Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Повышение эффективности турбокомпрессоров и судовых дизелей на основе согласования их характеристик с учетом эксплуатационных факторов

Диссертация: Повышение эффективности турбокомпрессоров и судовых дизелей на основе согласования их характеристик с учетом эксплуатационных факторов
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Достижение поставленной цели осуществляется на основе решения следующих задач: анализ проблем эксплуатации и совместной работы дизеля и ТКобобщение параметров работы ТК судовых дизелей статистическими методамиразработка математической модели одномерного движения установившегося потока однокомпонентной рабочей среды ТК, позволяющая решать прямую задачу поверочного расчетаапробация полученной… Читать ещё >

Содержание

  • Основные обозначения и сокращения
  • Глава 1. Анализ опыта технической эксплуатации и методов исследования турбокомпрессоров судовых дизелей
    • 1. 1. Проблемы технической эксплуатации турбокомпрессоров
    • 1. 2. Экспериментальные методы исследования турбокомпрессоров
    • 1. 3. Анализ расчетных методов определения характеристик турбокомпрессоров
    • 1. 4. Цель и постановка задачи исследования
  • Глава 2. Объекты и методики исследования
    • 2. 1. Турбокомпрессоры судовых средне и малооборотных дизелей
    • 2. 2. Методика исследования теплотехнических параметров комплекса «дизель-турбокомпрессор»
    • 2. 3. Обобщение параметров работы турбокомпрессоров судовых средне- и малооборотных дизелей
  • Глава 3. Разработка алгоритма математической модели турбокомпрессоров судовых дизелей
    • 3. 1. Математическая модель турбокомпрессора с учетом эксплуатационных факторов
    • 3. 2. Алгоритм расчета осевой турбины
    • 3. 3. Алгоритм расчета центробежного компрессора
    • 3. 4. Построение и моделирование нормальных характеристик турбокомпрессоров
  • Глава 4. Совершенствование совместной работы турбокомпрессора и дизеля на основе использования результатов расчета по математической модели
    • 4. 1. Повышение эффективности эксплуатации дизеля путем подбора ТК для замены штатных агрегатов наддува
    • 4. 2. Влияние различных вариантов проточной части турбины турбокомпрессора на технико-экономические характеристики среднеоборотных дизелей, работающих по нагрузочной характеристике
    • 4. 3. Повышение эффективности эксплуатации главных двигателей при назначении основного режима эксплуатации на частичной нагрузке
    • 4. 4. Совершенствование эксплуатации современного малооборотного дизеля

Повышение эффективности турбокомпрессоров и судовых дизелей на основе согласования их характеристик с учетом эксплуатационных факторов (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Актуальность проблемы. На судах морского и речного флота различного назначения в качестве главных и вспомогательных двигателей применяют дизели с турбонаддувом. Для обеспечения высоких технико-экономических показателей совместной работы судовых дизелей и системы наддува возникает необходимость согласования их характеристик в процессе эксплуатации.

Работа дизеля на переменных режимах, изменение технического состояния его и турбокомпрессора (ТК) в процессе эксплуатации приводит к заметным изменениям их технико-экономических характеристик: снижается эффективность и надежность эксплуатации, как дизеля, так и ТК. Это приводит к тому, что возникает необходимость дополнительного согласования параметров ТК и дизеля или замены штатного ТК на ТК, обеспечивающий более эффективную эксплуатацию дизеля.

В условиях когда низкая эффективность эксплуатации ТК и, как следствие, дизеля приводит к значительным затратам судовладельцев (на топливо, ремонт ТК и дизеля, потери ходового времени судна и т. д.) задачи решаемые в диссертации актуальны.

Диссертация посвящена решению важной научно-технической задачи, связанной с совершенствованием технической эксплуатации судовых дизелей на основе разработки математической модели ТК и согласования характеристик турбокомпрессоров и дизелей.

Объект исследования — турбокомпрессоры судовых дизелей.

Предмет исследования — метод согласования эксплуатационных характеристик турбокомпрессоров и дизелей.

