Модели и алгоритмы оптимизации и совершенствования процессов автоматизации судовых энергетических комплексов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат наук Таранин, Александр Геннадьевич

• Таранин, Александр Геннадьевич
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Таранин, Александр Геннадьевич

Содержание

Введение

1. Модели и алгоритмы оптимизации использования топлива на судах с дизельными энергетическими установками

1.1. Повышение экономичности элементов судовых энергетических комплексов на основе компьютерных технологий и численных методов оптимизации технологических операций

1.1.1. Модель и алгоритм оптимизации расхода топлива при групповом управлении технологическими объектами с использованием инкрементальных характеристик

1.1.2. Алгоритм оптимизации, базирующийся на квадратичном программировании

1.2. Генетический алгоритм оптимизации расхода топлива судовым энергетическим комплексом при изменении условий плавания судна и ситуации на линии

1.3. Сплайн-метод и алгоритм оптимизации режимов работы ДГА на различных сортах топлива

2. Алгоритмы диагностирования технологических операций и оценки параметров рабочего процесса ГД по индикаторным диаграммам

2.1. Оптимизация отладки и совершенствование рабочего процесса судового дизеля как объекта автоматизации по измерениям эксплуатационных параметров и результатам стендовых испытаний

2.2. Диагностирование рабочего процесса судового дизеля по эталонным моделям с применением вейвлетов

2.2.1. Вейвлет-преобразования как процедуры построения высокоточных моделей рабочих характеристик судовых дизелей

2.2.2. Функции пакета Wavelet Toolbox среды MatLAB, реализующие вейвлет-декомпозицию и вейвлет-реконструкцию сложных сигналов

2.3. Алгоритм вейвлет-аппроксимации изменения давления в цилиндре дизеля

2.4. Функциональное диагностирование изменения давления в цилиндре дизеля по эталонной вейвлет-модели с использованием вейвлетов Добоши

3. Математические модели и алгоритмы оценки влияния условий плавания судна и внешней среды на рабочие процессы элементов судового энергетического комплекса

3.1. Характеристики «часовой расход топлива-скорость судна» как инварианты модели пропульсивного комплекса

3.2. Модель восстановления расходных характеристик в процессе функционирования СЭУ и её использование для оценки экономичности режимов движения судна в рейсе

3.3. Модель построения функционального пространства в терминах параметров «эталонных» характеристик

3.4. Математическая модель и алгоритм кластеризации влияния внешних условий на расход топлива в рейсе

4. Алгоритмы совершенствования процессов автоматизации и оптимизации отладки элементов судовых энергетических комплексов, с целью экономии топлива и повышения энергоэффективности судовых автоматизированных систем

4.1. Параметрическая настройка ПИД-регуляторов частоты вращения судовых дизелей средствами МаИ,АВ

4.2. Алгоритм энергоэффективного управления курсом судна, базирующийся на процедуре апериодического управления с использованием матрицы Ляпунова

4.3. Оптимизация отладки элементов динамических систем средствами пассивного управления по заданному спектру собственных частот колебаний

4.4. Методика совершенствования управления технологическими операциями и техническими средствами судовых автоматических систем на автоматизированных тренажёрных комплексах

Заключение

Список использованных источников

Приложения к диссертации

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Модели и алгоритмы оптимизации и совершенствования процессов автоматизации судовых энергетических комплексов»

Введение

Оптимизация и совершенствование процессов автоматизации судовых энергетических комплексов является механизмом кардинального повышения энергетической эффективности судов, являющейся одной из важнейших проблем на морском и речном флоте. Фундаментальные положения энергоэффективности и энергоаудита на водном транспорте определяются совокупностью требований национального и международного законодательств, предъявляемых к энергоэффективности всех судов и предприятий судоходной отрасли. Законодательным документом в России является Федеральный закон об энергосбережении №261-ФЗ, принятый в 2009г., действие которого распространяется на имущество российских компаний, в том числе находящееся за границей; закон подлежит выполнению всеми российскими судовладельцами, независимо от форм собственности.

Международные стандарты и требования в области энергоэффективности и энергоаудита нашли отражение в правилах Конвенции МАРПОЛ. Так, с 1 января 2013 года, в соответствии с положениями Резолюции ИМО МЕРС.203(62), вступили в силу новые правила Конвенции МАРПОЛ, непосредственно направленные на повышение энергоэффективности судов. Согласно правилам, на суда, построенные после 1 января 2013 года, распространяется требование по расчету конструктивного коэффициента энергоэффективности (ККЭЭ), а для судов, находящихся в эксплуатации, с этой даты введено требование по наличию на борту и использованию плана управления энергетической эффективностью судна (ПУЭС).

В добавленном к международной конвенции МАРПОЛ приложении VI определены «Правила предотвращения загрязнения атмосферы с судов». В них содержатся требования, ограничивающие выбросы ЫОх, 80х, летучих органических соединений путем введения ККЭЭ и ПУЭС.

Для судовладельцев повышение энергоэффективности, достигаемое путём снижения расходов топлива и энергии, важно как с позиций снижения выбросов токсичных веществ в атмосферу, так и уменьшения стоимости перевозок при

совершении заданного объёмов транспортной работы в заданное время. Снижение расходов на содержание судна за счёт топливной составляющей может быть обеспечено путём проведения комплекса мероприятий по вскрытию имеющихся резервов на каждом судне в конкретном рейсе и совершенствования существующей системы планирования и реализации установленного коэффициента энергоэффективности, согласно паспорту. Проведение мероприятий должно основываться на глубоких научных исследованиях, целевым назначением которых должно быть создание методов и технических средств, предназначенных, прежде всего, для повышения экономичности энергетических установок судов.

Разработанные в диссертации модели и алгоритмы оптимизации и совершенствования процессов автоматизации судовых энергетических комплексов предлагаются в качестве рабочего инструмента для решения составных задач энергосбережения как механизма, предназначенного для кардинальных изменений в области повышения конкурентоспособности отечественных судов на мировом рынке и надежной защиты окружающей среды от выбросов токсичных веществ в атмосферу.

Моделирование и оптимизация процессов функционирования судовых энергетических комплексов с применением современных достижений в области исследования операций и компьютерных технологий является одним из кардинальных направлений повышения эффективности и качества выполнения транспортной работы современным судном при минимальных затратах топлива и энергии в условиях конкуренции. Построение моделей и синтез систем, реализующих энергосберегающие технологии на судах в различных условиях плавания, представляет собой чрезвычайно обширную область исследований, связанных с использованием процедур оптимизации и применением численных методов для решения прикладных задач. Создание моделей и алгоритмов совершенствования технологических операций при управлении энергоемкими технологическими процессами на судах, алгоритмизация и оптимизация процессов энергосбережения требуют учитывать специфику поведения объектов-

потребителей топлива и энергии в конкретных условиях. Разработка алгоритмов оптимизации и совершенствования энергосбережения на качественно новом уровне возможна только при системном подходе к исследуемой проблеме, поскольку модели и алгоритмы должны обеспечивать устойчивость вычислительного процесса, отвечать условиям управляемости, наблюдаемости, идентифицируемости и практической реализуемости оптимальных законов управления [49], [68].

Современный уровень развития средств и методов обработки информации в системах энергосбережения на судах ставит перед разработчиками ряд принципиально новых задач. Главной из них является концепция ресурсосбережения при соответствующем модельном, алгоритмическом и программном обеспечении.

