Повышение эффективности технической эксплуатации судового среднеоборотного двигателя путем совершенствования системы воздухоснабжения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.08.05, кандидат технических наук Петренко, Михаил Викторович

• Петренко, Михаил Викторович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Петренко, Михаил Викторович

Ф Список сокращений.

Введение.

Глава 1. Анализ проблем технической эксплуатации турбонаддувочных агрегатов судовых двигателей. Постановка задач исследования.

Проблемы технической эксплуатации турбонаддувочных агрегатов судовых двигателей

1.2. Современное состояние исследований тепло технических и виброакустических характеристик турбонаддувочных агрегатов судовых двигателей.

1.3. Цель и постановка задач исследования.

Глава 2. Объекты и методики исследований элементов системы воздухоснабжения на двигателе в судовых условиях.

2.1. Главные двигатели и энергетическая установка танкеров типа "И. Эренбург".

2.2. Система воздухоснабжения главных двигателей танкеров типа "И. Эренбург".

2.3. Методика определения теплотехнических ^ параметров турбонаддувочных агрегатов и двигателя.

2.4. Методика исследования вибрационных характеристик турбонаддувочного агрегата и судового двигателя в условиях эксплуатации.

2.5. Методика когерентной обработки вибрационных измерений и определения динамических характеристик системы воздухоснабжения двигателя.

Глава 3. Анализ отказов и неисправностей , исследование теплотехнических и виброакустических характе {0 ристик турбонаддувочного агрегата УТК 304 двигателя 6РС 2 - 6/2Ь400Е при эксплуатации на танкерах типа "И. Эренбург".

3.1 .Анализ отказов и неисправностей турбонаддувоч ных агрегатов УТЮ04-11 главных двигателей всей серии танкеров типа " И.Эренбург".

3.2. Исследование теплотехнических характеристик турбонаддувочного агрегата УТИ. 304 - 11.

3.3. Результаты когерентной обработки вибрацион ных измерений и определения динамических характеристик элементов системы воздухоснаб жения.

4 3.4. Исследование вибрационных характеристик элементов системы воздухоснабжения.

3.5. Выводы по главе.

Глава 4. Расчетное исследование влияния конструктив ных параметров элементов системы воздухо снабжения главных двигателей судов типа " И.Эренбург" на виброакустические характе ристики.

4.1. Уравнения вынужденных колебаний системы " турбонаддувочный агрегат - фундамент турбонад дувочного агрегата - воздушный трубопровод".

4.2. Расчет влияния конструктивных параметров системы «турбонаддувочный агрегат - фундамент турбонаддувочного агрегата - воздушный трубо ф провод» на виброакустические характеристики этой системы.

4.3.Сравнение уровней вибрации вариантов систем воздухоснабжения на частоте пульсации давления в системе воздухоснабжения и выводы по главе.

Глава 5. Повышение эффективности технической эксплуатации двигателя 6РС 2- 6/2L 400Е танкеров типа "И.Эренбург " путем совершенствования системы воздухоснабжения.

5.1. Улучшение эксплуатационной надежности двигателя путем замены штатного турбонадцувочного агрегата т/х " Хирург Вишневский " турбонаддувочным агрегатом типа ТК 35 В-08М.

5.2. Анализ эффективности замены штатного турбонадцувочного агрегата на ТК 35В-08М при работе его совместно с двигателем

6 PC2-6/2L400E.

5.3. Повышение эффективности эксплуатации двигателя за счет конструктивных изменений системы воздухоснабжения.

5.4. Выводы по главе:.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности технической эксплуатации судового среднеоборотного двигателя путем совершенствования системы воздухоснабжения»

В настоящее время в состав энергетических установок большинства судов промыслового и морского флота в качестве главных и вспомогательных двигателей применяются дизели с наддувом. Для организации наддува двигателя служит система воздухоснабжения в которую входят следующие элементы: турбонаддувочный агрегат, его фундамент, воздушный трубопровод, компенсаторы, воздухоохладитель. Система воздухоснабжения двигателя является органической частью двигателя. Ее эффективность и надежность во многом определяет технико-экономические показатели двигателя. В свою очередь на характеристики системы воздухоснабжения двигателя влияют: состояние двигателя и особенности его рабочих процессов; режимы эксплуатации двигателя; его расположение в машинном отделении; конструктивное оформление (расположение) газовыпускной системы и воздушного трубопровода; конструкции фундамента и собственно самого ТНА и множества других факторов.

