автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.05, диссертация на тему:Повышение эффективности турбокомпрессоров и судовых дизелей на основе согласования их характеристик с учетом эксплуатационных факторов

На правах рукописи

ЖУК Артём Николаевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТУРБОКОМПРЕССОРОВ И СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ СОГЛАСОВАНИЯ ИХ ХАРАКТЕРИСТИК С УЧЕТОМ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ФАКТОРОВ

Специальность:

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

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новороссийск - 2010

2 5 ФЕВ 2010

003492263

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Морская государственная академия имени адмирала Ф.Ф.Ушакова» (г. Новороссийск).

Научный руководитель:

кандидат технических наук, профессор Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор Кандидат технических наук, доцент

Николаев Николай Иванович

Тихомиров Борис Александрович Савченко Валерий Александрович

Ведущая организация: ОАО "Новороссийское морское пароходство"

(г. Новороссийск)

Защита состоится « марта 2010 года в 11 часов на заседании

диссертационного совета Д.223.007.01 приМорской государственной академии имени адмирала Ф.Ф.Ушакова.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Морская государственная академия имени адмирала Ф.Ф.Ушакова», г. Новороссийск, пр. Ленина, 93.

Автореферат диссертации разослан «// »февраля 2010 года.

Ученый секретарь

Хекерт Е.В.

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. На судах морского и речного флота различного назначения в качестве главных и вспомогательных двигателей применяют дизели с турбонадцувом. Для обеспечения высоких технико-экономических показателей совместной работы судовых дизелей и системы наддува возникает необходимость согласования их характеристик в процессе эксплуатации.

Работа дизеля на переменных режимах, изменение технического состояния его и турбокомпрессора (ТК) в процессе эксплуатации приводит к заметным изменениям их технико-экономических характеристик: снижается эффективность и надежность эксплуатации, как дизеля, так и ТК. Это приводит к тому, что возникает необходимость дополнительного согласования параметров ТК и дизеля или замены штатного ТК на ТК, обеспечивающий более эффективную эксплуатацию дизеля.

В условиях когда низкая эффективность эксплуатации ТК и, как следствие, дизеля приводит к значительным затратам судовладельцев (на топливо, ремонт ТК и дизеля, потери ходового времени судна и т.д.) задачи решаемые в диссертации актуальны.

Диссертация посвящена решению важной научно-технической задачи повышения эффективности турбокомпрессоров и судовых дизелей на основе согласования их характеристик с учетом эксплуатационных факторов.

Объект исследования - турбокомпрессоры судовых дизелей.

Предмет исследования - метод согласования эксплуатационных характеристик турбокомпрессоров и дизелей.

База исследования. Работа выполнена на кафедре «Судовые тепловые двигатели» ФГОУ ВПО «Морской государственной академии имени адмирала Ф.Ф.Ушакова». Экспериментальные исследования по теме диссертации проводились на морских судах компаний ООО "Морское транспортное бюро" (г. Новороссийск), ОАО "Новошип" и др.

Цель и задачи работы. Целью работы является создание метода согласования характеристик судовых дизелей и турбокомпрессоров для повышения эффективности их совместной работы с учетом эксплуатационных факторов.

Достижение поставленной цели осуществляется на основе решения следующих задач:

- анализ проблем эксплуатации и совместной работы дизеля и ТК;

- обобщение параметров работы ТК судовых дизелей статистическими методами;

- разработка математической модели ТК, позволяющей производить поверочный расчет;

- апробация полученной математической модели при решении практических задач по совершенствованию технической эксплуатации ТК и дизелей.

Методы исследования. В диссертационной работе использованы экспериментальные и теоретические методы исследования. Для решения поставленной цели и задач исследования использованы современные достижения во многих областях знаний: теория ДВС и турбомашин, опыт эксплуатации судовых энергетических установок, математическое моделирование технических систем, статистическая обработка данных на электронно-вычислительной машине с использованием средств пакета SSPS и др.

Область использования результатов работы. Техническая эксплуатация судовых энергетических установок, судоремонт, научно-исследовательская работа, учебный процесс морских учебных заведений.

Научная новизна результатов работы заключается в:

- полученных обобщенных зависимостях основных параметров работы ТК среднеоборотных (СОД) и малооборотных дизелей (МОД) от их нагрузки;

- разработанной математической одномерной модели движения установившегося потока однокомпонентной рабочей среды ТК;

- разработанной методики согласования характеристик ТК и дизеля с учетом эксплуатационных факторов.

Теоретическое значение результатов работы заключается в создании математической модели ТК, позволяющей выполнять поверочную задачу расчета турбины и компрессора для определения их характеристик и согласования с параметрами дизеля.

Практическая значимость работы состоит в том, что разработанная методика согласования работы судовых дизелей и турбокомпрессоров применяется для повышения эффективности их эксплуатации. Результаты выполненных исследований внедрены в виде модернизации и замены ТК дизелей судов ООО "Морское транспортное бюро" (г. Новороссийск), в учебный процесс МГА имени адмирала Ф.Ф. Ушакова (г. Новороссийск), что подтверждено соответствующими документами.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на:

- научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава морской государственной академии им. Ф.Ф.Ушакова, г. Новороссийск, 2007-2009 гг.;

- конференции "Молодая наука 2008" (г. Новороссийск);

- международной научно-технической конференции "Наука и образова-ние-2008", г. Мурманск, 2008 г;

- XIII Международном конгрессе двигателестроителей, Рыбачье, Украина, 2008 г.

Достоверность научных результатов обеспечивается комплексным использованием в математической модели фундаментальных законов и уравнений газодинамики; применением комплекса апробированных и признанных теплотехнических методов и методик исследования; использованием приборов и систем измерений, прошедших калибровку или метрологическую аттестацию в соответствии с ГОСТ 8.326-89; удовлетворительным соответствием результатов расчета данным экспериментальных исследований.

На защиту выносятся:

1) зависимости обобщенных параметров работы ТК судовых дизелей;

2) математическая модель одномерного движения установившегося потока однокомпонентной рабочей среды ТК;

3) методика согласования характеристик ТК и дизеля с учетом эксплуатационных факторов.

Публикации. Представленная совокупность научных результатов и технических решений опубликована в 10 печатных работах, в том числе в пяти изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем. Диссертация состоит из введения, четырех глав; заключения; библиографического списка (65 наименований) и приложений. Основное содержание изложено на 134 страницах и включает 60 рисунков и 10 таблиц.

Содержание работы Во введении дается обоснование актуальности темы диссертации, определены цели и задачи исследования.

Первая глава посвящена проблемам эксплуатации турбокомпрессоров судовых дизелей, анализу экспериментальных и расчетных методов определения характеристик турбокомпрессоров.

Анализ литературных источников показал, что экспериментальный метод определения характеристик ТК трудоемкий, требует тщательной подготовки и использования дорогостоящих приборов в судовых условиях. Существуют отличия в характеристиках ТК, полученных на экспериментальных стендах в условиях лабораторий или заводов, от показателей эксплуатации ТК в условиях судна.

