автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Прогнозирование показателей надежности сверхпроводникового униполярного двигателя (СПУД) и вопросы эффективности ГЭУ со СПУД

ГОСУДАРСТВЕННАЯ МОРСКАЯ АКАДЕМИЯ имени адмирала С.О.Макарова

На нравах рукописи

Марцмнковский Олег Александрович

УДК 629.12.037.4 -83

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ СПЕРХПРОВОДНИКОВОГО УНИПОЛЯРНОГО ДВИГАТЕЛЯ (СПУД) И ВОПРОСЫ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГЭУ СО СПУД

Специальность 05.09.03 Электротехнические комплексы и системы, включая их управление и регулирование

Автореферат диссертации на соискание ученой степсии кандидата технических наук

С.-Петербург 1995 г.

Работа выполнена в Государственной морской академии имени адмирала С.О.Макарова

Научный руководитель - кандидат технических паук, понент

Романовский Виктор Викторович_

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Киреев Юрий Никитович :_

к. т.н. ведущий научный сотрудник Л1к1шсов_М1шил_Имиовиу_

Ведущая организация - Всероссийский научно-исследовательский

Защита состоится "Л^" 1995 ГОда в " часов на заселении

диссертационного совета Д 053.23.02 при Санкт-Петербургском государственном морском техническом университете по адресу : 190008, г.Санкт-Петербург, Лоцманская ул., дом 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью предприятия (организации), просим направлять в адрес специализированного совета.

Автореферат разослан " 23 " марта 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

д.т.н, профессор ^ ' Л.Н.Дчдик

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Практика проектирования, строительства и эксплуатации электроходов, обобщенная в работах ЦНИИ им. акай. А.Н.Крылова, ЦНИПКИМФ, ГМА им. адм. С.О. Макарова, других предприятий и научно-исследовательских организаций, показала, что гребная электрическая установка (ГЭУ) может эффективно использоваться на судах, эксплуатация которых связана с - тяжелыми маневренными условиями, переменными нагрузками на гребных валах, а также с режимами плавания, не требующими использования полной мощности энергетической установки (ЗУ).

Анализ основных тенденций применения ГЭУ за истекшее десятилетие свидетельствует, что совершенствование данных установок, дальнейшее повышение их мощности для ледоколов и ледоколыю-транспортных судов, связаны с развитием систем двойного и переменно-переменного родов тока.

В настоящее время в области электромашиностроения проводится интенсивный поиск новых технических решений на основе использования явления сверхпроводимости. Исследовательские работы во многих странах мира завершаются созданием первых опытно-промышленных образцов сверхпровоцниковых (СП) электрических машин, в том числе и для ГЭУ.

Следует отметить тот факт, что разработки сверхпроводниковых униполярных двигателей (СПУД) уже в период начальных стадий велись применительно к их использованию в гребных установках. Интерес к данному типу электрических машин вызван рядом причин. Механические характеристики униполярного двигателя (УД) подобны характеристикам двигателя постоянного тока (ДПТ) традиционного исполнения. При этом, сравнительными преимуществами УД являются высокий КПД, отсутствие потерь в стали, простота конструкции.

Являясь единственным типом электрических машин, где в цепи якоря существует постоянное направление электрического тока, униполярные

двигатели наилучшим образом подходят для сверхпроводникового исполнения Применение в ГЭУ униполярного двигателя со сверхпроводниковой обмотко! возбуждения (СНОВ) позволяет, дополнительно к известным преимуществам усилить позиции электрических передач мощности за счет возможное™ увеличения грузовместимости судна, улучшения виброакустически) характеристик движителыю-двигателыюго комплекса, повышения КПД 1 предела мощности ЗУ.

Наряду с вышеуказанными достоинствами, СПУД обладает специфическим* особенностями, не свойственными другим типам машин, в том числе к сверхпроводникового исполнения:

- низкое питающее напряжение;

- конструкция токосьема многовиткового ротора предусматривает большое количество щеток, техническое использование которых сопряжено с известными трудностями в обслуживании.

