Введение к работе
Актуальность работы
Важнейшим критерием, влияющим на целесообразность эксплуатации судовой энергетической установки (СЭУ), является ее экономическая эффективность. Одним из распространенных приемов повышения этой эффективности является использование вторичных энергоресурсов и, в первую очередь, теплоты отработавших газов в утилизационных котлах.
Однако исследования и анализ работы утилизационных комплексов показывают их довольно низкую эффективность на режимах частичных нагрузок, а они, как известно, занимают значительный процент времени эксплуатации.
В Волго-Каспийском бассейне около 50% судов оборудованы утилизационными котельными установками (притом это наиболее крупнотоннажные суда). В условиях экономического кризиса президент Российской Федерации и правительство ставят перед научным сообществом и сектором реальной экономики задачи скорейшего перехода на инновационные технологии, а именно такими и являются рассматриваемые в работе современные энергосберегающие технологии в области судовой энергетики. Поэтому разработка научно обоснованных решений по улучшению показателей утилизационных комплексов весьма актуальна. Важным аспектом является исследование воздействия работы СЭУ на экологическое состояние воздушной и водной среды, что соответствует требованиям Международной конвенции МАРПОЛ 73/78. При этом следует отметить, что реализация предлагаемых решений не предусматривает существенного переоборудования СЭУ и не требует больших затрат.
В целом актуальность исследований подтверждается различными документами администрации Астраханской области, направленными на развитие судостроения, флота и широкого применения энергосберегающих технологий.
Диссертационная работа выполнена в рамках госбюджетной НИР кафедры «Эксплуатация водного транспорта» АГТУ, научного направления Лаборатории нетрадиционной энергетики Саратовского научного центра РАН и НИИ Энергетики при АГТУ.
Цель и задачи исследования
Улучшение эколого-экономических показателей судовых утилизационных комплексов с водогрейными котлами за счёт отключения цилиндров дизелей на долевых режимах.
В соответствии с целью поставлены следующие научно-технические задачи:
-дополнить и обобщить материал по загрузке главных и вспомогательных дизелей на примере судов Волго-Каспийского бассейна;
-провести анализ влияния отключения цилиндров судового дизеля на технико-экономические, динамические и экологические показатели работы судовых утилизационных комплексов;
-выполнить экспериментальные исследования на установке в составе судового дизеля 6ЧН 15/18 и утилизационного водогрейного котла (УВК) КАУ-1,7 с целью оценки влияния отключения цилиндров дизеля на эколого-экономические показатели совместной работы комплекса с разработкой рекомендаций по использованию результатов;
-провести регрессионный анализ экспериментальных данных с разработкой математических моделей основных показателей совместной работы судового дизеля и УВК.
Объект исследования
Судовые утилизационные комплексы с водогрейными котлами.
Предмет исследования
Рабочие процессы совместной работы судового дизеля и УВК на долевых режимах.
Методы решения задач исследования
Методологической базой диссертации являются исследования таких ученых как Голубев Н.В., Коршунов Л.П., Маслов В.В., Беляев И.Г., Овсянников М.К., Смольник А.Ю., Ильин А.К., Иванченко А.А., Грехов Л.В., Голубков Л.Н., Иващенко Н.А., Фомин В.М., Покусаев М.Н., Виноградов СВ. и др.
В первой главе диссертационной работы использованы методы обработки статистических данных по загрузке главных и вспомогательных дизелей рыбопромысловых, транспортных и вспомогательных судов Волго-Каспийского бассейна.
В расчетно-теоретических исследованиях были использованы:
программный продукт «Statgrapfhics Plus 3.0»;
программное обеспечение «ДизельРК» (МГТУ им. Н.Э. Баумана);
интегрированный обучающий комплекс «Двигатели внутреннего
сгорания» (МАДИ (ГТУ)).
Экспериментальные исследования проводились на моторной установке в составе судового дизеля 6ЧН15/18 и утилизационного водогрейного котла КАУ 1,7, оборудованной средствами контроля и измерения параметров работы, обеспечивающими точность проводимых замеров в соответствии с нормами, установленными ГОСТ 10448-80 «Дизели стационарные, судовые и теплопроводные. Методы испытаний». В работе использовано Приложение 4 «Предотвращение загрязнения атмосферы с судов» МК МАРПОЛ 73/78.