Расчетные методы требуют меньших затрат и могут быть более универсальными. Расчетные исследования возможны благодаря тому, что термогазодинамические параметры ТК связаны соотношениями, вытекающими из хорошо согласующейся с экспериментом теории этого агрегата. Этот факт обуславливает возможность достаточно строгого математического описания процессов в проточной части турбины и компрессора и применения математической модели для решения различных, в том числе и эксплуатационных, задач. Расчетами и проектированием ТК транспортных дизелей занимается ряд организаций и вузов: ЦНИДИ, ЦНИИ МФ, МГТУ, СКБТ (г. Пенза), и компании "ABB", MAN B&W и другие. Разработкой теории и расчетами турбин и компрессоров в составе агрегатов наддува судовых дизелей, изучением вопросов их совместной работы с двигателем, совершенствованием технической эксплуатации ТК занимались многие известные инженеры и ученые: Б.П. Байков, В.А. Ваншейдт, В.Т. Бордуков, P.C. Дейч, Д.А. Дехович, C.B. Камкин, H.H. Иванченко, М.Г. Круглов, A.C. Орлин, Н.В. Петровский, Г.Ш. Розенберг, К.В. Олесевич, А.Э. Симпсон, J1.A. Самсонов, A.C. Эпштейн, С. Ханзен, А.Д. Межерицкий, И.В. Возницкий и многие другие, внесшие значительный вклад в совершенствование методов проектирования, конструкций и технической эксплуатации ТК.

Проведенный обзор литературы показывает, что имеются работы, посвященные задачам проектирования ТК, обеспечивающих заданные параметры рабочей среды. Значительно меньшее внимание уделено прямой задаче расчета (определению параметров рабочей среды при заданных геометрических размерах ТК и некоторых режимных параметрах).

Анализ условий эксплуатации ТК судовых дизелей показывает, что часто возникает необходимость модернизации ТК или его замены. Это может быть вызвано рядом причин: изменением основного режима работы дизеля; ухудшением технико-экономических показателей работы дизеля; низкой надежностью ТК и т.п. Во всех этих случаях требуется согласование параметров работы ТК и дизеля в условиях эксплуатации на судне. Фирмами-производителями ТК (ABB, MAN B&W и др.) выполняются работы по замене и модернизации ТК: однако в литературных источниках приводятся только конечные результаты таких работ, а методика согласования ТК и дизеля отсутствует.

Проведенный анализ литературных источников и особенностей условий эксплуатации ТК судовых дизелей показывает, что повышение эффективности ТК и судовых дизелей на основе согласования характеристик ТК и дизелей с учетом эксплуатационных факторов является актуальной и важной научно-технической задачей.

Во второй главе рассмотрены ТК (таблица 1), на которых проводилась апробация разработанной математической модели. Описана методика теплотехнических исследований комплекса "дизель-турбокомпрессор".

Таблица 1

_Объекты исследования_

Назначение судна Двигатель ТК

Назначение Тип Марка

Танкер Балкер ДГ сод 8ЧН 25/34-3 ТК23Н, PDH 25, VTR 200N

Балкер гд сод 9TMS410 VTR320

Танкер гд сод 6 РС2-6/2L400E VTR304-11, ТК 35В-08М

Балкер гд сод 12V40/54A VTR321

Танкер гд мод 6S50MC NA48, ТСА 55

Измерения параметров, характеризующих работу ТК и дизелей, проводились в условиях эксплуатации на различных режимах работы с помощью судовых штатных и дополнительно установленных приборов и устройств. Например, измерение температуры импульсного газового потока осуществлялось контактным способом с помощью малоинерционного термометра сопротивления, устанавливаемого непосредственно в исследуемую зону или полость объекта; расход воздуха (производительность компрессора) определялся способом траверсирования поперечного сечения воздушного патрубка (улитки) на выходе из компрессора с определением в каждой точке параметров: скорости, давления, плотности.

Для сравнительного анализа параметров работы дизелей, отличающихся габаритными и мощностными характеристиками, собраны, систематизированы и обобщены в относительных величинах теплотехнические параметры различных судовых дизелей: 10 крейцкопфных длинноходовых МОД фирмы MAN B&W различных поколений мощностью от 8500 до 26000 кВт и 13 современных СОД фирм MAN B&W, Wartsila и Himsen мощностью от 700 до 1200 кВт. В качестве аргумента для построения зависимостей в диссертации принята относительная мощность Ne=Ne/Nem(. Была произведена аппроксимация экспериментальных данных различными методами нелинейной регрессии (метод наименьших квадратов, метод криволинейного приближения и т.д.) в среде SSPS (Statistical Product and Service Solutions). Проведенное сравнение дисперсий, доверительных интервалов и показателей определенности показало, что взаимосвязь параметров лучше всего описывается уравнениями регрессий, представленных в таблице 2.

Таблица 2

Регрессионные уравнения параметров работы ТК различных видов дизелей

Функция Полином Показатель определенности R2 Дисперсия Доверительный интервал

для ТК МОД

р, = 0,83 • Ne + 0,162 0,988 0,027 ±0,046

<1*=fW = 0,979 • ~Ne -1,881 •~Ne +1,418 • Ne + 0,477 0,907 0,036 ±0,063

Cm = /(№) = 0,29-Ж2 +0,558-Afe + 0,147 0,98 0,041 ±0,072

= Ne) Ъ = -0,57 • Ne2 +1,516 ■ Ne + 0,055 0,989 0,024 ±0,042

для ТК СОД

Л =0,8-7^ + 0,2 0,98 0,032 ±0,055

Чтк = /(№) 4n = OJ-Ne' -1,55 -Ne' +1,3 -Ne + 0,54 0,926 0,024 ±0,070

Чти = ят Cre = 0,99 • Ne + 0,009 0,975 0,03 ±0,081

«ТК = /(№) ^ = -0,32-№J+1,09 • Ne + 0,23 0,98 0,027 ±0,011

Сравнительный анализ зависимостей параметров работы ТК СОД и МОД показал: относительное давление наддува для МОД и СОД практически совпадают (рис. 1); изменение температуры газов на входе в турбину имеет схожий характер (рис.2), но для ТК СОД характерно более медленное снижение температуры при уменьшении мощности дизеля; характер зависимости частоты вращения ТК от нагрузки описывается полиномами второй степени и на отрезке от 100% до 50% нагрузки зависимости полностью совпадают, при меньших нагрузках частота вращения ТК МОД падает быстрее; изменение температуры воздуха после компрессора от нагрузки СОД в относительных величинах имеет линейную зависимость, для МОД - квадратичную.

Относительная мощность, N

Относительная мощность. N Рис. 2 Зависимости температуры газов до турбины от мощности дизеля

Полученные уравнения используются в расчетах турбины и компрессора ТК на разных режимах эксплуатации, при анализе условий эксплуатации ТК и дизелей.

В третьей главе представлена математическая модель турбокомпрессоров судовых дизелей. Поверочные расчеты турбины и компрессора описываются системой уравнений, представляющей собой периодически повторяющуюся группу уравнений, которые в общей форме выражают законы сохранения энергии, массы, уравнения процесса и состояния. Математическая модель представляет собой одномерное движение установившегося потока однокомпо-нентной рабочей среды. В сечениях проточной части ТК, где поток имеет сложное движение (присутствует переносное и относительное движение), рабочая среда взаимодействует с подвижным лопаточным аппаратом турбины и

компрессора. В связи с этим в группу уравнений включаются кинематические соотношения. Применительно к каждому сечению меняется лишь форма записи уравнений, вызванной особенностью преобразования энергии в элементах ТК. Количество параметров входящих в исходные данные расчета определяется путем рассмотрения системы уравнений для определения степени неопределенности. В расчете осевой турбины используется одномерная модель течения, оперирующая действительными параметрами потока на среднем радиусе. Расчет турбины производится от входного сечения к выходному. Граничные условия - равенство расходов по сечениям, отсутствие теплообмена между лопаточным аппаратом и потоком, корпусом ТК с окружающей средой.

