах для перевозки химически опасных грузов в состав двухканальных СКВ включено оборудование для аварийного отключения системы в случае газовой опасности.

Учитывая высокий уровень технического совершенства и специфичность производства судового оборудования предметом исследований стали в основном двухканальные СКВ, хотя для их сравнения рассмотрены и другие типы систем.

Концепция кондиционирования микроклимата судна явилась результатом последующих исследований, проводимых Л.М. Шафраном, Ю.М. Стенько, Л.М. Мацевич, И.А. Саповым и A.C. Солодковым, A.M. Войтенко, О.Ю. Не-тудыхаткой, Г.Н. Новожиловым и О.П. Ломовым, согласно которой основным объектом в системе «человек - судно - природная среда» является человек, а судовой микроклимат — регулирующий фактор обеспечения его работоспособности при сохранении здоровья. Это существенно расширило гамму физических, химических и биологических возмущающих факторов среды обитания, а также раскрыло специфические особенности жизнедеятельности моряка на производственно-коммунальных движущихся объектах.

При сравнительном анализе предмета исследований и перспективной ССМ (рис. 1), удовлетворяющей основным принципам кондиционирования, определялось их соответствие основным классификационным признакам по структуре и управлению в соответствии с основными положениями теории систем (табл. 1). Это позволило осуществить первичное очертание структуры новой системы, а дальнейшая оценка возможностей существующих СКВ активно противодействовать вредным факторам природной и судовой среды, используя современную концепцию обеспечения опти-

Рис. 1. Схемы взаимосвязей в системах управления микроклиматом существующей (а) и перспективной (б): СВП — система воздухоподготовки; Р — регуляторы; БЗМУ — блок задания микроклиматических условий; БРК — блок регуляторов СВП и комфортности микроклимата; БУР — блок вибора оптимального технологического процесса; НП — наружный воздух; ВВ, УВ, РУВ — возмущающее, управляющее и ручное управляющее влияние; ПС, ОС — прямая и обратная связь; РТ — результирующая температура; МК — параметры микроклимата

мальных условий жизнедеятельности на судах и передовые научные разработки по созданию современных СКВ, определила общую научную проблему диссертации следующим образом: разработка теоретических основ и

создание самонастраивающихся ССМ. Главными задачами исследований явились: установление режимов работы системы, разработка математических моделей её элементов, определение качества переходных процессов для оптимизации работы системы.

Таблица 1

Сравнительная характеристика СКВ (а) 1 ССМ (б)

№№ Наименование Система

(а) (б)

1 Классификационные признаки

1.1 Общность и различие прямая связь прямая и обратная связь

1.2 Управление (поведение) недетерминированное детерминированное

1.3 Взаимосвязь элементов динамическая динамическая

1.4 Сложности реализуемых функций простейшая (1-го уровня) самонастраиваемая с запоминанием (4-го уровня)

2 Свойства органа управления (принципы)

2.1 Информативность не обладает обладает

2.2 Целенаправленность не обладает обладает

2.3 Быстродействие не обладает обладает

3. Структура (принципы)

3.1 Цели одноцелевая многоцелевая

3.2 Целостности не соответствует соответствует

3.3 Простоты не соответствует соответствует

3.4 Сбалансированности (критериальности) не соответствует соответствует

Вторая глава диссертации посвящена теоретическим и экспериментальным исследованиям по определению характеристик основных звеньев системы для установления режимов работы и повышения технологической эффективности элементов воздухоподготовки и уточнению целей и задач дальнейших исследований.

В процессе натурных исследований изучены условия обитаемости на семи типах судов, включая пассажирское, учебное, универсальное, контейнеровоз, ро-ро и танкер-газовоз, с общим контингентом 998 человек. Мужчин — 667 чел. и женщин — 331 чел., из них возрастом до 30 лет — 474 чел., до 45 лет — 354 чел., до 60 лет — 138 чел. и старше 60 лет — 26 чел. При обследовании моряков, курсантов и пассажиров использованы многолетне апробированные физиологические методы оценки: самочувствия; функционального состояния нервной (включая анализаторы) и сердечно-сосудистой систем организма; физической работоспособности; состояния клеточных мембран и электролитного баланса, а при теплотехнических экспериментах с оборудованием — методы прямого измерения фи-

зических и химических составляющих массо- и теплообменивающихся сред.

Статическая характеристика объекта управления получена из уравнения (1) после ряда дополнений. Основным недостатком этого уравнения является неполное отображение величин Q^ и Мт, характеризующих состояние организма человека.

Анализ литературы показывает, что изменение теплосодержания тела Д/т и температура кожи /к тесно коррелируют (г > 0,9) с теплоощущениями человека PMV. Аппроксимация экспериментальных данных B.C. Кощеева, В.И. Кричагина, характеризующих АЦРМ V), и B.C. Кощеева, Т.К. Куче-рук, характеризующих tK(PMV), нелинейными эмпирическими зависимостями по методу наименьших квадратов с относительной погрешностью менее 15% позволила установить дополнительную зависимость tK (PMV) от уровня тепловой адаптации людей:

Д/т =

К =

{\5PMV при РМК < 0, [2PMV при РМ V> 0, exp[0,2ln{PMV + 4) + 3,23} неадаптируемые exp[0,271n (PMV + 4) + 3,13] адаптируемые

(2)

*т(тах)

'т(ном)

Анализ исследований по адаптации людей к трудовой деятельности на фоне физической работы показал на прямую зависимость между Мг и частотой сердечных сокращений организма сос. Если учесть, что Мт ~ 0,7Рт, где Рт — резервная мощность организма, а Мт = (4...6)Nr, где NT — внешняя мощность, то можно, используя методики оценки физической работоспособности и утомления экспериментально установить NT(сос) в интервале сосе[1,0; 2,83 с"1] в виде прямой, но при сосе[0,8; 4,0 с'1] Ят(сос) — нелинейная (рис. 2). Обобщение натурных исследований Н.К. Витте, B.C. Кощеева, Г.Х. Шахбазян и Ф.М. Шлейфман, Р. Ахмедова позволило в интервале температур воздуха /„€[-40; 55 °С] с максимальной

. />, Вт

1500

лГч»

1000 N

Дизадап-тацион-ный режим Адаптацион- / ный режим / Форсированный режим Патологический режим

100 ч^о 3,6-4,0 „

1.0 2,83

c(min)

® = (ном)Ис(та„ Юс.С-1

Рис. 2. Энергетическая характеристика и режимы функционирования организма человека

относительной погрешностью 14% определить Ят(шс), Рт(/В) и со <.(/„) для условий отдыха и легкой работы при юс е [1,0; 2,5 с-']:

Рт = (l2coc2 - 27,8сос + 18,7)mr

Рт = 0,04/в2 - 2,37/, + 120, (3)

сос = 2,5 • Ю"4*2 + 1,33 ■ 10~3/в + 0,983.

Зависимости (3) используются при смешанном влиянии физических и тепловых погрузок, которая подтверждается нашими данными и B.C. Кощеева при обследовании мужчин в возрасте 20...28 лет, средней массой тела тт = 70 кг. Кроме этого, получены функциональные зависимости ряда нормируемых показателей комфортности РМ V, PPD, ЭЭТ и РТ от метеорологических параметров воздушной среды, тесно коррелируемые (re[0,95; 0,98]) с экспериментальными данными.

Установление взаимосвязи между гемодинамическими (шс), нервно-эмоциональными (PMV) показателями состояния человека и параметрами воздушной среды позволило с помощью уравнения (1) определять величину регулирующего параметра, например,

= *,/,(а>е)+ K2[2{PMV)+ K3f3(vB)+ /Г4/4(ф.) + KsM'onJ- (4)

В этом уравнении коэффициенты К\ - К5 зависят от характеристик организма человека и его одежды.