Экономичность судовой энергетической установки во время эксплуатации во многом определяется техническим состоянием, качеством настройки и управления функционированием главных двигателей (ГД), дизель-генераторных агрегатов (ДГА) и других элементов судовых энергетических комплексов [59], [60]. Процессы совершенствования функционирования объектов автоматизации путем улучшения технологии подачи топлива, воздуха, обеспечение высокого качества сгорания и теплообменных процессов, совершенствование системы газораспределения и выпуска отработавших газов при правильном выборе параметров настройки должны сохранять свою эффективность практически на всех режимах нагрузки [28]. Управление качеством функционирования, оптимизация отладки, способы и алгоритмы диагностирования (определение области работоспособности и автоматизация поиска неисправности) ГД должны быть основаны на результатах индицирования, осуществляемого с помощью различных систем контроля рабочих процессов [27]. В таких системах давление газов в цилиндре воспринимается датчиками давления и преобразуется в электрические сигналы, содержащие в своем гармоническом составе высокочастотные составляющие, а в некоторых случаях - даже отдельные импульсы, не подлежащие анализу традиционными способами, например, путём

разложения в ряд Фурье. Кроме того, на точность индицирования может оказывать влияние индикаторный канал и другие факторы, что должно быть, по возможности, исключено за счёт моделей и методов идентификации и компьютерной обработки сигналов с использованием информационных технологий и оптимизационных процедур в исследуемой предметной области [76].

Следует отметить, что проблема отладки ГД и ДГА путём повышения точности и помехозащищенности технологического процесса индицирования давления не нова. На ранней стадии её решению посвящены известные работы академика Крылова А.Н., а на более поздней - публикации А.Ю. Самойленко и др., что свидетельствует об актуальности задачи [55]. Отметим также, что решению проблемы совершенствования энергосбережения на судах и других крупных потребителях топлива посвящено большое число работ отечественных и зарубежных ученых [48]. Решению этой проблемы посвящены труды академика А.Г. Павленко; большой вклад в решение проблемы также внесли профессора, доктора технических наук: P.A. Нелепин, Ю.П. Петров, В.И. Небеснов, E.H. Климов, Ю.Н. Мясников, Л.В. Тузов, В.В. Сахаров, Ю.М. Кулибанов, А.Е. Сазонов, М.И. Фейгин, П.И. Бажан, В.Ф. Большаков и многие другие. Опыт экономии топлива на судах морского и речного флота показывает, что пути решения этой проблемы чрезвычайно разнообразны [43]. По данным, приведенным в известной работе Ю.Н. Колесникова, главного специалиста топливно-энергетического управления МРФ, в пароходствах Минречфлота в предшествующие годы только направления экономии, по которым велась интенсивная работа, насчитывали более 120 позиций [37]. Для их практической реализации требовалось создание организационно-технологических систем, содержащих модельную, алгоритмическую, информационную составляющие. Они должны быть последовательно увязаны по иерархическим уровням функционирования и интегрированы в единую систему. Однако, при отсутствии мощных вычислительных средств эффективное решение проблемы управления энергосбережением на том этапе не представлялось возможным.

Для обеспечения оптимизации режимов экономии топлива в рыночных условиях требуются системные решения, включающие в себя организационные задачи совершенствования перевозок, создание моделей и алгоритмов совершенствования технологических операций на основе новейших компьютерных технологий и коммуникационных средств, реализованных с учетом последних достижений в области автоматизации и оптимизации технологических процессов энергосбережения.

В этой связи главным ориентиром целевой направленности диссертационных исследований является Федеральный Закон «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности...», согласно которому энергосбережение состоит в реализации правовых, организационных, научных, производственных, технических и экономических мер, направленных на эффективное использование энергосберегающих ресурсов и вовлечение в хозяйственный оборот возобновляемых источников энергии.

Цель диссертационных исследований: разработка математических моделей и алгоритмов оптимизации энергоемких технологических процессов на судах по критерию энергосбережения, с целью оптимизации и совершенствования использования топлива на судах путём реализации энергосберегающих технологий.

Объект исследования. Автоматизированные судовые объекты, автоматизированные энергетические комплексы и технологические процессы с высоким уровнем энергопотребления, оптимизируемые по критерию расхода топлива и энергии в условиях ограничений.

Предмет исследований - модели и алгоритмы оптимизации и автоматизации процессов топливоиспользования и энергосбережения на судах с использованием численных методов совершенствования технологических процессов и вычислительных средств.

Задачи исследований: 1. Разработать математические модели и алгоритмы совершенствования и автоматизации использования топлива на судах с дизельными энергетическими

установками, определить способы поиска оптимальных решений с помощью численных методов оптимизации в условиях ограничений.

2. Разработать алгоритм и программу для реализации метода инкрементального группового управления энергоемкими потребителями топливно-энергетических ресурсов на судах и предложить на его основе новые принципы оптимального управления группой генераторных агрегатов.,

3. Разработать математическую модель и алгоритм оптимизации технологических режимов судового энергетического комплекса с учётом изменения ситуации в рейсе, с целью выбора экономичных режимов работы СЭУ путём рационального использования резерва ходового времени до порта назначения с коррекцией скорости судна во время рейса.

4. Создать модель совершенствования и автоматизации рабочих режимов судовых дизелей с многотопливными системами. Разработать алгоритм расчёта экономичных режимов потребления топлива в энергетических системах с двигателями, имеющими двухтопливные системы, с учётом текущих изменений стоимости используемых сортов топлива.

5. Разработать математические модели, алгоритмы и программные средства для совершенствования технологических операций и диагностирования параметров рабочего процесса судового дизеля путём повышения точности обработки индикаторных диаграмм в судовых условиях с использованием компьютерных технологий. Предложить для повышения качества и эффективности обработки индикаторных диаграмм новые способы декомпозиции и реконструкции измеряемых сигналов во временной области, свободные от недостатков, присущих рядам Фурье и ортогональным рядам другой структуры. Разработать алгоритм вейвлет-аппроксимации изменения давления в цилиндре дизеля и программу вейвлет-преобразования для автоматизации процесса обработки экспериментальных данных.

6. С целью получения информации и оценки влияния внешней среды на расход топлива в рейсе и рабочие процессы судовых энергетических комплексов, разработать модели и алгоритмы для измерения переменных состояния.

Разработана модель восстановления параметров расходных характеристик по точечным измерениям расхода топлива в рейсе во время функционирования СЭУ.

7. С целью уменьшения размерности оптимизационных задач энергосбережения, разработать модель и алгоритм кластеризации для оценки влияния внешних условий на потребление топлива в рейсе.

8. Разработать алгоритмы совершенствования процессов автоматизации и оптимизации отладки элементов судовых энергетических комплексов, с целью экономии топлива и повышения энергоэффективности судовых автоматизированных систем: способ параметрической настройки ПИД-регуляторов частоты вращения судовых дизелей средствами Ма1ЬАВ; алгоритм энергоэффективного управления курсом судна; алгоритм оптимизации отладки элементов динамических систем средствами пассивного управления.

9. Разработать методику совершенствования управления технологическими операциями и техническими средствами судовых автоматических систем на автоматизированных тренажерных комплексах.

Практическая ценность работы состоит в следующем.

