Исключение перегрузочных режимов работы судового главного двигателя посредством струйного воздействия на винт фиксированного шага тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.08.05, кандидат наук Шаратов Алексей Сергеевич

• Шаратов Алексей Сергеевич
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Шаратов Алексей Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 РАБОТА СУДОВОГО ДИЗЕЛЯ НА ВИНТ ФИКСИРОВАННОГО ШАГА

1.1 Технико-экономические показатели современных судовых дизелей

1.2 Работа главного двигателя на винт фиксированного шага в условиях эксплуатации

1.3 Регулирование режимов работы главных судовых дизелей в условиях

эксплуатации

Выводы и постановка задач исследования

ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ВИНТОВОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ СУДОВОГО ДИЗЕЛЯ ПРИ СТРУЙНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ НА ЛОПАСТИ 33 ВИНТА

2.1 Анализ тепловой и механической напряженности дизельного двигателя

при его работе по винтовой характеристике

2.2 Влияние гидродинамического совершенства гребного винта на винтовую характеристику дизеля

2.3 Исключение перегрузочных режимов судового дизеля изменением вида винтовой характеристики

2.4 Обоснование перспективности струйного воздействия на винт

2.5 Численное моделирование винта со струйным воздействием на лопасти... 65 Выводы по главе

ГЛАВА 3 ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГЛАВНОГО СУДОВОГО ДВИГАТЕЛЯ, РАБОТАЮЩЕГО НА ГРЕБНОЙ ВИНТ СО

СТРУЙНЫМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ НА ЕГО ЛОПАСТИ

3.1 Лабораторный стенд «гидродинамическая труба» для исследования процессов, протекающих при подаче дополнительной воды на гребной винт

через щелевые насадки лопастей

3.2 Средства измерений и методы обработки полученных экспериментальных данных

3.3 Результаты экспериментальных исследований струйного воздействия на гребной винт

3.4 Результаты экспериментальных исследований главного двигателя работающего на гребной винт с дополнительным струйным воздействием ... 95 Выводы по главе

ГЛАВА 4 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ СТРУЙНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ВИНТ ФИКСИРОВАННОГО ШАГА

4.1 Разработка системы струйного воздействия воды на гребной винт

4.2 Рекомендации по исключению перегрузочных режимов работы судового главного двигателя посредством струйного воздействия на винт фиксированного шага

4.3 Рекомендации по корректировке запасов мощности главных судовых

дизелей при струйном воздействии на винт

Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А Акт о внедрении результатов диссертации

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исключение перегрузочных режимов работы судового главного двигателя посредством струйного воздействия на винт фиксированного шага»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Совершенствование технической эксплуатации судовой энергетической установки является одним из приоритетных направлений стратегии развития водного транспорта. К основным задачам технической эксплуатации главной энергетической установки (ГЭУ) судна относятся: предотвращение перегрузки главного двигателя (ГД) в изменяющихся условиях плавания, сохранение экономичности и надежности в течение всего цикла эксплуатации [33], выполнение экологических норм, достижение требуемого конструктивного коэффициента энергетической эффективности.

Влияние внешних факторов эксплуатации на показатели ГД определяется совокупностью параметров и критериев, формирующихся при проектировании судна и его энергетической установки, согласовании режимов работы ГД и гребного винта. Как отмечается в работах Дорохова А.Ф., Иванченко А.А., Гаврилова В.В. и др., реальные условия эксплуатации (внешние факторы) оказывают существенное влияние на показатели работы ГЭУ (долговечность, безотказность и ресурс), ограничивая возможные режимы работы ГД на винт фиксированного шага (ВФШ). В работах Петухова В.К., Овсянникова М.К. [62] отмечается, что даже незначительные отклонения внешних факторов, таких как обрастание корпуса, изменение метеорологических и навигационных условий плавания, от принятых при проектировании, отражаются на положении винтовой характеристики и приводят к увеличению материальных затрат на техническую эксплуатацию судовой дизельной установки.

Анализ изменения винтовой характеристики, в зависимости от внешних факторов эксплуатации, используется для оценки тепловой и механической напряженности ГД. В технической литературе и документации обычно приводятся характеристики двигателя в зависимости от частоты вращения при работе двигателя по номинальной винтовой характеристике. При этом, как правило, не акцентируется внимание на изменении тепловой и механической напряженности ГД при утяжелении или облегчении винтовой характеристики.

Это может привести к перегрузке ГД по тепловой напряженности (по температуре отработавших газов) и механической напряженности (по крутящему моменту, максимальному давлению). Возрастание тепловой и механической напряженности главного двигателя свыше проектных значений, как это отмечено, например, в работах Васильева Б.В., Гиттиса В.Ю., ведет к резкому снижению безотказности и ресурса деталей [23, 49].

Соответствие принятых при проектировании и воздействующих на ГЭУ при эксплуатации внешних и внутренних факторов обеспечивает сохранение требуемых показателей надежности ГД. При необходимости, характеристики ГЭУ работающей на ВФШ, корректируются регулировкой главного двигателя и изменением конструкции гребного винта. Представляют интерес способы воздействия на лопастные движители, хорошо зарекомендовавшие себя в смежной области - аэродинамике, позволяющие корректировать режим работы главного двигателя в эксплуатации.

Таким образом, на основании изложенного выше, можно сделать вывод, что существует актуальная научно-техническая задача по совершенствованию ГЭУ судна путем исключения перегрузочных режимов работы главного двигателя на винт фиксированного шага в изменяющихся условиях эксплуатации.

Разработка и внедрение мероприятий, направленных на решение поставленной задачи, обеспечивает приспосабливаемость (адаптацию) двигателя к фактическим условиям эксплуатации при несоответствии их принятым при проектировании, что является одним из рекомендуемых направлений обеспечения безопасной эксплуатации ГД согласно требованиям IMO (International Marine Organization). Ограничение влияния внешних факторов на тепловую и механическую напряженность ГД позволяет приблизить условия эксплуатации элементов ГЭУ к проектным показателям, что положительно влияет на надежность работы судового двигателя. Путем исключения перегрузочных режимов работы главного двигателя достигается ограничение чрезмерной (недопустимой) его тепловой и механической напряжённости.

Степень разработанности темы. Особенности работы двигателя на

гребной винт всегда были объектом пристального внимания ученых. Вопросы, связанные с проектированием ГЭУ, особенности работы главного двигателя на гребной винт, особенности использования его мощности описаны в трудах Кацмана Ф. М., Басина А. М., Гаврилова В. В., Иванченко А. А., Сахарова В. В., Шишкина В. А., Овсянникова М.К. и др. На фоне наблюдающегося значительного усложнения конструкции двигателей для повышения КПД отмечается, по мнению многих авторов, недостаточное внимание потребителю механической энергии на судне - гребному винту.

В данной работе предложено использовать струйное воздействие дополнительно подаваемой воды на лопасти гребного винта для ограничения тепловой и механической напряженности главного двигателя. Дополнительная вода подается через щелевые насадки в области входной кромки лопасти и направлена вдоль ее хорды по касательной к засасывающей поверхности. Это позволяет целенаправленно изменять параметры обтекания лопастей гребного винта [85], влиять на гидродинамические характеристики ВФШ, такие как упор, момент и коэффициент полезного действия независимо от внешних эксплуатационных факторов. Путем изменения гидродинамического момента сопротивления вращению гребного винта предотвращается перегрузка главного двигателя по параметрам тепловой и механической напряженности [86], что позволяет исключить перегрузочные режимы работы ГД на ВФШ и способствует сохранению надежности двигателя.

Учет влияния внешних факторов на режим работы главного двигателя может быть выполнен через коэффициент винтовой характеристики [36]. В качестве режимного параметра, характеризующего текущие показатели скорости движения судна и частоты вращения вала ГД, используется относительная поступь гребного винта.

Изучение литературных источников показывает, что, несмотря на определенные достижения по предотвращению перегрузки главного двигателя, работающего на винт фиксированного шага в изменяющихся условиях плавания, существует целый ряд нерешенных задач и проблем. К ним следует отнести

следующие:

— малое внимание уделяется анализу изменения тепловой и механической напряженности главного двигателя под влиянием внешних факторов эксплуатации, в частности, неблагоприятных погодных условий и обрастания корпуса судна;

— отсутствует подтверждение гипотезы об эффекте дополнительного струйного воздействия воды на динамические характеристики лопасти гребного винта и тепломеханическую нагруженность главного двигателя;

— отсутствует оценка влияния условий проведения экспериментальных исследований на точность определения гидродинамических показателей гребных винтов, оборудованных щелевыми насадками, в гидродинамических трубах;

— отсутствуют рекомендации о критериях оценки конструктивной реализации системы подвода воды к щелевым лопастным насадкам гребного винта, оценка влияния системы подвода воды на эффективность и надежность работы ГЭУ судна.