Исследователями также установлено, что на вид зависимостей Ят(шс), PT(PMV), PT(tB) влияет степень адаптируемости организма (см. рис. 2), существенно изменяющая угол наклона кривой на участке ON и положение точки перегиба N кривой ОМ. Для моряков величина ординаты точки N также нормирована: Л(2,83) <= [640; 800 Вт]. Она определяет период пребывания моряка на судне. Повышение или сохранение этого периода возможно путём различного вида тренировок (термотренировок).

Необходимость срочной тепловой нормализации (СТН) моряков на судне возникает при переходе из производственных зон в места отдыха после воздействия вредных тепловых нагрузок.

Результаты экспериментальных исследований в термокамерах, проведенных Н.К. Витте, Г.Х. Шахбазяном и В.М. Шлейфман, Ю.М. Стенько, B.C. Кощеевым, позволили формализовать эту процедуру путём определения предпочтительной температуры воздуха в помещении /пч в зависимости от времени, дефицита тепла в организме после холодовых нагрузок и величины температуры рабочей зоны /рз после пребывания в условиях согревающего климата с /р, > 40 °С:

при Д/т < 0

'33,0 + 1,0;

- 0,0355с2 + 0,533с + 68-

(-д/т)

0 s т < 2,0, 2,0 < х < 15,

53 < т < 64 -

< т < 68 -

(-4)'

17,8

2Ц

(-ДК)' (5)

при Д/т > 0 и ip, > 40 °С _ Г(4-0,1/рз)т+/рз -13 т < 10, 1 ~ 1-0,15т + 29,5 10 <т

{

10 < I <30.

В течение проведения процедуры остальные составляющие микроклимата помещения: cp„ = 50±5 %; v„ < 0,2 м/с. Относительная погрешность аппроксимаций при получении выражений (5) составила не более 10 %.

Предварительная тепловая адаптация (ПТА) к предстоящим климатическим районам плавания — это искусственное повышение тепловой устойчивости путём выполнения дозированной физической нагрузки человеком при низкой или высокой температуре окружающей среды. Основные положения ПТА сформулированы Г.Н. Новожиловым и О.П. Ломовым, согласно которым температура или метеорологические параметры воздуха в помещении должны соответствовать ожидаемой; начальная физическая нагрузка Агт= 100 Вт поддерживается по 45 минут в течение двухчасовой экспозиции с 15-минутным отдыхом после каждого цикла, ежедневное наращивание NT на 10 % последующие 5 дней, а затем Мт повышается скачкообразно до 200 Вт, минимальный период ПТА, дающий эффект, — 6 дней, сос< 170 мин"1.

В целях закаливания моряков, постоянно находящихся в помещениях, а также для рекреации плавсостава, отмечают Ю.М. Стенько, A.M. Войтенко и Л.М. Шафран, необходимы термотренировки, предусматривающие колебания температуры воздуха в допустимых границах по синусоидальному закону с периодом колебаний 40...60 минут.

Результаты анализа исследований по динамике адаптационных процессов в организме человека при сос<3 с'1 указывают на ведущее значение температуры воздушной среды при жестких ограничениях на другие параметры микроклимата.

Определение характеристик ионного состава воздушной среды судовых помещений при кондиционировании наружного воздуха осуществлялось после проведения натурных экспериментов в течение 48 суток на газотурбоходе «Капитан Смирнов» по маршруту Одесса - Гавана - Одесса. Измерение ионного состава атмосферного воздуха и воздуха помещений осуществлялось аспирационным счётчиком аэроионов АСИ-1 с диапазоном измерения от 0 до 107 эл. зар./см3.

Результаты экспериментов показали высокий общий уровень ионизации как атмосферного воздуха, пт е [l,3-10s; 107 эл. зар./см3] так и воздуха помещений п„ е [0,09-105; 30-105 эл. зар./см3]. В 70 % опытов лёгкие положительные ионы отсутствовали. Функциональная зависимость концентрации ионов, полученная в результате обработки данных, нелинейная:

Лп = {6) а

ае[0,42; 0,78], i>e[l,34; 3,77], при ге[0,46; 0,8].

Проведенные исследования позволили сделать вывод о возможности отказаться от дополнительной искусственной ионизации воздуха внутри помещений судна.

В натурных экспериментах на танкере-газовозе «Моссовет», оборудованном двухканальной СКВ, проверена эффективность средств коллективной защиты экипажей от вредного воздействия химически опасных грузов. Данные экспериментов, проводимых в течение рейса по маршруту Южный- Новый Орлеан - Хьюстон - Южный с грузом аммиака объёмом 90.000 м3 показали наличие постоянного химического загрязнения воздуха жилых и служебных помещений, в 5... 15 раз превышающего ПДКСС на всех этапах рейса даже при включённой системе водяного орошения куполов грузовых танков и лобовой части жилой надстройки. Аварийная герметизация наружного контура надстройки и перевод СКВ в режим рециркуляции ещё больше увеличивает инфильтрацию загрязнённого наружного воздуха в помещения надстройки.

Низкая эффективность современных средств коллективной защиты потребовала поиска новых способов и средств, обеспечивающих кондиционность воздуха помещений по химической составляющей на уровне ПДКСС. Определение статических характеристик воздушной сети жилой надстройки судна, создающих избыточное давление при максимально возможной объёмной скорости приточного воздуха — Vnp дало возможность установить нижнюю границу избыточного давления на уровне 250 Па, при котором прекращается инфильтрация наружного воздуха, a Vnp = 0,75VnHpOM.

Повышение давления до 500 Па препятствует перемещению людей внутри жилой надстройки.

г Для определения глубины очистки воздуха в ЦК СКВ от аммиака проведены натурные эксперименты на восьми режимах воздухоподготовки, включающих адсорбцию, пароувлажнение, орошение, охлаждение, нагрев и осушение. Результаты эксперимента показали относительно высокую степень извлечения аммиака из воздуха при работе ЦК в режиме «адсорбция - охлаждение - осушение», достигающую 0,4. Вместе с тем, условия комфортности микроклимата требуют, чтобы эта величина была не менее 0,999. Это поставило дополнительную задачу обеспечения необходимых и достаточных условий относительной замкнутости судовых помещений от поступления загрязнённого атмосферного воздуха, создания высокоэффективного способа и средства химической очистки воздуха.

Результаты исследований дали возможность: установить режимы работы ССМ: комфорт, ПТА, СТН и ТТ; отказаться от дополнительной ионизации воздуха в помещениях и уточнить задачу поиска эффективного способа и средств коллективной защиты при перевозке химически опасных грузов.

Третья глава диссертации посвящена теоретическим исследованиям по разработке математических моделей динамики теплообменных процессов в элементах ССМ, особенности которых не отражены в теории кондиционирования воздуха и других результатах научных исследований.

Из-за сложности изучения человеческого организма как системы го-меостаза, связанной с рассеянием накопленной жизненной энергии в окружающую среду, формализация этих процессов существенно затруднена. Известные математические модели используют вероятностные подходы и законы сохранения энергии, отражающие динамику систем организма относительно количества движения адаптационного процесса.

При формировании математической модели этого процесса в гомеоста-тических системах для простоты доказательств объект исследования представлен материальной точкой, перемещающейся относительно нулевого положения, и к ней применим закон сохранения энергии сил взаимодействия: упругости — Руп, сопротивления — /\;П, инерции — Рни, действующей — возмущающей — /^(т). При прямолинейном движении вдоль оси перемещения х при т ^ 0 применим второй закон Ньютона: тпах + тспх + тупх = - (г). Показано, что в качестве х можно взять

любую гомеостатическую константу, например, температуру тела /т. Тогда закон сохранения энергии сил для системы теплового гомеостаза будет представлен: Д<2ИМ + Д<3СП + Д(?уп = АМТ - /^(т), а с учётом предварительно полученных функций М(сос, т) и /^(¿в, <рв, ¡РУ-

( ^

стт,

\

+ = УИ(Дсос, т) - /""„(д , Дфв, Да „, Д/р, т). (7)

Это позволяет учитывать не только состояние адаптации, но и ход адаптационного процесса.

