Повышение технического уровня судовых энергетических установок на базе малоразмерных дизелей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Дорохов Павел Александрович

• Дорохов Павел Александрович
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Дорохов Павел Александрович

ВВЕДЕНИЕ

1 Обзор научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ

в области судовых энергетических установок на базе дизельных двигателей

1.1 Назначение и конструкционные особенности дизелей

1.2 Организация смесеобразования в судовых высокооборотных дизелях

1.3 Опыт работ по повышению функциональных показателей судовых высокооборотных дизелей

1.4 Термодинамические основы поршневых ДВС

Выводы. Цель и задачи исследования

2 Теоретическое и расчётно-аналитическое исследование внутрицилиндровых процессов

2.1 Термодинамический анализ внутрицилиндровых процессов поршневого двигателя как одно из средств выбора его конструкционного оформления

2.2 Теоретическое исследование теплопереноса и распределения теплоты

в поршневом ДВС

2.3 Улучшение топливной экономичности судового вихрекамерного дизеля

путём повышения термического сопротивления теплопередаче

2.4 Первое начало термодинамики применительно к анализу процессов

в поршневых двигателях

Выводы

3 Исследования по снижению уровня тепловых потерь и повышению

эксплуатационных показателей двигателей

3. 1 Экспериментальные исследования теплопередачи в головке цилиндров шлюпочного дизеля

3.2 Уменьшение потерь теплоты через многослойное огневое днище

крышки цилиндров

3.3 Модернизация и повышение функциональных показателей судовых

дизелей

3.4 Расчётный метод оценки потерь мощности на преодоление сил трения в цилиндропоршневой группе ДВС и определение эффективной мощности

двигателя судна

Выводы

4 Анализ качества, стоимости и эксплуатационных затрат для судовых высокооборотных дизелей

4.1 Экономическая эффективность производства и эксплуатации

тепловых двигателей

4.2 Сравнительная оценка качества и стоимости судовых дизелей

4.3 Направления совершенствования поршневых ДВС на основе анализа сопоставления их стоимости и эксплуатационных затрат

Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А Акт об использовании диссертационной работы в научной работе

университета

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Акт о внедрении диссертационной работы в учебном процессе

ПРИЛОЖЕНИЕ В Технический акт об использовании результатов диссертационной

работы инженера-инспектора Дорохова П.А. на тему: «Повышение технического

уровня судовых энергетических установок на базе малоразмерных дизелей»

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение технического уровня судовых энергетических установок на базе малоразмерных дизелей»

ВВЕДЕНИЕ

Технический уровень судовых высокооборотных дизелей (СВОД) в значительной степени определяется организацией высокоэффективного рабочего процесса, которая включает в себя образование и развитие топливного факела с большой долей мелкодисперсной составляющей, его взаимодействие с горячей и движущейся воздушной средой и стенками камеры сгорания (КС), нагрев и испарение топлива, и образование близкой к гомогенной рабочей смеси. Российские и зарубежные двигателестроительные фирмы используют в выпускаемых СВОД все виды смесеобразования за исключением плёночного - объёмное, объёмно-плёночное, и вихрекамерное с соответствующими конструкциями КС.

При совершенствовании выпускаемых и создании новых СВОД решаются проблемы, связанные с повышением степени сжатия (до е = 19^22), что обеспечивает повышение термического КПД (пО, максимального давления цикла (до р2 = 18^20 МПа) для увеличения индикаторной работы газа в цилиндре, давления впрыска топлива (до ^впр = 200 МПа) и размера сопловых отверстий распылителей (до ^сопл = 0,03 мм) для обеспечения мелкодисперсности топливной струи. При этом достигаются расходы топлива на уровне 185^190 г/(кВтч) [1-6]. Этих показателей удалось достичь применением современных высококачественных материалов, применением прогрессивных и инновационных технологий производства СВОД, использованием конструкционных и технологических методов снижения потерь мощности на преодоление сил трения, разрешением проблем динамики и прочности.

В настоящее время в России имеются проблемы с выпуском СВОД мощностью 5^110 кВт (заводы «Дагдизель», «Волжский дизель им. Маминых», «Богородский машиностроительный завод», «Барнаултрансмаш», «Звезда»). Двигатели типов Ч8,5/11 и Ч9,5/11 применяются на морских и речных судах, катерах, спасательных шлюпках, рыбопромысловых ботах, речных судах водоизмещением от 3 до 45 т в качестве главных, аварийных и вспомогательных дизелей. На

сегодняшний момент отечественные СВОД в диапазоне рассматриваемых мощностей могут ограниченно удовлетворить потребности судостроения. Двигателей производится мало, в рамках ограниченной номенклатуры, их параметры не отвечают современным требованиям.

Тем не менее работы по разработке и производству новых типов СВОД в России идут. 17 марта 2017 г. в Санкт-Петербурге состоялся первый публичный запуск дизельного двигателя М150 (рабочее наименование «Пульсар»), созданного совместно российским дизелестроительным предприятием ОАО «Звезда» и австрийской инжиниринговой компанией AVL List GmbH по контракту с Министерством промышленности и торговли Российской Федерации в рамках ФЦП «Национальная технологическая база» и постановления Правительства РФ, изложенного в решении [7]. Представленный опытный 12-цилиндровый дизельный двигатель мощностью 1 440 кВт (2 100 об/мин) открывает целую линейку высокооборотных дизельных двигателей многоцелевого назначения в мощностном диапазоне от 400 до 1 700 кВт, предназначенных для скоростных и рабочих судов внутреннего и прибрежного плавания, дизель-генераторных установок, карьерной и строительной техники, а также для самоходного подвижного состава железнодорожного транспорта [8]. В феврале 2017 г. ОАО «Завод «ДАГДИЗЕЛЬ» представил на своём сайте в интернете [9] информацию о постановке на производство нового СВОД - Э.ДП 45, мощностью 76 кВт (3 000 об/мин) с турбонад-дувом, созданном совместно с ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ». Дизель предназначен для использования в качестве главного судового, вспомогательного, промышленного, для наземных транспортных и сельскохозяйственных машин.

Тем не менее, вышеприведённые примеры свидетельствуют только о новых двигателях, которые для судостроения не являются конечным продуктом так как к ним необходимы соответствующие агрегаты (реверсивно-редукторные передачи, генераторы, комбинированные агрегаты и др.) и которым, до постановки их на серийное производство, предстоят ещё многие доработки и соответствующее время. В этот временной интервал потребности судостроения будут замещать стоящие на производстве машины и, в частности, СВОД типов Ч8,5/11 и

Ч9,5/11 повышение технического уровня которых является настоятельной необходимостью. Работы над совершенствованием этих типов двигателей велись в ЦНИДИ под руководством профессоров Н.Н. Иванченко, Б.Н. Семёнова, М.Я. Завлина, на заводе «Дагдизель» при участии к.т.н. М.М. Аливагабова, к.т.н. А.А. Аливердиева, к.т.н. В.П. Копцева и др., а также в Дагестанском государственном техническом университете - профессорами В.Н. Бочкарёвым, А.Ф. Дороховым, Н.Я. Яхьяевым, доцентами И.А. Хазовым, В.П. Тынянским, Н.К. Санаевым и др. В частности, был проделан большой объём работ по переводу рабочего процесса данных типов дизелей на объёмно-плёночное смесеобразование с камерой сгорания в поршне, что позволило внедрить этот способ смесеобразования для двух типоразмеров СВОД - 5Д2 (2Ч9,5/11) и «Каспий 40» (4ЧСП9,5/11). Однако большая часть типоразмеров дизелей осталась с вихрекамерным смесеобразованием, что предполагает большой объём работ по совершенствованию их функциональных показателей. Научная идея диссертации заключается в научном обосновании модернизации СВОД, стоящих на производстве - улучшению пусковых свойств, снижению удельных расходов топлива и масла, повышению мощности, увеличению ресурса. Настоящая работа и направлена на решение ряда научно-технических задач по улучшению качества и эксплуатационной эффективности СВОД типа Ч9,5/11. Работа соответствует п.п. 2.1, 2.4, 2.5 паспорта специальности 2.5.20 - Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные).

Целью диссертационной работы является повышение функциональных показателей, показателей качества, улучшение конструкции и технологичности судовых высокооборотных дизелей.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих научно-технических задач:

- выполнить анализ научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по повышению технического уровня судовых дизелей малой мощности;

- разработать методики сравнительной оценки качества судовых дизельных двигателей, расчёта их стоимости по совокупности внешних показателей

и оценки затрат и полученного, в результате осуществления этих затрат, совокупного дохода от эксплуатации изделия или полученной прибыли;

- дать научное обоснование способу снижения потерь мощности на преодоление сил трения в ЦПГ данным образом, а также разработать общую аналитическую методику расчёта потерь мощности на преодоления сил трения в ЦПГ и методику расчёта эффективной мощности главного двигателя судна на основе действительных индикаторных диаграмм;

- экспериментально исследовать тепловые потери в двигателях с системами охлаждения соответствующих одноконтурной проточной и двухконтурной замкнутой;

- решить задачу приведения тепловых режимов внутрицилиндровых процессов двигателей спасательных шлюпок к условиям протекания внутрицилин-дровых процессов главных и вспомогательных дизелей, а также найти техническое решение по улучшению пусковых качеств и экономичности вихрекамерных двигателей;

- привести способ смесеобразования и конструкцию двигателя в соответствие с термодинамикой внутрицилиндровых процессов и исследовать распределение теплоты по элементам рабочего цилиндра.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработана методика оценки перспектив работоспособности рабочего тела в виде нового подхода к термодинамике внутрицилиндровых процессов в дизельных двигателях, что позволяет прогнозировать возможность повышения эффективности работы машины с помощью различных конструктивных новаций;

- экспериментально определены значения тепловых потоков в крышке цилиндров шлюпочного дизеля, работающего в условиях «холодного» (одноконтурная, проточная система охлаждения) и «горячего» (двухконтурная замкнуто-разомкнутая система охлаждения) цилиндра, что дало основания для решения задачи приведения внутрицилиндровых процессов, протекающих в шлюпочном

(«холодном») двигателе, к условиям протекания этих же процессов (по температурам стенок элементов цилиндра, рабочего тела, масла) в цилиндрах «горячих» дизелей;

- предложена усовершенствованная методика сравнительной оценки показателей качества судовых дизелей, которая отличается оценкой СМД как сложной технической системы, обладающей всеми ее свойствами.

- предложена методика расчёта стоимости СМД по совокупности внешних показателей;

- предложена новая аналитическая методика расчёта потерь мощности на преодоление сил трения в ЦПГ и новая методика расчёта эффективной мощности главного двигателя судна на основе действительных индикаторных диаграмм.

Практическая значимость работы:

- методика сравнительной оценки качества судовых дизелей, которой можно воспользоваться при различных обстоятельствах - при аттестации качества; обосновании планов создания новой техники; анализе конкурентоспособности и т. п.;

- методика аналитического определения стоимости судовых дизельных двигателей на основе их известных функциональных показателей, изложенных в проспектно-каталожных материалах фирм производителей;

- методика расчёта потерь мощности на преодоление сил трения в ЦПГ, что даст возможность рассчитать эффективную мощность главного судового двигателя на основе действительных индикаторных диаграмм;

- предложено новое техническое решение по улучшению пусковых качеств и экономичности вихрекамерных двигателей.

1 Обзор научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в области судовых энергетических установок на базе дизельных двигателей

1.1 Назначение и конструкционные особенности дизелей

Промышленность выпускает судовые высокооборотные дизели (СВОД) типов Ч8,5/11 и Ч9,5/11 в 2-, 4-, и 6-цилиндровом рядном исполнении. Данные двигатели четырехтактные, высокооборотные, нереверсивные, используются в качестве главных двигателей для работы на винт на спасательных шлюпках, рыбопромысловых ботах, рабочих шлюпках и разъездных катерах (в соответствии с рисунком 1.1), а также в качестве вспомогательных двигателей для привода судовых и промышленных электрогенераторов, сварочных генераторов, компрессоров, насосов и различных комбинированных агрегатов (в соответствии с рисунками 1.2-1.4) [10-13]. В таблице 1.1 приведены технические данные и характеристики дизелей типов Ч8,5/11 и Ч9,5/11.

Рисунок 1.1 - Дизель 4ЧСП9,5/11 с реверсивно-редукторной передачей

Рисунок 1.3 - Дизель 6Ч9,5/11, используемый в составе судовой дизель-генераторной установки

Рисунок 1.4 - Дизель 4Ч9,5/11 в составе судовой комбинированной генератор-компрессор-насосной установки Двигатели выпускаются с двумя способами смесеобразования: вихрека-мерным - с вихревой камерой сгорания, расположенной в головке цилиндров, объём которой составляет 90 % объёма камеры сгорания (в соответствии с рисунками 1.5, 1.6) и объёмно-плёночным, с камерой сгорания полуразделённого типа, расположенной в поршне.

Таблица 1.1 - Технические данные и характеристики дизелей типа Ч 8,5/11 и 9,5/11

Марка дизеля

Показатели дизелей 2Ч9,5/11 4Ч9,5/11 6Ч9,5/11 4Ч8,5/11 4ЧСП8,5/11 4ЧСП9,5/11 4ЧСП9,5/11 4ЧСП9,5/11

Номинальная мощность, кВт (л.с.) 10,3 (14) 22,5 (30) 33.1 (45) 19.1 (26) 18.3 (25) 25.7 (35) 23.5 (32) 25 (34)

Номинальная частота вращения, об/мин 1500 1500 1500 1500 1500 1800 1600 1900

Часовой расход топлива, кг/ч 2,50 6,00 8,60 5,00 5,00 6,44 6,30 7,00

Ресурс до капитального ремонта, ч 20000 16000 14000 14000 18000 17000 17000 500

Реверс-редуктор - - - - РРП15-2 РРП20-2,44 РРП15-2 РРП15-2

Назначение* В Г Ш

* В - вспомогательный двигатель для привода генераторов и других механизмов в судовых агрегатах. Г - главный двигатель для малых рыбопромысловых судов, рабочих катеров и шлюпок. Ш - главный двигатель для спасательных шлюпок.

