авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 7 |

«Посвящается памяти профессора АНИКИНА ЕВГЕНИЯ ПЕТРОВИЧА 1 Профессор Аникин Евгений Петрович 2 Федеральное агентство по ...»

-- [ Страница 3 ] --

Соответственно увеличивается масса топлива, участвующего в капельно диффузионном горении на линии расширения. Это приводит к уменьше нию экономичности дизеля и увеличению тепловых нагрузок на детали ЦПГ. Для малоразмерных дизельных установок с небольшой цикловой подачей топлива использование интенсификаторов самовоспламенения целесообразно лишь в случаях необходимости уменьшения максимальных механических нагрузок от сгорания топлива.

При работе главных судовых МОД на номинальном режиме впрыск цикловой порции топлива в четыре – шесть раз дольше периода задержки самовоспламенения топлива в них. Следовательно, большая часть топлива попадает в развитое пламя в КС. Анализ индикаторных диаграмм главных двигателей фирм «Зульцер» 9RD90, 6RD76, 6ДКРН74/160-3, выпускаемых БМЗ по лицензии «Бурмейстер и Вайн» и других, показал, что рост мак симального давления сгорания топлива в цилиндре продолжается до окон чания впрыска топлива, так как Рz = Рвпр. Из этого следует, что впры скиваемое в цилиндр после момента самовоспламенения топливо вступает в реакцию горения в капельно-диффузионном виде. За ПЗВ топлива обра зуется некоторое количество гетерогенной газовой смеси, которая при сгорании даёт начальное взрывное повышение давления и температуры в КС, достаточное для бурного развития капельно-диффузионного горения в объёме топливного факела.

Вновь поступающее в КС топливо увеличивает объём топливных струй и количество отдельных горящих капель. Таким образом, в главных судовых МОД за период Рz = Рвпр последовательно осуществляется два вида горения – взрывное выгорание гетерогенной газовой среды (смеси ис парившихся паров топлива с воздухом) и капельно-диффузионное горение отдельных жидких капель топлива. Равенства Рz = Рвпр и впр = (46)i говорят о том, что наибольшее развитие горения и подъёмы температуры и давления в КС даёт именно капельно-диффузионный вид горения огромно го количества отдельных капель, расположенных в топливном факеле.

Уменьшение периода задержки самовоспламенения топливных струй в КС путём ввода его интенсификаторов приводит к некоторому уменьше нию количества паров топлива, участвующих в гетерогенном взрывном сгорании, и увеличению доли топлива в капельно-диффузионном горении в период впрыска топлива в КС. Более раннее самовоспламенение в таком случае интенсифицирует тепломассообмен между горючим и окислителем в объёме топливных струй. Согласно индикаторным диаграммам иссле дуемых двигателей максимальная скорость тепловыделения наблюдается в начальный период капельно-диффузионного горения, когда капли жид кого топлива имеют большую площадь испарения. Следовательно, дози рованное введение интенсификаторов самовоспламенения в топливо с низким цетановым числом целесообразно. Это интенсифицирует капель но-диффузионное горение жидких углеводородов, особенно для главных судовых МОД старой постройки.

Необходимое количество интенсификатора самовоспламенения для оптимизации длины струи топлива рассчитывается исходя из равенства длины струи топлива за период задержки самовоспламенения расстоянию от сопла форсунки до стенки КС. Порядок расчёта необходимого количе ства интенсификатора самовоспламенения для дизелей с небольшой цик ловой подачей топлива следующий:

- определяется имеющийся ПЗВ топлива в двигателе iдв;

- рассчитывается длина топливной струи Lдв в КС за период задерж ки самовоспламенения iдв;

- исходя из геометрических размеров КС задаётся искомая длина то пливной струи Lзад;

- рассчитывается ПЗВ топлива iзад, за который струя получит разме ры, равные Lзад, т.е. дойдёт до стенки КС;

- решается, насколько следует изменить энергию активации горюче го Еакт.

Согласно экспериментальным данным для заданного вида горючего находится необходимое количество интенсификатора самовоспламенения.

Порядок расчёта количества интенсификатора самовоспламенения топли ва приведен на рис. 1.

Еакт iдв iзад % Lзад Liдв присадки размеры КС Рис. 1. Последовательность расчета количества интенсификатора Для двигателей с одной форсункой на цилиндр длина Lзад = 2Dц / 2cos = const.

Для двигателей с двумя форсунками на периферии крышки цилиндра 2 Dц 2 Dц Lзад = = = const, cos 2 cos где Dц – диаметр цилиндра;

– угол наклона соплового отверстия форсун ки к горизонтали.

У малооборотных дизельных установок большой цилиндровой мощ ности, имеющих большую цикловую подачу топлива, период впрыска го рючего в несколько раз дольше периода задержки самовоспламенения.

Процессы, управляющие развитием топливного факела после его воспла менения, просчитать сложно. Поэтому основным становится эксперимен тальное исследование эффективности использования интенсификаторов самовоспламенения в мощных судовых дизельных установках и опытное определение эффективной дозировки присадки.

Среди известных интенсификаторов самовоспламенения топлива наи более приемлемым с позиций эффективности и доступности является нитрат аммония NH4NO3, или аммиачная селитра. Названная присадка водораство рима и пригодна к хранению на судне в цистерне, в залитом водой виде.

Присадка NH4NO3 испытывалась на главном двигателе 6ДКРН74/160-3 тан керов «Берёзово» и «Игрим» и главном двигателе 6RD76 танкера «Интер национал» (рис. 2).

Рис. 2. Выгорание горючего в дизеле 6RD76 при использовании разных сортов топлива (n = 110 об/мин):

1 – мазут М40;

2 – ВТЭ (мазут М40 + 10 % воды);

3 – ВТЭ с присадкой (мазут М40 + 5 % воды + 0,15 % NH4NO3);

кривые выгорания топлива:--- дифференциальная;

–– интегральная Исследования влияния интенсификатора самовоспламенения топоч ных мазутов в судовом малооборотном двигателе 6ДКРН74/160-3 танке ров «Игрим» и «Берёзово» показали рост топливной экономичности дизе ля. Водный раствор присадки совместно с продувочным воздухом пода вался в КС двигателя. Отмечено, что прирост среднего индикаторного дав ления составил около 5 %, период задержки самовоспламенения сократился на 10–15 %, максимальное давление сгорания возросло на 0,2–0,3 МПа.

При этом жесткость процесса сгорания увеличилась, тепловыделение пе реместилось к началу сгорания, температура обработанных газов умень шилась на 10–20 0С и содержание в отработанных газах вредных окислов азота и углерода заметно снизилось.

Установлено, что наиболее эффективно присадка действует на до левых режимах работы двигателя. Прирост среднего индикаторного дав ления в испытуемом дизеле составил до 8 %, а период задержки самовос пламенения сократился до 18 %. В результате исследований установлено, что с позиций экономичности оптимальным является 1–3 %-ный раствор аммиачной селитры с соотношением (по массе) между раствором и топ ливом 5 %.

Исследования по влиянию добавок водного раствора аммиачной се литры в виде ВТЭ на параметры рабочего процесса и тепловое состояние деталей ЦПГ проводилось на двигателе 6RD76 танкера «Интернационал»

по утверждённой службой судового хозяйства схеме [2]. Проведённые исследования показали эффективность добавок в ВТЭ нитрата аммония (рис. 2).

Наиболее экономичным является добавление в тяжелое топливо 10 % воды. При добавлении в ВТЭ нитрата аммония количество воды в ВТЭ целесообразно уменьшить до 3–5 %. При этом экономичность работы дви гателя возрастает в связи со смещением сгорания топлива к ВМТ. Термо метрирование огневого днища цилиндровой крышки показало уменьше ние средней температуры огневого днища на 30 0С. Отмечено снижение температуры в нижнем поясе огневого днища на 60 0С (рис. 3).

Такой эффект объясняется сокращением периода задержки самовос пламенения топлива и уменьшением контакта стенок КС с топливным фа келом. Общее снижение средней температуры крышки цилиндра объясня ется интенсификацией сгорания топлива и соответствующим ростом топ ливной экономичности двигателя.

Результаты указанных экспериментов показали, что методы интен сификации сгорания топлива в главном судовом малооборотном дизеле позволяют улучшить тепловое состояние цилиндровых крышек, а также повысить экономические и мощностные показатели работы дизельной ус тановки. Модификаторы сгорания топлива оказывают также существен ное влияние на экологические характеристики дизеля.

Рис. 3. Изменение температуры нижнего пояса огневого днища цилиндровой крышки дизеля 6RD76 при работе на ВТЭ мазута М40:

1 – мазут М40;

2 – ВТЭ (мазут М40 + 10 % воды);

3 – ВТЭ с присадкой (мазут М40 + 5 % воды + 0,15 % NH4NO3) Влияние ВТЭ топочного мазута с добавкой интенсификаторов само воспламенения на экологические показатели дизеля 6RD76 выразилось в снижении концентрации в выхлопных газах NOx, CO и сажистых частиц на 20–60 %. Наибольший эффект снижения загрязнения окружающей сре ды достигнут при концентрации 10 % ВТЭ в мазуте М40.

Самая высокая экономичность дизеля 6RD76 на номинальном режи ме работы достигнута при добавке ВТЭ в количестве 4–6 %. На режимах работы ниже 50 % от номинальной мощности экономический эффект от сутствует. Улучшение же экологических характеристик проявляется в ос новном в снижении выброса сажи. Эффект от применения ВТЭ на доле вых режимах нагрузки заключается в снижении NOx и CO на 40–50 % по сравнению с показателями при работе на номинальной мощности.

Эксплуатационные испытания показали также важность дробления добавляемых в топливо глобул воды до средних размеров 10–20 мкм. Бо лее высокая и более низкая дисперсность капель воды, образующихся в топливе при ее диспергировании, ухудшает экономические и экологиче ские показатели дизеля по сравнению с режимом работы на ВТЭ со сред ними размерами глобул воды 15 мкм.

