Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Пропульсивные комплексы скоростных судов с частично погруженными винтами 10
1.1 Современные пропульсивные комплексы морских судов с частично погруженными винтами 10
1.2 Анализ проблем технической эксплуатации пропульсивных комплексов скоростных судов с частично погруженными винтами 18
1.3 Анализ научно-технической литературы, посвященный методам контроля технического состояния судовых технических средств 29
1.4 Постановка задачи исследования 41
ГЛАВА 2. Объекты исследования и методики контроля параметров пропульсивного комплекса скоростныхсудов с частично погруженными винтами 44
2.1 Объекты исследования 44
2.2 Контроль состояния элементов пропульсивного комплекса в эксплуатации 55
2.3 Методика исследования теплотехнических параметров пропульсивного комплекса с частично погруженными винтами 63
2.4 Методика контроля вибрационных параметров пропульсивного комплекса с частично погруженными винтами 67
ГЛАВА 3. Экспериментальные исследования теплотех нических и вибрационных параметров пропульсивного комплекса скоростных судов с частично погруженными винтами 72
3.1 Проведение экспериментальных исследований пропульсивного комплекса с частично погруженными винтами на различных режимах эксплуатации 72
3.2 Анализ результатов теплотехнического контроля пропульсивного комплекса с частично погруженными винтами на различных режимах эксплуатации 77
3.3 Анализ результатов вибрационного контроля пропульсивного комплекса с частично погруженными винтами на различных режимах эксплуатации 85
3.4 Оценка погрешностей измерений параметров работы пропульсивного комплекса с частично погруженными винтами 100
ГЛАВА 4. Обоснование режимов эксплуатации пропульсивного комплекса скоростных судов с частично погруженными винтами 108
4.1 Экспериментально-теоретические исследования влияния режимов движения скоростного судна с частично погруженными винтами на мощность главного двигателя 108
4.2 Организационно-технические мероприятия по предупреждению аварийных ситуаций пропульсивного комплекса скоростных судов с частично погруженными винтами 117
4.3 Рекомендации по совершенствованию эксплуатации пропульсив-ного комплекса скоростных судов с частично погруженными винтами 121
Заключение 128
Список использованных источников
- Анализ проблем технической эксплуатации пропульсивных комплексов скоростных судов с частично погруженными винтами
- Контроль состояния элементов пропульсивного комплекса в эксплуатации
- Анализ результатов теплотехнического контроля пропульсивного комплекса с частично погруженными винтами на различных режимах эксплуатации
- Организационно-технические мероприятия по предупреждению аварийных ситуаций пропульсивного комплекса скоростных судов с частично погруженными винтами
Введение к работе
Актуальность темы исследования. С начала XXI века в России эксплуатируются морские и речные суда с пропульсивными комплексами (ПК), в состав которых входят приводы Арнесона, относящиеся, согласно Правилам классификации и постройки морских судов к системам активного управления судном (САУС). Такие суда имеют символ класса (KMMHC Н, SC) «высокоскоростные» (далее скоростные) и предназначены для выполнения военных, поисково-спасательных, правоохранительных, таможенных операций и других задач. Они обладают скоростью свыше 50 узлов и водоизмещением до 60 тонн. Двухвальный ПК таких судов состоит из двух высокооборотных ГД суммарной мощностью до 3000 кВт, реверс-редукторов, торсионных валов и приводов Арнесона с частично погруженными винтами (ЧПВ) фиксированного шага. Основные режимы движения такого типа судов: водоизмещающий и глиссирующий. В документах Классификационных Обществ, например РМРС, и инструкциях по эксплуатации требования, которые должны предъявляться к такому типу САУС, не находят должного отражения с точки зрения особенностей технической эксплуатации таких ПК с ЧПВ.
В процессе эксплуатации этих скоростных судов с ЧПВ возникали отказы и неисправности, анализ которых показал, что они связаны с конструктивными особенностями ПК и ошибочными действиями экипажей, которые приводят к повышенным нагрузкам ГД, высоким уровням вибрации т.д.
Возникающие отказы приводят к снижению безопасности мореплавания, простою судов, а также к значительным затратам судовладельцев на ремонт. Проектировщики, изготовители и судовладельцы должны знать причины возникновения неисправностей и обеспечить комплекс технических и организационно-методических мер по их предупреждению или минимизации. Поэтому задачи, решаемые в диссертации, актуальны.
