Совершенствование комплектования судовых энергетических установок контрольно-измерительными приборами Денисова Анастасия Александровна

Содержание к диссертации

Введение

1 Судовые энергетические установки и их контрольно-измерительные приборы (обзорнаучно-технической информации) 11

1.1 Судовые энергетические установки и их системы автоматизированного контроля и управления 11

1.2 Контрольно-измерительные приборы и методы их выбора при комплектовании СЭУ 20

1.3 Анализ методов оценки технического уровня, качества и конкурентоспособности судовых контрольно-измерительных приборов 27

Выводы по разделу 1 45

2 Разработка иерархической модели, показателей технического уровня, качества и конкурентосопособности судовыхконтрольно-измерительных приборов 49

2.1 Структура технических показателей судовых контрольно-измерительных приборов 49

2.2 Принципы построения критериев и критериальных уравнений технического уровня КИП методом анализа размерностей 56

2.3 Принципы построения комплексных показателей качества и индексов конкурентоспособности 61

2.4 Разработка методики оценки технического уровня и качества применительно к топливным расходомерам, устройствам для измерения крутящего момента

2.4.1 Разработка критериального уравнения технического уровня и комплексного показателя качества судовых топливных расходомеров 74

2.4.2 Разработка критериального уравнения технического уровня и комплексного показателя качества устройств для измерения крутящего момента 82

Выводы по разделу 2 94

3 Разработка показателей технического уровня, качества и конкурентоспособности приборов, обеспечивающих безопасность судовых энергетических установок 97

3.1 Разработка критериального уравнения технического уровня и комплексного показателя качества средств измерения температуры рабочих сред СЭУ 103

3.2 Разработка критериального уравнения технического уровня и комплексного показателя качества средств измерения давления 108

3.3 Разработка критериального уравнения технического уровня и комплексного показателя качества средств измерения уровня рабочих сред СЭУ 113

3.4 Разработка критериального уравнения технического уровня и комплексного показателя качества средств измерения частоты вращения 121

Выводы по разделу 3 128

4 Разработка рекомендаций по комплектованию перспективных отечественных судовых дизельных двигателей современными контрольно-измерительными приборами 131

4.1 Сравнительные технические характеристики перспективных отечественных и зарубежных судовых дизельных двигателей 131

4.2 Рекомендации по комплектованию судовых ДВС устройствами для измерения крутящего момента, расхода топлива и частоты вращения 141

4.3 Рекомендации по комплектованию судовых ДВС датчиками температуры, давления и уровня рабочих сред 156

Выводы по разделу 4 168

Заключение 171

Список литературы

• Анализ методов оценки технического уровня, качества и конкурентоспособности судовых контрольно-измерительных приборов
• Разработка критериального уравнения технического уровня и комплексного показателя качества устройств для измерения крутящего момента
• Разработка критериального уравнения технического уровня и комплексного показателя качества средств измерения уровня рабочих сред СЭУ
• Рекомендации по комплектованию судовых ДВС устройствами для измерения крутящего момента, расхода топлива и частоты вращения

Введение к работе

Актуальность темы исследования. 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) предусматривает создание наукоемких и конкурентоспособных на российском и мировом рынках судов и судового оборудования путем разработки новых отечественных технологий, в том числе в области судового энергомашиностроения и приборостроения.

В связи с увеличением объема автоматизации при переходе к безвахтенному обслуживанию судовых энергетических установок (СЭУ) и сокращением численности машинной команды, расширением количества средств диагностирования при переходе от планово-предупредительных ремонтов элементов энергетических установок к ремонтам по их фактическому техническому состоянию, ростом степени форсированности дизельных двигателей оптимальный выбор номенклатуры и типов контрольно-измерительных приборов (КИП) при комплектовании СЭУ в процессе проектирования приобретает большое значение в обеспечении их эффективности и надежности.

Члены машинных команд современных судов, имеющих в своем составе развитые автоматизированные системы управления судовыми техническими средствами, имеют дело не столько с самими объектами судовой энергетической установки, сколько с показаниями контрольно-измерительных приборов, которые входят в ее состав. Поэтому КИП, играющие важную роль в обеспечении контроля за эффективностью и безопасностью протекающих в СЭУ процессов, должны сохранять свои метрологические свойства в процессе эксплуатации СЭУ, что, в значительной мере, определяется их техническим уровнем и качеством.