Рисунок 1.5 - Схема вихрекамерной конструкции дизеля

Рисунок 1.6 - Разрез вихрекамерной головки цилиндров В соответствии с рисунками 1.7, 1.8 и 1.9 показаны конструкционная схема двигателя с объёмно-плёночным смесеобразованием, поршень с тороидально-конической камерой сгорания и поршень вихрекамерного двигателя.

Рисунок 1.7 - Схема объёмно-плёночного смесеобразования с камерой сгорания тороидально-конического типа в поршне

Рисунок 1.8 - Вид поршня с тороидально-конической камерой сгорания Данный обзор приведён по литературным источникам [10-13], а также по материалам, приведённым в работах Н.В. Пахомовой [14], А.С. Дадилова [15], А.П. Исаева [16].

Рисунок 1.9 - Поршень вихрекамерного дизеля Ч8,5/11 В таблице 1.2 приведены сравнительные данные основных характеристик дизелей - зарубежных аналогов рассматриваемых машин.

Таблица 1.2 - Сравнительные характеристики и технические данные зарубежных аналогов

Двигатель фирмы Cummins (США) Detroit Diesel (США) DaimlerBenz (Германия) MTU (Германия) Perkins (Англия) Valmet ТгаЬ^ (Финляндия) Дагди-зель (РФ)

Показатель

Число цилиндров 4 4 4 4 4 4 4

Диаметр цилиндра, мм 102 100 98 97,5 98,4 108 95

Ход поршня, мм 120 127 133 133 127 120 110

Рабочий объем, л 3,9 4,0 3,97 3,97 3,86 4,4 3,12

Средняя скорость поршня, м/с 10 10,6 11 11,5 11 10,4 7

Мощность, кВт 73 82 82 88 67,5 82 22,5

Частота вращения коленчатого вала, об/мин 2 500 2 500 2 600 2 600 2 600 2 600 1 500

Максимальный крутящий момент, Н-м 330 381 350 378 299 363 169

Среднее эффективное давление, МПа 1,08 0,95 1,1 1,02 1,02 0,89 0,66

Удельный расход топлива, г/ (кВт-ч) 231 228 232 203 210 219 254

Литровая мощность, кВт/л 18,7 20,5 20,7 22,2 17,2 18,6 10,1

Удельная масса, кг/кВт 4,5 3,6 4,1 3,9 4,8 4,2 13,2

Сравнительные характеристики отечественных и зарубежных дизелей близких по назначению и размерности на первый взгляд говорят о несомненных преимуществах зарубежных машин.

1.2 Организация смесеобразования в судовых высокооборотных дизелях

Современные и перспективные дизельные двигатели характеризуются высоким уровнем эксплуатационных показателей - литровой и удельной массовой мощностью, удельным эффективным расходом топлива и масла, содержанием токсичных составляющих в отработавших газах и дымностью, всеми видами ресурсов. Все эти достижения современного дизелестроения требуют наличия целого ряда возможностей для достижения столь высоких эксплуатационных показателей. Это новые методы расчёта и проектирования, базирующиеся на современных моделях протекания процессов во всех средах, обеспечивающих работу двигателя. Отработка конструкционных решений обеспечивает максимальное давление сгорания р до 250 МПа, максимальную температуру цикла Т до 2 500 К, давление впрыска топлива в цилиндр 200 МПа (через сопловые отверстия распылителя форсунки диаметром до 0,03 мм) [1, 2]. Соблюдение этих условий требует решения материаловедческих задач и непростого технологического обеспечения. Всё это, вместе взятое, делает проблему создания высокоэффективного двигателя весьма трудоёмкой и высокозатратной. Тем не менее, дизелестрои-тельные фирмы (7и^ег, MAN-B&W, KaterpШar и другие) на эти условия идут: создавая двигатели с высокими эксплуатационными показателями, а судовладельцы их приобретают. Однако это касается, в основном, малооборотных, крейцкопфных дизелей или среднеоборотных дизелей с большим диаметром цилиндра и ходом поршня. В случае большеразмерных дизелей указанные задачи решаются проще. Однако для дизелей с меньшими размерами цилиндра и хода поршня (большей части среднеоборотных двигателей) и особенно высокооборотных, опыт и методы, наработанные на больших дизелях, не подходят. Сказывается недостаток места для размещения большого числа клапанов, форсуночных узлов, трудности с организацией от них теплоотвода, невозможность создания сечений деталей, для обеспечения достаточной прочности и жёсткости, другие факторы. Всё это заставляет обратить внимание разработчиков на новые технические решения в области совершенствования смесеобразования, поскольку

это определяющий фактор для малоразмерных дизелей, где процесс качественного смесеобразования, направленный на формирование гомогенной рабочей смеси, всегда являлся актуальным и никогда не был решён до конца. Здесь следует обратить внимание на следующий фактор - классические дизельные двигатели относятся к двигателям с внутренним смесеобразованием, и это является их отличительной особенностью. Проблемой организации высокоэффективного смесеобразования в дизельных двигателях занимались многие учёные - О.Н. Лебедев, Д.Н. Вырубов, А.С. Лышевский, Б.Н. Файнлеб и другие. Непосредственно проблемами организации смесеобразования в судовых дизелях малой мощности занимались - Н.Н. Иванченко, Б.Н. Семёнов, М.Я. Завлин, М.М. Аливагабов, А.А. Аливердиев и другие.

Рассмотрим основные типы КС и соответствующие им способы смесеобразования.

Вихревая камера представляет собой сферический объём, соединённый с надпоршневым пространством узким конусообразным тангенциональным каналом (см. рисунки 1.5, 1.6). В КС входит топливная форсунка и пусковая свеча накаливания. Достоинства камеры, с точки зрения организации смесеобразования, хорошо описаны в специальной литературе, как и её недостатки [17-21]. Благодаря своим достоинствам вихревая КС довольно широко применяется в производстве малоразмерных дизелей, именно в силу наилучшего способа организации рабочей смеси близкой к однородной. Но потери энергии при сжатии, связанные с сопротивлением узкого соединительного канала, протеканию заряда и аналогичные потери при протекании образовавшегося рабочего тела, в начале расширения снижают экономичность двигателя. Влияет на снижение экономичности и интенсивность теплоотвода от сжатого воздуха, а затем от горящего газа в охлаждающую среду через часть поверхности вихревой камеры, непосредственно омываемой теплоносителем. Однако это небольшая часть потерь в охлаждение, чем принято считать [18-22]. Гораздо большее влияние на уровень тепловых потерь в охлаждение оказывает большое время периода задержки само-

воспламенения. В соответствии с рисунком 1.10 приведена действительная индикаторная диаграмма вихрекамерного дизеля 2Ч9,5/11 на режиме номинальной мощности Ые = 11,5 кВт при п = 1 500 мин-1. Данные испытания проводились в совместной (Института физики Дагестанского научного центра РАН и Астраханского государственного технического университета) Лаборатории проблем моторной энергетики (ЛПМЭ) в г. Астрахани.

Рисунок 1.10 - Индикаторная диаграмма вихрекамерного дизеля Из рисунка 1.10 видно, что имеет место значительный период задержки самовоспламенения, который наряду с малым углом опережения впрыска топлива (13^14° поворота коленчатого вала до верхней мёртвой точки) обеспечивает сдвиг линии расширения индикаторной диаграммы вправо. Это приводит к увеличению контакта расширяющегося газа с той частью зеркала цилиндровой втулки, наружная поверхность которой омывается охлаждающей жидкостью, интенсифицируя теплоотвод через цилиндровую втулку и обуславливая значительные тепловые потери.

В малоразмерных дизельных двигателях нашёл широкое применение объёмно-плёночный способ смесеобразования с КС полуразделённого типа, расположенной в поршне. Наиболее известен тип такой камеры, как камера ЦНИДИ [19]. Наряду с КС типа ЦНИДИ достаточно широко распространены её модификации, близкие к тороидально-коническим - рисунки 1.7, 1.8, 1.11.

Для дизельных двигателей с диаметром цилиндра до 100 мм и объёмно-плёночным смесеобразованием с КС полуразделённого типа в поршне (типоразмер Ч9,5/11), наиболее характерными являются следующие параметры топливной аппаратуры - давление впрыска 17,3^17,5 МПа; диаметр соплового отверстия распылителя 0,28^0,32 мм; количество отверстий 3-4. Кроме того, у этих двигателей форсунки установлены наклонно, под углом 35° к оси цилиндра, при эксцентрично расположенной (относительно оси поршня) камеры сгорания тороидально-конической формы. На рисунке 1.11 показана схема расположения осей сопловых отверстий распылителя дизеля с камерой сгорания в поршне.

Рисунок 1.11 - Схема расположения осей сопловых отверстий распылителя Ф 22 Такие КС хорошо зарекомендовали себя в дизелях типа Ч9,5/11 с точки зрения хороших пусковых качеств, приёмистости, низких удельных расходов топлива. Однако рабочий процесс в них характеризуется повышенной «жёсткостью» и дымностью, а также повышенным содержанием N0^ Хорошие энергетические и экономичностные показатели КС в поршне объясняются хорошим вихреобразованием заряда в камере, добавлением к горящей, распределённой в

пространстве камеры рабочей смеси паров топлива со стенок КС и, наконец, гораздо большей, чем у вихревой камеры, степенью термоизоляции рабочего тела на начальном этапе его развития, от теплоносителя в системе охлаждения, что обуславливает возможный минимум тепловых потерь. На рисунке 1.12 приведена действительная индикаторная диаграмма дизеля 2Ч9,5/11 с КС в поршне.

Рисунок 1.12 - Индикаторная диаграмма дизеля с КС в поршне Как видно из рисунка 1.12 индикаторная диаграмма имеет гораздо меньший период задержки самовоспламенения, а с учётом того, что угол начала опережения впрыска топлива составлял 28^30° ПКВ до верхней мёртвой точки, то смещение диаграммы вправо минимально, что обуславливает низкий уровень тепловых потерь в охлаждение. Существенным недостатком малоразмерных дизелей с КС в поршне типа Ч9,5/11 является малая стойкость многодырчатых распылителей форсунки Ф22 против закоксовывания. Это объясняется повышенной температурой распылителей форсунок. Результаты исследований [21, 22] показали близость температур распылителя к предельным, после достижения которых (по данным ЦНИДИ) активизируется процесс закоксовывания. По этой причине в дизелях типа Ч8,5/11 объёмноплёночное смесеобразование не применяется вовсе, а в дизелях Ч9,5/11 применяется только для 2-х модификаций - 5П2 (2Ч9,5/11) и 4ЧСП9,5/11 («Каспий 40»), в силу того, что данные машины не предназначены для постоянной работы (5П2 является приводом резервного электрогенератора, а «Каспий 40» - двигатель спасательной шлюпки).

Вышеописанные примеры организации смесеобразования характеризуют все современные дизельные двигатели с диаметром цилиндра < 100 мм. Именно внутреннее смесеобразование, на которое отводится слишком мало времени (35^45° угла ПКВ), не в состоянии обеспечить гомогенную рабочую смесь, способную к быстрому воспламенению по всему объёму и интенсивному сгоранию. Это основной недостаток современных дизельных двигателей, обуславливающий ещё и значительное время на осуществление предпламенных реакций в течение периода задержки самовоспламенения.

Сотрудниками ЛПМЭ С.А. Каргиным и А.П. Исаевым под руководством А.Ф. Дорохова были проведены исследования [23-25] по разработке и апробации принципа комбинированного смесеобразования в дизельных двигателях. Для реализации заявленного принципа часть цикловой подачи топлива (20^25 %) впрыскивается в смесительную камеру (установленную перед впускным коллектором) посредством форсунки, действующей от дополнительной секции топливного насоса высокого давления (ТНВД), где начинается предварительное смешивание с воздухом, затем процесс смесеобразования продолжается в периоды тактов наполнения цилиндра свежим зарядом и сжатия образовавшейся обеднённой рабочей смеси, находящейся, по составу, вне пределов самовоспламенения. За эти периоды образуется гомогенная рабочая смесь, где уже началось образование свободных радикалов при уменьшении энергии активации молекул топлива. При впрыске основной порции цикловой подачи подготовленная к сгоранию смесь быстро воспламеняется и переходит в фазу развёрнутого горения при минимальном значении периода задержки самовоспламенения. При этом увеличивается индикаторная работа цикла, что даёт рост индикаторного и эффективного КПД. В соответствии с рисунками 1.13 и 1.14 приведены принципиальные схемы и общий вид устройства для организации комбинированного смесеобразования. Устройство содержит камеру сгорания 1, образованную поверхностями днища поршня 2, и головки цилиндра 3. В головке цилиндра 3 расположена форсунка 4, работающая от основной секции 10 топливного насоса высокого давления. Вса-

сывающий коллектор 5 снабжен устройством для обеспечения внешнего смесеобразования - смесительной камерой 6, оснащенной дополнительной штатной штифтовой или многодырчатой форсункой 7, работающей от дополнительной секции 8 топливного насоса высокого давления, и воздухоподводящим патрубком 9.

7

1 М Г /А Тч

\ 10

Рисунок 1.13 - Схема устройства для организации комбинированного смесеобразования

Рисунок 1.14 - Общий вид моторной установки для организации комбинированного

смесеобразования на базе дизеля 2Ч9,5/11

В соответствии с рисунком 1.15 приведена действительная индикаторная диаграмма рабочего цикла дизеля 2Ч9,5/11 с вихревой КС при комбинированном смесеобразовании, на рисунке 1.16 - индикаторная диаграмма двигателя с камерой сгорания в поршне при комбинированном смесеобразовании, снятая в ходе моторных испытаний в ЛПМЭ. Результаты измерения удельных эффективных расходов топлива ge, подвергнутые статистической обработке на предмет установления центров группирования полей рассеяния случайных величин показали снижение ge у двигателя с комбинированным смесеобразованием (с КС в поршне), по сравнению с серийным двигателем на 1,35 % - 219 против 222 г/(кВтч).