Учет особенностей СПУД в случае его применения в составе ГЗУ циктуе'1 необходимость разработки моделей для прогнозирования показателей надежности ее элементов, как важнейшего показателя качества функционирования судовой ЗУ.

В соответствии с целевой программой Госкомитета Российской федерации по науке и технике в ряде научно-исследовательских огранизаций выполняются работы по техническому проектированию и технико-экономическому анализу применения ГЗУ со сверхпроводниковыми электрическими машинами на транспортных и ледокольно-транспортных судах различного назначения.

Таким образом исследования, направленные на повышение эффективности ГЭУ со СПУД за счет разработки новых технических решений с учетом результатов прогнозирования показателей надежности конструктивных элементов установки, являются актуальными.

Содержание диссертации отряжает личное участие автора в научно-исследовательских работах кафедры электродвижения и автоматики судов ГМА

им. адм. С.О.Макарова, связанных с исследованием эффективности эксплуатации современных и перспективных ГЭУ.

Цель работы - разработка математической модели прогнозирования показателей надежности СПУД и повышение эффективности сверхпроводниковой гребной электрической установки за счет новых технических решений. Для достижения поставленной цели в диссертации решались следующие задачи:

1. Разработка математической формы представления критерия для сравнения комплексной эффективности современных и перспективных ГЭУ на судах одного типа, позволяющей снизить влияние субьективных факторов.

2. Разработка математической формы представления характеристик надежности элементов судового электрооборудования (СЭО) ГЭУ.

3. Разработка математической модели надежности гребного СПУД с учетом эксплуатационных характеристик и частичных режимов работы ГЭУ.

4. Уточнение методики расчетов параметров твердощеточного токосъема С1ГУД с учетом требований надежности.

5. Сравнительный анализ эффективности различных систем криогенного обеспечения (СКО) сверкпроводниковых потребителей ГЭУ по массогабаритным, стоимостным, энергетическим критериям и показателям надежности.

Методы исследования.

Разработка новых технических решений элементов ГЭУ базируется на анализе и синтезе перспективных направлений повышения эффективности функционирования СПУД и систем криогенного обеспечения. При выполнении исследований использовались:

- методы теории проектной эффективности;

- методы векторной алгебры:

- методы теории вероятностей и математической стат ис тики;

- методы вычислительной математики;

- методы экспериментальных исследований.

Научная новизна.

В диссертационнои работе получены следующие научные результаты, которые выносятся на защиту:

1. 1'азработан критерий комплексной эффективности ГЭУ, обладающий инвариантностью к влияниям субъективного и объективного факторов при его использовании в процессе выбора рациональною варианта установки на этапе проектирования.

2. Разработана математическая модель надежности судового электрооборудования, на основе которой рассчитаны параметры распределений характеристик надежности ряда изделий, комплектующих ГЭУ.

3. Разработана математическая модель СПУД, позволяющая прогнозировать показатели его надежности с учетом эксплуатационных характеристик и частичных режимов работы ГЭУ.

4. Предложена уточненная методика расчета параметров т верцощеточного токосъема СПУД с учетом требований надежности и эксплуатационных режимов ГЭУ.

5. На основании проведенного сравнительного анализа структурных схем, предложен рациональный вариант СКО, состоящий из рефрижератора и резервной емкости.

Практическая ценность работ ы заключает ся:

- в разработке пакета программ для ЭЦВМ и определения с их помощью рациональных параметров токосъемного узла СПУД в случае его применения в качес тве гребного электродвигателя (ГЭД) на ледоколах типа "Капитан Сорокин" с учетом требований надежности;

- в определении параметров характеристик надежности для труни элементов судовою электрооборудования ГЭУ и разработки пакета программ расчета их единичных показателей надежности на ЭЦВМ;

- в разработке рациональных технических решений конструкций СПУД и СКО, позволяющих повысить эффективность ГЭУ.

Реализация результатов исследований.

