автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.05, диссертация на тему:Развитие методов расчета топливоподачи, совершенствование топливной аппаратуры и рабочего процесса судовых дизелей

ОДЕССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МОРСКАЯ АКЛДЕМЯ

РГб о

2 1 ПАР Ш

на правах рукописи

ИВАНОВСКИМ Валерий Георгиевич

РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ РАСЧЕТА ТОПЛИВОПОДАЧИ, СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТОПЛИВНОЙ АППАРАТУРЫ И РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ

Специальность 05.08.05 Судовые энергетические установки и их элементы

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

(главные и вспомогательные)

Одесса - 1994

Диссертация является рукописью

Работа выполнена в Одесском институте инженеров морского флота

Официальные оппоненты:

академик Международной инженерной академии, доктор технических наук, профессор

Барсуков С.И.

академик Транспортной академии Украины, доктор технических наук, профессор

Козьминых А. В.

академик Академии нетрадиционных технологий Украины, доктор технических наук, профессор

Шквар А.Я.

Ведущая организация - АСК "Бласко" (Черноморское морское пароходство, Одесса).

Защита состоится $ 1994 г. в 10 часов

щите диссертаций на соискание ученой степени доктора технических наук в Одесской государственной морской академии по адресу: 270029, г.Одесса, ул. Дидрихсона, 8.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии. Отзывы в двух экземплярах с подписью, заверенной гербовой печатью, просим направить ученому секретарю специализированного совета по адресу академии.

на заседании специализированно

■ета Д 068.53.01 по за-

Авгореферат разослан

Ученый секретарь специализированного совета ипкя.кя П1 доктор технических наук

КАПИТОНОВ Н.В.

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

ВРШ - винт регулируемого шага;

ГД - главный двигатель;

ГЗФ - гидрозапорная форсунка;

ЛВД - линия высокого давления топлива;

МФ - механическая форсунка;

ПО БМЗ - производственное объединение "Брянский машиностроительный завод";

СЭУ - судовые энергетические установки;

ТА - топливная аппаратура дизеля;

ТВД - топливопровод высокого давления;

ТНВД - топливный насос высокого давления;

ТС - топливная система дизеля;

ТСВД - топливная система высокого давления;

ТСНД - топливная система низкого давления;

ЦНИДИ - центральный научно-исследовательский дизельный институт;

ЧМП - черноморское морское пароходство.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Основным типом СЭУ транспортных, промысловых и речных судов является дизельная, которая обладает рядом серьезных преимуществ по сравнению с другими типами СЭУ и прежде всего по экономичности. Последнее обстоятельство играет решающую роль в связи с очень высокой долей затрат на топливо в общих эксплуатационных расходах судна. Поэтому в последнее десятилетие наблюдается бурное развитие судового ди-зелесгроения.

Одновременно с этим ставятся задачи дальнейшего повышения экономичности на всех режимах эксплуатации, надежности дизелей и форсировки их по среднему эффективному давлению, которые решаются, прежде всего, за счет совершенствования рабочего процесса и топливоподачи дизелей, а также за счет оптимизации режимов их эксплуатации. Комплексное и эффективное решение этих задач приводит к необходимости развития экспериментальных и теоретических исследований, совершенствования расчетных методов, значение которых повышается в связи с широким применением

современной электронной измерительной аппаратуры и с использованием более совершенных ЭВМ.

Таким образом, решение проблемы дальнейшего совершенствования топливоподачи и рабочего процесса, с разработкой метода оптимизации режимов эксплуатации судовых дизелей, позволяющей улучшить экономические показатели как рабочего процесса, так и СЭУ в целом, актуально для современного дизелестроения и эксплуатации транспортного и рыбопромыслового флотов.

Цель работы. Разработать методы исследования и способы повышения эффективности рабочего процесса и топливоподачи судовых дизелей на основных режимах эксплуатации, для чего необходимо:

- исследовать физическую сущность волновых процессов, происходящих в ТС низкого давления, и установить их Елияние на процесс впрыскивания топлива;

- разработать метод гидродинамического расчета топливных систем с учетом волновых процессов в топливной системе низкого давления;

- уточнить и разработать методы гидродинамического расчета основных нетрадиционных (существующих и перспективных) типов ТС судовых дизелей;

- разработать алгоритмы и рабочие программы расчета ТС на ЭВМ, позволяющие проводить расчетно-теоретические исследования;

- на основе экспериментальных и расчетно-теоретических исследований изучить влияние конструктивных параметров ТА и эксплуатационных параметров дизеля на топливоподачу и рабочий процесс;

- разработать пути и практические рекомендации по совершенствованию топливоподачи и рабочего процесса судовых дизелей как на номинальном режиме работы, так и на частичных нагрузках;

- провести исследования и выполнить анализ режимов совместной работы ГД и ВРШ, разработать методику оптимизации этих режимов и выработать практические рекомендации.

Методы исследования. Расчетно-теоретическое исследование проводилось с помощью современных ЭВМ на базе разработанных методов гидродинамического расчета ТС. Достоверность предложенных методов проверялась в ОИИШе и в других организациях путем сравнения расчетных параметров с результатами натурного эксперимента.

Экспериментальные исследования проводились в лаборатории кафедры ДВС 0И1Ша как на безмоторных стендах, созданных под руководством автора диссертации, так и на двигателях "Шкода" 63275Ь и ЗКЬ 1М024. Большой объем работ был выполнен на судовых дизелях в процессе их эксплуатации. Исследования были проведены на 15 судах, на которых установлены дизели 7-ми различных марок. При экспериментальном исследовании использовалась современная электронно-измерительная аппаратура. Кроме стандартного оборудования и традиционной конструкции датчиков, для регистрации при осциллографировании процессов топливоподачи применялись разработанные автором диссертации датчики разности давления топлива и вакуумных каверн, возникающих при разрыве сплошности топлива.

Научная новизна.

1. Установлена физическая сущность волновых процессов, происходящих в ТСНД, изучено их влияние на процесс впрыскивания топлива.

2. Разработан метод гидродинамического расчета ГС с учетом волновых явлений в ТСНД и с учетом разрыва сплошности объема топлива в полостях ГС.

3. Разработаны методы гидродинамического расчета основных нетрадиционных типов (существующих и перспективных) ТС судовых дизелей.

4. Получены новые экспериментальные и аналитические зависимости влияния конструктивных параметров ТА и эксплуатационных параметров дизеля на его рабочий процесс и топливоподачу, что позволило наметить пути их совершенствования.

5. Разработана и внедрена на судах методика оптимизации режимов совместной работы ГД и ВРШ.

Достоверность результатов. Достоверность результатов теоретических исследований при решении конкретных задач обеспечивается корректным применением математического аппарата гидромеханики и методов вычислительной техники, а также удовлетворительным качественным и количественным совпадением результатов расчетов с экспериментальными данными как автора диссертации, так и других исследователей.

Достоверность экспериментальных исследований основывается: на использовании современных методов измерений, на согласовании результатов, полученных автором на опытных установках и при натурных исследованиях на судовых дизелях в процессе их

- б -

эксплуатации, а также на результатах длительной и аффективной эксплуатационной проверки после внедрения практических рекомендаций на морских судах.

Практическая ценность. Разработанные методы, алгоритмы и пакет программ гидродинамического расчета различных типов ТС на ЭВМ могут быть использованы для решения задач проектирования, доводки и модернизации топливных систем судовых дизелей.

Полученные экспериментальные и аналитические зависимости могут быть использованы в эксплуатации судовых дизелей для оценки их технического состояния, а также для совершенствования эксплуатации дизелей на частичных нагрузках. Разработанная методика оптимизации режимов совместной работы ГД и ВРШ позволяет создать программу их управления.

Практические рекомендации по совершенствованию рабочего процесса и топлиЕоподачи, а также по оптимизации режимов совместной работы ГД и ВРШ позволяют существенно снизить расход топлива и повысить надежность работы судовых дизелей.

Реализация работы. Методы и программы расчета топливных систем применялись или применяются в ЦНИДИ и на дизелестрои-тельных заводах: ПО "Брянский машиностроительный завод" (ПО БМЗ), ПО "Коломенский машиностроительный завод", "Русский дизель" и "Двигатель революции". На ПО БМЗ они использовались при создании топливной аппаратуры отечественных дизелей 6ДКРН75/160 И 6ЧН62/64.