Проведенные эксплуатационные испытания судовых малооборотных дизелей 6RD76 и 6ДКРН 74/160-3 на ВТЭ топочных мазутов показали, что добавка интенсификаторов самовоспламенения NН4NO3 в топливо благо приятно сказывается на экономических и экологических характеристиках ДВС. В сравнении со штатной системой топливоиспользования в рассмат риваемых дизелях на основных эксплуатационных режимах работы дос тигнута эксплуатация топлив 8–12 г/(кВтч). При этом выброс NOx не пре вышал 16 г/(кВтч). Содержание сажи в выпускных газах снизилось в сред нем на 38 %, а концентрация СО находилась в пределах допустимых норм.

Библиографический список 1. Петриченко Р.М., Оносовский В.В. Рабочие процессы поршневых машин. – Л.: Машиностроение, 1972.

2. Векслер Ю.Е. Методы улучшения теплового состояния цилиндро вых крышек дизеля 6RD76 в эксплуатации // Транспортное дело России. – 2006. – № 7.

УДК 629. К.В. Грибов, Э.Ю. Хе МОДЕЛИРОВАНИЕ ОЦЕНКИ ПРОЧНОСТИ СУДОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ С ПОМОЩЬЮ СОВРЕМЕННЫХ НЕЙРОСЕТЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ Сегодня особую актуальность приобретает задача оценки прочности судовых конструкций с учётом их экономической эффективности. При решении этой проблемы необходимо учитывать множество разнородных показателей, часть из которых либо приближённые, либо вообще отсутст вуют. Вследствие этого при анализе технического состояния судна как сложной системы чаще всего не учитывается количественное соотноше ние фактических затрат и результатов, получаемых при технической экс плуатации судов. Кроме того, большинство современных исследований по указанной тематике находятся на уровне умозаключительного анализа, в них практически не используется аппарат количественной оценки техни ко-экономической эффективности, так как показатели часто относятся к вероятностной категории. Все вышесказанное свидетельствует о высокой теоретической и прикладной необходимости создания и разработки более совершенной модели оценки прочности и эффективности такой сложной технической системы, как судно.

Одна из трудностей решения задачи обусловлена тем, что для иссле дования требуется объективная информация по выбору допускаемых на пряжений при проверке условий прочности. Рассматривая совместно ре зультаты экспериментов, материалы опыта эксплуатации и используя воз можности современных информационных технологий, можно добиться положительных результатов даже при условии ограниченности задавае мых на входе исходных данных. Поэтому разработка методов и способов решения проблем прочности в настоящее время переживает период оче редного развития и пересмотра прежних взглядов. При этом в первую очередь требуется оценить внешние силы с учётом вероятности морского волнения, а также гидродинамическое взаимодействие корпуса с водой.

Возможности современных средств вычислительной техники и про граммного обеспечения таковы, что позволяют моделировать системы с функционированием на основе использования возможностей искусствен ного интеллекта, построенного по образу мышления, близкому к челове ческому. Это стало возможным благодаря применению нейросетевых тех нологий [1].

Целью настоящего исследования является создание модели оценки технико-экономической эффективности судовых конструкций с помощью нейросетевых технологий.

Одна из поставленных задач – проведение исследования в соответст вии с тремя известными проблемами строительной механики корабля:

- первая проблема – оценка внешних сил, действующих на суда;

- вторая проблема – определение напряжений и деформаций в связях корпуса;

- третья проблема – нормирование прочности связей корпуса.

В работе акцент делается на учет действия сложной системы, со стоящей из переменных во времени. Это гравитационные, гидродинами ческие переменные и переменные инерционных сил с учетом критериев прочности наиболее опасных состояний конструкций (потеря устойчиво сти связей корпуса судна, пластическое деформирование, усталостные по вреждения и хрупкие разрушения) [2].

В качестве примера рассмотрим критерий эксплуатационной проч ности корпуса судна. Проверка по нему производится в соответствии с за висимостью К В1М В1 + К ТВ1М ТВ 10 3 д, (1) W W где W – момент сопротивления рассматриваемого поперечного сечения нового корпуса, определяемый относительно крайних по высоте продоль ных связей корпуса без учета редуцирования продольных связей от сжа тия, см3;

W – изменение W в результате износа продольных связей к се редине срока службы, см3. За срок службы обычно принимают 24 года.

Редуцирование связей при определении W в данном случае не произво дится, так как изгибающий момент МВ1 вычисляется при относительно небольшом волнении;

MТВ1 – наибольший расчетный по абсолютному значению изгибающий момент, растягивающий продольные связи, на уровне которых определено значение W. Его значение, вызывающее сжа тие связи, должно рассматриваться, если по абсолютной величине он пре вышает значение MТВ, вызывающее растяжение более чем в 1,4 раза;

КВ1 – коэффициент, учитывающий влияние высокочастотных напряжений на усталостную прочность;

МВ1 – волновой изгибающий момент, (кНм), оп ределяемый при обеспеченности волнения 10–5 при hi = h1.

В критерий усталостной прочности подставляют не максимальный по абсолютной величине MТВ, а наибольший, приводящий к растяжению связи, для которой определялся W. Это объясняется тем, что постоянное растягивающее напряжение уменьшает усталостную прочность конструк ции больше, чем сжимающее [2].

Высокочастотные напряжения рассчитываются по отношению к ос новной частоте свободных колебаний корпуса судна и появляются в резуль тате работы главных двигателей, вращения гребного винта и ударов волн.

Коэффициент КВ1определяется по формуле [3]:

LFrB L 2 1, = 0,951 + 0,04С D 200 1, К В1 (2) ( ) где С = 2 0,5 + 2 sin ) Н – коэффициент влияния формы носовой око Н нечности, соответственно, при обычных обводах и при бульбовой форме ( ) носовой оконечности С = 2 1 + Н.

Н Допускаемые напряжения L 1, д AK Э Т.

= 0,4К д 1 + 0,06 (3) Определим величины, входящие в это выражение. КД – коэффициент:

КД = 1 – для верхних связей корпуса;

КД = 0,95 – для днища при его одинарной конструкции;

КД = 0,9 – для днища при наличии двойного дна.

В нашем случае КД = 1, поэтому величина К М max M min 1, K TB1M TB1, А = 1 + 1 ТВ1 ТВ TB (4) M 2M min max где М ТВ, М ТВ – соответственно минимальная и максимальная из воз можных величин MТВ в рассматриваемом сечении в условиях эксплуата ции судна в различных грузовых состояниях с учетом правил знаков («+»

для перегиба, «–» для прогиба судна на тихой воде).

В программном комплексе учитываются сложные процессы износа и коррозии связей корпуса судна, которые зависят от множества факторов:

основного материала – марки стали, характера перевозимого груза, терри тории, где эксплуатируется судно, температуры, качества антикоррозион ной защиты корпуса, места расположения связи и времени эксплуатации, учитываемых путем введения соответствующих коэффициентов.

Кроме того, в комплексной модели учитывается влияние на момент сопротивления, которое оказывает расположение связей по длине и высо те эквивалентного бруса. Износ настила верхней палубы оказывает боль ше влияния на величину момента сопротивления, чем износ второй палу бы. Все эти факторы приближенно учитываются соответствующими ко эффициентами.

В процессе работы над моделью определилась внутренняя структура нейросети (рис. 1), которая состоит из трёх слоёв.

Внутренняя структура слоя Рис. 1. Внутренняя структура слоя Завершающим этапом построения сети является построение нейро на, а также расчёт его веса. С помощью полученного весового коэффици ента можно обучать нейронную сеть.

Рис. 2. Нейрон В результате проведенных исследований разработаны:

- методика комплексной оценки технико-экономической эффектив ности с учётом требований к проектированию и оценки качественных по казателей корпуса судна на основе использования возможностей нейрон ной сети;

- комплексная технико-экономическая модель эффективности, вклю чающая в себя концептуальную модель. На основе этой модели разработана универсальная компьютерная нейросетевая модель для количественной оценки технико-экономической эффективности корпуса судна;

- технология использования нейронных сетей для поддержки приня тия управленческих решений в области проектирования, прогноза и ана лиза судовых конструкций.

Исследуемая область применения нейросетевых технологий позво ляет [5]:

- развивать методы, алгоритмы и программное обеспечение для плотных систем со сверхбольшим числом неизвестных – вычислительного ядра в решении научных и промышленных задач с нелокальными связями;

- разрабатывать прикладные технологии, позволяющие решать плотные системы уравнений с числом неизвестных порядка нескольких миллионов;

- создавать на основе данных технологий модульные линейки про граммных продуктов для решения задач с высоким инновационным по тенциалом, в частности задач гидродинамики с учетом всех динамических переменных, управления устойчивостью и надёжностью судовых конст рукций, расчета нагрузки на корпус судна и палубные поверхности, про гноза эффективности эксплуатации судна.

Следующим этапом исследований является задача оценки прочности судовых конструкций с учётом их экономической эффективности. Разра батываемая комплексная модель должна быть предназначена для реализа ции сложных задач с нелокальными связями путем решения плотных сис тем линейных уравнений [4]. Она должна эксплуатироваться организа циями-пользователями, работающими в следующих областях:

- проектирование и создание судовых конструкций как в части гид родинамики, так и в части управления;

- разработки в области возможностей нейросетевых технологий для повышения эффективности управления сложными нелинейными системами;

- разработки методов и средств создания нейросетевых алгоритмов для управления плохо идентифицируемыми объектами и т.д.

Библиографический список 1. Грибов К.В., Хе Э.Ю. О возможностях использования новых ком пьютерных технологий при проектировании морской техники // Исследова ния по вопросам повышения эффективности судостроения и судоремонта:

Сб. науч. тр. – Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2004.

2. Восковщук Н.И., Новиков В.В. Общая продольная прочность мор ских судов. – Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2003.