Таким образом, совершенствование комплектования СЭУ контрольно-измерительными приборами представляется актуальным направлением научных исследований.

Степень разработанности темы исследования. В настоящее время предложены современные методы определения технического уровня и качества грузовых транспортных судов (Э.А. Афромеев, М.Р. Гусейнов, П.А. Малый), судовых и корабельных энергетических установок (В.В. Барановский, А.Г. Даниловский, Е.Н. Климов, В.В. Сахаров), судовых дизельных двигателей (О.К. Бе-зюков, Н.Б. Ганин, С.Г. Драгомиров, П.А. Дорохов, К.К. Колосов, А.А. Музаев, И.В. Парсаданов, В.И. Федышин). Российскими исследователями (В.И. Агеев, М.В. Богуш, А.Г. Варжапетян, Л.В. Ефремов, Н.Е. Жадобин, Ю.Н. Мясников, А.Ю. Самойленко, А.И. Субетто, В.Н. Темнов, В.А. Шишкин, О.В. Хруцкий) разработаны новые методы метрологической оценки судовых КИП.

В то же время методы оценки технического уровня и качества КИП (ГОСТ 4.156-85, ГОСТ 4.158-85, ГОСТ 4.165-85, ГОСТ 4.179-85, ГОСТ 4.367-85, ГОСТ 4.58-85), разработанные свыше 30-ти лет тому назад, не в полной мере соответствуют современному уровню развития квалиметрии, судовой тепло-

энергетики и приборостроения, что усложняет процесс выбора КИП при комплектовании ими судовых энергетических установок.

Цель и задачи исследования.

Основной целью работы является совершенствование СЭУ путем их комплектования контрольно-измерительными приборами, обладающими высоким техническим уровнем, качеством и конкурентоспособностью.

Для достижения поставленной цели в диссертации необходимо решить следующие задачи:

провести анализ научно-технической литературы, посвященной современному состоянию и перспективам развития СЭУ и их контрольно-измерительных приборов, методам оценки технического уровня, качества и конкурентоспособности, используемых в судостроении, судовом энергетическом машиностроении и приборостроении;

сформировать иерархическую структуру показателей (технических характеристик) судовых контрольно-измерительных приборов;

разработать критерии и критериальные уравнения для оценки технического уровня судовых КИП;

сформировать комплексные показатели качества и индексы конкурентоспособности судовых КИП;

выполнить оценку степени форсированности ряда современных судовых дизельных двигателей и применить разработанные методические основы оценки технического уровня, качества и конкурентоспособности контрольно-измерительных приборов при комплектовании ими СЭУ.

Объектом исследования является судовая энергетическая установка и контрольно-измерительные приборы.

Предметом исследования выступают методы комплектования судовых энергетических установок контрольно-измерительными приборами с учетом их технического уровня, качества и конкурентоспособности.

Методология и методы исследования. Методологической и информационной основой диссертационного исследования являются труды отечественных и зарубежных авторов по вопросам, связанным с оценкой качества и комплектованием СЭУ теплоэнергетическим оборудованием и КИП. Для достижения цели и решения поставленных задач автором использованы общенаучные методы исследования, принципы и методы системного анализа и квалиметрии, теории подобия и метод анализа размерностей, теория ДВС, методы проектирования и технической эксплуатации СЭУ.

Достоверность научных результатов обеспечена всесторонним анализом ранее выполненных научных работ, применением широко известных методов квалиметрических исследований, их соответствием объекту, предмету, целям и задачам исследований, непротиворечивостью результатов и выводов практике проектирования СЭУ и их комплектования контрольно-измерительными приборами.

Личный вклад. Автор диссертации самостоятельно решил все поставленные задачи: обеспечил сбор и анализ научно-технической информации о состоянии и перспективах развития СЭУ, методах их комплектования приборами,

разработал критерии и критериальные уравнения технического уровня, комплексные показатели качества и индексы конкурентоспособности КИП, обеспечил реализацию разработанных основ при комплектовании СЭУ, оснащенных дизельными двигателями 12ЧН15/17,5 Пульсар (ПАО «Звезда»), 12ЧН18,5/21 (ООО «УДМЗ») и 12ЧН26,5/31 (ОАО «Коломенский завод»), современными цифровыми датчиками и приборами, имеющими высокие значения показателей технического уровня, качества и конкурентоспособности.