Результаты экспериментального и теоретического исследований ТС были внедрены в ЦНИДИ и на судах 41®. Результаты экспериментального исследования и практические рекомендации по совершенствованию рабочего процесса судовых дизелей, методика и конкретные практические рекомендации по оптимизации режимов работы ГД и ВРШ внедрены на судах ЧМП, а также переданы для использования Украинскому Дунайскому пароходству и Азовскому морскому пароходству.

Работа по оптимизации ГД и ВРШ на железнодорожных паромах типа "Герои Шипки" выполнялась в 1981-1983г.г. по международной программе СССР - НРБ. Результаты были использованы научно-исследовательским Болгарским институтом водного транспорта (Г.Варна) при разработке оптимальных режимов эксплуатации болгарских железнодорожных паромов.

Отдельные результаты работы используются в учебном процессе НКИ и ОИИМФа.

Акты внедрения результатов работы в народное хозяйство с указанием годового экономического эффекта даны в Приложении. Суммарный годовой экономический эффект от внедрения результатов работ в народное хозяйство составил 1192 тысячи рублей в ценах 1S90 года.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены на Международном симпозиуме "Motor Sympo 88" CSSR - Vysoke Tatry - Strbske Pleso (ЧССР, г.Высокие Татры, 1988г.), на семинаре по повышен™ квалификации кубинских специалистов-выпускников советских учебных заведений на тему "Организация и управление технической эксплуатацией флота" (республика Куба, г.Гавана, 1986г.). Основные результаты исследования также догладывались на следующих Всесоюзных научно-технических конференциях: "Пути повышения мощности, надежности и долговечности двигателей внутреннего сгорания" (г.Москва, МВТУ им.Баумана, 1973г.); "Рабочие процессы в ДВС" (г.Москва, МАДИ, 1982г.); "Проблемы совершенствования рабочих процессов в ДВС" (г.Москва, МАДИ, 1986г.); "Актуальные проблемы развития ДВС" (г.Ленинград, 1990г.); "Механика машин и систем машин водного транспорта" (г.Одесса, ОШМФ, 1990г.). Кроме того, материалы работы докладывались: на научно-технических конференциях НКИ (1976-1980гг.) и ОИИМФ (1970-1992гг.); на научно-технических советах ПО БМЗ (1972, 1975-1978гг.), ЧМП (1979,1984,1985гг.)

Результаты комплекса работ "Оптимизация эксплуатационных режимов совместной работы главных дизелей и винтов регулируемого шага на морских судах" были представлены в 1987г. на ВДНХ СССР в павильоне "Транспорт СССР" в основной экспозиции Министерства морского флота (см.Приложения).

Конкретное личное участие автора в получении научных результатов, изложенных в диссертации.

Основные научные положения и результаты, представленные в диссертации, получены соискателем лично в период с 1967 г. по 1992 г. на кафедре двигателей внутреннего сгорания Одесского института инженеров морского флота.

Диссертация является самостоятельным исследованием и оформлена в виде рукописной монографии, написанной автором лично. Конкретное личное участие автора подтверждается его

публикациями и выступлениями на Международных и Всесоюзных научных конференциях, семинарах, совещаниях, на научно-технических конференциях в НКИ и ОИИМФ.

В печатных работах, опубликованных в соавторстве, соискателю принадлежит:

- постановка задач, разработка математических моделей, методов и алгоритмов гидродинамических расчетов топливоподаю-щих систем судовых дизелей;

- постановка задач, научное руководство и участие в проведении расчетно-теоретического и экспериментального исследований, обработка результатов и их анализ, Еыработка научных заключений и практических рекомендаций.

Текст большинства печатных работ, опубликованных в соавторстве, написан диссертантом.

Диссертант являлся научным руководителем или ответственным исполнителем 27 научно-исследовательских работ, которые выполнялись по заказам ЦНИДИ, ПО "Брянский машиностроительный завод", Черноморского морского пароходства и Украинского Дунайского пароходства. Он также осуществлял авторский надзор, научное руководство и принимал непосредственное участие во внедрении результатов исследований в производство.

Публикацш!. Основные результаты исследования, вошедшие в диссертацию, изложены в 53 печатных работах (из них 1 справочник, 1 брошюра, 1 учебное пособие), а также в 20 научно-технических отчетах по НИР, депонированных в ВНТИЦ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (204 наименований), Приложений (материалы о внедрении). Работа содержит 265 страниц основного текста, 68 рисунков, 12 таблиц и 32 стр. Приложений.

В первой главе диссертационной работы были поставлены три основные проблемы, которые указаны в названии диссертации. Эти проблемы взаимосвязаны между собой и дополняют друг друга.

Вопросам комплексного исследования и совершенствования ТА и рабочего процесса дизелей посвящено много работ отечественных и зарубежных ученых. К фундаментальным исследованиям следует отнести работы: Астахова И.В., Барсукова С.И., Голубкова JI.H., Дьяченко В.Г., Дьяченко Н.Х., Камкина C.B., Конакова Г.А., Кру-това В.И., Кузнецова Т.Ф., Кутового В.И., Пугачева Б.П., Разлей-цева Н.Ф, Роганова С.Г., Семенова B.C., Фомина Ю.Я., Шеховцова А.Ф., Шмелева В.П., и др.

Анализ путей совершенствования топливной аппаратуры и современных методов гидродинамических расчетов топливоподачи судовых дизелей, а также анализ современных направлений совершенствования их рабочих процессов позволил установить следующее.

1. Перспективными являются ТС разветвленного типа, в которых нагнетательный невозвратный клапан расположен в ЛЕЩ перед форсункой или в корпусе ее распылителя, а также системы с двумя плунжерными элементами в ТНВД. Такие топливные системы были изучены слабо, и их дальнейшее совершенствование невозможно без создания методов гидродинамического расчета с использованием современных ЭВМ.

2. ГЗФ в настоящее время не находят применения в ТС обычного типа, так как имеют существенные недостатки по сравнению с Ш>. Однако в последние годы серьезное внимание уделяется ТС с электронным управлением впрыскиванием, которые разрабатываются на базе ГЗФ.

3. Анализ рассмотренных методов гидродинамического расчета ТС показывает, что они не учитывают волновых явлений в ТСНД в промежутке между впрыскиваниями, которые могут оказать значительное влияние на процессы впрыскивания топлива, механическую напряженность ТСНД и кавигационные разрушения ТА. При ги -дродинамическом расчете ТС с интенсивным колебательным процессом изменения давления между впрыскиваниями и при наличии разрыва сплошности к началу впрыскивания, возможны большие по -грешности расчета, достигающие до 50Z.

4. При конструировании ТА большое внимание уделяется устранению подвпрыскивания топлива, и одним из простых и эффективных путей является установка клапана двойного действия. Для выбора параметров этого клапана на стадии проектирования требуется разработка метода гидродинамического расчета.

5. Производители ТА судовых дизелей стремятся упростить, а следовательно, и сделать дешевле технологию ее производства, что во многих случаях сводится к увеличению зазоров в прецизионных парах. Одновременно ставится задача определения максимально допустимых зазоров в эксплуатации, которые обеспечивают необходимые параметры впрыскивания топлива.

6. При современной эксплуатации морских и речных судов стоит задача совершенствования рабочего процесса дизелей на частичных нагрузках. Отмечается, что основными причинами сни-

жения экономичности и надежности работы дизеля на малых нагрузках являются снижение давления впрыскивания, ухудшение качества распиливания топлива, а также снижение параметров рабочего процесса. Повышение технико-экономических показателей дизеля на частичных нагрузках осуществляется путем воздействия как на топливоподачу, так и на рабочий процесс дизеля, что в основном сводится к увеличению давления впрыскивания топлива; выбору рациональных характеристик впрыскивания и фаз топливоподачи; повышению температур наддувочного воздуха, охлаждающей воды и масла. Это приводит к повышению давления и температуры рабочего процесса дизеля в период подготовки, воспламенения и сгорания топлива. Эти вопросы находятся в начальной стадии изучения и требуется их дальнейшая проработка.

7. Параметры рабочего процесса дизеля в значительной степени определяются режимом его работы, который, прежде всего, зависит от скорости судна и внешних условий. При использовании ВРШ заданная скорость судна может быть получена при различных соотношениях частоты вращения дизеля п и шагового отношения винта H/D, что дает возможность выбрать рациональный режим работы ГД. С другой стороны, режим работы ГД определяется режимом работы комплекса ВРШ-ГД-корпус судна, поэтому задача выбора режима совместной работы ГД и ВРШ сводится к решению задачи оптимизации. В настоящее время решение данной задачи актуально на базе экономических критериев, которые в основном сводятся к минимизации эксплуатационных расходов на топливо. Однако эта задача находится в начальной стадии изучения, а на уровне детального исследования рабочего процесса дизеля оптимизация ГД и ВРШ не рассматривалась.