Анализ результатов эксплуатации систем воздухоснабжения судовых двигателей показывает , что на долю ее элементов приходится значительная часть отказов . Наши выводы подтверждают исследования других авторов.

Так в докладе на конференции С1МАС 2001 сообщается о незапланированных простоях в работе судовых двигателей из - за большого количества отказов ТНА. Устранение этих отказов является составной частью оптимизации эксплутационных расходов . Отмечается , что много претензий относится к конструктивному исполнению элементов системы воздухоснабжения двигателя.

В условиях , когда отказы ТНА, например, главных двигателей серии судов привели к значительным затратам судовладельца ( на ремонт ТНА, потери ходового времени судна и т.д.) задачи решаемые в диссертации актуальны.

Диссертационная работа включает расчетное и экспериментальное исследование вопросов совершенствования технической эксплуатации среднеоборотных главных двигателей за счет улучшения характеристик системы воздухоснабжения. На танкерах типа " И.Эренбург" ,в натурных условиях, проведена серия теплотехнических и вибрационных экспериментальных исследований системы воздухоснабжения главных двигателей.

Исследования проводились автором на судах ОАО " Новороссийское морское пароходство Результаты работы внедрены в виде модернизации системы воздухоснабжения главных двигателей серии танкеров типа "И.Эренбург" ОАО " Новороссийское морское пароходство ". Примененные в работе подход к проблеме и методики могут быть применены и для других типов судовых технических средств. Как показал опыт эксплуатации энергетических установок (два среднеоборотных главных двигателя 6 РС 2-6/2 Ь 400 Е (6ЧН 40/46 - 1 фирмы Пилстик , Югославия) теплоходов типа " И.Эренбург", наименее надежным элементом установки является ТНА УТЯ 304 - 11 главных двигателей. Выполненные исследования показали : отказы происходят на всех теплоходах этой серии

Вибрационные измерения системы воздухоснабжения двигателей, выполненные в условиях эксплуатации, показали, что на фундаменте ТНА ( консольно расположенном в кормовой части дизеля ) и на самом ТНА уровни виброскорости в диапазоне частот 20 — 50 Гц имеют значения , превышающие нормы, установленные Регистром судоходства РФ [32], РД 31. 20. 50 - 87 [20,11] и 180 2372, в связи с чем были высказаны предположения , что причиной отказов элементов ТНА является низкочастотная вибрация.

Натурные исследования были направлены на определение теплотехнических параметров элементов системы воздухоснабжения ГД, а также на измерение вибрации и динамических характеристик в ряде точек этой системы на различных режимах работы главной энергетической установки с целью выявления причин повышенной вибрации .

В настоящей диссертации приведены : анализ условий эксплуатации ТНА типа УТЯ 304-11(АВВ) и ТК 35В-08М ( СКБТ г.Пенза) на двигателе 6РС2-6/2Ь400Е танкеров типа "И.Эренбург"; результаты выполненных теплотехнических и вибрационных испытаний системы воздухоснабжения ГД танкеров типа И.Эренбург"; расчетное исследование влияния конструктивных параметров элементов системы воздухоснабжения главных двигателей на виброакустические характеристики; результаты теплотехнических испытаний системы воздухоснабжения ГД с ТНА ТК-35В-08М, установленным взамен штатного ТНА УТЯ 304-11; рекомендации по снижению уровней вибрации ТНА УТИ. 304-11 путем модернизации системы воздухоснабжения среднеоборотного двигателя.