Рисунок 1.15 - Развернутая индикаторная диаграмма вихрекамерного дизеля с комбинированным смесеобразованием У двигателя с вихрекамерным смесеобразованием разница составила 2,92 % - 233 против 240 г/(кВтч). При этом явно видно уменьшение продолжительности периода задержки самовоспламенения у вихрекамерного дизеля по сравнению с его серийным прототипом. У двигателя с КС в поршне и комбинированным смесеобразованием период задержки самовоспламенения на диаграмме отсутствует (в соответствии с рисунком 1.16).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Дорохов Павел Александрович, 2022 год

/ \

/ / \ \

У \ \

3 61 5 41 г К - 1/75, мм)

360 1 1 > > 1 | 1 \ 1 т п Ч 8 N 1 V X у —. ~180 540

Рисунок 3.7 - Развёрнутая и свёрнутая индикаторные диаграммы на режиме холостого хода

Рисунок 3.8 - Индикаторная диаграмма дизеля при номинальной нагрузке

Очевидно, что при одинаковых уровнях потерь #пер + ^мгр + ^подш + ^щвд на холостом ходу и под нагрузкой потери на трение в ЦПГ будут значительно разнится в силу различий по р2. Следовательно, необходимо проделать те же действия, которые описывались выше для определения суммарной работы трения в цилиндропоршневой группе на режиме холостого хода - Р^тр.цпг хх. Тогда из индикаторной работы двигателя на холостом ходу (рисунок 3.7) вычитаем количество работы, соответствующее Р^тр.цпгхх и к остатку прибавляем значение Р^тр. цпг.н. Полученный результат будет представлять сумму работы внутренних потерь двигателя на режиме номинальной мощности. Вычитая из индикаторной работы двигателя на режиме номинальной мощности (рисунок 3.8) работу внутренних потерь, получим цилиндровую эффективную работу Ре ц, и, как следствие, цилиндровую эффективную мощность N ц. Умножив результаты на количество цилиндров получим эффективную работу и эффективную мощность двигателя в целом - Ре и Ы&.

Предлагаемый метод на первый взгляд представляется громоздким, но в данном разделе представлен порядок действий (алгоритм) и набор исходных данных, на основе чего можно составить соответствующую программу, т. е. автоматизировать процесс расчётов. Тем более, что автоматизированные программы расчётов по многим этапам метода уже имеются (расчёт сил Ы, Рг, Р/, Р^ и других составляющих).

Выводы

Экспериментально определены значения тепловых потоков в крышке цилиндров шлюпочного дизеля, работающего в условиях «холодного» (одноконтурная, проточная система охлаждения) и «горячего» (двухконтурная замкнуто-разомкнутая система охлаждения) цилиндра.

Решена задача приведения внутрицилиндровых процессов, протекающих в шлюпочном («холодном») двигателе, к условиям протекания этих же процессов (по температурам стенок элементов цилиндра, рабочего тела, масла) в цилиндрах «горячих» дизелей, какими являются главные и вспомогательные дизели этого же типоразмера, но с двухконтурной, водо-водяной системой охлаждения, при температуре выходящей из дизеля воды 75-80 °С. При этом должны сохраняться требования сохранения в дизеле одноконтурной, разомкнутой системы охлаждения, с температурой выходящей воды не более 55 °С.

Предложен расчётный метод оценки потерь мощности на преодоление сил трения в цилиндропоршневой группе ДВС и определение эффективной мощности главного двигателя судна на основе действительных индикаторных диаграмм.

4 Анализ качества, стоимости и эксплуатационных затрат для судовых высокооборотных дизелей

4.1 Экономическая эффективность производства и эксплуатации

тепловых двигателей

Комплексная энергетическая эффективность тепловых двигателей выражается рядом коэффициентов полезного действия, обобщает которые эффективный КПД или Его значение определяется известными формулами Пе = Qe/Qт = ППт = Л?ЛоЛт = qJq^, где Qe - количество теплоты, эквивалентное эффективной мощности двигателя; Qт - располагаемое количество теплоты, содержащееся в израсходованном топливе; л* - индикаторный КПД рабочего цикла; Л? - термический КПД цикла; ло - относительный КПД цикла; пт - механический КПД двигателя; qе - удельное количество теплоты, эквивалентное единице эффективной мощности двигателя; qт - удельное количество теплоты, содержащееся в израсходованном топливе, отнесённое к единице мощности двигателя.

Говоря об энергетической эффективности теплового двигателя, также используют понятие эксергии как меры полной энергии рабочего тела или подводимой к нему теплоты, которая может быть преобразована в работу в условиях этого двигателя. В необратимых процессах, которые характерны для поршневых тепловых двигателей, суммарное количество поступающей в термодинамическую систему эксергии больше, чем отводимое от нее. Эта разница определяет потерю эксергии Ае^2 из-за необратимости процесса и эксергетический КПД процесса лех будет выражаться так [125]:

Лех = 1 - (Ае1^2/е(+)1^2), (4.1)

где е(+)1^2 - полученная системой эксергия.

Однако данные показатели характеризует только уровень технического совершенства (или несовершенства) двигателя и не учитывают объём затрат -в проектировании, изготовлении, эксплуатации, который необходимо вложить для его достижения. В практике нередкими являются ситуации, когда для достижения высокого технического уровня изделий и его дальнейшего поддержания

необходимо бывает осуществить столь большие финансовые вложения, которые в дальнейшем не удаётся компенсировать, не говоря уже о получении прибыли от эксплуатации. И не новой является оптимизационная задача по взаимоувязке объёма инвестиций в проектирование, производство и финансирование эксплуатационного обслуживания с теми показателями технического уровня изделия, которые будут необходимыми и достаточными, как для обеспечения его нормальной рентабельности в эксплуатации, так и для поддержания эксплуатационных показателей на приемлемых значениях в течение установленного срока службы. Новыми, обновлёнными или усовершенствованными могут быть методики оценки затрат и полученного, в результате осуществления этих затрат, совокупного дохода от эксплуатации изделия или полученной прибыли.

Значение КПД, вложенных в производство продукции посредством данного двигателя, денежных средств (назовём его экономическим КПД - пэ) может быть принято по аналогии с эффективным КПД - пе = Qe/QT = (Qt - Qn)/QT = 1 -- Qn/QT, где Qe - количество теплоты эквивалентное эффективной мощности двигателя; QT - располагаемая теплота, введённая в двигатель с топливом; Qn - количество теплоты эквивалентное всем видам потерь при преобразовании энергии. Тогда, значение экономического КПД может быть определено по формуле

Пэ = Спр /Се, (4.2)

где Спр = Се - Ст, тогда

Пэ = 1 - Ст/Се, (4.3)

где Се - полная стоимость преобразования химической энергии топлива в механическую работу, снимаемую потребителем с фланца отбора мощности; Спр -стоимость системы преобразования химической энергии топлива в тепловую энергию рабочего тела и далее - в механическую работу; Ст - стоимость топлива.

Однако для того чтобы была возможна сравнительная оценка пэ для разных типов и типоразмеров двигателей целесообразно определять стоимостные значения Се, Ст и Спр, приводя их к одной временной и мощностной единице. Тогда,

значение Пэ будет определяться, как (Се - Ст)/Се, где Ст - стоимость топлива, израсходованного двигателем в течение года, приведённая к единице мощности. То есть ст = Ст. год/^е. Удельная стоимость преобразования энергии - спр, будет складываться из следующих составляющих:

- доли цены двигателя цд (за неё можно принять цену двигателя Цд, отнесённую к единице его номинальной мощности Ne и к одному календарному году работы, исходя из назначенного ресурса до первой переборки R, т. е. цд = Цд/NeR;

- стоимости обслуживания двигателя в течение года Со, отнесённой к единице мощности, т. е. со = Со / Ne;

- доли стоимости всех ремонтов двигателя - Срем в течение срока его эксплуатации, отнесённой к единице мощности и к сроку службы (срем = Срем / NeRK, где Rk - календарный срок службы двигателя в годах);

- доли отчислений на реновацию двигателя рд в виде начальной цены двигателя, отнесённой к одному году работы исходя из календарного срока службы Rk и к единице мощности, т. е. рд = Ц/RNe;

- доли прибыли от эксплуатации двигателя исходя из расчёта нормы прибыли в 20 % от себестоимости эксплуатации, отнесённой к одному году работы и к единице мощности сп, т. е. сп = 0,2 (цд + со + срем + рд). Исходя из вышеизложенного удельную стоимость преобразования энергии можно представить в виде суммы спр = цд + со + срем + рд + сп = 1,2(цд + со + срем + рд).

Тогда формула экономического КПД будет иметь вид

Пэ = 1,2 (цд + со + срем + рд) / [Ст + 1,2(цд + со + срем + рд)]. (4.4)

Данный показатель может служить в качестве оценки эффективности средств, вложенных в проектирование, производство и эксплуатацию судовых дизелей различных типов, и будет рациональным дополнением к показателям их технической эффективности.

Однако рассчитать этот показатель будет достаточно сложно в силу трудности определения доли прибыли, приходящейся непосредственно на двигатель или моторную установку. Это объясняется тем, что двигатель является, как пра-

вило, первичным звеном в сложной технической системе, на базе которой реализуются технологические процессы производства продукции и выявить долю прибыли от её реализации, приходящуюся на двигатель, не всегда просто, если вообще возможно. Так, в транспортном и рыбопромысловом флоте основные расходы материальных средств по судну приходятся на энергетическую установку. Применительно к судовым дизельным установкам эти расходы составляют 60^70 %, при этом затраты на топливо, техническое обслуживание и ремонт составляют до 70 % этих затрат. Тем не менее сделаем попытку проанализировать сделанные выкладки на примере анализа экономического КПД для двух конкретных двигателей.

Четырёхцилиндровый дизель ДС32 производства ОАО «Завод ДАГДИ-ЗЕЛЬ», Россия:

- цена (Ц) = 75 000 руб.; номинальная мощность (Дщом) = 23,5 кВт; частота вращения коленчатого вала n = 1 600 об/мин; ресурс до первой переборки Яп = 8 000 ч; ресурс до капитального ремонта Якр = 18 000 ч; срок службы до списания R = 12 лет; масса М = 395 кг; средняя стоимость дизельного топлива Цт = 7 руб./л (данные на сентябрь 2004 г.).

Трёхцилиндровый дизель MD2030 производства АВ «VOLVO-PENTA», Sweden:

- Ц = 11 000 $ USA; Ne^m = 21 кВт; n = 3 600 об/мин; Rn = 8 000 ч; RKV = = 18 000 ч; R = 12 лет; М = 152 кг; Цт = 1 $/л (характеристики взяты из заводских формуляров дизелей и прайс-листов заводов-изготовителей).

Если по вышеприведённым формулам выполнить все расчёты с подстановкой данных, то получаются следующие результаты: ДС32 - пэ = 0,68, MD2030 -Пэ = 0,88. Таким образом, из каждого затраченного рубля на производство и техническую поддержку дизелей в течение всего срока их эксплуатации, на выработку мощности для ДС32 приходится 68 копеек, тогда как 32 копейки составляют прямые и косвенные потери. Для двигателя MD2030 эти показатели составляют 88 и 12 копеек соответственно.

Таким образом, уровень эффективности затрат на выработку мощности при производстве и эксплуатации ДС32 составляет 77 % от уровня эффективности затрат М02030. Все стоимостные показатели рассчитывались в рублях из расчёта 1 $ = 29 руб. По конструкционному исполнению оба двигателя являются дизелями с камерой сгорания, расположенной в поршне, и непосредственным впрыском топлива в цилиндр при минимальных удельных расходах топлива на уровне 245 г/(кВт-ч). Годовой расход топлива для дизелей определялся как для главных судовых, в соответствии с методикой ЦНИДИ [125].

По данным сделанного расчёта результат получается достаточно приемлемым для современного уровня производства в России. Однако следует учесть существенное качественное различие, а именно то, что при примерно одинаковых мощностях у обоих двигателей они значительно различаются по массам: 395 кг - у ДС32 и 152 кг - у М02030. Это в первую очередь является следствием более высокой частоты вращения коленчатого вала у шведского дизеля - 3 000 об/мин, против 1 600 у ДС32 и более высокого качественного уровня изготовления элементов остова дизеля, а именно - качества материалов и качества изготовления заготовок. Для учёта этих фактора в расчётах была введена следующая корректировка формул - вместо #еном в формулах использовалась удельная мощность #уд, представляющая собой отношение номинальной мощности к массе двигателя. Так, для ДС32 #уд = 0,059 кВт/кг, а для М02030 - 0,128 кВт/кг. После подстановки в расчётные формулы значений удельной мощности получалась размерность руб.-кг/кВт. В результате расчётов были получены следующие значения экономического КПД: для ДС32 - 0,32; для М02030 - 0,43. Здесь уровень эффективности затрат на выработку мощности значительно снизился для обоих двигателей. Для ДС32 этот уровень составляет уже 74 % от уровня эффективности М02030.

Конструктивно двигатель М02030 представляет собой трёхцилиндровую машину (что также является следствием более высокого уровня форсирования шведского двигателя), тогда как ДС32 имеет четыре цилиндра. Следовательно,

М02030 имеет на один комплект всех элементов, относящихся к одному рабочему цилиндру, меньше, чем ДС32, что влечёт за собой сокращение трудоёмкости изготовления. Трудоёмкость изготовления дизелей: ДС32 - 89 чел-ч (по данным завода); М02030 - 67 чел-ч (по аналогии). Учет и этого параметра путём ввода значений трудоёмкости Т в знаменатель расчётных формул цд = Цд / mудТR, руб.-кВт/(кг-чел-ч) позволил получить следующие значения экономического КПД: для дизеля ДС32 - 0,27; для дизеля М02030 - 0,37. Тогда для ДС32 уровень эффективности затрат составит 72 % от уровня М02030.