1. В создании моделей, алгоритмов и программных средств для оптимизации и совершенствования технологических операций судовых энергетических комплексов.

2. В разработке способа параметрической настройки ПИД-регуляторов частоты вращения судовых дизелей средствами Ма1:ЬАВ, алгоритма энергоэффективного управления курсом судна, алгоритма оптимизации отладки элементов динамических систем и их применении для обучения судовых команд на автоматизированных тренажерных комплексах.

3. В разработке методики совершенствования управления технологическими операциями и техническими средствами судовых автоматических систем с использованием разработанных моделей и алгоритмов оптимизации автоматизированных энергетических комплексов.

Методы исследований. Исследования проводятся на основе современных положений теории управления и автоматизации технологических процессов, математического моделирования, моделей структурной диагностики, теории идентификации и параметрической оценки, общей теории систем, системного анализа и исследования операций, математического программирования с применением вычислительных сред. Методы, используемые в работе, также основаны на технологии создания информационного обеспечения для обработки эксперимента и параметрической оценки технологических операций элементов судовых энергетических комплексов, способах построения алгоритмов и машинных программ, организации и проведении вычислительного эксперимента, методах оптимизации в классе энергосберегающих систем.

Научная новизна результатов исследований содержится в следующих основных положениях:

1. В получении математических моделей и алгоритмов совершенствования и автоматизации использования топлива на судах с дизельными энергетическими установками, в способах поиска оптимальных решений по экономии топлива на судах.

2. Новизна содержится в предложенном алгоритме и программе для реализации метода инкрементального группового управления энергоемкими потребителями топливно-энергетических ресурсов на судах с целью уменьшения стоимости генерируемой энергии и минимизации расхода топлива ДГА.

3. Научная новизна содержится в модели и генетическом алгоритме оптимизации технологических режимов судового энергетического комплекса с учётом изменения ситуации в рейсе, в способе определения экономичных режимов выполнения транспортной работы путём рационального использования резерва ходового времени до порта назначения.

4. Новыми являются модель совершенствования и автоматизации рабочих режимов судовых дизелей с многотопливными системами и алгоритм расчёта

экономичных режимов потребления топлива в энергетических системах с двигателями, оборудованными двухтопливными системами.

5. Научная новизна содержится в моделях и алгоритмах оценки влияния внешней среды на рабочие процессы СЭУ, а также в модели восстановления параметров расходных характеристик по точечным измерениям расхода топлива.

6. Новизной отличаются алгоритм энергоэффективного управления курсом судна, алгоритм оптимизации отладки элементов динамических систем и алгоритм кластеризации для оценки влияния внешних условий на потребление топлива в рейсе.

Апробация работы. Основные результаты диссертационных исследований докладывались на Ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и научных сотрудников ФГОУ ВПО «Морская Государственная Академия имени Адмирала Ф.Ф.Ушакова» в 2008, 2010 и 2011 годах, а также на Международной научно-технической конференции «Надежность машин», г. Орел, ГАУ, 2004г.

Публикации. Основные положения диссертационных исследований опубликованы в 17 печатных работах автора, приведённых в библиографическом списке. В перечне трудов содержатся 3 работы, опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАК.

1. Модели и алгоритмы оптимизации использования топлива на судах с дизельными энергетическими установками

Автоматизация ресурсосберегающих и энергосберегающих технологий является одним из важнейших направлений научно-технологического прогресса на водном транспорте. Реализация этого направления на судах непосредственно определяет повышение качества технической эксплуатации и способствует росту показателей конкурентоспособности отечественного флота в рыночных условиях [36]. Для эффективной реализации фундаментальных положений повышения энергоэффективности объектов водного транспорта, определяемых совокупностью требований национального и международного законодательств, необходимы новые алгоритмы и модели, обеспечивающие оптимизацию технологических решений по выбору экономичных режимов работы энергетических комплексов в различных условиях эксплуатации. Ограниченные ресурсы природного сырья, устойчивый рост цен на нефть и нефтепродукты на мировом рынке приводят к необходимости увеличивать эффективность работы судов за счет широкого внедрения энергосберегающих технологий, использования оптимальных систем управления технологическими процессами по критерию минимума расхода топлива [44].

Построение моделей и синтез систем, реализующих энергосберегающие технологии на судах, связано с различными особенностями решений, определяемых условиями эксплуатации объектов - крупных потребителей топлива [53].

Для алгоритмического и программного обеспечения и реализации технологических операций по энергосбережению и экономии топлива предлагаются математические модели и алгоритмы, обеспечивающие получение наиболее совершенных, научно обоснованных решений в данной предметной области [52]. Ниже рассматриваются конкретные задачи рационального использования топлива и энергии на судах, базирующиеся на предложенных моделях и алгоритмическом обеспечении, разработанном на основе информационных и компьютерных технологий, численных методах оптимизации.

1.1. Повышение экономичности элементов судовых энергетических комплексов на основе компьютерных технологий и численных методов оптимизации технологических операций 1.1.1. Модель и алгоритм оптимизации расхода топлива при групповом управлении технологическими объектами с использованием инкрементальных характеристик Модель и алгоритм применимы для повышения энергоэффективности класса технологических объектов, преобразующих энергию топлива в другие виды энергии и являющихся крупными потребителями топлива. Допускается, что расходные характеристики объектов могут быть аппроксимированы полиномиальными функциями и, в частности, квадратичными полиномами [56]. К объектам, принадлежащим к данному классу, можно отнести ДГА судовых энергетических комплексов; электростанции буровых платформ, судов-земснарядов, плавучих кранов различного назначения; судовые паровые котлы; теплообменные установки для получения пара и др. Предполагается, что расход топлива ьым объектом данного класса является нелинейной функцией нагрузки, аппроксимируемой квадратичным полиномом:

^=а.Ь?+ЦЦ+С;, 1=1,2,...,п (1.1)

где: а), Ьь с; - постоянные коэффициенты полинома, - нагрузка ¿-го технологического объекта; - количество топлива, потребляемого ь-ым объектом на режиме, соответствующем нагрузке Ьь п - число технологических объектов в группе.

Групповое управление предусматривает параллельное подключение технологических объектов к сети, предназначенное для обеспечения спроса потребителей на энергоноситель вида причем

Ь=1Ц, 1=1,2,...,к (1.2)

¡=1

где: к < п - число параллельно работающих объектов в текущий момент;

Ь - спрос на энергоноситель, реализуемый с помощью энергетической сети.

Рассмотрим случай, когда в составе группы находятся объекты с различными расходными характеристиками. Задача управления формулируется следующим образом: минимизировать

путём вариации Li при соблюдении ограничения - равенства (1.2) и системы ограничений - неравенств вида

L. . < L. < L. , (1.4)

liriin 1 imax' v J

где: Lj m,n, Lj max - минимальное и максимальное предельные значения нагрузки i-ro

Заметим, что нагрузкой для различных объектов могут быть

соответствующие физические величины. Для парогенераторных агрегатов - это расход пара, генераторов электроэнергии - мощность (активная мощность), для отопительных котлов - расход энергоносителя определенной температуры, газоперекачивающих станций - расход газа, находящегося под давлением и т.п. Выходные координаты Б; могут относиться к одному виду топлива (мазут, дизельное топливо, газ, уголь, газоконденсат и т.д.), а при использовании различных сортов топлива - измеряться в условных топливных единицах для сохранения размерности Б критерия качества (1.3).

