Совершенствование эксплуатации судовых среднеоборотных двигателей на основе исследования влияния различных факторов на абразивный износ элементов проточной части радиально-осевых турбин турбокомпрессоров тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.08.05, кандидат технических наук Герасиди, Виктор Васильевич

• Герасиди, Виктор Васильевич
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Герасиди, Виктор Васильевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

Глава 1. Анализ условий технической эксплуатации турбокомпрессоров современных судовых среднеоборотных двигателей, работающих на тяжелых сортах топлива.

Постановка задачи исследования

1.1. Анализ условий эксплуатации турбокомпрессоров судовых среднеоборотных двигателей

1.2. Методы исследования физико-механического износа элементов энергетического оборудования

1.3. Постановка задачи исследования

Глава 2. Экспериментальная установка, объекты и методика исследования абразивного износа деталей турбокомпрессоров судовых среднеоборотных двигателей

2.1. Турбокомпрессоры судовых среднеоборотных двигателей

2.2. Экспериментальная установка и устройства для исследования абразивного износа проточной части радиально-осевых турбин турбокомпрессоров

2.3. Методики исследования состава отработавших газов дизеля и абразивного износа деталей турбокомпрессоров на

экспериментальной установке

Глава 3. Условия эксплуатации судовых среднеоборотных двигателей и математическая модель абразивного износа элементов проточной

части радиально-осевых турбин турбокомпрессоров

3.1. Условия эксплуатации судовых среднеоборотных двигателей

3.2. Определение параметров твердых частиц в отработавших газах

судового среднеоборотного двигателя

3.3. Физико-механические свойства твердых частиц отработавших газов дизеля и абразивных материалов

3.4. Математическая модель абразивного износа элементов проточной части радиально-осевых турбин турбокомпрессоров на основе теории планирования эксперимента

Глава 4. Совершенствование эксплуатации среднеоборотных двигателей на основе экспериментального исследования влияния различных факторов на абразивный износ элементов проточной части радиалыю-осевых турбин

турбокомпрессоров

4.1. Исследование влияния различных факторов на величину абразивного износа элементов проточной части радиально-осевых турбин турбокомпрессоров на экспериментальной установке

4.2. Определение коэффициентов определяющих зависимость величины абразивного износа элементов проточной части турбокомпрессоров от физико-механических свойств абразивных материалов и концентрации

твердых частиц в отработавших газах судовых среднеоборотных

двигателей

4.3. Способы снижения величины абразивного износа элементов

проточной части радиально-осевой турбины турбокомпрессоров

4.4. Совершенствование эксплуатации современных среднеоборотных двигателей за счет применения твердых материалов для очистки

проточной части радиально-осевых турбин турбокомпрессоров

Заключение

Список сокращений и условных обозначений

Список литературы

Приложение 1. Объекты, специальные устройства и материалы

применяемые в экспериментальных исследований

Приложение 2. Условия эксплуатации среднеоборотных двигателей и некоторые результаты расчетов математической модели абразивного износа элементов проточной части радиально-осевых турбин

турбокомпрессоров на основе теории планирования эксперимент

Приложение 3. Результаты экспериментальных исследования абразивного износа элементов проточной части радиально-осевых турбин

турбокомпрессоров среднеоборотных двигателей

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование эксплуатации судовых среднеоборотных двигателей на основе исследования влияния различных факторов на абразивный износ элементов проточной части радиально-осевых турбин турбокомпрессоров»

Введение

Актуальность темы исследования. На морских судах находят широкое применение в качестве главных и вспомогательных двигателей среднеоборотные двигатели (СОД), которые составляют более 50% от общей суммарной мощности, установленных на судах дизелей ("Yanmar", "MAN Diesel&Turbo", "Wartsila" и др.). В качестве агрегатов наддува для этих дизелей в большинстве случаев используются турбокомпрессоры (ТК) с радиально-осевой (РОС) турбиной производства компаний "ABB Turbo System", "MAN Diesel & Turbo", "Mitsubishi heavy industries" и т.д.

В течение последних десятилетий ведущими двигателестроительными компаниями велась интенсивная работа по переводу судовых дизелей на тяжелые сорта топлива и снижению эмиссии отработавших газов в связи с растущими требованиями защиты окружающей среды. Современные судовые СОД в основном работают на тяжелых сортах топлива вязкостью 380 сСт, что, несомненно, оказывает заметное влияние на работу как самого дизеля, так и ТК. Опыт эксплуатации показывает, что в связи с применением тяжелого топлива в СОД элементы проточной части РОС турбины ТК подвергаются абразивному износу под воздействием твердых частиц, которые содержатся в отработавших газах дизеля. Эффективность и надежность работы ТК во многом определяет технико-экономические показатели и надежность судовых дизельных установок. Подтверждение этому находится в работах отечественных ученых и инженеров, в докладах на конгрессах двигателестроения CIMAC за последние 10 лет, в которых сообщается о незапланированных простоях в работе судовых дизелей из-за большого количества неисправностей и отказов ТК. Применение тяжелых сортов топлива на судах морского и речного транспорта обуславливает необходи-

мость и актуальность исследования механизма воздействия твердых частиц отработавших газов СОД на элементы проточной части турбин ТК, а также обоснование возможности применения сухих чистящих средств для очистки проточной части РОС турбин ТК СОД при их эксплуатации на тяжелом топливе.