Целью работы является повышение эффективности технической эксплуатации судовых среднеоборотных двигателей 6РС 2 - 6/2Ь400Е серии танкеров типа "И. Эренбург" путем совершенствования системы воздухоснабжения на основе комплекса экспериментальных и расчетных исследований и разработке мероприятий по повышению эффективности технической эксплуатации системы воздухоснабжения и ,как следствие , главных двигателей.

Достижение поставленной цели осуществляется путем решения следующих задач: проведением анализа проблем технической эксплуатации турбонаддувочных агрегатов судовых двигателей; разработкой методик исследований элементов системы воздухоснабжения на двигателе в судовых условиях; анализом отказов и неисправностей, исследованием теплотехнических и виброакустических характеристик турбонаддувочного агрегата УТЫ 304 - И главного двигателя (ГД) 6РС 2 - 6/2Ь400Е при эксплуатации на танкерах типа "И. Эренбург"; расчетным исследованием влияния конструктивных параметров элементов системы воздухоснабжения главных двигателей танкеров типа " И.Эренбург " на виброакустические характеристики; повышением эффективности технической эксплуатации ГД 6РС 2-6/2Ь 400Е танкеров типа "И.Эренбург " путем совершенствования системы воздухоснабжения.

Заключение диссертации по теме «Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные)», Петренко, Михаил Викторович

5.4.Выводы по главе.

1. Замена штатного ТНА УТЯ 304-11 главного двигателя 6РС2-6/2Ь400Е т/х " Хирург Вишневский " на турбонаддувочный агрегат ТК 35В-08М и согласование его характеристик с характеристиками двигателя оказалось успешной. ТНА ТК 35В-08М на двигателе 6РС2-6/2Ь400Е проработал более 5 лет и его технико - экономические показатели соответствовали нормируемым для этого двигателя.

2.Изменение конструкции системы воздухоснабжения ГД 6РС2-6/2Ь400Е в соответствии с рекомендациями главы 4 привело к снижению практически во всех точках измерений уровней виброскорости ТНА УТЮ 0411 в среднем в 4 раза (-12Д6) . Измерения уровня вибрации турбонаддувочных агрегатов ГД правого и левого борта, проводимые в течение 40 суток не выявили изменений вибрации в контролируемых точках. Дальнейшая эксплуатация ТНА УТИ. 304-11 на двигателе 6РС2-6/2Ь400Е после модернизации системы воздухоснабжения в 2001 -02 гг. на танкерах типа "И. Эренбург" свидетельствует о повышении надежности эксплуатации двигателей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании выполненного анализа условий эксплуатации , экспериментальных и расчетных исследований THA VTR 304 главных двигателей 6 PC 2-6 / 2 L 400Е танкеров типа " И.Эренбург", а также работ по улучшению характеристик системы воздухоснабжения двигателей сделаны выводы и получены следующие практические результаты:

1 .ТНА имеют низкую надежность; наибольшее число отказов связано с подшипниковыми узлами ротора. Это косвенно свидетельствует о том, что имеют место факторы, вызывающие повышенный уровень вибрации на фундаменте ТНА. Измеренные уровни виброскорости в различных точках конструкции системы воздухоснабжения составляют 10-12 мм/с , что превышает нормы установленные Регистром судоходства РФ и ISO.

2.Теплотехнические характеристики ТНА соответствуют параметрам при нормальной исправной эксплуатации двигателя в широком диапазоне изменения режимов работы. Измерения скорости воздуха за улиткой компрессора ТНА выявили значительную неравномерность потока по сечению и нестабильность во времени.