Для решения приведенной выше задачи совершенствования технологических операций энергосбережения могут использоваться различные методы и алгоритмы оптимизации, хорошо отработанный инструментарий компьютерных вычислительных сред [70]. Вместе с тем, учитывая вид полинома (1.1), для рассматриваемого класса объектов можно применить способ поиска оптимальных решений, основанный на построении инкрементальных характеристик потребления топлива.

Инкрементальные функции представляют собой зависимости

F=ZFi(L.),

i=l

(1.3)

объекта.

i'

i=l,2,...,n (1.5)

Используя технический приём, основанный на применении множителей Лагранжа, можно показать, что оптимальный режим при групповом управлении «п» объектами обеспечивается в том случае, если инкрементальные функции равны между собой. Иначе говоря, должно выполняться условие:

ац эц - 5ь„ (1'6)

при соблюдении ограничений (1.2) и (1.4).

Таким образом, вместо нелинейной задачи оптимизации можно предложить решение задачи линейного программирования в условиях ограничений, выбираемых по следующему алгоритму:

1. Для группы «к» объектов (к = 2, 3,..., п), параллельно работающих на сеть, определить расходные характеристики и аппроксимировать их квадратичными полиномами (1.1).

2. Согласно (1.5), получить инкрементальные функции с граничными условиями (1.4).

3. Записать минимальные и максимальные значения инкрементальных функций и выполнить их сортировку.

4. В порядке возрастания элементов вектора сортировки установить последовательность изменения нагрузки объектов как функции Б, согласно формуле (1.6).

5. Для установленной последовательности определить критерий качества Рор1(8), спрос на энергоноситель (нагрузку сети) Ц8), нагрузки технологических объектов 1^(8), Ь2(8), ... , Ьк(8) как функции инкрементального значения Б на интервале 8(т;п < < 8; .

6. Использовать полученные функциональные зависимости для группового управления объектами в реальном масштабе времени по схеме:

ЬБ-> (Ь,(8), Ь2(8), ... , Цф))

Функционирование алгоритма поясним на примере параллельной работы трех генераторных агрегатов электроэнергии. Расходные характеристики генераторов (п.1 алгоритма) зададим в виде трёх полиномов:

F, = 0.030L2 + 2Lj + 80 F2 =0.015L22 + 1.45Ц + 100 F3 =0.010L23 + 0.95L3 + 120

Инкрементальные функции (п.2) определим с помощью уравнений (1.5):

3F

S, = —L = 0.06L, + 2

Ci^j д¥

S, = —-2- = 0.03Ь9 + 1.45

2 дь2 2

S, = = 0.02L, + 0.95

3 эь3 3

Согласно (1.4), назначим граничные условия (максимальные и минимальные мощности генераторных агрегатов):

Limin = 0, Llmax = 50 кВт, L2min = 0, L2max = 70кВт, Ьзтт = 0, L3max = 80 кВт.

Максимальные и минимальные значения инкрементальных функций представим в виде вектора: R = [S3mjn S2min S,min S3max S2max Simax], который после выполнения операции сортировки равен

R = [0.95 1.45 2.00 2.55 3.55 5.00].

Для выполнения п.4 алгоритма произведём построение инкрементальных функций, представленных на рис. (1.1).

Последовательность изменения нагрузки группы объектов в зависимости от спроса определяется элементами вектора R. Согласно рис 1.1, при изменении инкремента на интервале 0.95 < S < 1.45 необходимо изменять только мощность третьего генератора. На интервале 1.45 < S < 2 должны работать на сеть второй и третий генераторы при соблюдении условия S2 = S3. На интервале 2 < S < 2.55 нагрузка должна распределяться между тремя генераторами, причём минимальному расхода топлива (минимуму критерия качества) будет соответствовать условие распределения: Si = S2 = S3.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Таранин, Александр Геннадьевич, 2013 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Басин A.M. «Ходкость и управляемость судов», М.: Транспорт, 1967 - 255с.

2. Башуров Б.П., Велиадзе Г.Т., Эксплуатационная надежность судовых вспомогательных механизмов. Учебное пособие. М: Мортехинформреклама, 1993.-197 с.

3. Бендерская E.H., Колесников Д.Н., Пахомова В.И. Функциональная диагностика систем управления. Учебное пособие. СПб: Государственный Технический Университет, 2000.-143 с.

4. Болотин В.В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций. / В.В. Болотин. -М. : Машиностроение, 1984.

5. Болотова Л.С., Любкин С.М., Резер B.C. Интеллектуальные информационные технологии (история и тенденции развития)/Директор информационной службы № 5, 2002. - с. 31-35.

6. Бондаренко Н.И. Методология системного подхода к решению проблем. СПб.: Издательство Петербургского университета экономики и финансов. 1997 г.- 383 с.

7. Булыгин Ю.И. Экспериментальное и компьютерное исследование рабочего процесса и токсичности тепловозных двигателей внутреннего сгорания. -Ростов Н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2006-145 с.

8. Васильев Б.В., Кофман Д.Н., Эренбург С.Г. Диагностирование технического состояния судовых дизелей. М. Транспорт, 1982 г. 144 с.

9. Веремей Е.И. и др. «Комплексное моделирование систем управления движением морских подвижных объектов», СПб.: НИИХимии СПбГУ, 2002 -370с.

10. Гаскаров Д.В., Мозгалевский A.B. Техническая диагностика. М., Высшая школа, 1975 г.

11. Глущенко В.В., Сахаров В.В., Сумеркин Ю.В. Моделирование и оптимизация динамических систем и электрических цепей в среде MatLAB. - СПб.: СПГУВК, 1998.-297с.

12. Гнедов Г.М. Судовые информационные устройства и испытательные системы./ Г.М. Гнедов, О.И. Янушевский.- Л.: Судостроение, 1977.

13. Голуб Е.С. Диагностирование судовых технических средств./ Е.С. Голуб, Е.З. Мадорский, Г.Ш. Розенберг. -М.: Транспорт, 1993.

14. Гончар Б.М. Численное моделирование рабочего процесса дизелей -Энергомашиностроение, 1968, №7,с. 34-35

15. ГОСТ РВ 8.573 - 2000 ГСИ. Метрологическая экспертиза образцов ВВТ.

16. Грановский В.А., Сирая Т.Н. Методы обработки экспериментальных данных при измерениях. JL: Энергоатомиздат, 1990. - 288 с.

17. Грицай J1.JL, Горбунов В.Ф., Калугин В.Н., Левин Б.М. Диагностические параметры главных малооборотных дизелей. - Тр. ЦНИИМФ, 1973, вып. 174.-с.3-19.

18. Губин И. В., Евсюков А. А. , Лебедев С. И. Дискретный наблюдатель для системы управления судном на курсе.

19. Губин И. В., Куликов С. А., Лебедев С. И. Рекурсивная оценка измеряемых сигналов.

20. Дьяконов В.П. Вейвлеты. От теории к практике. М.: СОЛОН-Р, 2002.-448с.

21. Дьяконов В., Абраменкова И. MATLAB. Обработка сигналов и изображений. Специальный справочник. - Спб: Питер, 2002.- 608 с.

22. Ефремов Л.В. Методы и средства технической диагностики судовых технических средств, ЭКИНАС, серия Эксплуатация флота. Судостроение. М. 6ой выпуск, 1992.