На защиту выносятся следующие научные результаты:

Анализ роли контрольно-измерительных приборов в обеспечении эффективности и безопасности судового теплоэнергетического оборудования, а также существующих методов экспертной оценки КИП при их выборе в процессе проектирования СЭУ.

Иерархическая структура показателей (технических характеристик) судовых контрольно-измерительных приборов.

Критерии и критериальные уравнения для оценки технического уровня судовых КИП, полученные методом анализа размерностей.

Комплексные показатели качества и индексы конкурентоспособности судовых КИП.

Научная новизна работы. Научная новизна диссертационной работы заключается в разработке:

1. Трехуровневой иерархической структуры технических параметров судовых контрольно-измерительных приборов, в которой выделены главный и основные показатели, характеризующие технический уровень; дополнительные показатели, характеризующие качество; вспомогательные показатели, характеризующие конкурентоспособность КИП.

2. Методики построения критериев и критериальных уравнений технического уровня контрольно-измерительных приборов, получаемых с помощью анализа размерностей главного и основных технических характеристик средств измерения.

3. Методики выбора эталонов и комплексных показателей качества КИП, полученных произведением критерия технического уровня и линейной свертки дополнительных показателей качества, с учётом аналитически определяемых весовых коэффициентов.

4. Методики построения индексов конкурентоспособности, полученных с учетом комплексных показателей качества и вспомогательных (технико-экономических, организационно-правовых и др.) характеристик КИП.

5. Основ комплектования СЭУ контрольно-измерительными приборами, отличающихся от применяемых в настоящее время использованием критерия технического уровня, комплексного показателя качества и индекса конкурентоспособности.

Теоретическая и практическая значимость работы заключается в построении иерархической структуры показателей технического уровня, качества и конкурентоспособности контрольно-измерительных приборов; разработке методики построения критериев технического уровня контрольно-

измерительных приборов с использованием метода анализа размерностей; построении комплексных показателей качества, с использованием аналитического метода определения величины весовых коэффициентов; разработке методики выбора эталона и приборов-аналогов, исходя из значений критериев их технического уровня.

Практическая значимость работы состоит:

в разработке критериальных уравнений, комплексных показателей качества и индексов конкурентоспособности следующих конкретных судовых КИП: топливного расходомера, датчика крутящего момента, датчиков давления, температуры и уровня рабочих жидкостей, тахометра, позволяющих оценить и выбрать приборы без или с минимальным привлечением экспертных оценок;

в разработке методических основ комплектования дизельных СЭУ контрольно-измерительными приборами с учетом их технического уровня, качества и конкурентоспособности, реализованных на примере комплектования КИП современных отечественных дизельных двигателей 12ЧН15/17,5, 12ЧН18,5/21, 12ЧН26,5/31.

Реализация результатов исследований. Результаты исследований вошли:

в специальную часть ОКР «Разработка перечня основных технических и эксплуатационных требований, предъявляемых к комплектующему оборудованию, входящего в состав газотурбинных и дизельных двигателей для судов и морских нефтегазовых объектов» (заказчик - ФГУП «Крыловский государственный научный центр», 2015-2016 гг.);

в НИР «Предварительные моторные испытания универсальной комплексной присадки для топлив «NAGROBOOST», Шифр «ПМИ-ПРИСАДКА» (заказчик - ООО «НАГРОИНВЕСТ», 2016 г.);

в НИР «Разработка комплекса технологических и организационных мероприятий для сертификации технологических процессов и оценки трудоемкости строительства изделий гражданской морской техники», шифр «Качество» (заказчик - АО «Центр технологии судостроения и судоремонта», 2015-2016 гг.).

Основные положения работы используются также в учебном процессе кафедры теории и конструкции судовых ДВС в ФГБОУ ВО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала СО. Макарова» и на курсах повышения квалификации по теме «Метрологическое обеспечение выполнения государственного оборонного заказа», проводимых в ООО «ОПК».

Результаты внедрения подтверждены актами, утвержденными руководителями вышеперечисленных организаций.