3. Барабанов Н.В., Рыбалкин Ю.Г. Особенности проектирования кон струкций морских лесовозов. – Л.: Судостроение, 1986.

4. Исследование по вопросам повышения эффективности судострое ния и судоремонта: Сб. науч. тр. – Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2006.

5. Gribov K.V., Khe E.Y. Implementation of Neural Networks While De signing Marine Construction // TEAM 2007. – Yokohama, 2007.

УДК 621.892. Г.А. Гаук, Г.П. Кича, В.В. Тарасов УВЕЛИЧЕНИЕ СРОКА СЛУЖБЫ МОТОРНОГО МАСЛА В СУДОВЫХ ТРОНКОВЫХ ДИЗЕЛЯХ Расход масла при смене составляет 10 – 40 % его общего потребле ния, поэтому мероприятия, направленные на увеличение срока службы ММ, представляют большой интерес. Значительный резерв экономии рас хода масла на замену заключен в оптимизации срока его использования.

Вопрос определения наработки дизеля до замены масла весьма сложен. Не обоснованное завышение срока службы моторного масла (ММ) может при вести к негативным последствиям: повышенному износу и нагаро- и лако образованию деталей дизеля. Например, проведенные испытания дизелей типа Ч8,5/11 и 10,5/13 на масле М-10В2С показали, что увеличение срока службы более 400 ч приводит к забивке дренажных отверстий и последую щему закоксовыванию поршневых колец. Поэтому произвольно увеличи вать срок службы масла без оценки влияния этого мероприятия на надеж ность работы двигателей внутреннего сгорания (ДВС) недопустимо.

Наиболее эффективный путь увеличения срока службы масла между сменами – применение ММ повышенного качества. Поддержание смазоч ного масла в дизеле в работоспособном состоянии в определенной степе ни воз можно за счет повышения эффективности его очистки. Комбиниро ванная чистка ММ полнопоточным фильтрованием и частичнопоточным центрифугированием тормозит старение масла и является огромным ре зервом в повышении его срока службы. Острота проблемы возрастает в связи с ухудшением качества топлива и необходимостью применения ма сел с зольными присадками для нейтрализации сернистых продуктов его сгорания и предотвращения разложения присадок в высокотемпературной зоне цилиндро-поршневой группы (ЦПГ) при наддуве дизеля.

Необходимо отметить, что с уменьшением угара масла доля его, расходуемая на слив, возрастает, поэтому оценка влияния угара на срок службы ММ до замены имеет особое значение. С этой целью осуществле но исследование старения ММ в условиях низкого угара для определения возможности увеличения его срока службы. Моторными экспериментами дизелей 2Ч10,5/13 и подтвержденными испытаниями ДВС широкого диа пазона форсировки было опровергнуто довольно распространенное мне ние о необходимости поддержания угара на высоком уровне для обеспе чения работоспособности масла в течение длительного периода.

Действительно, если угар велик, то маслообменные процессы из-за больших доливок свежего масла должны стабилизировать его состояние на довольно высоком уровне. Этот вывод справедлив, если допустить, что интенсивность старения ММ от угара не зависит. Но было доказано, что ограничение до применяемых величин 1,0–1,2 г/ (кВт ч ) поступления мас ла в зону компрессионных колец с образованием на стенке цилиндра мас ляной пленки минимально необходимой толщины снижает одновременно угар масла и скорость его старения. Исключение составляет смолообразо вание. Подбирая масла с достаточно высоким запасом качества и хороши ми моющедиспергирующими свойствами, можно затормозить процесс на гаро- и лакообразования и обеспечить подвижность компрессионных ко лец и в целом уплотнение цилиндра в течение длительного времени. Опе режающий рост интенсивности старения ММ при увеличении угара выше 2 г/(кВт ч) для большинства дизелей указывает на то, что в диапазоне gy = 1–3 г/(кВт ч), как было отмечено ранее, формируются самые благо приятные условия для поддержания полезных и вредных компонентов масла на приемлемом уровне. Угар в указанных пределах создает предпо сылки для длительной работы масла без смены, уменьшая его загрязнение нерастворимыми продуктами и истощение присадок (щелочности). Наи более распространенным является способ определения периодичности смены масла по времени. Такой подход себя не оправдывает, так как из менение условий эксплуатации и режимов нагружения дизеля приводит к ослаблению или интенсификации старения масла. Заранее установленный путем стендовых испытаний срок службы масла уже не будет соответст вовать его эксплутационному значению. Изменение срока службы масла может быть вызвано применением нестандартного топлива, износом дета лей ЦПГ.

В отличие от смены масел по параметру «время работы» более пра вильной и экономичной является смена масла по браковочным показате лям. Преимуществом этого метода является учет зависимости качества масла от условий его работы. Однако применение этого метода ограниче но сложностью определения научно обоснованных браковочных парамет ров. Номенклатура большинства браковочных параметров масла, приме няемых в настоящее время, однообразна и одна и та же независимо от кон структивных особенностей и условий эксплуатации дизеля. Существен ным образом величина браковочного показателя зависит от форсировки дизеля и качества применяемых горюче-смазочных материалов.

Как правило, в число браковочных входят следующие показатели масла: вязкость, температура вспышки, содержание воды и нераствори мых примесей, кислотность [3]. Большинство показателей является, по существу, параметрами, по которым можно контролировать создание ава рийной обстановки, а не нормальный ход старения ММ в данном дизеле.

Поэтому на первом этапе исследований поставлена задача определить ос новные направления старения масла, чтобы выявить показатели, приво дящие к нарушению работы дизеля и не позволяющие достичь заданных ТУ ресурсных показателей дизеля.

Выявленные моторными испытаниями основные браковочные пока затели далее могут быть использованы для определения численных значе ний в зависимости от условий работы унифицированных масел с учетом применяемых топлив. Для оценки возможности увеличения срока службы ММ в судовых форсированных дизелях средней частоты вращения прове ден моторный эксперимент в двигателе 6ЧНСП18/22 (Рен = 290 кВт, п = 12,5 с–1). Кроме того, ставилась задача определения перечня браковоч ных показателей, которые лимитируют срок службы масла в дизелях средней форсировки. Для исследований было выбрано масло М-10В2С, запас качества которого является предельным для долгоработающего ре жима использования в ДВС с форсировкой рте = 1 МПа [2].

Моторный эксперимент вели на дизельном топливе Л-0,5 (ГОСТ 305-82) с массовой долей серы 0,43 %. Нагрузку двигателя осуществляли по ре жимам, рекомендованным заводом «Дальдизель» для ускоренных испыта ний на моторесурс и имитирующим наиболее тяжелые условия работы его при эксплуатации на судах.

Целью испытаний было определение направлений старения ММ, лимитирующего использование его без смены, а также установление кон кретного срока его службы. Суть методики моторного эксперимента за ключалась в определении состояния масла через 50 ч с замером скорости изнашивания и интенсивности нагарообразования за каждый этап (250 ч) его работы. Для этого через данный промежуток времени 1, 3, 4 и 6-й ци линдры двигателя вскрывали. Цилиндры 2 и 5 являлись контрольными и в течение испытаний от нагаров не очищались. Таким образом определяли интенсивность и динамику нагарообразования по мере срабатывания при садок и старения масла.

Комплектация ЦПГ соответствовала угару масла 1,5 г/(кВт ч). Основ ная цель испытаний – доказать, что увеличение срока службы масла М-10В2С в жестких условиях работы возможна и он может превышать установленный норматив 500 ч. Кроме того, важно было определить, как повлияет увеличе ние срока службы масла при низком угаре на основные направления его ста рения, скорость изнашивания деталей дизеля и нагарообразование на порш нях. Предусматривалось зафиксировать состояние ММ, при котором интен сифицируется изнашивание и нагарообразование в дизеле.

Основные направления и интенсивность старения масла М-10В2С, а также состояние дизеля определяли по методикам ЦНИДИ. Была поставлена задача исследовать состояние масла, при котором интенсифицируются про цессы изнашивания и нагарообразования в дизеле и дальнейшее увеличение срока службы масла нерационально потому, что может привести к сниже нию надежности работы дизеля и даже к его аварийному состоянию.

Анализ кинетики старения ММ в дизеле 6ЧН18/22 по показателю кислотности К и вязкости v (рисунок) показывает, что в нем идет интен сивное окисление и крекинг углеводородов. Показатели К и v с увеличе нием срока службы масла растут. Их рост сопровождается падением ще лочности Щ масла, что указывает на интенсивное срабатывание присадок.

Падение Щ к моменту отработки 1,5 тыс. ч до уровня 1 мг КОН/г при ки слотности 2,5 мгКОН/г указывает на возможность интенсификации корро зионных процессов в дизеле. К концу испытаний (2 тыс. ч) кислотность К масла равнялась 2,8 мг КОН/г, рН – 3,2. При столь низком водородном показателе коррозионная активность отработанного масла высока. После отработки маслом 1,5 тыс. ч возможна коррозия вкладышей подшипников и других деталей, так как по существующим нормам падение рН ниже 4, недопустимо.

Срабатывание присадок сказалось на диспергирующих свойствах мас ла. Показатель дисперсионной среды, определяемый методом бумажной хроматографии, уменьшился к концу испытаний со значений 0,62 до 0,2.

Начиная с 1,3 тыс. ч работы диффузионная зона масляного пятна про сматривалась плохо. Срабатывание присадки исследовалось не только по падению щелочности, но и по зольности Зф фугата. Этот показатель в про цессе работы масла не стабилизировался и после 1,5 тыс. ч работы пони зился до критического значения 0,1 %, при котором диспергирующая спо собность масла уже не способна поддерживать нерастворимые продукты во взвешенном состоянии и возможна их коагуляция.

Анализ процесса коллоидного старения осуществлялся по результа там оптической микроскопии. Отмечено, что по мере увеличения срока службы масла состояние дисперсной фазы нерастворимых загрязнений ухудшается. Так, в начале работы условный диаметр d самой многочис ленной группы частиц составлял 0,4–0,5 мкм, а в последней – 1,8 мкм.