Результаты реферируемой работы использованы ЦНИИ им. акад. Л.Н.Крылова при оценке эффективности и выборе рационального типа ЗУ судов перспективной постройки, научно-техническими отделами СТЗФ АО СМИ и БМП при расчете показателей надежности элементов СЭО и оценке Эффективности ЗУ судов, а также в научно-исследовательских работах отраслевой лаборатории электродвижения и автоматики судов ГМА им. адм. С.О.Макарова и ВНИИэлектромаш при анализе показателей надежности СПУД.

Апробация работы.

Основные положения работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ГМА им. адм. С.О.Макарова в 1989-1993 г.г., на научно-технической конференции "Проблемы обеспечения живучести кораблей и судов" Центрального правления НТО судостроителей им. акад. А.Н.Крылова (С.-Петербург, 1992 г.), на Международном симпозиуме "Автономная энергетика сегодня и завтра" Министерства топлива и энергетики Российской федерации (С.-Петербург, 1993г).

Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 5 работ, получено 5 авторских видетельства на изобретения.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 5 наименований, 10 приложений. Работа содержит 121 страниц основного гкета, 20 рисунков, 10 таблиц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Но введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, определены основные направления работ по теме, сформулированы цель и задачи исследований.

В первой главе обосновывается необходимость применения системного анализа и совершенствования математической формы представления критерия комплексной эффективности перспективных установок судов, производится сравнение различных вариантов НУ для транспортного судна на базе данных численных значений частных показателей качества и расчетных значений весовых коэффициентов.

Достаточное внимание в работе уделено вопросам обоснования структуры функции многоцелевого критерия.

Согласно положениям теории Эффективности систем, в качестве критерия комплексной эффективности Ы-го варианта ЗУ используется скалярная величина, оценивающая разницу между комплексными показателями качества Ы-го и базового вариантов соответственно.

Меру критерия такого типа в общем виде удастся представить следующим

где К(Ы) - вектор комплексного показателя качества И го варианта ГЗУ, характеризующий, согласно определения, совокупность свойств и характеристик системы, способных обеспечить определенные потребности.

К* - вектор комплексного показателя качества базового для сравнения варианта ГЭУ.

Для формализации выражения вектора комплексного показателя качества были приняты методы алгебры комплексных чисел, согласно которым К(Ы) можно представить следующим образом:

(1)

К(М)=Х(Ы^х|К*|. (2)

где |к *| - модуль вектора комплексного показателя качества базового варианта ГЭУ.

Используя гот факт, что модуль вектора |К(Ь1)| обычно задается одной из

средневзвешенных величин, в качестве последней была принята аддитивная форма представления, как наиболее удобная и распространенная на практике:

(3)

где <а, - весовые коэффициенты, определяющие значимость 1 -го частного показателя качества ГЭУ;

- относительное значение 1 -го частного показателя качества Ы-го варианта ГЭУ, определяемое по формуле:

8ш = -^-т. (4)

гш - абсолютное значение частного показателя качества;

}- минимальное абсолютное значение среди 1 -х частных

показателей качества в рассматриваемой совокупности (Е) вариантов ГЭУ.

Условие масштабирования весовых коэффициентов обеспечивается следующим свойством:

£«¡ = 1. (5)

¡*!

В качестве базовой ГЭУ принималась некоторая "мнимая" система с минимально возможными частными показателями качества из каждой I -ой группы, свойственной данной совокупности вариантов. В частном случае она может совпадать с одним из вариантов реальной энергетической установки.

Согласно формулам (3), (4) и (5) среднеарифметическая величина |к*) будет определяться как:

(6)

Последнее условие (6) свидетельствует о том, что данный подход позволяет естественным образом принимать значение модуля вектора комплексного показателя качества базового варианта ГЭУ за единицу.

Учитывая выше изложенное и сохраняя последовательность рассуждений относительно векторов частных показателей качества, выражение (2) можно раскрыть следующим образом:

где К|(Ы) - вектор 4 -го показателя качества ГЭУ;

ХДЫ) - величина, характеризующая эффективность установки по 1 -му частному показателю.