— отсутствуют рекомендации по исключению перегрузочных режимов работы главного двигателя на винт фиксированного шага путем изменения интенсивности струйного воздействия дополнительной воды на его лопасти.

Целью работы является исключение перегрузочных режимов работы главного дизельного двигателя путем ограничения влияния внешних факторов эксплуатации на его тепловую и механическую напряженность посредством струйного воздействия на гребной винт фиксированного шага.

Объектом исследования является судовая главная дизельная энергетическая установка с прямой передачей мощности на винт фиксированного шага.

Предметом исследования является воздействие на режим работы главного дизельного двигателя в изменяющихся условиях эксплуатации посредством струйной подачи дополнительного потока воды на лопасти гребного винта.

Основная гипотеза, предложенная в диссертации, заключается в наличии возможности ограничения тепловой и механической напряженности дизельного

двигателя путем струйного воздействия воды на лопасти гребного винта. При отклонении внешних факторов эксплуатации от проектных значений, целенаправленное изменение гидродинамических характеристик гребного винта за счет подачи дополнительной воды на лопасти, позволяет исключить перегрузочные режимы работы главного двигателя, обеспечивая сохранение требуемых показателей надежности. Изменение степени загрузки главного двигателя способствует рациональному использованию номинальной мощности, что, в свою очередь, положительно влияет на себестоимость морских перевозок.

В соответствии с целью работы и предложенной гипотезой решены следующие взаимосвязанные научно-технические задачи:

1. Произведена оценка влияния внешних факторов эксплуатации («утяжеление» или «облегчение» винтовой характеристики) на режим работы главного дизельного двигателя, его тепловую и механическую напряженность.

2. Проверена гипотеза о дополнительном струйном воздействии воды, подаваемой через щелевую насадку на лопасти гребного винта.

3. Методами численного моделирования исследован способ ограничения крутящего момента главного дизельного двигателя путем струйного воздействия на лопасти винта фиксированного шага.

4. Экспериментально подтверждена возможность целенаправленного изменения режимов работы дизельного двигателя, работающего на гребной винт фиксированного шага, который оборудован щелевой насадкой дополнительного струйного воздействия. Произведена оценка точности и достоверности полученных результатов.

5. Выполнена оценка возможности исключения перегрузки главного двигателя по параметрам тепловой и механической напряженности путем струйного воздействия воды на гребной винт.

6. Разработаны практические рекомендации по исключению перегрузочных режимов работы главного двигателя на винт фиксированного шага путем струйной подачи дополнительной воды на его лопасти.

7. Разработаны практические рекомендации по конструированию системы дополнительного струйного воздействия воды на лопасти гребного винта.

Методы исследования.

Для решения поставленных задач исследования использованы:

— системный анализ при рассмотрении главной энергетической установки;

— методы численного моделирования и вычислительной гидродинамики;

— экспериментальные методы исследования работы двигателя и гребного винта.

Научная новизна работы заключается в следующем:

— впервые установлена возможность изменения тепловой и механической напряженности главного двигателя путем изменения гидродинамических параметров гребного винта фиксированного шага за счет струйной подачи дополнительной воды на лопасти;

— установлена возможность ограничения влияния внешних факторов (условий эксплуатации) на режим работы главного двигателя;

— установлена зависимость режимов работы главного двигателя от изменения параметров струйного воздействия на винт фиксированного шага с щелевыми насадками;

— разработаны мероприятия по исключению перегрузочных режимов работы главного дизельного двигателя на винт фиксированного шага в изменяющихся условиях эксплуатации.

Теоретическая значимость заключается в установлении связи между:

— параметрами тепломеханической напряженности главного двигателя и целенаправленным изменением параметров дополнительной воды, подаваемой на лопасти гребного винта фиксированного шага;

— размерами экспериментального стенда и погрешностью при численном моделировании и экспериментальном исследовании режимов работы гребного винта с дополнительным струйным воздействием воды на лопасти.

Практическая значимость работы заключается в том, что ее результаты могут быть использованы:

— для исключения перегрузочных режимов работы судового дизельного двигателя на винт фиксированного шага;

— для предотвращения перегрузки двигателя по параметрам тепловой и механической напряженности в изменяющихся условиях плавания (под влиянием внешних факторов эксплуатации);

— для изменения степени загрузки главного двигателя и обеспечения рационального использования его номинальной мощности.

На защиту выносятся:

— результаты исследования тепловой и механической напряженности ГД, работающего по неноминальной (нерасчётной) винтовой характеристике;

— способ обеспечения требуемой тепловой и механической напряжённости главного двигателя за счет ограничения влияния внешних факторов эксплуатации;

— способ управления режимом работы главного дизельного двигателя путем изменения параметров гребного винта за счет струйной подачи дополнительной воды на его лопасти;

— результаты экспериментального определения параметров нагрузки дизельного двигателя по характеристикам гребного винта с учетом струйной подачи дополнительной воды на лопасти;

— практические рекомендации по конструированию системы струйного воздействия воды на лопасти гребного винта.

Реализация работы. Разработанные в диссертации научные положения и расчетные методики гидродинамических параметров движителей используются в конструкторских работах при расчете гребных винтов на ООО «Судостроительный завод «Залив», методика исследования тепловой и механической напряжённости дизельного двигателя и установка для экспериментального исследования используются в учебном процессе ФГБОУ ВО «Керченский государственный морской технологический университет».

Представлены предложения по дальнейшему совершенствованию технической эксплуатации ГЭУ, имеющей в своем составе главный дизельный

двигатель, работающий на винт фиксированного шага, оборудованный щелевой насадкой подачи дополнительной воды.

Проанализированы перспективы применения подачи воды на лопасти гребного винта с целью исключения перегрузочных режимов работы главного двигателя, ограничения его тепловой и механической напряженности.

Обоснованность и достоверность научных положений, рекомендаций и выводов.

Достоверность результатов работы доказана, поскольку:

— использованы достоверные, хорошо зарекомендовавшие себя методы исследования;

— результаты численного моделирования удовлетворительно совпадают с известными данными; используемые модели прошли проверку на тестовых задачах;

— выражения для описания и расчета параметров двигателя, работающего на гребной винт с дополнительным струйным воздействием воды на лопасти, подтверждены экспериментально серией опытов в гидродинамической трубе;

— положительный гидродинамический эффект подтверждается опытом струйного воздействия на пограничный слой, который применяется в других областях техники.

Апробация работы. Результаты диссертационного исследования были представлены на 15-ом конгрессе двигателестроителей (п. Рыбачье, 2010 г.); научно-технической конференции «Судовые энергетические установки: эксплуатация и ремонт» Одесской национальной морской академии (ОНМА) (г. Одесса, 2012 г.); научно-технической конференции: «Судоходство: безопасность, технологии, подготовка» СФМТ КГАВТ им. гетьмана Конашевича-Сагайдачного (г. Севастополь, 2012 г.); 3 и 4 международных конференциях Николаевского университета кораблестроения (г. Николаев, 2012-2013 г.); ежегодной конференции «Специализированный и служебно-вспомогательный флот. Новые проекты. Технологии и оборудование для строительства и модернизации» на «НЕВА-2017»; VIII Межвузовской научно-практической

конференции аспирантов, студентов и курсантов «Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта России» (г. Санкт-Петербург, 2017 г.); национальной ежегодной научно-практическая конференции профессорско-преподавательского состава ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова» (г. Санкт-Петербург, 2018 г.); всероссийской научно-техническая конференции по строительной механике корабля, посвященной 125-летию основания «Крыловского государственного научного центра» (г. Санкт-Петербург, 2018г.); международном семинаре «Передовые технологии в материаловедении, машиностроении и автоматизации» (г. Красноярск, 2019г.) в рамках 24-й международной научной открытой конференции «Современные проблемы информатизации» (Yelm, WA, USA); 39-ой Международной конференции JVE Vibroengineering (г. Санкт-Петербург, 2019 г.); расширенном заседании кафедры судовых энергетических установок ФГБОУ ВО «КГМТУ» (г. Керчь, 2019г.).

Личный вклад. Постановка задач исследования, выбор способов моделирования, данные, полученные при экспериментальных исследованиях и основные научные результаты принадлежат автору. Личный вклад в работах, опубликованных в соавторстве, составляет не менее 75 %.