База исследования. Работа выполнена на кафедре «Судовые тепловые двигатели» ФГОУ ВПО «Морской государственной академии имени адмирала Ф.Ф.Ушакова». Экспериментальные исследования по теме диссертации проводились на морских судах компаний ООО «Морское транспортное бюро» (г. Новороссийск), ОАО «СКФ-Новошип» и др.

Цель и задачи работы. Целью работы является создание метода согласования характеристик судовых дизелей и турбокомпрессоров для повышения эффективности их совместной работы с учетом эксплуатационных факторов.

Достижение поставленной цели осуществляется на основе решения следующих задач: анализ проблем эксплуатации и совместной работы дизеля и ТКобобщение параметров работы ТК судовых дизелей статистическими методамиразработка математической модели одномерного движения установившегося потока однокомпонентной рабочей среды ТК, позволяющая решать прямую задачу поверочного расчетаапробация полученной математической модели при решении практических задач по совершенствованию технической эксплуатации ТК и дизелей.

Методы исследования. В диссертационной работе использованы экспериментальные и теоретические методы исследования. Для решения поставленной цели и задач исследования использованы современные достижения во многих областях знаний: теории ДВС и турбомашин, опыт эксплуатации судовых силовых установок, математическое моделирование технических систем, статистическая обработка данных на электронно-вычислительной машине с использованием средств пакета SSPS и др.

Область использования результатов работы. Техническая эксплуатация судовых энергетических установок, судоремонт, научно-исследовательская работа, учебный процесс морских учебных заведений.

Научная новизна результатов работы заключается в:

— полученных обобщенных зависимостях основных параметров работы ТК среднеоборотных (СОД) и малооборотных дизелей (МОД) от их нагрузки;

— разработанной математической одномерной модели движения установившегося потока однокомпонентной рабочей среды ТК;

— разработанной методики согласования характеристик ТК и дизеля с учетом эксплуатационных факторов.

Теоретическое значение результатов работы заключается в создании математической модели ТК, позволяющей выполнять поверочную задачу расчета турбины и компрессора для определения их характеристик и согласования с параметрами дизеля.

Практическая значимость работы состоит в том, что разработанная методика согласования работы судовых дизелей и турбокомпрессоров применяется для повышения эффективности их эксплуатации. Результаты выполненных исследований внедрены в виде модернизации и замены ТК дизелей судов ООО «Морское транспортное бюро» (г. Новороссийск), в учебный процесс МГА имени адмирала Ф. Ф. Ушакова (г. Новороссийск), что подтверждено соответствующими документами.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на:

— научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Морской государственной академии им. Ф. Ф. Ушакова, г. Новороссийск, 2007;2009 гг.;

— конференции «Молодая наука 2008» (г. Новороссийск);

— международной научно-технической конференции «Наука и образование-2008», г. Мурманск, 2008 гXIII Международном конгрессе двигателестроителей, Рыбачье, Украина, 2008 г.

Достоверность научных результатов обеспечивается комплексным использованием в математической модели фундаментальных законов и уравнений газодинамикиприменением комплекса апробированных и признанных теплотехнических методов и методик исследованияиспользованием приборов и систем измерений, прошедших калибровку или метрологическую аттестацию в соответствии с ГОСТ 8.326−89- удовлетворительным соответствием результатов расчета данным специальных экспериментальных исследований.

На защиту выносятся:

1) зависимости обобщенных параметров работы ТК судовых дизелей;

2) математическая модель одномерного движения установившегося потока однокомпонентной рабочей среды ТК;

3) методика согласования характеристик ТК и дизеля с учетом эксплуатационных факторов.