Степень разработанности. Экспериментальные и теоретические исследования, посвященные режимам работы и определению основных показателей работы судовых дизельных энергетических установок в эксплуатации с традиционным ПК проводятся в различных научно-исследовательских организациях, ВУЗах, как в России, так и за рубежом. Однако в настоящее время нет научно-обоснованных технических решений и организационно-методических мероприятий, направленных на повышение эффективности эксплуатации ПК скоростных судов с ЧПВ на различных режимах работы.
Работами по внедрению эффективных методов и средств оценки состояния СТС, задачами надежности и безопасной эксплуатации элементов судовых энергетических установок судов занимались О.Г. Антушев, А.М. Басин, Е.С. Голуб, Н.Д. Карачун, К.Н. Куликов, А.А. Коломиец, Е.З. Мадорский, Э.Л. Мышинский, В.И. Попков, В.И. Швеев и др.
Анализ литературных источников для ПК скоростных судов с ЧПВ показал, что рекомендациям по организации и управлению безопасной эксплуатацией такого типа судов внимание не уделяется, отсутствуют документы, регламентирующие техническое состояние (ТС) ПК с ЧПВ в эксплуатации.
Цели и задачи. Цель диссертационной работы состоит в формировании комплекса научно-обоснованных технических решений, направленных на повышение эффективности эксплуатации пропульсивного комплекса скоростных судов с частично погруженными винтами на различных режимах эксплуатации на основе контроля параметров.
Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи:
– анализ проблем эксплуатации современных судов с частично погруженными винтами;
– разработка методики контроля и оценки технического состояния элементов пропульсивного комплекса с частично погруженными винтами на различных режимах работы;
– проведение экспериментальных исследований по определению теплотехнических и вибрационных характеристик элементов пропульсивного комплекса с частично погруженными винтами на различных режимах эксплуатации;
– оценка влияния различных эксплуатационных факторов на эффективность работы судов с частично погруженными винтами;
– разработка организационно-методических рекомендаций по эксплуатации пропульсивного комплекса с частично погруженными винтами на различных режимах эксплуатации.
Научная новизна диссертации заключается в полученных результатах: – контроля теплотехнических и вибрационных характеристик элементов про-пульсивного комплекса с частично погруженными винтами в виде аппроксимаци-онных зависимостей мощности, температуры отработавших газов, давления наддува, среднеквадратичных уровней вибрации от частоты вращения коленчатого вала главного двигателя с регистровым наддувом в широком диапазоне изменения нагрузок;
– расчетов и экспериментальных исследований, которые позволили определить режимные и технические параметры пропульсивного комплекса скоростного судна с частично погруженными винтами; установлено, что режимные параметры движения судна (например, переход от водоизмещающего к глиссирующему режиму) накладываются на работу регистровой системы наддува двигателя и это не учитывается при эксплуатации.
Теоретическая и практическая значимость работы.
В результате проведенных исследований:
– получены экспериментальные данные контроля теплотехнических вибрационных параметров пропульсивного комплекса с частично погруженными винтами, которые могут быть использованы для оценки технического состояния;
– предложены и внедрены научно-обоснованные организационно-методические рекомендации по назначению режимов эксплуатации элементов ПК с ЧПВ, позволившие: снизить количество отказов ПК с ЧПВ, сократить затраты на ремонт и увеличить эксплуатационный период скоростных судов.
Методология и методы исследования. Диссертационная работа выполнялась с использованием статистических, математических и диагностических методов с применением персональных вычислительных средств.
Положения, выносимые на защиту
-
Методики контроля параметров и оценки технического состояния элементов пропульсивного комплекса с частично погруженными винтами на различных режимах работы в эксплуатации.
-
Результаты контроля параметров и оценки технического состояния ПК с ЧПВ по разработанным методикам на различных режимах эксплуатации.
3. Научно-обоснованные организационно-методические рекомендации по
назначению режимов эксплуатации элементов ПК судов с ЧПВ.
Степень достоверности и апробации результатов:
– использовались апробированные и признанные методы и методики экспериментальных исследований;
– применялись приборы и системы измерений, прошедшие метрологическую аттестацию в соответствии с ГОСТ 8.326-89;
– при обработке результатов использовались известные статистические и математические методы;
– рекомендации, разработанные в результате исследований, внедрены в практику эксплуатации скоростных судов с ЧПВ и учебном процессе при подготовке курсантов и на курсах повышения квалификации.