Апробация результатов исследований. Основные положения работы и её результаты докладывались и были одобрены на 5-ой научно-технической конференции молодых учёных и специалистов «Корабельные системы управления. Проектирование и изготовление в АО «Концерн «НПО «Аврора», г. Санкт-Петербург, 2015; 5-ой Всероссийской межотраслевой научно-

технической конференции «Актуальные проблемы морской энергетики», г. Санкт-Петербург, 18-19 февраля 2016; ежегодной Научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала СО. Макарова», г. Санкт-Петербург, 11-15 апреля 2016.

Публикации. Основные научные результаты диссертации, отражающие личный вклад автора в их достижении, содержатся в 10 работах, в том числе 3 статьях, опубликованных в изданиях, входящих в перечень ВАК, 1 свидетельстве на полезную модель и 1 зарегистрированной программе для ЭВМ.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх разделов, заключения и списка использованных источников из 162 наименований. Основной материал изложен на 191 странице, содержит 59 рисунков, 15 таблиц.

Анализ методов оценки технического уровня, качества и конкурентоспособности судовых контрольно-измерительных приборов

Таким образом, показатели качества термометров включают 54 показателя объединенных в 11 групп.

Рассмотрим показатели, предлагаемые в ГОСТ 4.135-85, для оценки качества манометров[42].

В СЭУ в зависимости от измеряемой величины могут применяться средства измерения давления (манометры, вакуумметры, датчики давления), измеряющие практически постоянное, или быстро изменяющиеся в широком диапазоне давление (от разряжения на всасывании в турбокомпрессор агрегата наддува до 250 МПа в топливной системе типа Common Rail).

Также разработан измеритель давления, предназначенный для длительного мониторинга состояния цилиндро-поршневой группы. Работает совместно с датчиком давления ДМВГ-160-500. Датчик измерения давления газа— неохлаждае-мый, малогабаритный, высокотемпературный с гибким выводом (ДМВГ). Принцип измерения — тензометрический.

В ГОСТ 4.135-85 представлены показатели качества для дифференциальных манометров согласно, где предлагается использовать 50 показателей, объединенных в 11 групп.

Известно, что самыми распространенным методом оценки качества КИП является относительная мера, определенная на основе соотнесения показателей прибора со значениями таких же показателей базового образца (эталона) [8].

Согласно ГОСТ 2.116–84 базовым называется образец продукции, соответствующий передовым научно-техническим достижениям в установленном периоде, как в нашей стране, так и в других промышленно развитых странах. Перспективный образец продукции характеризуется прогнозируемой совокупностью реально достижимых значений показателей качества и соответствует передовым научно-техническим достижениям на установленный будущий период.

Классификация методов определения эталонов качества была выполнена во ВНИИС и ВНИИмаш в 1970 г. и приведена в Методических указаниях по определению уровня качества промышленной продукции серийного производства. В со 40 ответствии с этой классификацией предлагается различать эталоны по назначению и способу их представления [8].

По назначению эталоны делятся на три группы: - эталоны, отражающие достигнутый уровень качества (народнохозяйственный, мировой, высший достигнутый народнохозяйственный или мировой), применяются при оценке качества серийной продукции; - эталоны, отражающие перспективный народнохозяйственный, или мировой уровень качества, применяются при оценке качества проектируемой продукции с целью создания наилучшего варианта; - специальные эталоны, применяемые при анализе динамики качества, получении комплексных и интегральных показателей качества и т. д. По способу представления эталоны могут быть реальными и условными. Реальные эталоны могут задаваться как конкретными продуктами, так и стандартами качества. Условные эталоны задаются идеальным, планируемым, или максимально (минимально) допустимыми значениями показателей. Эти эталоны создаются путем анализа информации о динамике качества, требований потребителей, возможностей производства и т. д. [8].

Так в работе [89], рассматривается проблема выбора эталона для судовых дизелей. Рассматриваются два подхода к определению эталонных значений показателей. В первом случае за эталон принимаются показатели реальной, серийно выпускаемой машины [88].

При другом подходе к выбору эталонных значений за базовый принимается условная гипотетическая машина, обладающая такой совокупностью показателей, которую в действительности не имеет ни один из существующих машин. 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. Авторами работы [88] сделан вывод что, наиболее приемлемым для оценки качества машин представляется применение гипотетического эталона, сочетающего в себе наилучшие значения по каждому из показателей.

В литературе предлагаются и другие способы выбора эталонных показателей. Так, они могут браться из действующих стандартов и документов по стандартизации, а в зарубежной практике чаще всего назначаются лицом, проводящем оценку - экспертом.