3. Когерентная обработка вибрационных измерений выявила, что на низких частотах до 200 Гц основной вклад в вибрацию ТНА вносит двигатель, а на высоких частотах ( свыше 400 Гц ) - собственно сам работающий ТНА. Исследование динамических характеристик системы в низкочастотном диапазоне позволили определить резонансные частоты конструкции системы воздухоснабжения и область частот повышенной возбудимости конструкции , которая лежит в диапазоне 24-50 Гц. Для повышения надежности эксплуатации ТНА VTR 304-11 двигателя 6РС2-6/2L 400Е необходимо : а) при сохранении существующей конструкции системы воздухоснабжения применить другой тип ТНА, например, с подшипниками скольжения , который был бы более надежен в эксплуатации , но не уступал бы по теплотехническим параметрам; б) внести изменения в конструкцию элементов системы воздухоснабжения для отстройки комплекса от резонансных частот и снижения уровня вибрации на фундаменте ТНА и собственно самом ТНА.

4. На основании выполненных расчетов определено влияние различных способов ужесточения системы " ТНА - фундамент ТНА -воздушный трубопровод" на виброакустические характеристики и разработаны мероприятия по ужесточению воздушного трубопровода и фундамента ТНА, приводящие к значительному снижению виброакустических характеристик.

5. Расчетное исследование влияния угла поворота оси улитки компрессора на виброакустические характеристики ТНА показало, что оптимальным вариантом является вариант с углом поворота оси выходной улитки компрессора 90°, что обусловлено минимальной длиной трубопровода и дополнительным подкреплением фундамента.

6. Замена штатного ТНА УТЯ 304-11 главного двигателя 6РС2-6/2Ь400Е т/х " Хирург Вишневский " на турбонаддувочный агрегат ТК 35В-08М и согласование его характеристик с характеристиками двигателя оказалась успешной. ТНА ТК 35В-08М на двигателе 6РС2-6/2Ь400Е проработал более 5 лет и его технико- экономические показатели соответствовали нормируемым для этого двигателя.

7. Изменение конструкции системы воздухоснабжения ГД 6РС2-6/2Ь400Е привело к снижению практически во всех точках уровней виброскорости ТНА УТЮ 04-11 в среднем в 4 раза (-12Д6) . Измерения уровня вибрации турбонаддувочных агрегатов ГД правого и левого борта проводимые в течение 40 суток, не выявили изменений вибрации в контролируемых точках. Дальнейшая эксплуатация ТНА УТЯ 304-11 на двигателе 6РС2-6/2Ь400Е после модернизации системы воздухоснабжения в 2001 -02 гг. на танкерах типа "И. Эренбург" свидетельствует о повышении эффективности технической эксплуатации ТНА и двигателей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Петренко, Михаил Викторович, 2006 год

1. Артоболевский И.И., Бобровницкий Ю.И., Генкин М.Д. Введение в акустическую динамику машин . М.: Наука, 1979, 295с.

2. Баркова H.A. Виброакустические методы диагностики . Учебное пособие , Д.: ЛКИ, 1985,91с.

3. Башуров Б.П., Шарик В.В. Функциональная надежность турбокомпрессоров систем наддува судовых дизелей, Двигателестроение,№2, 2005,сс.23-29.

4. Бобровницкий Ю.И., Генкин М.Д.,Диментберг М.Ф. Задачи акустической диагностики. / В сб. Виброизолирующие системы в машинах и механизмах. -М.: Наука, 1977, сс.25-37.

5. Васильева Р.В. Вибрационные методы неразрушающего контроля в энергомашиностроении. Труды ЦНИИТмаш, № 146,1978,сс.5-10.

6. Васильева Р.В. и др. Комплекс аппаратуры для эксплутационного состояния мощных турбоагрегатов. Труды ЦНИИТмаш, № 146,1978,сс.11-22.

7. Вибрации в технике : Справочник в шести томах. -М.: Машиностроение.

8. Вибрация паровых турбоагрегатов . Под ред. Б.Т.Рунова.-М.: Энергоиздат,1981,136с.

9. Вибрация энергетических машин : Справочное пособие / Под ред. Н.В.Григорьева . Д.: Машиностроение, 1974, 464 с.

10. Генкин М.Д., Соколова А.Г. Виброакустическая диагностика машин и механизмов. М.: Машиностроение, 1987,288с.

11. Голуб Е.С.,Мадорский Е.З., Розенберг Г.Ш. Диагностирование судовых технических средств: Справочник . М.: Транспорт , 1993, 150с.