Основные положения диссертации, ее результаты докладывались на международной научно-технической конференции «Наука и образование – 2011» МГТУ (г. Мурманск, 2011 г.), региональных научно-технических конференциях преподавательского состава ГМУ им. адмирала Ф.Ф. Ушакова (г. Новороссийск, 20102016 годах), Всероссийской научно-технической конференции «Состояние и актуальные проблемы судоремонта в Азовско-Черноморском бассейне» (г. Анапа, 2013 г.), 2-ой и 6-ой Всероссийской технической конференции «Актуальные проблемы морской энергетики» (г. СПб., 2013, 2017 г.г.), на XXVII сессии Российского акустического общества (г. СПб., 2014 г.) и ряда других.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 16 печатных работ (4 публикации – без соавторов, в остальных доля участия от 30 % до 70 %), из них 3 – в рецензируемых журналах из списка, утвержденного ВАК (2 – без соавторов, в одной доля участия 50 %).
Структура и объем диссертационной работы. Работа состоит из введения и четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Основное содержание изложено на 139 страницах и включает 81 рисунок и 21 таблицу.
Анализ проблем технической эксплуатации пропульсивных комплексов скоростных судов с частично погруженными винтами
Разработкой и внедрением эффективных методов и средств оценки фактического состояния СТС, совершенствованием их технической эксплуатации занимались и внесли значительный вклад: Антушев О.Г., Басин А.М., Голуб Е.В., Карачун Н.Д., Куликов К.Н., Коломиец А.А., Мадорский Е.З., Мышинский Э.Л., Попков В.И., Швеев В.И., и др.
Указанные выше ученые: – рассматривали задачи, определяющие надежность безопасной эксплуатации судов за пределами назначенных сроков службы; – разрабатывали и внедряли эффективные методы и средства оценки фактического состояния СТС; – рассматривали задачи, связанные с проектированием и согласованием теплотехнических характеристик турбокомпрессоров и двигателя. В работах [9, 10] изложены сведения о технических характеристиках привода с ЧПВ «MiniRex» фирмы «ZF», (Германия). Рассматриваются варианты выбора оптимального передаточного отношения редуктора и характеристик винта для оптимального соответствия гидродинамических характеристик корпуса и эксплуатационных характеристик ГД. У приводов с ЧПВ «SeaRex» фирмы «ZF» существенно больший крутящий момент, чем у других существующих приводов с ЧПВ [11]. При разработке привода «SeaRex» использовалось трехмерное компьютерное моделирование на базе метода конечных элементов, с целью выявления оптимального соответствия геометрии движителя и воспринимаемых им нагрузок. Ведется разработка дополнительных устройств уменьшения угла поворота на высоких скоростях для исключения опасных маневров. На исследуемых судах дополнительные системы отсутствуют.
В опубликованных материалах фирма-изготовитель «ZF» уделяет внимание оптимизациям усилий, воспринимаемых узлами привода, и разработкам надежных систем гидравлики управления курсом, и заглублением. Материалы по теплотехническим характеристиками и вибрационным измерениям основных элементов приводов и ПК с ЧПВ на различных режимах эксплуатации в РФ не публикуются.
В статье [12] авторы комплексно подошли к решению надежной и безаварийной технической эксплуатации ПК с ЧПВ скоростных судов «Maritune». Разработана система электронного управления «Autorimm», которая автоматически определяет оптимальные углы заглубления при данном режиме работы ПК, чтобы на всех режимах работы и при осуществлении любых маневров достигался максимально эффективный упор. У таких приводов гидроцилиндры управления расположены внутри корпуса судна. Результаты испытаний выше приведенных систем в эксплуатации фирмами-изготовителями не приводятся.
При проектировании движителей гоночных судов используются различные методы расчета катерных ЧПВ. В работах [1316] сравниваются гидродинамические характеристики одного из ЧПВ исследованной серии при частичном и полном погружении, описываются внешние характеристики ГД, анализируются динамические качества ПК для ЧПВ, обобщается опыт применения ЧПВ на скоростных судах, даются рекомендации по их расчету. В работах отсутствуют данные по влиянию конструктивных особенностей винта на ПК в целом.