Целесообразность выбора в качестве эталона гипотетического объекта критически оценивается в работе [3], в которой показано, что за эталон должно быть принято лучшее на момент оценивания качества значение соответствующего показателя.

Как показано в работах [8, 89, 88, 123, 73], эта задача на практике обычно решается экспертным путём.

После выбора эталона исследователь определяет номенклатуру показателей качества, в числе которых могут быть [89]: единичные – относящиеся к одному свойству прибора (например – масса, рабочая температура, габаритные размеры, относительная погрешность и др.); комплексные – относящиеся к нескольким свойствам; интегральные – комплексные показатели качества объекта, отражающие отношение суммарного полезного эффекта от его эксплуатации к суммарным затратам на его создание и эксплуатацию. Единичные абсолютные показатели качества, чаще всего, могут быть измерены и, как правило, содержатся в технической документации исследуемого объекта [132]. Единичные относительные показатели качества определяют как отношение значений одних и тех же показателей исследуемого объекта и эталона. При вычислении комплексных показателей в квалиметрии в подавляющем большинстве случаев применяют одну из средневзвешенных формул (арифметическую, геометрическую, гармоническую). При этом считается, что качество мо 42 жет быть определено двумя числовыми параметрами: единичным относительным показателем качества, умноженным на его коэффициент относительной важности (весовой коэффициент).

По источнику информации о значениях весовых коэффициентов методы квалиметрии классифицируются на следующие три группы методов [89]: экспертные – методы, в которых для определения значений большин ства числовых характеристик применяют знания экспертов. неэкспертные (аналитические) – методы, в которых преимущественно не привлекаются эксперты, за исключением построения дерева свойств объекта). смешанные – это методы, в которых значение некоторой (но не большей) части числовых характеристик объекта определяется экспертным методом, а остальные из них – аналитически. Как показано в работе [73], преимуществами смешанных методов оценки качества перед экспертными являются: меньшая трудоемкость, связанная с минимальным привлечением экспертов, а недостатками — относительная технологическая сложность и большие затраты времени на разработку методики оценивания качества. Таким образом, в настоящее время наиболее распространенным является метод экспертной оценки качества, алгоритм которого представлен на рисунке 1.12.

На рисунке 1.13 показана структурная схема получения экспертных оценок, свидетельствующая о сложности и разнообразии возможных путей их получения.

Если для уникальных, например строительных объектов, экспертные методы могут быть успешно применены, то для оценки контрольно-измерительных приборов они крайне непрактичны, так как обладают следующими недостатками [3]:

Разработка критериального уравнения технического уровня и комплексного показателя качества устройств для измерения крутящего момента

При этом на долю главный двигателей, входящих в пропульсивный комплекс, приходится наибольшая часть потерь энергии.

Для оценки экономичности ДВС, чаще всего, используют часовой, удельные индикаторный и эффективный расходы топлива.

На наш взгляд, эффективный КПД для оценки экономичности является более предпочтительным, так как является безразмерным параметром, что делает его более универсальным. Эффективный КПД главных и вспомогательных двигателей может быть определен по следующим известным соотношениям [19]: 3600 3600ЛГ 3600 Mkn Mkn rje= = e = = 0,377 E, (29) QH e QH В 9549.3 QHB QH B где ge - удельный эффективный расход топлива, кг/кВт ч; QH – низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг: B – часовой расход топлива данного двигателя, кг/ч; Ne – эффективная мощность, кВт; Mkp – эффективный крутящий момент, Нм; n – частота вращения коленчатого вала, мин-1. Таким образом, для определения эффективности главных и вспомогательных двигателей - важнейших составляющих судовой энергетической установки -необходимо измерение следующего ряда параметров [48]: теплоты сгорания топлива; часового расхода топлива; эффективного крутящего момента; частоты вращения коленчатого вала.

Теплота сгорания определяется калориметрическим способом, который заключается в сжигании навески испытуемого топлива в калориметрической бомбе, помещенной в имеющий оболочку калориметрический сосуд с водой, и вычисление выделившегося при этом количества теплоты. Определяется в калориметрической установке (ГОСТ 21261-91).