Втор&ч глава диссертации посвящена проблеме разработки методов гидродинамического расчета существующих и перспективных типов ТС судовых дизелей.

В результате, анализа тенденций развития ТА судовых дизелей и анализа методов ее гидродинамического расчета автор поставил перед собой и решал в главе 2 основную задачу: разработку обобщенной математической модели ТС судовых дизелей, которая учитывала бы:

- гидродинамические процессы, происходящие во всех полостях ТС, включая и ТСНД;

- разрывы и восстановление сплошности потока с определением гидравлического удара при замыкании вакуумных каверн;

- особенности гидродинамического расчета ТА судовых дизелей в случае применения разветвленной ТС; ТС с двумя топливными насосами или одним насосом, но с двумя плунжерными парами; ТНВД с нагнетательным клапаном двойного действия; форсунок с невозвратным клапаном в ней или в ее игле, гидрозапорных форсунок с электронным управлением;

Кроме того, в главе 2 приведена упрощенная математическая модель расчета основных параметров процесса впрыскивания топлива в дизелях ПО ЕМЗ. Такая упрощенная модель позволяет механикам судов сравнительно просто решать некоторые конкретные вопросы, связанные с эксплуатацией ТА.

Из-за ограниченного объема автореферата в качестве примера рассмотрим метод расчета ТС дизелей производства ПО БШ (расчетная схема приведена на рис.1), по заказу которого разрабатывалась математическая модель и программа расчета процесса впрыскивания топлива на ЭВМ.

Процессы, происходящие в насосе, описываются следующей системой уравнений:

сплошности в надплунжерной полости

сплошности во всасывающе-отсечной полости

движения всасывающего клапана

М/ ЦТ +</ф (3)

движения поршня демпфера где и коэффициенты сжимаемости топлива в полостях

Ун

и У&' Ун 11 Уё ~ объемы надплунжерной (нагнетательной)

Рис. 5. Расчетная схема топливной системы:

I - плунжер-золотник; 2 - всасывающий клапан; 3 - разветвленные топливопроводы высокого давления; 4 распределительная камера; 5 - основной топливопровод высокого давления; б - невозвратный клапан; 7 - форсунка; 8 - игла распылителя; 9 - канал подвода топлива; 10 - отсечное отверстие плунжерной пары; II - деаараци-онный топливопровод; 12 - невозвратный клапан; 13 - топливоподка-чивающий насос; 14 - редукционный клапан; 15 - топливопровод низкрго давления; 16 - демпфер

и наполнительной полостей насоса; и Pg - давление топлива в указанных полостях; рп , Pg , Fg и Fg - площади поперечного сечения плунжера, всасывающего клапана по посадочному пояску, всасывающего клапана по направляющему штоку и поршня демпфера; h. , fyg и Уд - перемещение плунжера насоса, всасывающего клапана и поршня демпфера; (Но/о и ptufifuj - эффективные сечения отсечного (наполнительного) отверстия и всасывающего клапана; , -fg и -fg - площади проходного сечения топливопроводов высокого давления, низкого давления и деазрационного; 2/е , 2Гг> и 2<К> - скорость топлива во входных сечениях топливопроводов высокого давления, низкого давления и деаэ рационного; M g и - масса подвижных деталей всасывающего клапана и поршня демпфера; Сё и g. а - жесткость и предварительное сжатие пружины всасывающего клапана; - атмосферное давление; ¿Гр и

° - жесткость и предварительное сжатие пружины поршня демпфера; функция £ -1, если/^^/^ и £ — 1, еслт/%'</?/ .

Интегрирование системы уравнений (1) - (4) выполняем разностным методом, причем движение в ТВД рассчитываем на базе телеграфного уравнения по методу Ю.Я.Фомина, а в топливопроводах низкого давления - на базе волнового уравнения по методу И.В.Астахова. В последнем случае, когда гидравлическое сопротивление не оказывает заметного влияния на движение топлива, не только существенно упрощается метод расчета, но и сокращается время счета на ЭВМ.

Во гремя расчета при нарушении сплошности потока вычисляется объем кавитационных каверн в нагнетательной ~Vn и в наполнительной У/7 полостях по формулам:

Va* ^LàMn ¿ч A[ni > 1In* HtâtsVn'i,

где j K Ji ~ число расчетных интервалов, в течение которых

имеет место разрыв сплошности. __^

Изменение объема вакуумных каверн У^ьи Vn i на расчетном интервале времени Лt определялось на базе уравнения объемного баланса, а гидравлический удар при замыкании сплошности потока определяется по формуле Н.Е.Жуковского

Рг.у = а? С«,

где О^- скорость фронта топлива в период замыкания каверны, которая имеет форму шара.

- 14 -

Расчет процессов топливоподачи у топливоподкачивающего насоса и у невозвратного клапана производится совместно с расчетом в ТНВД на базе решения разностным методом дифференциальных уравнений сплошности потока движения топлива и движения клапанов.

Движение топлива от невозвратного клапана до ¡сармана корпуса распылителя рассматриваем как движение в топливопроводе постоянного сечения. В этом случае скорость движения топлива в основном топливопроводе (от насоса до распределительной

камеры), в топливопроводах разветвления ¿¿с и каналах форсунок 2/с вычисляется на основании уравнения движения вязкой жидкости в трубах по методу Ю.Я.Фомина.

Расчет процесса топливоподачи в распределительной камере проводим по уравнению сплошности потока в ней, т.е.

^ Ц, #-Аги -(и.)с,

где обр - коэффициент сжимаемости топлива в полости Ур; Ур - объем полости распределительной камеры; /^о - давление топлива в распределительной камере; ¿¿¿, - скорость топлива в выходном сечении основного топливопровода (у распределительной камеры); с - проходное сече те ответвленных топливопроводов; (Но) с - скорость топлива в выходных сечениях ответвленных топливопроводов.

Расчет процесса топливоподачи в невозвратном клапане проводится по уравнениям

где об/с и сСк - коэффициенты сжимаемости топлива соответственно в полостях У, и К' ; и - объемы полостей форсунки до и после клапана; Рх и Р^ - давление топлива . соответственно в полостях и У^' ; и -

скорость топлива в выходном сечении С -го ответвленного топливопровода и во входном сечении канала 6-й форсунки;

- эффективное проходное сечение клапана; Рк-р - площадь клапана, равная Р/< , если У^^п, или РР . если у >у'п ;

Рк и Рк' - площади клапана по разгружающему пояску и направляющим перьям; ^ - подъем клапана; ^ц - высота разгружающего пояска клапана; /£ггу - проходное сечение канала форсунки; - масса клапана и деталей, связанных с ним;

Ск и ^о - жесткость и предварительное сжатие пружины клапана; функция - 1 при Рк^Р/и —1, если/9с <Рк'■

Для интегрирования системы уравнений (5)-(7) был использован разностный метод. Во время расчета при нарушении сплошности потока топлива объем вакуумных каверн определяется по методике, аналогичной при расчете в ТНВД.

Расчет топливоподачи в полости распылителя форсунки может быть выполнен по методике, описанной в справочнике /36/.

Расчет процесса топливоподачи следует начинать в момент поворота кулачной шайбы, соответствующий началу нагнетательного хода плунжера. Для этого момента полагаем, что волновой процесс в топливной системе затухает, а давление во всех точках системы становится равным давлению подкачки. Всасывающий клапан сидит на своем седле, а перепускной и редукционный клапаны находятся в равновесном состоянии под действием давления подкачки. После расчета процесса топливоподачи в течение времени, соответствующего углу поворота кулачной шайбы на 360 °, следует сравнить полученные параметры с принятыми исходными, и в случае существенных отклонений расчет необходимо продолжить на следующем обороте кулачной шайбы.

Результаты сравнения расчетных кривых топливоподачи с опытными для системы впрыскивания отечественного дизеля ПО ЕМЗ марки 6ДКРН 75/160 представлены на рис.2. Из сопоставления кривых можно сделать заключение об удовлетворительном совпадении расчетных кривых давления топлива и подъема иглы форсунки с опытными.

Аналогично были разработаны математические модели для других типов ТС и во всех случаях составлены рабочие программы расчета на ЭВМ, которые могут быть использованы для расчет-но-аналитического исследования при создании новых и совершенствовании существующих ТС. Это значительно сокращает объем экспериментального исследования и практической доводки ТА, а следовательно, сокращает и затраты на создание ТА.