12. Горбунов A.A. Диметберг М.Ф. Некоторые задачи диагностики для колебательной системы с периодическим параметрическим возбуждением,/Изв.АН СССР. Механика твердого тела,1974,№2,сс.15-18.

13. Дизели : Справочник / Под ред. В.А. Ваншейдта.-Л.: Машиностроение, 1977,480 с.

14. Диментберг М.Ф. Горбунов A.A. Некоторые задачи диагностики для колебательной системы со случайным параметрическим возбуждением. / Прикладная механика , 1975г. № 4,сс.11-15.

15. Динамические процессы в механизмах с зубчатыми передачами . / Под Ред. М.Д. Генкина, Э.Л. Айрапетова.- М.: Наука, 1976,150с.

16. Дуан Н.И. Сергеев М.Г. Низкочастотная вибрация турбомашин и пути ее устранения./ В сб. Виброизолирующие системы в машинах и механизмах. М.: Наука, 1977,сс. 42-54.

17. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике, " Мир ", М., 1975.

18. Иовлев В.И. Работы ЦНИДИ по турбокомпрессорам для наддува двигателей. Двигателестроение, № 3, 2004, сс.3-4.

19. Карасев В.А., Максимов В.П., Сидоренко М.К. Вибрационная диагностика газотурбинных двигателей М.: Машиностроение, 1978,132с.

20. Комплексная система технического обслуживания и ремонта судов. Основное руководство. РД 31.20.50 -87. М. в/о Мортехинформреклама,1988,218с.

21. Кузнецов H.A. Метод и реализующие его программы расчета виброактивности судового оборудования, Вопросы судостроения , серия " Судовые энергетические установки " , вып. 21, ЦНИИ " Румб " , 1982.

22. Кузнецов H.A., Попков В.И., Попков C.B., Черноберевский В.В. Механические и акустические сопротивления гибких вставок в трубопроводы с жидкостью , труды ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова, вып. 12, 2001.

23. Кузнецов H.A., Черноберевский В.В. Акустическое взаимодействие структуры и среды в гидравлических системах. Юбилейный сборник трудов к 100 летию ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова, 1994.

24. Межерицкий А.Д. Турбокомпрессоры систем наддува судовых дизелей. J1. Судостроение,!986,с.247.

25. Моек Е., Штрикерт X. Техническая диагностика судовых машин и механизмов: пер.с нем. JI.Судостроение, 1986,232с.

26. Мышинский Э.Л., Седаков Л.П. Вибрационный контроль и диагностирование судового энергетического оборудования в процессе эксплуатации. / Судостроение , 1983, № 5,сс.23-26.

27. Николаев Н.И., Савченко В.А., Кучменко В.В. Анализ отказов и повреждений современных турбонаддувочных агрегатов судовых вспомогательных дизелей при эксплуатации на тяжелом топливе.

28. Изв. ВУЗов. Сев.- Кавк. Регион. Техн. Науки. 2004.Спец выпуск, сс.74-78

29. Овсянников М.К., Петухов В.А. Эксплутационные качества судовых дизелей. JI.Судостроение, 1982,208с.

30. Павлов Б.В. Акустическая диагностика механизмов.-М.: Машиностроение, 1971,285с.

31. Правила классификации и постройки морских судов, т.2, часть VII. Механические установки. СПб, 2005,с.638.

32. Попков В.И. Виброакустическая диагностика и снижение виброактивности судовых механизмов.- Д.: Судостроение, 1974,221с.

33. Попков В.И., Мышинский Э.Л., Попков О.И. Виброакустическая диагностика в судостроении.- Д.: Судостроение, 1989,256с.

34. Постнов В.А., Хархурим И.Я. Метод конечных элементов в расчетах судовых конструкций, Судостроение, Д., 1974.

35. Рунов Б.Т., Меерович Л.Б. Развитие вибродиагностики паровых турбоагрегатов ТЭС и АЭС. / В кн. Вибрация паровых турбоагрегатов.-М.: Энергоиздат, 1981,сс136-138.