Степень её разработанности. Обзор и анализ литературных источников, посвященных изучению абразивного износа элементов энергетического оборудования, выполненные за последние десятки лет показывают, что изучению абразивного износа элементов РОС турбин уделено мало внимания. Экспериментальные исследования проводились, в основном, для деталей судовых дизелей и их элементов. В исследованиях Л.И. Погодаева разрабатываются структурно-энергетические модели, выдвигаются основные гипотезы о причинах эрозии таких деталей как выпускные клапана судовых дизелей. В работе Н.С. Алферова рассматриваются исследования абразивного износа элементов энергетического оборудования при работе на твердом топливе и топливе вязкостью до 80 сСт. Большая часть литературных источников посвящена вопросам теоретических методов исследования абразивного износа деталей ТК. В исследованиях ученых ГМУ имени адмирала Ф.Ф. Ушакова рассмотрена математическая модель движения двухкомпонентной рабочей среды отработавших газов дизеля с твердыми частицами во входном устройстве (ВУ) турбины ТК. Модель позволила оценить влияние большого числа различных факторов: размера и формы частиц; степень упругости соударения частиц с твердой стенкой канала; характер распределения и скорость частиц во входном сечении и др. Определены физико-химические свойства материалов входных устройств и сопловых аппаратов (СА) РОС турбин ТК. В трудах Г.Ш. Розенберга рассматривается эрозия направляющих и рабочих лопаток центростремительных газовых турбин, проводится обобщение выполненных ранее экспериментальных и теоретических методов исследования абразивного износа деталей ТК при работе на топливе вязкостью до 80 сСт.

Однако в современных судовых СОД используется тяжелое топливо вязкостью 380сСт. В связи с этим в отработавших газах дизеля присутствуют твердые

(абразивные) частицы высокой твердости, которые изнашивают элементы проточной части РОС турбины ТК. Это приводит к снижению эффективности судовых дизелей из-за частой замены, например, СА ТК через 2000-4000 часов работы.

На данный момент нет опубликованных работ, посвященных экспериментальному определению количественного и качественного состава твердых (абразивных) частиц в отработавших газах СОД в эксплуатации на судне и стенде, и по оценке влияния различных эксплуатационных факторов на величину абразивного износа элементов проточной части РОС ТК в лабораторных условиях.

Цели и задачи. Цель диссертационной работы - совершенствование эксплуатации судовых среднеоборотных двигателей на основе исследования влияния различных факторов на величину абразивного износа элементов проточной части радиально-осевых турбин турбокомпрессоров.

Достижение поставленной цели осуществляется на основе решения следующих задач:

- анализ условий и проблем эксплуатации ТК с РОС турбиной судовых

СОД;

- разработка устройств и экспериментального стенда для исследования параметров твердых частиц в отработавших газах СОД и влияния основных физико-механических и кинематических характеристик твердых материалов на величину абразивного износа деталей проточной части РОС турбин ТК;

- определение состава твердых (абразивных) частиц в отработавших газах судовых СОД в эксплуатации;

- разработка математической модели абразивного износа элементов проточной части РОС турбин ТК на основе теории планирования эксперимента;

- проведение экспериментальных исследований влияния на абразивный износ деталей проточной части РОС газовых турбин ТК твердых материалов с различными физико-механическими и кинематическими характеристиками;

- разработка рекомендаций по очистке проточной части РОС турбин сухими чистящими средствами СОД, работающих на тяжелом топливе.

Научная новизна заключается:

1. В определении параметров твердых частиц в отработавших газах в коллекторе отработавших газов судовых СОД, работающих на тяжелом топливе 180-Р-ИМО 380 в широком диапазоне изменения нагрузок.

2. В оценке влияния угла атаки, скорости и массы абразивных частиц на процесс изнашивания элементов проточной части РОС турбин ТК судовых дизелей.

3. В разработке математической модели абразивного износа элементов проточной части РОС турбин ТК.

Теоретическая и практическая значимость работы заключается в том, что

- использованы основы теории планирования эксперимента в исследовании абразивного износа элементов проточной части РОС турбин ТК;

- разработана математическая модель абразивного износа элементов проточной части РОС турбин ТК на основе теории планирования эксперимента;

- определен количественный и качественный состав твердых частиц в отработавших газах судового СОД, работающего на тяжелом топливе 180-Р-ИУЮ 380 в широком диапазоне изменения нагрузок;

- предложен комплексный подход, позволяющий анализировать и прогнозировать влияние твердых материалов на абразивный износ элементов проточной части турбин ТК современных судовых дизелей;

- предложены рекомендации для снижения величины абразивного износа проточной части РОС турбины ТК путем конструкционного изменения соплового аппарата;

- обосновано применение сухих твердых веществ для очистки проточной части РОС турбины ТК.