Ю 20 30 гр<*3. усл. шкалы

Рис. 2. Осциллограмма процесса впрыскивания: ---опыт; ----- - расчет;

1 - давление топлива в насосе; 2 - давление топлива

перед невозвратным клапаном; 3 - подъем иглы форсунки

Третья глава диссертации посвящена задаче экспериментального и расчетно-аналитического исследований ТА судовых дизелей.

Для изучения физических явлений в системе впрыскивания, происходящих в период отсечки и наполнения, было проведено специальное исследование на нескольких ТС (дизелей "Шкода" 6С275Ь и 61275РгРМБ, "Русский дизель" 6ДР30/50, МАИ К6257/80С, ФИАТ С7583, ФИАТ 6093) с разными типами топливных насосов.

На рис.3 приведена типичная осциллограмма, которая наглядно иллюстрирует процессы, происходящие в течение основного впрыскивания и между впрыскиваниями в ТСНД и в ТСВД.

Проведенное исследование позволяет сделать следующие выводы.

1. В промежутке между впрыскиваниями в отсечной (наполнительной) полости ТНВД и линии низкого давления , в нагнетательной полости насоса, а при отсутствии нагнетательного клапана, в ТВД и полости форсунки возникает большой интенсивный волновой процесс изменения давления. Он представляет собой чередование волн давления и разрывов сплошности топлива, образо-

Рис. 3. Осциллограммы топливоподачи:

I - отметка угла поворота; 2 - подъем иглы форсунки; 3, 4, 6, 9,

II и 13 - давление топлива в форсунке, в полости нагнетания насоса, в ТВД, в полости отсечки (наполнения), в подводящем коллекторе и

у подкачивающего насоса соответственно; 5, 7, 8, 10, 12 и 14 -разрыв сплошности в полостях форсунки, нагнетательного топливопровода, в полости нагнетания насоса, в полости наполнения насоса, в подводящем коллекторе у подкачивающего насоса соответственно; 15 - перемещение редукционного клапана

ванных под действием этих волн. Замыкание вакуумных каверн разрыва сплошности сопровождается гидравлическими ударами, т.е. образованием волн давления, которые в свою очередь вызывают разрыв сплошности.

2. Существует три основных источника возникновения волновых процессов с последующими разрывами сплошности потока в ТС, а именно: отсечная волна; волна гидравлического удара, возникающая при замыкании вакуумной каверны после нисходящего хода плунжера; волна, обусловленная перетеканием топлива через наполнительное отверстие в начале нагнетательного хода плунжера.

3. На некоторых режимах работы ГА данный волновой процесс к началу следующего впрыскивания не затухает, а разрыв сплошности топлива не восстанавливается, что отрицательно влияет на процесс впрыскивания топлива.

Установление факта образования вакуумных каверн и их замыкания в. ТС после отсечки и в период наполнения позволяет объяснить многие ранее непонятные явления в топливных системах: срыв подачи топлива при высокой частоте вращения кулачного вала; снижение скорости распространения волн давления после отсечки; повышение значения амплитуд давления в ТС между впрыскиваниями.

Наличие трех основных источников колебаний в ТСЩ ставит под сомнение эффективность широкого применения разделения отсечки и наполнения в обычных топливных насосах золотникового типа. Данный вывод полностью подтвердился во время испытаний на топливном насосе дизеля "Шкода" 61_275РРМЗ.

С целью более глубокого изучения процессов, происходящих в ТСНД, а также для изыскания возможности управления ими были проведены экспериментальные исследования влияния эксплуатационных и конструктивных параметров ТС на эти процессы.

В результате получены качественные и количественные зависимости, отражающие влияние на данный волновой процесс частоты вращения кулачного вала и положения регулировочной рейки ТНВД, давления подкачивания топлива, длины и диаметров топливопроводов высокого и низкого давления, объемов в узловых точках ТС, а также диаметра проходного сечения наполнительно-отсечных отверстий втулки плунжера ТНВД. Наибольший интерес представляют следующие выводы данного исследования.

- 19 -

1. Для уменьшения разрыва сплошности давление подкачива-ния Рпод надо увеличивать. Одна!со при этом возрастает интенсивность волнового процесса, который в какой-то степени также снижает стабильность процесса впрыскивания и увеличивает механическую напряженность отсечных топливопроводов. Следовательно, увеличивая рПод, необходимо одновременно применять средства, снижающие амплитуду волнового процесса и приводящие к быстрому его затуханию.

2. Доказано, что из-за разрывов сплошности в результате волнового процесса в ТСНД процесс наполнения зависит не только от времени-сечения открытия наполнительных отверстий плунжерной втулки, но и от условий восстановления сплошности потока топлива в наполнительно-отсечной полости ТНВД. Следовательно, с точки зрения наполнения существует оптимальное значение диаметра наполнительно-отсечного отверстия <30, при котором обеспечивается качественное наполнение ТНВД без заметного ухудшения заключительной фазы впрыскивания, зависящей от интенсивности отсечки, т. е. от диаметра й0.

Для снижения интенсивности волнового процесса в ТСНД ряд дизелестроительнык фирм осуществляет демпфирование этого процесса с помощью гидравлических, пневмогидравлических и поршневых демпферов, которые устанавливают в различных местах ТСНД. Однако эффективность демпфирования не всегда высокая, а поэтому выяснение условий, когда эффект от демпферов наибольший, актуально для современного судового дизелестроения.

Проведенные исследования показали, что наиболее эффективным демпфером среди применяемых в судовых дизелях является поршневой пружинный, причем установленный непосредственно у отсечной (наполнительной) полости каждого ТНВД, а не на общем подводящем топливном коллекторе, что встречается на практике.

Положительное влияние демпфера на процесс топливоподачи возможно лишь при правильном подборе его параметров. К этим параметрам относится диаметр поршня, жесткость и предварительная затяжка пружины, масса подвижных частей, максимальное перемещение поршня.

Серьезное внимание при конструировании и эксплуатации ТА судовых дизелей уделяют гидроплотности плунжерных пар ТНВД и распылителей форсунок, т. е. величине диаметрального зазора в прецизионных парах. В действующих ГОСТах оговорены очень жесткие нормы на обеспечение высокой гидроплотности прецизионных

пар ТА. Однако опыт зарубежной практики показал, что ТА обеспечивает нормальное впрыскивание топлива при зазорах в несколько раз выше зазоров, оговоренных ГОСТами. Но при увеличенных зазорах проще производство ТА и больше срок ее службы.

Проведенное исследование на двигателях N¥024, N¥048 и 6С275Ь позволяет сделать следующие выводы.

1. Предельная величина диаметрального зазора в распылителе среднеоборотного дизеля при игле форсунки диаметром 8 мм составляет 10 мкм, при которой обеспечиваются допустимые ГОСТ изменения характеристик процесса впрыскивания и неравномерность подачи топлива на любых режимах работы двигателя.

2. Предельная величина диаметрального зазора в распылителе дизеля типа ЫУЮ24 при игле форсунки диаметром 6 мм и работающего по нагрузочной характеристике составляет 12 мкм.

3. В ТС с полной разгрузкой ТВД от остаточного давления допустимая величина диаметрального зазора в 1,5 раза выше, чем в распылителях системы с высоким остаточным давлением.

4. При нахождении иглы у верхнего упора обеспечивается хорошее уплотнение, полностью устраняющее утечку топлива через распылитель. В связи с этим расчет процесса впрыскивания топлива с учетом утечки через распылитель в данном случае не обоснован, а введение в'расчетные уравнения членов, учитывающих данную утечку, приводит к снижению точности расчета, а не к повышению, как это принято считать.

5. На большинстве эксплуатационных режимов работы ТА , когда в процессе впрыскивания топлива игла форсунки значительное время находится у упора, основное влияние на впрыскивание оказывает утечка топлива через распылитель между впрыскиваниями.

Проведение широкого экспериментального исследования по изучению влияния диаметрального зазора в плунжерной паре на впрыскивание топлива связано с большими техническими трудностями. В связи с этим трудно обеспечить необходимую достоверность результатов экспериментального исследования, а также обобщить их для различных типов дизелей.

На основании вышесказанного представляет определенный интерес проведение данного исследования с помощью ЭВМ путем оценки величины утечек топлива через плунжерную пару и их влияния на впрыскивание топлива.

- 21 -

Гидродинамические расчеты процесса впрыскивания топлива были выполнены на ЭВМ ЕС-1020 для шести различных по мощности и оборотности дизелей, а именно: одного МОД (ДКРН90/155), четырех ' СОД (ЧН62/64, ЧН40/46, ЧН27.5/36 и Д23/2Х30) и одного высокооборотного дизеля (413/14). После анализа различных зависимостей для определения утечек были приняты формулы В.И.Астахова и Л.Н.Голубкова.

