|
|
Тема 4.3.3. Характеристики работы пропульсивного комплекса с гидрозубчатой передачей мощности на гребной винт.
Характеристики работы пропульсивного комплекса с гидрозубчатой передачей мощности на гребной винт. Основные элементы комплекса. Характеристики гидромуфты и редуктора. Изменение характеристик муфты в зависимости от частоты вращения и сопротивления движению судна. Совместная работа ДВС и гидромуфты.
Методические указания
Влияние особенностей пропульсивного комплекса выражается в дополнительных потерях в муфте и редукторе вследствие чего снижается КПД. В тоже время особенности муфты оказывают большое влияние на тяговые и маневренные характеристики судна. Особенно на режимах пуска, изменения хода, торможения. Гидродинамическая муфта состоит из насосной части, соединенной жестко с ДВС, и турбинной части, соединенной с валопроводом. Полости гидромуфты заполняются рабочей жидкостью. При работе дизеля жидкость под действием центробежных сил перемещается вдоль лопаток от центра колеса к периферии. Приобретенная кинетическая энергия (после поступления жидкости на колеса турбины) передается турбине. В гидродинамической муфте момент, развиваемый двигателем, равен моментам насоса и турбины. В то время как мощности насоса и турбины отличаются на величину потерь в гидромуфте. Величина потерь прямопропорцианальна скольжению гидромуфты.
Sгм= (nн-nТ)/n н=1- ηгм (46)
где nн и nТ – частоты вращения соответственно насоса и турбины; ηгм – КПД гидромуфты Частота вращения гребного винта изменяется дизелем (при полном заполнении гидромуфт). Момент, мощность и КПД муфты определяются частотой вращения выходного вала. При затяжелении гребного винта скольжение муфты возрастает, а КПД уменьшается, при ходе в балласте – увеличивается. При полной остановке (nТ=0) Sгм=100% , ηгм=0. На номинальном режиме работы и полном заполнении гидромуфты скольжение равняется 2-3%. В целом гидравлические муфты создают эластичную связь двигателя с гребным винтом, открывает возможность включения винта в работу или его остановку. Совместная работа двигателя с гидромуфтой определяется пересечением характеристик гидромуфты и гребного винта. При затяжелении гребного винта или его торможении допускаемые нагрузки определяются ограничительными характеристиками. При изучении темы студент должен обратить внимание на характеристики работы гидромуфты, двигателя внутреннего сгорания и точки их совместной работы. Литература: []
Вопросы для самопроверки
1. Приведите характеристики работы пропульсивного комплекса с гидрозубчатой передачей мощности на гребной винт. 2. Приведите характеристики работы пропульсивного комплекса с электрической передачей мощности на гребной винт. 3. Чем отличаются характеристики гидромуфты и характеристики гребного винта?
Раздел 4. Повышение экономичности судовых энергетических установок. Тема 4.4.1. Коэффициент полезного действия энергетической установки и пропульсивного комплекса.
Коэффициент полезного действия энергетической установки и пропульсивного комплекса. Повышение КПД пропульсивного комплекса. Согласование характеристик дизеля и гребного винта. Влияние главной передачи на экономичность СЭУ.
Методические указания
Расходы топлива в судовой энергетической установке (СЭУ) складываются из расходов на главный двигатель, дизель-генераторы и вспомогательные потребители, и учитываются КПД установки. В отличие от КПД СЭУ, КПД пропульсивного комплекса учитывает все потери энергии. То есть КПД пропульсивного комплекса учитывает эффективность преобразования химической энергии топлива в механическую работу в дизеле (эффективный КПД), а также потери энергии в валопроводе, на привод вспомогательных механизмов, потери в гребном винте, на взаимодействие корпуса судна с водой. Последние десятилетия эффективный КПД дизеля увеличивается за счет сокращения продолжительности процесса сгорания, повышение степени сжатия (до 16-18 в двухтактных дизелях, 22 в четырехтактных дизелях), увеличения давления наддува (средние эффективные давления в четырехтактных дизелях увеличились до 25-26 бар и 16-18 бар в двухтактных дизелях). Сокращение продолжительности топливоподачи, а следовательно и процесса сгорания достигнуто за счет соответствующего выбора диаметра и количества сопловых отверстий, давления топлива, увеличение отношения хода поршня к диаметру цилиндра (до 1,4 – 1,6 в четырехтактных дизелях и 3,2-4,2 в двухтактных дизелях). В результате удельный расход топлива снизился до be=165-170г/кВтч. При этом максимальное давление сгорания в двухтактных дизелях достигли 130-150 бар, в четырехтактных дизелях – 220 бар. Дальнейшее повышение экономичности дизелей (снижение удельного расхода топлива), как показывают исследования кафедры СЭУ [13] возможны