Наибольшее увеличение размеров нерастворимых продуктов наблюдается после 1,5 тыс. ч работы (рисунок).

Если на ранних этапах испытаний флоккуляции частиц нераствори мой фазы загрязнений не происходило, то в некоторых пробах седьмого и восьмого этапов микроскопированием зафиксировано образование ми целл, что свидетельствует о неустойчивой дисперсной фазе в период ра боты масла от 1,5 до 2 тыс. ч и о потере им способности диспергировать нерастворимые примеси.

Наблюдение за накоплением в масле нерастворимых примесей сх, схз (общие и зольные) (рисунок) показало, что данный процесс идет по экс поненциальной зависимости, причем концентрация общих НРП, опреде ляемых центрифугированием, после 1,5 тыс.ч работы стабилизируется в диапазоне 1,62–1,73 %, зольных – на уровне 0,27 %. Такая концентрация НРП для дизеля неопасна и интенсифицировать изнашивание деталей ЦПГ не может.

Наибольшее изнашивание происходило на этапах 1 и 2 (таблица).

В первые 500 ч работы износ по сравнению со средним его значением за весь период испытаний был выше на 30–38 %. Объяснение такому явле нию можно дать, допустив, что обкатка деталей дизеля продолжалась, не смотря на то, что она была проведена до испытаний. По всей вероятности, 200 ч для приработки трибосопряжений недостаточно, хотя все параметры рабочего процесса к концу обкатки дизеля стабилизировались.

Кинетика процесса старения масла М-10В2С в дизеле 6ЧН18/ Таблица Показатели старения масла, износ, нагаро- и лакообразование в дизеле 6Ч18/ при увеличении срока службы масла М-10В2С Этапы испытаний I II III IV V VI VII VIII Параметр оченки Средний 500- 750- 1000- 1250- 1500- 1750 0-250 250-500 за этап 750 1000 1250 1500 1750 Скорость угара масла, г/(кВт • ч) 1,60 1,45 1,41 1,52 1,49 1,39 1,33 1,43 1, Скорость загрязнения масла 3,3 3,5 3,7 3,9 3,8 3,5 3,7 3,8 3, нерастворимыми продуктами, г/ч Износ деталей:

верхнее компрессионное кольцо, мг 182 226 193 168 137 123 142 151 % 102 133 113 102 81 72 84 89 маслосъемное кольцо, мг 724 860 642 656 531 617 624 648 % 109 130 97 99 95 93 94 98 комплект поршневых колец, мг 1325 1724 1596 1319 1248 1126 1209 1402 % 97 126 117 96 91 82 88 102 цилиндровая втулка, мкм 16,2 18,9 17,4 16,0 15,2 12,6 13,7 13,9 15, % 105 122 112 103 98 81 88 90 вкладыши подшипника, мг 19,4 16,7 14,5 13,8 12,3 11,6 12,1 12,3 14, % 138 122 103 98 87 82 86 87 Нагаро- и лакообразование на поршнях, балл:

над верхним кольцом;

1,0 1,1 1,2 0,7 0,6 1,1 1,4 1,3 1, в канавках;

0,8 0,9 0,7 1,0 0,9 0,8 1,6 2,0 1, на юбке;

0,74 0,5 0,7 0,7 0,8 0,8 1,2 1,7 0, общая оценка, балл 4,4 4,7 4,8 4,5 4,3 4,6 6,6 7,0 5, % 86 92 94 88 84 90 130 138 Подвижность колец, балл 0 0 0 0 0 0,2 0,7 1,6 0, При увеличении срока службы масла выявлена тенденция к пониже нию износа (И). Минимум износа за 250 ч работы наблюдался на шестом этапе испытаний. После 1,5 тыс. ч работы снова наблюдается ухудшение противоизносных свойств масла. Подводя итоги износных испытаний, от мечаем благоприятное влияние увеличения срока службы масла на пока затель И. Наволакивания металла, задиров и натиров на деталях ЦПГ не наблюдалось.

По влиянию на нагаро- и лакообразование в дизеле выявлена тен денция интенсификации этого процесса после отработки маслом 1,5 тыс. ч (таблица). Если на этапах 1–6 за 250 ч работы состояние нагара на порш нях оценивалось – в 4,3–4,8 балла, то на последних двух этапах – 6,6–6, балла. Начиная с шестого этапа, наблюдалось частичное защемление верхнего компрессионного кольца, на последнем – и других колец.

Процесс нагаро- и лакообразования хорошо коррелирует со старени ем масла. Начавшаяся было стабилизация нагаров на неочищаемых порш нях 2 и 5 в период 1–1,25 тыс. ч работы далее была нарушена, что вызвано ухудшением состояния масла и потерей им моюще-диспер-гирующих свойств. После 1,5 тыс. ч работы антинагарные свойства ММ столь низки, что вызывают забивание поршневых канавок углеродистыми отложения ми, и, как следствие, это приводит к утрате кольцами подвижности.

Интенсивность нагаро- и лакообразования (Н) после отработки мас лом 1,5 тыс.ч оказалась высокой. В период 1,5–2 тыс. ч износ ЦПГ Ин пре вышал среднее значение в 1,3–1,8 раза. Такая тенденция роста Ин приво дит к перегибу зависимости Н() в точке с координатами = 1,25 тыс. ч и Н = 8,4 балла общей оценки нагаров и 3,7 балла – по поршневым канав кам.

Выводы Показано, что процессом, лимитирующим срок службы масла М-10В2С в дизелях типа ЧН 18/22, является нагаро- и лакообразование на поршнях, коксование и потеря подвижности компрессионных и масло съемных колец. При угаре 1,5 г/(кВт ч) процесс интенсифицируется по сле отработки маслом без смены 1,5 тыс. ч, когда оно теряет моюще диспергирующие свойства. Между этим явлением и состоянием масла существует зависимость, которая выявлена проведенным экспериментом.

Процесс нагаро- и лакообразования усиливается, когда присадок в актив ной форме содержится менее 1 %.

Библиографический список 1. Перминов Б. Н. Научно-технические основы эффективного масло использования в судовых тронковых дизелях: Монография. – Владиво сток: Мор. гос. ун-т, 2005.

2. Кича П. П. Повышение срока службы масла в судовых дизелях ти па ЧН 18/22 // Рыбное хозяйство. – 1980. – № 2.

3. Никифоров О. А. Повышение эффективности масляных систем быстроходных судовых дизелей. – Л.: Судостроение, 1970.

УДК 621.892. Г. А. Гаук, Б. Н. Перминов КОНСТРУКТИВНЫЕ МЕТОДЫ СНИЖЕНИЯ УГАРА МОТОРНОГО МАСЛА В СУДОВЫХ ДИЗЕЛЯХ Повышение экономичности судовых тронковых дизелей по расходу масла является важной составной частью решения проблемы экономии топ ливно-энергетических ресурсов на морском транспорте. К основным на правлениям работ по экономии моторного масла (ММ) следует отнести снижение его расхода на угар и увеличение срока службы. Проведенные ис следования [1] показали, к какому значению угара масла необходимо стре миться, чтобы достичь самого высокого технико-экономического эффекта.

Анализ влияния угара масел с разными эксплуатационными свойствами на их старение и состояние дизеля позволил выявить причины, препятствую щие снижению угара масла до рациональных пределов и сохранению дос тигнутого уровня в течение длительного периода без ухудшения работоспо собности двигателя. Физико-химические свойства ММ имеют большое зна чение в решении этих задач. Если такие показатели, как вязкость, индекс вязкости, испаряемость, фракционный и групповой составы, непосредствен но сказываются на угаре масла, то влияние моюще-диспергирующих, анти износных и антиокислительных свойств сказывается иначе, и их действие проявляется в течение длительного периода использования.

Масла с высокими антиизносными свойствами способствуют сохра нению зазоров в трущихся парах в допустимых пределах более длитель ное время, что снижает интенсивность угара масла при эксплуатации дви гателей внутреннего сгорания (ДВС). Сохранению величины угара на ми нимальном уровне за период работы дизеля между переборками способст вует глубокая очистка ММ от мелкодисперсных зольных нерастворимых примесей. При этом тормозится старение масла и длительное время оста ются чистыми детали цилиндропоршневой группы (ЦПГ).

Хорошие моюще-диспергирующие свойства масла уменьшают при горание поршневых колец и забивку дренажных отверстий углеродисты ми отложениями, что, в свою очередь, приводит к интенсивному росту угара ММ. Таким образом, можно констатировать, что эксплуатационный угар масла в значительной мере зависит от наработки дизеля. В зависимо сти от того, как изменяется износ и чистота деталей двигателя, происхо дит увеличение gy.

Улучшение эксплуатационных свойств масел и качества их очистки по результатам наших разработок [1] стабилизирует расход ММ на ниж нем уровне в течение длительного периода. Повышение показателя Кшз, который представляет отношение щелочности масла к его зольности, до уровня 8–12 снижает изнашивание и коррозию деталей дизеля и таким об разом обеспечивает длительную и надежную его работу с угаром 0,7–1, г/(кВт ч). Запас качества унифицированных ММ таков, что при эффек тивной комбинированной очистке они могут длительно использоваться с низким угаром без смены в форсированных дизелях, работающих на вы соковязких топливах. Экспериментом установлено, что при gy = 1,5–2, г/(кВт ч) скорость старения унифицированных масел по основным на правлениям минимальна. В этих условиях использования масла интенсив ность его обмена при доливах такова, что создаются самые благоприятные условия для повышения срока службы ММ. Снижение угара с 1,5 до 0, г/(кВт ч) изменяет направление старения унифицированных масел в сто рону повышенного смолообразования и интенсивной термоокислительной деструкции углеводородов, вызывает карбонизацию продуктов его старе ния и способствует укрупнению нерастворимой дисперсной фазы. На этой основе разработаны мероприятия для ослабления вредного воздействия продуктов старения масла на дизель при низком его угаре [2].

