Боровикова Ирина Анатольевна. Автоматизированное проектирование и оптимизация судовых вспомогательных энергетических комплексов

Краткое описание

Боровикова Ирина Анатольевна. Автоматизированное проектирование и оптимизация судовых вспомогательных энергетических комплексов : диссертация ... кандидата технических наук : 05.08.05 / Боровикова Ирина Анатольевна; [Место защиты: С.-Петерб. гос. мор. техн. ун-т].- Санкт-Петербург, 2008.- 222 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/594

Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОРСКОЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
На правах рукописи
БОРОВИКОВА
Ирина Анатольевна
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ
СУДОВЫХ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ
05.08.05 - Судовые энергетические установки
и их элементы (главные и. вспомогательные)
Диссертация на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Санкт-Петербург, 2008
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр
Список основных сокращений и обозначений 4
ВВЕДЕНИЕ 6
Глава 1. Состояние вопроса и постановка задачи исследования 11
1.1. Обзор методов определения расчетных значений главных параметров и комплектации
ВЭК основным оборудованием 11
1.2. Оптимизация проектных решений по СТС - объектам морской техники, подсистемам транспортного судна 17
1.3. Постановка задачи исследования 23
Глава 2. Модели определения потребностей судна во вспомогательных видах энергии и пресной воде и методика формирования альтернативных вариантов покрытия этих потребностей 29
2.1. Структура САПР эскизного проектирования ВЭК 29
2.2. Модели определения потребностей в электрической и тепловой энергии и пресной воде на ранних стадиях проектирования транспортных судов .г 33
2.3. Модели анализа ресурсов утилизации потерь энергии судовых двигателей 55
2.4. Разработка базы данных по характеристикам комплектующего оборудования ВЭК 65
Глава 3. Влияние параметров вспомогательных энергетических комплексов на эффективность транспортного судна и разработка моделей согласованной системной оптимизации ВЭК 74
3.1. Транспортное судно как сложная техническая система. Критерии эффективности СТС в целом 74
3.2. Влияние системных параметров ВЭК на показатели эффективности судов 77
3.3. Критерии согласованной системной оптимизации ВЭК 81
3.4. Модели согласованной оптимизации ВЭК 85
Глава 4. Исследование эффективности технических решений по вспомогательным энергетическим комплексам 91
4.1. Сравнительный анализ вариантов комплектации СЭС автономными источниками электрической энергии 91
4.2. Анализ эффективности применения валогенераторов и ТКС в сочетании с ВФШ. . 100
4.3. Анализ эффективности применения валогенераторов в сочетании с ВРШ 105
4.4. Сравнительный анализ вариантов комплектации ВКУ 107
4.5. Влияние утилизационного комплекса на результаты оптимизации ПК с МОД и СОД 112
4.6. Анализ вариантов комплектования судовой опреснительной установки 115
Глава 5. Анализ устойчивости результатов оптимизации ВЭК в условиях нестабильности экономической ситуации и изменения условий использования судна 120
5.1. Анализ типа величин оказывающих влияние на выбор оптимальных технических решений по ВЭК 120
5.2. Анализ влияния изменения переменных, не обладающих повторяемостью, на эффективность вариантов СЭС с автономными дизель-генераторами 126
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 138
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 140
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 146
ПРИЛОЖЕНИЕ! 161
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 172
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 194

Список литературы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Вскрыты резервы повышения эффективности судна на этапе эскизного проектирования ВЭК, показана возможность и целесообразность их анализа в рамках подсистемы САПР ВЭК;
2. Разработана методика автоматизированного эскизного проектирования ВЭК, включающая математические модели и алгоритмы определения расчетных параметров и выбора из типоразмерных рядов технически допустимых вариантов комплектования ВЭК основным оборудованием;
3. Предложены метод и методика обоснования рациональных (оптимальных) технических решений по ВЭК транспортных судов, базирующихся на применении критерия согласованной системной эффективности, обладающего повышенной информативностью и пригодного к использованию на всех этапах жизненного цикла, включая этап эскизного проектирования;
4. Разработаны методика и модели анализа устойчивости оптимальных вариантов к изменениям конъюнктуры рынка и условий использования ВЭК, предусматривающие целенаправленное варьирование влияющих факторов для установления диапазонов оптимальности вариантов комплектации ВЭК. Общим случаем является условная оптимальность вариантов - соответствующая определенному сочетанию влияющих факторов. Абсолютная оптимальность варианта является частным случаем. Информация об условиях оптимальности сравниваемых вариантов ВЭК является необходимой для принятия решений по ВЭК в проектных организациях;
5. Методики автоматизированного проектирования, оптимизации и анализа устойчивости оптимальных вариантов реализованы в форме подсистемы САПР эскизного проектирования ВЭК, включающей программное обеспечение и автоматизированные базы данных для формирования допустимых вариантов комплектации ВЭК основным оборудованием, их сравнения по критериям эффективности и анализа значений этих критериев при направленном варьировании параметров конъюнктуры рынка. Подсистема САПР ВЭК взаимодействует с подсистемами САПР эскизного проектирования пропульсивного комплекса и СЭУ;
6. Проведенный численный эксперимент САПР ВЭК по результатам выполненных проектов грузовых транспортных судов показал хорошее совпадение расчетных значений с проектными данными. Абсолютная погрешность расчетных значений не превышает 5%. Это позволяет рекомендовать подсистему САПР ВЭК для практического использования;
7. Выполнены примеры применения разработанных методов, моделей и САПР для анализа влияния вариантов комплектования ВЭК основным оборудованием на эффективность ряда транспортных судов.
8. Применение ВГ уступает вариантам с автономным приводом генераторов от эффективных СОД, так как приводит к увеличению мощности главного двигателя, его массы, длины и стоимости и увеличивает расход топлива на движение.
9. За счет системных влияний на эффективность судна ДГ с приводом от высокооборотных ДВС могут оказаться более эффективными, чем ДГ с приводом от СОД, несмотря на снижение ресурса и увеличение затрат на топливо и смазку;
10. Показано, что применение в качестве топлива ГД высоковязких мазутов требует повышения параметров вспомогательных и утилизационных котлов. Это приводит к снижению производительности утилизационных котлов, до практически небольших значений.
11. Выполнены примеры применения методики анализа устойчивости выводов об оптимальности вариантов комплектации СЭС автономными ДГ. Исследование показало предпочтительность вариантов с тремя одинаковыми ДГ с приводом от среднеоборотных ДВС фирмы MAN - B&W перед различными другими типовыми схемами комплектации СЭС в широком диапазоне изменения параметров конъюнктуры рынка и условий использования судна;
С использованием подсистемы САПР ВЭК, развитой в настоящей работе, намечено создание САПР контрактного проектирования СЭУ