Публикации. Представленная совокупность научных результатов и технических решений опубликована в 10 печатных работах, в том числе в пяти изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем. Диссертация состоит из введения, четырех главзаключениябиблиографического списка (65 наименований) и приложений. Основное содержание изложено на 134 страницах и включает 60 рисунков и 10 таблиц.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

На основании выполненных теоретических и экспериментальных исследований решена научно-техническая задача создания методики согласования характеристик судовых дизелей и ТК для повышения эффективности их совместной работы. В результате проделанной работы получены следующие научные и практические результаты:

1. Собранны и обобщены данные эксплуатационных параметров характеризующих работу ТК и судовых СОД и МОД, произведена их статистическая обработка, получены обобщающие характеристики. Установлено, что при аппроксимировании параметров работы ТК судовых дизелей целесообразно применение полиномов не выше третьей степени. Доказано, что полученные уравнения регрессии при степени доверия 0,95 могут быть использованы в расчетах турбины и компрессора ТК, анализе условий эксплуатации ТК и дизелей.

2. Разработаны математические модели турбины и компрессора, позволяющие производить поверочный расчет (прямая задача) ТК. Они согласуются с теорией и позволяют определить влияние геометрических, кинематических и термодинамических параметров (типоразмер ТК, площадь СА турбины и лопаточного диффузора компрессора, частота вращения ТК, давление и температура рабочей среды и т. д.) на характеристики ТК с учетом эксплуатационных факторов. Эффективность и адекватность разработанных моделей подтверждены эксплуатационными испытаниями на судах морского флота.