Установлено, что чрезмерное снижение расхода масла на угар (до 0, г/(кВт ч)) может привести к аварийной ситуации – задиру поршней, на волакиванию металла, поломке колец. В этих условиях весьма важно оп ределить минимально допустимую величину расхода масла на угар, при которой дизель надежно отрабатывал бы заданный ресурс до первой пере борки без увеличения общих эксплуатационных затрат. Технико экономическое обоснование показывает, что зона наиболее рационального расхода масла при реализации новых научно-технических решений по комплексному повышению эффективности маслоиспользования для большинства форсированных дизелей находится в диапазоне gy = 1– г/(кВт ч).

На стабилизацию угара в эксплуатации большое влияние оказывают качество масла, эффективность его очистки и применение обкаточных композиций присадок. Увеличение угара происходит в связи с износом деталей ЦПГ, нагаро- и лакообразования в цилиндрах ДВС. Наиболее ин тенсивно угар растет по мере отработки моторесурса в дизелях со штатны ми системами смазки (ШСС) (рис. 1, зависимость 1). Применение полнопо точного фильтра тонкой очистки масла и унифицированных ММ последне го поколения тормозит рост угара (зависимость 2). Наилучшие результаты в снижении эксплуатационного расхода масла получены при оснащении дизелей смазочными системами повышенной эффективности (ССПЭ) (за висимость 3).

К важнейшим комплексам конструкторских и технологических ме роприятий по снижению расхода масла можно отнести:

- совершенствование конструкции компрессионных и маслосъемных поршневых колец;

- оптимизацию формы и геометрических размеров поршня;

- оптимизацию маслоотводящих элементов поршня;

- улучшение охлаждения втулок цилиндров и поршней.

Рис. 1. Угар масла в зависимости от продолжительности работы СОД Наиболее существен вклад химмотологов МГУ имени адм. Г.И. Не вельского в решение проблемы сокращения расхода масла в тронковых дизелях без наддува и средней форсировки (таблица). Благодаря им угар поэтапно был снижен в 1,7–3,5 раза. По дизелям 6(12)4 и ЧН15/18 он был достигнут использованием контактных уплотнений клапанного механизма новой конструкции. Внедрение в дизелях этой размерности поршней сложной геометрии овально-бочкообразной формы с трехконусной голов кой совместно с маслосъемными кольцами с повышенным радиальным давлением и лучшими маслососкабливающими свойствами позволило со кратить расход ММ на угар с 5 до 2 г/(кВт ч) [2].

В дизелях других типов усовершенствование коснулось только порш невых колец и масляных уплотнений турбокомпрессоров. Применяли мас лосъемные кольца повышенной эффективности – скребковые, коробчатые с экспандером, обеспечивающие удельное давление не ниже 0,6 МПа. Бы ли также улучшены маслососкабливающие свойства компрессионных ко лец – использовали «минутные», торсионные кольца с повышенной ради альной шириной (рис. 2). Весьма перспективным мероприятием по сни жению угара масла является применение компрессионных колец с задан ной эпюрой радиальных давлений, маслосъемных колец с экспандером и хромированной рабочей кромкой.

Наиболее впечатляющие результаты достигнуты в сокращении рас хода масла в отечественных дизелях размерности Ч и ЧН18/22 и ЧН25/34.

В дизелях с наддувом достигнут угар масла 1,2–1,5 г/(кВт ч) (таблица), который может сохраняться на данном уровне в течение 6 тыс. ч и более.

Это обусловлено хорошим подбором материала поршневых колец с их высокой износостойкостью. Применяемые масла типа М-10Г2(цс) при ра боте на дизельном топливе полностью сохраняют свои эксплуатационные показатели при столь низких угарах.

Наибольшего успеха в снижении расхода масла на угар достигли при оптимизации комплекта поршневых колец за счет уменьшения их количе ства и повышения маслосъемного действия (дизели типа ЧН18/22). Иссле дованы маслосъемные свойства торсионных (скручивающихся), минутных (с конической боковой поверхностью) и коробчатых с экспандером колец (рис. 2).

Таблица Расход ММ в судовых тронковых дизелях, достигнутый совершенствованием ЦПГ и комплексным повышением эффективности смазочных систем Срок службы масла, Общий расход масла, Угар масла, г/(кВт ч) г/(кВт ч) тыс. ч Дизели ШСС ССПЭ ШСС ССПЭ ШСС ССПЭ ЧиЧН15/18 5-7 2-3 0,2 1,5-2 6-8 2,5-3, ДР* ЧиЧН18/22 2-3 1,2-1,5 0,5 2,5-4 1,5- ЧН 24/31 1,5-3 1,2-2 0,5 1,5-2 2-3,5 1,5-2, ЧН 25/34 2-2,5 1,2-1,5 1,5 ДР 2,5-3 1,4-1, Ч и ЧН 24/36 2,5-5 1,8-2,5 1 ДР 3-6 2-2, ЧН 32/48 3-4 1,8-2,5 1 ДР 3-5 2-2, * Использование в режиме долгоработающих масел со сменой по браковочным показате Применение маслосъемных колец с высокими удельными давленими может интенсифицировать изнашивание деталей трибосопряжения «кольцо – втулка» и вызвать повышение расхода топлива до 3–6 г/(кВт ч). Поэтому це лесообразно ограничить удельные давления колец значениями 0,8–1,5 МПа при ширине кромок коробчатых маслосъемных колец 0,5–1,2 мм.

Анализ проведенных исследований показывает, что наибольшим маслосъемным действием обладают коробчатые кольца с тангенциальны ми пружинными расширителями. Несколько уступают им скребковые, минутные и торсионные кольца, хотя в определенных условиях они пока зывают достаточно высокую эффективность [3].

Возможности снижения угара масла в дизелях NVD-36A (ЧН24/36) и NVD-48A (ЧН32/48) полностью не исчерпаны. В этих ДВС достигнут угар 1,8– 2,5 г/(кВт ч). По сравнению со штатным кольцевым уплотнением он снижен в 1,4–2,0 раза. Угар стабилен в течение 3–4 тыс. ч работы. Работоспособность ЦПГ этих моделей может быть повышена за счет модернизации поршней.

Хорошие результаты дает молибденовое покрытие поршневых ко лец. Оно по сравнению с пористым хромированием в 1,2–1,5 раза удлиня ет период работы дизеля до резкого возрастания угара масла. Для обеспе чения низких расходов масла в эксплуатации рекомендовано использова ние ММ с высоко эффективными присадками, тонкой полнопоточной и комбинированной очи сток его в двигателе [1]. Подбор ММ, соответствую щего форсировке дизеля, температурным условиям в цилиндре и низкому угару, позволяет при эффективной очистке масла длительно поддерживать угар на низком уровне. Стабилизация угара на минимальном уровне на ступает за более короткий период при использовании для обкатки специ альных присадок. Механизм влияния свойств ММ на его угар состоит в снижении заброса масла в камеру сгорания дизеля при увеличении вязко сти (рис. 3). Оптимизация фракционного состава масла способствует сни жению потерь на испарение.

Повышение моюще-диспергирующих свойств и термоокислительной стабильности снижает пригорание поршневых колец и уменьшает забивку дренажных отверстий, что способствует стабилизации угара на нижнем уровне. Снижение зольности масла и улучшение его противоизносных свойств подбором специальных присадок способствует уменьшению из нашивания основных деталей дизеля и сохранению угара в течение дли тельного времени на первоначальном его значении, сформированном кон структорскими мероприятиями.

Благоприятно сказывается на снижении изнашивания маслосъемных колец с высоким удельным давлением применение модификаторов трения.

Поэтому для работы с gу 1 г/(кВт ч) при удельных давлениях маслосъем ных колец 1,2–3 МПа желательно использовать модификаторы трения. Это позволяет уменьшить скорость изнашивания маслосъемных колец в 2–3раза и способствует стабилизации угара ММ в течение 8–12 тыс. ч работы на уровне 0,7–1,5 г/(кВт ч).

Рис. 2. Поршневые кольца повышенной активности:

а – прямоугольное с выточкой;

б – скребковое;

в – минутное;

г – торсионное;

д – торсионное со скошенной торцевой поверхностью;

е – трапециевидное;

ж – коробчатого сечения;

з – то же с двусторонними скосами;

и – то же с односторонними скосами;

к – сдвоенные скребковые;

л – с центральным экспандером;

м – с односторонним экспандером Рис. 3. Зависимость кислотно-основных свойств и вязкости масла М-10В2Сот срока его службы в дизеле 6ЧН18/ Выводы Разработаны новые конструктивные методы по сокращению расхода масла в дизелях. Предложены конструкции поршневых колец с повышен ным маслосъемным действием.

Реализованы следующие методы сокращения угара масла в дизелях:

- применение поршней с минимально допустимыми зазорами по втул ке цилиндра и оптимальной геометрией боковой поверхности, в том числе овально-бочкообразной формы;

- использование для изготовления поршней материалов с малым ко эффициентом линейного расширения, например Ал-25, Ал-26 и др.;

- снижение температуры поршней за счет их интенсивного охлаждения;

- выбор оптимальных профилей, расположения и количества порш невых колец;

- использование маслосъемных колец с заданной эпюрой радиаль ных давлений, с экспандерами, минутных, торсионных и др.;

- применение новых материалов и антиизносных покрытий при изго товлении колец.

Библиографический список 1. Перминов Б.Н. Научно-технические основы эффективного масло использования в судовых тронковых дизелях: Монография. – Владиво сток: Мор. гос. ун-т, 2005.

2. Никифоров О. А., Данилова Н.В. Рациональное использование мо торных масел в судовых дизелях. – Л.: Судостроение, 1986.

3. Средства очистки жидкостей на судах: Справ. / Под. общ. ред.