Ввиду того, что функция /^„(т) относится к тепловой нагрузке и носит смешанный характер: ударный — в процессе производственной деятельности; скачкообразный — при смене труда и отдыха; периодический — на вахтах в ночное и дневное время, смене климатических зон, она представлена в виде трёх рядов:

00 X

(8)

+ £4-2(-1Уа(т-л7)],

п~0

где ап, Ьп — коэффициенты Фурье; /„, То — коэффициенты и период функций Дирака; Т— коэффициенты и период функций Хевисайда.

Таким образом, дополнительный учёт изменения количества движения при энергообмене с окружающей средой в математических моделях позволяет решать задачи контроля, управления и прогноза адаптационных процессов. Уравнения (7) и (8), полученные для материальной точки, являются базовыми для формирования математических моделей с распределёнными параметрами и не противоречат основному уравнению теплового баланса (1).

Существующие математические модели динамики тепломассообмен-ных процессов в воздушном потоке кондиционируемого помещения не решают задачи управления относительно каждого метеопараметра (тем более, комплексного показателя комфортности), а только относительно температуры и влажности. Причём при составлении теплового баланса в воздушном потоке, влагосодержание остаётся постоянным, а при составлении уравнения материального баланса — наоборот. Такой подход к моделированию процессов кондиционирования воздуха является далеко не полным и крайне нестрогим.

Предложенная математическая модель процесса кондиционирования предполагает, что при тепломассопередаче происходит одновременное изменение теплосодержания, переноса массы, количества движения, плотности, состояния влажного воздуха и сделаны следующие допущения: постоянство теплофизических параметров, эффекты излучения и проводимость в радиальном направлении учитываются в коэффициентах теплоотдачи, тепловой поток за счёт теплопроводности и диффузии в осевом и радиальном направлении пренебрежимо мал.

В качестве объекта исследования выбрана часть пространства — V, отсечённого плоскостью параллельной ограждению (стенке, потолку), где расположены входные отверстия приточной вентиляции, и находящегося на расстоянии йх от неё. Дифференциальные уравнения относительно: температуры I„ получено из уравнения теплового баланса; плотности пара рп и влагосодержания фп — переноса массы пара в воздухе; подвижности воздуха у„ — сохранения движения влажного воздуха; температуры ограждений /огр — температуропроводности воздуха.

Полная система дифференциальных уравнений:

^п + ^ _ _!_у(оРпУч/„)- —= 0; ^ Рп Рп

(9)

ди.

к п

дт

Рп

Рп

Рп(/)ап(<) ^

2й.

э(<) ;

т > 0; 0 < л: с ; 0 < у < /2; 0 < я < /3; Л = 1,2,3,

где Рп — полное давление; <2, М' — тепло и массовыделение; Р, е!3 — поверхность ограждений, эквивалентный диаметр; с„, а, Д — теплоемкость, коэффициенты: теплоотдачи, диффузии, сопротивления воздушному потоку. В дальнейшем система дифференциальных уравнений (9) линеаризована традиционными методами и приведена к операторной форме для решения задач автоматизации. В результате в нелинейной и линейной постановке построены две математических модели микроклимата помещения для случаев, когда четыре параметра объекта управления носят распределенный и сосредоточенный характер.

Для решения задач регулирования величины избыточного давления воздуха в помещениях жилой надстройки специализированных судов из уравнения материального баланса и состояния для идеального газа получено дифференциальное уравнение относительно давления воздуха в объёме надстройки, с помощью которого можно также решать задачи определения эффективности конструктивных решений по герметизации наружного контура.

Достоверность математических моделей проверенная в следующих научных экспериментах, которые разрешило обосновать выбор разрабатываемых технических решений.

В теории кондиционирования воздуха динамика химической очистки загрязнённого атмосферного воздуха не рассматривается, а математиче-

ские модели массообмеиа химических производств в основном ограничиваются рассмотрением пленочной модели диффузии. Учитывая важность процесса очистки воздуха, изучен процесс удаления паров химически опасных грузов, описанный законами молекулярной, конвекционной и турбулентной диффузии и рассмотрены как пленочная модель переноса газа, так и модель обновления, характерная для форсуночных камер.

Дифференциальные уравнения процесса восстановления относительно концентрации загрязнителя в воздушном потоке составлены с учетом режима абсорбции: прямоток и противоток.

Четвёртая глава диссертации посвящена теоретическим исследованиям по формированию обратной связи ССМ и разработке регулятора комфортности, используя классические законы регулирования и принципы оптимального управления.

В настоящее время существуют экспериментальные образцы измерителей комфортности, основным недостатком которых является невозможность осуществления качественного непрерывного контроля за состоянием метеорологических параметров воздушной среды, а определение PMV и PDD не соответствует отечественным стандартам.

Используя достоинства ЭЦВМ и полученные ранее математические зависимости определения ЭЭТ и РТ по измеряемым величинам tt, фв, у„, tf, разработан, изготовлен и запатентован судовой комфортометр. Результаты испытаний комфортометра показали его универсальность и высокую точность определения измеряемых параметров (погрешность ±0,2 °РТ). Это позволяет рекомендовать его для использования в качестве датчика измерительного устройства регулятора комфортности микроклимата.

Важнейшим элементом системы является задатчик режимов работы ССМ, который формирует режимы: комфорта, СТН, ПТА и ТТ.

Разработанный алгоритм функционирования задатчика комфорта позволяет устанавливать оптимальные значения а также допустимые диапазоны изменения /„, фп, ии„в зависимости от типа помещений, сезона года и географического района плавания судна, контролируя географическую координату местонахождения судна — широту.

Режим ПТА задаётся централизовано при переходе судна из одного климатического района в другой. Задатчик ПТА в зависимости от перепада А0 = РТ(пр) - Я([) и времени перехода Т (сутки) ежесуточно к величине РТЫ (настоящий район плавания) добавляет приращение APT до достижения Я7"(Т)— РТ(пр) (предстоящий район плавания), a APT = Д, sint *, где т* е [0; 0,5л], и Дт* = п/2Т.

Режим СТН задаётся индивидуально, а алгоритм формирования режима устанавливает t„4(z) в зависимости от PMV, /рз и т в соответствии с за-

висимостями (5) и (6), а также фпч = 50 % и опч = 0,2 м/с. В схеме прибора необходима дополнительная информация о присутствии человека в помещении и режиме работы СВП.

* Режим ТТ носит колебательный характер с периодом колебаний Т, периодом термотренировки Т-,р (обычно вахта — 240 мин), амплитудой APT = РТм - PT„m где РТ(3) — соответствует оптимальной результирующей температуре района плавания, а РТпп — места постоянного проживания. Кроме этого задаётся интервал времени между очередными определениями PT{i) — Ат. Задатчик ТТ, алгоритм функционирования которого разработан, через интервал Дт е [3; 5 мин] изменяет текущее значение PT{Z) по синусоидальному закону в течение всего периода тренировки, направляя сигнал дискретно в устройство управления регулятора комфортности.

Решение задач управления по РТ (рис. 3) осуществлено традиционными методами с применением уравнений теплового и материального балансов для кондиционируемого помещения и использованием извест- Риа 3. Принципиальная схема управления _т, _„_. микроклиматом в помещении пойнте-

ных законов (П, ПИ и ПИД) регули- фальному показателю комфортности: в б, рования. Математическая модель бу — блоки вычисления РТ и управле-процесса регулирования представле- ния; ЦК — ценгральний кондиционер на следующей системой уравнений:

(7>+lK = dnp +

(:т„р + \,ШП + 1>п + (2500 + mtntT,P + Ik =

= /np+(2500 + l,86inKp+|;

' (Т„Р+1р = РТт; (10)

у = кз d(U~PTi) + к fto - PT3)dT + K^U - PT3)dx; dx J

G = KPOY,

где Tn, T„ — постоянные времени помещения и измерителя; G — массовая скорость; d„, d„p — влагосодержание воздуха в помещении и на его входе;

U, Y — выходные характеристики комфортометра и регулятора; Ки К2, К3 — параметры настройки регулятора, а Кро — коэффициент передачи регулирующего органа.