23. Захаров Г.А. О критериях выбора точности контроля судовых технических средств./ Г.А. Захаров.- Судостроение, 1982. № 10, с. 24 - 27.

24. Иванченко H.H., Красовский О.Г., Соколов С.С. Высокий наддув дизелей. -Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1983.-198с.

25. Калугин В.Ф., Хачумов В.М. Непрерывная диагностика дизельного оборудования на основе интеллектуального анализа графиков рабочих характеристик. «Системы проектирования, технологической подготовки

производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта CAD/CAM/PDM- 2005». М: ИПУ РАН, 2005,- 47 с.

26. Калявин В. П. Основы теории надежности и диагностики. Учебник. Спб.:Элмор, 1998.-172 с.

27. Камкин C.B., Возницкий И.В., Шмелев В.П. Эксплуатация судовых дизелей. M.: Транспорт, 1990.-344 с.

28. Камкин C.B., Лемещенко А.Л., Пунда A.C. Повышение экономичности судовых дизелей. СПб.: Судостроение, 1992.-176 с.

29. Карпов Л.Н., Титов Е.А. Выбор объема контролируемых параметров судового дизеля для безразборной диагностики его технического состояния. - Тр. ЦНИИМФ, 1973, вып. 174, с. 19-40.

30. Кендэл М. Ранговые корреляции. - М.: Статистика, 1975. - 348 с.

31. Ким Дж. О., Мьюллер Ч.У., Клекка У.Р. и др. Факторный, дискриминантный и кластерный анализ. Пер.с англ./Под ред. Ендюкова И.С.М.: Финансы и статистика, 1989.-215 с.

32. Климов E.H., Попов С.А., Сахаров В.В. Идентификация и диагностика судовых технических систем. Л. Судостроение, 1978 г., с. 176.

33. Климов E.H. Основы технической диагностики судовых энергетических установок. М. Транспорт. 1980 г.

34. Климов E.H. Управление техническим состоянием судовой техники. М.: Транспорт, 1985. - 198с.

35. Климов E.H. Моделирование и прогнозирование технического состояния судовых дизельных энергетических установок (методология и теория). Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук, ЛИВТ, 1984.-44с.

36. Клюев В.В. Технические средства диагностирования. М. Машиностроение, 1989 г.-627 с.

37. Клюев В.В., Пархоменко П.П. (ред.) Надежность и эффективность в технике. Справочник в 10-ти томах. Т. 9. Техническая диагностика. М.: Машиностроение, 1987. -351 с.

38. Козлов A.B. Пути повышения эффективности управления судовыми энергетическими процессами. СПб.: Судостроение, 2002.-194 с.

39. Королев В.И., Голубев П.В., Губин И.В. Кластерный анализ в системном диагностировании расхода топлива. Труды Института системного анализа Российской академии наук (ИСА РАН). Динамика неоднородных систем. Т. 29(1), Вып.11.-М.: Издательство ЛКИ, 2007, с. 237-245.

40. Королев В. И., Губин И. В., Лебедев С. И. Оптимизация выпуска продукции фирмы на основе модели геометрического программирования.

41. Королев В.И., Губин В.И., Голубев П.В., Лебедев С.И.. Оптимизация режимов движения судна по критерию расхода топлива в рейсе.

42. Королев В. И., Голубев П. В., Губин И. В. Кластерная модель функционального диагностирования расхода топлива в рейсе.

43. Кузнецов С.Е., Филев B.C. Основы технической эксплуатации судового электрооборудования и автоматики. СПб.: Судостроение, 1995. - 448 с.

44. Кулибанов Ю.М., Малый П.А., Сахаров В.В. «Экономичные режимы работы судовых энергетических установок», М.: Транспорт, 1987 - 205с.

45. Моек Е., Штрихкерт X. Техническая диагностика судовых машин и механизмов. Пер. с нем. Л.: Судостроение, 1986.-232 с.

46. Мозгалевский A.B., Калявин В.П. «Системы диагностирования судового оборудования», Л.: Судостроение, 1987. - 221с.

47. Никитин A.M. Управление технической эксплуатацией судов. Часть 1: Основы технической эксплуатации судов.Учебник, Спб.: Белл, 2004.-188 с.

48. Овсянников М.К., Петухов В.А. Дизели в пропульсивном комплексе морских судов. Л.: Судостроение, 1987. - 255 с.

49. Петров Ю.П. «Оптимальные регуляторы судовых силовых установок (теоретические основы)», Л.: изд. «Судостроение», 1966- 120с.

50. Попов С.А., Трифанов В.Н., Францев Р.Э. Информационная компьютерная технология как средство реализации системных принципов / Сб. науч. тр. «Информационные технологии на транспорте». - СПб: СПГУВК, 1996. С.112 - 119.

51. Портнягин H.H., Пюкке Г.А. Теория, методы и эксперименты решения задач диагностики судовых электрических средств автоматизации. СПб.: Судостроение, 2004.- 161 с.

52. Потемкин В.Г. MATLAB: Справочное пособие. М.: Диалог - МИФИ, 1998. -348 с.

53. Пунда A.C. Численное моделирование рабочих процессов судовых дизелей. М.: Мортехинформреклама, 1995. - 64 с.

54. Реклейтис Г., Ревиндран А., Рэгедел К. Оптимизация в технике. В 2-х кн./ Пер. с англ. М.: Мир, 1986.-320 с.

55. Самойленко А.Ю. Влияние индикаторного канала на результаты индицирования судового дизеля. Транспортное дело России. Спецвыпуск. Проблемы водного транспорта Российской Федерации. М.,2003.-с.30-33.

56. Самойленко А.Ю. Определение показателей рабочего процесса дизеля на основе спектрального анализа индикаторной диаграммы.

57. Сыромятников В.Ф. Автоматика как средство диагностики на морских судах. JL: Судостроение, 1979.- 312 с.

58. В.Н. Темнов. Метрологическое исследование корабельных энергетических установок. ВМИИ. Санкт - Петербург, 2007.- 323 с.

59. Францев И.Р. Моделирование процессов технического обслуживания судовых технических средств с использованием структурных матриц. В сб. научных трудов «Управление транспортными системами». СПб.: СПГУВК, 1997, с. 114-124.

60. Францев И.Р. Управление техническим обеспечением судов (модели, структуры, оценки). СПб.: «Политехника», 2003. - 218 с.

61. Францев Р.Э. Автоматическое управление и контроль корабельных газотурбинных и дизель-газотурбинных энергетических установок. - Л.: ВМФ, 1991.-375с.

62. Целемецкий В.А. Основы технической системологии, 4.1, СПб.: СПГУВК, 1996,2000,- 92 с.

63. Электронный учебник «Аналитические технологии для прогнозирования и анализа данных», Нейро Проект, www.neuroproiect.ru

64. Марченко А.П., Шеховцов А.Ф. Двигуни внутрь! шнього згоряния: Cepifl пщручниюв у 6 томах. Т.З. Комп ' ютерш системи керувания ДВЗ. Харюв: Видавн. Центр НТУ «ХПГ», 2004.

65. Atkinson А.С., Donev A.N. Optimum Experimental Design. Oxford Science Publications, 1992.

66. Berkhin Pavel. Survey of clustering data mining techniques. Accrue Software Inc., 2002.-56 p.

67. CASE A. F. Ir. Information Systems development: principle of computer - aided Software engineering - Practice Hall, New Jersey, 1984, 230 pp.