G = F-pc р = p/RT

Общий вид уравнений входящих в систему:

vh0 = <yT*(l-p2/p„)M/'1 (9);

= (10);

(i); (2);

h = CpT

(3);

Т* = Т + с / 2ср (4);

р* =р + р-(с / 2) (5); G,=G1+i=const (6);

Vh% = 7hap+hw(7); vh4,=pcp-vh0 (8);

(П);

wVi = c2i+i - 2u,+iC,+iCosal+i + uVi (12);

Pw=P, к-^д

TJ-—-v ---

c„ c„

(13);

(14);

с^^и^созв+и? (15); w=v|/^2(h.p+hixi) (16); 'h'-h„ "

w, ■ sin Д I

VhB,

2

(17);

(18);

(19);

(20).

где G - расход газа; F - площадь проходного сечения; р - плотность газа;

с - абсолютная скорость газа; р - абсолютное давление газа; Т - температура газа; Ср - изобарная теплоемкость; Т*, р* - температура и давление торможения; h-энтальпия газа; vhc— полный изоэнтропийный перепад энтальпий в ступени; vh*ap - полный изоэнтропийный перепад энтальпий в рабочем колесе (РК);

- входная энергия газа; vha,, - изоэнтропийный перепад энтальпий в РК; рср - степень реактивности ступени; w-относительная скорость; Vh*« - полный изоэнтропийный перепад энтальпий в сопловом аппарате (СА); и - окружная скорость; п„ - секувдная частота вращения ТК; а - угол выхода потока в абсолютном направлении; ср - коэффициент скорости СА; Р - угол выхода потока в относительном направлении; у - коэффициент скорости РК.

Число уравнений, описывающих движение газа в ступени турбины - 26. Параметров в системе уравнений - 30. Для решения системы уравнений необходимо задаться четырьмя независимыми параметрами, которые будут исходными данными для выполнения расчета. Шесть параметров входящих в систему уравнений определяют режим работы двигателя - р0,Т0\ Т2, рг, nTK, Gr. Эти параметры в условиях эксплуатации определяются путем их измерения, используя штатные судовые приборы и специальную измерительную аппаратуру.

При отсутствии некоторых параметров, часть из них может задаваться с помощью обобщенных характеристик (см. главу 2). Таким образом, в зависимости от исходных данных имеем различные варианты расчета. Общее количество возможных вариантов, полученное как сочетание по четыре из шести, равно 15 (табл. 3.). Необходимость рассмотрения различных вариантов расчёта вызвана тем, что каждый вариант расчёта представляет определённую постановку задачи расчёта. Базовый алгоритм поверочного расчета представлен на рис. 3. Для расчета других вариантов следует определять значение отсутствующего параметра в исходных данных, сравнивая результаты имеющегося и получаемого в расчете дополнительного параметра исходных данных. Использование ЭВМ позволяет удобно реализовать ту или иную задачу расчета турбины в зависимости от исходных данных.

Таблица 3

Варианты расчёта турбины_

Наименование величины Варианты расчета

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Давление торможения перед ступенью Р*о Р*с Р*с Р*< Р*с - - Р*с - Р*о - - Р*с Р'о Р'о

Температура торможения перед ступенью г.* г* 1 о Г„* г.* Го* - То* - т' 1 о То" т* * О т * 1 О - - -

Давление за ступенью Р2 - - Р2 - Р2 Р2 Р2 - Р2 Р2 Рз Р2 Р2 -

Температура за ступенью ъ - т2 ъ. Ъ т2 т2 Т2 т2 т2 т2

Расход газа - - ог а сг а сг ог - - 0Г — Ог а

Частота вращения ротора турбины п п п - - п п п п - п - п - п

Для определения действительных, с учетом внутренних потерь энергии, параметров газа в алгоритм расчёта вводятся поправочные коэффициенты. В расчете используется метод последовательных приближений. Итерации производятся до достижения невязки по начальной скорости, по плотности газа на выходе из рабочего колеса (РК), по степени реактивности ступени.

Величина начальной скорости на первом этапе расчета принимается

с0=4-О0/л-р0-(ОгО?),

где Б), Б2 - корневой и периферийный диаметры С А.

При расчете турбины очень важно обеспечить массовый баланс рабочей среды в СА и РК, который может повлиять на степень реактивности. В первом приближении величину степени реактивности определяем по формуле

где Р2- площадь в горле СА и РК.

Вычисленный расход газа в зависимости от степени реактивности отдельно для СА и РК может быть представлен в виде графических зависимостей (рис. 4.). Из рис. 4 видно, что при значении р„ст будет обеспечено равенство расходов газа через СА и РК. Определение истинного значения степени реак-

тивности будет производиться до тех пор, пока не будет обеспечена заданная сходимость результатов расчета.

Рис. 4 Зависимость расхода газа от степени реактивности: 1 - расход газа через СА; 2 - расход газа через РК

Также достигается невязка по плотности газа на выходе из РК, определяемой по формуле £ =(^>2 -р'г)1 р,

~ I

где р2=р2/ЯТ2; Р;=ОгЛУ, -Рг.

Затем определяются потери и мощность турбины по известным из теории турбин зависимостям. В случае расчета турбины с диффузором добавляется еще одно сечение на выходе из диффузора, а в алгоритм расчета добавляется модуль расчета диффузора.

В основе алгоритма расчета центробежного компрессора лежит поэлементный метод, который заключается в определении действительных значений параметров потока после каждого элементарного сечения. В расчете используется одномерная модель течения. Граничные условия для расчета - равенство расходов по сечениям, отсутствие теплообмена между лопаточным аппаратом и потоком, корпусом ТК и окружающей средой. Алгоритм расчета центробежного компрессора приведен на рисунке 5.

Система уравнений, описывающих движение воздуха в компрессоре, состоит из 44 уравнений и содержит 48 параметров. Для решения системы уравнений задаемся исходными данными - четырьмя независимыми параметрами из шести определяющих режим работы ТК (р0,Т0, Т8, р„, п„, в,,). Общее количество возможных вариантов расчёта, полученное как сочетание по четыре из шести равно 15, приведено в таблице 4.

Расчет идет по достижению невязок по плотности воздуха в разных сечениях.

Расчёт ТК состоит из поверочных расчётов осевой газовой турбины и центробежного компрессора, которые согласовываются между собой по условиям устойчивой работы ТК:

- обеспечением баланса мощностей:

где М, - мощность турбины, Ык- мощность компрессора;

- равенством оборотов:

п, = пк = пгк,

где пт - частота вращения ротора турбины, пк - частота вращения ротора компрессора, ятк - частота вращения ТК;

- уравнением расходов:

= С,е + Втот или (7Г где Ог - расход газа, 0„ - расход воздуха, ВТ0П1 - расход топлива;

- уравнением "сети трубопроводов" (гидравлическое сопротивление дизеля):

Рг*~Собщ Рн>

где рг - давление газа перед газовой турбиной ТК, р„-давление воздуха после компрессора ТК, - коэффициент сопротивления воздушно-газового тракта дизеля (продувочных окон, клапанов, защитных решеток).

Таблица 4

Варианты расчета компрессора

Наименование величины Варианты расчета

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 и 12 13 14 15

Давление воздуха на входе в компрессор Ро Ро Ро Ро Ро Ро Ро Ро Ро Ро

Температура воздуха на входе в компрессор т„ т0 То То То То То То То Т„

Давление воздуха на выходе из компрессора Рн Рн Рн Рн Ри Рн Рн Рн Рн Рн

Температура воздуха на выходе из компрессора т, т, Т5 т. Т5 Т, Т5 Т5 Т, Т,

Расход воздуха в в в в в в в в в в

Частота вращения п. Пк Пк Пк п. Пк п„ пк Пк Пк

Данная математическая модель позволяет рассчитать и получить различные характеристики ТК. Так, например, на рис. 6-8 приведены некоторые результаты расчета для ТК ТСА55. На рис. 6 представлена зависимость внутреннего относительного КПД турбины от скоростной характеристики, из которой видно, что максимальное значение Т1ш=0,78 может быть достигнуто при (и/с1)орг=0,9. Показана зависимость основных характеристик турбины (степени реактивности, внутреннего относительного КПД и мощности) от расхода газа (рис. 7.). Из рисунка видно, что расход газа в рассматриваемом диапазоне изменений незначительно влияет на КПД турбины. На рис. 8 приведено сравнение нормальных характеристик компрессора ТК ТСА55, полученных расчетным методом и по результатам стендовых испытаний компрессора.