Публикации. На основании выполненных исследований и полученных результатов опубликовано 15 научных трудов, в том числе 5 статей в периодических изданиях по перечню ВАК России, материалы в международных журналах, индексируемых Scopus, иных научных изданиях. Получен один патент на полезную модель.

Объём и структура работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Диссертации состоит из 134 страниц, содержит 6 таблиц и 57 рисунков. Список литературы включает 117 наименований.

ГЛАВА 1 РАБОТА СУДОВОГО ДИЗЕЛЯ НА ВИНТ ФИКСИРОВАННОГО ШАГА

Основу мирового флота, до 93% от суммарного дедвейта [54], составляют транспортные суда. На транспортных судах в составе главной энергетической установки (ГЭУ) применяются двигатели внутреннего сгорания (ДВС). ГЭУ транспортных судов характеризуются небольшим числом характерных режимов работы, что позволяет применять на судах эффективные малооборотные ДВС работающие на винт фиксированного шага при переменной частоте вращения.

Для постановки задач исследования произведен анализ условий эксплуатации главного двигателя, работающего на винт фиксированного шага в составе ГЭУ. Проанализированы существующие способы повышения эффективности элементов ГЭУ, установлены перспективные направления, которым уделяется недостаточное внимание.

К основным задачам технической эксплуатации (ГЭУ) судна относятся: предотвращение перегрузки главного двигателя (ГД) в изменяющихся условиях плавания, сохранение экономичности работы судовой энергетической установки (СЭУ) [43], обеспечение достижения конструктивного коэффициента энергетической эффективности (ККЭЭ) [59,117].

Для комплексного анализа условий эксплуатации главного двигателя проанализированы основные показатели, характеризующие его работу.

1.1 Технико-экономические показатели современных судовых дизелей

Анализ материалов, освещающих опыт эксплуатации и совершенствования судовых дизельных энергетических установок, изложенных в судовых документациях и научно-технической литературе, позволил сформировать основные тенденции, характеризующие совершенствование дизельных энергетических установок:

— повышение агрегатных и цилиндровых мощностей (до 80-110 МВт и

5720 кВт соответственно) [8, 41, 54, 63, 92];

— байпасирование выпускных газов [51, 54];

— использование природного газа в качестве топлива для судовых двигателей [11];

— управление давлением наддува путем включения или отключения турбокомпрессоров [51, 63];

— применение систем разгона турбокомпрессора на переменных режимах [51, 63];

— повышение среднего эффективного давления (до 2,1 - 2,4 МПа) [41, 63, 92];

— оптимизация фаз топливоподачи с уменьшением продолжительности впрыска в целях интенсификации процесса смесеобразования [8,110];

— широкое внедрение электронных систем управления и регулирования рабочего процесса [8, 54, 63];

— перевод дизельных двигателей на топливо с пониженным содержанием серы, до 0,5%, в соответствии с требованиями МАРПОЛ-78, с поправками [41, 54, 59, 60, 92];

— комплексная глубокая утилизация энергии охлаждающей воды и выхлопных газов главных и вспомогательных дизельных двигателей [39];

— широкий отказ от механического управления газораспределением и подачей топлива в цилиндры двигателя [88].

Несмотря на возможный значительный эффект от применения выше оговоренных мероприятий, имеется ряд недостатков, снижающих полезный эффект:

— повышение эффективности эксплуатации приводит к значительному возрастанию стоимости двигателя и обслуживающих его механизмов [41];

— работа двигателя на топливе с минимальным содержанием серы (в соответствии с требованиями МАРПОЛ 73 с поправками) значительно влияет на тепломеханическую нагруженность ГД и его экономичность [92, 113];

— высокая степень форсировки двигателей приводит к увеличению тепловых и механических напряжений в элементах двигателя, что требует

проведения дополнительных модернизаций [41];

— снижение загрязнения окружающей среды приводит к снижению топливной экономичности [63].

«При этом возможности ГД, характеризуемые КПД, по мнению экспертов, достигли своего предельного значения» [42]. «Дальнейшее его повышение внедрением утилизации тепла с целью получения электроэнергии и привода вспомогательных механизмов существенно усложняют энергетическую установку» [42]. Для современной эксплуатации ГЭУ, как отмечено в материалах [42, 63, 91, 100], актуальным является повышение эффективности элементов ГЭУ взаимодействующих с главным двигателем, в первую очередь - гребного винта фиксированного шага.

Малооборотные двигатели, используемые на морских судах, работают по двухтактному циклу. В условиях эксплуатации главный малооборотный двигатель и винт фиксированного шага взаимозависимы, и параметры их взаимосвязаны (мощность, вырабатываемая двигателем, зависит от мощности потребляемой гребным винтом) [103]. Анализ параметров, характеризующих показатели рабочего процесса двигателя [30], позволяет оценить влияние условий эксплуатации на тепловую и механическую напряжённость. В качестве основных показателей, характеризующих режим работы главного двигателя и его среднюю нагрузку (N2), выбраны крутящий момент двигателя (Ме), максимальное давление сгорания (р2) и средняя температура цикла te. Использование эффективных показателей работы двигателя позволяет учитывать внутренние и механические потери энергии [45].

Для оценки тепловой и механической напряжённости главного двигателя, работающего на ВФШ, использована модель главной энергетической установки, предложенная Баевым А.С. На рисунке 1.1 показана схема главной энергетической установки судна, которая представляет собой энергетический комплекс, где энергия топлива преобразуется в движение судна [8].

Рисунок 1.1 - Схема главного энергетического комплекса судна: И - положение топливной рейки, Qн - энергия топлива, О2+ - воздух, Пе - коэффициент полезного действия (КПД), ЕР - суммарная механическая энергия, пп - КПД главной передачи, Ргк - вращательная энергия передачи,

Пв - КПД валопровода, Рв - энергия подводимая к движителю, Ппр - пропульсивный КПД; Д - движитель, В - валопровод, ГП - главная передача, ГД - главный двигатель; V - скорость судна, Р - упор движителя,

Мв - момент сопротивления вращению

В соответствии с положением органа управления h главный двигатель, используя энергию топлива Qн и воздух О2+, вырабатывает с коэффициентом полезного действия (КПД) пе, необходимое для движения корпуса судна (КС) количество механической энергии ЕР.

Главная передача преобразует с КПД Пп энергию ГД в энергию необходимого качества (энергию, обеспечивающую эффективное выполнение движителями их функций) Ргк, которая через валопровод передается с КПД пв движителю. Гребной винт преобразует энергию Рв с пропульсивным коэффициентом ппр в упор Р, который через валопровод и упорный подшипник в составе ГД (или в виде отдельного механизма в составе валопровода) передается на корпус судна, обеспечивая движение с необходимой скоростью V.

Работа главного двигателя на винт фиксированного шага обеспечивает подвод буксировочной энергии к гребному винту на преодоление момента сопротивления ГВ Мв. Изменение режима работы судна, таких показателей как скорость и упор осуществляется изменением частоты вращения. Управление частотой вращения двигателя и его мощностью осуществляется изменением

цикловой подачи топлива за счет перемещения рейки топливного насоса.

Показатели работы двигателя, в зависимости от частоты вращения при фиксированном положении органа управления подачей топлива, оцениваются по внешним характеристикам ДВС, приводимым в судовой документации.

Как показал анализ литературы [80], при работе дизеля по внешней характеристике, снижение оборотов приводит к возрастанию тепловой и механической напряжённости. «Опыт эксплуатации показывает, что при снижении частоты вращения, вследствие резкого ухудшения рабочего процесса, происходит усиление нагарообразования, образуются смолистые вещества, негативно влияющие на условия смазки, отвод тепла и подвижность поршневых колец, что приводи к снижению ресурса двигателя» [24]. В течение рейса, условия эксплуатации судна и режим работы ГЭУ могут существенно изменяться, формируя значительный диапазон изменения тепловой и механической напряженности главного двигателя, существенно снижая его надежность. Для сохранения проектной надежности двигателя не рекомендуется работа двигателя по внешней характеристике на долевых режимах.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Шаратов Алексей Сергеевич, 2020 год

/ / / /

\\ \ / Ч / /

\ \

з ^ —.