Расчетно-аналитическое исследование показало, что увеличение диаметрального зазора в плунжерной паре до 40 мкм для МОД и СОД и до 20 мкм для ВОД практически не оказывает влияния на параметры впрыскивания топлива.

После обработки результатов расчетно-аналитического исследования были разработаны номограммы и упрощенные зависимости, которые позволяют, не проводя громоздких расчетов, определить предельное значение диаметрального зазора в плунжерной паре ТНВД, при котором величина утечек не превысит заданного допустимого предела. Одновременно по этим номограммам или формулам можно найти величину утечек топлива, если указана величина зазора. Они также позволяют оценить целесообразность учета утечек топлива в гидродинамическом расчете конкретной топливной аппаратуры.

В последние годы возникла еще одна серьезная проблема из-за наличия зазора между корпусом всасывающего клапана и втулкой плунжера ТНВД в МОД ПО БМЗ третьей, четвертой и седьмой модификаций. Благодаря этому зазору, в эксплуатации можно регулировать угол опережения впрыскивания топлива. Но если зазор большой, то не обеспечивается нормальная работа дизеля.

Проведенные экспериментальные исследования топливной аппаратуры дизеля ДКРН74/160-3 позволяют сделать следующий вывод: с увеличением зазора в паре: втулка плунжера - корпус всасывающего клапана ТНВД при неизменном индексе насоса снижаются цикловая подача, давление и продолжительность впрыскивания топлива. Однако при увеличении зазора от 5 до 30-40 мкм изменение этих параметров даже при впрыскивании маловязкого топлива несущественно и не оказывает заметного влияния на рабочий процесс дизеля на всех режимах его работы по винтовой характеристике, включая и режим, соответствующий минимально устойчивой частоте вращения коленчатого вала двигателя.

Было проведено широкое экспериментальное исследование и дан анализ различных конструктивных решений, которые примени- . лись в эксплуатации судовых дизелей с целью компенсации влияния зазора

В современных судовых дизелях начали широко внедрять новые типы ТС. Перспективной является ТС, в которой нагнетательный клапан из ТНВД переносится в ТВД (например, дизели фирмы "Зульцер" серии в форсунку перед каналом подвода топлива

или далее в иглу форсунки (малооборотные дизели фирм "Зульцер" и "МАН - Бурмейсгер и Вайн", ПО БМЗ). Перенос нагнетательного клапана способствует устранению подвпрыскивания топлива, эрозийного износа распылителя, зависания игл, а также способствует корректированию скоростной характеристики.

Учитывая важность данного вопроса, было выполнено экспериментальное исследование на опытной ТС при различных вариантах расположения нагнетательного клапана в ЛВД.

На основе анализа результатов испытаний можно сделать следующие выводы.

1. Перенос клапана из насоса в ТВД или форсунку оказывает существенное влияние на процесс впрыскивания топлива.

2. Перенос клапана дает возможность осуществить положительную корректировку скоростной характеристики и борьбу с подвпрыскиванием.

3. ТС с клапаном в ЛВД обладают гибкостью с точки зрения их настройки и получения необходимых параметров впрыскивания путем переноса клапана, что позволяет сделать вывод об их перспективности и предположить, что в ближайшем будущем они могут найти еще более широкое применение.

В период 1963-1970 г.г. рядом авторов было высказано мнение о серьезных преимуществах гидравлического запирания иглы перед механическим. Однако после некоторого опыта эксплуатации отмечены многочисленные случаи замены ГЗФ на №. В связи с этим возникла задача тщательной проверки преимуществ и недостатков гидравлического запирания иглы на базе проведения более глубоких исследований процессов впрыскивания и рабочего процесса дизеля, а также анализа .статистического материала, накопленного в период длительной эксплуатации.

Чтобы исключить влияние внешних условий и повысить качество эксперимента,были созданы специальные форсунки, которые позволяли в течение 4-5 мин произвести переход с гидравличес-

кого на механическое запирание иглы и наоборот. Было установлено, что способ запирания распылителя форсунки не оказывает влияния на рабочий процесс дизеля, в том числе на расход топлива.

В период длительной эксплуатации дизелей с ГЗФ на судах Главного управления рыбной промышленности Западного бассейна и Черноморского морского пароходства выявлены и отрицательные особенности ГЗФ по сравнению с Ш.

В связи с вышеизложенным был сделан вывод о нецелесообразности установки ГЗФ взамен Ш на дизелях с обычной ТА.

На основании проведенных в ОИИМФе исследований ЦНИДИ, по заданию которого выполнены эти исследования, не рекомендовал ГЗФ к установке на дизелях, выпускаемых на заводах дизельной отрасли, а Министерство морского флота прекратило модернизацию дизелей на судах.

Четвертая глава диссертации посвящена задаче экспериментального и расчетно-аналитического исследования рабочего процесса судовых дизелей на основных эксплуатационных режимах.

Широкое экспериментальное исследование было проведено на среднеоборотных дизелях "Пилстик" 18РС2.2У-400 и "Зульцер" бгЬ40/48, предприятия ЖЬ N¥048, МГО24 и 0У26/20, а также на малооборотном дизеле "Бурмейстер и Вайн" 10К456Р.

В результате исследования топливоподачи и рабочего процесса дизелей установлено следующее.

1. На режимах малых нагрузок не обеспечивается необходимое качество распыливания топлива.

2. На большинстве режимов эксплуатации начало сгорания топлива переносится на линию расширения, при этом максимальное давление сгорания Р2 существенно ниже допустимого.

3. На малых нагрузках дизеля значительно снижается температура рабочего цикла, что приводит к неполному сгоранию топлива и выбросу несгоревшего масла и топлива в выпускной тракт, а также вызывает сернокислую коррозию.

С целью повышения эффективности показателей работы дизелей на режимах малых нагрузок было решено изучить целесообразность повышения температуры наддувочного воздуха и охлаждающей двигатель воды, а также увеличения угла опережения впрыскивания топлива и выбора рациональных размеров проходного сечения распыливающих отверстий форсунок.

- 24 -

Результаты исследований показали практическую целесообразность увеличения температуры наддувочного воздуха ts и охлаждающей воды tE на малых нагрузках и пониженной частоте вращения дизеля. Прежде Есего.это дает возможность интенсифицировать процесс сгорания топлива, что подтверждается уменьшением значения периода задержки воспламенения топлива Т; и одновременным возрастанием угла начала сгорания топлива фсг и рг.

Увеличение температуры отработавших газов tu способствует выгоранию масла в выхлопном коллекторе дизеля, что позволяет расширить эксплуатационный диапазон работы дизелей PC-2V на судах серии "Белоруссия".

Однако было установлено, что увеличение t3 приводит к снижению коэффициента избытка воздуха а и индикаторного КПД. Поэтому для судов серии "Белоруссия" были разработаны практические рекомендации по поддержанию температуры ts в зависимости от нагрузки дизеля.

Оптимизация фаз топливоподачи была проведена на судовых дизелях "Пилстик" PG-2V (т/х "Белоруссия"), "Зульцер" ZL40/48 (т/х "Д.Шостакович") и вспомогательном дизеле DV26/20 (т/х "Герои Монкады").

В качестве критерия оптимальности был выбран минимальный удельный расход топлива на двигатель Ьшт. а оптимальный угол опережения подачи топлива ф0п был установлен при соответствующих ограничениях, характеризующих механическую нагрузку дизеля, а именно: р2, скорость нарастания давления при сгорании топлива Др/Д'р и степень повышения давления

В результате на основном длительном эксплуатационном режиме были рекомендованы оптимальные геометрические углы опережения подачи топлива ТНВД. Были также определены оптимальные углы сроп и на других режимах работы, что, в случае применения специальной топливной аппаратуры, позволит автоматически устанавливать оптимальный <р0п в зависимости от нагрузки дизеля.

На современных судах управление ГД и ВРШ всегда производится с ходового мостика. В результате дистанционная система управления комлексно воздействует на рабочий процесс ГД и параметры ВРШ и между ними существуют взаимные связи. Поэтому оптимизация режимов совместной работы ГД и ВРШ без детального учета рабочего процесса дизеля невозможна. От выбранного режима работы изменяются КПД как дизеля, так и ВРШ, а поэтому нами

в качестве целевой функции при оптимизации эксплуатационных режимов ГД и ВРШ принят расход топлива на 1 милю пути при заданной скорости судна. Тогда оптимальным режимом эксплуатации будет такой режим работы ГД и ВРШ, когда обеспечивается заданная скорость судна с наименьшим расходом топлива на 1 милю пути при исключении тепловой и механической перегрузок двигателей, а также интенсивной кавитации ВРШ, приводящей к разрушен™ его лопастей.