В результате, формула критерия комплексной эффективности Ы-го варианта ЗУ принимает вид:

Чувствительность величины комплексной эффективности к равным изменениям значений частных показателей качества и их весовых коэффициентов иллюстрирует пример на рисунке.

Здесь: [<1а] - геометрическое предс тавление величины Х|(Ы);

(7)

(8)

[аЬ], [1е]. - результаты изменения ХДЫ) при увеличении модуля вектора |К;(Ы)|

Рис. Геометрическая интерпретация чувствительности величины комплексной эффективности

на 25% за счет относительного значения и соответственно.

Легко показать, что: |аЬ|)|сЬ|, |ае|)|1е|, |сЬ| = |ае|. Данные соотношения позволяют

сделать вывод, что |аЬ|)|Ге|.

Последнее неравенство свидетельствует, что чувствительность предлагаемого критерия оценки комплексной эффективности ГЭУ к возможным численным изменениям субъективного фактора ниже, чем к аналогичным изменениям объективного фактора. К его достоинствам также относятся относительный характер, простота и наглядность.

Обзор и изучение нормативных документов, научно-исследовательских работ и технической литературы позволили предложить в обшем случае шесть групп частных показателей качества для сопоставительного анализа автономных гребных ЗУ судов одного и того же тина. Выделены следующие показатели качества: показатели назначения (1=1); живучесть и надежность (1^2); уровень автоматизации (¡ = 3); безопасность обслуживания (¡ = 4); показатели технологичности (¡ = 5); прочие показатели, в том числе экологический, эргономический, эстетический и другие (I = 6).

Результаты сравнительного анализа вариантов ГЗУ в достаточной степени зависят от результатов априорного ранжирования данных групп частных показателей качества. В процедуре проведенного автором опроса экспертов использовался один из вариантов метода Делфи (непосредственная оценка ш, ). В ней участвовало 30 человек, обладающих опытом проектирования и эксплуатации данного технического комплекса.

Результатом экспертной оценки являются численные значения весовых коэффициентов выбранной группы частных показателей качества для судов одного и того же типа с достаточной степенью согласованности мнений экспертов. Их величины распределились:

1. Для ледоколов: (о, = 0,215; со2 ^0,205; ш, = 0,116; ш, =0,159; ш, = 0,115; ш* - 0,14.

2. Для ледокольно-транспортных судов: ю, =0,212; сог = 0,205; о>3 = 0,153; ш4 = 0,136; (в5 =0,153; ш6 = 0,141.

Умет полученных значений позволил выполнить сравнительный анализ перспективных гребных электрических установок судов типа СА-15М, оснащенных в настоящее время редукторной передачей и винтом регулированного шага. В результате установлено, что рациональным вариантом перспективных ГЗУ судов данного тина является установка, предусматривающая использование сверхпроводниковых униполярных электрических машин в качестве гребных двигателей. При этом требования к надежности новых конструктивных элементов ГЗУ - СПУД и СКО - обладают приоритетом среди выделенных групп частных показателей качества для ледоколов и ледоколыю-транспортных судов.

Вторая глава посвящена анализу вариантов конструктивного исполнения и разработке математической модели надежности СПУД с учетом эксплуатационных характеристик и частичных режимов работы ГЗУ.

Существующее многообразие конструктивных решений СПУД удается упорядочить и оценить с помощью их классификации, возможный вариант которой представлен в диссертационной работе. В соответствии с предложенной классификацией, основной конструктивной схемой СПУД на крупнотоннажных специализируемых судах (лихтеровозах, железнодорожных и автопассажирских паромах, контейнеровозах, ролкерах) и ледоколах принята - цилиндрическая, однороторная с внутренним индуктором, твердощеточным токосьемом, ферромагнитным экраном или сверхпроводниковыми компенсационными катушками.