3. Использование разработанной математической модели ТК позволяет производить расчеты по согласованию работы ТК и дизеля с учетом эксплуатационных факторов. Метод согласования характеристик ТК и дизелей был внедрен в практику технической эксплуатации судоходных компаний ОАО «Новошип», ООО «Морское транспортное бюро» (г. Новороссийск) в виде модернизации 11 ТК и замены 14 ТК, что позволило снизить расходы судовладельцев на покупку топлива и сменно-запасных частей.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Агрегаты воздухосиабжения комбинированных двигателей. М., «Машиностроение», 1973, 296 с.
  2. Алейников и ДР. Стенд для исследований мощных компрессоров агрегатов наддува судовых дизелей. Двигателестроение № 10, 1979.
  3. Аттестат на методику термографирования рабочего тела двигателей и компрессоров (правила 15−02−81) ЦНИДИ. Ленинград, 1981, с.17
  4. Афанасьева Н. Н, Бусурин В. Н., Гоголев И. Г. и др. Аэродинамические характеристики ступеней тепловых турбин / Под общ. ред. Черникова В. А. — Л.: Машиностроение, 1980. 263 с.
  5. Л.Л. Измерения при теплотехнических исследованиях. Л.-Машиностроение. Ленинградское отделение, 1974, с. 447.
  6. А. А. Свинаренко В.Т. Исследование пространственного потока в каналах турбомашин. — Препр.: Институт проблем машиностроения АН УССР, 1987. № 249. — 28 с.
  7. Е.Н. статистические модеи и их приложения на морском транспорте. Учеьное пособие. М., ЦРИА «Морфлот», 1978
  8. И.В. Современные судовые среднеоборотные двигатели.-Санкт-Петербург: КСИ, 2005.-С. 147
  9. И.В., Камкин С. В., Шмелев В. П., Остащенко В. Ф. Рабочие процессы судовых дизелей. М.: Транспорт, 1979
  10. Возрастная структура мирового транспортного флота. — российский портал единой государственной системы информации об обстановке в Мировом океане, 2007, www.morinforcenter.ru.
  11. Ден Г. Н. Механика потока в центробежных компрессорах. Л., «Машиностроение» (Ленинградское отд-ние), 1973,. 272 е.
  12. Л.А. Численные методы в газодинамике турбомашин. — М.: Энергия. 1974.
  13. П. Ю. Обработка статистической информации с помощью SPSS. -М.: ACT, 2006-С.594.
  14. JI.C., Кишьян А. А., Романиков Ю. И. Методы планирования и обработки результатов физического эксперимента. М., Атомиздат, 1978, с. 232.
  15. В. И. Снытко М.Х. Тепловой расчет турбокомпрессора для наддува судового ДВС. М., «Мортехинформреклама», 1990 г.
  16. В.И. Работы ЦНИДИ по турбокомпрессорам для наддува двигателей. Двигателестроение, № 3, 2004, сс.3−4.
  17. Камкин С. В. Газообмен и наддув судовых дизелей JL, «Судостроение» 1972
  18. И.И. Теория турбомашин. — JL: «Машиностроение», 1972, с. 483 492.
  19. К.К., Пешехонов Н. Ф. Способ автоматического осреднения по энергии неравномерно распределенного по сечению канала полного давления в потоке газа. Труды ЦИАМ. вып. 1027, М.: ЦИАМД982
  20. В. И. Рыбальченко А.Г. Регулирование турбонаддува ДВС: Учебн. Пособие для вузов. М.: Высш. Школа, 1978. — 213 с., ил.
  21. А.Г. «Теория судовых паровых и газовых турбин» Л., «Судостроение», 1970
  22. Е.Н. Статистические методы построения эмпирических формул: Учеб. Пособие. -М.: Высш. школа, 1982. -224 е., ил.
  23. А.Д. Агрегаты систем турбонаддува судовых двигателей. -Мурманск: КН. Изд-во, 1983.
  24. А.Д. Исследование и решение проблем повышения эффективности турбокомпрессоров судовых ДВС. Автореферат диссертации на соискание ученой степени д.т.н. — Л.: ЛИИ, 1987.
  25. А.Д. Турбокомпрессоры судовых дизелей Л., «Судостроение» 1986.
  26. А.Н. Расход воздуха на судовой двухтактный малооборотный дизель с газотурбинным наддувом. Труды ЦНИИМФ «Техническая эксплуатация флота», вып.75, Транспорт, М. -Л., 1986, сс. 72−77
  27. Н.И. и др. Анализ отказов и повреждений современных турбонаддувочных агрегатов судовых вспомогательных дизелей при эксплуатации на тяжелом топливе. Известия ВУЗов. Северокавказский регион. Технические науки. 2004. спецвыпуск.
  28. Н.И. и др. Характерные неисправности отказы ГТН с радиальной турбиной судовых ДГ. Морской транспорт. Сер. Техническая эксплуатация флота и судоремонт. М., 2002. Вып. 4 (916).
  29. Н. И. Савченко В.А. Современное состояние и техническая эксплуатация турбонаддувочных агрегатов: Монография. — СПб.: Судостроение, 2005.—114 с.
  30. Н.И., Петренко М. В. Анализ условий эксплуатации газотурбонагнетателей типа ТК23Н судовых двигателей 8ЧН 25/34−3. Транспортное дело России. 2003. Спецвыпуск.