Методология и методы исследования основываются на использовании экспериментальных методов (физико-механического, аэродинамического) исследования. Для решения поставленной цели и задач использованы в математических моделях - теория планирования эксперимента; в экспериментальных исследова-

ниях - установка и приборы, обеспечивающие высокую точность измерений, достаточный объем экспериментальных данных.

Положения, выносимые на защиту. На защиту выносятся:

- результаты экспериментальных исследований определения состава твердых (абразивных) частиц в отработавших газах судового СОД, работающего на тяжелом топливе ^О-Р-ЕШСт 380;

- математическая модель абразивного износа элементов проточной части РОС турбин ТК на основе теории планирования эксперимента;

- результаты экспериментальных исследований процесса абразивного износа материалов проточной части РОС турбин ТК судовых дизелей;

- рекомендации по совершенствованию технической эксплуатации СОД путем изменения геометрии СА и применению очистки проточной части РОС турбин сухими чистящими средствами.

Степень достоверности и апробации результатов достигается комплексным использованием известных, проверенных практикой методов проведения эксперимента; теорией подобия протекания процессов в различных средах; проведением натурных испытаний; применением точных приборов; математической моделью, разработанной на основе теории планирования эксперимента, проверкой адекватности модели с результатами эксплуатации ТК с РОС турбинами СОД, работающих на тяжелом топливе.

Материалы диссертации докладывались на:

- научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Морской государственной академии им. Ф.Ф.Ушакова, г. Новороссийск, 2009-2012гг.;

- конференции «Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта России / II межвузовская научно-практическая конференция студентов и аспирантов», Санкт-Петербургский государственный университет водных коммуникаций, 2011г.;

- конференциях «Молодая наука 2009, 2011» Морской государственной академии имени адмирала Ф.Ф. Ушакова (г. Новороссийск);

- международной научно-технической конференции "Наука и образование-2011", г. Мурманск, 2011 г;

- всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы морской энергетики», Санкт-Петербургский государственный морской технический университет, 2012, 2013гг.

Основные теоретические и практические результаты диссертации опубликованы в 10 научных работах, все по теме диссертации. Из них 6 статей, 2 тезиса доклада, 2 отчет по НИР, 2 работы выполнены без соавторов, авторская доля в остальных от 30% до 60%. В рецензируемых научных журналах и изданиях рекомендованных ВАК РФ опубликовано 3 работы, авторская доля составляет от 40% до 50%.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка (60 наименований) и приложений. Основное содержание изложено на 130 страницах и включает 55 рисунков и 20 таблиц. Объем приложений 22 страницы.

Заключение диссертации по теме «Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные)», Герасиди, Виктор Васильевич

Основные результаты исследований, полученные на экспериментальной установке, при условиях, описанных выше, представлены в таблицах П.3.1, П.3.2.

На рисунках 4.1,4.2, П. 3.1 - 3.4, построенных по экспериментальным данным, представленных в таблицах 4.1, 4.2, показано, как изменяется абразивный износ образцов в зависимости от угла атаки и массы различных абразивных материалов. Абразивный износ образцов определялся потерей веса образцов до и после испытания измерительными приборами (рис. 2.8).

На рисунках 4.1,4.2 в качестве примера показана зависимость абразивного износа образца №1 в зависимости от угла атаки и массы различных абразивных материалов.

Из рисунков 4.1, 4.2 видно, что максимальный абразивный износ, происходит при углах близких к 30° и при максимальной величине (массы) абразивного материала. Это связано с более полным использованием кинетической энергии частицы при ударе в процессе разрушения поверхности. При углах отличных от 30° и малых размерах абразивного материала происходит уменьшение интенсивности абразивный износа образцов. Это связано с неблагоприятным соотношением сил, влияющих на величину абразивный износа образцов и с наименьшим запасом кинетической энергии самого абразива. угол а, град

-♦-масса абразивного материала (кг) 0,0003 -Д—0,0005 -А—0,0007

Рисунок 4.1 - Зависимость абразивного износа образца №1 от угла атаки электрокорундом