при дальнейшем снижении продолжительности сгорания до 15-20◦ПКВ. Однако при этом максимальное давление сгорания увеличатся до 260 – 280 бар. Что потребует проведение исследований в направлении создания более прочных материалов и других конструктивных решений. Другим направлением повышения КПД пропульсивного комплекса является снижение числа оборотов и увеличение диаметра гребного винта, что позволит повысить его КПД. Третье направление заключается в использовании избыточной энергии в отработавших газах (отвод части мощности от турбонаддувочного агрегата к коленчатому валу двигателя через гидравлическую передачу). Четвертое направление разработка более совершенных утилизационных котлов и схем утилизации тепла отработавших газов после турбонаддувочного агрегата. Большое внимание уделяется расширению зон спецификационных режимов, т.е. согласование характеристик дизеля и гребного винта. Влияние главной передачи на экономичность СЭУ проявляется через потери в ее элементах передачи. Литература:[3, с. 98-113; 10, с.368-415]
Вопросы для самопроверки
1. Какие факторы влияют на коэффициент полезного действия (КПД) энергетической установки и пропульсивного комплекса? 2. Какие факторы влияют на КПД пропульсивного комплекса? 3. Как осуществляется согласование характеристик дизеля и гребного винта? 4. Как влияет особенность главной передачи на экономичность СЭУ? 5. Располагаемая теплота выпускных газов. 6. Возможности утилизации тепловых потерь главных и вспомогательных дизелей. 7. Анализ экономичности работы СЭУ с различными схемами утилизации тепловых потерь.
Тема 4.4.2. Принципиальные основы организации контроля и диагностики судовых ДВС. Условия работы судовых ДВС. Ухудшение технического состояния деталей цилиндро-поршневой группы, топливной аппаратуры, систем наддува и газообмена. Требования Международной конвенции ПДМНВ-78/95 к квалификации вахтенных, вторых и старших механиков. Факторы влияющие на надежность судовых ДВС. Автоматизация контроля параметров работы ДВС и вспомогательных систем. Принципиальные основы организации контроля и диагностики судовых ДВС. Цель контроля. Перечень измеряемых параметров в ДВС и вспомогательных системах. Развитие способов контроля.
Методические указания
Судовые ДВС работают в зонах с различными внешними условиями: барометрическим давлением, температурой и относительной влажностью воздуха, температура забортной воды, сила и направление ветра, интенсивность волнения моря. Кроме того происходит изнашивание деталей цилиндро-поршневой группы, прецизионных элементов топливной аппаратуры, закоксовывание сопловых отверстий форсунок, загрязнение проточных частей турбины и компрессора наддувочного агрегата, загрязнение охладителей и нагревателей топлива, масла, воды и т.д. Диапазон изменения метеорологических условий по барометрическому давлению воздуха составляет 970-1035 кПа(740-780 мм.рт.ст.), по относительной влажности воздуха φ=0,6 – 0,9, по температуре забортной воды 2-35о С, температуре воздуха в машинно-котельном отделении 20-60 о С. Любой механизм представляет из себя устройство для преобразования одного вида энергии в другой. При этом часть передаваемой энергии расходуется на изменение структурных параметров механических систем. Например, потери в судовых дизелях на преобразование тепловой энергии в механическую составляют от 6 до 15 % и затрачиваются на изнашивание трущихся поверхностей. Если величина износа выходит за допустимые пределы, то нарушается эффективности работы дизеля. По этому же принципу происходит изнашивание и изменение показателей работы в компрессорах, насосах и других трущихся узлах и деталях. Основными причинами отказов механических систем являются: усталостные разрушения, пластические деформации, коррозия, изнашивание, конструктивные дефекты, дефекты сборки, нарушение правил технической эксплуатации. То есть, часть отказов обусловлено субъективными причинами, зависящими от квалификации судового экипажа. В настоящее время повышается интенсивность использования судов и ужесточаются требования к безопасности. Повышается значение и актуальность предотвращения возможных отказов и прогнозирование остаточного ресурса. Для этого необходимо применение измерительно-диагностических комплексов и разработка диагностических моделей, позволяющих не только оценить текущее состояние элементов судовой энергетический установки, но и рассчитать сроки проведения соответствующих ремонтов. Такие работы может проводить только высоко квалифицированный судовой экипаж (при наличии соответствующей аппаратуры и алгоритмов диагностирования). В соответствии с правилами ПДМНВ-78 (функция «Судовые механические системы» на уровне эксплуатации», раздел А-III/1 [2]), предъявляются следующие