Теперь рассмотрим задачу в другой постановке. Принципиально не изменяя конструкции дизеля ДС32, ОАО «ДАГДИЗЕЛЬ» имеет возможность повысить его технический уровень за счёт применения умеренной системы наддува (до значений среднего эффективного давления ре = 0,7 МПа) и увеличения частоты вращения коленчатого вала до п = 3 000 об/мин. Такие опытные работы уже ведутся. Тогда номинальная мощность дизеля составит Ые = 54,5 кВт. При этом значение удельной массы будет т = 7,24 кг/кВт. Если 1 кВт мощности дизеля М02030 стоит 532,8 $, то приняв аналогичной стоимость единицы мощности нового дизеля ДС32, получим его цену в 827 881 руб. (28 500 $). Принимая цену топлива 1 $/л (29 руб./л), получим п = 0,5 (по второму варианту расчёта).

Отсюда возможен следующий вывод. Переходя на мировые цены на стоимость энергоносителей (что является одним из условий вступления России в ВТО), при одновременном повышении технического уровня выпускаемых машин, и приводя их стоимость в соответствие с мировыми аналогами (что повлечёт за собой приближение уровня заработной платы к европейскому), мы повышаем эффективность использования денежных средств в промышленном секторе экономики.

Однако есть нечто, что нарушает вышеизложенную методику оценки экономической эффективности двигателей. Это инфляция, инфляционные ожидания и просто возможное и необоснованное желание производителя решить часть собственных экономических проблем за счёт потребителя. Так, примерно с сентября

2003 г. по июнь 2004 г. цена дизеля ДС32 увеличилась до 110 тыс. руб., хотя каких-либо позитивных изменений в его технических характеристиках не произошло. Таким образом, повышение цены влечёт за собой и повышение уровня эффективности затраченных средств, хотя в плане отдачи для потребителя ничего не изменилось.

В этой связи в формулу (4.4) предлагается ввести поправочный коэффициент &п, посредством которого можно будет учесть текущую инфляцию, инфляционные ожидания и другие факторы. Тогда формула (4.4) примет вид

1.2(Цд+с0+Срем+рд) . (4.5)

п Ст + 1,2(Цд+Со+Срем+Рд) 4 '

Предлагается следующая структура поправочного коэффициента:

& = (Яе'Щд'ХЦдВДИ, (4.6)

где Ые - номинальная эффективная мощность двигателя после повышения цены заводом-изготовителем; Ые - номинальная эффективная мощность двигателя на период начала анализа; Цд - цена двигателя на период начала анализа; Цд' - новая цена двигателя; И - показатель инфляции (для годового периода оценки экономического КПД при годовом темпе инфляции в 12 % И будет равен 1,12). Такая структура поправочного коэффициента будет показывать то, что все виды затрат в эксплуатации также будут расти и выражаться через цену. Если на момент повторной оценки экономического КПД не произошло изменений в характеристиках машины, но была повышена цена, и это повышение укладывается в официально объявленный (или действительный) темп инфляции, то ^ будет равен 1, и это будет означать, что уровень экономической эффективности данной машины не изменился, т. е. он стабилен (стабилен хорошо или стабилен плохо - это уже другой вопрос). Если не произошло повышения цены при неизменных технических характеристиках машины, то кп, а вместе с ним и пэ, вырастут пропорционально росту инфляции. Это будет означать рост уровня экономической эффективности изготовления и эксплуатации двигателя за счёт снижения доли непроизводственных расходов, что является позитивным фактором. Если же произошло повышение цены двигателя на величину, значительно превышающую темп

инфляции (как в данном случае на 46,7 %, при официальном темпе инфляции за 8 месяцев ~ 1,08), то коэффициент кп будет (75 000 / / 11 0000) ■ 1,08 = 0,736. Соответственно, пэ (по второму варианту расчёта 0,32) уменьшится до 0,236, и это будет означать, в первую очередь, снижение уровня организации изготовления и эксплуатации двигателей данного типа и возрастание доли непроизводственных расходов.

4.2 Сравнительная оценка качества и стоимости судовых дизелей

По определенной совокупности сравнительная оценка качества двигателей и их параметров относится к числу задач, с которыми производителям часто приходится сталкиваться. Для оцениваемого двигателя подбирается один или несколько аналогов, после чего производится сравнение величин значений их показателей. Самая достоверная оценка может быть получена путем сравнительных испытаний аналогов в одинаковых условиях и по единой методике. Однако на практике часто не имеется ни самих образцов двигателей, ни исчерпывающих, документально подтвержденных данных о них.

Отсюда следует, что при комплексной оценке качества конкретного двигателя прежде всего следует исходить из экспертной оценки значимости (коэффициента весомости) того или иного показателя в зависимости от атмосферных и внешних условий, характерных показателей режима эксплуатации, возможности выполнения квалифицированного и своевременного технического обслуживания и затребованного потребителем ресурса безотказной работы. Экспертный метод определения коэффициентов весомости показателей путем их ранжирования рекомендован в теории и практике квалиметрии [126-129].

Самый не очевидный из оценочных критериев для дизелей - удельная масса. При существующем многообразии двигателей по типу и назначению перед конструкторами стоят совершенно различные задачи.

Таким образом, при сравнительных оценках отечественных и зарубежных дизелей, приводимых на основе разнородных информационных материалов, всту-

пает в силу большое число факторов несопоставимости, совместное действие которых придает этим оценкам весьма приблизительный характер [129-130]. Учитывая, что на практике невозможно обеспечить полную сопоставимость по всем параметрам, результаты сравнений не должны рассматривать как «истина в последней инстанции», а иметь вспомогательное значение [126].

В теоретических исследованиях и практических разработках существуют два принципиально разных подхода к определению эталонных значений показателей. В первом случае за эталон принимаются показатели реальной, серийно выпускаемой машины, которые в определенной мере отражают современный мировой уровень [131]. При этом принято считать, что оцениваемая машина сопоставляется с лучшим из существующих аналогов. Однако такой подход правомерен, когда эталонная машина лучше других аналогов по всем учитываемым параметрам. Как показывает опыт, на практике такие случаи крайне редки, поскольку многие показатели качества (масса, ресурс, экономичность, экологические показатели и др.) связанны между собой, и принципиально невозможно сочетание в одном образце всех их наилучших значений.

При ином подходе к выбору эталонных значений за базовый принимается условный гипотетический двигатель, обладающий такой совокупностью показателей, которую в действительности не имеет ни один из существующих аналогов. Одна из возможностей создания искусственного эталона заключается в том, что по каждому единичному показателю качества берется среднее, для всей группы аналогов, значение. В зависимости от цели оценки, сравнивать можно со средним мировым уровнем, средним уровнем по стране, по отрасли и т. п. Однако, как и при использовании любого другого статистического метода, одно из важных, но трудно реализуемых в практике оценки качества машины, требований - наличие достаточно большой выборки машин-аналогов. Кроме того, применение того или иного вида средней величины потребует специального обоснования [132]. В литературе предлагаются и другие способы выбора эталонных показателей. Так, они могут браться из действующих стандартов и нормативных

документов, а в зарубежной практике чаще всего назначаются лицом, проводящем оценку.

В числе преимуществ, обусловленных применением идеального эталона, можно отметить следующие:

- максимальное соответствие целям управления качеством поскольку эталонные значения будут стимулировать разработчиков и изготовителей машины к повышению уровня качества продукции по всем показателям;

- возможность избежать произвола в выборе аналога для сравнительной оценки и тем самым повысить её объективность;

- ясное толкование эталона, так как качество оцениваемого двигателя рассматривается как степень приближения к идеальному качеству;

- наибольшая универсальность идеального эталона;

- наибольшая доступность данных о наилучших показателях, достигнутых на зарубежных машинах общего назначения.

Выбор исходных аналогов играет важную роль при всех способах назначения эталона. Накопленный в двигателестроении опыт позволяет сформулировать ряд требований, соблюдение которых необходимо при подборе отечественных и зарубежных аналогов:

- одинаковая область применения аналога и оцениваемого двигателя;

- близкие значения классификационных показателей (различия по номинальной мощности и частоте вращения коленчатого вала не должны превышать 30 %);

- параметрическая сопоставимость аналогов и оцениваемого двигателя (необходимо приведение сравнительных показателей к сопоставимому виду, в первую очередь это касается таких показателей как мощность, удельный эффективный расход топлива, удельная масса, ресурс и др.);

- полнота и достоверность информации об аналогах, включая сроки поставки и производство сервисного обслуживания.

Трудности связаны с недостатком информации и необходимостью приведения имеющейся информации к сопоставимому виду. Таким образом, необходима методика сравнительной оценки качества судовых дизелей, которой можно было бы воспользоваться при различных обстоятельствах: при аттестации качества; обосновании планов создания новой техники; анализе конкурентоспособности [133, 134] и т. п.

Автором были отобраны основные показатели судовых малоразмерных дизелей (с диаметром цилиндра < 100 мм - агрегатная мощность, среднее эффективное давление, частота вращения коленчатого вала, средняя скорость поршня, удельные расходы топлива и масла, масса, габаритные размеры, ресурс) наиболее известных фирм (стран Америки и Европы), которые могут быть использованы в качестве аналогов по своим классификационным данным и времени постановки на производство. В качестве оцениваемого был принят перспективный судовой дизель 4ЧН9,5/11, разрабатываемый совместно ОАО «Завод «ДАГДИЗЕЛЬ» и ФГУП НЦ «НАМИ» (номинальная мощность Ыенож = 75 кВт, номинальная частота вращения коленчатого вала пном = 3 000 мин-1). С целью улучшения функциональных показателей судовых дизелей типов Ч8,5/11 и Ч9,5/11, без кардинального изменения их конструкции, технологии изготовления и без замены материалов основных элементов, Лаборатория проблем моторной энергетики (ЛПМЭ) в г. Астрахани (совместная Института физики Дагестанского научного центра РАН и Астраханского государственного технического университета) по согласованию с производителем этих типов дизелей ОАО «Завод «ДАГДИЗЕЛЬ» и Российским морским регистром судоходства (Астраханский филиал) произвела работы по форсированию дизеля 4Ч9,5/11 по среднему эффективному давлению путём газотурбинного наддува [136] с учётом требований РМРС к судовым дизелям [137]. Объектом исследования в ЛПМЭ являлся судовой дизель 4Ч9,5/11 с двухконтурной, водо-водяной, комбинированной системой охлаждения и вихрекамерным смесеобразованием. На двигатель был установлен турбокомпрессор ТКР-6 со всеми не-

обходимыми элементами систем. В соответствии с рисунком 4.1 показан испытательный стенд на базе модернизированного дизеля 4ЧН9,5/11. Тормозным устройством являлся генератор постоянного тока П-81, нагружаемый пакетом тепловых электрических нагревателей (ТЭНов). Стенд был оборудован штатным набором контрольно-измерительных приборов. Для исследования и анализа внутрицилин-дровых процессов стенд был оборудован измерительным комплексом для снятия индикаторных диаграмм. В соответствии с рисунком 4.2 показан разрез головки цилиндров с местом установки (вместо штатной свечи накаливания) датчика динамического давления производства ООО «Глобалтест» модели PS01. Индикаторные диаграммы, находящиеся в файлах, созданных при помощи программного продукта «Oscilloscope PCSU1000» были в соответствии с тарировочной диаграммой датчиков переведены в «Microsoft Excel». В результате обработки данных программой Microsoft Excel 2007 строится индикаторная диаграмма.

Рисунок 4.1 - Испытательный стенд на базе дизеля 4Ч9,5/11 модернизированного

в дизель 4ЧН9,5/11

Экспериментальная индикаторная диаграмма представлена в соответствии с рисунком 2.2. Для сравнения, в соответствии с рисунком 4.3 показана индика-

торная диаграмма дизеля Ч9,5/11. В таблицах 4.1 и 4.2 приведены показатели рабочего процесса дизеля 4ЧН9,5/11 при работе на режимах нагрузочной и винтовой характеристик. Номинальная эффективная мощность серийного судового вихрекамерного дизеля 4Ч9,5/11 - 22 кВт, при частоте вращения коленчатого вала 1 500 мин-1 и удельном эффективном расходе топлива - 0,279 кг/(кВтч). Эффективная мощность дизеля 4ЧН9,5/11 составляет 27 кВт (п = 1 500 мин-1) при удельном эффективном расходе топлива - 0,24 кг/(кВтч).

Рисунок 4.2 - Разрез головки цилиндров с датчиком динамического давления

Рисунок 4.3 - Индикаторная диаграмма двигателя Ч9,5/11 Мощность в 27 кВт была принята по соображениям поддержания на приемлемом уровне внешних показателей двигателя - температур и давления воды и масла, температур отработавших газов, температур цилиндровой втулки и клапанов, при его исходной серийной комплектации. Фактически дизель развивал мощность в 30 кВт и мог развить и большую мощность, но при этом стали проявляться

дефекты, связанные с недостаточной жёсткостью элементов остова, недостаточной производительностью насосов системы охлаждения и другие факторы. Таблица 4.1 - Показатели двигателя на режимах нагрузочной характеристики

Показатель Режим

х.х. 25 % 50 % 75 % 100 %

Эффективная мощность Ыг, кВт 0 6,75 13,5 20,3 27

Среднее эффективное давление ре, МПа - 0,17 0,34 0,52 0,69

Часовой расход топлива Gт, кг/ч 1,46 2,39 3,56 4,75 6,5

Удельный эффективный расход топлива, gе, кг/(кВгч) - 0,354 0,264 0,234 0,24

Таблица 4.2 - Показатели двигателя на режимах винтовой характеристики

Показатель Режим

50 % 75 % 100 %

Частота врашения п, об/мин 1 190 1 360 1 500

Эффективная мощность Ыг, кВт 17 22,4 27

Среднее эффективное давление ре, МПа 0,549 0,633 0,687

Часовой расход топлива Gт, кг/ч 3,67 4,77 6,5

Удельный эффективный расход топлива gе, кг/(кВт^ч) 0,216 0,213 0,240

Как принято в мировой практике, в согласии с требованиями квалиметрии, оценка коэффициентов весомости показателей качества была осуществлена экспертным методом. Экспертная комиссия, состоящая из авторов и ведущих технических специалистов предприятия-изготовителя, исходя из назначенных квалификационных данных, условий производства и эксплуатации, а также конъюнктуры рынка, оценила значимость показателей качества СМД (в соответствии с таблицей 4.3).