О 10 20 30 40 50 60 угол а, град

I —»-масса абразивного материала (кг) 0,0003 -а-0,0007~|

Рисунок 4.2 — Зависимость абразивного износа образца №1 от угла атаки крошкой

На рисунке 4.3 показаны обобщенные зависимости абразивный износа образца №1 от угла атаки при различных абразивах. Для сравнения показана осред-ненная зависимость, взятая из произведенных исследований Алферова Н.С. на 5-ти процентной никелевой стали при помощи золы твердого топлива (уголь) [1]. Из рисунка 4.3 видно, что абразивный износ образца №1 в зависимости от абразивного материала сильно отличается электрокорунд (А^Оз) -0,48 грамм, крошка-0,05 грамм. Изменения абразивного износа образца №1, указанных на рисунке 4.3 зависимостей 1 при использовании абразивного материала электрокорунда (А^Оз), имеет более интенсивное увеличение абразивный износа при углах атаки от 5-до 30°, чем при использовании абразивного материала крошки зависимостей 2, которые стремятся к прямой линии. Зависимость 3, указанная на рисунке 4.3, имеет примерно одинаковый характер изменения абразивный износа образца №1 при использовании абразивного материала угля, взятой с экспериментальных исследований на твердом топливе [1]. 1 * ✓ ж * * ч > ■"В** ^ • ■II ■ - -----. И вГ .— .1

10

20

30

40

50 угол а, град.

60

Масса абразивного материала (кг):

1. электрокорунд (А1203) —0,0003 2- чистящие средства 3. зола твердого топлива: 0,0005 (ореховаякрошка):—в--0.0003 (угля): --в--. 0.0007 —0,0007

Рисунок 4.3 - Зависимость абразивного износа образца №1 от угла атаки при различных абразивах

Из выполненных исследований на экспериментальной установке видно, что

- максимальный абразивный износ образцов происходит при углах близких к 30° с использованием абразивного материала как электрокорунда (А120з), так и крошки;

- наибольшему абразивному износу подвержен образец №3, что согласуется с его более низким прочностным качеством в сравнение с образцами №1и №2 (таблица 2.2);

- крошка обладает существенно менее абразивными свойствами, чем твердые частицы отработавших газов СОД, работающего на тяжелом топлив, что соответствует её наименьшей твердости по Бринеллю и шкале Мооса (таблица 3.4);

- величина абразивного износа образцов при углах атаки от 5 до 30° составляет с использованием в качестве абразивного материала: электрокорунда (А120з) - 0,3 грамма а крошки - 0,05грамма; т.о. интенсивность износа СА турбин при применении сухих очистителей (крошка) в 6 раз меньше;

- при абразиве пониженной твердости (крошка) угол атаки несущественно влияет на износ;

- масса абразивного вещества не существенно влияет на износ.

4.2. Определение коэффициентов определяющих зависимость величины абразивного износа элементов проточной части турбокомпрессоров от физико-механических свойств абразивных материалов и концентрации твердых частиц в отработавших газах судовых среднеоборотных двигателей

Одним из доминирующих видов износа является воздействие абразивных частиц на поверхностные слои деталей. Поэтому, вопрос о физической сущности протекания этого процесса весьма актуален.

Абразивным износом называют износ деталей в результате их взаимодействия с твердыми частицами, соприкасающимися с поверхностью при наличии относительной скорости. В роли таких частиц выступают:

- неподвижно закрепленные твердые зерна, входящие в контакт по касательной либо под небольшим углом атаки к поверхности детали, например шаржирование посторонними твердыми частицами белых антифрикционных металлов;

- незакрепленные частицы, входящие в контакт с поверхностью детали при транспортировке соответствующими устройствами;

- свободные частицы, пребывающие в зазоре сопряженных деталей;

- свободные абразивные частицы, вовлекаемые в поток жидкостью или газом.

Последний из перечисленных пунктов абразивного износа применим к деталям энергетического оборудования. Эксплуатация судовых СОД на тяжелом топливе приводит к тому, что в продуктах сгорания образуются твердые взвешенные частицы. Эти частицы имеют различные размеры и форму, скорости и физические свойства. Присутствие твердых (абразивных) частиц в движущемся потоке отработавших газов (двухкомпонентная рабочая среда) двигателя при соприкосновении с поверхностью элементов проточной части РОС турбины ТК вызывает их абразивный износ (см. глава 1).

Методы расчеты абразивного износа направляющих и рабочих лопаток газовых турбин летучей золой были впервые и наиболее подробно разработаны в ЦКТИ Алферовым Н.С. [1]. Данные исследования проводились на твердом топливе (уголь) и материалом деталей не соответствующих современным ТК. Эти исследования нужно адаптировать к нынешним условиям эксплуатации газовых турбин современных ТК.