В работе [17] представлен способ проектного обоснования оптимальных сочетаний характеристик массы, мощности судна и композитных материалов, основанных на анализе баз данных построенных скоростных судов. Расчет сопротивления движению и определение потребной мощности двигателей является одной из важнейших задач при проектировании судна. На ранних стадиях проектирования, когда многие элементы еще не определены, используются приближенные способы определения сопротивления судна.
В настоящее время имеется достаточно большое количество результатов модельных испытаний скоростных судов. В то же время известно, что практические вычисления по результатам проведенных испытаний могут привести к принципиальным противоречиям или существенным искажениям. Поэтому актуален поиск путей, которые бы позволили с достаточной степенью надежности прогнозировать при проектировании ожидаемые скоростные характеристики скоростных судов, основываясь не только на уже существующих или специально полученных результатах модельных испытаний [18, 19].
В литературе, посвященной диагностированию и контролю технических средств [20, 22] рассмотрены методы и средства технического диагностирования, применяемые в практике эксплуатации технических средств и конструкций. Освещены современные встроенные (стационарные) и переносные (универсальные) средства диагностирования. В приведенных выше работах приведены нормы ТС главных и вспомогательных судовых механизмов и изложены способы обнаружения типовых неисправностей.
В работе [24] рассмотрена актуальная для большинства объектов энергетики задача мониторинга (распознавание и оценка) ТС в процессе эксплуатации. Предложены решения этой задачи на основе методов статистического анализа многомерной эксплуатационной информации. Работоспособность созданной процедуры контроля ТС энергетических объектов подтверждена при анализе эксплуатационных параметров современных газотурбинных двигателей, используемых в энергетике РФ.
В настоящее время актуальны вопросы дальнейшего совершенствования эксплуатационных характеристик современных МОД, СОД и ВОД [23]. Современные тенденции повышения удельных мощностей СЭУ, уменьшение их габаритов и улучшение их экономичности находят свое отражение в создании судовых дизелей с газотурбинным наддувом [2527]. Принципы проектирования ТК не в полной мере учитывают условия их работы в составе судовых ДЭУ на морских судах.
Разработка теории и расчетов турбин и компрессоров в составе ТК судовых дизелей, изучение вопросов их совместной работы с дизелем, совершенствование технической эксплуатации ТК отражены в работах [2734]. В них использовался общий методический подход к решению задач анализа надежности машин и механизмов.
По данным Регистра Ллойда общая тенденция надежности современных дизелей характеризуется следующим соотношением количества отказов ТК к общему количеству отказов двигателя: 22 % – для МОД, 11 % – для СОД, и 4 % для ВОД соответственно. В ТК отказы по подшипникам турбины и компрессора составили 12 % и 11 % соответственно [27]. Анализ исследований, связанных с надежностью ТК автомобильных, тепловозных и судовых ДВС, выполненный в России примерно с 2000 года показал, что нарушение работы подшипниковых узлов – одна из основных причин нарушений и отказов в работе ТК. По данным источников [27, 28] отказы и повреждения ТК, связанные с работой подшипников турбины и компрессора, составили соответственно 23 % и 20 % соответственно. Отказы подшипникового узла ранее времени, указанного в инструкции по эксплуатации, связаны со следующими причинами: плохое качество смазочного масла и преждевременное ухудшение его качества; недоброкачественная сборка ТК и подшипниковых узлов; разбалансировка ротора.
Контроль состояния элементов пропульсивного комплекса в эксплуатации
Перечень контролируемых параметров, выводимых в ходовую рубку (таблица 2.4), недостаточен для объективной оценки состояния ПК с ЧПВ на различных эксплуатационных режимах. Поскольку нахождение экипажа в машинном отделении во время движения судна не предусматривается, то он не имеет постоянной возможности контролировать параметры ГД.
Оценка ТС и поиск неисправностей ПК с ЧПВ производятся сравнением текущих значений рабочих параметров в эксплуатации с установленными нормами допустимых или базовых (эталонных) значений, полученными при ходовых испытаниях или первом выходе (при полной загрузке) [46]. Для сравнения значений контролируемых параметров необходимо, чтобы они соответствовали одному и тому же режиму работы судна. Недостатки параметрического контроля: – недостаточно контролируемых параметров в ходовой рубке; – применим не для всех узлов и деталей; – отсутствие нормирующих показателей технического состояния современных ПК с ЧПВ. Трибологический контроль Проверка уровня трансмиссионного масла (рисунок 2.9) и гидравлического масла осуществляется во время приготовления судна к выходу, каждые 30 минут на ходовых режимах и после прихода в порт.