^2

1Че, %

40

50

60

70

80

90

100

Рисунок 4.8 — Зависимости удельного расхода топлива главного двигателя:

1 - семейство кривых расхода топлива, соответствующих различным режимам работы главного двигателя. 2 - кривая удельного расхода топлива типового двигателя, 3 - кривая удельного расхода после оптимизации расхода топлива путем подачи дополнительной воды на лопасти гребного винта

В зависимости от режима работы главного двигателя, дополнительными аспектами применения струйного воздействия воды на динамику гребного винта является:

— использование в период швартовных и ходовых испытаний, для обеспечения максимального загрузки главного двигателя

— снижения возможной несогласованности режимов работы главного двигателя и гребного винта;

— использование в период пуска двигателя для снижения минимально устойчивой частоты вращения ГД;

— использование на динамических режимах, с целью предотвращения перегрузки двигателя и снижения влияния переходных процессов на показатели работы.

В условиях ходовых и швартовных испытаний стоит вопрос о полной загрузке ГД, что может быть недоступно в условиях работы ГД на заранее облегченный гребной винт. Искусственное утяжеление гребного винта путем

целенаправленного ухудшения обтекания лопасти позволит догрузить ГД до номинального значения на швартовных и ходовых испытаниях.

На рисунке 4.9 проиллюстрирована возможность исключения перегрузочных режимов работы главного двигателя на винт фиксированного шага.

Ие с.

0,4

0,2

4 7 2 / У/л

Л ь/ > -

N6 = 3 с п 8 Л у Аз

ту * / > // /

/5 < / 6-

0,2

0.4

0,6

0,8

!п

Рисунок 4.9 — Винтовые характеристики (ВХ) двигателя работающего на ВФШ со струйной подачей дополнительной воды на лопасти, совмещенные с ограничительными характеристиками: 1 — номинальная ВХ; 2 — «утяжеленная» ВХ; 3 — «облегченная» ВХ; 4 - ограничение по максимальной мощности; 5 - ограничение по минимальной частоте вращения; 6 - регуляторная характеристика; 7 - ограничение по крутящему моменту; 8 - ограничение по механической напряженности; 9 - ограничение по тепловой напряженности; 10 - целенаправленно облегченная винтовая характеристика

За счет целенаправленного изменения винтовой характеристики главного двигателя (см. рисунок 4. 9, линия 9) достигается исключение перегрузочных режимов работы в диапазоне изменения внешних факторов эксплуатации (5 = 0,Щеном). На основании полученных данных проанализированы аспекты, позволяющие повысит рациональность использования номинальной мощности ГД.

4.3 Рекомендации по корректировке запасов мощности главных судовых дизелей при струйном воздействии на винт

Применение струйного воздействия возможно, как на этапе проектирования ГЭУ, для расширения режимов работы ГД, так и на этапе эксплуатации с целью исключения перегрузочных режимов работы ГЭУ, связанных с рассогласованием главного двигателя и гребного винта [108].

Как показал анализ литературы (см. глава 1), для обеспечения безперегрузочных режимов работы главного двигателя формируется значительный запас мощности. При этом, значительное изменение условий эксплуатации может приводить к несоответствию эксплуатационных режимов работы главного двигателя и гребного винта.

Возможное несоответствие эксплуатационного режима ГЭУ требованиям завода изготовителя и гребному винту может быть откорректировано шаговым отношением (Н/D): для «легкого» винта - увеличивается Н/D, а для «тяжелого» -уменьшается Н/D. В условиях эксплуатации для винтов фиксированного шага данный метод имеет ограниченное применение.

Применение струйного воздействия на лопасти гребного винта позволяет улучшить его гидродинамические характеристики (установлено в главе 2), что можно выразить в снижении затрачиваемой мощности на преодоление гидродинамического сопротивления судна, снижения момента сопротивления гребного винта.

В результате численного моделирования установлены (см. рисунок 2.25) оптимальные параметры подаваемой жидкости, обеспечивающие предотвращение перегрузочных режимов работы главного дизельного двигателя. Диапазон, в котором обеспечивается предотвращение перегрузки, эквивалентен 10-ти процентному изменению мощности, потребляемой гребным винтов для достижения заданной скорости судна. Эти результаты подтверждены, с достаточной точностью (0,04-№ном), серией экспериментальных исследований (см. глава 3).

На рисунке 4.10 показано взаимное расположение винтовых характеристик, отражающих эксплуатационные условия, при различных вариантах обеспечения эксплуатационного запаса, для рекомендуемых режимов работы ГД на винт фиксированного шага, с дополнительным струйным воздействием жидкости.

Проанализируем винтовые характеристики ГД работающего в согласованном режиме на винт фиксированного шага с достаточным эксплуатационным запасом мощности (см рисунок 4.10а). Эксплуатационный жизненный цикл судна между двумя очистками подводной части корпус судна описывается семейством ВХ.

Работа судна в балласте, при переходе в порт погрузки, при благоприятных погодных условиях - линия 2. При переходе в грузу и благоприятных погодных условиях - линия 3, при ухудшении гидрометеорологических факторов - линия 4. В процессе эксплуатации судна и росте буксировочного сопротивления (обусловленного обрастанием корпуса судна, гребного винта и т.д.) режим работы судна в балласте, при переходе судна в порт погрузки, при благоприятных погодных условиях - линия 5. При переходе в грузу и благоприятных погодных условиях - линия 1 (соответствующая номинальной винтовой характеристике), при ухудшении гидрометеорологических факторов - линия 6.

Анализ взаиморасположения винтовых характеристик (см. рисунок 4.10а), говорит о том, что сохранение достаточного эксплуатационного запаса мощности обеспечивает предотвращения перегрузки ГД по мощности в изменяющихся условиях плавания.

На рисунке 4.106 показаны винтовые характеристики (ВХ) ГД работающего в несогласованном режиме на «тяжелый» гребной винт фиксированного шага. Данному режиму сопоставим режим работы ГД с пониженным эксплуатационным запасом мощности. Коррекция режима работы гребного винта и согласование главного двигателя выполнено путем подачи дополнительной воды с определенными параметрами через щелевые насадки лопастей гребного винта.

Проанализируем возможные режимы работы ГД в изменяющихся условиях плавания. За счет подачи дополнительной воды на лопасти гребного винта

возможны такие режимы работы ГД (см. рисунок 4.10б,в), как: 3' - облегченная ВХ с целенаправленным утяжелением за счет подачи воды в начальный период эксплуатации; 4' - утяжеленная винтовая характеристика с целенаправленным облегчением за счет подачи воды в начальный период эксплуатации; 5' -облегченная ВХ с целенаправленным дополнительным облегчением за счет подачи воды в конечный период эксплуатации; 6' - утяжелённая ВХ с целенаправленным облегчением винтовой характеристики за счет подачи воды в конечный период эксплуатации

а б в

-Б"»* -1-п

Рисунок 4.10 — Винтовые характеристики и показатели эксплуатационного запаса мощности ГД, работающего на гребной винт, оборудованный щелевой насадкой дополнительного струйного воздействия воды на лопасти: а - достаточный эксплуатационный запас, щелевая насадка отключена; б - пониженный эксплуатационный запас с подачей воды через щелевую насадку; в - достаточный эксплуатационный запас с подачей воды через щелевую насадку

Анализ взаиморасположения винтовых характеристик (см. рисунок 4.10б) позволяет утверждать, что подача воды на лопасти гребного винта позволяет снизить влияние нерасчетного режима на параметры главного двигателя. Облегчение винтовой характеристики обеспечивает снижение потребляемой мощности и предотвращает перегрузку главного двигателя по мощности в изменяющихся условиях плавания. Подача дополнительной воды на лопасти

гребного винта позволяет компенсировать недостаточный эксплуатационный запас.

На рисунке 4.10в показана возможность применения системы струйной подачи дополнительной жидкости для управления режимом работы ГД работающего в согласованном режиме работы на винт фиксированного шага с достаточным эксплуатационным запасом мощности.

В целом информация, представленная на рисунке 4.10 позволяет утверждать, что дополнительная струйная подача воды на лопасти гребного винта позволяет воздействовать на режим работы ГЭУ, обеспечивая безперегрузочную работу главного двигателя с компенсацией эксплуатационного запаса мощности, независимо от наличия ошибок в проектировании, снижая влияния условий эксплуатации на режим работы ГД.

Установлена возможность компенсировать пониженный запас мощности при неблагоприятных условиях эксплуатации за счет изменения параметров гребного винта путем струйной подачи дополнительной воды на лопасти. Применение дополнительного струйного воздействия позволит спроектировать ГЭУ со сниженным эксплуатационным запасом мощности без опасности перегрузки ГД. При возможной реализации подачи дополнительной воды на лопасти гребного винта допускается вариативное изменение показателя запаса мощности, величиной до 10 % от номинальной мощности.

