Васькевич Федор Афанасьевич. Повышение эффективности эксплуатации главных судовых дизелей методами регулирования и диагностики топливной аппаратуры

Краткое описание

Васькевич Федор Афанасьевич. Повышение эффективности эксплуатации главных судовых дизелей методами регулирования и диагностики топливной аппаратуры : диссертация ... доктора технических наук : 05.08.05 / Васькевич Федор Афанасьевич; [Место защиты: ФГОУ "Государственная морская академия"].- Санкт-Петербург, 2006.- 234 с.: ил.

Министерство транспорта Российской Федерации Росморфлот
Государственная морская академия имени адмирала С.О.Макарова
Васькевич Федор Афанасьевич
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГЛАВНЫХ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ МЕТОДАМИ РЕГУЛИРОВАНИЯ И ДИАГНОСТИКИ ТОПЛИВНОЙ АППАРАТУРЫ
Специальность 05.08.05 «Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные)»
На правах рукописи

05.2.0 0 6 02495’*
Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук
Научный консультант Доктор технических наук, Профессор Самсонов Л.А.
Санкт-Петербург
2006

2
СОДЕРЖАНИЕ
СТР
ВВЕДЕНИЕ 6
Глава 1. ТЕХНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ СУДОВОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Состояние аварийности мирового морского флота 10
1.2. Категории опасностей при эксплуатации судовой
энергетической установки 13
1.2.1. Обеспечение готовности главного двигателя к пус¬ку 14
1.2.2. Отказы пуска и реверса, обеспечение малого хода на маневрах 17
1.2.3. Реверс дизеля и торможение судна с полного хода 27
1.2.4. Работа на режимах полного хода 33
1.2.5. Работа в штормовых условиях 39
1.2.6. Аспекты пожарной опасности двигателя 43
1.2.7. Экологические опасности загрязнения моря и атмо¬сферы 48
1.3. Факторы, определяющие безопасность эксплуатации энергетической установки судна
1.3.1. Технологические и конструктивные недоработки двигателя 52
1.3.2. Человеческий фактор 54
1.3.3. Уровень квалификации экипажа 55
1.4. Проблемы оценки и коррекции параметров состояния судового дизеля. Постановка задач исследования
1.4.1. Регулировка индикаторного привода 57

з
1.4.2. Анализ рекомендаций по регулировке топливной аппаратуры 59
1.4.3. Регулировка гибкого привода выхлопных клапанов судового малооборотного дизеля 62
1.4.4. Постановка задач исследования 63
Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ДЛЯ ОЦЕНКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ГЛАВНОГО ДИЗЕЛЯ СУДНА НА ОСНОВЕ ЕГО ПАРАМЕТРОВ СОСТОЯНИЯ
2.1. Взаимная связи параметров состояния ТНВД и парамет¬ров рабочего процесса для построения диагностической модели 66
2.2. Анализ методов теоретического расчета процесса топливо- подачи 73
2.3. Метод расчета параметров впрыска топлива в цилиндр су¬дового малооборотного дизеля по статическим парамет¬рам 82
2.4. Анализ теоретических моделей связи закона впрыска топ¬лива с законом тепловыделения и параметрами рабочего процесса в цилиндре 93
2.5. Расчетная модель для оценки параметров рабочего процес¬са в цилиндре малооборотного дизеля 104
Глава 3. ПРАКТИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ГЛАВНОГО СУДОВОГО ДИЗЕЛЯ В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ
3.1. Определение углов заклинки кривошипов коленчатого вала
113
3.2. Оценка и коррекция параметров состояния индикаторного привода малооборотного дизеля

4
3.2.1. Влияние качества регулировки привода на погреш¬ность индицирования 115
3.2.2. Регулировка индикаторной шайбы по статическим параметрам 119
3.2.3. Влияние деформации привода на погрешности инди¬цирования при статической регулировке 121
3.3. Оценка и коррекция состояния ТНВД по статическим па¬раметрам 122
3.4. Определение закона движения выхлопного клапана в ма¬лооборотном дизеле 128
Глава 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА МЕТОДА РЕГУЛИРОВАНИЯ СУДОВОГО ДИЗЕЛЯ ПО СТАТИЧЕСКИМ ПАРАМЕТРАМ
4.1. Измерительная аппаратура, оценка погрешностей экспери¬ментальных исследований 132
4.2. Испытания главных двигателей судов типа «Победа» 136
4.3. Регулировка главных дизелей судов типа «Академик Сече¬нов» 146
4.4. Испытания главных двигателей судов типа «Новорос¬сийск» 151
4.5. Проверка регулировки двигателей 6S70MC 160
Глава 5. ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДЛЯ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ГЛАВНОГО ДИЗЕЛЯ ПО КРИТЕРИЯМ БЕЗОПАСНОСТИ МОРЕПЛАВАНИЯ
5.1. Оценка технического состояния ТНВД по его плотности 170
5.2. Использование диагностических характеристик, постро¬енных по экспериментальным данным 175