Таблица 4.3 - Экспертная оценка значимости показателей качества СМД

Коэффициенты весомости экс-

I Показатели качества ДВС понатов, ш!

№ 1 № 2 № 3

1. Удельная мощность, кВт/кг 0,15 0,14 0,15

2. Литровая мощность, кВт/л 0,09 0,05 0,06

3. Удельная габаритная мощность, кВт/м3 0,057 0,05 0,05

4. Удельный расход топлива, кг/кВтч 0,22 0,22 0,21

5. Удельный расход масла, кг/кВтч 0,073 0,1 0,12

6. Наработка на отказ, ч 0,07 0,08 0,08

7. Ресурс непрерывной работы, ч 0,04 0,05 0,05

8. Ресурс до первой переборки, ч 0,07 0,07 0,07

9. Ресурс до капитального ремонта, ч 0,06 0,05 0,05

10. Удельная стоимость, руб./кВтч 0,06 0,06 0,05

11. Удельная трудоемкость, н-ч/кВтч 0,03 0,06 0,05

12. Эргономические и эстетические показатели, балл. 0,08 0,07 0,06

13. Сумма коэффициентов 1,0 1,0 1,0

В связи с отсутствием данных для аналогов по всем показателям, для дальнейшего анализа использованы следующие основные показатели и усредненные значения коэффициентов их весомости: удельная массовая мощность кВт/кг (т1 = 0,145); литровая мощность Жл, кВт/л (т2 = 0,09); удельная габаритная мощность Жг, кВт/м3 (т3 = 0,055); удельный расход топлива gе, кг/(кВтч) (т4 = 0,22); удельный расход масла gм, кг/(кВтч) (т5 = 0,1); ресурс до первой переборки Т1, ч (т6 = 0,07); ресурс до капитального ремонта Т2, ч (т7 = 0,06); удельная стоимость С, руб./кВтч (т8 = 0,057).

Отдельно следует остановиться на стоимостных показателях. Это самые закрытые данные, о которых фактически нельзя получить информацию даже из каталожных материалов производителей и которые часто раскрываются только на переговорах по заключению контрактов. А эти данные настоятельно необходимы уже на этапе начальной проработки проекта. Автор, по результатам исследований особенностей производства судовых и промышленных дизелей типа Ч8,5/11 и Ч9,5/11, предложил формулу расчёта стоимости С исходя из их основных функциональных показателей [138]:

^0,073^0,086^0,763 ^ = ^ „2,446 1,138^о,466 , (4.7)

Уе Ут °

где Ые - номинальная эффективная мощность двигателя, кВт; Т - ресурс до первой переборки, ч; М - масса, кг; ge - удельный эффективный расход топлива на режиме номинальной мощности, кг/(кВтч); gm - удельный эффективный расход масла на режиме номинальной мощности, кг/(кВт ч); £ - серийность выпуска, в условных единицах (серийность для судовых дизелей 10, для промышленных 25 [137]); К - коэффициент пропорциональности, 0,023. Результаты расчёта для группы дизелей приведены в соответствии с таблицей 4.4. Показатели степеней характеризуют весомость каждого аргумента в формуле. Таблица 4.4 - Показатели и соотношение заводских и расчётных цен дизелей

Модель двигателя Показатели Цена, руб.

Ые, Вт Т, ч ge, кг/кВт-ч gm, кг/кВт-ч М, кг заводская расчетная

8Д6 (6Ч9,5/11) 33 100 14 000 0,260 0,0019 485 144 000 144 283

10Д6 (6ЧСП9,5/11) 44 100 14 000 0,263 0,00184 485 148 300 148 588

ДС25 (4ЧСП8,5/11) 18 400 18 000 0,269 0,00177 420 126 000 126 236

ДП30 (4Ч9,5/11) 22 000 15 000 0,260 0,0015 350 93 600 93 785

ДП31 (4Ч9,5/11) 22 500 22 000 0,261 0,0015 350 96 000 96 177

Подобную структуру формулы для определения стоимости при принятии решений о приобретении дизелей на стадии проектирования можно рекомендовать и для других типов двигателей. При этом средняя квадратичная погрешность модели не превышает 7 %.

Данная модель позволяет обосновать расчетным путем стоимость двигателя по заданным показателям или определить величину одного из показателей по заданной стоимости и принятым значениям остальных показателей. Для оцениваемого двигателя стоимость, определенная по формуле (4.7) равна 190 620 руб. при стоимости «идеального» двигателя 126 000 руб.

На основе показателей выбранных двигателей были рассчитаны удельные показатели оцениваемого дизеля, дизелей-аналогов и идеального дизеля.

Обобщенный коэффициент качества идеального гипотетического двигателя будет равен сумме коэффициентов весомости восьми учитываемых показателей (п = 8), т. е.

Кх Э = £™< = 0,797. (4.8)

Недостающее до единицы значение суммы, равное 0,203, относится к показателям, для которых практически невозможно найти данные для аналогов (наработка на отказ, трудоемкость и др.).

Обобщенный коэффициент качества оцениваемого двигателя: К = Ымт^Ымэ + ^тг/Илэ + + gеэm^/gе + gмэm5/gм + Т^б/Тъ +

+Т2ту/Т2э + Ст8/Сэ= 0,994, (4.9)

где N - значения удельной массовой, литровой и габаритной мощности; g - значения удельных расходов топлива и масла; Т - значения ресурсов; С - значение стоимости.

Отношение коэффициентов качества, равное

а = (0,203 + Ке)/(0,203 + Кю) = 1,198 -1,2 (4.10)

показывает, что оцениваемый двигатель по своему техническому уровню превосходит идеальный гипотетический двигатель на 20 %.

Таким образом, приведенный метод сравнительной оценки качества создаваемого судового дизеля и принцип выбора эталона показал реальные конкурентные преимущества оцениваемой машины еще на стадии проектирования. Действительный же качественный уровень будет определяться степенью соответствия реальных показателей новой машины заданным и сроком постановки её на производство.

4.3 Направления совершенствования поршневых ДВС на основе анализа сопоставления их стоимости и эксплуатационных затрат

Современное состояние дизелестроения в России является глубоко депрессивным. Многие дизелестроительные заводы, а их на данное время 10 [139], потеряли производственный потенциал из-за невосполнения естественного и вынужденного оттока специалистов, предельной изношенности и невосполнения технологического оборудования, оснастки и инструмента. Крайне негативным фактором является отсутствие федерального исследовательского центра дизеле-строения, который мог бы разрабатывать перспективные модели дизелей, анализировать потребности отечественного и зарубежных рынков, координировать деятельность отдельных конструкторских организаций, то есть выполнять функции, которые ранее выполнял Центральный научно-исследовательский дизельный институт (ЦНИДИ, г. Ленинград). Тем не менее, ряд заводов: ПАО Звезда», ООО УДМЗ, Коломенский завод [140, 141], нашли возможности обновить и осовременить линейку дизельных двигателей, таких как «Пульсар-150» (12ЧН15/17,5), ДМ-185 (12ЧН18,5/21,5), 12ЛДГ500 (12ЧН26,5/31). Евразийский

банк развития, БЕЛАЗ и НПК «Звезда» подписали соглашение о совместной организации серийного выпуска дизельных двигателей нового поколения [142]. Можно отметить совместную разработку учёных Уральского федерального университета и специалистов Уральского дизель-моторного завода в области совершенствования конструкции впускного и выпускного тракта дизельных двигателей с целью снижения теплонапряжённости путём уменьшения суммарного коэффициента теплоотдачи [143]. Целью данного раздела является выработка универсальной методики оценки эффективности использования затрат на производство и эксплуатацию существующих поршневых ДВС и возможные направления их совершенствования.

Совершенствование поршневых ДВС должно идти в направлении улучшения совокупности известных показателей, характерных для этих типов тепловых двигателей: повышение ресурса; повышение литровой мощности; снижение удельных и часовых расходов топлива и масла; снижение массогабаритных параметров; адаптивное управление рабочим процессом на основе микропроцессорных систем и других. Показатель эффективности использования финансовых средств Е, вложенных в проектирование и производство двигателей с учётом обеспечения высоких эксплуатационных показателей, может быть оценён путём сопоставления эксплуатационных затрат ЭЗ, приходящихся на единицу стоимости двигателя Сд:

Е = ЭЗ/Сд. (4.11)

Эксплуатационные затраты представляют из себя сумму стоимости технического обслуживания двигателя в течении срока эксплуатации Со, стоимости ремонтов Ср, стоимости топлива Ст. Однако, для того чтобы была возможна сравнительная оценка Е для разных типов и типоразмеров двигателей, целесообразно определять стоимостные значения Со, Ср и Ст, приводя их к одной временной и мощностной единице. Тогда, значение ст - стоимость топлива, израсходованного двигателем в течение года, приведённая к единице мощности, ст = Ст.год/^, где N - эффективная мощность двигателя, кВт. Доля стоимости двигателя сд, за неё можно принять стоимость двигателя Сд, отнесённую к единице его номинальной

мощности Ne и к одному календарному году работы, исходя из назначенного срока службы R, т. е. сд = Сд /NeR. Стоимость обслуживания двигателя в течение года - Со, отнесённую к единице мощности, т. е. со = Со. год/М;. Стоимость всех ремонтов двигателя - Ср, в течении назначенного срока службы, отнесённую к единице мощности и к сроку службы, ср = С/NR. Тогда, формула (4.11) примет вид:

е = (со + ср + ст)/сд. (4.12)

Данная формула будет отражать уровень эффективности затрат на проектирование и производство двигателя выраженный через минимизацию годовых эксплуатационных затрат.

Проанализируем сделанные выкладки на примере для двух конкретных двигателей, отечественного и зарубежного производства.

Четырёхцилиндровый дизель ДС32 (4ЧСП9,5/11) с вихрекамерным смесеобразованием, производства ОАО «Завод «ДАГДИЗЕЛЬ», Россия:

- стоимость Сд = 232 450 руб.; номинальная мощность ^ном = 23,5 кВт; частота вращения коленчатого вала n = 1 900 мин-1; ресурс до капитального ремонта Rkp = 18 000 ч; срок службы до списания R = 12 лет; средняя стоимость дизельного топлива Ст = 37 руб./л; удельный эффективный расход топлива ge = 0,28 кг/(кВтч); стоимость технического обслуживания в течение года 30 000 руб.; стоимость капитального ремонта 85 000 руб.; количество капитальных ремонтов в течение срока службы - 2.

Трёхцилиндровый дизель MD2030 (российская маркировка 3ЧСП7,6/7,2) с объёмно-плёночным смесеобразованием и камерой сгорания в поршне, производства АВ «VOLVO-PENTA», Sweden:

- Сд = 11 000 USD (660 000 руб); N^h = 21 кВт; n = 3 600 мин-1; Rkp = 18 000 ч; R = 12 лет; Ст = 1 USD (60 руб.)/л; удельный эффективный расход топлива ge = 0,245 кг/(кВтч); стоимость технического обслуживания в течение года 30 000 руб.; стоимость капитального ремонта 110 000 руб.; количество капитальных ремонтов в течение срока службы - 2 (характеристики взяты из заводских формуляров дизелей и прайс-листов заводов-изготовителей). Расходы

топлива в течение года принимались из условия восьмичасовой работы в сутки для действительного календарного годового фонда рабочих дней на режиме номинальной мощности.

Тогда, для ДС32: сд = 824,3 руб./(кВтгод); со = 1 277 руб./(кВтгод); ср = 603 руб./(кВтгод); ст = 22 400 руб./(кВтгод). Отсюда, е = 29,5.

Для М02030: сд = 2 619 руб./(кВт год); со = 1 430 руб./(кВт год); ср = = 873 руб./(кВтгод); ст = 29 400 руб./(кВтгод). Отсюда, е = 12,1.

Таким образом видно, что двигатель ДС32 по уровню эксплуатационных затрат на единицу стоимости двигателя больше чем в два раза превосходит аналогичный показатель двигателя М02030. Следовательно, для снижения этого показателя существуют два пути: снижать эксплуатационные расходы и повышать стоимость двигателя. Эти пути взаимосвязаны, т. к. нельзя снизить эксплуатационные расходы, не вкладываясь в обновление производства, обновление конструкции или проведения серьёзной модернизации, как конструкции машины, так производственного процесса, что в значительной степени отразится на стоимости двигателя в сторону её увеличения. Надо учесть, что разница в литровой мощности показывает, что ДС32 по этому показателю уступает шведскому двигателю почти в два раза, т. е. 8,3 кВт/л у ДС32 против 15,44 кВт/л у М02030 при массе ДС32 - 395 кг, тогда как масса М02030 - 152 кг. Отсюда видно, что уровень конструкционной и технологической проработки шведской машины гораздо более высокий нежели у её российского аналога, что обуславливает более высокую стоимость двигателя МД2030. Современная тенденция развития двига-телестроения такова, что двигатель должен быть недёшев, но уровень его функциональных показателей должен быть таким, чтобы были минимизированы эксплуатационные расходы в течение всего срока службы. Некоторые предприятия, выпускающие морально устаревшие машины, могут улучшить их показатели до приемлемых значений путём глубокой модернизации конструкции при использовании имеющегося оборудования, оснастки и инструмента. В качестве примера можно привести дизели типов Ч8,5/11 и Ч9,5/11, выпускаемые ОАО «Завод «Дагдизель», где сохранилась, пусть и устаревшая, но находящяяся в исправном

состоянии, технологическая база. При этом «Завод «Дагдизель» ведёт работы по вводу в производство двигателя нового поколения ЭДП45 (4ЧН9,5/11) [13].

В качестве объекта исследования был взят тот же дизель ДС32 (показанный в соответствии с рисунком 1.1).