Математическая модель ТК позволяет производить согласование ТК и дизеля. Для примера, на рис. 9 представлены результаты расчета ТК УТЯ 321 дизеля 12У40/54А на эксплуатационном режиме, соответствующем частоте вращения дизеля - 300 мин"1 (50 % номинальной нагрузки дизеля). Относительная площадь СА турбины:

СА) САмс* 7

где и а - значение площади СА, установленного на ТК с постройки;

Р - значение площади СА, принимаемое в расчете.

Анализ результатов расчета показывает, что на заданной нагрузке дизеля при значении площади С А =0,84 КПД ТК, производительность и давление наддува компрессора принимают максимальные значения.

Скоростная характеристика и/с, Рис. 6 Зависимость внутреннего КПД турбины ТК ТСА 55 от скоростной характеристики

«9 В

в в

и £ М

0,35 0.S 0,7 5 0,7

I 0'65

о х

$ 0.6 §

О.

в °.55

и

а

0.5

1 i 1

J-—" ■о—

j

j

j l

i О f

■—I—"

j

г 1

1 \

| ?

i ..........I........

3200 3000

I»

2800 « J Й

2600 g s

ID О.

2400 g

о X

2200 | 2

2000

1800

15,6 15,8

17,2

16 16,2 16,4 16,6 16.8 17 Расход газа на турбину ТК ТСА55 Ог, кг/с -тйг-Степеньреаиизноситурбияы -О-Внутреннвй КПД -О-Мощность

Рис. 7 Зависимость параметров работы газовой турбины ТСА55 от расхода газа 5

4,5

I 4

S 5

« 3.5

S

2 3

g 2,5

£

В

Е 2 о

1.5 1

■

fl7 500 Miai -i

—

00 ^

_

»,¿=14500 мин

1

I

!

1

1 1

10 U 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Расход воздуха Gb, кг/с По ыатемаютесгой модели — — По данным MAN B&W

Рис. 8 Нормальная характеристика компрессора ТК ТСА55

0.51

к

В

К 0.49

ъ

0,48

>

/ /

/

/ /

/

/

/ /

2,8 О

0,85

0.9

0,95

1,3 8 §

1,2 I «

0,7 0,75 0,8

Относительная шощядь сотового аппарата

Рис. 9 Зависимость расчетных параметров работы турбокомпрессора УТЯ 321 дизеля 12У40/54А от относительной площади соплового аппарата

В четвертой главе на основании разработанной математической модели определены пути повышения эффективности совместной работы турбокомпрессора и дизеля.

Применение разработанной методики согласования работы судовых дизелей и турбокомпрессоров позволило выполнить замены ТК на дизелях 6РС-6/2Ь400Е и 8ЧН25/34-3. В первом случае замена была обусловлена низкой надежностью штатного ТК, во втором — низкими технико-экономическими показателями дизеля.

На главных двигателях (ГД) 6 РС2-6/2Ь400Е с постройки был установлен ТК УТЛЗ 04-11, который отличался низкой надежностью и часто выходил из строя. При очередной поломке, было решено заменить его на другой ТК. Основным требованием технического задания по замене было обеспечение таких показателей ТК, при которых характеристики дизеля были бы не хуже, чем при работе его с УТЯ 304-11. В процессе расчета и согласования характеристик ТК для замены был подобран ТК35В-08М. Удельный расход топлива при замене штатного ТК УТЯ304-11 на ТК35В-08М не изменился, а его технико-экономические показатели соответствовали нормируемым для этого дизеля. ТК35В-08М на дизеле 6РС2-6/2Ь400Е проработал более 15000 часов без аварий (поломок).

Замена штатного ТК ТК-23Н дизеля 8ЧН25/34-3 на УТЯ 200Ы, согласование характеристик ТК УТЯ 200Ы с двигателем 8ЧН 25/34-3 привела к: улучшению гидравлической характеристики дизеля (увеличилась степень повышения давления в компрессоре и его производительность рис. 10); уменьшению удельного расхода топлива на дизель (рис. 11).

§ к

*> к

а к"

Я к и а

2 я В и

л «

II ё

1.«

1,5 1,4 1,3 1.2 1.1 1

•1 ! ? 1 г I —г— 7 1™

- ——'Лггягооы _ _ -,-пт.н (

— I 1 I

4 ¿Г 5 [

5 Г" Г !

! 1

1

! ✓' ? 1 ________|„ ... 1

1 1

* ( 1 !

1 1 г 1

0,4 0,5 0.6 0.7 0.8 0,9 1 Производительность кокпрессораСк, кг/с Рис. 10 Линии рабочих режимов ТК дизеля 8ЧН 25/34-3

о.з:

0.31

1 0.3

Й

л 0,29

а | 0.28

« 0.27

к

Л О. 0,26

Д 0,25

и

й: >> 0,24

Ч

\ ч

—• -— _

150

200

250 300 350 Нагрузка ДГ N3, кВт.

400

450

Рис. 11 Зависимость удельного расхода топлива от нагрузки дизеля 8ЧН 25/34-3

Произведено исследование влияния различных вариантов проточной части турбины ТК УТЯ-200Ы на технико-экономические характеристики дизеля 8ЧН 25/34-3 (рис. 12).

Данные проведенных испытаний и исследования влияния площади проходного сечения СА турбины ТК свидетельствуют об улучшении условий работы дизеля 8ЧН 25/34-3 и приближении параметров характеризующих его работу к спецификащюнным по формуляру на двигатель. Проверка на помпаж производилась путем отключения одного цилиндра на двигателе 8ЧН 25/34-3 при его работе на нагрузке 400 кВт, что не привело к срыву работы компрессора ТК УТЯ 200И.

зоо зго 400

Нагружа ДГ >.'„ кВт

500

я

410

а- 400

1 350

я с. 300

250

я

25000 Т. 22500 \

г

20000 ^ 17500 | 15000 | 12500 е

200 250 300 350 400 450 Нырузка ДГ кВт

-?са1=1,0---Тса2=0,34 —-ГсаЗ=0,74 .

Рис. 12 Зависимость параметров турбокомпрессора УТЯ-200Ы от нагрузки дизеля 8ЧН 25/34-3

На рис. 13 показаны зависимости КПД турбины и компрессора ТК К77? ЮОЫ дизеля 8ЧН25/34-3 при различных площадях СА турбины и нагрузках дизеля. На этом же рисунке приведена зависимость КПД ТК УТЯ 200Ы (без учета механических потерь в подшипниках - считая, что они при замене СА не изменились) от нагрузки дизеля. Из рисунка 13 видно, что уменьшение площади СА привело к увеличению КПД ТК на 5-10%. Также из рисунка 13 видно, что на нагрузках дизель-генератора (ДГ) от 200 до 300 кВт КПД компрессора и турбины ТК низкий и только на нагрузках около 400 кВт приближается к достаточно высокому уровню. Проведенные исследования показали, что изменение площади СА турбины практически не оказывает влияния на КПД турбины, а оказывает влияние на КПД компрессора и в связи с этим увеличивается эффективность ТК УТЯ 200Ы дизеля 8ЧН 25/34-3.