68. Marques de Sa J.P. Pattern recognition: Concepts, methods and applications. Springer, 2001.- 3p.

69. Principe J. C., Euliano N.R., Lefebvre W.C. Neural and adaptive systems: Fundamentals through simulations. John Wiley& Sons, 2000.-656 p.

70. Zade L.A. Outline of a new approach to the analysis of complex systems and decision processes. - Trans. Syst., Man, Cybern. Vol. SMC - 3, 1973.

71. Wendy L. Martinez, Angel R. Martinez. Computational statistical handbook with MATLAB. Chapman&Hall/CRC,2002.-573 p.

Публикации автора диссертации. В изданиях, рекомендованных ВАК:

72. Таранин А.Г. Параметрическая настройка ПИД - регуляторов частоты вращения судовых дизелей средствами MATLAB. «Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С.О. Макарова». Вып.2, 2013, с. 52-62.

73. Таранин А.Г., Андрианов Е.Н., Сахаров В.В. Модальный метод параметрического демпфирования динамической системы. «Журнал университета водных коммуникаций», выпуск IV (XVI), 2012, с. 56-66.

74. Таранин А.Г., Андрианов Е.Н., Сахаров В.В. Диагностирование рабочего процесса судового дизеля по эталонным моделям с применением вейвлетов. «Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С.О. Макарова». Вып. 3 ,

2013, с. 39-46.

75. Таранин А.Г., Сахаров В.В., Чертков А.А. Алгоритм энергоэффективного управления курсом судна. «Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С.О. Макарова». Вып. 3 , 2013, с. 4754.

В других изданиях:

76Таранин А.Г., Халилов Н.А. Расчёт износа тронка поршня. Сборник материалов Международной научно-технической конференции «Надёжность и ремонт машин». (Том 1). г.Орел. ГАУ, 2004. - с. 14ч-16.

76. Таранин А.Г., Халилов Н.А. Методика расчёта износа канавок поршней. Сборник материалов Международной научно-технической конференции «Надёжность и ремонт машин». (Том 1). г.Орел. ГАУ, 2004.-с.97^-101.

77. Таранин А.Г., Халилов Н.А. Методика оценки технического состояния цилиндровой втулки ДВС. Сборник материалов Международной научно-технической конференции «Надёжность и ремонт машин». (Том 3). г.Орел. ГАУ, 2004. -с.20-5-23.

78. Таранин А.Г., Халилов Н.А. Методика оценки технического состояния поршневых колец ДВС. Сборник материалов Международной научно-технической конференции «Надёжность и ремонт машин». (Том 3). г.Орел. ГАУ, 2004. - с.93-96.

79. Таранин А.Г. Open type indicator diagram treatment, preparation for calculation and mip-calculation for the engines without indicator drivers. Сборник материалов Международной научно-технической конференции «Надёжность и ремонт машин». (Том 3). г.Орел. ГАУ, 2004. - с.76ч-81.

80. Таранин А.Г. Determination of engine condition by performance data and indicator diagrams by the way of comparison with engine shop trial test results. Сборник материалов Международной научно-технической конференции «Надёжность и ремонт машин». (Том 1). г.Орел. ГАУ, 2004. - с.59ч-64.

81. Таранин А.Г. Determination of ТС condition by performance data and indicator diagrams by the way of comparison with engine shop trial test results. Сборник материалов Международной научно-технической конференции «Надёжность и ремонт машин». (Том 1). г.Орел. ГАУ, 2004. - с.65-^70.

82. Таранин А.Г. Crankshaft mate elements and parts dimensions calculation method for the diesel engines after it damages and rehabilitation by grinding or machining to undersize dimensions. Сборник материалов Международной научно-технической конференции «Надёжность и ремонт машин». (Том 3). г.Орел. ГАУ,2004. - С.7СМ-75.

83. Таранин А.Г. Метод расчёта сопряжённых деталей и узлов коленчатого вала для ДВС после повреждения и восстановления шеек протачиванием под ремонтные размеры. «Тяжёлое машиностроение» г.Москва. 2006. - с.37-^-39.

84. Таранин А.Г. Выбор режима работы двигателя по условиям ограничения нагрузки при обрастании корпуса судна и при отключении одного цилиндра (методическое пособие). ФГОУ ВПО «Морская Государственная Академия имени Адмирала Ф.Ф.Ушакова». Кафедра «Ремонт судовых машин и механизмов» г.Новороссийск, 2008.

85. Таранин А.Г. Судовая документация (методическое пособие). ФГОУ ВПО «Морская Государственная Академия имени Адмирала Ф.Ф. Ушакова». Кафедра «Ремонт судовых машин и механизмов» г.Новороссийск, 2008.

86. Таранин А.Г., Середа М.П., Зеленков С.Г. Тепловые аппараты судовых энергетических установок, (учебное пособие). ФГОУ ВПО «Морская Государственная Академия имени адмирала Ф.Ф.Ушакова». Кафедра «Эксплуатация судовых механических установок»г.Новороссийск, 2011.-210с.

87. Таранин А.Г., Королёв В.И. Тренажёрная подготовка вахтенных механиков с использованием тренажёра машинного отделения. Часть 1. Training of engineers on watch with usage of the engine room simulator. Part 1. (учебное пособие). ФГОУ ВПО «Морская Государственная Академия имени адмирала Ф.Ф.Ушакова». Кафедра «Ремонт судовых машин и механизмов» г.Новороссийск, 2010. - 288 с.

88. Таранин А.Г., Королёв В.И. Тренажёрная подготовка вахтенных механиков с использованием тренажёра машинного отделения. Часть 2. Training of engineers on watch with usage of the engine room simulator. Part 2. (учебное пособие). ФГОУ ВПО «Морская Государственная Академия имени адмирала

Ф.Ф.Ушакова». Кафедра «Ремонт судовых машин и механизмов» г.Новороссийск, 2010. - 308 с.

89. Таранин А.Г., Королёв В.И. Безвахтенное обслуживание судовой энергетической установки. Часть 1. Unattended machine service of a ship's power plant. Part 1. (учебное пособие). ФГОУ ВПО «Морская Государственная Академия имени адмирала Ф.Ф.Ушакова». Кафедра «Ремонт судовых машин и механизмов» г.Новороссийск, 2011. - 244 с.

90. Таранин А.Г., Королёв В.И. Безвахтенное обслуживаниесудовой энергетической установки. Часть 2. Unattended machine service of a ship's power plant. Part 2. (учебное пособие). ФГОУ ВПО «Морская Государственная Академия имени адмирала Ф.Ф.Ушакова». Кафедра «Ремонт судовых машин и механизмов» г.Новороссийск, 2011. - 224 с.

91. Таранин А.Г., Башуров Б.П., Силин Д.В. Судовые энергетические установки, (учебное пособие). ФГБОУ ВПО «Государственный Морской Университет имени адмирала Ф.Ф.Ушакова». Кафедра «Эксплуатация судовых механических установок» г.Новороссийск, 2012. - 146 с.