36. Самойлович Г.С. Возбуждение колебаний лопаток турбомашин.- М.: Машиностроение, 1975,288с.

37. Сегерлинд J1. Применение метода конечных элементов, " Мир М., 1975.

38. Сиволап Г.П., Жуков М.С. Развитие унифицированных турбокомпрессоров СКБТ для дизелей и газовых двигателей. Двигателестроение, 1994 №3181.,сс.54-56.

39. Справочник по судовой акустике . / Под ред. И.И.Клюкина , И.И.Боголепова Л.: Судостроение, 1978,503с.

40. Тимошенко С.П. Колебания в инженерном деле. Физматгиз, М.,1959.

41. Турбокомпрессоры для наддува дизелей : Справочное пособие.

42. Байков Б.П., Бордуков В.Г., Иванов Н.В., Дейч Р.С. JL: Машиностроение, 1975, 385с.

43. Филиппов А.П. Колебания деформируемых систем , Машиностроение, М., 1970.

44. Bozhang Ian Е., Mitchl I. Widened frequency range is impriving todays machinery . Vibration Analysis. Power, 1973, vol.117, № 3- pp.51-53.

45. Hunziker R., Jacoby P. A new series of small turbochargers for high flow rates and high pressure rations. CIMAC 2001, Hamburg, v.2, pp.321 331.

46. Lutzen C., Moller A.P., Christensen C. Turbocharger failures, a low of nature or neglect. CIMAC 2001, Hamburg, V.3, pp. 796-801.

47. Schreiber W., Christensen H.H., Hunziker R. TPL A New Turbocharger Series Built for future Engine Development. CIMAC, Copenhagen, 1998,v.4,pp. 1029-1038.

48. Wachtmeister G. The effect of exhaust gas turbocharging on the power concentration of modern diesel and gas engines and its realizations with MAN B&W exhaust gas turbocharges. CIMAC, Copenhagen, 1998, v.4, pp. 985 -994.

49. Список опубликованных работ автора по разделам диссертации

50. Опубликованные работы в научных журналах, рекомендованных ВАК РФ:

51. Николаев Н.И., Петренко М.В., Анализ условий эксплуатации газотурбонагнетателей типа ТК23Н судовых двигателей 8 ЧН 25/34-3. Транспортное дело России.Спецвыпуск.М.2003 г., с. 47-48.

52. Николаев Н.И., Петренко М.В., Якимов В.А.

53. Анализ вибрационных характеристик системы воздухоснабжения среднеоборотного двигателя 6РС 2-6 / 2L-400E т/х " В.Высоцкий " Транспортное дело России. Спецвыпуск.М.2003 г., с. 37-40

54. Николаев Н.И., Савченко В.А., Петренко М.В., Якимов В.А. Результаты исследования динамических характеристик системы воздухоснабжения среднеоборотного дизеля при искусственном возбуждении. Транспортное дело России. Спецвыпуск.М.2003 г.,с.27-28

55. Петренко М.В. Анализ неисправностей и отказов газотурбонагнетателей VTR 304 11 судов типа " И.Эренбург" . Новая Россия - транспорт и земная ноосфера. НОО - 2000. Материалы всероссийской научной конференции

56. Новороссийск, 2000.С. 225-226

57. Николаев Н.И., Савченко В.А., Петренко М.В.,

58. Методика определения расхода воздуха на двигатели при испытаниях турбонагнетателей в условиях судна. Новая Россия транспорт и земная ноосфера. НОО - 2000. Материалы всероссийской научной конференции, Новороссийск , 2000,сс. 223-224.

59. Николаев Н.И., Савченко В.А., Петренко М.В.,

60. Анализ отказов и повреждений ГТН 304-11 главных двигателейвсех судов серии " И. Эренбург ". М.Морской транспорт , экспресс -информация серия " Техническая эксплуатация флота и судоремонт" , выпуск 11-12. 2001.С.1-10.