Анализ переходных процессов показал на эффективность ПИ закона регулирования (рис. 4). Однако из-за длительного процесса регулирования (Тр > 200 с). Эти регуляторы не обеспечивают нахождения в ограничениях составляющих микроклимата, что ставит задачу разработки принципиально новых регуляторов комфортности микроклимата.

Для этого система уравнений (10) приведена к нормальному виду:

dx,

ах

~~ = /2 (-^2. й,, й2. "3); ах

(И)

dx3 ~dx

где фазовые координаты х,, х2, х3 объекта управления записаны в относительном виде, а функции м,- (т) (/ = 1,4) — управления, кроме этого, дополнительно ограничены |й,(т)|<1 (¿ = й).

Задача управления заключается в следующем: для обеспечения комфортного микроклимата необходимо за минимальный промежуток времени — Т специальными управлениями перевести объект из положения 2,- = х,- (г = 1,3) в положение х(Т) = 1 ( = 1,3), доставляя минимум

функционалу Рис 4 Изменение физических па-

т раметров воздушной среды в поме-

I = §РТ{хх, х2 ,х3)- РТ(г))йх. (12) щении при стабилизации РТ о

К решению этой задачи, т.е. к отысканию оптимальных уравнений й,(т) (/ = 1,4) в классе кусочно-непрерывных функций применен принцип максимума Л.С. Понтрягина, согласно которому оптимальное управление доставляет максимум гамильтониану

Н{й ,,й2, Дз,ы4) = £ 4>i,

¡=о

(13)

где /о = (РТ(хьх2,х3) - РТ0)2, а ^(т) и фДт) определяются из систем:

г =0,3.

(14)

¿х±_дн_ йф,- = ая

¿г 5ср; сЕт Зх,-

Уравнение оптимального управления й,(г = 1,4) представлено в виде й,- = [х0, х,, х,, ], а оператор ¿/называется оптимальным регулятором.

Задачей синтеза оптимальных регуляторов является построение таких операторов. Для этого обобщена методика, согласно которой оптимальные управления ищутся в виде

ui =sign|2^//*«J (/' = 1>4)>

где Xji (г = 0,3, j = 1,4). Параметры управле-

(15)

приточного воздуха помещения. После при- о ведения системы (11) к матричному виду и принятия Ха = 1 задача оптимизации сведена к определению постоянных А.,- (;' = 1,з), кото- 1,5 рые доставляют минимум функции

3 0.5

Ф(7Д,Д2Д3)= Т2 + |>?(Г), Т>0. (16)

ыо

Для этого применен комплексный метод Бокса, являющийся модификацией сим-

» Ч

; Л.

|.б

л. Л

В*п»

0,75 1,5 2.25 3 < Г'=3'0С » 0 т,с

б)

плексного метода Нелдора-Мида. На рис. 5

представлена динамика переходных процес- 1,2

сов с оптимальным регулятором. Анализ o!s кривых этих процессов в сравнении с кривыми рис. 5 указывает на уменьшение времени

переходного процесса почти в 100 раз, сни- Рис. 5. Динамика переходных

жение колебательности и поддержание пара- ПР0ЦССС0В "Ри стабилизации РТ

„ с оптимальным регулятором:

метров в зоне ограничении. а_ при днскретном управле.

Таким образом, основываясь на принципе Нии; б— с автоматическим вы-

максимума Л.С. Понтрягина и полных дина- бором параметров управление в

отн. ед. (Ы|=?-0,11; uj=- 0,34;

мических моделях кондиционируемых помещений, впервые теоретически обоснован-

u3=0,01;U4=-0,32)

ная система оптимальных многопараметрических регуляторов, обеспечивающих РТ(з) с минимумом среднеквадратичного отклонения и максимальным быстродействием при ограничениях на область измерения.

Пятая глава посвящена исследованиям СВП, направленным на оптимизацию управления тепломассообменными процессами при кондиционировании воздуха.

Функционально СВП разделена на три организационных уровня: агрегатный, куда входит ЦК, холодильная машина, парогенератор, другие системы энергомассоносителей; аппаратный, включающий нагреватели, охладители, увлажнители, фильтрующие устройства и контурный, в который входят системы автоматического регулирования (АСР) параметров воздуха и других тепломасообменивающихся сред. Работа агрегатов и аппаратов носит стационарный характер, а процессы в АСР — динамический.

В настоящее время не существует строго формализованных методов выбора структуры системы автоматического управления (САУ). Вместе с тем, построение оптимальных схем САУ СВП требовало математической формализации, системного определения и воспроизведения по тексту алгоритмов управления. Распределение процесса кондиционирования на подпроцессы, вызванные действием управляющего сигнала от РК и внешнего возмущения от атмосферного воздуха позволило выделить две подсистемы САУ СВП: управляющую (УП) и оптимизации (ОП), из которых УП формирует сигналы управления в соответствии с системой алгоритмов и критериями оптимальности, находящимися в ОП. Математическая формализация и система определения объектов управления реализованы известными методами теории систем и автоматического управления, которое позволило получить их статические и динамические характеристики. Установлено, что на аппаратном уровне объекты управления имеют следующие характеристики: коэффициенты передачи по каналам энтальпии К/е [0,3; 0,55 кдж/(кг-%)] и влагосодержания [- 2,9; 1,8 г/(кг-%)], а постоянные времени Т е [1,0; 8,0 с]. Применение методик определения параметров настройки регуляторов с П, ПИ и ПИД законами регулирования и сравнение переходных процессов по интегральному показателю — среднеквадратичной погрешности указало на преобладающее применение ПИ регуляторов. Между тем, В.В. Вычужанин, используя прямой метод О.О. Ляпунова, на базе П-регулятора разработал АСР с комбинированным принципом управления, который минимизирует разность между возмущающим сигналом и управляющим воздействием, при котором формируется управляющее воздействие по возмущению йи.\/йт = -р(и1-Ко[-уо), а на выходе П-регулятора — по отклонению и2 = -К^Ау, где К0, Кр, р — коэффициенты усиления объекта управления, регулятора и устройства вое-

произведения; ыь и2, / — управляющие и возмущающие воздействия; у — выходной параметр. Задача любой АСР поступает от РК, который оказывает регулирующее воздействие на параметры приточного воздуха.

Оптимальное управление стационарными режимами работы СВП в зависимости от параметров приточного, внешнего и рециркуляционного воздуха рассмотрено для двух методов регулирования: точки росы и по минимально неизбежным затратам. Способ, методики и алгоритмы оптимизации режимов регулирования по методу минимально неизбежных затрат разработаны для сосредоточенных и распределенных параметров приточного воздуха и своей новизной представляют «ноу-хау». Критерием оптимальности для регулирования по методу точки росы принят минимум удельных энергозатрат в ЦК. Приведены также функциональные схемы подсистем САУ, реализующие алгоритм оптимальных режимов СВП.

Для обеспечения оптимальной сбалансированности энергопотребления в СВП на агрегатном уровне предложен энергетический критерий — к.п.д:

где <3П> (Эт— общая тепловая нагрузка

Псвп=<Э„/ <з„+£<?,„+2Х

/ V ■'=" Н

помещений и теплозатрати в агрегатах; — мощность потребителей электроэнергии. Максимум критерия обеспечивается при оптимальном совпадении температурных перепадов и массовых скоростей тепломассо-обменивающихся сред в аппаратах СВП. В результате приведена функциональная схема, где САУ СВП представляет собой трёхуровневую систему агрегатных, аппаратного и контурного оптимальных управлений процессом кондиционирования воздуха (рис. 6), техническая реализация которой приведена ниже.