На основании выполненных исследований выработаны рекомендации по рациональному использованию номинальной мощности ГД за счет выбора номинального эксплуатационного режима со сниженным запасом мощности. При неблагоприятном изменении внешних условий (факторов) эксплуатации ГД транспортного судна рекомендуется целенаправленное уменьшение потребляемой мощности путем пропорционального увеличения параметров дополнительной воды, подаваемой к щелевым насадкам лопастей гребного винта.

При выборе основного эксплуатационного режима со сниженным запасом мощности, за счет использования струйного воздействия воды на лопасти гребного винт, могут быть получены дополнительные режимы работы ГД. Путем

целенаправленного изменения параметров воды, подаваемой на гребной винт, может быть получено:

— «утяжеление» ВХ при благоприятных погодных условиях в балласте;

— «облегчение» ВХ «в грузу» при неблагоприятных условиях эксплуатации;

— «облегчение» ВХ «в балласте» при значительном обрастании корпуса судна и благоприятных погодных условиях;

— «облегчение» ВХ «в грузу» при значительном обрастании корпуса судна и неблагоприятных погодных условиях.

Выводы

Проведенный анализ конструктивных особенностей системы подвода воды и влияния их на надежность главной энергетической установки позволил сформировать основные рекомендации и выработать основные критерии, предъявляемые к системе: минимальное влияние на функционирование гребной установки, минимальные затраты энергии на обеспечения работоспособности системы, простота конструкции, обеспечение требуемого качества подаваемой воды.

На основании полученных критериев разработана система подвода воды, которая может быть реализована на судне, находящемся в эксплуатации (см. рисунок 4.5). Необходимо акцентировать внимание, что подобную модернизацию рекомендуется проводить на проектируемом судне. Это позволит максимизировать эффект путем оптимизации всего пропульсивного комплекса и комплексной реализации энергосберегающих технологий.

На основании изложенного, основные преимуществами ГД работающего на гребной винт фиксированного шага, оборудованный щелевой насадкой подачи дополнительной воды на лопасти являются:

— возможность обеспечить постоянную тепловую и механическую напряженность ГД при изменении внешних условий эксплуатации путем

ограничения их влияния;

— возможность воздействовать на режим работы главного двигателя, ограничив его перегрузку по тепловой и механической напряженности для поддержания требуемых параметров (скорости судна, расхода топлива на милю пройденного пути);

— при изменении внешних условий возможно поддержание циклового расхода топлива;

— кратковременное изменение внешних условий не приводит к изменению цикловой подачи топлива.

«Облегчение» ВХ в условиях эксплуатации позволяет наиболее полно использовать мощность двигателя без обязательной корректировки конструктивного шага ГВ. При этом снижается опасность перегрузки ГД при изменении внешних условий эксплуатации по показателям тепловой и механической напряженности. Существует возможность снижения требований к необходимому запасу мощности ГД.

Так как проведение натурных испытаний гребных винтов на морских судах ограничено по требованиям безопасности, эффективность струйного воздействия проверена на основании математических моделей, реализованных в тренажере TRANSAS ERS-5000.

Струйное воздействие воды с оптимальными параметрами позволило исключить перегрузочные режимы работы главного двигателя, моделируемого в тренажере TRANSAS ERS-5000 при изменении погодных условий с 5 до 8 баллов, и обеспечить сохранение требуемой скорости судна при изменении погодных условий с 5 до 7 баллов.

Таким образом, применение дополнительного струйного воздействия воды, подаваемой на лопасти гребного винта, позволяет снизить влияние внешних условий на тепловую и механическую напряженность главного двигателя, исключить перегрузочные режимы работы и реализовать новые способы управления ГЭУ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные исследования позволили раскрыть проблемные вопросы, связанные с условиями работы ГД в изменяющихся условиях эксплуатации (под влиянием внешних факторов), которые создают предпосылки к возможной перегрузке по параметрам тепловой и механической напряженности.

Согласно поставленной цели и задачам исследования выполнено:

1. Обоснован и экспериментально подтверждён способ ограничения влияния внешних условий на тепловую и механическую напряженность главного двигателя.

2. Подтверждена гипотеза об ограничении тепловой и механической напряженности главного дизельного двигателя путем изменения сопротивления вращению гребного винта путем струйного воздействия на лопасти. С помощью численного моделирования определены оптимальный (по параметрам затрат энергии) импульс струи Сц = 2,4 и подобраны соответствующие ему размеры соплового аппарата:

— расположение на засасывающей поверхности лопасти;

— расстояние от входной кромки составляет 10% длины хорды профиля лопасти;

— толщина щели составляет 15% толщины профиля лопасти;

— давление подаваемой воды 0,3 МПа.

3. Разработан способ изменения тепловой и механической напряженности главного двигателя за счет ограничения влияния внешних условий путем струйного воздействия воды на лопасти.

4. При экспериментальном исследовании тепловой и механической напряженности двигателя 4ЧН11,8/14 наблюдалось относительное снижение температуры отработавших газов до 12%, а так же максимального давления сгорания до 11%.

5. Установлено снижение величины колебаний эксплуатационных показателей: мощности ГД (до 10% и крутящего момента до 7%.

6. Разработаны рекомендации по конструктивной реализации дополнительного струйного воздействия и практическому применению способа управления тепловой и механической напряженностью главного двигателя с целью исключения перегрузочных режимов.

Струйное воздействие воды с оптимальными параметрами позволяет исключить перегрузочные режимы работы главного двигателя, моделируемого в тренажере TRANSAS ERS-5000 при изменении погодных условий с 5 до 8 баллов, или обеспечить сохранение требуемой скорости судна при изменении погодных условий с 5 до 7 баллов.

7. Разработаны рекомендации по конструктивной реализации системы дополнительного струйного воздействия воды на лопасти гребного винта.

На основании полученных результатов можно утверждать, что дополнительная струйная подача воды на лопасти гребного винта позволяет исключить перегрузку главного двигателя по параметрам тепловой и механической нагруженности в широком диапазоне режимов работы судна, снизить зависимость показателей тепломеханической нагруженности от внешних факторов эксплуатации.

Возможность увеличения степени загрузки ГД при изменяющихся условиях плавания, независимо от влияния внешних факторов эксплуатации способствует рациональному использованию номинальной мощности, что положительно повлияет на себестоимость морских перевозок.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Аксенов, А. А. К вопросу применения модели турбулентности k-s FlowVision для исследования обтекания профиля крыла при малых числах Рейнольдса / А. А. Аксенов, С. В. Жлуктов, С. В. Калашников, А. Л. Митин // Инженерные системы — 2017. Труды Международного форума. — 2017. — С. 82-89.

2. Алабужев, П.М. Теория подобия и размерностей. Моделирование / П. М. Алабужев. — М.: Наука, 1981. — 327 с.

3. Антоненко, С.В. Судовые движители: учебное пособие / С.В. Антоненко; Дальневосточный государственный технический университет. — Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2007. — 126 с.

4. Аракелян, С. М. Методы вычислительной гидродинамики в расчетах движения жидкости в системах со сложной топологией: учеб пособие / С. М. Аракелян и др. — Владимир: Изд-во ВлГУ, 2015. — 99 с.

5. Аристова, Е. Ю. Построение крыловых профилей с тангенциальным отсосом или вдувом / Е. Ю. Аристова, А. В. Поташев // Изв. вузов. Авиационная техника. — 1991. —№4. — С. 8-11.

6. Арнольдов, В. Н. Аэродинамические особенности струйных систем увеличения подъемной силы и анализ техники короткого взлета и посадки / В. Н. Арнольдов, Е. М. Золотько, А. Б. Стратинский // Труды ЦАГИ. — 1977. — вып. 1958. — С. 41 - 44.

7. Ацаринов, В. А. Метод дискретных вихрей с замкнутыми вихревыми рамками: применение ЭВМ для исследования аэродинамических характеристик летательных аппаратов / В.А. Ацаринов, A.B. Дворак // Труды ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского. — 1986. —вып. 1313. — 68 с.

8. Баев, А. С. Судовые энергетические установки, их проектирование и эксплуатация: монография / А. С. Баев — М.: РАЕ, 2017. — 435 с.

9. Басин, А. М. Руководство по расчету и проектированию гребных винтов судов внутреннего плавания / А. М. Басин, А. М. Степанюк — Л: «Транспорт»,

1977. — 269 с.

10. Басин, Е.Я. Теория и расчет гребных винтов / Е. Я. Басин, А. П. Миниович — М.: Лесн. пром - сть, 1978. - 849 с.