Область поиска наименьшего значения целевой функции ограничена следующими условиями:

- частота вращения коленчатого вала

Птт ^ п С пНОм ; (8)

- температура отработавших газов после цилиндра

(9)

- максимальное давление сгорания

Рг < Ргтах I (Ю)

- скорость нарастания давления газов

Др/ДФ < (Лр/ДчОшах ; (11)

- шаговое отношение ВРШ

(Н/0в)гмп « (Н/0В) < (НЛЫтах (12)

К условиям (8) - (12) необходимо добавить еще выполнение требования, чтобы на всех эксплуатационных режимах вибрация корпуса судна находилась в допустимых пределах, установленных специальными норма).«!.

Оптимизация была проведена для трех серий судов, основные данные по которым приведены на рис. 5,6 и 7.

На рис. 4 приведены параметры топливоподачи и рабочего процесса дизеля г1.40/48 (т/х "Д.Шостакович) при скорости судна 17,5 уз., которая обеспечивается разными соотношениями частоты вращения п и шага винта Н.

На рис. 5 даны зависимости qv от скорости судов серии "Белорусссия" (дизель РС-2У), полученные при разных соотношениях частоты вращения и шагов ВРШ.

На рис. 6 приведена аналогичная зависимость для дизеля 10К45СГ (т/х "Герои Шипки").

Анализ данных зависимостей позволяет сделать вывод, что во всех случаях без исключения расход топлива на 1 милю пути qv при заданной скорости судна (у-1с!ет) получен более низкий во время работы дизелей на сниженной частоте вращения коленчатых валов, но при большем шаге винтов. Эта закономерность объ-

Рис. 4. Влияние шага винтов на основные параметры работы дизелей 62¿<40/48 при скорости 17,4 уз:

I, 2 и 4 - частоты вращения винта, двигателя, газотурбонагнетателя соответственно; 3 - положение рейки ТКВД; 5 - давление наддувочного воздуха; 6 - средняя температура отработавших газов после цилиндров; 7 - максимальное давление сгорания; 8 - расход топлива на I килю пути; 9 - скорость нарастания давления газов при сгорании; 10 - степень повышения давления газов; II - давление в цилиндре в конце сжатия; 12 - угол начала сгорания топлива в цилиндре; 13 - угол впрыскивания топлива; 14 - действительный угол опережения впрыскивания топлива; 15 - максимальное давление топлива в ТНВД

%>

120 100 80 60

кг/мил 9 120 100 за 60

-•-Г- П- 520о5/„чи -Ь---2Г П--Ш ---г- П-280

и"*

—: >— в* л

.---

; у

г—- >

3

/к.

-Л

т/-

—к — •

12

14

16

18

го у.

%

*г/миля 120

100

80

60

120 100 50 60

аз

Рис. 5. Расход топлива на I милю пути:

I, 2, 3 и 4 - теплоходы "Грузия", "Карелия", "Азербайджан" и "Белоруссия" соответственно

6 а ю 12 14 16

Рис. 6. Зависимость расхода топлива от скорости судна при разной частоте вращения и шаге ВРШ:

(----И = Const. ;-----П- Canst.;

- штатная комбинаторная характеристика;

—— - рекомендованная комбинаторная характеристика

ясняется снижением потребной мощности двигателей для обеспечения заданной скорости судна из-за повышения пропульсивного КПД ВРШ.

На основании проведенных исследований были предложены конкретные рекомендации по выбору оптимального режима эксплуатации ГД и ВРШ.

Результаты исследований, изложенные выше, послужили основанием для внедрения оптимизации режимов работы ГД и ВРШ на 20-ти современных судах ЧМП: пассажирских паромах типа "Белоруссия" (5 ед.) и "Дмитрий Шостакович" (4 ед.), пассажирском судне "Одесса", железнодорожных паромах типа "Герои Шипки" (2 ед.), судах РО-РО типов "Николай Черкасов" (4 ед.) и "Академик Туполев" (4 ед.).

Проведенный комплекс исследований и опытной проверки на 20-ти вышеперечисленных судах показал, что в результате перехода на оптимальные режимы работы ГД и ВРШ в зависимости от скорости судна расход топлива снизился на 3-15%, при этом на основных эксплуатационных скоростях судов экономия топлива достигла 3-8%, на режимах сниженной нагрузки - 10-15%.Снижение годового расхода топлива по судам, где внедрены эти рекомендации, составило 12 тыс. т в год, а годовой экономический эффект в 1987 г. достиг 720 тыс. рублей. По условиям эксплуатации на многих судах применялись импортные сорта топлива, поэтому экономический эффект выражается также в сокращении инвалютных расходов.

Рекомендованные режимы обеспечили снижение мощности и частоты вращения ГД при заданных скоростях судна, вследствие чего уменьшилась износы деталей дизелей, снизилась трудоемкость обслуживания. На некоторых судах (например, серий "Белоруссия", "Николай Черкасов" и "Академик Туполев") заметно понизился и уровень вибрации судовых конструкций, что не только уменьшило количество их поломок, но и улучшило условия обитания пассажиров и экипажа. На ряде судов, где раньше наблюдались значительные кавитационные разрушения лопастей винтов, этот процесс прекратился.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований позволили сформулировать совокупность научных положений, методов и технических решений, внедрение которых спо-

собствует ускорению научно-технического прогресса в судовом дизелестроении и на водном транспорте. Важнейшими являются следующие научные решения.

1. Установлена физическая сущность волновых процессов, протекающих в топливной системе дизеля после отсечки подачи в промежутке между впрыскиваниями топлива. Данный волновой процесс характеризуется не только высокими амплитудами волн давления в топливных системах низкого и высокого давления, но и разрывами сплошности потока топлива, что может оказать существенное влияние на процесс впрыскивания топлива, а также на механическую прочность и кавитационные разрушения топливной системы низкого давления.

2. Определены качественные и количественные зависимости влияния конструктивных и эксплуатационных параметров топливной аппаратуры на данный волновой процесс, что позволило разработать пути управления этим процессом и демпфирования волн давления.

3. Разработаны математическая модель, алгоритм и программа расчета процесса топливоподачи с учетом волновых явлений в топливной системе низкого давления и с учетом влияния остаточных объемов разрыва сплошности потока топлива в различных полостях топливной системы дизеля.

4. Разработаны математические модели, алгоритмы и программы расчета на ЭВМ топливоподачи нетрадиционными и перспективными топливными системами судовых дизелей, а именно: разветвленного типа, в которых нагнетательный невозвратный клапан расположен перед форсункой или в корпусе распылителя форсунки; с двумя плунжерными элементами; с гидрозапорными форсунками, имеющими электронное управление; с топливным насосом, имеющим нагнетательный клапан двойного действия, а также со всасывающем клапаном.

5. Теоретические положения методов расчета топливных систем подтверждены результатами экспериментального исследования, что свидетельствует об адекватности реальных процессов в топливной системе и математической модели. Использование разработанных методов и программ расчета на ЭВМ дает возможность производить расчетно-теоретические исследования и проектирование топливной аппаратуры, что сокращает дорогостоящие экспериментальные исследования и ускоряет создание новой топливной аппаратуры.

6. Проведенные экспериментальные и расчетно-теоретические исследования на базе разработанных методов позволили установить качественные и количественные зависимости влияния конструктивных и эксплуатационных параметров топливной аппаратуры на топливоподачу и рабочий процесс дизеля. С помощью полученных зависимостей определены пути и разработаны практические рекомендации по совершенствованию рабочего процесса и топливо-подачи на основных режимах эксплуатации судовых дизелей.

7. Установлена нецелесообразность использования гидрозапорных форсунок на судовых дизелях в топливных системах обычного типа, однако данные форсунки могут найти успешное применение в топливных системах с электронным управлением впрыскивания топлива.

8. Экспериментальные и расчетно-теоретические исследования позволили установить в прецизионных парах топливной аппаратуры судовых дизелей предельно допустимые зазоры, которые обеспечивают необходимые параметры впрыскивания топлива. Увеличение данных зазоров дает возможность значительно упростить и снизить стоимость технологии производства топливной аппаратуры, а также повысить ее ресурс.