И.А. Иванова. – Л.: Судостроение, 1984.

УДК 629.5-81(09) А.Б. Гусаров ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ КОРАБЕЛЬНЫХ КОТЛОТУРБИННЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК Применение водяного пара для различных целей и устройств, облег чающих труд человека, осуществлялось очень давно, раньше, чем была изобретена паровая машина. К таким устройствам можно отнести, напри мер, шар Герона Александрийского (около 120 г. до н.э.) и паровую пушку Леонардо да Винчи (XV в.). Агрегаты, генерирующие пар для использова ния с целью получения механической работы, созданы несколько столе тий спустя.

Впервые паровой котел как генератор, производитель пара, был от делен от исполнительного механизма в 1600 г. в установке Джамбатиста делла Порта для подъема воды. Однако отсутствие в то время универсаль ного парового двигателя тормозило развитие паровых котлов.

Практическое применение различных тепловых двигателей стало воз можным в результате развития учения о тепловой энергии. Особые заслуги в этой области принадлежат гениальному русскому ученому М.В. Ломоносо ву, который разработал атомно-молекулярную концепцию, нашедшую кон кретное воплощение в его кинетической теории теплоты и молекулярной теории веществ. Он впервые объяснил, что тепловые явления обусловлены механическим движением материальных частиц. История развития тепло техники неразрывно связана с разработкой и совершенствованием тепло вых двигателей, первым из которых являлась паровая поршневая машина.


Начало технической революции, в которую человечество вступило в 1700 г., послужило основой для резкого изменения демографических, эко номических и технологических путей развития мировой цивилизации.

В 1763 г. талантливый русский теплотехник И.И. Ползунов разрабо тал первый проект универсального парового двигателя, а в 1766 г. по его второму проекту была построена вся установка, которая состояла из поршневой машины и парового котла. В последнем был применен предва рительный подогрев питательной воды, а также автоматический регулятор питания, что, по существу, является прообразом регулирования современ ного котла. В дальнейшем установки для получения и использования пара все более совершенствовались. Английский изобретатель Д. Уатт в 1784 г.

запатентовал универсальный паровой двигатель;

это произошло на много лет позже испытания установки, построенной по проекту И.И. Ползунова.

Бурное развитие паротехники особенно наблюдалось в XIX в., что обу словливалось ростом промышленного капитала. Успехи использования пара в промышленности оказали большое влияние на развитие средств транспорта.

Создание паровых судов относится к началу XIX в. В связи с ростом торговли возникла необходимость в судах с паровыми двигателями. В 1803 г.

на р. Сене демонстрировал свое первое паровое судно изобретатель Р. Фул тон. В 1807 г. им же построенный колесный пароход «Клермонт» с паровым двигателем мощностью 20 л. с. и небольшим судовым котлом с дровяным отоплением отправился в первый рейс по р. Гудзон от Нью-Йорка до Олбани.

В России на Ижорском заводе в 1811 г. впервые был построен паро вой дноуглубительный снаряд. 3 ноября 1815 г. первый русский пасса жирский пароход «Елизавета» совершил рейс от Санкт-Петербурга до Кронштадта. На пароходе была установлена паровая машина небольшой мощности, судно имело скорость 5 уз. Избыточное давление пара в котле составляло 0,2–0,3 кгс/см2. К 1820 г. в России было построено несколько таких пароходов. Семь лет спустя в мировом флоте насчитывалось около тысячи судов с паровыми машинами. С этого времени рост тоннажа паро вых судов стал обгонять рост тоннажа парусного флота.

В первой половине XIX в. в России на нескольких заводах были по строены паровые котлы в основном коробчатого типа, которые предшест вовали появлению пролетных и так называемых оборотных огнетрубных котлов. В это время большую роль в развитии огнетрубных котлов сыгра ли отец и сын Черепановы, создавшие в 1833–1835 гг. первый в России паровоз, что предшествовало появлению огнетрубных котлов на судах.

Русский теплотехник С.В. Литвинов предложил применить перегрев пара в котле оригинальной конструкции. Однако эти идеи смогли быть реали зованы только в конце XIX в.

Необходимость в котлах с большой паропроизводительностью, спо собных работать при повышенных давлениях пара и в то же время имею щих малые размеры и массу, привела к созданию в 70-х годах XIX в. огне трубных котлов, в которых большая часть поверхности нагрева образова на трубками небольшого диаметра;

снаружи трубки омываются водой, а внутри них продвигаются уходящие из топки котла дымовые газы. К это му периоду относится применение в котлах устройств для получения пе регретого пара, а несколько позже в котлах стали использовать для горе ния топлива воздух, подогретый теплом уходящих газов. Применение ци линдрических огнетрубных котлов позволило поднять давление пара до 16 кгс/см2.

По мере дальнейшего развития паровых турбин огнетрубные котлы не могли удовлетворить потребности в паре высоких параметров, поэтому в конце XIX в. начали создаваться водотрубные котлы. Поверхность на грева водотрубного котла образована трубками, внутри которых циркули рует вода, а снаружи проходят дымовые газы.

Одним из первых типов водотрубных котлов был так называемый секционный котел, получивший свое название вследствие того, что водо грейные трубки вставлялись в передние и задние камеры, образуя от дельные секции. В России такие котлы начали строить с 1891 г. на Пе тербургском металлическом заводе: использовались они как в судовых, так и стационарных установках. Уменьшение размеров составных частей секционных котлов позволило увеличить давление пара. В настоящее время давление пара в секционных котлах достигает 50 кгс/см2.

Однако секционные котлы были сложными в изготовлении и недос таточно надежными в работе из-за слишком большого количества лючков в камерах, поэтому в конце прошлого века на судах начали применять ба рабанные водотрубные котлы. Их поверхность нагрева образована двумя пучками кипятильных трубок, концы которых присоединяются к двум нижним и одному верхнему барабанам. Топка размещается в пространстве между обоими пучками трубок. Барабанные котлы проще по устройству и легче секционных, они надежнее в эксплуатации и превосходят секцион ные котлы по технико-экономическим показателям. Барабанные водо трубные котлы применяются в настоящее время на судах как морского, так и речного флота. Их паропроизводительность может достигать 100 т/ч, давление до 100 кгс/см2, температура перегретого пара свыше 500°С.

К началу XX в. были разработаны и нашли широкое применение бо лее прогрессивные водотрубные котлы с угольным отоплением. Для воен ных кораблей использовались два типа таких котлов – горизонтального и вертикального исполнения. Наиболее распространенной конструкцией первого типа были котлы Бельвиля. Компоновочная схема вертикальных котлов предусматривала паровой и два водяных коллектора, соединенных трубами (котлы треугольного типа). Вертикальные водотрубные котлы имели значительно меньшую массу и обеспечивали более высокую манев ренность установки. Впервые такие котлы были установлены в 1890 г. на эскадренном миноносце «Роченсальм». Рабочее давление пара в котлах этого корабля было 13 кгс/см2.

В качестве двигателя использовались паровые машины, конструк цию которых определяли условия их размещения на судах. Первые двига тели были балансирного типа, подобно стационарным прототипам. На смену им пришли горизонтальные машины, а в дальнейшем вертикально опрокинутого типа. Развитие паровых поршневых машин шло по пути увеличения степени расширения пара, что привело к созданию двухци линдровых двойного расширения компаунд-машин, а затем и трехцилинд ровых машин тройного расширения. Возможности увеличения мощности паровых машин были ограничены диаметром цилиндра низкого давления, который не мог превышать 2–2,5 м по конструктивным и технологиче ским причинам. Предельная мощность судовой паровой машины состав ляла не более 20 000 л.с.

Период строительства военных кораблей с 1907 г. до Первой миро вой войны характеризуется значительным увеличением их водоизмещения и скорости, для чего потребовались паровые котлы большой паропроизво дительности с существенно меньшей удельной массой. Этим требованиям могли удовлетворять только вертикально-водотрубные котлы, но их со вершенствование сдерживало угольное отопление. Каменный уголь – топ ливо с низкой калорийностью, ручная подача его в топку требует большо го физического труда, вследствие этого паровые котлы с угольным ото плением не могли обеспечить паропроизводительность более 15 т/ч и к тому же были недостаточно маневренными. Кроме того, несовершенство процесса горения приводило к большой дымности, а следовательно, дема скировало корабль. Немаловажными факторами являлись значительная трудоемкость погрузочных работ и неудобство хранения каменного угля.

Для крупных военных кораблей требовались и более мощные паро вые двигатели. Предшествующее развитие техники и научных исследо ваний, в частности в области теории истечения газов и паров, позволило в конце XIX в. создать новый тип двигателя – паровую турбину. Идея использования паровой (а также газовой) турбины в качестве главного судового двигателя принадлежит талантливому русскому изобретателю П.Д. Кузьминскому.

На смену паровым поршневым машинам пришли паровые турбины, которые имели более высокий КПД и меньшие массогабаритные характе ристики. Для применения паровых турбин на кораблях потребовалось вы полнить большой объем теоретических и экспериментальных исследова ний термодинамических процессов преобразования тепловой энергии пара в механическую работу, а также построить опытные машины и испыты вать их. Впервые паровые прямодействующие турбины реактивного типа были установлены на линейных кораблях типа «Севастополь», работу ко торых обеспечивали 25 водотрубных котлов треугольного типа со сме шанным угольно-нефтяным отоплением. Давление пара в котлах состав ляло 17 кгс/см2. В энергетической установке этих кораблей был осуществ лен замкнутый цикл «пар-конденсат» с генерацией тепла отработавшего пара в водоподогревателях. Несмотря на то, что созданная установка со ответствовала уровню развития науки и техники того времени, она все же имела недостаток. Смешанное отопление паровых котлов ограничивало возможность увеличения их паропроизводительности, так как при сжига нии угля и нефти одновременно требовались различные способы подачи воздуха в топку. Этот недостаток был устранен в 1910 г. внедрением неф тяного отопления котлов на эскадренных миноносцах типа «Новик».