"Приоритет твердощеточной системы в СПУД обусловлен результатами научных и конструктивных разработок электрощеток из металлографитных композитных материалов, обеспечивающих выполнение основных требований, предьявляемых к токосьемам (стабильность работы во всех режимах, малые механические и электрические потери в контакте, безопасность и удобство обслуживания, высокий технический ресурс). Альтернативный вариант -жидкометаллическая система - наряду с рядом положительных свойств

(значительное увеличение плотности тока в контакте, малые контактные падения напряжения, возможность работы при высоких окружных скоростях), обладает существенными недостатками (наличием магнитогидродинамических эффектов при движении металла в магнитном поле, окисление контактов, трудностями в реализации устойчивой работы контакта при реверсе и пуске двигателя, агрессивность и токсичность жидкометаллической среды^, что снижает эффективность ее применения в настоящее время.

Задача прогнозирования показателей надежности СПУД на стадии проектирования ГЭУ характеризуется специфическими особенностями, которые обусловлены:

- наличием неопределенности из-за отсутствия опыта эксплуатации данного типа двигателя;

необходимостью выполнений условий физической реализуемости и технологических ограничений;

- использованием наиболее разработанных и апробированных вероятностных методов в расчетах показателей надежности двигателей, которые ограничивают исследования рамками достаточно длительных установившихся режимов работы ГЭУ.

В анализе надежности СПУД нашел применение узловой метод. При оценке ее показателей, этот метод позволяет ориентироваться на математическую модель наиболее слабого звена, определение которого связано с анализом технического исполнения конструктивных узлов СПУД и обобщением опыта эксплуатации ближайших аналогов - ДПТ. В структурной схеме надежности СПУД автором выделены: индуктор со СПОВ и СКО, щеточный узел, коллектор, обмотка якоря, подшипниковый узел.

Анализ возможных причин и условий нарушения стабильности СПОВ позволил сгруппировать их следующим образом:

1. Причины, обусловленные несанкционированным увеличением температуры сверхпроводника выше критического значения. Основные предпосылки к их

[икновению связаны с отказами в работе С КО, так как разгерметизация самого уктора СПУД маловероятна благодаря неподвижному варианту исполнения, ор рациональной структурной схемы СКО по критерию надежности проведен гвертой главе.

1ричины, связанные с наличием скачков магнитного потока. Отказы, :ловленные данными причинами не характерны для установившихся имов работы ГЗУ. Обеспечить постоянство режимов работы СП системы уждения в условиях реверса и регулирования частоты вращения гребного УД тся путем изменения полярности и величины питающего напряжения, менение внутренней стабилизации сверхпроводников и существующих :о6ов защиты СПОВ дополнительно повышает надежность работы СП штной системы гребного УД.

Собранные в ММП, БМП, СМП статистические данные по количественному гношению отказов выделенных узлов ДПТ, как ближайшего аналога СПУД по «ческим соображениям и условиям работы, и дополненные априорной ормацией экспертов, свидетельствует о том, что щеточный узел СПУД чется наиболее слабым звеном в его структурной схеме надежности. Таким дом, возникает необходимость моделирования ЩУ. обусловленная юваниями прогнозирования показателей надежности СПУД. Щеточный узел СПУД рассматривался как резервированная система с >ным коэффициентом:

а = — (9)

4«

Ч, - необходимое количество основных щеток одной щеточной сборки; <] - общее число щеток одной щеточной сборки.

Зходимое количество основных щеток для каждого частичного режима шости (Ы,) СПУД можно определить следующим образом:

4« = ^. (10)

где 1;,[А] - ток нагрузки СПУД 1-го уровня мощности ГЗУ, при этоь 1 = [1,...,!.]:

I, - количество возможных частичных режимов ГЭУ; к„ - коэффициент допустимой перегрузки СПУД по току; 1Д,[А) - максимально допустимое значение тока щетки; а - количество параллельных ветвей роторной обмотки. Учитывая степенные зависимости винтовых и механических характеристик гребного СПУД, выражение (10) принимает вид:

где N.. .[МВт] - номинальная мощность двигателя;