Научная новизна:
впервые предложено научно-техническое решение по улучшению эколого-экономических показателей совместной работы судового дизеля и УВК за счет отключения цилиндров на долевых режимах работы;
- получены регрессионные модели совместной работы судового
дизеля и УВК, позволяющие установить статистические зависимости
между целевыми функциями (к.п.д. установки, коэффициент утилизации)
и показателями работы дизеля;
- получен патент на полезную модель «Устройство для
исследования способов повышения эффективности работы судовых
энергетических установок».
Практическая значимость:
дополнен и обобщён обширный статистический материал по загрузке главных и вспомогательных дизелей судов Волго-Каспийского бассейна, который может быть использован в судовладельческих компаниях для выбора оптимальных режимов работы СЭУ и нормирования расхода топлива;
предложено техническое решение по улучшению эколого-экономических показателей совместной работы судовых дизелей и УВК;
- предложена методика проведения испытаний судовых
утилизационных комплексов с водогрейными котлами на базе моторной
установки.
Личное участие автора в получении результатов, изложенных в диссертации:
Основной личный вклад автора в проведенное диссертационное исследование заключается в разработке и экспериментальной проверке
способа улучшения эколого-экономических показателей судовых утилизационных комплексов с водогрейными котлами за счет отключения цилиндров дизеля на долевых режимах работы, в обосновании научной новизны и практической ценности этого способа. Теоретические положения, методические и практические выводы диссертационного исследования, анализ и ретроспективное обобщение зарубежной и отечественной литературы по исследуемой проблеме являются результатами самостоятельной работы автора.
Реализация результатов исследования
Основные материалы и результаты исследований были переданы для использования в судовладельческие организации ОАО «Каспрыбхолодфлот», ОАО «Волготанкер», а также в Астраханский филиал Российского Морского Регистра судоходства и Нижне-Волжский филиал Российского Речного Регистра.
Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе АГТУ при подготовке инженеров по специальности «Судовые энергетические установки», «Эксплуатация судовых энергетических установок», бакалавров по направлению «Эксплуатация транспортных средств», в научно-исследовательской работе студентов и аспирантов.
Степень достоверности результатов проведённых
исследований определяется:
апробированными методами расчета динамических показателей работы двигателя, расчетно-теоретическими исследованиями водогрейного котла с помощью обобщенной математической модели, расчетно-теоретическими исследованиями влияния отключения цилиндров на эмиссию;
применением современных средств измерения и регистрации параметров работы дизеля и утилизационного водогрейного котла;
хорошей степенью сходимости экспериментальных и расчетно-теоретических результатов.
Ценность научной работы:
Предложенное автором научно-техническое решение позволяет улучшить эколого-экономические показатели совместной работы дизеля и утилизационного водогрейного котла и может быть использовано в процессе эксплуатации рыбопромыслового и транспортного флота.
Апробация работы
Основное содержание исследований по мере их выполнения обсуждалось и докладывалось на международных, всероссийских конференциях и семинарах, заседаниях кафедры «Эксплуатация водного транспорта» АГТУ, заседаниях Ученого совета института морских технологий, энергетики и транспорта АГТУ ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава АГТУ (2004-2009 гг.), межрегиональном семинаре «Актуальные проблемы судовой энергетики и машинодвижительных комплексов» (г.Астрахань, 2005-2006 гг.), организованном АГТУ и Институтом физики Дагестанского научного центра РАН, на второй Международной научно-практической конференции «Современные энергосберегающие тепловые технологии СЭТТ-2005 (г. Москва, 2005 г.), на национальной конференции по теплоэнергетике НКТЭ (Казань, 2006 г.)
Публикации
Результаты исследований опубликованы в 9 работах, в том числе 4 по списку ВАК. Получено 1 свидетельство Роспатента на полезную модель.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложена на 147 страницах основного текста; содержит 25 рисунков, 36 таблиц, перечень использованных источников из 100 наименований.