В связи со сложностью и длительность экспериментального определения теплоты сгорания применяют расчетную форму для определения ее по элементарному составу. Удобно и быстро теплоту сгорания топлива можно рассчитать по номограмме, построенной в зависимости от ее плотности (ГОСТ Р 51069-97 Нефть и нефтепродукты. Методы определения плотности, относительной плотности и плотности в градусах API ареометром). Результаты, полученные по этому методу, отличны от экспериментальных не более чем на ±120 кДж/кг.

Технический регламент Таможенного союза «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и мазуту» (ТР ТС 013/2011) не содержит требований к теплоте сгорания топлива. В ГОСТ Р 54299-2010 (ИСО 8217:2010) «Топлива судовые. Технические условия» удельная теплота сгорания для судовых топлив не нормируется. Поэтому указанные данные не содержатся и в сопроводительных документах на топливо (паспорте качества, сертификате или декларация соответствия).

В случае необходимости в эксплуатационных условиях удельную теплоту сгорания рассчитывают на основе данных плотности, массовых долей воды, золы и серы.

Следующей характеристикой, необходимой для определения эффективности судовых дизелей, является часовой расход топлива, который важен как сам по себе, так и как параметр, по которому можно косвенно определить мощность двигателей при отсутствии требуемых для таких измерений приборов [107].

Чаще всего, при проведении теплотехнических испытаний судов мощность главных двигателей, определяется с помощью специальных номограмм по частоте вращения коленчатого вала и замеренному часовому расходу топлива: Ne = f( p- 1000); (2.10) п где р - коэффициент, учитывающий увеличение в эксплуатационных условиях часового расхода топлива по сравнению со стендовыми условиями из-за износа и ухудшения технического состояния двигателя. При этом надо иметь в виду, что кроме измерения массового расхода топлива, подведенного к топливному насосу высокого давления, необходимо учитывать массовые расходы отсечного и утечного топлива.

При теплотехнических испытаниях судов пока, чаще всего, используют объемные методы измерения расхода топлива с помощью штихпроберов, что, однако, не позволяет определять текущий расход и автоматизировать указанный процесс [37], хотя погрешность этого метода достаточно мала (0,35-0,75%).

Проведенные ранее исследования [78] показали, что в условиях эксплуатации целесообразно использование специальных средств измерения расхода топлива, которые позволят не только автоматизировать процесс измерений, но и по 74 лучить информацию о текущем расходе топлива и обеспечить оптимизацию его расхода с учетом выбранных режимов работы и условий плавания.

В результате проведенных на кафедре Т и К СДВС исследований [38] было установлено, что наиболее приемлемым является непосредственное измерение крутящего момента развиваемого главным двигателем с помощью упругих сило-измерителей с электрическими первичными преобразователями.

Поэтому, с целью совершенствования комплектования СЭУ необходимо разработать критерии и критериальные уравнения технического уровня, комплексные показатели качества этих важнейших для технической эксплуатации контрольно-измерительных приборов.

Разработка критериального уравнения технического уровня и комплексного показателя качества средств измерения уровня рабочих сред СЭУ

Безотказность работы СЭУ существенным образом зависит от ресурсных показателей оборудования (долговечности) и их текущей наработки.

Под долговечностью СЭУ понимают ее свойство сохранять работоспособность в период эксплуатации до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов. Количественно долговечность может определяться сроком службы и ресурсом.

Безотказность и долговечность энергетической установки достигаются высоким качеством проектирования, изготовления и монтажа ее элементов, резервированием оборудования в особо ответственных случаях, а также комплектованием СЭУ необходимым набором КИП и средств аварийно-предупредительной сигнализации, соблюдением требований правил и инструкций по эксплуатации и других нормативно-технических документов.

В настоящее время все более широкое распространение находит формализованная оценка безопасной эксплуатации (Formal Safety Assessment – FSA или ФОБ), которая предполагает проведение идентификации опасностей как основного средства оценки и снижения рисков до момента их появления [26, 121, 133].

ФОБ предусматривает необходимость принятия рациональных технических решений как, прежде всего, на стадии проектирования СЭУ и ее комплектования оборудованием, в том числе КИП и АПС, так и на стадиях технической эксплуатации и обслуживания [17].

Главным специалистом РМРС, к.т.н. В.К. Шурпяком предложена технология технического наблюдения, предусматривающая идентификацию деградаци-онных процессов и определения их скорости путём анализа физических процессов, протекающих в СЭУ при ее эксплуатации и определения критического значения параметра, характеризующего предаварийное состояние и прогнозирование времени до его достижения.