1Н,[А ] - номинальный ток двигателя. Таким образом, каждому значению установившегося частичного уровня мощности ГЭУ будет соответствовать свой коэффициент резервирования ЩУ СПУД:

Вероятность безотказной работы ЩУ в ! -том нагрузочном режиме можно определить согласно выражению:

Р(0)+ Ер<й ¡>1

где

P(0) = Pi(t)

I'd)

(14)

Рщ(1)- зависимость вероятности безотказной работы щетки во времени; ] - количество допустимых отказов щеток в одной щеточной сборке двигателя;

ь - число щеточных сборок двигателя, рассчитываемое по формуле:

Здесь : и„,[В] - номинальное напряжение СПУД;

Е0,[В] - ЭДС одного витка роторной обмотки. Вероятность безотказной работы ЩУ СПУД с учетом частичных [агрузочных режимов ГЭУ определяется следующим образом:

це p,(t), p0(t) - вероятности i -го нагрузочного и стояночного режимов эответственно.

Методика определения вероятностных характеристик установившихся ежимов мощности ГЭУ предусматривает использование статистики режимов )боты судов, близких по назначению и районам плавания.

Используя экспоненциальный закон распределения Рш(1) в качестве первого риближения, на ЭЦВМ типа IBM PC-XT разработаны программы и определены тиональные параметры токосьсьема гребного СПУД в случае его применения I ледоколах типа "Капитан Сорокин". При этом, ограничения имели юдующий вид:

(15)

(16)

- относительная длина зоны токосъема не должна превышать 0,5;

- вероятность безотказной работы двигателя в течение заданного времени должна быть не ниже 0,97;

- использование минимально возможного количества резервных щеток.

Таким образом, разработанная модель 1ЦУ СПУД позволяет в процессе

проектирования определять рациональные параметры токосъема гребного

*

двигателя и стратегию его обслуживания с учетом предъявляемых требований надежности.

Третья глава посвящена определению характеристик надежности судового электрооборудования ГЭУ и проверке согласия гипотетических кривых распределений с их статистической оценкой.

Адекватность математической модели надежности СПУД во многом определяется качеством исходных данных, в том числе и выбором закона распределений характеристик надежности щеток.

Анализ основных характеристик надежности элементов ГЭУ позволил предложить вид теоретической зависимости, описывающий интенсивность их отказов во времени - Х(1). По характеру изменений параметров элементов, вызывающих отказы (приработочные и износовые), типичную зависимость предлагается аналитически представить следующим образом:

М0= А * 1"к + В х I1

(17)

где А, В - параметры характеристики с ограничениями:

А)0 и В>0,

(18)

к, I - показатели степени с ограничениями:

0(К(1 и 1)1.

(19)

Используя ценные но эксплуатации элементов СЭО ГЭУ, параметры могут ыть определены методом наименьших квадратов (МНК).

В случае когда план наблюдений за отказами элементов предусматривает пределение статистической оценки их вероятности безотказной работы, еоретическал зависимость распределения принимает виц:

ic А, В, k, 1 - имеют тот же смысл, что и в формуле (17).

ри заданных величинах показателей степени к и 1 , параметры А и В

счисляются согласно МНК.

Если информация о приработочных или износовых отказах элементов ГУУ rey гствует (например у новых судов), интенсивность их отказов и вероятность зотказной работы предполагается учитывать согласно соответствующим фажениим:

г т - индентификатор показателя степени;

-1(ш(0 - для случая приработочных отказов;

т>1 - для случая износовых отказов;

С- параметр распределений, вычисляемый по МНК.

На примере экспериментальных данных по отказам элементов ГУУ, едящих в состав полупроводниковых преобразователей, систем управлений и оматических регуляторов, определены значения параметров распределений >тветствующих интенсивностей отказов и установлена их достаточная ласованность с гистограммами и полигонами.

По результатам наблюдений, производимых согласно ГОСТ 27.002-83 по

(20)

?„(o = cxt\

(21) (22)

плану N UT, за отказами электрощеток двух марок EG236 и EG332 - определе! параметры гипотетических кривых вероятностей безотказной работы.