11. Безюков, О. К. Использование хладопотенциала сжиженного природного газа для снижения выбросов диоксида углерода теплоэнергетическими установками, работающими на сжиженном природном газе / О. К. Безюков, В. Л. Ерофеев, А. С. Пряхин // Вестник государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова. — 2016.

— № (37)3. — С. 143-155.

12. Безюков, О. К. Современная концепция регулирования охлаждения судовых дизелей / О. К. Безюков, В. А. Жуков, В. Н. Тимофеев // Вестник государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова. — 2015. — № (31)3. — С. 93-103.

13. Белоцерковский, С.М. Моделирование на ЭВМ турбулентных струй и следов. Проблемы турбулентных течений / С. М. Белоцерковский, А. В. Дворак, А.И. Желанников, В.Н. Котовский. — М.: Наука, 1987. — 367 с.

14. Белоцерковский, С.М. Математическое моделирование плоскопараллельного отрывного обтекания тел / С. М. Белоцерковский, В. Н. Котовский, М. И. Ништ, Р. М. Федоров. — М.: Наука, 1988. — 232 с.

15. Белоцерковский, С.М., Лифанов И.К. Численные методы в сингулярных интегральных уравнениях / С. М. Белоцерковский, И. К. Лифанов — М.: Наука, 1985. — 256 с.

16. Бобарика, И. О. Повышение адекватности численного моделирования аэродинамики элементов летательных аппаратов потоком несжимаемой жидкости при малых числах Маха / И. О. Бобарика, И. Н. Гусев // Вестник ИрГТУ. — 2014.

— №2 (85) — С. 33-38.

17. Бобылев, В. С. Современное состояние проблемы очистки судовых балластных вод от биологических загрязнений и пути ее решения / В. С. Бобылев и др. // Морские интеллектуальные технологии. — 2014. — №. 4. — С. 22-29.

18. Богатырев, М. Д. Совершенствование конструкции гребного винта на

судах лесосплавного флота: дисс. ... канд. техн. наук: 05.21.01 / Богатырев Максим Дмитриевич. — Йошкар-Ола, 2006. — 156 с.

19. Бордюг, А. С. Повышение устойчивости режимов работы малооборотных дизелей в условиях дестабилизирующих воздействий / А. С. Бордюг // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2017. — Т. 9. — № 5. — С. 1051-1062.

20. Брыляков, А. П. Отрыв потока на прямом крыле при повышенной внешней турбулентности / А. П. Брыляков, Г. М. Жаркова, Б. Ю. Занин, В. Н. Коврижина, Д. С. Сбоев // Ученые записки ЦАГИ. — 2004. — №1-2 (том 35). — С. 57-63.

21. Бушуев, В. И. Исследование на ЭВМ влияния отсоса потока и механизации крыльев на их аэродинамические характеристики / В. И. Бушуев // Межвузовский сборник. Гидродинамика больших скоростей. — Красноярск: КПИ, 1986. — С. 125 - 136.

22. Васильев, A.B. Влияние формы трубы на кавитационные характеристики крыльевого профиля / A.B. Васильев // Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова, — 1997. — вып. 4(288). — 126 c.

23. Васильев, Б. В. Надежность судовых дизелей / Б.В. Васильев, С.М. Ханин. — М.: Транспорт, 1989. — 182 с.

24. Возницкий, И. В. Двигатели модельного ряда MC 50-98. Конструкция, эксплуатация и техническое обслуживание / И. В. Возницкий — М.: Моркнига, 2008. — 260с.

25. Войткунский, И. Я. Сопротивление движению судов / И.Я. Войткунский. — Д.: Судостр - е, 1988. — 288 с.

26. Войткунский, И.Я. Справочник по теории корабля. Гидромеханика. Сопротивление движению судов. Судовые движители / И.Я. Войткунский. — Д.: Судостр - е, 1985. — 381 с.

27. Вольдек, А. И. Электрические машины / А. И. Вольдек — М.: Энергия, 1974. — 840 с.

28. Гаврилов, В. В. Испытания дизеля 2Ч 11/13 по нагрузочной и винтовой

характеристикам / В. В. Гаврилов. — СПб.: СПГУВК, 2011. — 50 с

29. Гиттис, В. Ю. Теоретические основы эксплуатации судовых дизелей / В. Ю. Гиттис, В. Л. Бондаренко, Т. П. Ефимов. — М.: Транспорт, 1965. — 376 с.

30. Гогин, А.Ф. Судовые дизели (основы теории, устройство и эксплуатация). 3-е изд., перераб. и доп / А.Ф. Гогин, Е.Ф. Кивалкин. — М.: Транспорт, 1978. — 480 с.

31. ГОСТ 8054-81. Винты гребные металлические. Общие технические условия - Взамен ГОСТ 8054-72; введ. 01.07.1981. — М.: Изд-во стандартов, 1981. — 24с.

32. ГОСТ 10150-2014 Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Общие технические условия [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200123492.

33. ГОСТ Р 55506-2013 Транспорт водный внутренний. Термины и определения [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http : //docs .cntd.ru/document/1200106282.

34. Гофман, А.Д. Движительно - рулевой комплекс и маневрирование судна / А.Д. Гофман. — Л.: Судостр-е, 1988. — 359 с.

35. Джонсон, Н. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. Методы обработки данных / Н. Джонсон, Ф. Лион. — М.: Мир, 1980. — 616 с.

36. Дитятев, С. Г. Исследование изменений винтовой характеристики судового малооборотного дизеля в эксплуатации: дис. ... канд. техн. наук: 05.08.05 / Дитятев Сергей Германович. — Л.: ЛВИМУ им. адм. С. О. Макарова, 1984. — 295c.

37. Додж, М. Эффективная работа с Microsoft Excel 97 / M. Додж, К. Кината, К. Стинсон. — СПб: Питер, 1998. — 1072 с.

38. Дорохов, А. Ф. Качество и надёжность судовых дизелей / А. Ф. Дорохов, А. Г. Проватар, А. В. Воробьёв // Вестник АГТУ. Серия: Морская техника и технология. — 2015. — №2. — C. 48-55.

39. Ерофеев, В. Л. О возможностях использования вторичных

энергетических ресурсов в судовых ДВС / В. Л. Ерофеев, В. А. Жуков, О. В. Мельник // Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С.О. Макарова. - 2017. — № (43)3. — C. 570-580.

40. Жулев, Ю. Г. О возможности повышения эффективности тангенциального выдува щелевой струи на поверхность профиля / Ю. Г. Жулев, С. И. Иншаков // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. — 1996. — №4. — С. 182 - 186.

41. Иванченко, А. А. Проблемы эксплуатации судов с дизельными установками нового поколения и задачи по их совершенствованию / А. А. Иванченко, И.А. Щенников // Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С.О. Макарова. — 2014. — № (27)5. — С. 26 - 33.

42. Иванченко, А. А. Обзор опыта совершенствования конструкции и применения движительных систем в современном судостроении / А. А. Иванченко, В. А. Шишкин, В. Н. Окунев // Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С.О. Макарова. — 2016. — № (38)4. — С. 156 - 176.

43. Иванченко, А. А. Повышение качества проектирования и эксплуатации дизельных установок судов внедрением математического моделирования их рабочего процесса / А. А. Иванченко, Ю. В. Тамбовский // Транспортное дело России. — 2017. — № 5. — С. 169 - 173.

44. Камкин, C.B. Анализ КПД судовых дизелей / C. B. Камкин — М.: Транспорт, 1965 —112 с.

45. Камкин, C.B. Эксплуатация судовых дизелей / C. B. Камкин, И. В. Возницкий, В. П. Шмелев. — М.: Транспорт, 1990 — 344 с.

46. Капран, Л. К. Исследование режимов эксплуатации главного дизеля 5дкрн50/110-2 танкера типа «Калининграднефть» с тремя вариантами гребных винтов / Л. К. Капран, В. В. Маницын, З. П. Старовойтова // Научные труды Дальрыбвтуза. — 2016. — C. 99 - 110.

47. Карасев, П. И. Качественное построение расчетной сетки для решения задач аэродинамики в программном комплексе FlowVision / П. И. Карасев,

А. С. Шишаева, А. А. Аксенов // Вестник ЮУрГУ. Серия: Вычислительная математика и информатика. — 2012. — №47 (306). - С. 46 - 58.

48. Кацман, Ф. М. Эксплуатация пропульсивного комплекса морского судна / Ф. М. Кацман. — М.: Транспорт, 1987. — 222 с.

49. Конаков, Г. А. Судовые энергетические установки и техническая эксплуатация флота / Г. А. Конаков, Б.В. Васильев — М.: Транспорт, 1980. — 423с.