9. На базе широкого исследования рабочего процесса дизелей разработана методика оптимизации совместной работы ГД и ВРШ. Критерий оптимизации определен как минимальный расход топлива на 1 милю пройденного пути при заданной скорости судна. Данный критерий хорошо согласуется с критериями более высокого уровня задач оптимизации эксплуатации судна и морского флота и не зависит от изменения условий эксплуатации. Разработаны ограничения на поиск оптимального решения, которые определяются в процессе эксплуатации двигателя. Даны практические рекомендации по выбору частоты вращения и шага винта, а также рациональной комбинаторной программы управления ГД и ВРШ.

Основные положения оптимизации эксплуатационных режимов совместной работы ГД и ВРШ с небольшой корректировкой (с учетом особенностей конкретной судоеой энергетической установки) могут быть распространены и на другие суда.

10. Основные результаты исследований внедрены на дизельных заводах и морском транспорте. Экономический эффект в основном выражается как в снижении расходов на топливо при эксплуатации судовых дизелей, так и в уменьшении затрат на отработку конструкции топливной аппаратуры при ее проектировании и

модернизации.

Основные положения и еыводы диссертации опубликованы в следующих работах.

1. Ивановский В.Г. Исследование волноеых явлений в отсечной- всасывающей магистрали топливоподающих систем дизелей //Судовые машины и механизмы: Науч.-техн. сб. ОЙИМФ. -Одесса. -1967. -Вып. 1. -С. 78-89.

2. Фомин Ю.Я., Ивановский В.Г., Мирошников В.В., Пинчук Г.Б. Методика расчета наполнения топливного насоса с автоматическим всасывающим клапаном на ЭЦВМ //Судовые машины и механизмы: Науч.-техн. сб. ОИИШ. -Одесса. -1968. -Вып. 2. -С. 22-34.

3. Ивановский В.Г. Исследование влияния конструктивных параметров на волновой процесс изменения давления в отсечной (всасывающей) топливной магистрали судовых дизелей //Судовые машины и механизмы: Науч.-техн. сб. ОИИШ. -Одесса. -1968. -Вып. 2. -С. 59-71.

4. Ивановский В.Г. Исследование влияния эксплуатационных факторов на волновой процесс изменения давления в отсечной (всасывающей) топливной магистрали судоеых дизелей //Судовые машины и механизмы: Науч.-техн. сб. ОИММФ. -Одесса. -1968. -Вып. 2. -С. 47-58.

5. Фомин Ю. Я., Ивановский В.Г. Исследование влияния демпфера давления в отсечной (всасывающей) магистрали на работу топливоподающей системы дизеля //Материалы научно-технической конференции ОЛИМФ, Одесса. -1969. -С. 142-144.

6. Ивановский В.Г. Исследование влияния давления подкачки топлива на волновой процесс в отсечной (всасывающей) магистрали и процесс впрыска в судобых дизелях //Судостроение и морские сооружения: Респ. науч.-техн. сб. -Харьков. -1969. -Вып. 11. -С. 128-136.

7. Ивановский В.Г. Исследование волновых явлений в отсечных (всасывающих) магистралях топливоподающих систем судовых дизелей и их влияние на процесс впрыска. Дисс... канд.' техн. наук /ОЙИМФ. -Одесса. -1970. -208 с.

8. Ивановский В.Г. Исследование еолновых явлений в отсечных (всасывающих) магистралях топливоподающих систем судовых дизелей и их влияние на процесс впрыска. Автореферат дисс...кащ. техн. наук /ОИИШ. -Одесса. 91970. -19 с.

9. Фомин Ю. Я., Ивановский В.Г. Особенности расчета топливоподачи в судовых дизелях с учетом волноеых явлений во всасы-

вающей магистрали //Судовые машины и механизмы: Науч.-техн. сб. 0М№ -Одесса. -1970. -Вып. 3. -С. 1-14.

10. Ивановский В.Г., Бучнев А.Я. Измерение разрыва сплошности объема топлива в топливоподающих системах дизелей при помощи емкостного датчика //Судостроение и морские сооружения: Респ. науч.-техн. сб. -Харьков. -1971. -Вып. 15. -С. 71-73.

11. Ивановский В.Г., Некрасова С.Е. Определение физических характеристик топлива на ЭЦВМ //Материалы научной конференции молодых ученых ОИИШ. -Одесса. -1971. -С.110-116.

12. Ивановский В.Г., Некрасова С.Е. Определение закона движения плунжера топливного насоса дизеля на ЭЦВМ (с помощью АЛГОЛ - 60) //Судовые машины и механизмы: Науч.-техн. сб. ОИИМФ. -Одесса. -Вып. 4. -1971. -С. 76-81.

13. Фомин Ю.Я., Ивановский В.Г., Антропов Г.А.,Хак Г.Л., Черевчук В.И. Методика гидродинамического расчета топливной системы судового дизеля с форсункой, имеющей невозвратный клапан //Двигатели внутреннего сгорания: Респ. межвед. темат. науч. -техн. сб. -Харьков. -1972. -Вып. 16. -С. 61-70.

14. Фомин Ю.Я., Ивановский В.Г., Магвеенко В.П., Череми-син В.И. Влияние диаметрального зазора в распылителе на впрыск в среднеоборотном дизеле // Судовые машины и механизмы: Науч. -техн. сб. -0ШМФ. -Одесса. -1972. -Вып.5. -С. 5-17.

15. Фомин Ю.Я., Ивановский В.Г., Антропов Г.А. Методика гидродинамического расчета и исследование топливоподающих систем дизелей, содержащих форсунку с невозвратным клапаном //Пути повышения мощности, надежности и долговечности двигателей внутреннего сгорания: Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. конф. -М. -1973. -С. 31.

16. Фомин Ю.Я., Ивановский В.Г., АнтропоЕ Г.А. Методика гидродинамического расчета разветвленной топливной системы судового дизеля с форсунками, имеющими невозвратные клапаны //Судостроение и морские сооружения: Респ. науч.-техн. сб. -Харьков. -1973. -Вып. 21. -С. 60-68.

17. Фомин Ю.Я., Ивановский В.Г. Волновые явления в отсечных и всасывающих магистралях топливных насосов дизелей и их влияние на впрыск //Энергомашиностроение. -1974. -N 2. -С. 22-24.

18. Фомин Ю.Я., Ивановский В.Г., Матвеенко В.П., Череми-син В.И. О величине диаметрального зазора в распылителе форсунки //Машиностроение: Известия высш. уч. завед. -М. -1974. -N 3. -С. 189-191.

19. Фомин Ю.Я., Ивановский В.Г. Влияние жесткости форсуночной пружины на впрыск топлива в дизелях //Двигатели внутреннего сгорания: НИШ1НФ0РМТЯЖМАШ. -М. -1974. -Вып. 4-74-2. -С. 9-14.

20. Фомин Ю.Я., Ивановский В.Г. Изменение давления гидросмеси и его влияние на впрыск топлива в гидрозапорных форсунках //Судостроение: Респ. межвед. науч.-техн. сб. -Харьков. -1974. -Вып. 23. -С. 44-50.

21. Ивановский В.Г., Матвеенко В.П. , Черемисин В.И., Золотарев В.Б. Влияние диаметрального зазора в распылителе дизеля МУ024 на впрыск топлива //Судостроение: Респ. межвед. науч.-техн. сб. -Харьков. -1974. -Вып. 23. -С. 58-61.

22.(Фомин Ю.Я., Ивановский В.Г., Матвеенко В.П., Черемисин В. И. Влияние способа запирания иглы дизельной форсунки на впрыск малых цикловых подач топлива //Судовые машины и механизмы: Науч.-техн. сб. -ОИИМФ -Одесса. -1975. -Вып. 6. -С. 16-20.

23. Фомин Ю.Я., Ивановский В.Г., Антропов Г.А. Исследование влияния нагнетательного клапана и его месторасположения в топливной системе дизеля на процесс топливоподачи //Судовые машины и механизмы: Науч.-техн. сб. -0ИИМФ -Одесса. -1975. -Вып. 6. -С. 22-31.

24. Фомин Ю.Я., Ивановский В.Г., Черемисин В.И. Влияние степени износа распылителя форсунки на пусковые качества и экономичность дизеля //Двигатели внутреннего сгорания: Респ. межвед. темат. сб. -Харьков. -1975. -Вып. 21. -С. 80-С6.

25. Фомин Ю.Я., Шелков С.М., Антропов Г.А., Ивановский В.Г., Поргнов М.И., Матвеенко В.П. Топливная аппаратура судовых дизелей большой мощности //Двигатели внутреннего сгорания: НЮШНФОШГЯЖМАШ. -М. -1975. -Вып. 4-75-14. -48 с.