/ -1 X

А

/

100 ЗОО 300

Нагфуяа ДГ .V,. *Вт

Рис. 13 Зависимость КПД от нагрузки дизеля 8ЧН 25/34-3 1 - КПД турбины Г1иТ; 2 - КПД компрессора т|адк (?„ = о,84);3 - КПД компрессора (Fea = 1); 4 - КПД ТК Т1тка(л. = 0,84); 5 - КПД ТК лтка(Fca = 1)

Угаа поворота «шедшего мда Т*^, град

Рис.14 Зависимость мгновенного давления газа перед газовой турбиной от угла поворота коленчатого вала дизеля = 1,0) 1 - нагрузка ДГ N3 = 400 кВт, 2 - нагрузка ДГ Л'э = 300 кВт

Угол поворота коленчатого вала,

-— 0,74 ---°.84 -----» 1

Рис. 15 Зависимость мгновенной температуры газа перед газовой турбиной от угла поворота коленчатого вала

При проведении испытаний ТК УТЯ-200К с различными вариантами СА турбины были выполнены также измерения параметров импульсного газового потока на входе в газовую турбину. Из рис.14 видно, что с увеличением нагрузки дизеля среднее давление газового потока незначительно увеличивается, но при этом заметно возрастание амплитуды колебаний газового потока.

Из рисунка 15 видно, что применение ТК УТ11-20(М с площадью проходного сечения СА 84% от первоначальной привело к уменьшению амплитуды колебаний и максимальных значений температуры газа. Такой характер изменения температуры и давления импульсного газового потока приводит к повышению КПД турбины. Дальнейшее уменьшение приводит к увеличению температуры.

Рассмотрено влияние площади СА турбин ТК серии УТЯ на технико-экономические характеристики четырехтактных среднеоборотных ГД (9ТМ8410 и 12У40/54А) балкеров. Режимы эксплуатации ГД обусловлены назначением судна и регионом плавания: основной ходовой режим составляет около 50 % от номинальной нагрузки.

В соответствии с полученной в результате расчетов оптимальной площадью СА турбины (для 12У40/54А см. рис. 9.) была изменена геометрия лопаточного аппарата путем уменьшения проходного сечения межлопаточных каналов.

В результате проведенной модернизации СА ТК получены следующие результаты (рис. 16,17): снижение тепловой напряженности дизеля; увеличение частоты вращения ротора ТК и давления наддува; повышение максимального давление сгорания топлива. Согласование характеристик ТК и дизелей 12У40/54А при эксплуатации на частичной нагрузке привело к снижению расхода топлива на 5-6,5 %.

В 2007 на танкере серии "Трогир" на ГД 6550МС вследствие поломки штатного ТК ЫА48 фирмой Мал В&\У был произведен монтаж ТК ТСА 55, который является высокоэффективным ТК последнего поколения. После установки нового ТК совместная работа ГД и ТК изменила свой характер. Увеличилось давление наддува, частота вращения ТК (рис. 18), температура воздуха за компрессором и температура надувочного воздуха в ресивере, которая на нагрузке 80% достигала значения 63°С.

В 2008 в течение ремонтных работ были заменены ротор ТК, подшипники, СА и воздушный охладитель. Тем не менее, улучшение параметров работы двигателя достигнуто незначительное. При рекомендованных ограничениях частоты вращения ТК птктах= 17000 мин"1, двигатель нельзя вывести на эксплуатационный режим. Данная ситуация - типичный случай неудачного согласования характеристик ТК и дизеля.

1? 2« зи а? -и 4?

ЭДфсктшюя ышаюсп. Я».*»

Рис. 16 Зависимость параметров работы дизеля 12У40/54А от нагрузки

Тктоп ЦХШММ янлття яп . мн

4-1-1-1-1-1-1_

г* 21 42 -С

Эффоспанм модность Я«. »•

Рис. 17 Зависимость давления наддува и частоты вращения турбокомпрессора УТЯ 321от нагрузки дизеля 12У40/54А

SO 85 90 95 100 105 110 115 120 Частота вращения вала главного двигателя пгд> m -t ♦ pHTCA5S Op„NA48 4птеТСА55 OnT1:NA48

Рис. 18 Параметры работы дизеля 6S50MC с разными турбокомпрессорами

Из-за высокого КПД ТК ТСА55 при тех же параметрах отработавшего газа, мощность турбины будет больше. Это приведет к увеличению частоты вращения ТК, давлению и температуры воздуха за компрессором, при этом расход воздуха снижается, двигатель не обеспечивает требуемую мощность. Решение данной проблемы возможно согласованием работы дизеля и ТК, посредством изменения геометрии проточной части турбины. Увеличение площади СА повысит производительность компрессора, снизит давление наддува. Произведенные расчеты на основе разработанной математической модели показали, что для согласования совместной работы и приведения рабочих параметров в требуемые границы (давление наддува р„=3,1 бар, частота вращения ротора птк= 15000 мин'1) на эксплуатационной мощности (85% от номинальной) будет обеспечено при значении площади СА Fa =1,12-1,14. Такое изменение проточной части турбины увеличит запас на помпаж, так как линия рабочих режимов компрессора ТСА55 удалится от границы помпажа.

Применение разработанной математической модели позволило предложить и реализовать различные варианты повышения эффективности эксплуатации судовых дизелей:

- повышение экономичности работы дизеля 8ЧН25/34-3 путём замены штатного ТК-23Н на VTR200N при снижении удельного расхода на двигатель порядка 10%;

- повышение надежности эксплуатации дизеля 6PC-6/2L400E посредством замены штатного ТК VTR304-11 с подшипниками качения на ТК-35В-08М с подшипниками скольжения с сохранением технико-экономических показателей дизеля (давление наддува, температура выхлопных газов, расход топлива);

- улучшение технических показателей работы дизельгенератора ДГР 400/500 за счет модернизации СА турбины ТК PDH 25 (давление наддува и частота вращения увеличились, максимальное давление сгорания увеличилось);

— повышение эффективности при изменении основного режима эксплуатации ГД (9ТМ8410 и 12У40/54А) балкеров путем уменьшения площади проходного сечения СА турбины ТК (снижение тепловой напряженности, увеличение среднего максимального давления сгорания и снижение расхода топлива на 5-7 %)

- даны рекомендации по согласованию совместной работы ТК ТСА 55 и дизеля 6Б50МС для приведения технико-экономических показателей дизеля к нормальньш значениям.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании выполненных теоретических и экспериментальных исследований решена научно-техническая задача создания метода согласования характеристик судовых дизелей и ТК для повышения эффективности их совместной работы. В результате проделанной работы получены следующие научные и практические результаты:

1. Собраны и обобщены данные эксплуатационных параметров характеризующих работу ТК и судовых СОД и МОД, произведена их статистическая обработка, получены обобщающие характеристики. При аппроксимировании параметров работы ТК судовых дизелей целесообразно применение полиномов не выше третьей степени. Полученные уравнения регрессии при степени доверия 0,95 могут быть использованы в расчетах турбины и компрессора ТК, анализе условий эксплуатации ТК и дизелей.

2. Разработаны математические модели турбины и компрессора, позволяющие производить поверочный расчет (прямая задача) ТК. Они согласуются с теорией и позволяют определить влияние геометрических, кинематических и термодинамических параметров (типоразмер ТК, площадь СА турбины и лопаточного диффузора компрессора, частота вращения ТК, давление и температура рабочей среды и т.д.) на характеристики ТК с учетом эксплуатационных факторов. Эффективность и адекватность разработанных моделей подтверждены эксплуатационными испытаниями на судах морского флота.

3. Использование разработанной математической модели ТК позволяет производить расчеты по согласованию работы ТК и дизеля с учетом эксплуатационных факторов. Метод согласования характеристик ТК и дизелей был внедрен в практику технической эксплуатации судоходных компаний ОАО "Новошип", ООО "Морское транспортное бюро" (г. Новороссийск) в виде модернизации 11 ТК и замены 14 ТК, что позволило снизить расходы судовладельцев на покупку топлива и сменно-запасных частей.