Очевидно, что важнейшую роль в этом играют КИП и АПС ([Электронный Роль КИП и АПС в обеспечении безопасности судового комплектующего оборудования особенно возрастает при переходе к его техническому обслуживанию и ремонту по фактическому состоянию ([Электронный ресурс]. — Режим доступа:

При этом работы по ТО назначают в зависимости от фактического технического состояния СЭУ и предполагаемого изменения ее состояния в процессе дальнейшей эксплуатации, что невозможно осуществить без соответствующих КИП.

При этом самой важной является система параметрического (функционального) диагностирования (СТД), построенная на использовании, прежде всего, штатных КИП, которые позволяют прогнозировать и предупреждать как постепенные, так и внезапные отказы без вывода оборудования из эксплуатации.

Этим обусловлено резкое увеличение требований к КИП и к средствам аварийно-предупредительной сигнализации, которые должны обладать высоким техническим уровнем и качеством, что позволит включать их в бортовые цифровые информационные системы, например типа комплекса «ГАЛС-Д4», и обеспечивать непрерывный мониторинг работоспособности узлов и агрегатов транспортных средств ([Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://izvestia.ru/news/65290 (Дата обращения 03.03.2017)).

Внедрение указанных выше цифровых технологий соответствует требованиям принятой в декабре 2000 г. новой редакции главы V «Безопасность мореплавания» Конвенции СОЛАС-74, которая предусматривает оснащение судов с водоизмещением свыше 3000 тонн регистраторами данных рейса (РДР или VDR), как обязательным навигационным оборудованием.

РДР собирает, оцифровывает, сжимает и сохраняет информацию во внешних защитных блоках хранения и должен соответствовать требованиям: ГОСТ Р МЭК 61996-1-2009 «Морское навигационное оборудование и средства радиосвязи. Судовой регистратор данных рейса. Часть 1. Регистратор данных рейса (РДР)»; Правил классификации и постройки морских судов. НД N 2-020101 072. Часть VII. Механические установки. Правил классификации и постройки судов внутреннего плавания. Таким образом, современные судовые системы обеспечения контроля и безопасности судов построены на регистрации и постоянном дистанционном контроле рабочих параметров, определяющих безопасность СЭУ.

Это особенно важно для современных судовых дизелей, степень форсиро-ванности которых по среднему эффективному давлению (1,5-2,5 МПа) существенно превышает сложившийся еще в советский период уровень (0,5-1,2 МПа), что сопровождается ростом теплонапряженности деталей поршневой группы, клапанов, форсунок и крышек цилиндров – основного фактора, лимитирующего безотказность и долговечность ДВС.

На практике нередко прибегают к оценке теплонапряжённости двигателя по температуре выпускных газов в силу того, что она синхронно следует за изменением режима работы двигателя и легко может быть измерена [76]. Такие измерения особенно важны при работе ДВС по внешней характеристике и при перегрузках, которые сопровождаются увеличением крутящего момента по сравнению с винтовой характеристикой, что негативно отражается на их безотказности и долговечности и требует использования точных и надежных средств измерения температуры.

Рекомендации по комплектованию судовых ДВС устройствами для измерения крутящего момента, расхода топлива и частоты вращения

В них реализованы передовые технические решения: топливная система с давлением впрыска до 250 МПа, двухступенчатый турбонаддув с промежуточным охлаждением, система рециркуляции отработавших газов и полностью электронное управление [148]. Расчет базовых компонентов двигателя выполнялся на максимальное давление сгорания 260 бар. ООО «Уральский дизель-моторный завод» (УДМЗ) — ведущее российское машиностроительное предприятие по выпуску различных типов дизелей и дизель-генераторов для комплектации судов, тепловозов, применения в малой энергетике разработало дизели типа ЧН18,5/21 (ДМ-185) в диапазоне мощностей 1500…..2800 кВт, которые не уступают двигателям-аналогам ведущих зарубежных производителей по среднему эффективному давлению и топливной экономичности.

При проектировании и изготовлении двигателя 12ДМ-185Т специалистами УДМЗ и FEV была внедрена топливная аппаратура Common Rail с давлением впрыска 220 МПа, двухступенчатая система турбонаддува, микропроцессорная система управления впрыском топлива и другие инновационные технические решения [150].