Таким образом, взяв за основу подход Алферова Н.С. и воспользовавшись результатами мною произведенных исследований, предложена полуэмпирическая зависимость абразивного износа элементов ТК судовых СОД: = 0,005Ат2рг С13ф

0,005- экспериментальный коэффициент, компенсирующий недостаточно полный учет особенностей соударения частиц и образцов;

А- коэффициент удельного абразивного износа, учитывающий абразивные л свойства абразива в мк/мм -час [1]; х- время, в течение которого рассматриваемый материал подвергался воздействию абразивного материала в с; рг = —- плотность отработавших газов СОД в кг/м3; 8

Ф^- коэффициент, учитывающий изменение величины абразивного износа в зависимости от износостойкости материала;

С г абсолютная скорость твердых частиц отработавших газах в м/с; фа- коэффициент, учитывающий изменение абразивного износа от угла встречи абразивного материала с разрушаемой поверхностью (угол атаки); фш- коэффициент, учитывающий изменение величины абразивного износа в зависимости от размеров и массы абразива; к3- концентрация твердых веществ в отработавших газах (кг твердых частиц/ кг. отработавшего газа); ц при этом: где:

Сщ- абсолютная скорость частицы абразива при входе на образец; и , и е2 + (тг-)2-2 е—соза1г где:а - угол атаки.

Коэффициент удельного абразивного износа, учитывающий абразивные свойства абразива, принят для электрокорунда (А^Оз) А =5,99 мк/мм -час [1].

Коэффициенты ср^, ц>т1, определяются экспериментально.

На разработанной экспериментальной установке был выполнен ряд экспериментов и по результатом построены зависимости абразивного износа образцов от угла атаки, массы абразива, скорости и износостойкости самого материала (рис. 4.1-4.3, см. параграф 4.1).

На рисунке 4.4 представлена сравнительная зависимость относительного абразивного износа образцов (р = от физико-механических и кинематических

Умакс характеристик твердых частиц для всех образцах. Полученные зависимости позволяют найти коэффициенты, учитывающие изменение величины абразивного износа в зависимости от факторов: массы абразива срт; угла атаки фа; износостойкости материала образца (ра (таблица 4.1).

§. 1 f о

0 а й

1 °'8 £ g 0,6

0,4

0,2

100

0,0003 I1 о а о,8

0,6

0,4

0,2 0

140

0,0004 у = -0,0002*+ 1,0175

180

220

260 о-- f——- ------ — з--- ----------. I- у - 62,5х + 0,952

0,0005

0,0006

Масса абразивного материала ш, кг

А 8 | 1— .- 1

У = 0,000012xJ - 0,001649х2 + 0.065643Х+ 0,194206

9

0 15

Электрокорунд (А1203):

Образец№1 Образец№2 Образец№3 0,0003 А 0.0003 х 0,0003 0,0005 - 0,0005 - 0.0005

0.0007 ч 0,0007 ф 0,0007

45

60

Угол атаки а, гр.

30 Крошка:

Образец№1 Образец№2 Образец№3

Ж 0,0003 • 0,0003 -!- 0,0003 0,0007 ■ 0,0007 Ä 0.0007

Рисунок 4.4 - Зависимость относительного абразивного износа образцов от физико-механических и кинематических характеристик твердых частиц отработавших газов дизеля

Заключение

На основании выполненных исследований абразивного износа элементов проточной части РОС турбин ТК сделаны выводы и получены следующие научные и практические результаты:

1. Эксплуатация судовых дизелей на тяжелом топливе приводит к тому, что в продуктах сгорания образуются твердые взвешенные частицы. Эти частицы имеют различные размеры и форму, скорости и физические свойства. Присутствие твердых (абразивных) частиц в движущемся потоке отработавших газов (двухком-понентная рабочая среда) дизеля при соприкосновении с поверхностью деталей проточной части РОС турбины ТК вызывает их повышенный абразивный износ. Характерной особенностью ДГ является то, что основные режимы эксплуатации приходятся на частичные нагрузки (30-60% от номинальной нагрузки). Современные судовые дизеля, в том числе и СОД, в основном работают на тяжелых сортах топлива вязкостью 380 сСт, что, несомненно, приводит к снижению технико-экономических параметров работы, как самого дизеля, так и ТК.

2. Экспериментальное определение состава твердых частиц в отработавших газах выполнено на современном СОД фирмы Уаптаг 6ЕУ18АЬ, работающим на тяжелом топливе 180-Р-К1УЮ 380. Установлено, что

- при режиме работы СОД на нагрузках от 75% до 90% от номинальной содержание и размеры твердых частиц в отработавших газах дизеля минимальные; это обусловлено тем, что при такой нагрузке условия сгорания топлива оптимальные;

- при наименьшей нагрузке дизеля 25% от номинальной количество и размер твердых частиц максимальны и достигают 2мм;

- зафиксированные твердые (абразивные) частицы с помощью специального зонда, входящие в состав отработавших газов СОД, имеют высокую твердость, которая составила более 470НВ.

3. Произведено исследование влияния различных факторов (угла атаки, скорости и массы абразивного материала) на абразивный износ образцов с помощью теории планирования эксперимента. Установлено, что основными значимыми факторами являются угол атаки и скорость движения абразивного материала.