Согласованность теоретических зависимостей Рш(0 с их статистическ окенкой устанавливалась с помощью критериев Л.Н.Колмогорова, Мизеса и К.Пирсона. Но всем трем критериям, при одном и том же уровне значимостт 10%, гипотеза предложенного закона распределения не отвергается.

С применением численных методов интегрирования и разработанш программ на ЭВЦМ типа IBM РС-ХТ, рассчитаны единичные показать надежности (средняя наработка до отказа и ее дисперсия) для электрощеток дв; марок. Расхождения полученных значений с их статистическими опенками i превышают 30%.

Таким образом, к основным достоинствам предложенного закона распределен» характеристик надежности элементов СЭО следует отнести его наглядност простоту использования в расчетах и достаточную согласованность < статистическими данными.

Указанные типы электрощеток применялись в двигателях постоянного toi гина GRC011250, работающих на землесосе "Ленинградский-2". Использу математическую модель надежности, произведена оценка основных требовани технической эксплуатации (периодичность технического обслуживани; необходимый обьем ЗИПа щеток) данных двигателей при заданном уровне и вероятности безотказной работы. Расчетные значения полученных показателе близки к величинам, установленным в процессе эксплуатации судна.

В четвертой главе на основе технико-экономических показателей основны элементов системы криогенного обеспечения ГЭУ со СПУД произведен сравнительная оценка эффективности различных вариантов ее структурно!' исполнения.

В качестве начального критерия при анализе вариантов структурных схеь СКО применялся коэффициент готовности (Кг) и связанный с ним коэффициент неготовности (Ки[). Использованный при этом метод, основанньн

на применении теории массового обслуживания, позволяет получать результаты с большей точностью.

Численные значения показателей надежности составных элементов С КО получены из статистических данных по эксплуатации таких систем для сверхпровоцниковых линии электропередач. Учет влияний судовых условий эксплуатации СКО обеспечивался за счет введения соответствующих вероятностных характеристик и поправочных коэффициентов.

Но внимание принимались только те варианты систем криогенного обеспечения, которые удовлетворяли условиям заданного уровня надежности (Кг >0,997). Для дальнейшего анализа эффективности использовались известные графические зависимости следующих показателей качества системы:

- удельной стоимости от холодопроизводигельности;

- массы и обьема от холодопроизводигельности;

- удельных затрат мощности от холодопроизводительности.

Варианты исследуемых СКО выбирались таким образом, чтобы использовать известные методы и средства повышения надежности: ■ общее резервирование рефрижераторов; совершенствование технологических схем.

В диссертационной работе рассматривались следующие варианты: вариант 1 - система без резервирования.

)ариант 2 - СКО с нагруженным резервом полной производительности. 1арианг 3 - СКО с ненагруженным резервом полной производительности, (ариант 4 - СКО, состоящая из двух постоянно работающих и одного еиагружепного резервного рефрижератора с половинной производительностью, ариант 5 - система из рефрижератора с полной производительностью и езервной емкости (резервуара).

ополнительно, в составе схем надежности всех вариантов учитывалась »убонроводная арматура, размещенная в машинном отделении. В расчетах эинимались следующие ограничения:

- отказ элемен та може т произойти только при работе ГЭУ:

- выводы элементов СКО на плановый ремонт производятся на стоянках суднг порту;

- одновременные отказы разноименных элементов системы являются события!» несовместимыми.

Сравнительные оценки частых показателей эффективности показали, ч' рациональным вариантом, из числа рассмотренных, является система, состоят; из рефрижератора и резервной емкости. Работа резервуара в качест нагруженного резерва позволяет дополнительно повысить коэффициет готовности в целом. При этом, перерывы в работе, связанные с операциям включения ненагруженного резерва и изменением параметров хладагента пр хранении, исключаются.

Результаты выполненной работы сводятся к следующему:

1. Разработана математическая форма представления критерия комплексно эффективности перспективных энергетических установок однотипных судо позволяющая снизит ь влияние субъективных факторов.