Таким образом, к 1910 г. были реализованы основные научно-техни ческие решения, обеспечивающие значительное увеличение паропроизво дительности котлов, что позволило наращивать мощность установки с па ровыми турбинами при одновременном снижении ее массы и габаритов.

Вместе с тем паросиловые установки по своим тепловым процессам оставались еще далеко не совершенными. Они имели низкую экономич ность и большие массогабаритные характеристики. Недостаточны были и маневренные характеристики, такие как время приготовления к действию и время реверса. Установки обладали низкой живучестью из-за линейного расположения главных механизмов.


Очередной этап развития отечественных котлотурбинных установок начался в середине 20-х годов. Было принято целесообразным создавать котлотурбинные энергетические установки с паровыми котлами с нефтя ным отоплением и рабочим давлением пара 20 кгс/см2, температурой 313°С, а также с высокооборотными турбинами с зубчатой передачей.

Советскими учеными была разработана теория, служащая для созда ния прямоточных котлов. Их основными преимуществами являются ма лые габариты и масса, простота конструкции и невысокая стоимость изго товления. Осуществить оригинальную конструкцию прямоточного котла удалось в 1932–1934 гг. проф. Л.К. Рамзину.

В области развития конструкций паровых котлов большое значение имели работы В.И. Калашникова – создателя водотрубного котла и нефтя ной форсунки, В.Г. Шухова – создателя ряда конструкций паровых котлов и форсунок, В.Я. Долголенко и др. Котлы В.Я. Долголенко были установлены на многих кораблях русского флота, в том числе на крейсере «Аврора».

В соответствии с этой концепцией до 1941 г. в нашей стране были разработаны и созданы паровые котлы и главные турбозубчатые агрегаты для большинства проектов кораблей.

Направление по созданию корабельных паровых котлов последова тельно возглавляли Э.Э. Папмель, М.И. Шулинский и Г.А. Гасанов. Ими был спроектирован паровой котел для сторожевого корабля «Ураган» про екта 39. В процессе его создания был развернут комплекс научно исследовательских и экспериментальных работ по теории горения и внут рикотловых процессов. В январе 1930 г. после стендовых испытаний не скольких вариантов комиссией был принят к серийному производству па ровой котел для этого корабля. В этом же году на Северной судострои тельной верфи во главе с В.А. Бжезинским было организовано ЦКБС-1, в состав которого входили турбинисты, возглавляемые Б.С. Фрумкиным.

Этот коллектив и стал создателем первого отечественного турбозубчатого агрегата, состоящего из высокооборотных турбин высокого и низкого дав ления и зубчатого редуктора (максимальная частота вращения гребного вала составляла 630 об/мин).

С учетом опыта проектирования и эксплуатации в 30-х годах отече ственной промышленностью было спроектировано и построено несколько котлотурбинных энергетических установок большой мощности для лиде ров эскадренных миноносцев. При испытаниях, а также в эксплуатации выявились недостатки и просчеты проектирования. Особенно много их было обнаружено у энергетической установки для лидера эскадренных миноносцев «Ленинград» проекта 1. Так, ещё на стенде выявились непо ладки с циркуляцией воды в главном котле, которые приводили к разрыву трубок. Кроме того, были отмечены серьезные неисправности в работе ре дукторов, турбин высокого давления, главных конденсаторов и отдельных вспомогательных механизмов. Проектирование и поставка оборудования энергетических установок для некоторых проектов надводных кораблей велись при участии иностранных фирм («Ансальдо», «Метрополитен Виккерс», «Парсонс» и др.).

В конце 30-х годов по мере накопления опыта проектирования, за вершения экспериментальных работ и совершенствования технологии из готовления корабельного оборудования отечественная судостроительная промышленность самостоятельно приступила к изготовлению энергетиче ских установок легких крейсеров типа «Чапаев№ проекта 68 и тяжелого крейсера «Кронштадт» проекта 69.

Опыт Второй мировой войны показал, что котлотурбинные энерге тические установки большинства классов кораблей имели недостаточную топливную экономичность, маневренность и долговечность котельных трубок, а также большие массогабаритные показатели. Для решения этих проблем необходимо было восстановить специализированные предпри ятия и конструкторские бюро. Так, в 1946 г. было создано специальное КБ котлостроения, которое возглавил Г.А. Гасанов. В 1946–1952 гг. на Север ной судостроительной верфи было организовано СКБТ, которое возглавил опытный инженер Г.А. Оглобин.

Конструкторы в своей работе использовали результаты исследова ний ученых Н.Н. Семенова, Я.Б. Зельдовича, Д.А. Франк-Каменецкого, Г.Ф. Кнорре, Л.А. Вулиса, Г.А. Абагянца и Н.М. Кузнецова. Научные ра боты решали важнейшие проблемы по организации смесеобразовательных процессов подогрева и испарения капель топлива, совершенствованию аэ родинамической основы организации процессов в топке. К выполнению ряда работ были подключены специалисты Военно-морской академии и военно-морских училищ. Работы были направлены главным образом на создание высокоэкономичных автоматизированных паровых котлов с КПД 85–86% и подачей воздуха в топку.

Проведение новых исследований совпало с началом проектирования котлотурбинных энергетических установок для ряда кораблей: СКР «Гор ностай» проекта 50, ЭМ «Неустрашимый» проекта 41 и ЭМ «Веский» про екта 56.

Для СКР «Горностай» проекта 50 был создан не имеющий аналогов турбозубчатый агрегат ТВ-9, состоящий из однокорпусной высокооборот ной турбины реактивного типа, двухступенчатого редуктора с раздвоением мощности и конденсатора с самопроточной циркуляцией. Для повышения экономичности установки, начиная с ЭМ «Неустрашимый» проекта 41, в главных котлах КВ-76 были увеличены начальные параметры пара до давления 64 кгс/см2 и температуры перегрева до 470°С. С целью увеличе ния теплонапряжения топочного объема в котлах были применены подача воздуха в топку с давлением 900-1100 мм в. ст. и двухфронтовое отопле ние. Для этих кораблей был также разработан высокооборотный двухкор пусный агрегат ТВ-8, большой мощности, с гибкими связями подвижных концов турбин с фундаментом. Для этих установок был создан и принци пиально новый автоматизированный насосный турбоагрегат, включающий три насоса (питательный, конденсатный и бустерный) с единым высоко оборотным турборедукторным приводом. На них впервые были использо ваны подшипники на водяной смазке.

В результате комплекса перечисленных работ была разработана но вая методология компоновки энергетического оборудования, позволяю щая разместить в одном энергетическом отсеке паровые котлы и турбо зубчатый агрегат с обслуживающим их оборудованием, что упростило конденсатно-питательную систему, повысило экономичность и улучшило массогабаритные характеристики установки. Без существенных изменений такая установка применялась на большой серии ЭМ «Веский» проекта 56 и БПК «Гремящий» проекта 57.

При постройке кораблей в период 60–70-х годов потребовалось соз дание более экономичной и компактной котлотурбинной установки боль шой мощности. Выполненные в СКБК, ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова и 1-м ЦНИИ МО исследования показали возможность улучшения характе ристик котельной установки на основе компрессорного наддува воздуха в топку котла с использованием тепла уходящих газов в турбонаддувочном агрегате. Одновременно коллективом Кировского завода под руково дством главного конструктора В.Э. Берга был разработан турбозубчатый агрегат ТВ-12 мощностью 45 000 л.с., который стал основной базовой мо делью для надводных кораблей. Используя накопленный опыт проектиро вания и достижения науки 50–60-х годов, конструкторам удалось (по сравнению с предыдущим турбоагрегатом для кораблей проекта 56) повы сить мощность агрегата на 25% при одновременном снижении его массы на 35% и увеличении КПД на 3–4%. В это же время в СКБК под руково дством Г.А. Гасанова был спроектирован и построен высоконапорный па ровой котел КВН 95/64 с высокими параметрами пара, в котором впервые было применено разработанное сотрудником 1-го ЦНИИ МО Ю.А. Уб ранцевым газоохлаждающее устройство эжекционного типа, позволившее снизить температуру уходящих газов до 100°С, что обеспечило значи тельное уменьшение теплового поля корабля. Все эти нововведения были заложены в котлотурбинную энергетическую установку ракетного крей сера «Грозный» проекта 58. Став базовой, в дальнейшем она прошла ряд этапов усовершенствования конструкций главных и вспомогательных ме ханизмов, автоматизированного управления, водного режима и др. Мощ ность ГТЗА-674 была увеличена до 50 000 л.с.

Для кораблей постройки 70–80-х годов (ЭМ «Современный» проек та 956, «Адмирал Флота Советского Союза Кузнецов» проекта 1143.5) были созданы высоконапорные котлы КВГ-З и КВГ-4, а для резервной котельной установки корабля «Адмирал Нахимов» проекта 1144 – котел КВГ-2.

Таким образом, в результате большого объема выполненных НИР и ОКР в послевоенный период была создана унифицированная автоматизиро ванная котлотурбинная энергетическая установка с высоконапорными кот лами, которая является самой мощной среди установок на органическом то пливе и широко применяется на современных крупных надводных кораблях.

Библиографический список 1. Слесаренко В.Н., Слесаренко В.В. Судовые опреснительные уста новки. – Владивосток: Мор. гос. ун-т, 2001.

2. Темнов В.Н., Плотников Ю.И. Корабельные котлотурбинные энер гетические установки. – Л.: ЛВВМИУ, 1990.

3. Гастеев Л.В., Котлотурбинные энергетические установки.– М.:

Военное издательство, 1989.

4. Александровский Ю.В., Арва О.В., Закутин П.Н., Карасев Е.П.

Корабельные паровые котлы – Л.: ЛВВМИУ, 1986.

5. Шиняев Е.Н. Судовые паровые котлы и их эксплуатация. – М.:

Транспорт, 1979.