Результаты контроля записываются в вахтенный журнал, обобщаются и ежемесячно заносятся в формуляр. Расход масла определялся объемами масла, доливаемыми в масляный бак. Средний объем доливаемого масла за время наблюдения не превышал 0.3 литра в месяц.
При попадании забортной воды в масло через уплотнения хвостовика привода производилась его замена. Смазка деталей привода Арнесона, согласно инструкции по эксплуатации производится в соответствии с таблицей 2.6. Согласно контрольному перечню ТО приведенных в таблице 2.7, смена масла должна проводиться после первых 200 часов, а далее через 500 часов работы, либо по результатам его анализа но, не реже 1 раза в год. Периодичность отбора проб смазочного и гидравлического масел (класс вязкости SAE 30W, SAE 40W) привода Арнесона указана в инструкции по эксплуатации. Выполняется при рабочей температуре масла не ранее чем через 12 часов работы после пополнения свежего масла до рабочего уровня в масляных цистернах. [47, 48]. В таблице 2.8 приведены температуры, соответствующие эквивалентной вязкости масел.
Привод Арнесона находится в забортной воде и принудительное охлаждение масла в дейдвудной трубе не предусмотрено. Температура трансмиссионного масла за все время эксплуатации приводов Арнесона не превышала 70 С. Замена фильтров гидравлического масла производится через 500 часов работы, но, не превышая период 12 месяцев. Данные по показателям масла фирма-изготовитель приводов Арнесона «Twin Disc» в инструкциях не приводит, поэтому при разработке методики контроля по трибологическим параметрам были приняты браковочные показатели по рекомендациям, изложенным в документе РС РФ [44].
Оценка технического состояния на основе контроля вибрации ПК с ЧПВ проводится службой сервиса только для ГД и реверс-редуктора. Для оценки технического состояния приводов Арнесона, на исследуемых судах вибрационный контроль до настоящего времени не применялся. Методы и средства вибрационного контроля не требуют разборки или доработки конструкции привода Арнесо-на, что очень важно при их эксплуатации.
К достоинствам вибрационного контроля относятся: – мобильность измерительных приборов; – оперативность получения результатов измерений; – возможность определения места возникновения дефекта на этапе его возникновения; – возможность наблюдения за развитием дефекта и недопущения достижения им критических значений; – возможность составления прогноза по изменению ТС объекта; – возможность подбора при ухудшении технического состояния СТС таких режимов эксплуатации, которые позволят продлить время эксплуатации до очередного ремонта [21, 44].
Использование вибрационных методов позволяет оперативно оценить ТС и обнаружить дефекты, поэтому их использование наиболее эффективно. Учет неисправностей ПК с ЧПВ, их характер показывает необходимость применения вибрационных методов контроля для такого типа судов.
В основу разработанной методики исследования теплотехнических параметров ПК с ЧПВ были положены требования, изложенные в Правилах классификации и постройки морских судов [43] и ГОСТ Р-53639 – 2009 [49]. Измерения значений теплотехнических параметров ПК с ЧПВ производились с целью контроля и оценки ТС во время эксплуатации. На рисунке 2.10 и таблице 2.9 приведены контролирующие в процессе проведения экспериментальных исследований теплотехнических параметров ПК с ЧПВ.
Анализ результатов теплотехнического контроля пропульсивного комплекса с частично погруженными винтами на различных режимах эксплуатации
На судне № 3 (рисунок 3.10) значения температуры отработавших газов отличны от значений полученных при испытаниях на судах № 1 и № 2. При nгд = 5001100 мин-1 температура отработавших газов растет более интенсивно и достигает 450500 С, далее ее рост замедляется и при nгд=13001600 мин-1 соответствует примерно 450 С. При nгд = 1700 мин-1 температура отработавших газов вновь повышается и при nгд = 2000 мин-1, на одном из испытаний, достигает предельного значения (700 С). При nгд = 2100 мин-1 температура отработавших газов снижается на 2030 С, а при дальнейшем увеличении частоты вращения коленчатого вала ГД растет до предельных значений. При nгд = 22002300 мин-1 температура отработавших газов достигала 670700 С.