Все основные детали двигателя унифицированы в рамках модельного ряда, что позволяет в дальнейшем значительно удешевить процесс разработки и изготовления новых модификаций двигателей семейства ДМ-185 (рисунок 4.2).

На ОАО «Коломенский завод» в рамках Федеральной целевой программы «Национальная технологическая база» по подпрограмме «Создание и организация производства в Российской Федерации в 2011-2015 годах дизельных двигателей и их компонентов нового поколения» были начаты ОКР по созданию дизеля новой размерности 26,5/31 (ЧН26,5/31) с цилиндровой мощностью 500 л.с. при частоте вращения коленчатого вала 1000 мин-1 [151].

Современный четырёхтактный, комбинированный двигатель внутреннего сгорания размерностью 26,5/31 с V-образным расположением цилиндров (12, 16, 20) с газотурбинным наддувом и охлаждением наддувочного воздуха, предназначен для широкого ряда промышленных изделий нового поколения: тепловозов, судов, кораблей, атомных электростанций [147].

В зависимости от числа цилиндров двигатели охватывают диапазон мощностей от 2000 кВт (2720 л.с.) до 7360 кВт (10 000 л.с.), образующих типоразмерные ряды, в которых объединены унифицированные по конструкции модификации, отличающиеся числом цилиндров, уровнем форсирования, комплектацией и др.[147, 152]. 3D модель дизеля 12ЛДГ500 представлена на рисунке 4.3.

Из особенностей его комплектации можно выделить электронные системы управления топливоподачей, перепуском воздуха, газов и турбокомпрессорами наддува. Также к двигателю подключается диагностический комплекс и аппаратный программный модуль информационного обеспечения эксплуатации.

Электронная система управления топливоподачи 12ЛДГ500 обеспечивает: автоматическое регулирование частоты вращения и мощности в соответствии с классом точности В2 по ГОСТ 10511; индивидуальную коррекцию величины и фазы подачи топлива по цилиндрам; отключение подачи топлива в часть цилиндров по заданному алгоритму; комплексную защиту от аварийных ситуаций с выдачей на экран дисплея необходимой информации; контроль текущих параметров передачей информации в систему управления верхнего уровня [152].

Проведем сравнение 9 судовых дизельных двигателей отечественного и зарубежного производства: 12ЧН15/18, 12ЧН15/17,5 Пульсар (ПАО «Звезда»); 12ЧН14,5/16,2 C32 ACERT (Caterpillar), 12ЧН21/21 (12ДМ-21Л), 12ЧН18,5/21 (ООО «УДМЗ»); 12ЧН17/21,5 Cat 3512C (Caterpillar), 12ЧН26/26 и 12ЧН26,5/31 (ОАО «Коломенский завод»); 12ЧН26/31 (Wrtsil).

В зависимости от назначения и условий применения дизели ЧН15/18 выпускаются в различных модификациях, отличающихся друг от друга мощностью, частотой вращения, отдельными конструктивными особенностями. Дизели четырехтактные, тронковые, с непосредственным впрыском топлива, рядные, шестицилиндровые (модификации дизеля Д6) и V-образные двенадцатицилиндровые с углом развала 60 ([Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.propulsionplant.ru/dvigateli/dizelnye-dvigateli/barnaulskii-zavodransportnogo-mashinostroenija-imeni-v-i-lenina/dizeli-ch1518-i-chn1518.html (Дата обращения 08.03.2017)). Поперечный разрез дизеля 12ЧН15/18 представлен на рисунке 4.4 а).

Модернизированные дизели семейства ДМ-21Л (ЧН21/21) (рисунок 4.4 б) четырехтактные, в 6-ти, 8-ми и 12-ти цилиндровом исполнении, с V-образным расположением цилиндров (угол развала 90), с непосредственным впрыском топлива. Двигатели имеют индивидуальные головки цилиндров, жидкостное охлаждение, оснащены системами газотурбинного наддува с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха [147].

Двигатели Д49 (ЧН26/26) (рисунок 4.4 в) V-образные, используются в качестве главных и вспомогательных судовых и корабельных двигателей. Основным преимуществом двигателей производства Коломенского завода является их надежность и высокая ремонтопригодность, которая обусловлена модульным принципом конструкции дизелей [147].