УДК 629.5- А.Б. Гусаров ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ КОРАБЕЛЬНЫХ КОТЛОТУРБИННЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК Наступившая разрядка напряженности после распада СССР практи чески не повлияла на динамику изменения численности кораблей ВМС ведущих зарубежных стран (США, Англия, Франция, Германия, Италия, Япония и Китай). Произошло изменение стратегической направленности развития флотов, заключающееся в отказе от ориентации на участие в гло бальной ракетно-ядерной войне и их приоритетном развитии в интересах ведения локальных или обычных масштабных войн. Современные тен денции развития боевых надводных кораблей свидетельствуют о том, что произошло перераспределение между подводными лодками (ПЛ) и над водными кораблями (НК) в пользу последних, так как они более приспо соблены к решению задач в войнах ограниченной интенсивности и внеш неполитического характера.

Одной из важных тенденций в развитии НК является отказ от строи тельства специализированных кораблей основных классов и переход к по стройке преимущественно многоцелевых. Фактически происходит ликви дация разделения кораблей на классы по задачам и возрождается старый классообразующий принцип – его размер.

Общая направленность развития корабельной энергетики может быть охарактеризована увеличением агрегатной мощности, повышением эконо мичности и надежности, широким внедрением автоматизации, расширени ем унификации основных элементов и энергетических установок в целом.

Котлотурбинные энергетические установки (КТЭУ) в настоящее время находят применение практически на всех классах надводных кораб лей среднего и крупного водоизмещения.

Однако практика показывает, что в перспективе до 2015 г. интерес к установкам указанного типа постепенно снижается.

В ВМФ РФ котлотурбинные энергетические установки в настоящее время размещаются только на крупных надводных кораблях пр. 956, 1143.4 и 1143.5, а также на кораблях пр. 1144, где КТЭУ используется в качестве резервной энергетической установки. В ближайшей перспективе строительство кораблей ВМФ РФ с котлотурбинной энергетической уста новкой не предусматривается.

Следует отметить, что современный уровень развития отечествен ных КТЭУ НК ВМФ соответствует уровню начала – середины 60-х годов.

С тех пор корабельные КТЭУ не претерпели существенных изменений главным образом из-за появления энергетических установок нового типа – газотурбинных и атомных, которые активно внедряются на кораблях ВМФ.

По этой причине современные отечественные КТЭУ представлены уста новками 3-го поколения.

Многолетний опыт эксплуатации КТЭУ на кораблях ВМФ выявил ряд проблем, вызванных прежде всего недостатками установок указанного типа, основными из которых являются:

- значительная масса и габариты по сравнению, например, с газотур бинными установками;

- низкая экономичность по сравнению с газотурбинными и в особен ности с дизельными энергетическими установками;

- структурная сложность (обилие вспомогательных механизмов, не обходимых для обеспечения работы главных, затрудняет автоматизацию основных рабочих процессов и техническое обслуживание установки, привлечение значительного количества обслуживающего персонала, что, в свою очередь, повышает затраты на содержание личного состава;

- привлечение высококвалифицированного специально обученного личного состава для использования КТЭУ с высокими параметрами пара.

Снижение квалификации приводит к частым авариям и различного рода неисправностям, требующим длительного заводского ремонта.

Кроме того, опыт использования отечественных КТЭУ НК ВМФ вы явил обилие проблем, связанных с ускоренным исчерпанием ресурса по верхностей нагрева высоконапорных котлов.

Перечисленные выше обстоятельства привели к тому, что на надвод ных кораблях в настоящее время и в ближайшей перспективе будут ис пользоваться газотурбинные и дизельные установки или их комбинации.

Несмотря на заметное снижение интереса к использованию КТЭУ в качестве главных двигателей на кораблях ВМФ, говорить об окончатель ном отказе от установок указанного типа было бы преждевременно. Это, во-первых, вызвано наличием явных преимуществ КТЭУ по отношению к другим типам установок:

- независимость от качества топлива: в отличие от корабельных ди зельных и газотурбинных энергетических установок КТЭУ могут работать практически на любых видах топлива;

- высокая агрегатная мощность корабельных КТЭУ, что позволяет использовать их на любых крупных водоизмещающих кораблях;

- минимальные требования к ремонту: корабельным КТЭУ не требу ется базовый комплект запасных двигателей с дорогостоящей оснасткой.

Ремонты КТЭУ могут выполняться в любой точке на предприятиях с обычными техническими возможностями;

- повышенная живучесть КТЭУ: высокая способность кораблей с КТЭУ противостоять боевым повреждениям, возможность управления в поврежденном состоянии и проведения восстановительного ремонта без вывода из действия установки.

Во-вторых, немаловажным фактором, обусловливающим перспектив ность использования КТЭУ, является ограниченность мировых запасов топ лива: угля хватит на 250 лет, нефти на 40 лет, а природного газа на 65 лет.

Уже после 2020 г. может возникнуть напряженность с нефтью и газом, а связанное с этим беспокойство может спровоцировать рост цен на них и до 2020 г. Атомная энергетика стоит перед дилеммой: с одной стороны – беспокойство общественности по поводу безопасности, с другой – интерес к быстрым реакторам-размножителям и термоядерным установкам упал. В этой связи из перспективных энергетических технологий в стационарной энергетике наиболее обоснован проект парогазовой установки со сжига нием угля в кипящем слое под давлением.

Опыт использования современных НК ВМФ свидетельствует о том, что уже сегодня из-за огромного дефицита на флотах дизельного топлива многие корабли, использующие его в качестве основного, вынуждены простаивать у причалов. Основная нагрузка в плане решения задач боевой подготовки ложится при этом на корабли с КТЭУ.

В России работы по использованию кипящего слоя в промышленной и судовой энергетике дали свои положительные результаты. При выпол нении проектно-исследовательских проработок судовых котлов с кипя щим слоем в качестве прототипа был принят обычный судовой котел с ма зутным отоплением. Исследования показали, что поверхность теплообме на и масса котлов с кипящим слоем меньше мазутных при одинаковой производительности соответственно на 40 и 30%. При практически равной высоте длина и ширина котла с кипящим слоем меньше котла – прототипа на 16 и 21% соответственно.

Проектно-исследовательские проработки позволили сделать вывод о целесообразности проведения дальнейших работ по созданию современ ных отечественных судовых котлов с кипящим слоем, включающих:

- разработку требований к характеристикам угольного топлива при менительно к судовым котлам;

- разработку системы автоматического управления котлом с кипя щим слоем;

- определение характеристик и выбор вспомогательного оборудова ния котлоагрегата;

- изготовление, испытание и доводку натурной модели котла с ки пящим слоем с учетом судовых условий.

Таким образом, из всего вышеизложенного следует, что современ ные котлотурбинные энергетические установки серьезно уступают газо турбинным и дизельным установкам по экономичности, массогабаритным показателям, сложности автоматизации основных рабочих процессов и за тратам на подготовку и содержание обслуживающего персонала. По этой причине в течение последних более чем трех десятилетий проектирование и строительство новых КТЭУ для кораблей ВМФ ни в нашей стране, ни за рубежом не производилось. Тем не менее такие преимущества корабель ных КТЭУ, как высокая агрегатная мощность, возможность использовать практически любые органические топлива, высокая живучесть и хорошая ремонтопригодность, убеждают в перспективности установок указанного типа. Кроме перечисленного выше ограниченность запасов нефти и ожи даемый в связи с этим рост цен на нефтяное топливо уже в ближайшем будущем подтверждают справедливость вышеизложенного.

Длительный застой в совершенствовании установок корабельных КТЭУ может быть частично компенсирован разработками в атомной энер гетике и для судов транспортного флота, а также прогнозными исследова ниями, выполненными в нашей стране и за рубежом.

На основе анализа вышеуказанных исследований может быть сфор мулирован «облик» перспективной КТЭУ:

1. Корабельная КТЭУ может быть спроектирована для кораблей среднего и крупного водоизмещения (более 3000 т), мощностной ряд ее должен быть представлен двумя агрегатами – на 50 000 л.с. (для кораблей водоизмещением до 12 000–15 000 т) и 75 000 л.с. (для кораблей водоиз мещением свыше 15 000 т).

2. По показателям экономичности КТЭУ не должна уступать суще ствующим газотурбинным двигателям 4-го поколения и перспективным корабельным газотурбинным двигателям. При этом установка должна обеспечивать дальность плавания корабля не менее 8000–10 000 миль и иметь удельный расход топлива не более 200–220 г/л.с..ч. Для этой цели оптимальными параметрами пара следует считать: давление 85–100 кг/см2, температура 515 0С.

Более высокие параметры пара в корабельных установках, мощность которых по сравнению со стационарными остается относительно низкой, использовать нецелесообразно из-за появления проблем, связанных с уве личением влажности на последних ступенях турбины. Этот факт исключа ет необходимость разработки и внедрения новых марок сталей для изго товления котельных труб.

В состав ГТЗА обязательно должна включаться маршевая турбина.

Тепловая схема должна предусматривать 2–3-ступенчатый регенератив ный подогрев питательной воды и утилизацию уходящих газов.

3. Должны быть значительно, не менее чем на 40%, снижены массо габаритные характеристики установки по сравнению с существующими типами корабельных КТЭУ.

4. Существенно должны быть упрощены структурные связи установ ки. Среди вспомогательных механизмов с турбоприводами должно быть не более одного многофункционального механизма (турбонаддувочного агрегата, питательного, масляного и топливного насосов) с единым турбо приводом, либо все вспомогательные механизмы должны быть электри фицированы.

5. Все потенциальные вспомогательные потребители пара (хозяйст венные и бытовые нужды) в целях более экономного расходования тепла должны быть электрифицированы.

6. В перспективной установке должны найти отражение повсемест ная автоматизация всех рабочих процессов и широкое диагностирование установки на основе использования микропроцессорной техники.



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 7 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.