В качестве примера, при проведенных испытаниях для получения зависимостей давления наддува от частоты вращения коленчатого вала ГД приведены только для судна № 3 (рисунок 3.11). Это связано с тем, что характер изменения давления наддува от частоты вращения коленчатого вала ГД на других судах, на которых производились испытания, такой же.
При nгд = 600800 мин-1 рост давления наддува не наблюдался, и значения соответствовали 1.01.1 бар. При nгд = 11001700 мин-1 pн. абс. растет плавно и достигает 2.7 бар. В пределах nгд = 17002100 мин-1 значения pн. абс. изменялось незначительно. При nгд = 22002300 мин-1 наблюдался резкий рост pн. абс. всех судов до 3.53.6 бар, а при nгд = 2450 мин-1 давление наддува повысилось до 3.9 бар. і 3,5 - 3 2 5 " 2 - 1=5 "0,5 -0 -5 1II . » п . " II
Анализ зависимостей мощности, температуры отработавших газов и давления наддува от частоты вращения коленчатого вала ГД Проведенные теплотехнические измерения параметров ГД показали, что мощность ГД от частоты вращения на всем протяжении замеров увеличивается по-разному. Это связано с попыткой экипажа вывести судно на глиссирующий режим на различных частотах вращения путем изменения наклона гребных валов приводов Арнесона в положение до -7. На судне № 1, в сравнении с судами № 2 и № 3, наблюдалась перегрузка ГД при nгд = 1700 мин-1 (начало выхода на режим глиссирования). На судах № 2 и № 3 повышенная нагрузка ГД наблюдалась при nгд = 22002300 мин-1 (выхода на режим глиссирования). В связи с этим увеличение температуры отработавших газов происходит при работе ГД с перегрузкой (рисунки 3.83.10). Это также связано с неправильным управлением судна: попытка принудительно выйти на режим глиссирования путем установки угла гребных винтов в положение (-7).
Анализ зависимостей давления наддува от частоты вращения коленчатого вала ГД (рисунок 3.11) показал, что на всех судах они отличаются незначительно и соответствуют результатам проведенных испытаний на стенде завода изготовителя (Главу 2, рисунок 2.4). Характер изменения зависимостей температуры отработавших газов и давления наддува от частоты вращения коленчатого вала ГД показывает, что на tог влияют режимы и способы управления судном, а pн более инерционный параметр.
Неправильная эксплуатация судов с ЧПВ приводит к изменению теплотехнических характеристик и перегрузке дизеля, которые ведут к поломкам и авариям ПК с ЧПВ. В связи с этим, наряду с теплотехническими испытаниями необходимо проводить и вибрационные [73].
Вибрационные измерения проводились совместно с проведением теплотехническими измерениями на тех же режимах работы ПК по разработанной Методике (Глава 2, 2.3). Результаты контроля вибрации согласно ГОСТ ИСО 10816-3–2004 [51]. Результаты испытаний для трех судов (на которых проводились измерения) представлены в виде зависимостей СКЗ виброскорости ПК судов от nгд, в направлениях X, Y и Z (рисунки 3.123.14). На судне № 1 (рисунок 3.12) в диапазоне 600800 мин-1 уровни вибрации в направлениях Y и Z снижаются с 4 мм/с и 6 мм/с до 2 мм/с и 1.5 мм/с соответственно. Рост уровней вибрации при nгд 1000 мин-1 наблюдался во всех направлениях. При nгд = 10001500 мин-1 уровни вибрации растут до 4 мм/с, при 1700 мин-1 в направлении Y повышаются до 6 мм/с., в направлениях X, Z и корпуса до 4 мм/с. При nгд = 20002100 мин-1 уровни вибрации в направлении Y повышаются до 13.5 мм/с, а в направлении Z до 11.5 мм/с. В связи с высокой температурой отработавших газов ГД дальнейшее испытание было приостановлено. В результате, судно не вышло на глиссирующий режим.