ПРИЛОЖЕНИЯ к диссертации Таранина Александра Геннадьевича

МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ ОПТИМИЗАЦИИ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ АВТОМАТИЗАЦИИ СУДОВЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ

/со

ПРОГРАММА ДЛЯ РАСЧЕТА ОПТИМАЛЬНЫХ (ПО РАСХОДУ ТОПЛИВА) РЕЖИМОВ ДГА

% Программа для расчета оптимальных (по расходу топлива) режимов ДГА delt=10;La=[0 0 0]р^Ь=[50 70 80]; Ll=La(l):delt:Lb(l)^2=La(2):delt:Lb(2)^3=La(3):delt:Lb(3) % Производные

dFl=2*0.03*Ll+2; dF2=2*0.015*L2+1.45; dF3=2*0.01*L3+0.95;

plot (L3,dF3, rk'TL2,dF2, V,LI,dFl, k'), grid

х1аЬе1('Мощносгь reHeparopoB^cBf)

ylabelCdFl, dF2, dF3')

text(15,3.3, 'dFl')

text(453-2, 'dF2')

text(55,2.3, 'dF3')

pause

a=[min(dFl) min(dF2) min (dF3) ] ;b= [max (dFl) max(dF2) max(dF3)]; [rJ]=sort([ab]);

p\=V (2*0.03); p2=l/ (2*0.015) ;рЗ=1/ (2*0.01) ;Sl=min(a) ;Su=max(b); pa=[pl p2 p3]; [nJ]=sort (a); p^pa(J);

fors=Sl:0.01:Su; ifs<r(2)

Lx=p(l)* (s-r(l)); L=[L Lx] ;L1=[L1 Lx]; L2=\L2 p(2)*0]; L3=[L3 p(3)*0]; elseif(s>=r (2)) &(s<=r (3))

Lx=p(l)*(s-r(l))+p(2)*(s-r(2)); L-\Ll Lx]; L1=[L1 p(l)* Ml)) ]; L2-[L2 p (2) * (s-r (2)} ]; L3= (L3 ,p (3) *0]; elseif (s>r(3) )&(s<=r(4))

Lx=p(l)*(s-r(l»+-p(2)*(s-r(2)>4p(3)*(s-r(3)); L=\L Lx] ; L1=|L1 p(l)*(s-r(l ))];L2=[L2 p (2) * (s-r (2) ) ] ;L3= (L3 p (3) * (s-r (3) ) ] ; elseif (s>r (4) )&(s<=r(5)

Lx=p(l)*(r(4)-r( 1 ))+-p(2)*(s-r(2))+-p(3)*(s-r(3)); L=[L Lx] ; L1=[L1 p(l)*(i<4Kl))];L2=[L2 p (2) * (s-r (2) ) ] ;L3= [L3 p (3) * (s-r (3) ) ] ; elseif (s>r (5) ) & (s<=r (6) )

Lx=p(l)*(r(4)-r(l))+-p(2)*(r(5)-i(2))+p(3)*(s-r(3)); L=[L Lx] ; L1=[L1 pO)*(i<4Kl ))];L2=[L2 p (2) * (r (5) -r (2) ) ] ;L3= \L3 p (3) * (s-r (3) ) ] ; else end

L;L1;L2;L3; end

v=r (l):0.01:r(6);

Fl=0.01* (Ll.A2)f0.95*Ll+120;F2=0.015* (L2. л2 )+l. 45*L2+100 ; F3=0.03*(L3.A2)+2*L3+80;Fopt=Fl+F2+F3;SS=[Fopt;Ll;L2;L3^;v] plot (v, L, Y ,v,Ll, 'k', v,L2, V, vJL3, 'к', v, Fopt. *0.3, V ), grid ylabel ( 'Fopt Нафузка : L, LI, L2, L3, кВт ') xlabel ( "Инкремент, S ' )

text(2.35,182,'0.3xFopt')

1ех1(3.70,185,Ъ')

text(3.75,87/L3')

1ех1(3.75,63,Ъ2')

text(3.12^5,Ll')

ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СУДОВЫХ ДВС ПО ЭКСПЛУАТАЦИОННЫПАРАМЕТРАМ И ОБРАЗЦОВЫМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ СТЕНДОВЫХ

ИСПЫТАНИЙ 1. Описание двигателя:

a) Двигатель установлен в качестве ГД на нефтеналивном судне дедвейтом 66881 р.т. с построечной скоростью в грузу 15,68 узла при номинальных оборотах двигателя nN0M = 97% пмах = 98,9 об/мин.

b) Завод - изготовитель: MITSUI Engineering and shipbuilding Co.,

c) Тип двигателя: MITSUI - B&W 6L80GFCA.

d) Двигатель №: 2379; год изготовления 1980.

e) Двигатель: двухтактный, с охлаждаемым наддувом, длинноходовой, малооборотный, крейцкопфный:

- число цилиндров: i = 6;

-диаметр цилиндра: D = 80 см = 0,8 мтр;

- ход поршня: S = 195 см = 1, 95 мтр; -тактность двигателя: m = 1;

- максимальные обороты (обороты при максимальной эксплуатационной мощности MCR): п = 102 об/мин;

- средне - индикаторное давления при максимальной эксплуатационной мощности MCR: PMi =13,1 кг/см2;

- средне - эффективное давление при максимальной эксплуатационной мощности MCR: РМе ~ 12,14 кг/см2;

- постоянная цилиндра:

LTD.

к = 1,745 • В2 ■ Б ■ ш = 1,745- 0,82 -1,95 • 1 = 2,17776.

- максимальная индикаторная эксплуатационная мощность: Nn.ro = к • Рмг 1 ' п = 2,17776- 13,1 ■ 6 ■ 102 = 17460 и.л.с.

- максимальная эффективная эксплуатационная мощность: ЫЕРР = к • РМЕ ' I • п = 2,17776- 12,14 • 6 • 102 = 16180 э.л.с.

- механический КПД при максимальной эксплуатационной мощности МСЯ:

Лмес = Н.,: • 100% = 92,7%

NIND

- давление механических потерь при максимальной эксплуатационной мощности МСЯ:

Рмес= Рм1 - РМЕ = 13,1 - 12,14 = 0,96 кг/см2.

- мощность механических потерь при максимальной эксплуатационной мощности МСЯ:

^ЕС = N^0 - ЫЕРР = 17460 - 16180 = 1280 л.с.

2. Топливо, используемое во время стендовых испытаний:

a) Топливо: Дизельное.

b) Плотность при 15°С: роо'5 = 0,8572 кг/лтр.

c) Вязкость при 50°С: у005° = 3,19 сСт.

(I) Содержание серы: Б = 0,39% = 0,0039 кг/кг. е) Низшая теплотворная способность: ЬСУ00= 12900 - (70,95-8 + 3162-р,5) =

= 12900 - (70,95-0,39 + 3162-0,8572) = 10161 ккал/кг.

или по формуле Менделеева:

LCVdo= 8100-С + 24600-Н - 2600-0 + 2600-S - 600-W =

= 8100-0,863+24600-0,1268-2600-0,0050+2600-0,0039-600-0,002= = 10133 ккал/кг.

где: Элементарный состав топлива:

С = 0,863 кг/кг - содержание углерода;

Н = 0,1268 кг/кг - содержание водорода;

О = 0,005 кг/кг - содержание кислорода;

S = 0,0039 кг/кг - содержание серы;

W = 0,0001 кг/кг - содержание воды.