4. Математическая модель абразивного износа элементов проточной части РОС турбин ТК позволяет выполнить оценку параметров, влияющих на абразивный износ, твердыми частицами отработавших газов дизеля и учитывает эксплуатационные параметры современных судовых СОД, работающих на тяжелых сортах топлива, и комплекс физико-механических свойств изнашиваемых материалов.

5. Выполнено экспериментальное исследование влияния различных факторов на абразивный износ элементов проточной части РОС турбин ТК судовых СОД на экспериментальной установке. Установлено, что:

- максимальный абразивный износ образцов происходит при углах близких к 30° с использованием абразивного материала как электрокорунда (А120з), так и сухих чистящих средств (крошка);

- сухие чистящие средства (крошка) обладают существенно меньшими абразивными свойствами, чем продукт недожженного топлива (А120з);

- зависимость изменения абразивного износа образцов от углах атаки с использованием в качестве абразивного материала электрокорунда (А120з) имеет ярко выраженный характер по сравнению с сухим чистящим средством (крошка), зависимость которой стремится к прямой линии.

6. Полученные новые значения коэффициентов, учитывающих изменение абразивного износа в зависимости от износостойкости материала от размера абразива и угла атаки - ф^, (р^, Фана основании полуэмпирической зависимости абразивного износа элементов ТК судовых СОД, соответствуют полученным данным математической модели абразивного износа элементов проточной части РОС турбин ТК.

7. Рекомендовано производить конструктивное изменение элементов проточной части РОС турбин ТК судовых СОД, работающих на тяжелом топливе. Установлено, что СА, угол установки лопатки, у которого стремится к 45°, имеет меньший абразивный износ, чем тот, у которого 35°.

8. Рекомендовать применение очистки проточной части с газовой стороны, что приведёт РОС турбин ТК к поддержанию КПД ТК и удельного расхода топлива в заявленных инструкциями значениях с периодичностью 100 часов эксплуатации ДГ.

9. Предложенные и обоснованные рекомендации по изменению углов установки сопловых лопаток и применению очистки проточной части сухими чистящими средствами РОС турбин ТК СОД в настоящее время согласовываются с фирмой изготовителем "MAN Diesel & Turbo" и судоходной компанией ОАО «СКФ - Новошип».

Список сокращений и условных обозначений

БНА - безлопаточный направляющий аппарат; ВОД - высокооборотный двигатель; ВУ - входное устройство;

ГМУ имени адмирала Ф.Ф. Ушакова - государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф. Ушакова (г. Новороссийск);

ДВС - двигатель внутреннего сгорания;

ДГ - дизель-генератор;

ДУ - дизельная установка;

КПД - коэффициент полезного действия;

МОД - малооборотный двигатель;

PK- рабочее колесо;

РОС - радиально-осевая ступень;

CA - сопловый аппарат;

СКФ - Новошип» — открытое акционерное общество "СКФ-Новороссийское морское пароходство»;

СОД - среднеоборотный двигатель;

СПбГМТУ - Санкт-Петербургский государственный морской технический университет;

СЭУ - судовая энергетическая установка; ТК - турбокомпрессор;

ЦКТИ - центральный котлотурбинный институт;

ЦНИИ МФ - центральный научно-исследовательский институт морского флота; ABB - «Asea Brown Boveri» (Швейцария); MET - Mitsubishi Exhaust Turbocharger.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Герасиди, Виктор Васильевич, 2013 год

Список литературы

1. Алферов Н.С. Ударная эрозия рабочих лопаток турбин на твердом топливе, Диссертация. - М.: ЦКТИ, 1952.

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

3. Возницкий И.В. Современные судовые среднеоборотные двигатели.-Санкт-Петербург: КСИ, 2005.-С. 147.

4. ГОСТ Р 50779.21 - 2004 Статистические методы. Правила определения и методы расчета статистических характеристик по выборочным данным. - М. ИГЖ Издательство стандартов, 2005 г.

5. Дейч М.Е., Самойлович Г.С. Основы аэродинамики осевых турбомашин. Машгиз, М., 1959.

6. Епихин А.И. Анализ процессов износа входных устройств радиально-осевых турбин турбокомпрессоров судовых дизелей на основе расчета двухком-понентной рабочей среды. // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. - 2006.

7. Жук А.Н., Епихин А.И. Оценка скорости износа элементов проточной части газовых турбин агрегатов наддува судовых дизелей, работающих на тяжелом топливе. - Двигатели внутреннего сгорания.- 2008. - № 2. - С. 97-101.

8. Зажигаев Л.С., Кишьян A.A., Романиков Ю.И. Методы планирования и обработки результатов физического эксперимента. М., Атомиздат, 1978, с. 232.

9. Калинин Г.Е. Модельные испытания судовых турбин и машин, Машгиз,

1958.

10. Камкин C.B., Возницкий И.В., Шмелев В.П. Эксплуатация судовых дизелей. - М., Транспорт, 1990, 344 с.