На судне № 2 (рисунок 3.13) в диапазоне nгд = 6002100 мин-1 уровни вибрации во всех направлениях растут плавно. При nгд = 2100 мин-1 уровни вибрации в направлении Y растут до 13 мм/с, в направлении Z до 10 мм/с, а в направлениях X и корпуса уровни вибрации возросли до 8 мм/с. При nгд = 2400 мин-1 уровни виб 87 рации в направлении Y достигли 12 мм/с, а в направлении Z – 11 мм/с. Высокая вибрация до 13.5 мм/с наблюдалась на корпусе судна.
На судне № 3 (рисунок 3.14), при nгд = 1700 мин-1 уровни вибрации растут в направлении X до 4.2 мм/с., в направлении Y до 14 мм/с и в направлении Z до 9 мм/с. При nгд = 18002100 мин-1 уровни вибрации во всех направлениях соответствуют до 8 мм/с. Рост вибрации наблюдается при nгд = 21002400 мин-1 наблюдается во всех направлениях. Вибрация в направлении Y повысилась до 14 мм/с, в направлении Z до 11 мм/с, в направлении X до 10 мм/с. Измерения вибрации корпуса на судне не проводились. При nгд = 2400 мин-1 уровни вибрации в направлении Y достигли 12 мм/с, а в направлении Z – 11 мм/с. Высокая вибрация до 13.5 мм/с наблюдалась на корпусе судна.
Организационно-технические мероприятия по предупреждению аварийных ситуаций пропульсивного комплекса скоростных судов с частично погруженными винтами
В процессе эксплуатации, при любых параметрах внешней среды (температура воздуха, температура забортной воды), в случае повышения температуры отработавших газов выше максимально допустимой ( 700 С) для данного режима, необходимо снизить нагрузку на ГД до получения tог, соответствующей данному режиму. Выполнение рекомендации по использованию ПК с ЧПВ скоростного судна проекта 12150 «Мангуст» приведет к снижению затрат на ремонт ГД и приводов Арнесона, аварийности и повышению безопасности мореплавания.
К сожалению, судоводитель в момент выхода судна на глиссирующий режим и при движении на нем не всегда действует правильно. В связи с этим на пульт судоводителя необходимо выведение дополнительных сигналов (световых, звуковых), которые бы обращали внимание членов экипажа на выход эксплуатационных параметров за предельные значения, повышенную вибрацию элементов ПК.
С точки зрения обеспечения безопасности и надежной безаварийной эксплуатации ПК судов с ЧПВ, осуществление контроля вибрации наиболее информативно, чем контроль ТС другими методами.
Поскольку заводских рекомендаций по выходу скоростного судна с ЧПВ на глиссирующий режим нет, то экипажи эксплуатируют такие суда, используя свой опыт.
По разработанным рекомендациям на одном из судов с ЧПВ (после ремонта) были проведены сравнительные испытания по выходу на режим полного хода (глиссирующий) по способу, который использует экипаж, и по обоснованным в диссертации режимам эксплуатации такого типа судов. Полученные результаты представлены на рисунке 4.6.
Зависимость мощности ГД от частоты вращения коленчатого вала (судно после ремонта): зоны работы ГД: I - с одним ТК, II - подключения ТК № 2, III - зона работы ГД с двумя ТК; характеристики: 1 - ограничительная, 2 - винтовая для глиссирующего режима, 3 - расчетная винтовая (по данным фирмы MTU); - режим используется экипажем; - рекомендованный режим.
Эксплуатация скоростного судна с ЧПВ на режиме, используемом экипажем До пгд = 6001700 мин"1 набор частоты вращения ГД производился при установке гребных валов приводов Арнесона на угол -7 (рисунок 4.6). При достижении Пгд = 1700 мин1 приводы устанавливались в положение (0) (обеспечение гидродинамического облегчения гребных винтов). Выход судна на режим глиссирования производился при пгд = 1700 мин1 одновременным наклоном двух гребных валов на угол (-7), нагрузка при этом достигла ограничительной характеристики. Это привело к резкому увеличению температуры отработавших газов (рисунок 4.7). Выход на глиссирующий режим происходил в зоне подключения второго турбокомпрессора (не рекомендованный режим), что привело к дальнейшему снижению мощности. После подключения второго ТК мощность ГД и температура отработавших газов стала резко возрастать.
После выхода судна на глиссирующий режим гребные валы были вновь установлены в положение «нейтральное». Нагрузка на ГД снизилась до 65 %. Водоизмещение и скорость судна, нагрузка на ГД, конструктивные особенности ГД (регистровый наддув) при выходе на режим глиссирования экипажем не учитывались. При дальнейшем увеличении скорости судна, нагрузка на ГД повышалась и при nгд = 22002300 мин-1 соответствовала 100 %.