  31. Н.И., Савченко В. А., Кучменко В. В. Аппроксимация экспериментальных характеристик турбокомпрессора VTR 631 судовогодвигателя полиномами различных степеней. / Материалы четвертой региональной научно-технической конференции, 2005.
  32. М.К., Петухов В. А. Дизели в пропульсивном комплексе морских судов: Справочник. JL: Судостроение, 1987, с. 256.
  33. А.С., Круглов М. Г. Двигатели внутреннего сгорания. Теория поршневых и комбинированных двигателей. М., Машиностроение, 1983−475с.
  34. К.П., Гарелкин Ю. Б. Центробежные компрессоры. — JL: Машиностроение. 1982. 271 е., ил.
  35. Г. П., Жуков М. С. Развитие унифицированных турбокомпрессоров СКБТ для дизелей и газовых двигателей. Двигателестроение, 1994, № 3 (181), сс. 54−56.
  36. М.Х. Измерение расхода воздуха через турбокомпрессор судового дизеля. М., 1977, вып.21 (433). (Экспресс — информация.) ЦБНТИ ММФ. Серия Техническая эксплуатация флота, с. 27−34.
  37. М.Х. Расчет турбокомпрессоров для наддува судовых ДВС. СПб., 2005 г.
  38. М.Б. Введение в теорию погрешностей измерений: Учеб. Пособие. -М.: В/О «Мортехинформреклама», 1990. — 32 с.
  39. Судовые компрессорные машины. Гофлин А. П., Шилов В. Д. Л., «Судостроение», 1977, 272 с.
  40. Теория и расчет турбокомпрессоров: Учеб. Пособие для студентов вузов машиностроительных специальностей./К.П. Селезнев, Ю. Б. Гарелкин, С. А. Анисимов и др.-— Л.: Машиностроение, 1986. — 392 е., ил.
  41. A.M. Работа судовых турбин с отбором и потреблением энергии. Л., «Судостоение», 1978.
  42. Турбокомпрессоры для наддува дизелей. Справочное пособие. Л., «Машиностроение» (Ленинградское отд-ние), 1975. 200 с. Авт.: Б. П. Байков, В. Г. Бордуков, П. В. Иванов, Р.С. Дейч
  43. К. Наддув двигателей внутреннего сгорания = Aufladung von Verbrennungmotoren: перевод с немецкого/Под ред. д-ра техн. наук Н. Н. Иванченко. Л., Машиностроение. 1978
  44. Г. Е. Дуйч Р.С. Обзор докладов по турбокомпрессорам // Двигателестроение. 2001. № 4. С 55−59.
  45. Г. Е., Дейч Р. С., Иовлев В. И. Обзор докладов по турбокомпрессорам на конгрессе CIMAC 2004 // Двигателестроение.- 2006. -№ 1−3.
  46. Г. Е., Дейч Р. С., Иовлев В. И. Обзор докладов по турбокомпрессорам на конгрессе CIMAC 2007 // Двигателестроение.- 2008. -№ 1−4.
  47. Adapting two-stroke engines for slower service speeds.// Marine Propulsion April/May 2008
  48. CIAC Turbocharger Retrofit Customer Information and Awareness Course. www.abb.com/turbocharging
  49. David Tinsley. Racking up engine performance./ Shipping World & shipbuilding. Propulsion: turbochargers, 2007, June, pp. 10−15
  50. Ennio Codan. Two-stage systems boost fuel economy and cut emissions. // Marine Propulsion February/March 2008
  51. G. Livanos, E. Kanellopoulou, N. Kyrtatos, «Marine Diesel Engine Rapid Load Acceptance without Smoke Emissions», 7th International Symposium on Marine Engineering (ISME Tokyo 2005), October 24−28, Tokyo, Japan.
  52. Helping shipowners cut fuel bills with Wartsila low-speed engines.// In detail — Wartsila technical journal № 1 2009
  53. Heyes F, J. G, Myszko M. The use of computational fluid dynamics in the design of turbochargers using the Napies 247 as a case study. CIMAC, Copenhagen 1998, v. 4-p. 1017−1028.
  54. Man B&W Turbochargers 32 000 hours in operation. Onboard interim report
  55. Mark Langdon. Sequential turbocharging for improved response//The Motor ship 3/2005.
  56. Pressure rises for higher power and lower emissions. // Marine Propulsion. February/March 2008
  57. PrimeServ Benelux service centre maintains its turbochargers schedule//DieselFacts 2/2009.
  58. TCA. The New Turborcharger Generation. MAN B&W Diesel AG.
  59. Turbo technology charger ahead// Shipping World & Shipbuilder. February 2008.
  60. Публикации в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных ВАК Минобрнауки РФ
  61. Н.И., Гинда О. П., Жук А.Н. Эксплуатационные параметры работы среднеоборотного двигателя на различных видах топлива. «Морской флот». Москва, № 5 2007. Зс. (Индекс по перечню ВАК РФ 70 550, ред. апрель 2008г).
  62. Жук А. Н. Обобщение параметров стендовых испытаний судовых малооборотных двигателей. // Изв. вузов. Сев. Кавк. регион. Техн. науки. 2008. — 4с. (Индекс по перечню ВАК РФ 70 416, ред. апрель 2008 г.).
  63. Публикации по теме диссертации
  64. Н.И., Гинда О. П., Жук А.Н. Анализ эксплуатации среднеоборотного главного двигателя 9TMS410 на различных сортах топлива. Электронный ресурс. / МГТУ. Электрон. Текст. Дан. (22 Мб). Мурманск: МГТУ, 2008. Зс.
Заполнить форму текущей работой

На отлично!