Публикации ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных ВАК Минобрнауки РФ

1. Николаев Н.И., Гинда О.П., Жук А.Н. Повышение эффективности эксплуатации судового теплоэнергетического комплекса с дизельной установ-кой//Международный журнал речников «Речной транспорт» (XXI век).- 2007 - № 3 (27).- Зс. (Индекс по перечню ВАК РФ 70787, ред. апрель 2008г).

2. Николаев Н.И., Гинда О.П., Жук А.Н. Влияние топлива различной вязкости на технико-экономические характеристики работы среднеоборотного главного двигателя балкера// Международный журнал речников «Речной транспорт» (XXI век).- 2007.- Москва, № 4 (28)'.- Зс. (Индекс по перечню ВАК РФ 70787, ред. апрель 2008г).

3. Николаев Н.И., Гинда О.П., Жук А.Н. Эксплуатационные параметры работы среднеоборотного двигателя на различных видах топлива// Морской флот.— 2007,- №5,- Зс. (Индекс по перечню ВАК РФ 70550, ред. апрель 2008г).

4. Жук А.Н. Обобщение параметров стендовых испытаний судовых малооборотных двигателей // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки,- 2008. - 4с. (Индекс по перечню ВАК РФ 70416, ред. апрель 2008г.).

5. Николаев Н.И., Гинда О.П., Жук А.Н. Влияние площади соплового аппарата газотурбонагнетателя на эффективность главного судового двигателя в условиях эксплуатации// Межотраслевой научно-технический и производственный журнал «Двигателестроение»,- Санкт-Петербург, 2009.-№1 (235)- Зс. (Индекс по перечню ВАК РФ 70259, ред. апрель 2008г).

Публикации по теме диссертации

6. Николаев Н.И., Жук А.Н., Дубровин Р.Г. Оценка эффективности соплового аппарата радиально-осевой турбины газотурбонагнетателя при эрозионном износе продуктами сгорания// Сборник научных трудов НГМА, вып. 12 - Новороссийск: Морская государственная академия имени адмирала Ф.Ф. Ушакова, 2007.-3 с.

7. Жук А.Н. Епихин А.И. Оценка скорости износа элементов проточной части газовых турбин агрегатов наддува судовых дизелей, работающих на тяжелом топливе// Всеукраинский научно-технический журнал «Двигатели внутреннего сгорания».- Харьков, 2008 - №2.- 4с.

8. Николаев Н.И., Гинда О.П., Жук А.Н. Анализ эксплуатации среднеоборотного главного двигателя 9TMS410 на различных сортах топлива. [Электронный ресурс] / МГТУ. Электрон. Текст. Дан. (22 Мб).- Мурманск: МГТУ, 2008. - Зс.

9. Жук А.Н., Гинда О.П. Влияние площади соплового аппарата турбины ГТН VTR320 на эффективность работы двигателя 9TMS410// Проблемы эксплуатации водного транспорта и подготовка кадров на юге России: материалы седьмой регион&чьной научно-технической конференции, часть 2 — Новороссийск: Морская государственная академия имени адмирала Ф.Ф. Ушакова, 2007. - 2с.

10. Жук А.Н. Обобщение параметров работы газотурбонагнетателей судовых СОД// Проблемы эксплуатации водного транспорта и подготовка кадров на юге России: материалы седьмой региональной научно-технической конференции, часть 2 - Новороссийск: Морская государственная академия имени адмирала Ф.Ф. Ушакова, 2007. - 2с.

Формат 60x84 1/16. Тираж 100. Заказ 1777. Отпечатано в редакционно-издательском отделе ФГОУ ВПО «Морская государственная академия имени адмирала Ф.Ф.Ушакова» 353918, г. Новороссийск, пр. Ленина, 93

Основные обозначения и сокращения

Введение

Глава 1. Анализ опыта технической эксплуатации и методов исследования турбокомпрессоров судовых дизелей

1.1. Проблемы технической эксплуатации турбокомпрессоров.

1.2. Экспериментальные методы исследования турбокомпрессоров

1.3. Анализ расчетных методов определения характеристик турбокомпрессоров.

1.4. Цель и постановка задачи исследования

Глава 2. Объекты и методики исследования

2.1. Турбокомпрессоры судовых средне и малооборотных дизелей.

2.2. Методика исследования теплотехнических параметров комплекса "дизель-турбокомпрессор".

2.3. Обобщение параметров работы турбокомпрессоров судовых средне- и малооборотных дизелей.

Глава 3. Разработка алгоритма математической модели турбокомпрессоров судовых дизелей.

3.1. Математическая модель турбокомпрессора с учетом эксплуатационных факторов

3.2. Алгоритм расчета осевой турбины.

3.3. Алгоритм расчета центробежного компрессора

3.4. Построение и моделирование нормальных характеристик турбокомпрессоров.

Глава 4. Совершенствование совместной работы турбокомпрессора и дизеля на основе использования результатов расчета по математической модели.

4.1. Повышение эффективности эксплуатации дизеля путем подбора ТК для замены штатных агрегатов наддува

4.2. Влияние различных вариантов проточной части турбины турбокомпрессора на технико-экономические характеристики среднеоборотных дизелей, работающих по нагрузочной характеристике

4.3. Повышение эффективности эксплуатации главных двигателей при назначении основного режима эксплуатации на частичной нагрузке

4.4. Совершенствование эксплуатации современного малооборотного дизеля

Актуальность проблемы. На судах морского и речного флота различного назначения в качестве главных и вспомогательных двигателей применяют дизели с турбонаддувом. Для обеспечения высоких технико-экономических показателей совместной работы судовых дизелей и системы наддува возникает необходимость согласования их характеристик в процессе эксплуатации.

Работа дизеля на переменных режимах, изменение технического состояния его и турбокомпрессора (ТК) в процессе эксплуатации приводит к заметным изменениям их технико-экономических характеристик: снижается эффективность и надежность эксплуатации, как дизеля, так и ТК. Это приводит к тому, что возникает необходимость дополнительного согласования параметров ТК и дизеля или замены штатного ТК на ТК, обеспечивающий более эффективную эксплуатацию дизеля.

В условиях когда низкая эффективность эксплуатации ТК и, как следствие, дизеля приводит к значительным затратам судовладельцев (на топливо, ремонт ТК и дизеля, потери ходового времени судна и т.д.) задачи решаемые в диссертации актуальны.

Диссертация посвящена решению важной научно-технической задачи, связанной с совершенствованием технической эксплуатации судовых дизелей на основе разработки математической модели ТК и согласования характеристик турбокомпрессоров и дизелей.

Объект исследования - турбокомпрессоры судовых дизелей.

Предмет исследования - метод согласования эксплуатационных характеристик турбокомпрессоров и дизелей.

База исследования. Работа выполнена на кафедре «Судовые тепловые двигатели» ФГОУ ВПО «Морской государственной академии имени адмирала Ф.Ф.Ушакова». Экспериментальные исследования по теме диссертации проводились на морских судах компаний ООО "Морское транспортное бюро" (г. Новороссийск), ОАО "СКФ-Новошип" и др.

Цель и задачи работы. Целью работы является создание метода согласования характеристик судовых дизелей и турбокомпрессоров для повышения эффективности их совместной работы с учетом эксплуатационных факторов.

Достижение поставленной цели осуществляется на основе решения следующих задач: анализ проблем эксплуатации и совместной работы дизеля и ТК; обобщение параметров работы ТК судовых дизелей статистическими методами; разработка математической модели одномерного движения установившегося потока однокомпонентной рабочей среды ТК, позволяющая решать прямую задачу поверочного расчета; апробация полученной математической модели при решении практических задач по совершенствованию технической эксплуатации ТК и дизелей.