Один из вариантов модернизации дизеля - форсирование его по среднему эффективному давлению путём газотурбинного наддува, выполненный на кафедре «Судостроение и энергетические комплексы морской техники» Астраханского государственного технического университета [144].

Были проведены испытания модернизированного дизеля на режимах нагрузочной и винтовой характеристик, при которых было получено значение эффективной мощности Ые = 35 кВт. Таким образом была достигнута величина литровой мощности 12,37 кВт/л. Дальнейшее увеличение мощности было невозможно из-за достижения предельных значений температур охлаждающей воды и смазочного масла. В ходе испытаний производились измерения температурного состояния цилиндровой втулки и тарелок выхлопных клапанов посредством хромель-копелевых термопар, которые показали завышенные значения температур этих деталей [145]. Можно утверждать, что температуры огневого днища головок цилиндров также будут превышены. Поскольку дизель ДС32 является вихрекамерной машиной, то были проведены испытания его аналога с объёмно-плёночным смесеобразованием и камерой сгорания, расположенной в поршне. После доработки конструкции системы охлаждения за счёт применения более мощного теплообменника от двигателя 6Ч9,5/11 (в соответствии с рисунком 4.4), при испытаниях удалось достичь эффективной мощности Ые = 40 кВт и, следовательно, литровой мощности Ыл = 14,1 кВт/л.

Рисунок 4.4 - Вид экспериментальной установки с более мощным теплообменником.

На нижнем плане показан серийный теплообменник для двигателей типа 4Ч9,5/11

Таким образом, видно, что резервы качественных улучшений посредством глубокой модернизации существующих конструкций дизелей есть. Однако вместе с этим появляются и проблемы, связанные с обеспечением достаточной стойкости деталей цилиндропоршневой группы, крышки цилиндров, многодырчатых распылителей форсунок к действию высоких механических и тепловых нагрузок. Однако на эти проблемы решаемы в данном разделе будут даны некоторые рекомендации по обеспечению надёжности основных элементов рабочего цилиндра в условиях действия высоких температур и давлений.

Этот элемент рабочего объёма является самым тяжелонагруженным как с точки зрения теплонапряжённости, так и механической нагруженности. Сложная пространственная конфигурация, развёрнутая постоянная поверхность восприятия тепломеханических нагрузок, воздействие усилий затяжки силовых шпилек, воздействие реакции упругого основания, перепады температур между газом и теплоносителем системы охлаждения формируют сложное напряжённое и деформационное состояние детали. Особо явно эта ситуация проявляется в головках цилиндров двигателей с непосредственным впрыском топлива и полуразделёнными или открытыми камерами сгорания.

Предлагается техническое решение по повышению надёжности и эксплуатационных показателей дизелей путём использования биметаллической конструкции головки цилиндров (по аналогии с конструкционными решениями

[42]).

Устройство головки цилиндров форсированного ДВС (в соответствии с рисунком 4.5) включает в себя тело алюминиевой головки 1 со стальной вставкой 2, замыкающей два и более цилиндров, в зависимости от конструктивных особенностей ДВС. В верхней части вставки 2 расположены в продольном и поперечном направлении упрочняющие ребра жесткости 3. Технический результат заключается в увеличении прочности, жесткости и повышении надежности конструкции.

\1 \2 ^3

Рисунок 4.5 - Биметаллическая конструкция ГЦ: 1 - алюминиевый корпус; 2 - стальная вставка, образующая огневое днище ГЦ;

3 - продольные и поперечные рёбра жёсткости В соответствии с рисунком 4.6, показана конструкция стальной вставки под огневое днище ГЦ.

Рисунок 4.6 - Конструкция вставки под огневое днище ГЦ Расчёт огневого днища на жёсткость и прочность может вестись на основе представления днища как балки, лежащей на упругом основании с использованием фундаментальных функций А.Н. Крылова [146], в соответствии с рисунком 4.7.

а3.3

Р3

.аИ.

Р1

а3.2

ОЦ

Р2

р(4

а1

q(z)

а2

а1.2

а2.2

I ОЦ

Рисунок 4.7 - Схема нагружения днища головки цилиндров: Р1, Р2, Р3 - усилия от затяжки шпилек; - реакция крышки на действие сил давления газов; д^) - реакция упругого основания (прокладки)

z

У

Расчёт днища на прочность и жёсткость производится путём решения уравнений 4.13 и 4.14

EJ [^у(г)/^4] = -д(г) -р(г), (4.13)

где EJ - жёсткость сечения балки; у(г) - прогиб балки; 2 - координата по длине балки.

EJ [^у(г)/^4] = +ку -р(г), (4.14)

где к = коЬ - коэффициент постели; ку = ^(г).

Кроме того, расчёт прочности, жёсткости и теплонапряжённого состояния головки был выполнен методом конечных элементов.

Изготовление биметаллической ГЦ представлено в соответствии с рисунком 4.8. В нижнюю часть 1 разъёмной металлической литейной формы (кокиль) укладывают огнеупорное основание 2. Стальная вставка 3, предварительно обезжиренная, подвергается предварительному алитированию в среде перегретого алюминия и укладывается на огнеупорное основание 2. После этого в форму устанавливается песчано-проволочная стержневая система (условно изображена под номером 5) для формирования внутренних полостей крышки (полости охлаждения, каналы газообмена). Затем устанавливается верхняя часть кокиля 4 и производится заливка формы алюминиевым сплавом.

Рисунок 4.8 - Схема изготовления биметаллической ГЦ

Алюминиевый сплав 6 охватывает ещё не остывшую стальную пластину по 5-ти поверхностям обеспечивая диффузионное проникновение алюминия в кристаллическую структуру стали на глубину до 500 мкм, что обеспечивает достаточно высокую прочность соединения материалов. Это традиционная схема изготовления, апробированная неоднократно. Но в данном случае возможен и другой вариант изготовления - посредством аддитивной технологии. В этом случае предполагается использование 3D-принтера, когда на алитированную поверхность напыляется алюминиевый состав. В соответствии с рисунком 4.9 показан пластиковый макет корпуса ГЦ, напечатанный на 3D-принтере. Экспериментальные исследования показали ряд позитивных факторов эксплуатации алюминиевых конструкций ГЦ с железоуглеродистым огневым днищем:

- более высокая жёсткость конструкции огневого днища;

- меньшая теплонапряжённость огневого днища;

- лучшие условия работы многодырчатых распылителей форсунок;

- лучшие показатели по технологичности, трудоёмкости и условиям труда при изготовлении.

По другим элементам объема рабочего цилиндра двигателя - цилиндровой втулке и поршню также есть конкретные рекомендации и технические решения. Так, для повышения термической прочности, твёрдости и износостойкости зеркала цилиндровой втулки разработано устройство для внедрения в поверхностный слой зеркала высокоорганизованных форм углерода (фуллеренов и углеродных нанотрубок) [147].

Рисунок 4.9 - Пластиковый макет корпуса ГЦ

Для обеспечения высокой работоспособности элементов поршневой группы имеются технические решения, позволяющие обеспечить необходимый и достаточный ресурс до первой переборки.

Приведённый пример сопоставления уровня эксплуатационных затрат, отнесённых к стоимости двигателей, свидетельствует об их высоких значениях у отечественных серийных дизелей по сравнению с зарубежными аналогами. Наряду с разработкой и постановкой на производство новых линеек дизельных двигателей или вместо этого на конкретном этапе предприятиям вполне возможна глубокая модернизация освоенных серийных моделей, в результате чего повысятся их эксплуатационные показатели.

Необходимо возрождение единого научно-технического центра дизеле-строения, который мог бы разрабатывать перспективные модели дизелей, анализировать потребности отечественного и зарубежных рынков, координировать деятельность отдельных конструкторских организаций и промышленных предприятий.

Предлагаемый вариант глубокой модернизации судовых дизелей типа Ч9,5/11 вполне осуществим в рамках конкретного дизелестроительного предприятия, на имеющейся технологической базе, при условии нового подхода к формированию конструкции головки цилиндров, цилиндровой втулки и других элементов цилиндрового объёма.

Выводы

В качестве оценки эффективности средств, вложенных в проектирование, производство и эксплуатацию тепловых двигателей различных типов, введено понятие экономического коэффициента полезного действия, который будет рациональным дополнением к показателям их технической эффективности.

Введено понятие критерии оптимальности структуры сложной технической системы, на примере судового дизеля малой мощности. Для судового дизеля приемлемым техническим решением является такое, которое обеспечивает выполнение поставленной цели при минимуме затрат.

Разработан метод сравнительной оценки качества создаваемого судового дизеля и принцип выбора эталона, который показал реальные конкурентные преимущества оцениваемой машины еще на стадии проектирования. Действительный же качественный уровень будет определяться степенью соответствия реальных показателей новой машины заданным и сроком постановки её на производство. По результатам исследований особенностей производства судовых и промышленных дизелей типа Ч8,5/11 и Ч9,5/11, предложена формула расчёта стоимости исходя из их основных функциональных показателей.

Приведённый пример сопоставления уровня эксплуатационных затрат отнесённых к стоимости двигателей свидетельствует об их высоких значениях у

отечественных серийных дизелей по сравнению с зарубежными аналогами. Наряду с разработкой и постановкой на производство новых линеек дизельных двигателей или вместо этого на конкретном этапе предприятиям вполне возможна глубокая модернизация освоенных серийных моделей в результате чего повысятся их эксплуатационные показатели.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненных исследований было установлено:

- компоновка дизельных двигателей типов Ч8,5/11 и Ч9,5/11 в целом соответствует современным тенденциям судового малоразмерного дизелестроения, однако целый ряд конструкционных и технологических решений являются устаревшими и не отвечают требованиям качества, надёжности, экономичности;

- на основании анализа термодинамики внутрицилиндровых процессов установлено, что для увеличения работоспособности дизельных двигателей необходимо максимально возможно увеличивать теплосодержание рабочего тела при переменных давлении и энтропии за счёт увеличения суммарной температуры газа и рабочего объёма цилиндра. При этом оценка средней температуры газа за цикл, индикаторной температуры дают возможность оценки перспектив работоспособности газа, что позволяет прогнозировать возможность повышения эффективности работы машины с помощью различных конструктивных новаций;

- экспериментально установлено, что количество теплоты, отведённое от рабочего тела в охлаждение через термоизолированную стенку вихревой камеры, будет на 40 % меньше, чем количество теплоты, отведённое в охлаждение через стенку вихревой камеры серийного дизеля, что приведёт к снижению удельного индикаторного расхода топлива ^ а при неизменном уровне внутренних потерь двигателя и к снижению удельного эффективного расхода топлива £е;

- исходным показателем для обеспечения высокоэффективной работы поршневых ДВС будет являться внутренняя энергия рабочей смеси;

- экспериментально определены значения тепловых потоков в крышке цилиндров шлюпочного дизеля, работающего в условиях «холодного» (одноконтурная, проточная система охлаждения) и «горячего» (двухконтурная замкнуто-разомкнутая система охлаждения) цилиндра, что дало основания для решения задачи приведения внутрицилиндровых процессов, протекающих в шлюпочном («холодном») двигателе, к условиям протекания этих же процессов в цилиндрах

«горячих» дизелей, какими являются главные и вспомогательные дизели этого же типоразмера;

- предложен расчётный метод оценки потерь мощности на преодоление сил трения в цилиндропоршневой группе ДВС и определение эффективной мощности главного двигателя судна на основе действительных индикаторных диаграмм;

- введено понятие экономического коэффициента полезного действия, который будет рациональным дополнением к показателям их технической эффективности, введено понятие критерия оптимальности структуры сложной технической системы, на примере судового дизеля малой мощности;

- разработан метод сравнительной оценки качества создаваемого судового дизеля и принцип выбора эталона, который показал реальные конкурентные преимущества оцениваемой машины еще на стадии проектирования;

- по результатам аналитических исследований особенностей производства судовых и промышленных дизелей типа Ч8,5/11 и Ч9,5/11, получена формула расчёта стоимости исходя из их основных функциональных показателей;

- доказано, что на конкретном этапе развития предприятия вполне возможна глубокая модернизация освоенных серийных моделей, в результате чего повысятся их эксплуатационные показатели и снизятся эксплуатационные расходы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Конкс Г.А., Лашко В.А. Мировое судовое дизелестроение. Концепции конструирования, анализ международного опыта. М.: Машиностроение, 2005. 512 с.

2. Возницкий И.В., Пунда А.С. Судовые двигатели внутреннего сгорания. М.: Моркнига, 2008. 283 с.

3. Diesel Progress International Ed. May-June 2000. P. 16-53.

4. Корнилов Э.В., Бойко П.В., Голофастов Э.И. Технические характеристики современных дизелей: справочник. Одесса, 2008. 272 с.

5. Сорокин В. А., Иванов М. Ю. Технико-эксплуатационные характеристики отечественных и зарубежных судовых дизелей мощностью до 3 МВт // Наука и транспорт. Морской и речной регистр. 2013. № 1 (5). С. 70-77.

6. Безюков О. К., Жуков В. А. Состояние и перспективы судового двигателе-строения в России // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. 2017. № 2 (май). С. 40-53.

7. Стратегия развития судостроительной промышленности на период до 2020 года и дальнейшую перспективу (утв. приказом Министерства промышленности и энергетики РФ от 6 сентября 2007 г. № 354): [Электронный ресурс]. 2007. Режим доступа: http://www.garant.ru/products/ipo/prime/doc/92194.

8. Сделано у нас: [Электронный ресурс]. 2006. Режим доступа: www.sdelanounas.ru/blogs/60562.

9. Наша продукция. Судовые дизели [Электронный ресурс]. 2022. Режим доступа: https://dagdizel.ru/production/product-list.html.

10. Дизели Ч8,5/11 и Ч9,5/11. Конструкция и руководство по эксплуатации. М.: Внешторгиздат, 1990. 230 с.

11. Дизели Ч 8,5/11, Ч 9,5/11. Руководство по эксплуатации 2452018 РЭ на рус. и англ. яз. 4-е изд. М.: Внешторгиздат. Изд № 8026эс, 1989. 273 с., ил.