Эксплуатация скоростного судна с ЧПВ на рекомендованном режиме управления С nгд = 6002100 мин-1 набор оборотов ГД производился при установке гребных валов приводов Арнесона в положение (0). Нагрузка на ГД при этом не превысила 70 %. Выход на режим глиссирования судна производился при судна = 2532 узлов и nгд2100 мин-1. После выхода судна на глиссирующий режим гребные валы опять были установлены в положение близкое к нейтральному (0 ), при котором гребные винты заглублены на 0.40.6 D. Нагрузка на ГД при дальнейшем увеличении частоты вращения коленчатого вала ГД росла плавно и 100% достигла только при nгд = 2450 мин-1, а температура отработавших газов не превысила 650 С. Neгд при режиме, используемом экипажем была выше, чем рекомендованном (рисунок 4.6).
На рекомендованном режиме судно вышло на режим полного хода при nгд = 2100 мин-1, пройдя зону подключения ТК № 2. Нагрузка на ГД возрастала равномерно, и резких скачков параметров не наблюдалось.
Анализ эксплуатации ПК с ЧПВ на режиме, используемом экипажем, показал, что при выходе глиссирующий режим при nгд = 1700 мин-1, наклон гребных валов привода Арнесона приводит к резкому повышению мощности (nгд = 16001700 мин-1), после выхода на режим глиссирования к ее снижению (nгд = 17001800 мин1). Выход на глиссирующий режим при пгд = 1700 мин"1 происходил в зоне подключения ТК № 2 (не рекомендованный режим). Максимальная №гд достигает 100 % при пгд = 2000 мин 1 и не снижается до пгд = 2450 мин"1.
На рекомендованном режиме экипаж скоростного судна производил выход на глиссирующий режим при пгд = 2100 мин"1, пройдя зону подключения ТК № 2. С пгд = 2100 мин"1 нагрузка на ГД увеличивалась плавно, но в сравнении с режимом № 1 заметно ниже. Своего максимального значения в 100 %, нагрузка ГД достигла только при пгд = 2450 мин"1.
По параметрам работы ГД (режимы: - используется экипажем; - рекомендованный) были построены аппроксимационные зависимости температуры отработавших газов от частоты вращения ГД. Из рисунка 4.7 видно, что температура отработавших газов ГД изменяется по-разному. При работе ПК с ЧПВ на рекомендованном в диссертации режиме, при пгд 1100 мин"1 значения температуры выше, чем на режиме, используемом экипажем. При работе ПК с ЧПВ на рекомендованном режиме (рисунок 4.7), температура отработавших газов ГД повышается более плавно и при nгд = 1900 мин-1 возрастает до 520 С. С увеличением nгд 2000 мин-1, температура повышается до 630 С, а при nгд = 2100 мин-1 снижается до 610 С, а при дальнейшем увеличении частоты вращения коленчатого вала ГД до 2450 мин-1 температура отработавших газоврастет плавно, и ее значение соответствует 670 С.
По эксплуатационным параметрам для режима работы судна используемых экипажем и режиму обоснованным в диссертации, были построены аппроксима-ционные зависимости зависимостей давления наддува от частоты вращения коленчатого вала ГД (рисунок 4.8).
Аппроксимационные зависимости давления надува от частоты вращения: ГД: Режимы работы: - используется экипажем; - рекомендованный. По эксплуатационным параметрам для режима работы судна используемых экипажем и режиму обоснованным в диссертации, были построены аппроксима 126 ционные зависимости СКЗ виброскорости ПК от частоты вращения ГД, в направлениях X, Y , Z и корпуса (рисунки 4.9, 4.10). На режиме, используемом экипажем (при nгд = 17002000 мин-1) уровни вибрации в направлениях Y и Z достигают 12 мм/с. При nгд = 2100 мин-1 происходит незначительное снижение до 1011 мм/с, а при nгд = 2100 мин-1 ее значения вновь достигают 12 мм/с. На рекомендованном режиме работы (рисунок 4.10), уровни вибрации врастут плавно и максимальных значений (vскз = 1011 мм/с) достигают только при nгд = 2400 мин-1.