5.3. Оценки предельно допустимого ухудшения технического состояния топливной аппаратуры 183
5.4. Теоретическая модель построения диагностических харак-теристик по минимальному набору эксплуатационных пара¬метров
5.4.1. Алгоритм расчета 195
5.4.2. Анализ итогов расчетов диагностических характери¬стик. Оценка адекватности расчетной модели 199
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 206
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 209
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Итоги расчетов топливоподачи двига¬телей 8RND90 и 6L80GF 220
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Итоги испытаний главного дизеля т/х
«Front Maple» 225
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Блок-схема расчета диагностических характеристик топливной аппаратуры су-дового дизеля 229
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Расчет диагностических характери¬стик двигателя B&W L80GF 233
ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Расчет диагностических характери¬стик двигателя B&W S70MC 235
ПРИЛОЖЕНИЕ 6. Письмо фирмы MAN-B&W 237

Список литературы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате выполненных исследований решена научная проблема, имеющая важное народнохозяйственное значение - повышена надежность эксплуатации главных двигателей крупнотоннажных судов отечественно¬го морского флота, что способствовало обеспечению более высокого уровня безопасности мореплавания. Так, в результате внедрения итогов исследования в практику эксплуатации крупнейшего пароходства России параметр потока отказов поршней главных двигателей уменьшился в 3 раза, наработка на отказ увеличена с 9600 до 32000 часов, прекратились отказы по причине выгорания поршней. Экономичность работы двигате¬лей после примерно 10 лет эксплуатации возросла не только из-за сокра¬щения потребления дорогостоящих запасных частей, но и из-за снижения расходов топлива на величину до 8%. Такие результаты оказались воз¬можными благодаря новому подходу к вопросам регулирования двигате¬лей, в результате чего впервые разработаны:
1) система регулирования и диагностики топливной аппаратуры главных судовых дизелей, решающая проблему обеспечения пас¬портных показателей работы дизелей при длительной эксплуата¬ции с учетом технологических погрешностей изготовления дета¬лей и узлов и изменения их технического состояния с течением времени. Предложенная система регулирования включает в себя ряд разработанных автором методов и процедур; некоторые из процедур заимствованы из известных ранее и изменены для ре¬шения отдельных задач;
2) диагностические графики в виде зависимостей среднего индика¬
торного давления в цилиндре от активного хода плунжера при разном техническом состоянии системы впрыска топлива, кото¬рые решают задачи не только регулирования топливной аппара¬туры; они решают задачу обеспечения безопасности мореплава-

207
ния путем своевременной выбраковки элементов топливоподаю¬щей системы;
3) теоретическая модель для расчетного построения диагностических
графиков топливной аппаратуры с использованием разработанно¬го гидродинамического метода расчета топливоподачи, которая позволяет решать задачи построения таких графиков на стадиях проектирования и производства дизеля без необходимости трудо¬емких и высокозатратных экспериментальных исследований; эта расчетная модель адекватно отображает реальную картину рабо¬ты топливной аппаратуры;
4) метод моделирования процессов в топливной системе высокого давления на базе уравнений гидродинамики с учетом фактора за-тухания волнового процесса; метод впервые позволил рассчитать процесс впрыска на 2-3 форсунки, устанавливаемые на мощных судовых дизелях; теоретическая модель требует минимальных за¬трат времени на подготовку исходных данных и в то же время да¬ет достаточно высокую точность, что позволяет использовать мо¬дель не только для построения диагностических характеристик, но и для самостоятельных исследований влияния эксплуатацион¬ных факторов, физических характеристик топлива или конструк¬тивных особенностей системы топливоподачи на процесс впры¬ска;
5) программное обеспечение для расчетов процесса топливоподачи и для расчетов диагностических графиков топливной аппаратуры;
6) метод регулирования главных судовых дизелей по статическим параметрам, обеспечивающий высокое качество регулировки двигателя с новой топливной аппаратурой, соответствующей стандартам и допуска производителя на отклонение конструктив¬ных параметров; предложенная методика построения статических регулировочных характеристик топливной аппаратуры учитывает

конкретные особенности каждого топливного насоса высокого давления;
7) метод определения погрешности изготовления коленчатого вала дизеля и учета этой погрешности при регулировке двигателя;
В) метод статической регулировки индикаторного привода, позво¬ляющий обеспечить систематическую погрешность индицирова¬ния менее 0.5%; итоги исследований погрешности индицирования в полной мере справедливы для электронных систем контроля ра¬бочего процесса в цилиндре дизеля;
9) метод эксплуатационного контроля и коррекции качества работы выхлопного клапана судового малооборотного дизеля; создана конструкция для снятия диаграмм газораспределения.
Высокая практическая полезность выполненных исследований объясняет все более широкое использование системы регулирования судо¬вых двигателей внутреннего сгорания по статическим параметрам в прак¬тике эксплуатации, в учебном процессе при подготовке судовых механи¬ков в учебных заведениях морского флота и на курсах повышения квали¬фикации судовых специалистов. Разработки удачно вписываются в кон¬цепцию дальнейшего развития судовых дизелей с электронным управле¬нием рабочего процесса.