Ьаг /-1

к 5 1 5 % 21 Управление агрегатами

К йю а ев

г 6 ■о

5 О-О « 11 Управление ТИП

Л апаратами режим К

0.С

£ &

отРК 2] Управление '„„Ар

процессами

|и/(/= 1.4)

Рис. 6. Функциональная схема оптимальной САУ СВП

Шестая глава посвящена исследованиям по созданию системы коллективной защиты экипажа от паров перевозимых грузов, обеспечивающей относительную замкнутость кондиционируемых помещений при концентрации вредных паров груза в воздухе ниже ПДКСС. Для разработки фильтрующего устройства была составленная методика расчета аппарата, определения его статических и динамических характеристик, обеспечения критериев информативности и быстродействия АСР при стабилизации концентрации загрязнителя в воздухе на выходе из фильтрующего устройства.

Методика расчета статических равновесных режимов фильтрующего устройства определяет поверхность фазового контакта, коэффициент мас-сопередачи, массовый расход абсорбента для плёночной модели диффузии, а особенности модели обновления учитываются объемным коэффициентом массопередачи, количеством каскадов очищения, эффективностью распыла и расположением распылителей, которые, как отмечают Б.В. Баркалов и Е.Е. Карпис, определяются экспериментально для каждого типа форсунок и аппаратов.

Сравнительный анализ эффективности распыла абсорбента форсунками позволил выбрать и сконструировать однорядное фильтрующее устройство (рис. 7) с осевыми форсунками плотностью 2,6 шт./(м2-ряд) и подачей воды относительно движения воздуха в прямотоке и противотоке. Результаты испытаний форсунки позволили определить массовую скорость, длину факелов и эффективность распыла в зависимости от давления перед форсунками Рф е [0,3; 1,0 МПа] и концентрации паров аммиака на входе в аппарат г/„ е [50; 300 мг/м3] при прямотоке и противотоке. В экспериментах относительная погрешность не превышала 15 %, а относительная погрешность аппроксимации данных эмпирическими зависимостями — менее 10 %. Установлено, что объёмный коэффициент массопередачи Кцт в указанных выше диапазонах линейно зависит от^ф иу„:

Киг = 8,1 + 5рф - 0,02г/н (17)

V \1

к /

/ \

к ;

/ \

)

^ ■>:—'

I

Рис. 7. Схема однорядного фильтрующего устройства: 1 — корпус; 2 — осевая форсунка; 3 — подвод воды к стойкам; 4 — точки измерения концентрации аммиака в воздушном потоке

и не зависит от режима работы аппарата. Анализ экспериментальных данных показал, что работа аппарата эффективнее в режиме противотока, когда величина г > 0,999, а при прямотоке она не превышает 0,994. Были сделаны выводы о том, что одноканальное фильтрующее устройство при стпени орошения около единицы обеспечивает требуемую степень извлечения аммиака (0,999) при у„<200 мг/м3.

При химических нагрузках свыше 200 мг/м3 требуется многорядная форсуночная камера. Поэтому для наблюдаемых значений у„<\000 мг/м3 было разработано и изготовлено трёхрядное фильтрующее устройство. Далее, сначала теоретически, используя уравнение материального баланса, закон Генри и статические характеристики однорядной форсуночной камеры, а затем экспериментально получены статические характеристики фильтрующего устройства ук. = /(</„,щ) / = 1, 3 при ун е [25; 300 мг/м3]:

Ук-, =^~АХу«)-а)-уа или

/ у». (18)

=(356-0,9934*" }'ун

где п — число действующих рядов. Общая относительная погрешность измерений и аппроксимации не более 25 %.

Теоретически получены динамические характеристики фильтрующего устройства в зависимости от длины Ь аппарата и от времени х, а также передаточные функции каждого каскада и фильтрующего устройства в целом.

Система дифференциальных уравнений для изменения концентрации загрязнителя на каждом участке

Э + Я (ук -к:Хк )+рв = ге[0Д:1,

д1 , к,.; < Ох 1 11

дхк , ч дхк ¿.

<?„, + *0Г| (уК1 - к^у = 0, = Ь-,

где: Ов., СИ1. — массовый расход воздуха и воды; /=1(/ ¿3 — безразмерная координата длины; = ; — коэффициент, определяющий равновесное состояние паров загрязнителя в воздухе; ук., хк. — весовые доли загрязнителя в воздухе и воде.

Ввиду малой инерционности объекта исследования и сравнительно большой инерционности средств измерения концентрации газа в воздухе экспериментальные исследования по определению разгонных характеристик фильтрующего устройства не проводились.

С целью автоматического регулирования концентрации загрязнителя приточного воздуха на выходе из фильтрующего устройства и стабилизации её на уровне ПДКСС предложена комбинированная АСР, которая в зависимости от величины возмущающего воздействия у„ дискретно осуществляет предварение, увеличивая число работающих каналов, а ПИ регулирование по отклонению на выходе из фильтрующего устройства осуществляется путём изменения давления воды перед форсунками е [0,3;

Рис. 8. Принципиальная схема АСР газового состава СКВ ИП — измерительный прибор; БУЗ — блок управления заслонкой приточного воздуха; БУН — блок управления насосами; С^Е — газоанализаторы; РЕ — датчик давления; У//0 — электропневмопреобразователь; Т|, Т2 — таймеры

Фильтрующее устройство и АСР установлены на трёх танкерах-газовозах в составе судовой СКВ и при испытаниях показали высокую эффективность и надёжность при избыточном давлении в жилой надстройке 250...300 Па.

Седьмая глава посвящена определению рангов и критериев оптимальности управляющих подсистем, выбору общей структуры САУ, обеспечивающей самонастройку на оптимальные стационарные и динамические режимы работы ССМ, модернизации существующих и разработке перспективных элементов САУ, разработке мтодов оценки эффективности работы системы, а также экспериментальной проверке эффективности управления ССМ в режиме комфорта и тепловой адаптации.

В соответствии с позицией каждого органа в иерархической структуре управления для обеспечения наибольшей оперативности САУ ССМ была разбита на следующие ранги: 0 — элементы подсистемы управления режимами «комфорт» и «предварительная тепловая адаптация»; 1 — элементы подсистемы управления режимами «срочная тепловая адаптация» и «термотренировка»; 2 — элементы подсистемы управления схемой и режимами воздухоподготовки в ЦК; 3 — регуляторы стабилизаци параметров тепломассообменивающихся сред. Алгоритмы управляющих подсистем 0, 1 и 2 рангов обеспечивают самонастройку стационарных режимов а алгоритмы подсистем третьего ранга — динамических режимов системы.

При рассмотрении функциональных схем отдельных подсистем, например, в системе «комфорт» уточнены характеристики управляющих воздействий оптимального регулятора комфортности, детально рассмотрена перспективная функциональная схема подсистемы управления режимами воздухоподготовки, включающей устройство оптимизации и формирования команд на выбор схемы подключения канала рециркуляции воздуха и последовательности воздухоподготовки в ЦК в зависимости от энтальпии и влагосодержания наружного и приточного воздуха.

Рассмотрены также возможности повышения чувствительности инерционных датчиков - газоанализаторов путём введения элемента предварения в схему измерения, что уменьшило период срабатывания ион-селективного датчика TX-I41 AM почти в 10 раз. Для ССМ танкеров-газовозов приведена схема и указаны особенности применения и установки датчиков-газоанализаторов в АСР газового состава воздуха в соответствии с картой загазованности судна, что позволяет повысить общую безопасность экипажа при работе на открытой территории судна и обеспечить быстродействие системы регулирования.

Оптимальные алгоритмы функционирования подсистем контроля за работой ССМ реализуют программы определения показателей эффективности кондиционирование микроклимата.

Оптимальные алгоритмы функционирования подсистем контроля за работой ССМ реализуют программы определения показателей эффективности кондиционирования микроклимата.

Возможность практической реализации алгоритма оптимального контроля определялась на работе СКВ семи морских судов в условиях рейса. Результаты натурных исследований показали, что величина коэффициента комфортности г)к е [0,6; 0,9 отн. ед.], х\в е [0,64; 0,77 отн. ед.], Лсвп е [0,22; 0,35 отн. ед.], a riCCM е [0,085; 0,25 отн. ед.]. Величина любого коэффициента определяет сбалансированность энергообмена в этих последовательно соединенных контурах, а их произведение — общую эффективность работы ССМ.