26. Фомин Ю.Я., Ивановский В.Г., Матвеенко В.П., Черемисин В.И. Исследование пусковых качеств и экономичности дизеля при установке гидрозапорных и механических форсунок //Двигатели внутреннего сгорания: Межвуз. сб. науч. тр. -Ярославль. -1975. -С. 64-70.

27. Фомин Ю.Я., Петров П.П., Ивановский В.Г., Долинин В.Н. Влияние диаметрального зазора в распылителе форсунки среднеоборотных дизелей на впрыск топлива //Труды ЦНИДИ. -Л. -1975. -Вып. 67. -С. 85-95.

28. Фомин Ю.Я., Ивановский В.Г., Алексеев Г.Д., Петров П.П., Долинин В.Н. Целесообразность и перспективы применения гидрозапорных форсунок в дизелях //Проектирование и техническая эксплуатация судовых энергетических установок: Труды "Гип-рорыбфлота" МРХ СССР. -Л. -Транспорт. -1975. -Вып. 1. -С. 198-209.

29. Ивановский В.Г. Статический расчет на ЭЦВМ топливной аппаратуры дизелей (расчет процесса впрыска) //Учебное пособие. -М.: Рекламинформбюро Ш1. -1977. -27 с.

30. Фомин Ю.Я., Ивановский В.Г., Череыисин В.И. Результаты исследования работы среднеоборотного дизеля большой мощности на тяжелом топливе //Двигатели внутреннего сгорания: НИИИН-ФОРМТЯЖМАШ. '-М. -1977. -Вып. 4-77-19. -С. 1-5.

31. Фомин 10.Я., Ивановский В.Г. , Туляков А.Ф., Черемисин В.И. Результаты экспериментального исследования дизеля "Пилс-тик" PC-2 //Труды НКИ. -Николаев. -1977. -Вып. 124. -С 109-113.

32. Фомин Ю.Я., Ивановский В.Г., Черемисин В.И. Исследование топливоподачи среднеоборотного дизеля большой мощности //Топливная аппаратура судовых дизелей: Межвуз. сб. науч. тр. -Ярославль. -1978. -Вып. 4. -С. 28-32.

33. Фомин Ю.Я., Ивановский В.Г., Шестопалов В.И., Туляков А.Ф., Черемисин В.И. Эксплуатация судовых среднеоборотных дизелей большой мощности на режимах малых нагрузок //Судостроение: Респ. межвед. науч.-техн. сб. -Киев. -1979. -Вып. 28. -С. 66-71.

34. Фомин Ю.-Я., Ивановский В.Г., Черемисин В. И., Пузанов Б.И. Результаты исследования работы дизеля "Пилстик" РС2 с винтами регулируемого шага //Судовые энергетические установки: Сб. науч. тр. -М. _ЦРИА "Морфлот". -1979. -Вып. 19. -С. 11-17.

35. Фомин Ю.Я., Ивановский В.Г. Оценка утечек топлива через плунжерную пару топливного насоса высокого давления дизеля //Двигателестроение. -1982. -N 1. -С. 17-19.

36. Фомин Ю.Я., Никонов Г.В., Ивановский В.Г. Топливная аппаратура дизелей: Справочник. -М.: Машиностроение, 1982. -168 с.

37. Фомин Ю.Я., Ивановский В.Г., Долинин В.Н. Методика расчета топливоподачи в насосе с нагнетательным клапаном двойного действия //Двигателестроение. -1982. -N 9. -С. 39-41.

- 35 -

38. 'Фомин Ю.Я., Ивановский В.Г. К вопросу утечек топлива через распылитель форсунки при расчете процесса впрыска в дизелях //Тр. ЦНИТА. -1982. -Вып. 79. -С. 49-61.

39. Фомин Ю.Я., Ивановский В.Г., Черемисин В.И. Влияние наполнителыю-отсечного отверстия плунжерной пары на впрыскивание топлива в дизелях //Машиностроение: Известия вузов. -М. -1982. -N 9. -С. 91-95.

40. 'Фомин Ю.Я., Ивановский В.Г. Снижение интенсивности волнового процесса в топливопроводах низкого давления дизелей //Машиностроение: Известия вузов. -М. -1986. -N 9. -С. 74-77.

41. Ивановский В.Г. Исследование влияния фаз топливопода-чи на рабочий процесс судового среднеоборотного дизеля //Проблемы совершенствования рабочих процессов в двигателях внутреннего- сгорания: Матер. Всесоюз. науч. конф. -М. -1986. -С. 178.

42. Ивановский В.Г., Гайворонский И.И. Оптимизация режимов совместной работы главных двигателей и ВРШ на теплоходах серии "Герои Шипки" //Повышение эффективности и надежности энергетических установок судов: Сб. науч. тр. -М.: В/О "Морте-хинсюрмреклама". -1987. -С. 20-24.

43. Фомин Ю.Я., Ивановский В.Г. Оптимизация эксплуатационных режимов совместной работы судовых дизелей и винтов регулируемого шага /Motor Sympo: Тезисы доклада на международном симпозиуме. -ЧССР, г. ВЫсокие Татры. -1983. -С.500-507.

44. Шестопалов В.И., Ивановский В.Г., Фомин Ю.Я. Опыт оптимизации эксплуатационных режимов работы главных двигателей и ВРШ на судах ЧМП //Морской транспорт. Серия "Техническая эксплуатация флота" -М.: В/О "Мортехинформреклама". -1989. -Вып. 1 (693). -С. 1-10.

45. Фомин Ю.Я., Ивановский В.Г., Бабур В.И., Фридман С.И. Повышение гидравлической плотности корпуса всасывающего клапана во втулке плунжера ТНВД дизелей типа ДКРН-3 и ДКРН-4 //Морской транспорт. Серия "Передовой производственный опыт, рекомендуемый для внедрения на морском транспорте": Информационный сборник. -М/-В/0 "Мортехинформреклама". -1989. -Вып. 5. -С. 30-36.

46. Ивановский В.Г., Черемисин В.И., Тонконогий 10.Е. Оптимизация эксплуатационных режимов работы главных двигателей (ГД) и винтов регулируемого шага (ВРШ) на судах серии "Дмитрий

Шостакович" //Судостроение: Респ. межвед. науч.-техн. сб.. -Киев. -1989. -Вып. 38. -С. 79-82.

47. Фомин Ю.Я., Ивановский В.Г., Карповский Е.Я. Упрощенная математическая модель впрыскивания топлива в дизелях с учетом зазора между корпусом всасывающего клапана и втулкой плунжера насоса //Машиностроение: Известия Еузов. -М. -1989. -С. 70-73.

48. Фомин Ю.Я., Ивановский В.Г., Син Ен Су. Расчет параметров впрыскивания топлива в дизелях ДКРН 74/160-3 в эксплуатационных условиях //Теплоэнергетика и хладогехника: Сб. науч. тр. НКИ. -Николаев. -1989. -С. 31-36.

49. Коломиец В.Г., Новак E.H., Фомин Ю.Я., Ивановский В.Г. Совершенствование топливных насосов дизелей типа ДКРН третьей, четвертой и седьмой модификаций //Морской транспорт. Сер. "Техническая эксплуатация флота": Экспресс-информация. -М.: В/О "Мортехинформреклама". -1990. ОВып. 6 (722). -С. 1-10.

50. Фомин Ю.Я., Ивановский В.Г. Повышение качества работы ТНВД дизелей ПО БМЗ третьей, четвертой и седьмой модификаций //Двигателестроение. -1990. -N 9. -С. 22-25.

51. Ивановский В.Г. Оптимизация режимов работы главных двигателей и винтов регулируемого шага морских судов //Актуальные проблемы развития двигателей внутреннего сгорания и дизельных установок: Тез. дом. Всесоюз. науч.-техн. конф. -Л. -1990. -С. 167-168.

52. Ивановский В.Г., Тонконогий Ю.Е. Методика приближенного расчета параметров поршневого демпфера отсечной волны в топливных насосах высокого давления дизелей //Механика машин и систем машин водного транспорта: Тез. докл. Всесоюз. науч. -техн. конф. -Одесса. -1990. -С. 31.

53. Фомин Ю.Я., Ивановский В.Г., Гаращенко В.В., Доманин A.C., Колесов И.В. Влияние зазора между корпусом всасывающего клапана и втулкой плунжера насоса на впрыскивание топлива в дизелях ДКРН 74/160-3 //Судостроение: Респ. межвед. науч. -техн. сб. -Киев-Одесса. -1991. -Вып. 40. -С. 101-109.