минимальные требования к компетентности вахтенных механиков судов с традиционно обслуживаемым или периодически безвахтеннообслуживаемым машинным отделением: - несение вахты в машинном отделении; - эксплуатация главных и вспомогательных механизмов и связанных с ними систем управления (в условиях тренажера моделируется эксплуатация главных и вспомогательных механизмов); - эксплуатация топливной системы, смазочного масла, балластной и других насосных систем и связанных с ними систем управления (в условиях тренажера моделируется эксплуатация систем: топливной, масляной, сжатого воздуха, охлаждения пресной водой, забортной воды); - эксплуатация электрических, электронных систем и систем управления (в условиях тренажера моделируется (управление и – убрать) эксплуатация электрических систем). В соответствии с правилами ПДМНВ-78 (функция «Техническое обслуживание и ремонт на уровне управления», раздел А-III/2 [2]), предъявляются следующие минимальные требования к компетентности вторых и старших механиков: - управление эксплуатацией механизмами двигательной установки; - эксплуатация, контроль, оценка характеристик и безопасность главного двигателя и вспомогательных механизмов; - управление топливными, балластными операциями и смазкой; - управление эксплуатацией электрического и электронного оборудования управления (в условиях тренажера моделируется управление и эксплуатация электрического оборудования); - обнаружение и выявление причин неисправной работы механизмов; - наблюдение и контроль за выполнением требований законодательства и меры по обеспечению охраны человеческой жизни на море и защиты морской окружающей среды (в условиях тренажера моделируются операции, обеспечивающие надежную и безотказную работу элементов судовой энергетической установки). Судовые энергетические установки флота рыбной промышленности представляют из себя сложные объекты, состоящие из взаимосвязанных в работе элементов, включающих в себя: двигатели внутреннего сгорания (дизели); парогенераторы; системы (сжатого воздуха, смазки, водяного охлаждения, топливную, газовыпускную). Каждая из систем включает в себя компрессоры, баллоны пускового воздуха, насосы, теплообменники, сепараторы топлива и масла, фильтры (для очистки топлива, масла), трубопроводы, распределительную аппаратуру, контрольно-измерительные и регулирующие приборы. Величина износа трущихся элементов наиболее точно определяется непосредственным измерением. Отличие текущего непосредственно измеренного параметра от построечного (номинального) значения оценивает степень его изменения. А разность предельного и текущего значений – остаточный ресурс. Наряду с геометрическими размерами имеются механические, термодинамические и другие показатели характеризующие каждую системы, в частности ДВС. Численные значения этих показателей, оценивающих техническое состояние и качество функционирования элементов называются структурными параметрами. Однако непосредственно измерения параметров трущихся деталей, а также количество сопловых отверстий и т.д. связано с необходимостью вывода ДВС из эксплуатации. Поэтому для снижения затрат разработаны диагностические показатели. основанные на влиянии изменения структурных параметров на вторичные, доступные для измерения показатели которые называются диагностическими. К таким показателям, например, могут относится: - характеристики изменения давлений в цилиндре двигателя и топливной аппаратуры по углу поворота коленчатого вала, температуры и давления воздуха в продувочном коллекторе, отработавших газов в выпускном коллекторе, перепад давлений на воздушном фильтре ГТНА и др; - содержание продуктов изнашивания в масле или отработавших газов; - виброакустические параметры. Однако, приведенные выше показатели не могут быть измерены штатными приборами и поэтому внедряются измерительно-диагностические комплексы. Студент должен ознакомиться с параметрами работы дизелей и вспомогательных систем, контролируемых штатными приборами и направлениями развития измерительно-диагностических систем. Литература: [4, с.224-231; 5, с. 210-213]
Вопросы для самопроверки 1. Какие параметры измеряются штатными контрольно-измерительными приборами для оценки технического состояния ДВС и его вспомогательных систем? 2. Какие системы применяются для контроля работы ДВС и его систем? 3. Чем отличаются структурные и диагностические показатели? 4. Требования ПДМНВ-78/95 к компетентности вахтенных механиков. 5. Требования ПДМНВ-78/95 к компетентности вторых и старших механиков. 6. Условия работы судовых ДВС. 7. Как изменяется техническое состояние ДВС и его вспомогательных систем? 
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: ©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|