Субъективная оценка работы СКВ определялась по шкалам тепло- и влагоощущений и специальным опросным анкетам. Доминирующим неприятным фактором является денатурация воздуха при воздухоподготовке, загазованность и запыленность приточного воздуха, шум вентиляторов и движение воздуха по воздуховодам. Степень комфортности при субъективной оценке (80...85 %) близка к расчётной по разработанной методике (69...83 %). Из 998 человек опрошенных только 40 % не реагировало на колебания температуры воздуха в помещениях. Остальные жаловались на повышение температуры вечером (26 %) и понижение её утром (33 %). На колебания относительной влажности получены замечания от 20 % опрашиваемых, а колебания скорости воздуха — около 13 %. Обращает на себя внимание большой процент жалоб на недомогания простудного характера (около 50 %) и признаки нарушений сердечно-сосудистой системы (до 20 %).

Для проверки эффективности режима ПТА в рейсе совместно со специалистами Украинского НИИ медицины транспорта были проведены обследования 130 курсантов, 75 членов экипажей, 35 чел. — руководители практики и научные работники, лица мужского пола в возрасте 18-40 лет. Все обследуемые были разделены на две группы: контрольную и прошедшую ПТА в камере (7 ежедневных сеансов при температуре 40 °С). У всех испытуемых в рейсе проводили психо-физиологические исследования, включавшие оценку умственной работоспособности по тестам «Кольца Ландольдта» и «Сложение с переключением», физической работоспособности по результатам функциональной пробы «Гарвардский одноступенчатый степ-тест» и последующим расчётом величин РХУС^щ и максимальное потребление кислорода (МПК), сос, величину систолического (СД) и диастолического (ДД) артериального кровяного давления до, после и через 3 минуты после дозированной нагрузки, а также определение содержания и соотношения К+ и Ыа+ в смешанной слюне на атомарно-абсорбционном спектрофотометре ААБ-З, отражающих состояние клеточных мембран и электролитного баланса при температурном стрессе и адаптации.

Результаты исследований показали, что предварительная тепловая адаптация моряков снижает амплитуду гемодинамических показателей (юс, СД и ДД) на 12... 15 % в сравнении с контрольной группой, сохраняет физическую работоспособность до конца рейса, самочувствие, активность и настроение. Более чем на 50 % снижается заболеваемость адаптированных моряков с временной утратой трудоспособности. Динамика показателей умственной работоспособности моряков, прошедших ПТА, сохранялась до конца рейса, тогда как у контрольной группы эти показатели снизились на

20...30%. У адаптированной группы изменение соотношения Ыа7К+ на всех этапах рейса несущественно.

В целом, проведенные исследования показали, что разработанная и внедрённая система ПТА моряков позволяет не только улучшить их психофизиологический статус и работоспособность, но и снизить показатели заболеваемости в рейсовом периоде, что даёт не только социальный, но и существенный экономический эффект.

ВЫВОДЫ

Специфика эксплуатации морских и речных судов, частью которых являются человеко-машинные системы, для обеспечения надёжности работы человека-оператора требует создания искусственной среды обитания по физическому, химическому и биологическому факторам внешней среды.

Современная теория кондиционирования и судовые СКВ направлены на удовлетворение только принципа комфортности микроклимата, игнорируя принципы динамизма, климатической и сезонной дифференциации, учёта вида трудовой деятельности, а также ряда других физических, химических и биологических факторов вредности судовой среды обитания.

В диссертации представлено теоретическое обобщение и новое решение научно-прикладной задачи повышения эффективности и оптимизации работы систем судового микроклимата, направленных на обеспечение комфортности микроклимата воздушной среды помещений с минимально необходимым сбалансированным энергопотреблением на воздухоподготовку в условиях непрерывной производственной деятельности человека в плавании.

В результате исследований установлено следующее:

1. Для формирования статических закономерностей изменения термодинамических параметров воздуха в помещении в зоне оптимума применимо основное уравнение теплового баланса при взаимодействии сил в системе «человек - окружающая среда», в котором для учёта фактора работоспособности человека составляющие <2Т и Мт заменены функциями теплового состояния Д1Т(РМУ), 1К(РМУ) и степени напряжённости адаптационных функций Л/т (сос) организма.

2. Для формирования динамических закономерностей термодинамических параметров воздуха в зоне оптимума в зависимости от теплового состояния, степени напряжённости адаптационных функций и необходимости повышения резервной мощности организма применимы эмпирические нелинейные временные функции /пч(д/т,/рз,х) и периодические временные

функции РТ(1) (РТ(Х), РТЫ, Т(пр)> Ттр)-

3. Исследования закономерностей формирования ионного состава атмосферного воздуха и воздуха помещений показали высокий общий уровень природной ионизации морского воздуха, имеющей тенденцию к отрицательной униполярности, что позволило отказаться от дополнительной ионизации воздуха при воздухоподготовке.

4. Исследования закономерностей по уровню загазованности помещений танкера-газовоза, эффективности очистки воздуха существующими аппаратами воздухоподготовки, а также эффективности применяемых методов и средств коллективной защиты показали их несостоятельность, что потребовало применения принципиально нового метода и средств коллективной защиты.

5. Обобщённая математическая модель динамики процессов в системе «человек - окружающая среда», полученная на основании законов взаимодействия сил в инерционных системах позволяет решать широкий круг задач формирования комфортных микроклиматических и других условий, связанных с пребыванием человека в адекватных и неадекватных условиях внешней среды обитания, а также определения оптимальных нагрузочных характеристик для человека в условиях производственной деятельности.

6. Разработка математической модели новых элементов и синтез многопараметрического регулятора комфортности микроклимата оптимального по отклонению и быстродействию привела к приобретению ССМ важнейшего системного качества — целостности системы, а запрограммированные в ЭВМ новые алгоритмы задания режимов её работы обеспечили повышение функциональной эффективности всей системы.

7. Для оптимизации процессов воздухоподготовки усовершенствованы применительно к регуляторам комфортности методики и алгоритмы определения оптимальных термодинамических параметров приточного воздуха в зависимости от массовой скорости с учётом распределения параметров воздуха, которые приводят к снижению энергозатрат на аппаратном, агрегатном и системном для СВП уровне.

8. Использование дифференциальных уравнений плёночной и объёмной моделей процессов абсорбции газа водой позволило рассчитать, спроектировать, изготовить и экспериментально проверить эффективность работы нового фильтрующего устройства, способного обеспечить степень очистки воздуха от химического загрязнителя на уровне не ниже ПДКСС за счёт эффективности распыла, увеличения линейной и массовой скорости движения абсорбента.

9. Общим (глобальным) режимным критерием эффективности самонастраивающейся ССМ в зависимости от теплового состояния человека, районов работы судна и сезона года представлен известный энергетический

к.п.д. системы, методика определения которого разработана и экспериментально проверена на трёх типах СКВ судов различного назначения. Величина г|скв составила 22...34 %.

Практическое значение:

1. Разработаны математические модели энергетического взаимодействия в системе «человек - окружающая среда», позволяющие сформировать целевые функции управления и режимы работы ССМ.

2. Математические модели изменения параметров состояния воздуха в помещениях, определения показателей комфортности, алгоритма их задания в зависимости от района плавания, сезона года и типа помещений, а также реализации целевых функций управления позволили разработать многопараметрический регулятор комфортности.

3. Разработанные способы, методы и алгоритмы управления воздухоподготовкой позволили повысить качество, точность, быстродействие процессов регулирования и сбалансированность энергопотребления.

4. Создание системы раннего обнаружения вредных и опасных веществ в местах возможной дислокации людей обеспечивает безопасность их жизнедеятельности, а также повышает информативность ССМ по ускорению ввода в действие средств коллективной защиты экипажа.