3. Описание режимов работы ГД:

Индицирование ГД с записью параметров работы ГД в целом и обслуживающих его систем (ME PERFORMANCE DATA) проводилось в течение 7-ми месяцев с апреля по октябрь 2005 года.

Методика безразборной диагностики технического состояния двигателя выполнена на примерах режима № 1 (индицирование от 15/04/05), и режима № 2 (индицирование от 18/08/05), а также приведена в таблице № 1. Оценка технического состояния ГД для режимов №№ 3-^5 приведена в таблицах №№ 2 -ь 3, с последующими выводами по техническому состоянию топливной аппаратуры, цилиндро-поршневой группы и системы турбонаддува.

4. Алгоритм расчёта площадей индикаторных диаграмм.

В условиях перехода на нефтеналивном судне, когда судно имеет скорость 13 ч- 14 узла и повышенную вибрацию особенно в балластном переходе, процесс обработки индикаторных диаграмм с помощью планиметра представляется более сложным чем на других типах судов, т.к. погрешность измерения площади диаграмм планиметром составляет 10 мм (одно деление на шкале планиметра). Погрешность измерения в 10 мм может привести к погрешности вычисления средне-индикаторного давления до 7%, как например для режима № 1 (цил. № 3):

^з ^ 644,116 2

РМ1 =--— =-= 10,15 кг/см .

М1 Ь 93,7-0,67749

где: Бз' = 644,116 мм2 - площадь индикаторной диаграммы 3-го

цилиндра 1 -го режима.

Ь = 93,7 мм - длина индикаторной диаграммы.

ш8 = 0,67749 мм/кг/см - масштаб пружины индикатора.

_3. ^-10 644,166-10 ооа , 2

РЛ, = —-=-= 9,99 кг/см

М1 Ь -пь 93,7-0,67749

^+10 644,166+10 2

Рш = —-=-= 10,3 кг/см

ш Ь -шч 93,7-0,67749

р3 — р3 1 0 3 — 9 99

др о/о= ГМ1 М1 .!00о/о= .!00о/о = з ! о/0

Рм, 9.99

Учитывая тот факт, что по ПТЭ судовых ДВС отклонения средне-индикаторных давлений цилиндров от их среднего значения не должны превышать ± 2,5%, погрешность вычисления средне-

индикаторного давления в 3.1 % является неудовлетворительной для принятия решения по регулировке топливной аппаратуры. Поэтому индикаторные диаграммы всех цилиндров на исследуемых режимах были обработаны с помощью ПК в программе WINDOWS 2003 -EXEL.

Площади индикаторных диаграмм были рассчитаны методом интегрирования (методом площадей прямоугольников или трапеций).

Для чего сканированные индикаторные диаграммы уже с расчерченными горизонтальными и вертикальными шкалами определённой длины совмещались с заранее выстроенными графиками тех же длин и высот в программе EXEL, и методом подбора численных значений в ячейках программы линии индикаторных диаграмм совмещались с линиями графиков той же программы (рис. 1).

Интегральный метод определения площади диаграммы

Горизонтальная шкала диаграммы выстраивалась с шагом 1 мм, а длины высот каждой точки диаграммы снимались для каждого шага

соответственно. Площадь диаграммы определялась по формуле: (рис. 1)

S = 0,5 • Yl- Х1+ 0,5 • (Y1+ Y2) ■ Х2 + 0,5 • (Y2 + Y3) • ХЗ + + 0,5 • (Y3 + Y4) • Х4 + 0,5 - (Y4 +Y5) ■ Х5 + 0,5 • (Y5 + Y6) ■ Х6

+ 0,5 • (Y6 + Y7) ■ Х7 + 0,5 ■ (Y7 + Y8) ■ Х8 + 0,5 • (Y8 + Y9) ■ Х9

+ 0,5 • (У9 + У10) • Х10 + 0,5 • (У10 + У11) ■ XI1 +

+ 0,5 ■ (VI1 + У12) • Х12 + 0,5 • (У12 + У13) ■ Х13 +

+ 0,5 • (У13 + У14) • Х14 + 0,5 ■ (У14 + У15) • Х15 + 0,5 • У15 ■ Х16.

Если: ХЗ = Х4 = Х5 = Х6 = XI = XI5 = XI6 = X, следовательно:

в = 0,5 ■ У1 • (Х1+ Х2) + 0,5 • У2 ■ (Х2 + X) + (УЗ + У4 + У5 + У6 + У7 + +У8 +У9 +У10 +У11 + У12 + У13 + У14 +У15) • X

5. Методика диагностирования технического состояния двигателя 6Ь800ГСА.

Режим 1. (Индицирование ГД от 15.04.05.)

Первоначальные условия: Обороты ГД-ля - пЕм0 = 88,46 грт

1) Определяем скорость судна при заданных действительных оборотах ГД и загрузке судна (рис 2). (SHIPS SPEED BY ENGINE):

+

+

(об/мин).

Загрузка судна SH.LOAD = 63,54 %.

Sh.l.= 63,54% VENG= 15,00 узлов.

2) Определяем действительную скорость судна: Vbo = 15,31 узлов.

3) Определяем проскальзывание винта SLIP (характеризующее сопротивление корпусу судна):

Slip = Vrng-VRO ' 100 % = 15,00-15,31 • 100 % = - 2,1 %.

VENG 15,00

Вывод: В определении проскальзывания винта Slip знак « -» означает, что судно имеет действительную скорость большую, чем должно было бы иметь при заданных оборотах двигателя. Увеличение скорости судна произошло из-за уменьшения сопротивления корпуса судна ввиду благоприятных погодных условий (попутный ветер), благоприятного района плавания (попутное течение), или при прочих равных погодных условиях ввиду снижения загрузки судна (судно в балласте или имеет долевую загрузку < 100%).

Зависимость скорости судна от загрузки судна и оборотов ГД

16,5

16

155

0 ш ш

CL

(Л

о.

1

со

14,5

14

13,5

13

* j____j__:___* • • „ '_________ . ' ix.

snir UIOrLMOtlVICIN 1 - USH (M UNb) 4UJ/1 .— i

i i ь Xi i i

-T

.X •л 1 1 1 ^

П I 1 1 -

XX L- X III

X r^ 1 -'i—i—-i Jl Л - И in 1 X

^ i 1 I r^ Xi

1 Xu IX i 1 1 X" 1 1

/ X 1 i 1 XI I .1 LX

1 lL^r 1яя i 1

I I , r X -

/ - >- itx

> - - - x

1 -

/ 1 -

/

У -

- 1 с ,с 0 у 1

- 7 1 i i 1

7 У 1 | 1 1 l 1 -

/, I 1 - 1 1 ! Г I 1

/ i 1 i - L J_i_ i i

✓ / i - 1 1

/ - 1/ 1 i 1 i 1 1 1 i i 1

/ ✓ / 1 - 1 1

s > 1 1

/ 1 l

/ 1 / 1

/ i

/ - _L T

- 1 1 1 l 1

/ /1 1 1 1 Г

I 1 i 1

1 1 - 1 1 1 i 1

1 1 i 1 1 1 1 1 1 _ J_J _LL

✓ / 1 1 , 1 m i i i

i i - ■ ' i i ' i , и

1 / 1 \ 1 я 8 4 R 1 I i i им ii 1 1 1 1 1 1 1 !

80

85

90 95 100

ENGINE SPEED - nENG (RPM) Рис.2

105

110