12. Проспект дизелей и дизельных агрегатов. Махачкала: Дагкнигоиздат, 1995. 16 с.

13. Наша продукция [Электронный ресурс]. 2022. Режим доступа: https://dagdizel.ru/production/product-list/dizelnaa-produkcia.html.

14. Пахомова Н.В. Модернизация системы охлаждения форсированного судового ДВС на основе моделирования процесса теплопередачи: дис. ... канд. техн. наук. Астрахань: Астрах. гос. тех. ун-т, 2015. 174 с.

15. Дадилов А.С. Исследование пусковых качеств и рабочего процесса судового малоразмерного дизеля с камерой сгорания в поршне: дис. ... канд. техн. наук. Астрахань: Астрах. гос. тех. ун-т, 2007. 137 с.

16. Исаев А.П. Рабочий процесс судового ДВС с комбинированным смесеобразованием и воспламенением от сжатия: дис. ... канд. техн. наук: 05.08.05. Астрахань, 2012. 182 с.

17. Дизели: справочник / под ред. В.А. Ваншейдта, Н.Н. Иванченко, Коллерова. 3-е изд., перераб. Л.: Машиностроение, 1977. 477 с.

18. Дорохов А.Ф., Ханов Ш.М. Анализ тепловых потерь в охлаждающую воду судового вспомогательного дизеля // Двигатели внутреннего сгорания. Сер. 4, вып. 10. М.: ЦНИИТЭИТяжмаш, 1986. С. 4-6.

19. Иванченко Н.Н., Семенов Б.Н., Соколов В.С. Рабочий процесс дизеля с камерой сгорания в поршне. Л.: Машиностроение, 1972. 230 с.

20. Возможные направления совершенствования организации рабочего процесса в ДВС А.Ф. Дорохов // Научные труды Астраханского ГТУ. - Астрахань: Изд-во АГУТ, 2000. - с. 265-274.

21. Дорохов А.Ф. Исследование влияния режима работы и способа охлаждения на температурное состояние головки цилиндров дизеля с камерой сгорания в поршне // Двигателестроение. 1980. № 1. С. 40-42.

22. Дорохов А.Ф., Ситников С.А., Гаджиев Р.Н. Исследование температурного состояния распылителя форсунки // Двигатели внутреннего сгорания». Вып. 4. № 15. М.: ЦНИИТЭИТяжмаш, 1982. С. 6-9.

23. Каргин С.А. Теоретическое обоснование и экспериментальное исследование рабочего процесса судового ДВС с комбинированным смесеобразованием и принудительным воспламенением: дис. ... канд. техн. наук. Астрахань, 2006. - 162 с.

24. Дорохов А.Ф., Исаев А.П., Колосов К.К., Малютин Е.А. Способ работы двигателя внутреннего сгорания; устройство для осуществления комбинированного смесеобразования. Патент РФ на изобретение № 2388916 С2; МПК F02В19/18. Заявл. 10.06.2008 г., опубл. 10.05.2010 г. Бюл. № 13.

25. Дорохов А.Ф., Исаев А.П. Применение фундаментальных принципов теории колебаний и тепломассообмена в решении задач испарения топлива // Международный научный семинар «Перспективы использования результатов фундаментальных научных исследований в судостроении и эксплуатации флота Юга России», г. Астрахань, 3-5 октября 2008 г.: сб. материалов / под ред. А.Ф. Дорохова; Астрахан. гос. техн. ун-т. Астрахань: Изд-во АГТУ, 2009. С. 83-87.

26. Дорохов А. Ф., Джабраилов А. Д. Разработка и исследование параметров камеры сгорания в поршне сложной пространственной формы // Сб. науч. тр. СПб.: Институт проблем машиноведения РАН, 1998. 96 с.

27. Джабраилов А.Д. Разработка и исследование конструкторско-технологиче-ских и эксплуатационных параметров камеры сгорания в поршне: дис. ... канд. техн. наук. СПб., 1998. - 167 с.

28. Файнлеб В.Н., Бораев В.И. Повышение эффективности смесеобразования в дизелях путём воздействия на динамику распыленной струи топлива // Двигате-лестроение. 1986. № 9. С. 8-12.

29. Работа дизелей в условиях эксплуатации: справочник / А.К. Костин, Б.П. Пугачёв, Ю.Ю. Кочинев; под общ. ред. А.К. Костина. Л.: Машиностроение, 1989. 284 с.

30. Лышевский А.С. Распыливание топлива в судовых дизелях. Л.: Судостроение, 1971. 248 с.

31. Дорохов А.Ф. Математическая модель формирования камеры сгорания в поршне сложной пространственной формы // Вестник машиностроения. 2000. № 4. С. 15-18.

32. Гамидов Г.С., Махмудов К.Д., Махин А.В. Компьютерное проектирование камеры сгорания со сложной пространственной архитектурой в поршне дизельных двигателей // Опыт предприятий. 2004. С. 29-31.

33. Корпорация GM разработала новую технологию процесса сгорания топлива НСС1 [Электронный ресурс]. 2022. Режим доступа: www.millioncars.ru/text/ 19.09.2007/6377.

34. Шнейдер Ю.Г. Эксплуатационные свойства деталей с регулярным микрорельефом. 2-е изд., перераб. и доп. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1982. 247 с.

35. Шнейдер Ю.Г., Сорокин В.И. Расчётное нормирование микрогеометрии контактирующих поверхностей с регулярным микрорельефом // Вестник машиностроения. 1985. № 12. - С.12-17.

36. Шнейдер Ю.Г. Технология финишной обработки давлением: справочник. СПб: Политехника, 1998. - 414 с.

37. Дорохов А.Ф. Разработка методологии, принципов проектирования и модернизации производства судовых малоразмерных дизелей: дисс. ... д-ра техн. наук. СПб.: ГУВК, 1997. - 285 с.

38. Дорохов А.Ф., Нгуен Ха Хиеп, Масуев М.А. Конструкторско-технологиче-ские мероприятия по уменьшению потерь мощности на преодоление сил трения в цилиндропоршневой группе судовых дизелей// Сборник 10-й международной научно-практической конференции «Технологии упрочнения, нанесения покрытий и ремонта: теория и практика». - СПб: Изд-во «Плазмацентр», 2007. - с. 325330.

39. Дорохов А.Ф. Санаев Н.К. Масуев М.А. Снижение потерь мощности на преодоление сил трения в судовых высокооборотных дизелях // Трение и смазка в машинах и механизмах. 2008/09. - С. 56-59.

40. Дорохов А.Ф., Бочкарев В.Н., Абачараев М.М. и др. Коленчатый вал с мас-лосгонными канавками. Патент RU 2112894: F16C3/14.

41. Дорохов А.Ф., Шахов В.В., Дорохов П.А. Применение биметаллических и многослойных конструкций в структуре поршневых ДВС // Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки от нано- до макроуровня. В 2-х ч. Ч. 1:

материалы 13-й Международной научно-практической конференции (12-15.04.2011 г.). СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2011. 482 с. С. 337-344.

42. Дорохов А.Ф., Шахов В.В. Устройство биметаллического днища головки цилиндров двигателя внутреннего сгорания // Патент на изобретение F02F1/24 Опубл. 20.07.12, бюл. № 20.

43. Дорохов А.Ф., Шахов В.В. Напряжённо-деформированное состояние биметаллического огневого днища цилиндровых крышек судовых дизелей // Известия Волгоградского государственного технического университета: межвузовский сб. науч. Ст. № 8(81)/ВолгГТУ. Волгоград, 2011. 136 с. С. 56-59.

44. Дорохов А.Ф., Шахов В.В. Особенности расчёта на прочность биметаллического огневого днища цилиндровых крышек судовых дизелей // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. 2010. № 1. - С. 71-78.

45. Дорохов А.Ф., Алимов С.А., Будунов М.Б. Методология аналитического расчёта деформаций композиционного днища головки цилиндров двигателя внутреннего сгорания // Проблемы машиностроения и надёжности машин. 2002. № 4, С. 50-57.

46. Дорохов А.Ф., Шахов В.В. Цилиндровая втулка с термоизоляционным покрытием. Патент РФ на полезную модель № 94632. Опубл. 27.05.2010. Бюл. № 15.

47. Дорохов А.Ф. и др. Головка цилиндров двигателя внутреннего сгорания. Авт. св-во № 1638341, кл. F02F 1/24, от 11.04.89, бюлл. № 12, 30.03.93.

48. Дорохов А.Ф., Абачараем И.М., Абачараев М.М. Цилиндровая втулка с термоизоляционным покрытием. Патент РФ на изобретение № 2079685. Опуб. 20.05.1997. Бюл. № 14.

49. Дорохов А.Ф. Исследование основных эксплуатационных показателей судового дизеля при его форсировании наддувом // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология». 2014. Ноябрь. № 4. - С. 65-72.

50. Дорохов А.Ф., Колосов К.К. Повышение технико-экономических показателей судовых малоразмерных дизелей путём газотурбинного наддува // Международная научно-практическая конференция «Фундаментальные проблемы науки». Сборник статей Ф94. 27-28 сентября 2013 г.: в 2 ч. Ч. 2 / отв. ред. Р.Г. Юсупов. Уфа: РИЦ БашГУ, 2013. 292 с. С. 91-96. ISBN 978-7477-3315-2.

51. Дорохов А.Ф., Колосов К.К. О наддуве судовых малоразмерных дизелей // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. 2013. № 3. 178 с. ISSN 2073-6185.

52. Наша продукция. Промышленные дизели [Электронный ресурс]. 2015. Режим доступа: https://dagdizel.ru/production/product-list/promyslennye-dizeli.html.

53. Теплотехника: учеб. / А.М. Архаров, С.И. Исаев, И.А. Кожинов и др.; под общ. ред. В.И. Крутова. М.: Машиностроение, 1986. - 432 с.

54. Бриллинг Н.Р. Исследование рабочего процесса и теплопередачи в двигателе дизель. М.-Л.: Гос. науч.-техн. изд-во, 1931. - 320 с.

55. Иноземцев Н.В. Исследование и расчёт рабочего процесса авиационного дизеля. М.: Оборонгиг, 1941. - 106 с.

56. Вырубов Д.Н. Теплопередача и испарение капель // Журнал технической физики. 1939. Т. 9, вып. 21.

57. Дьяченко Н.Х., Дашков С.Н. Теплообмен в двигателях и теплонапряжённость их деталей. Л.: Машиностроение, 1969. - 480 с.

58. Теплонапряжённость двигателей внутреннего сгорания: справ. пособие / А.К. Костин, В.В. Ларионов, Л.И. Михайлов. Л.: Машиностроение, 1979. - 222 с.

59. Трение и теплопередача в поршневых кольцах двигателя внутреннего сгорания: справ. пособие / P.M. Петриченко, М.Р. Петриченко и др.; под ред. P.M. Петриченко. Л.: Изд-во ЛГУ, 1990. - 248 с.

60. Овсянников М.К., Давыдов Г.А. Тепловая напряженность судовых дизелей. Л.: Судостроение, 1975. - 260 с.

61. Иващенко Н.А., Кавтарадзе Р.З. Многозонные модели рабочего процесса двигателей внутреннего сгорания. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1997. - 58 с.

62. Чайнов Н.Д., Иващенко Н.А. Заренбин В.Г. Тепломеханическая напряженность деталей двигателей. М.: Машиностроение, 1977. - 152 с.

63. Kavtaradze R.Z., Lobanov I.E. The Question of Calculating the Boundary Layer and Turbulent Prandtl Number for Combined Radiative and ConvectiveHeat Exchange // Applied Energy. Allerton Press, New York. 1999. Vol. 37, N. 1. Р. 162-167).

64. Woschni G., Kawtaradse R.S., Zelinger K. Dralluntersuchung im VierventilDieselmotor mit Hilfe stationärer Durcströmung. LVKTU-München, 1995. - 49 р.

65. Применение термодинамики явлений теплопереноса к исследованию процессов распределения теплоты в двигателе внутреннего сгорания А.Ф. Дорохов // Проблемы машиностроения и надёжность машин №5, 1999. - М.: Имаш РАН, 1999. - с. 198-209

66. Дорохов А.Ф., Дорохов П.А. Применение термодинамики явлений теплопе-реноса к исследованию процессов распределения теплоты в двигателе внутреннего сгорания // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. 2011. № 1. - С. 101-105.

67. Базаров И. П. Термодинамика. М.: Высш. шк., 1991. - 376 с.

68. Александров А.А. Термодинамические основы циклов теплоэнергетических установок. М.: Изд-во МЭИ, 2004. - 340 с.

69. Квасников И.А. Термодинамика и статистическая физика. Т. 1: Теория равновесных систем: Термодинамика. Том. 1. 2-е изд., испр. и доп. М.: УРСС, 2002. - 240 с.

70. Ваншейдт В.А. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Л.: Судостроение, 1977. - 392 с.

71. Михайлов Л.И. На пути создания адиабатного двигателя // Двигателестрое-ние. 1982. № 5. - С. 52-59.

72. Дорохов П.А., Дорохов А.Ф. Суммарная температура газа за рабочий цикл и средняя индикаторная температура // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. 2014. № 3 (август). - С. 77-82.

73. Российский морской регистр судоходства. Руководство по применению положений Международной Конвенции МАРПОЛ 73/78. СПб., 2015. - 122 с.

74. Розенблит Г.Б. Теплопередача в дизелях. М.: Машиностроение, 1977. - 216 с.

75. Костин А.К., Ларионов В.В., Михайлов Л.И. Теплонапряжённость двигателей внутреннего сгорания: справ. пособие. Л.: Машиностроение, 1979. - 222 с.

76. Дорохов А.Ф., Ханов Ш.М. Анализ тепловых потерь в охлаждающую воду судового вспомогательного дизеля // Двигатели внутреннего сгорания. ЦНИТЭИтяжмаш. 1986. Сер. 4. Вып. 10. - С. 6-9.