5. Самонастраивающаяся ССМ удовлетворяет принципам гигиенического нормирования микроклимата помещений по физическим и химическим факторам и соответственно основным классификационным признакам систем.

6. Экспериментальная проверка предложенного алгоритма тепловой адаптации и методики определения эффективности работы ССМ подтвердили их реализуемость и высокую эффективность.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ НАУЧНЫХ ТРУДОВ, ОТРАЖАЮЩИХ ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ

1. Голиков В.А. Научные основы управления микроклиматом судна. -Одесса: ОГМА, 1990.-321 с.

2. Судовые микропроцессорные управляющие системы: Учебное пособие для вузов / Н.П. Агафонов, Н.И. Верлатый, В.А. Голиков, Н.В. Та-ранчук, Ю.М. Цюпко - М.: Транспорт, 1994. - 136 с.

3. Голиков В.А., Агафонов Н.П., Фадеев В.И. Методы совершенствования автоматического управления судовыми системами кондиционирования воздуха (методика, алгоритмы оптимизации и наладки): Учебное пособие для вузов. - М.: В/О «Мортехинформреклама», 1991. - 36 с.

4. Голиков В.А. Оптимальное управление судовыми холодильными установками и системами кондиционирования воздуха: Учебное пособие для вузов. - М.: «Мортехинформреклама», 1985. - 36 с.

5. Холодильные установки газовозов и их эксплуатация: Учебное пособие для вузов / В.А. Голиков, О.Н. Занько, А.А. Козьминых, В.Т. Писк-лов-М.: В/О «Мортехинформреклама», 1988. - 24 с.

6. Технология научных исследований и проблемного преподавания: Метод, рекомендации / И.И. Кринецкий, В.А. Голиков - М.: В/О «Мортехинформреклама», 1980. - 66 с.

7. Голиков В.А., Тимофеев П.П. Опыт эксплуатации системы комфортного кондиционирования воздуха на теплоходах типа «Кишинев». // Морской транспорт. Серия ТЭФ - 1983. - Вып. 10 (558). - М.: ЦБНТИ ММФ. -С. 1218.

8. Голиков В.А. Динамический комфорт в судовых помещениях с помощью систем комфортного кондиционирования, // Морской транспорт. Серия ТЭФ - Э.И. - 1984. - Вып.2 (574). - М.: ЦБНТИ ММФ. - С. 13-24.

9. Шафран Л.М., Фадеев В.И., Голиков В.А., Покора Л.И. Гигиеническая оценка эффективности средств коллективной защиты экипажей судов-газовозов // Гигиена и санитария. - 1986. - № 6 - С. 86-88.

10. Голиков В.А., Цюпко Ю.М. Применение ион-селективных электродов в системах коллективной защиты экипажей танкеров-газовозов // Морской транспорт. Серия ТЭФ - 1987. - Вып. 4(468). - М.: ЦБНТИ ММФ. -С. 1-6.

11. Шафран Л.М., Голиков В.А. Микроклиматическая эффективность судовых систем кондиционирования воздуха // Судостроение. - 1990. - №2. -С.14.

12. Голиков В.А. Перспективы улучшения условий обитаемости на морских судах // Технология судостроения и сварочного производства: Сб. науч. трудов - Николаев: УГМТУ, 1996. - С. 99-100.

13. Голиков В.А. Вывод и решение дифференциального уравнения температуры в замкнутом пространстве кондиционируемого воздуха // Технология судостроения и сварочного производства: Сб. науч. тр. - Николаев: УГМТУ, 1996.-С. 101-105.

14. Голиков В.А. Идентификация ионного состава кондиционируемого воздуха судовых помещений в различных акваториях мирового океана // Автоматизация судовых технических средств: Науч.-техн. сб. - Одесса: ОГМА, 1997.-Вып. 2.-С. 15-20.

15. Голиков В.А. Математическое обеспечение адаптивной судовой системы кондиционирования воздуха // Автоматизация судовых технических средств: Науч.-техн. сб. - Одесса: ОГМА, 1997. - Вып: 2. - С. 21-24.

16. Голиков В.А., Луценко О.В., Терновский В.Б. Управление микроклиматом кондиционируемых помещений по комплексным показателям // Автоматизация судовых технических средств: Науч.-техн. сб. - Одесса: ОГМА, 1997. - Вып. 2. - С. 25-29.

17. Овчинников П.Ф., Голиков В.А. Математическая модель абсорбции газа жидкостью основанная на дифференциальных уравнениях диффузии //

Судовые энергетические установки: Науч.-техн. сб. - Одесса: ОГМА. 1998. -Вып. 1.-С. 47-52.

18. Голиков В.А. Фильтрующее устройство для химически опасных загрязнителей воздуха // Судовые энергетические установки: Науч.-техн. сб. -Одесса: ОГМА, 1998.-№2. -С. 107-116.

19. Голиков В.А., Мамкичев H.A. Безопасная перевозка химически опасных грузов //Автоматизация судовых технических средств: Науч. -техн. сб. - Одесса: ОГМА, 1999. - Вып. 3. - С. 13 -20.

20. Голиков В.А., Мамкичев H.A., Попов В.Г. Математическая модель статического процесса абсорбции примесей в воздухе //Автоматизация судовых технических средств: Науч.-техн. сб. - Одесса: ОГМА, 1999. - Вып.4. -С.45-51.

21. Голиков В.А. Методика расчета изменения давления воздуха в больших объемах при принудительной вентиляции // Судовые энергетические установки: Науч.-техн. сб. - Одесса: ОГМА, 1999. -№ 3. - С. 42 —48.

22. Голиков В.А., Кривой А.Ф. Нелинейная математическая модель состояния: температуры, влагосодержания и скорости воздушного потока в кондиционируемом помещении // Судовые энергетические установки: Науч.-техн. сб. - Одесса: ОГМА, 1999. - Вып. 4. - С. 17-27.

23. Овчинников П.Ф., Голиков В.А. Математические модели адаптации человека у изменениям окружающей среды // Доп. HAH УкраТни. - 2000. -№ 2. - С. 204-208.

24. Овчинников П.Ф., Голиков В.А. О тепловой адаптации человека к окружающей среде//Доп. HAH УкраТни. - 2000.-№ 5. - С. 186-188.

25. Голиков В.А., Кривой А.Ф. Оптимальное многопараметрическое управление микроклиматом кондиционируемого помещения // Сб. науч. тр. УГМТУ им. адм. Макарова. - Николаев: УГМТУ, 2000. - № 1 (367). - С. 8798.

26. Голиков В.А., Мамкичев H.A., Попов В.Г. Линейная математическая модель динамики очистки воздуха от химических загрязнителей в центральном кондиционере // Сб. науч. тр. УГМТУ им. адм. Макарова. -Николаев: УГМТУ, 2000. -№ 2 (368). - С. 78-83.

27. А. с. 1189182 СССР. Способ автоматического регулирования параметров воздуха в помещении / В.В. Вычужанин, В.В. Медзеловский, В.А.Голиков (СССР) - № 3670077/29-06; Заявл. 03.11.83,. Опубл. 12.01.1985, Бюл. № 4.

28. Патент 1796060 РФ, МКИ 01 № 25/66. Датчик росы/ А.А.Голиков, В.А.Голиков, Н.П.Агафонов (Украина). - № 4815217/25; Заявл. 16.04.90; Опубл. 15.02.93, Бюл. №6.-3 с.

29. Патент 2082157 РФ МКИ 01 №25/66. Способ измерения температуры точки росы сжатой газовоздушной среды / В.А. Голиков (Украины). -№ 4943362/25; Заявл. 08.04.91; Опубл. 20.06.97, Бюл. № 17. - 3 с.

30. Патент 2029927 РФ МКИ 01 КЗ/66. Устройство для определения условий тепловой комфортности микроклимата. / В.А. Голиков, О.В. Лу-ценко (Украина). - № 4866892/10; Заявл. 30.05.80; Опубл. 27.02.95, Бюл. №6.-3 с.