2. Па основе сравнительной оценки эффективности различных вариантов ГЭУ гребными электродвигателями традиционного исполнения и СПУД показан« что для ледоколыю-транспортных судов одним из рациональных варианте перспективной ЗУ является гребная электрическая установка со СПУД.

3. В результате анализа конструктивного исполнения основных технически узлов СПУД установлено, что щеточный узел двигателя является слабым звено) ею структурной схемы надежности.

4. Разработана и апробирована математическая форма представлени: характеристик надежности элементов судового электрооборудования ГЭУ Согласие гипотетических кривых с их статистической оценкой устанавливалос по критериям А.Н.Колмогорова, Мизеса, %г К.Пирсона. Расхождения расчетны: значений средней наработки до отказа и ее дисперсии с их статистическим!

гиками не превышают 30% для электрощеток марки EG236 и EG332. Разработана математическая модель надежности твердошеточного токосъема :бного СПУД. Предложен и апробирован пакет программ для расчета >аметров твердошеточного токосъема СПУД с учетом требований надежности.

Показано, что предложенный вариант схемного решения СКО рхпроводниковых потребителей ГЭУ со СПУД, включающий в свой состав >рижераторную установку и резервную емкость, является рациональным по ультатам сравнительного анализа с учетом основных экономических газателей данного технического комплекса.

На основании анализа путей повышения Эффективности разработаны иональные варианты исполнения технических подсистем ГЭУ перспективной тройки, защищенные авторскими свидетельствами.

ПУБЛИКАЦИИ IIO ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Романовский В.В., Марцынковский O.A., Шегалов ИЛ. Перспективы менения сверхпроводниковых систем электродвижения (СПСЭД) на «спортных и ледокольно-транспортных судах. *Минморфлот. В/О ртехинформреклама". Морской транспорт. Серия "Техническая эксплуатация та". Экспрес-информация, вып. № 21(737), 1990, с.1-17.

Марцынковский O.A., Романовский В.В., Росляков P.O. Определение «шальной программы технического обслуживания токосьемного узла эгенного униполярного гребного двигателя. *Минморфлот. В/О ртехинформреклама". Морской транспорт. Серия "Техническая эксплуатация га". Экспрес-информация, вып. № 16(756), 1991. с.19-25.

[арцынковский O.A., Росляков P.O., Романовский В.В. Определение периода шческого обслуживания судового электрооборудования по :луатационным данным (на примере мощных двигателей постоянного тока), нморфлот. В/О "Мортехинформреклама". Морской транспорт. Серия ническая эксплуатация флота". Экспресс-информация, вып. № 9(797), 1993,

с.14-17.

4. Марцынковский O.A., Новицкий В.Г., Романовский В.В. Системы электроцвижения с униполярным криодвига гелем на транспортных судах. / Электрические машины (развитие, совершенствование исследований и расчетов). С.-Петербург: ВНИИэлектромаш, 1992. С. 149-162.

5. Марцынковский O.A., Романовский В.В. Проектная эффективность перспективных систем электродвижения судов. / Тезисы докладов научно-технической конференции "Проблемы обеспечения живучести кораблей и судов". С-Петербург, Судостроение, 1992. С.49.

6. Авторское свидетельство № 1699858. Устройство для испытания гребной энергетической установки судна. Марцынковский O.A., Иванов B.C., Шегалов И.Л.

7. Авторское свидетельство № 324537. Марцынковский O.A., Иванов B.C., РуЬинраут А. М. и др.

8. Авторское свидетельство № 1818496. Устройство накопления, хранения и подачи хладагента потребителям. Марцынковский O.A., Росляков P.O., Шегалов И.Л.

9. Авторское свидетельство № 1772051. Электрический привод соосных гребных винтов. Марцынковский O.A., Шегалов И.Л., Романовский В.В. и др.

10. Марцынковский O.A., Росляков P.O., Тимофеев Ю.К. Гребная электрическая установка. Заявка № 92008137 / 11 (053912). Положительное решение от 04.01.95.