Методы исследования. В диссертационной работе использованы экспериментальные и теоретические методы исследования. Для решения поставленной цели и задач исследования использованы современные достижения во многих областях знаний: теории ДВС и турбомашин, опыт эксплуатации судовых силовых установок, математическое моделирование технических систем, статистическая обработка данных на электронно-вычислительной машине с использованием средств пакета SSPS и др.

Область использования результатов работы. Техническая эксплуатация судовых энергетических установок, судоремонт, научно-исследовательская работа, учебный процесс морских учебных заведений.

Научная новизна результатов работы заключается в:

- полученных обобщенных зависимостях основных параметров работы ТК среднеоборотных (СОД) и малооборотных дизелей (МОД) от их нагрузки;

- разработанной математической одномерной модели движения установившегося потока однокомпонентной рабочей среды ТК;

- разработанной методики согласования характеристик ТК и дизеля с учетом эксплуатационных факторов.

Теоретическое значение результатов работы заключается в создании математической модели ТК, позволяющей выполнять поверочную задачу расчета турбины и компрессора для определения их характеристик и согласования с параметрами дизеля.

Практическая значимость работы состоит в том, что разработанная методика согласования работы судовых дизелей и турбокомпрессоров применяется для повышения эффективности их эксплуатации. Результаты выполненных исследований внедрены в виде модернизации и замены ТК дизелей судов ООО "Морское транспортное бюро" (г. Новороссийск), в учебный процесс МГА имени адмирала Ф.Ф. Ушакова (г. Новороссийск), что подтверждено соответствующими документами.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на:

- научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Морской государственной академии им. Ф.Ф.Ушакова, г. Новороссийск, 2007-2009 гг.;

- конференции "Молодая наука 2008" (г. Новороссийск);

- международной научно-технической конференции "Наука и образование-2008", г. Мурманск, 2008 г; XIII Международном конгрессе двигателестроителей, Рыбачье, Украина, 2008 г.

Достоверность научных результатов обеспечивается комплексным использованием в математической модели фундаментальных законов и уравнений газодинамики; применением комплекса апробированных и признанных теплотехнических методов и методик исследования; использованием приборов и систем измерений, прошедших калибровку или метрологическую аттестацию в соответствии с ГОСТ 8.326-89; удовлетворительным соответствием результатов расчета данным специальных экспериментальных исследований.

На защиту выносятся:

1) зависимости обобщенных параметров работы ТК судовых дизелей;

2) математическая модель одномерного движения установившегося потока однокомпонентной рабочей среды ТК;

3) методика согласования характеристик ТК и дизеля с учетом эксплуатационных факторов.

Публикации. Представленная совокупность научных результатов и технических решений опубликована в 10 печатных работах, в том числе в пяти изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем. Диссертация состоит из введения, четырех глав; заключения; библиографического списка (65 наименований) и приложений. Основное содержание изложено на 134 страницах и включает 60 рисунков и 10 таблиц.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании выполненных теоретических и экспериментальных исследований решена научно-техническая задача создания методики согласования характеристик судовых дизелей и ТК для повышения эффективности их совместной работы. В результате проделанной работы получены следующие научные и практические результаты:

1. Собранны и обобщены данные эксплуатационных параметров характеризующих работу ТК и судовых СОД и МОД, произведена их статистическая обработка, получены обобщающие характеристики. Установлено, что при аппроксимировании параметров работы ТК судовых дизелей целесообразно применение полиномов не выше третьей степени. Доказано, что полученные уравнения регрессии при степени доверия 0,95 могут быть использованы в расчетах турбины и компрессора ТК, анализе условий эксплуатации ТК и дизелей.

2. Разработаны математические модели турбины и компрессора, позволяющие производить поверочный расчет (прямая задача) ТК. Они согласуются с теорией и позволяют определить влияние геометрических, кинематических и термодинамических параметров (типоразмер ТК, площадь СА турбины и лопаточного диффузора компрессора, частота вращения ТК, давление и температура рабочей среды и т.д.) на характеристики ТК с учетом эксплуатационных факторов. Эффективность и адекватность разработанных моделей подтверждены эксплуатационными испытаниями на судах морского флота.

3. Использование разработанной математической модели ТК позволяет производить расчеты по согласованию работы ТК и дизеля с учетом эксплуатационных факторов. Метод согласования характеристик ТК и дизелей был внедрен в практику технической эксплуатации судоходных компаний ОАО "Новошип", ООО "Морское транспортное бюро" (г. Новороссийск) в виде модернизации 11 ТК и замены 14 ТК, что позволило снизить расходы судовладельцев на покупку топлива и сменно-запасных частей.

1. Агрегаты воздухосиабжения комбинированных двигателей. М., «Машиностроение», 1973, 296 с.

2. Алейников и ДР. Стенд для исследований мощных компрессоров агрегатов наддува судовых дизелей. Двигателестроение №10, 1979.

3. Аттестат на методику термографирования рабочего тела двигателей и компрессоров (правила 15-02-81) ЦНИДИ. Ленинград, 1981, с.17

4. Афанасьева Н.Н, Бусурин В.Н., Гоголев И.Г. и др. Аэродинамические характеристики ступеней тепловых турбин / Под общ. ред. Черникова В.А. — Л.: Машиностроение, 1980. 263 с.

5. Бошняк Л.Л. Измерения при теплотехнических исследованиях. Л.-Машиностроение. Ленинградское отделение, 1974, с.447.

6. Быков А.А. Свинаренко В.Т. Исследование пространственного потока в каналах турбомашин. — Препр.: Институт проблем машиностроения АН УССР, 1987. № 249. - 28 с.

7. Воевудский Е.Н. статистические модеи и их приложения на морском транспорте. Учеьное пособие. М., ЦРИА "Морфлот", 1978

8. Возницкий И.В. Современные судовые среднеоборотные двигатели.-Санкт-Петербург: КСИ, 2005.-С. 147

9. Возницкий И.В., Камкин С.В., Шмелев В.П.,Остащенко В.Ф. Рабочие процессы судовых дизелей. М.: Транспорт, 1979

10. Возрастная структура мирового транспортного флота. — российский портал единой государственной системы информации об обстановке в Мировом океане, 2007, www.morinforcenter.ru.

11. Ден Г.Н. Механика потока в центробежных компрессорах. Л., «Машиностроение» (Ленинградское отд-ние), 1973,. 272 е.

12. Дорфман Л.А. Численные методы в газодинамике турбомашин. — М.: Энергия. 1974.

13. Дубнов П. Ю. Обработка статистической информации с помощью SPSS. -М.: ACT, 2006-С.594.

14. Зажигаев JI.C., Кишьян А.А., Романиков Ю.И. Методы планирования и обработки результатов физического эксперимента. М., Атомиздат, 1978, с. 232.

15. Зайцев В.И. Снытко М.Х. Тепловой расчет турбокомпрессора для наддува судового ДВС. М., «Мортехинформреклама», 1990 г.

16. Иовлев В.И. Работы ЦНИДИ по турбокомпрессорам для наддува двигателей. Двигателестроение, № 3, 2004, сс.3-4.

17. Камкин С.В. Газообмен и наддув судовых дизелей JL, «Судостроение» 1972

18. Кириллов И.И. Теория турбомашин. — JL: «Машиностроение», 1972, с. 483 492.

19. Клиновский К.К., Пешехонов Н.Ф. Способ автоматического осреднения по энергии неравномерно распределенного по сечению канала полного давления в потоке газа. Труды ЦИАМ. вып. 1027, М.: ЦИАМД982

20. Крутов В.И.Рыбальченко А.Г. Регулирование турбонаддува ДВС: Учебн. Пособие для вузов. М.: Высш. Школа, 1978. - 213 с.,ил.