77. Петриченко Р.М. Системы жидкостного охлаждения быстроходных двигателей внутреннего сгорания. Л.: Машиностроение, 1975. - 222 с.

78. Семёнов Б.Н., Кудрявцев В.А., Берман А.А. Анализ тепловых и механических потерь серийных дизелей // Совершенствование и создание форсированных двигателей. Л.: ЦНИДИ, 1982. - 190 с.

79. Хокинг М., Васантасри В., Сидки П. Металлические и керамические покрытия. Получение, свойства и применение. М.: Мир, 2000. - 518 с.

80. An Update on Turbocompound and Adiabatic Engine Programs // Diesel Progress North American. 1981. Vol 47, N. 7. - P. 52-57.

81. Михайлов Л.И. На пути к созданию адиабатного двигателя // Двигателестро-ение. 1982. № 5. - С. 52.

82. Половинкин В.Н. Новые высокие технологии - на пути к внедрению в судостроении // Четвертая международная конференция и выставка по морским интеллектуальным технологиям «М0РИНТЕХ-2001»: материалы конф. СПб.: Мо-ринтех, 2001. - 350 с.

83. Копцев В.П., Артемьев Б.В., Терёшин Е.П. и др. Двигатель внутреннего сгорания. Патент на изобретение RU 2008478 С1, Кл. F02B 75/32. Бюл. № 4 от 28.02.94.

84. Лыков А.В., Михайлов Ю.А. Теория тепло- и массопереноса. М.: Госэнерго-издат, 1963. - 536 с.

85. Onsager L. // Physic. Pev. 1953. V. 91. - P. 1505.

86. Дорохов А.Ф. Применение термодинамики явлений теплопереноса к исследованию процессов распределения теплоты в двигателе внутреннего сгорания // Проблемы машиностроения и надёжность машин. 1999. № 4. - С. 97-100.

87. Беккер Р. Теория теплоты / пер. с нем. А.М. Гармизо и В.С. Ефремцева. М.: Энергия, 1974. - 504 с.

88. Завлин М.Я., Семёнов Б.Н. Основные направления развития отечественных судовых и промышленных малоразмерных дизелей // Двигателестроение. 1980. N. 1. - С. 7-11.

89. Аливагабов М.М. Двигатели спасательных шлюпок и катеров. Л.: Судостроение, 1980. - 224 с.

90. Дорохов П.А., Алексеев В.В. Увеличение термического сопротивления стенки вихревой камеры сгорания // Технология упрочнения, нанесения покрытий и ремонта: теория и практика: материалы 17-й Междунар. науч.-практ. конф. 1417 апреля 2015 г. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2015. 546 с. - С. 185-189.

91. Алексеев В.В. Повышение надёжности и функциональных характеристик двигателей средств коллективного спасения экипажей морских судов: дис. ... канд. техн. наук. Нижний Новгород: Волж. гос. ун-т вод. транспорта, 2015. 162 с.

92. Шорин С.Н. Теплопередача. М.: Высш. шк., 1963. - 490 с.

93. Дорохов П.А., Алексеев В.В. Некоторые вопросы модернизации и повышения эксплуатационной готовности двигателей спасательных шлюпок // Морской вестник. 2014. № 4. - С. 102-105.

94. Новосёлов А.Л., Синицын В.А., Вельских С.В. и др. Вихревая камера сгорания дизеля. Описание изобретения. F02B19/08. Бюлл. изобретений. 28.02.1994.

95. Базаров И. П. Термодинамика. М.: Высш. шк., 1991. - 376 с.

96. Александров А.А. Термодинамические основы циклов теплоэнергетических установок. М.: Изд-во МЭИ, 2004. - 340 с.

97. Квасников И.А. Термодинамика и статистическая физика. Т. 1. Теория равновесных систем: Термодинамика. Т.1. 2-е изд., испр. и доп. М.: УРСС, 2002. -240 с.

98. Хоанг Коанг Лыонг Повышение эксплуатационной эффективности судового ДВС за счёт обоснованного выбора способа смесеобразования и компоновочной схемы двигателя: дис. ... канд. техн. наук. Астрахань, 2017. - 133 с.

99. Огородников В.Б., Бордуков В.В., Тивлюк Г.Е. Анализ тепловыделения в камере сгорания двигателя с ограниченным теплоотводом // Двигатели внутреннего сгорания. Сер. 4. Вып. 9. М.: ЦНИИТЭИТяжмаш, 1987. - 5 с.

100. Ceramics for diesel engine efficiensi // Far Eastern Technical Review. 1987. Mai. - P. 14.

101. Греков Л.В., Иващенко Н.А., Петрухин Н.В. Особенности протекания рабочих процессов в дизелях с уменьшенным отводом теплоты // Двигателестрое-ние. 1989. № 8. - С. 3-5.

102. Михайлов Л.И. На пути к созданию адиабатного двигателя // Двигателе-строение. 1982. № 5. - С. 78-83.

103. Ваншейдт В.А. Конструирование и расчёты прочности судовых дизелей. Л.: Судостроение, 1969. - 639 с.

104. Беляев В.Н., Борович Л.С., Досчатов В.В. Краткий справочник машиностроителя. М.: Машиностроение, 1966. - 797 с.

105. Дорохов А.Ф., Абачараев И.М., Абачараев М.М. Цилиндровая втулка с термоизоляционным покрытием. Патент РФ на изобретение № 2079685. Опубл. 20.05.1997. Бюл. № 14.

106. Дорохов А.Ф., Шахов В.В. Цилиндровая втулка с термоизоляционным покрытием. Патент РФ на полезную модель № 94632. Опуб. 27.05.2010 Бюл. № 15.

107. Дорохов А.Ф., Хазов И.А., Аливердиев А.А. Головка цилиндров двигателя внутреннего сгорания. Авт. св-во СССР на изобретение № 1638341. Опубл. 30.03.1991. Бюл. № 12.

108. Масуев М.А., Зарубкин В.А., Основы оптимизации интегрированной системы технического обслуживания и ремонта автомобилей // ЭИ «Конструкции автомобилей». М.: НИИНавтопром, 1978. - С. 63-66.

109. Аливагабов М.М. Двигатели спасательных шлюпок и катеров. Л.: Судостроение, 1980. - 268 с.

110. Вихерт М.М. и др. Конструкция и расчет автотракторных двигателей. М.: Машиностроение, 1964. - 552 с.

111. Орлов П.И. Основы конструирования: справ.-метод. пособие : в 2 кн. Кн. 2. М.: Машиностроение, 1988. - 543 с.

112. Исследование достоверности определения эффективной мощности главных судовых ДВС различными методами В.А. Амахин // Вестник МГТУ. 2008. Т. 11. № 3. - С. 464-470.

113. Фомин Ю.Я. Определение мощности среднеоборотных судовых дизелей в эксплуатации. М.: Двигателестроение, 1985, № 4. - С. 48-50.

114. Ваншейдт В.А., Гордеев П.А., Захаренко Б.А. и др. Судовые установки с двигателями внутреннего сгорания. Л: Судостроение, 1982. - 368 с.

115. Гоц А.Н. Кинематика и динамика кривошипно-шатунного механизма поршневых двигателей: учеб. пособие / А.Н. Гоц; Владим. гос. ун-т. Владимир: Редакционно-издательский комплекс ВлГУ, 2005. - 124 с.

116. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов B.C. Основы расчётов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1877. - 526 с.

117. Боуден Ф., Тейбор Д., Рабинович Е. Трение и граничная смазка. М.: ИЛ, 1953. - 228 с.

118. Путинцев С.В. Энергосберегающий поршень с двухопорной термоадаптивной юбкой. Ч. 2: расчет и эксперимент // Известия вузов. Машиностроение. 1996. № 10-12. - С. 51-56.

119. Шуаипов А.А. Расчётно-аналитический метод определения внутренних потерь в судовом двигателе внутреннего сгорания // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. 2011. № 2. - С. 128-133.

120. Шуаипов А.А., Дорохов А.Ф., Колосов К.К., Будников А.П. Методология расчётного и экспериментального исследования внутренних потерь в судовом дизеле // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. 2012. № 2. - С. 10-17.

121. Путинцев С.В. Механические потери в судовых двигателях: специальные главы конструирования, расчета и испытаний: электронное учеб. издание. Учебное пособие по дисциплине «Специальные главы конструирования и САПР». -Москва: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. - 265 с.

122. Путинцев С.В., Кулешов А.С., Агеев А.Г. Оценка механических потерь современных поршневых двигателей // Двигателестроение. 2013. № 2. - С. 15-20.

123. Петриченко Р.М. Системы жидкостного охлаждения быстроходных двигателей внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1975. - 224 с.

124. Петриченко P.M. Метод оценки мощности трения в поршневой группе ДВС // Двигателестроение. 1979. № 7. - С. 24-25.

125. Отраслевая инструкция по определению экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений дизелестроения. Л.: ЦНИДИ, 1980. - 75 с.

126. Бордуков В.Т. Проблемы сопоставимости параметров при сравнительной оценке отечественных и зарубежных дизелей // Двигателестроение. 1988. № 7. -С. 37-39.

127. Матвеев Ю.И., Пахомова Н.В., Дорохов П.А., Алексеев В.В. Конструктор-ско-технологическая модернизация судовых малоразмерных дизелей при их форсировании наддувом // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. 2015. № 1 (февраль). С. 74-83.

128. Бордуков В.Т. и др. Проблемы сопоставимости параметров при сравнительной оценке отечественных и зарубежных дизелей // Двигателестроение. 1988. № 7. - С. 37-39.

129. Федышин В.И. О выборе эталона при оценке качества ДВС // Двигателестроение. 1980. № 7. - С. 48-50.

130. Дорохов П.А. Анализ качества производства двигателей спасательных шлюпок и катеров // Вестник АГТУ. Серия: Морская техника и технология. 2014. № 4, ноябрь. - С. 115-122.

131. Единая методика оценки технического уровня продукции машиностроения. М.: ГКНТ СССР, 1987. - 86 с.

132. Единая методика оценки технического уровня продукции машиностроения. М.: ГКНТ СССР, 1987. - 86 с.

133. Дорохов П.А., Дорохов А.Ф. Сравнительная оценка качества судовых дизелей // Научно-технический сборник Российского Морского Регистра Судоходства. 2015. № 38/39. - С. 80-85.

134. Дорохов А.Ф., Дорохов П.А., Масуев М.А. Экономическая эффективность производства и эксплуатации тепловых двигателей // Вестник машиностроения. 2008. № 4. - С. 62-65.

135. Федышин В.И. О выборе эталона при оценке качества ДВС // Двигателе-строение. 1980. № 7. - С. 48-50.

136. Дорохов А.Ф. Исследование основных эксплуатационных показателей судового дизеля при его форсировании наддувом // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. 2014. № 4. - С. 65-72.

137. Российский морской регистр судоходства. Правила классификации и постройки морских судов. Том 2. НД №2-020101-077. СПб.: Морской Регистр Судоходства, 2014. Ч. IX. Механизмы. - 514 с.

138. П. А. Дорохов Анализ качества производства двигателей спасательных шлюпок и катеров. // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. 2014. № 4. - С. 65-72.

139. Безюков О.К., Жуков В.А. Состояние и перспективы судового двигателе-строения в России // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. 2017 (май). №2 2. - С. 40-53.

140. Развитие модельного ряда двигателей ПАО «Звезда» и ООО УДМЗ (материалы конгресса С1МАС 2016) // Двигателестроение. 2016. № 3. - С. 32-55.

141. Плавник П.Г. 85 лет дизелестроительному заводу «Звезда» // Двигателестроение. 2017. № 1. - С. 3-9.

142. Новости Двигателестроения. Новости Трансмашхолдинга. Новый двигатель Коломенского завода 12ЛДГ500. М., 2015. - 12 с.

143. Гениальное - просто: в России придумали, как улучшить ДВС [Электронный ресурс]. 2018. Режим доступа: https://www.kolesa.ru/article/genialnoe-prosto-v-rossп-pridumaH-kak-uluchsЫt-dvs.

144. Матвеев Ю.А., Дорохов А.Ф., Пахомова Н.В., Алексеев В.В. Конструктор-ско-технологическая модернизация судовых малоразмерных дизелей при их форсировании наддувом // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. 2015 (февраль). № 1. С. 74-83.

145. Дорохов А.Ф., Пахомова Н.В. Моделирование теплопередачи через стенку рабочего цилиндра судового ДВС и управление его напряжённо-деформированным состоянием // Современные технологии, системный анализ, моделирование. Издание Иркутского государственного университета путей сообщения. 2015. № 1 (45). - С. 68-73.

146. Дорохов А.Ф., Алимов С.А., Будунов М.Б. Методология аналитического расчёта деформаций композиционного днища головки цилиндров двигателя внутреннего сгорания // Проблемы машиностроения и надёжность машин. 2002. № 4. - С. 50-57.

147. Дорохов А.Ф., Проватар А.Г., Матвеев Ю.И. Повышение качества поверхностного слоя зеркала рабочего цилиндра поршневых ДВС // Наукоёмкие технологии в машиностроении. 2016. № 6 (60). - С. 7-11.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Акт об использовании диссертационной работы в научной работе университета

Федер&чьное агентство по рыболовству Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Астраханский государственный технический университет»

Система менеджмента качеств» в облаетн обря кшнння, воспитания, иауки и инноваций сертифицирована DQS по международному стандарту ISO 9001:2015

УТВЕРЖДЕН

Проректор по научной pafefe и инновациям

Ю.А .Максименко

«,2с» сэ 2022 г.

АКТ

об использовании диссертационной работы в научной работе университета

Составлен: комиссией Председатель:

к.т.н., доцент, директор Института морских технологий, энергетики и транспорта, зав. каф. «Судостроение и энергетические комплексы морской техники» А.Р. Рубан; Члены комиссии:

д.т.н., профессор, зав. каф. «Судостроение и энергетические комплексы морской техники» К.Н. Сахно;

к.т.н., доцент каф. «Судостроение и энергетические комплексы морской техники» Г.А. Кушнер.