50. Кондранин, Т. В. Применение пакетов прикладных программ при изучении курсов механики жидкости и газа: Учебное пособие / Т. В. Кондранин, Б. К. Ткаченко, М. В. Березникова. и др. — М.: МФТИ, 2005. — 104 с.

51. Конкс, Г.А. Мировое судовое дизелестроение. Коцепции конструирования, анализ международного опыта / Г. А. Конкс, В. А. Лашко. — М.: Транспорт, 2005 — 512 с.

52. Король, Ю. М. FLOWVISЮN в учебном процессе и компьютерных исследованиях / Ю. М. Король // Зб. наук.праць НУК. — Миколаш: НУК, 2010. — № 5 (434). — С. 19 - 26.

53. Король, Ю. М. Влияние лопастных и профильных характеристик на гидродинамическую эффективность гребных винтов / Ю. М. Король, О. Н. Корнелюк // Наука и прогресс транспорта. Вестник Днепропетровского национального университета железнодорожного транспорта. — 2017. — №4(70). — С. 80 - 88.

54. Костылев, И. И. Зарубежное судостроение. Состояние и тенденции / И.И. Костылев, М. К. Овсянников // Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С.О. Макарова. — 2013. — № (22)6. — С. 66 - 70.

55. Кузьмин, С. В. Обтекание источника неограниченным потоком жидкости при различных числах Бернулли // Ученые записки ЦАГИ. 1984. — ^15 (4). — С. 103-109.

56. Куи, Н. К. Изменение ph воды в процессе озонирования / Н. К. Куи и др. // Вестник Казанского технологического университета. — 2013. — Т. 16 (10). —

232-234 а

57. Лаврищева, Л. С. Решение оптимизационной задачи для модели гребного винта регулируемого шага в однородном потоке / Л.С. Лаврищева // Вестник СПбГУ. Математика. Механика. Астрономия. — 2018. — Т. 5(63). — Вып. 1. — С. 139-146.

58. Лубянко, В. Н. Оценка перспективности применения винторулевых колонок на малых рыболовных судах / В. Н. Лубянко, А. С. Шаратов // Сб. научных трудов КМТИ. — 2004. — №5 - С. 32 - 36.

59. Международная Конвенция по предотвращению загрязнения с судов (МАРПОЛ-73/78). — СПб.: АО «ЦНИИМФ», 2017. — Кн. III. — 412 с.

60. Мясников, Ю. Н. Характеристики пропульсивного комплекса в проблеме обеспечения энергоэффективной и безопасной эксплуатации морского судна: монография / Ю. Н. Мясников, А. М. Никитин. — СПб.: Изд-во ГУМРФ им. адм. С. О. Макарова, 2016. — 136 с.

61. Нгуен, К.Д. Теоретический и экспериментальный анализ тепловых выбросов с отработавшими газами судовых дизелей / К.Д. Нгуен // Вестник АГТУ. Серия: Морская техника и технология. — 2012. — №1. — С. 117-122.

62. Овсянников, М.К. Дизели в пропульсивном комплексе морских судов: Справочник / М. К. Овсянников, В. А. Петухов — Л.: Судостроение, 1987. — 256с.

63. Осипов, О.В. Судовые дизельные двигатели: учебное пособие / О.В. Осипов, Б.Н. Воробьев. — 2-е изд., стер. — Санкт-Петербург: Лань, 2019. — 356 с.

64. Осовский, Д.И. «Совершенствование пропульсивного комплекса морского судна в изменяющихся условиях эксплуатации по параметрам взаимодействия набегающего потока с гребным винтом путем дополнительного струйного воздействия воды, подаваемой на лопасти» / Осовский Д.И., Шаратов А.С. // Конференция по строительной механике корабля, посвященная 125-летию основания «Крыловского государственного научного центра» 13-14 декабря 2019 г. Тезисы докладов. — СПб, 2019. — С 164 -165.

65. Осовский, Д.И. Влияние ограниченного пространства на результаты численного и экспериментального исследования гребного винта с дополнительным струйным воздействием воды на лопасти / Осовский Д.И., Шаратов А.С. // Вестник Волжской государственной академии водного транспорта. — 2019. — № 58. — С. 39-53.

66. Справочник по электрическим машинам / Под общ. ред. И. П. Копылова, Б. К. Клокова. — Т. 1. — М.: Энергоатомиздат, 1988. — 455 с.

67. Осовский, Д. И. Исследование гидродинамических характеристик гребного винта, оборудованного струйной механизацией в гидродинамической трубе / Д. И. Осовский, А. С. Шаратов // Рыбное хозяйство Украины: научно-производственный журнал. — 2007. — №6. — С. 37-38.

68. Осовский, Д.И. Кавитационная эрозия гребных винтов / Д.И. Осовский, А.С. Шаратов // Рыбное хозяйство Украины. — 2007. — №1, 2 (48, 49). - С. 59-60.

69. Осовский, Д.И. Повышение гидродинамических характеристик винтовой насадки за счет струйной механизации / Д.И. Осовский, А.С. Шаратов // Водный транспорт. — 2012. —№1(13). — С.129-136.

70. Осовский, Д. И. Управление пропульсивными характеристиками судна за счет струйного воздействия жидкости на лопасти гребного винта / Д. И. Осовский, А. С. Шаратов // Материалы VIII Межвузовской научно-практической конференции аспирантов, студентов и курсантов "Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта России". — Санкт-Петербург: Издательство ГУМРФ, 2017. - С. 212-216.

71. Осовский, Д. И. Управление гидродинамическими характеристиками гребных винтов / Д. И. Осовский, А. С. Шаратов // Рыбное хозяйство Украины. -2007. — №3 (50). - С. 53-54

72. Пат. 46740 Украина, МПК В63Н 1/00 Конструкция механизированного гребного винта / Д.И. Осовский, А.С. Шаратов; заяв. и патентообл. Керченский государственный морской технологический университет. - № 200903725; заявл. 16.04.2009; опубл. 11.01.2010, Бюл. № 1.- 4.

73. Пискунов, Н. С. Дифференциальное и интегральное исчисления: Учеб.

пособие для ВТУЗов. В 2-х т./ Н.С. Пискунов. — М.: Интеграл-Пресс, 1997. — Т.2. — 398 с.

74. Расчетная программа CEAS Engine Calculations [Электронный ресурс].

— Режим доступа: https://marine.man-es.com/two-stroke/ceas

75. Русецкий, A.A. Методы обеспечения однородности поля скорости и снижения интенсивности турбулентности потока в установках с обращенным движением / A. A. Русецкий, А. А. Хомяков // Морской Весник. — 2003. — №1(5). — С. 126-130.

76. Сахаров, В.В. Расчет оптимальных регуляторов судовых автоматических систем: Теория и приложения / В. В. Сахаров — Л.: Судостроение, 1983. — 168 с.

77. Сертификация FlowVision. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.tesis.com.ru/software/flowvision/.

78. Солодов, В. С. Применение методов планирования активного эксперимента для идентификации судового комплекса / В. С. Солодов, Ю. И. Юдин // Вестн. МГТУ: Тр. Мурман. гос. техн. ун-та. — 2006. — Т. 9. — № 2. — С. 187-190.

79. Справочник авиационных профилей. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://kipla.kai.ru/liter/Spravochnic.pdf.

80. Справочник судового механика по теплотехнике / И.Ф. Кошелев [и др.].

— Л.: Судостроение, 1987 — 480 с.

81. Справочник судового механика / Под ред. Л.Л. Грицая. — М.: Тр-т, 1974. — 291 с.

82. Туричин, A. M. Электрические измерения неэлектрических величин / A. M. Туричин. — М.:Энергия, 1966. — 690 с.

83. Численное моделирование обтекания крыла конечного размаха с аэродинамическим профилем NACA-2406 потоком несжимаемой жидкости при малых числах Маха. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http: //www.digitalmarine.net/builder/d2 .pdf.

84. Шаратов, А. С. Совершенствование пропульсивного комплекса по параметрам гребного винта путем дополнительного струйного воздействия воды,

подаваемой на лопасти / А. С. Шаратов // Морской вестник. — 2019. — № 1 (69).

— С. 72-75.

85. Шаратов, А. С. Проверка гипотезы дополнительного струйного воздействия воды, подаваемой через щелевую насадку на лопасти гребного винта / А. С. Шаратов // Эксплуатация морского транспорта. — 2019. — № 1(90). — С. 67-76.