21. Курзон А.Г. «Теория судовых паровых и газовых турбин» Л., «Судостроение», 1970

22. Львовский Е.Н. Статистические методы построения эмпирических формул: Учеб. Пособие. -М.: Высш. школа, 1982. -224 е., ил.

23. Межерицкий А.Д. Агрегаты систем турбонаддува судовых двигателей. -Мурманск: КН. Изд-во, 1983.

24. Межерицкий А.Д. Исследование и решение проблем повышения эффективности турбокомпрессоров судовых ДВС. Автореферат диссертации на соискание ученой степени д.т.н. — Л.: ЛИИ, 1987.

25. Межерицкий А.Д. Турбокомпрессоры судовых дизелей Л., «Судостроение» 1986.

26. Неелов А.Н. Расход воздуха на судовой двухтактный малооборотный дизель с газотурбинным наддувом. Труды ЦНИИМФ " Техническая эксплуатация флота", вып.75, Транспорт, М. -Л., 1986, сс. 72-77

27. Николаев Н.И. и др. Анализ отказов и повреждений современных турбонаддувочных агрегатов судовых вспомогательных дизелей при эксплуатации на тяжелом топливе. Известия ВУЗов. Северокавказский регион. Технические науки. 2004. спецвыпуск.

28. Николаев Н.И. и др. Характерные неисправности отказы ГТН с радиальной турбиной судовых ДГ. Морской транспорт. Сер. Техническая эксплуатация флота и судоремонт. М., 2002. Вып. 4 (916).

29. Николаев Н.И. Савченко В.А. Современное состояние и техническая эксплуатация турбонаддувочных агрегатов: Монография. — СПб.: Судостроение, 2005.—114 с.

30. Николаев Н.И., Петренко М.В. Анализ условий эксплуатации газотурбонагнетателей типа ТК23Н судовых двигателей 8ЧН 25/34-3. Транспортное дело России. 2003. Спецвыпуск.

31. Николаев Н.И., Савченко В.А., Кучменко В.В. Аппроксимация экспериментальных характеристик турбокомпрессора VTR 631 судовогодвигателя полиномами различных степеней. / Материалы четвертой региональной научно-технической конференции, 2005.

32. Овсянников М.К., Петухов В.А. Дизели в пропульсивном комплексе морских судов: Справочник. JL: Судостроение, 1987, с. 256.

33. Орлин А.С., Круглов М.Г. Двигатели внутреннего сгорания. Теория поршневых и комбинированных двигателей. М., Машиностроение, 1983-475с.

34. Селезнев К.П., Гарелкин Ю.Б. Центробежные компрессоры. — JL: Машиностроение. 1982. 271 е., ил.

35. Сиволап Г.П., Жуков М.С. Развитие унифицированных турбокомпрессоров СКБТ для дизелей и газовых двигателей. Двигателестроение, 1994, №3 (181), сс. 54-56.

36. Снытко М.Х. Измерение расхода воздуха через турбокомпрессор судового дизеля. М., 1977, вып.21 (433). ( Экспресс - информация.) ЦБНТИ ММФ. Серия Техническая эксплуатация флота, с. 27-34.

37. Снытко М.Х. Расчет турбокомпрессоров для наддува судовых ДВС. СПб., 2005 г.

38. Солодовниченко М.Б. Введение в теорию погрешностей измерений: Учеб. Пособие. -М.: В/О «Мортехинформреклама», 1990. — 32 с.

39. Судовые компрессорные машины. Гофлин А.П., Шилов В.Д. Л., «Судостроение», 1977, 272 с.

40. Теория и расчет турбокомпрессоров: Учеб. Пособие для студентов вузов машиностроительных специальностей./К.П. Селезнев, Ю.Б. Гарелкин, С.А. Анисимов и др.;— Л.: Машиностроение, 1986. — 392 е., ил.

41. Топунов A.M. Работа судовых турбин с отбором и потреблением энергии. Л., "Судостоение", 1978.

42. Турбокомпрессоры для наддува дизелей. Справочное пособие. Л., «Машиностроение» (Ленинградское отд-ние), 1975. 200 с. Авт.: Б.П. Байков, В.Г. Бордуков, П.В. Иванов, Р.С. Дейч

43. Циннер К. Наддув двигателей внутреннего сгорания = Aufladung von Verbrennungmotoren: перевод с немецкого/Под ред. д-ра техн. наук Н.Н. Иванченко. Л., Машиностроение. 1978

44. Ципленкин Г.Е. Дуйч Р.С. Обзор докладов по турбокомпрессорам // Двигателестроение. 2001. №4. С 55-59.

45. Ципленкин Г.Е., Дейч Р.С., Иовлев В.И. Обзор докладов по турбокомпрессорам на конгрессе CIMAC 2004 // Двигателестроение.- 2006. -№ 1-3.

46. Ципленкин Г.Е., Дейч Р.С., Иовлев В.И. Обзор докладов по турбокомпрессорам на конгрессе CIMAC 2007 // Двигателестроение.- 2008. -№ 1-4.

47. Adapting two-stroke engines for slower service speeds.// Marine Propulsion April/May 2008

48. CIAC Turbocharger Retrofit Customer Information and Awareness Course. www.abb.com/turbocharging

49. David Tinsley. Racking up engine performance./ Shipping World & shipbuilding. Propulsion: turbochargers, 2007, June, pp. 10-15

50. Ennio Codan. Two-stage systems boost fuel economy and cut emissions. // Marine Propulsion February/March 2008

51. G. Livanos, E. Kanellopoulou, N. Kyrtatos, "Marine Diesel Engine Rapid Load Acceptance without Smoke Emissions", 7th International Symposium on Marine Engineering (ISME Tokyo 2005), October 24-28, Tokyo, Japan.

52. Helping shipowners cut fuel bills with Wartsila low-speed engines.// In detail — Wartsila technical journal №1 2009

53. Heyes F,J. G, Myszko M. The use of computational fluid dynamics in the design of turbochargers using the Napies 247 as a case study. CIMAC, Copenhagen 1998, v. 4-p. 1017-1028.

54. Man B&W Turbochargers 32000 hours in operation. Onboard interim report

55. Mark Langdon. Sequential turbocharging for improved response//The Motor ship 3/2005.

56. Pressure rises for higher power and lower emissions. // Marine Propulsion. February/March 2008

57. PrimeServ Benelux service centre maintains its turbochargers schedule//DieselFacts 2/2009.

58. TCA. The New Turborcharger Generation. MAN B&W Diesel AG.

59. Turbo technology charger ahead// Shipping World & Shipbuilder. February 2008.

60. Публикации в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных ВАК Минобрнауки РФ

61. Николаев Н.И., Гинда О.П., Жук А.Н. Эксплуатационные параметры работы среднеоборотного двигателя на различных видах топлива. «Морской флот». Москва, №5 2007. Зс. (Индекс по перечню ВАК РФ 70550, ред. апрель 2008г).

62. Жук А.Н. Обобщение параметров стендовых испытаний судовых малооборотных двигателей. // Изв. вузов. Сев. Кавк. регион. Техн. науки. 2008. - 4с. (Индекс по перечню ВАК РФ 70416, ред. апрель 2008г.).

63. Публикации по теме диссертации

64. Николаев Н.И., Гинда О.П., Жук А.Н. Анализ эксплуатации среднеоборотного главного двигателя 9TMS410 на различных сортах топлива. Электронный ресурс. / МГТУ. Электрон. Текст. Дан. (22 Мб). Мурманск: МГТУ, 2008. Зс.