11. Кериди П.Г. Совершенствование входных устройств осевых турбин агрегатов наддува судовых дизелей на основе физического эксперимента и численного моделирования. // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. - 2006.

12. Кильчевский H.A. Теория соударения твердых тел, Гостехиздат, 1943.

13. Марков Н.М., Теория и расчет турбинных ступеней, Машгиз, 1963.

14. Маслов JI.А., Ланговой С.М. Методические указания к применению статистических методов обработки результатов экспериментальных исследований: Учебное пособие. JL: Изд. ЛКИ, 1985.

15. Маслов Е. Н. Основы теории шлифования металлов, Машгиз, 1951.

16. Межерицкий А.Д. Исследование и решение проблем повышения эффективности турбокомпрессоров судовых ДВС. Автореферат диссертации на соискание ученой степени д.т.н. — JL: ЛПИ, 1987.

17. Межерицкий А.Д. Турбокомпрессоры систем наддува судовых дизелей. JL: Судостроение, 1986. 248 с.

18. Мельник Г.В. Вопросы экологии на конгрессе CIMAC 2007 // Двигате-лестроение.- 2007. - № 7.

19. Николаев Н.И. и др. Анализ отказов и повреждений современных турбонадцувочных агрегатов судовых вспомогательных дизелей при эксплуатации на тяжелом топливе. Известия ВУЗов. Северокавказский регион. Технические науки. 2004. Спецвыпуск.

20. Николаев Н.И., Березовский Ф.М., Епихин А.И. Исследование химических, металлографических и механических свойств газоприемных корпусов и сопловых аппаратов турбонадцувочных агрегатов с радиально-осевой турбиной // «Двигателе-строение».- 2005.- №3 - С. 36-39.

21. Николаев Н.И., Березовский Ф.М., Епихин А.И. Пути повышения износостойкости материала входных устройств турбонадцувочных агрегатов судовых дизелей, работающих на тяжелых сортах топлива. - Известия ВУЗов. Сев.-Кавк. Регион. Техн. науки. — 2006, Спецвыпуск. - С. 6 - 8.

22. Николаев Н.И., Гинда О.П., Жук А.Н. Влияние топлива различной вязкости на технико-экономические характеристики работы среднеоборотного главного двигателя балкера. Международный журнал речников «Речной транспорт» (XXI век). Москва, № 4 (28)' 2007. - Зс. (Индекс по перечню ВАК РФ 70787, ред. апрель 2008г).

23. Николаев Н.И., Гинда О.П., Жук А.Н. Эксплуатационные параметры работы среднеоборотного двигателя на различных видах топлива. «Морской флот». Москва, №5 2007. - Зс. (Индекс по перечню ВАК РФ 70550, ред. апрель 2008г).

24. Николаев Н.И., Епихин А.И., Погодин. Ю.М., Лебедев Д. Исследование влияния распределения дискретных частиц по входному сечению и начальной скорости на параметры их движения во входном устройстве с безлопаточным направляющим аппаратом радиально-осевой турбины. -«Известия ВУЗов. Сев.-Кавк. Регион. Техн. Науки».г. Ростов-на-Дону, Ростовский гос. университет, 2006.

25. Николаев Н.И., Жук А.Н., Дубровин Р.Г. Оценка эффективности соплового аппарата радиально-осевой турбины газотурбонагнетателя при эрозионном износе продуктами сгорания. // Сборник трудов сотрудников академии. - 2006.

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

27. Николаев Н.И., Савченко В.А., Кучменко В.В. Анализ отказов и повреждений современных турбонаддувочных агрегатов судовых вспомогательных дизелей при эксплуатации на тяжелом топливе. - Изв. ВУЗов. Сев. - Кавк. Регион. Техн. науки. Спецвыпуск. Проблемы водного транспорта. 2004. Часть 1., с. 74 -78.

28. Николаев Н.И., Савченко В.А. Современное состояние и техническая эксплуатация турбонаддувочных агрегатов: Монография. - СПб.: Судостроение, 2005.-114 с.

29. Николаев Н.И. Повышение эффективности и надежности турбокомпрессоров судовых двигателей в эксплуатации. Монография. СПб., «Судостроение», 2009.

30. Николаев Н.И. Характерные неисправности и отказы турбонагнетателей с радиальной турбиной судовых дизель-генераторов. // Морской транспорт. Серия Техническая эксплуатация флота и судоремонт: ЭИ. М., 2002. Вып. 4 (916), с. 1 -6.

31. Новик Ф.С., Арсов Я.Б. Оптимизация процессов технологии металлов методами планирования эксперимента//Машиностроение.1980.

32. Новицкий П.В., Зограф И.А., Кучина Н.В. Сборник задач по планированию эксперимента: Учебное пособие. Л., ЛПИ, 1979.

33. Обозов A.A. Номографический метод оценки эффективности функционирования турбокомпрессоров судовых дизелей // Двигателестроение. -2007. -№2-с. 37-41.