86. Шаратов, А. С. Снижение влияния условий эксплуатации на тепломеханическую нагруженность двигателя путем струйного воздействия воды на винт / А. С. Шаратов // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2018. — №5(51). — C. 10631074.

87. Шаратов, А. С. Особенности реализации дополнительного струйного воздействия воды на лопасти гребного винта фиксированного шага /

A. С. Шаратов // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. — 2019. — № 1. — С. 5362.

88. Шишкин, В. А. Развитие двухтактных малооборотных ДВС с электронным управлением / В. А. Шишкин, А. П. Петров, М. Ю. Иванов // Двигателестроение. — 2006. — № 2. — С. 26-31.

89. Шостак, В.П. Проектирование пропульсивной установки судов с прямой передачей мощности на винт: Учебное пособие / В.П. Шостак, В.И. Гершаник,

B.П. Кот, Н.С. Бондаренко; под ред. В.П. Шостака. — Николаев: УГМТУ, 2003.

— 500 с.

90. Ashok, P. Effect of stacking sequence on the performance of composite marine propeller / P. Ashok, P. J Kumar, P. S Prema Kumar // Journal of Advanced Research in Dynamical and Control Systems. - 2017. — 9 (Special Issue 14). - Pp. 1823 - 1839.

91. Banawan, AA. Prediction of the fuel saving and emissions reduction by decreasing speed of a catamaran/ AA. Banawan, M. Mosleh, IS. Seddiek. // Journal of Marine Engineering & Technology. — 2013. — 12(3), Pp 40 - 48.

92. Basic Principles of Ship Propulsion. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://marine.man-es.com/propeller-aft-ship//.

93. Bugeja, S. Development of dispersion model of a two-stroke engine outboard plume / S. Bugeja , M.G. Rasu // WSEAS Transactions on Fluid Mechanics. — 2017.

— vol. 12.— Art. #1. —Pp. 1- 6.

94. Carlton, J. S. Propeller Performance Characteristics In Marine Propellers and Propulsion / J. S. Carlton. - Butterworth-Heinemann: Elsevier Ltd, — 2012. — 3nd ed.

— Pp. 79-136.

95. Dafforn, K. A. Antifouling strategies: History and regulation, ecological impacts and mitigation. / K.F. Dafforn, J. A. Lewis, E. L. Johnston // Marine Pollution Bulletin. — 2011. — vol. 62 (3). — Pp. 453-465.

96. Egill, E. Calculation of Service and Sea Margins / E. Egill. // Master tesis: Institute for Marine Technology Norwegian University of Science and Technology. — 2015. — 85 с.

97. FlowVision, версия 2.54 / Руководство пользователя. - М.: ООО ТЕСИС, 2008. — 284 с.

98. Geertsma, R. W. Pitch control for ships with diesel mechanical and hybrid propulsion: Modelling, validation and performance quantification / R. W. Geertsma, R. R. Negenborn, K. Visser, M. A. Loonstijn, J. J. Hopman // Applied Energy. — 2017.

— Vol. 206. — Pp. 1609-1631.

99. Go, J.S. Effects of a duct before a propeller on propulsion performance / J.S. Go, H.S. Yoon, J.H. Jung // Ocean Engineering. — 2017. — Vol. 136. — Pp. 54-66.

100. Hansen, S. V. Performance Monitoring of Ships. / S. V. Hansen, J. B. Petersen, J. J. Jensen, M. Lutzen, // Technical University of Denmark (DTU), 2012. — 214 p.

101. Kim, J. H. Development of energy-saving devices for a full slow-speed ship through improving propulsion performance / J. H. Kim , J. E. Choi, B. J. Choi, S. H. Chung, H. W. Seo // International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering. - 2015. — Volume 7. — Issue 2. — Pp. 390-398.

102. Mizzi, K. Design optimisation of Propeller Boss Cap Fins for enhanced

propeller performance / K. Mizzi , Y. K. Demirel, C. Banks, O. Turan, P. Kaklis, M. Atlar // Applied Ocean Research, — 2017. — Volume 62. — Pp. 210-222.

103. Molland, A. Propeller Characteristics. In Ship Resistance and Propulsion: Practical Estimation of Ship Propulsive Power. / A. Molland, S. Turnock, D. Hudson // Cambridge: Cambridge University Press. - 2017. — Pp. 277-312.

104. Nakisa, M. Numerical study on propeller performance for a vessel in restricted water / M. Nakisa, F. Behrouzi, A. Maimun, R. Samad, Y.M. Ahmed // Procedia Engineering. — 2017. — vol. 194. — Pp. 128-135.

105. Nelson, M. Simultaneous optimization of propeller-hull systems to minimize lifetime fuel consumption. / M. Nelson, D. W. Temple, J. T. Hwang, Y. L. Young, R. A. Martins, M. Collette // Applied Ocean Research. — 2013. — vol.43. — Гр. 46-52.

106. Nouri, N. M. Optimization of a marine contra-rotating propellers set / N. M. Nouri, S. Mohammadi, M. Zarezadeh // Ocean Engineering. - 2018. — vol. 167. - Pp. 397 - 404.

107. Osovskii, D.I. Power control of the engine operating on the fixed pitch propeller /D. I. Osovskii, A. S. Sharatov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. — IOP Publishing Ltd, 2019. — Vol. 537. — Pp. 062032

108. Osovskii, D. I. Development of offers on application of additional jet impact on the fixed pitch propeller for the purpose of rational use of the power of the main engine / D.I. Osovskii, A.S. Sharatov // JVE International Ltd. Vibroengineering PROCEDIA, 2019. — Vol. 25 — Pp. 151-156.

109. Park, S. Full scale wake prediction of an energy saving device by using computational fluid dynamics / S. Park, G. H. Oh, S. H. Rhee, B. Y. Koo, H. Lee // Ocean Engineering, — 2015, —Volume 101. — Pp. 254-263.

110. S70MC Project guide [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https: //marine.man-es.com/

111. Shin, K. W. CFD analysis of cloud cavitation on three tip-modified propellers with systematically varied tip geometry / K. W. Shin, P. Andersen // Journal of Physics: Conference Series. — 2015. — vol. 656. — Pp. 12 - 39.

112. Stapersma, D. Matching propulsion engine with propulsor / D. Stapersma, Hk. Woud // Journal of Marine Engineering & Technology. — 2005. — Vol. 4. — №2.

— Pp. 25 - 32.

113. Test result of shop trial, mitsui-m.a.n. B&W 7s70MC. — Mitsui engineering & shipbuilding Co ltd, 1995. — 15 p.

114. Transas LTD NTPRO-5000 ver. 8.35 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.transas.ru/.

115. Vijayan, S. N. CFD Analysis of Frictional Drag Reduction on the Underneath of Ship's Hull Using Air Lubrication System. 9. / S. N. Vijayan, S. Sendhilkumar // International Journal of Mechanical Engineering and Technology (IJMET). — 2018. — Volume 9. — Issue 4.— Pp. 408-416.

116. Xia, Y. The effect of corrugated skins on aerodynamic performance. / Y. Xia, O. Bilgen, M. Friswell // Journal of Intelligent Material Systems and Structures.

— 2014. — 25 (7). — Pp. 786 - 794.

117. Zhao, F. Power management of vessel propulsion system for thrust efficiency and emissions mitigation / F. Zhao, W. Yang, W. W. Tan, W. Yu, J. Yang, and S. K. Chou // Applied Energy. — 2016. — Vol. 161. — Is. C. — Pp. 124-132.

Приложение А Акт внедрения результатов научной деятельности

I •

» А.В. Жердев V 2017г.

АКТ

о внедрении результатов кандидатской диссертационной работы Щаратова Алексея Сергеевича на тему: «Повышение экономичности СЭУ путем струйного воздействия

на лопасти гребного винта

Мы, нижеподписавшиеся, составили настоящий акт о том, что результаты диссертационной работы Шаратова Алексея Сергеевича «Повышение экономичности СЭУ за счет струйного воздействия на лопасти гребного винта» рассмотрены.

При поступлении на строительство перспективного заказа результаты диссертационной работы могут быть внедрения на эти заказы.

Предложенный метод позволяет улучшить не только находившиеся в эксплуатации гребные винты, но и вновь устанавливаемые на судно.

Предложенные в диссертационной работе Шаратовым Алексеем Сергеевичем методики расчета гидродинамических параметров движителей будут использованы в конструкторских работах.

Главный инженер

ООО «СЗ «ЗАЛИВ»

А.Б. Иванов

Главный конструктор ООО «СЗ «ЗАЛИВ»

Н.В. Варюхин