ДИСТАНЦИОННЫЙ КОНТРОЛЬ ПАРАМЕТРОВ РАБОТЫ СУДОВОЙ ДИЗЕЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

Краткое содержание

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі викладені актуальність теми дисертаційного дослідження та її зв'язок з науковими програмами, сформульовано мету і завдання дослідження, обґрунтовано наукову новизну і показано практичне значення отриманих результатів, показаний особистий внесок здобувача, наведено дані апробації результатів дисертаційного дослідження.

У першому розділі подано аналіз стану проблеми дистанційного контролю експлуатаційних параметрів СДУ і виконаний аналіз наукової літератури з досліджуваного напрямку. Розглянуто стан та перспективи розвитку методів дистанційного контролю експлуатаційних параметрів СЕУ, вибрано напрямок, поставлені цілі і завдання дослідження.

В експлуатації судна на частку СДУ доводиться до 40% експлуатаційних витрат, сучасні суднові дизелі експлуатуються на самих різних сортах палив, від дизельного MDO до важкого IF0 720. Перехід на різні за своїми фізико-хімічними характеристиками палива може проводитися кілька разів протягом одного рейсу. Специфічними для морської експлуатації є змінні навантажувальні режими і вплив багатьох зовнішніх факторів. Особливістю СДУ є те, що основні процеси, які характеризують технічний стан, важко піддаються візуалізації та контролю. Специфічним для морської галузі є також те, що персонал, який приймає основні стратегічні управлінські рішення, знаходиться на березі. У ситуації фактичної відсутності детальної об'єктивної інформації про поточний стан енергетичних об'єктів і судна в цілому, ці стратегічні рішення можуть бути не так точні, як необхідно, або навіть помилкові. Вихід, природно, один - розробити заходи щодо своєчасної доставки керуючому персоналу об'єктивної та детальної інформації про судно в реальному часі.

Проблемою дистанційного контролю параметрів СДУ займалося ряд організацій. У першу чергу, це найбільші судновласницькі компанії: AP Moller-Maersk Group, MAK Inte ational Shipping, LLC і ін, а також найбільші двигунобудівні компанії: MAN, Wartsila-Sulzer, MAK-Caterpillar Marine Power Systems та ін. Проблемі контролю параметрів СДУ присвячені роботи вітчизняних і зарубіжних авторів: С. В. Камкіна, І. В. Возницького, Ю. Я. Фоміна, С. В. Семенова, В. Г. Івановського, Р. А. Варбанця. Актуальність досліджень у цьому напрямку обумовлена високими цінами на паливо і посилює норми IMO на викиди NOx і SOx у випускних газах СДУ.

Аналіз структур і функціональних можливостей існуючих систем і методів контролю експлуатаційних параметрів СДУ показав, що в більшості випадків вирішувалося завдання локального контролю з передачею даних в офіс в напівавтоматичному режимі. У цьому випадку був не виключений суб'єктивний фактор і можливі перекручування або запізнювання інформації. У разі рішення задачі автоматичного отримання та передачі інформації великими судновласницькими компаніями (напр. Maersk) рішення було суто індивідуальним, з використанням специфічних засобів вимірювання та зв'язку і, як правило, дорожчим. Останній фактор виключав можливість широкого використання методів дистанційного контролю експлуатаційних параметрів СЕУ на транспортних судах.

У практиці експлуатації СДУ існує проблема поступового зниження потужності і підвищення теплової напруженості одночасно з підвищенням витрати палива, що пов'язано з накопиченням некритичних, дефектів паливної апаратури, механізму газорозподілу і циліндропоршневої групи які важко виявити. Це відбувається через неприйняття своєчасних заходів з відновлення працездатності основних вузлів двигуна, що у свою чергу є наслідком відсутності точної і детальної інформації про експлуатаційні параметри.

Таким чином, враховуючи специфіку експлуатації морських суден, актуальним є завдання дистанційного контролю отриманих під час експлуатації на борту судна параметрів СДУ. Дистанційний контроль параметрів СЕУ є необхідною умовою економічно ефективної, безаварійної та екологічно безпечної експлуатації сучасного транспортного судна. Розробка методології наукових досліджень сучасних засобів дистанційного контролю параметрів СДУ та їх реалізація в моделях і методах дозволить вирішити цю актуальну наукову проблему.

Отримані в розділі результати визначили вибір напрямку дисертаційного дослідження.

Другий розділ роботи присвячений розробці методів визначення основних параметрів, що характеризують навантажувальний режим СДУ під час експлуатації.

У зв'язку з впровадженням на дизелях систем електронного управління газорозподілом і паливоподачею (common rail і vec), з підвищенням їх моторесурсу, паливної економічності і «екологічності» сучасні середньо- і високооборотні дизелі (СОД і ВОД) все частіше застосовуються на нових морських судах. При цьому на більшості ВОД відсутні індикаторні крани і, таким чином, відсутня можливість їх індиціонування. Механізм газорозподілу і форсунка на багатьох СОД і ВОД закриті ковпаками, під якими під час роботи відбувається інтенсивне розбризкування масла. Паливні системи високого тиску МОД та інших типів дизелів захищені подвійними трубками. Сучасний судновий дизель стає все більш «закритим» для досліджень та діагностики. У цьому випадку актуальним є аналіз віброакустичних полів, джерелом яких є різні вузли двигуна. Для деяких СДУ спектральний аналіз віброакустичних полів є єдиною можливістю діагностування. У роботі були встановлені експериментальні закономірності в спектрі коливань комбінованого дизеля (для циліндрових гармонік) і ГТН (для лопаткових гармонік компресора).

Основною причиною, по якій дослідження проводилися в області визначення частотних характеристик дизеля і ГТН, з'явився їх тісний зв'язок з головним енергетичним параметром СДУ - ефективною потужністю. Аналіз всіх відомих джерел з експлуатації суднових дизелів показує наявність прямої залежності потужності СДУ і частоти обертання ротора ГТН. Характер цієї залежності степеневий, з невисокими показниками степеня для різних типів двигунів, а в деяких випадках майже лінійний в діапазоні основних навантажувальних режимів СДУ. У процесі експлуатації, із зміною технічного стану вузлів СДУ, проточної частини ГТН і повітроохолоджувача змінюється характер залежності частоти ГТН від потужності. Аналіз літератури показує, що сімейство кривих, які описують цю залежність, з достатньою для інженерних розрахунків точністю може бути представлено двопараметричної функцією Ne = f(RPMt, t_S), где RPMt  - обороти ротора ГТН, t_S  - температура повітря наддуву в ресивері.

Аналіз амплітудного спектру віброакустичного сигналу компресора ГТН дозволяє визначити частоту обертання ротора турбіни, оскільки незалежно від технічного стану ГТН в спектрі віброакустичного сигналу завжди присутня гармоніка на лопатковій частоті повітряного компресора (частота обертання ротора ГТН × кількість лопаток компресора, рис. 1). Аналіз рис. 1, характерного для МОД і СОД, показує наявність кратних гармонік і субгармонік. Це означає, що необхідно вводити обмеження при пошуку гармоніки, відповідної лопаткової частоти ГТН.