34. Орлин A.C., Круглов М.Г. Двигатели внутреннего сгорания. Теория поршневых и комбинированных двигателей. М., Машиностроение, 1983-475с.

35. Погодаев Л.И., Голубев Н.Ф., Пушнин В.П. Анализ надежности выпускных клапанов двигателей внутреннего сгорания// Пробл. Машиностроения и надежности машин.1995, №5.С.48-64.

36. Погодаев Л.И., Сейтказенова К.К., Третьяков Д.В. Основные закономерности кавитационной эрозии материалов и покрытий.

37. Розенберг Г.Ш. Техническая эксплуатация судовых газотурбинных установок. М.: Транспорт, 1986. 222с.

38. Розенберг Г.Ш., Ткачев Н.М., Кострыкин В.Ф. Центростремительные турбины судовых установок. - Л.: Судостроение, 1973.

39. Русин В.А., Ляшков В.И. Исследование процесса истечения воздуха через суживающееся сопло: Учебное издание. Издательство ТГТУ, 2004.

40. Семенюк A.B., Андреев А.К., Семенюк Л.А. Эксплуатационные загрязнения газотурбонагнетателей ДВС и способы их очистки: Учебное пособие. Л., МГУ, 2008.

41. Семенюк A.B., Семенюк Л.А. Влияние внешних условий и эксплуатационных факторов на работу турбопоршневой машины. Владивосток: МГУ им. адм. Г.И. Невельского, 2005. - 43 с.

42. Солодовниченко М.Б. Введение в теорию погрешностей измерений: Учебное пособие. - М.: В/О «Мортехинформреклама», 1990. - 32 с.

43. Стечкин Б.С., Казанджан П.К., Алексеев Л.П. и др. Теория реактивных двигателей. Лопаточные машины. Оборонгиз, М., 1956.

44. Циннер К. Наддув двигателей внутреннего сгорания = Aufladung von Verbrennungmotoren: перевод с немецкого/Под ред. д-ра техн. наук Н.Н. Иванченко. - Л., Машиностроение. 1978.

45. Ципленкин Г.Е., Дейч Р.С., Иовлев В.И. Обзор докладов по турбокомпрессорам на конгрессе CIMAC 2004 // Двигателестроение.- 2006. - № 1-3.

46. Ципленкин Г.Е., Дейч Р.С. Обзор докладов по турбокомпрессорам. -Двигателестроение, №4, 2001, с. 55 - 59.

47. Ципленкин Г.Е., Дейч Р.С., Иовлев В.И. Обзор докладов по турбокомпрессорам на конгрессе CIMAC 2007 // Двигателестроение.- 2008. - № 1-4.

48. Фабрикант Н.Я. Аэродинамика. Гостехтеоретиздат,М,-Л., 1949.

49. Фадеев И.П., Биржаков М.Б., Маслянко А.И., Хавич С.Л. Эрозия деталей паровых турбин. - Энергетическое машиностроение (НИИЭинформэнергомаш), 1982, №6.

50. Химия нефти и топлив: учебное пособие/ Е.В. Бойко. -Ульяновск: Ул-ГТУ, 2007.- 60с.

51. CIAC Turbocharger Retrofit Customer Information and Awareness Course, [электронный ресурс]. -Режим доступа: www.abb.com/turbocharging. (дата обращения 10.12.2009).

52. Doug Woodyard. Pounder's Marine Diesel Engines and Gas Turbines. Elsevier Ltd - 2004.

53. Gizzi W., Jung M., Cellbrot P., Haueisen V. Contamination, a challenge for turbochargers in HFO operation. Paper № 176, CIMAC 2007, Vienna.

54. Helping ship owners cut fuel bills with wartsilia-speed engines. Technical journal in detail №01-2009.

55. Rneip S., Bomhorn A. B&W new turbocharger generation TCR- product development and first test results- paper №109, CIMAC 2004. Kyoto.

56. MAN B&W. Radial Turbochargers 32000 Hours in HFO operation. Onboard Interim Report. Status: AVT - 06/95, p. 5.

57. Papalambrou G., Alexandrakis N., Kyratos N., Codan E., Vlaskos I., Pawils V., Boom R. Smokeless Transient Loading of Medium/High Speed Engines Using a Controlled Turbocharging System, Paper № 22, CIMAK Congress 2007, Vienna.

58. Separation Performance RT. [электронный ресурс]. -Режим доступа: www.alfalaval.com. (дата обращения 15.02.2012).

59. The New Turbocharger Generation. MAN B&W Diesel AG. [электронный ресурс]. - Режим доступа: www.mandieselturbo.com/tcbrochures/data/TCR. (дата обращения 10.09.2012).

60. Winter Т., Rieder R., Werdecker F., Woyke J., Design of Radial Compressor Wheels by Wsage of Simplified, Discrete Exitation Functions. Paper №20, CIMAC 2007, Vienna.