31. Голиков В.А., Яроцкий C.B. Математическое моделирование и применение ЭВМ при проектировании судовых систем кондиционирования и холодильных установок // Тезисы докл. науч.-практ. семинара «Использование ЭВМ при проектировании судовых систем. - М.: Ин-т повыш. квалиф. руков. работн. судостроит пром-сти. - 1979. - С. 47-50.

32. Голиков В.А. Системный подход при создании адаптивных систем кондиционирования // Тезисы докл. VIII Всесоюз. науч.-техн. конф. «Современное состояние и перспективы развития кондиционирования воздуха на судах» - Ч. 4. -Николаев: НТО им. ак. А.Н. Крылова- 1984. - С. 42 -47.

33. Голиков В.А., Дулдиер А.П., Луценко О.В. Перспективы создания судового микроклимата и его технические средства реализации // Тезисы докл. VIII Всесоюз. науч. - техн. конф. «Современное состояние и перспективы развития кондиционирования воздуха на судах» — 4.1. -Николаев: НТО им. ак. А.Н. Крылова - 1984. - С. 121 -124.

34. Голиков В.А., Проценко В.И. Экспресс - методы определения эффективности работы судовых систем комфортного кондиционирования воздуха (СКВ) и опыт их эксплуатации // Тезисы докл. VIII Всесоюз. науч.-техн. конф. «Современное состояние и перспективы развития кондиционирования воздуха на судах» - Ч. 1. - Николаев: НТО им. ак. А.Н. Крылова -1984.-С.125 -128.

35. Голиков В.А., Фадеев В.И. Анализ опыта эксплуатации систем комфортного кондиционирования на специализированных судах - газовозах, перспективы комплексной обработки воздуха // Тез. докл. VIII Всесоюз. науч.-техн. конф. «Современное состояние и перспективы развития кондиционирования воздуха на судах» - Ч. 1. - Николаев: НТО им. ак. А.Н. Крылова - 1984. - С. 28 -31.

36. Голиков В.А. Математическое моделирование процессов терморегуляции моряка при создании динамических систем управления микроклиматом // Тезисы докл. Междунар. науч. - практ. конф. «The sailor and his health». - Бургас (Болгария). - 1988. - С. 59-60.

37. Голиков В.А. Оптимальное управление микроклиматом в судовых кондиционируемых помещениях // Тез. докл. VII Все союз, науч.-техн. конф. «Проблемы комплексной автоматизации судовых технических средств»-Л., 1989.-С. 136.

38. Голиков В.А., Луценко О.В. Экологические аспекты в проблеме изучения гигиены моря и водоохранных объектов // Матер. Всесоюз. науч. конф. «Человек - океан». - Ч. 1. - Махачкала: МЗ СССР, 1990. - С. 6-10.

39. Голиков В.А., Луценко О.В. Управление микроклиматом в помещениях по интегральному показателю // Матер. Всесоюз. науч. конф. «Человек - океан». - Ч. 1. - Махачкала: МЗ СССР, 1990. - С. 125-126.

40. Голиков В.А., Луценко О.В. Повышение энергетической эффективности воздухоподготовки в системах кондиционирования воздуха // Матер. Всесоюз. науч. конф. «Человек - океан». - Ч. 1. - Махачкала: МЗ СССР, 1990.-С. 126-127.

41. Ovchinnikov P. Ph., Golikov V. A. Modeling of the process of a person's adoption to wards the change of the surroundings. // XIX symposium on rheology (collection of abstracts), Klaipeda, Lithuania, 1998. - P. 50.

Личный вклад соискателя в работы, опубликованные в соавторстве: [2] — написание раздела по использованию ЭВМ при управлении технологическими процессами и диагностике; [3] — обоснование разработки методики и алгоритмов оптимального управления СВП; [5] — анализ эксплуатации средств общей безопасности на танкерах-газовозах; [6] — постановка цели и задач исследований, по теме работы, написание раздела; [7] — обработка данных по эффективности работы СКВ, формулирование выводов; [9] — обработка данных по эффективности работы средств общей безопасности на т/х «Моссовет» и «Смольный», обоснование способа извлечения аммиака из воздуха; [10] — разработка способа повышения чувствительности ион-селективного датчика; [11] — разработка математического аппарата для вычисления интегральных показателей комфортности микроклимата, сбор и обработка данных по эффективности работы СКВ, написание статьи; [16] — разработка математической модели АСР параметров воздуха в помещении, обработка результатов вычисления качества переходных процессов, формулирование выводов; [17] — постановка задачи, разработка математических моделей пленочной диффузии и модели обновления, написание статьи; [19] — обработка и представление результатов исследований по загрязнению воздуха при перевозке химически опасных грузов; [20, 22-25] — обоснование, разработка математических моделей, обработка результатов расчётов, формулирование выводов;

[27] — разработка способа оптимального регулирования аппаратами СВП;

[28] — разработка датчика влажности воздуха для химически опасной среды; [30] — разработка математического аппарата и принципиальной схемы вычислителя комфортности микроклимата; [31] — разработка алгоритмов и программ для ЭВМ по вычислению характеристик тепломасообменных сред, режимов работы аппаратов, механизмов СКВ и холодильных установок, написание тезисов; [33-35] — разработка экспресс-метода, определение эффективности работы судовых СКВ, обработка данных эксплуатационных испытаний, формулирование выводов, написание тезисов; [3840] — систематизация экспериментальных и вычислительных данных по

состоянию среды вокруг судна, являющейся возмущающим фактором для ССМ, приведение результатов исследований по формированию обратной связи в системе управления СВП по минимуму удельных энергозатрат; [41] — разработка математической модели тепловой адаптации человека.

Гол ¡ко в В.А. Пщвищення ефективност! та оптимпащя режимш роботи систем суднового мшроюпмату. — Рукопис.

Дисертащя на здобутгя наукового ступеня доктора техшчних наук за спещальшстю 05.08.05 — суднов! енергетичш установки. - Украшський державний морський техшчний ушверситет, МиколаТв, 2000.

Вперше вир1шення проблеми пщвищення надшносп суднових енерге-тичних установок спрямоване на забезпечення працездатност1 та збере-ження здоров'я основного елементу системи: людини-оператора. Застосо-вуючи системний пцдад до принцишв ппен1чного нормування факторт навколишнього середовища та умов npaui на судш, розроблеш теоретичш основи побудови систем суднового мшрокл'шату. Науково обгрунтовано математичш модел1 процеЫв у елементах системи, що встановлюють к1ль-KicHi залежносп мЬк середовищем судна, станом здоров'я моряка та умо-вами виробничоТ д1яльност1. Викладеш результата досл1джень по розробц1 багатопараметричних оптимальних регулятор1в комфортност1, побудов1 системи колективноТ безпеки на танкерах-газовозах та самонастроюваних систем автоматичного управл!ння процесами кондицюнування MiKpoioii-мату прим1щень.

Ключов1 слова: судно, людина, мжрокл1мат, система, автоматизащя, оптим1зац1я.

Golikov V.A. Increasing of efficiency and optimisation of working modes of ship microclimate systems. — Manuscript.

Thesis on maintenance a scientific degree of the doctor of engineering science by speciality 05.08.05 — Ship Power Plants. — Ukrainian State Maritime Engineering University, Nikolaev, 2000.

For the first time the decision of a problem of increasing the reliability of ship power plants is directed on provision workability and saving health of a principal element of a system: human-operator. Applying a system approach to the principles of a hygienic normalization of the factors of an environment and work conditions on a vessel, the theoretical fundamentals of a ship microclimate systems construction are designed. Mathematical models of processes in system elements which determine quantitative dependence between vessel environment, health condition of a seaman and conditions of industrial activity are scientifically proved. The results of research on development of multiparameter optimum comfort adjusters, construction of collective safety system on gas tankers and self-tuning systems of automatic control of processes of conditioning of a locations microclimate are stated.

Keywords: ship, man, microclimate, system, automation, optimisation.