Введение к работе
Актуальность проблемы. Одним из основных направлений развития научно-технического прогресса на современном этапе является создание энергосберегавмих и ресурсосберегаивих технологии. Применительно к судовым энергетическим установкам (34) это означает разработку и использование технических ревений и организационных мероприятий, направленных на всемерное сокращение росходон натурального топлива и затрат на топливо, а также техническое обслуживание и ремонт энергетического оборудования.
Полминстио морских судов с дизельными ЗУ оборудованы котельными установками, вклочасцими как котлы на жидком топливе (ВК). так и утилизационные котлы (ЯК). Схемы и комплектация вспомогательных котельных установок, а также способы управления ими били разработаны для применения на обычных транспортных судах и в неизменном виде применяется в течение многих лет как в напей стране, так и за рубежом. Автоматическое управление ПИ и УК обычно предусматривается только на основном режиме их использования, в то время как смена режимов использования котлов осуществляется вручную. В последние годы условия эксплуатации таких установок претерпели существенные изменения, заключающиеся прежде всего ь участившихся сменах режимов их работы. Повышение к.п.д. дизелей привело к уменьиению как количества, так и температуры выпускных газов, являвшихся источ-
- 2 -
киком теплоти для УК, Поэтому пара, производимого УК на ряде
режимов работы установки, часто оказывается недостаточно для
обеспечения работы потребителей и необходима совместная работа
его с ВК. Изменению режимов использований котельных установок
способствует также применение УК в составе многорешимных ЗУ.
При эксплуатации вспомогательных котельних установок в составе
ЗУ с безвахтекным обслуживанием эффективность применения УК
существенно снижается, т.к. из-за необходимости выполнения
вручную операций по управлении установкой при смене режимов ее
работы обслуживавший персонал зачастую отказывается .от исполь
зования УК. отдавая предпочтение ВК, работа которого не связа
на г, работой двигателя. *"
В этих условиях недостаточная разработанность методов управления, направленных на повышение эффективности и н^димности котельных установок, а также повышение степени использования УК, сдерживает реализации потенциальных возможностей утилизации теплоты отработавших газов главных и вспомогательных дизелей в составе судовых ЗУ.
Таким образом можно констатировать наличие проблемы, заключавшейся в необходимости разработки методов управления, обеспечивающих эффективное использование УК в составе вспомогательных котельных установок судов различных типов.
Диссертация является научным обобщением исследований и практических результатов, полученных автором в процессе решения этой проблемы в 1965-1993 г.г,, п том числе при выполнении отраслевой комплексной целевой программы "Повышение эффективности использования топливно-энергетических и материальных ресурсов на морском транспорте" минморфлота на 1986 - 1990 гг.
Цель работы. Исследование процессов управления судовыми
вспомогательными котельними установками, содержавший НК, и разработка основних концепций, способов и систем управления. направленных на повышение надежности таких установок и уменьшение расхода топлива при их эксплуатации.
Методы реаения поставленных задач. Основные научные результати получены путем математического моделирования процессов управления УК с принудительной циркуляцией. При разработке математических моделей соискатель использоиал как известные, так и составленные на основе собственных экспериментальных исследований представления о характере протекания физических процессов в элементах УК.
Личное участие автора замечается в получении научных результатов, отраженных п диссертации, в том числе и в работах, опубликованных в соавторстве, разработке и определении направлений, задач и принципиальных методических положений, проведении теоретических и экспериментальных исследований, их анализе, обобщении и использовании на различных этапах от научно--исследовательских работ до разработки технической документации.
Научная новизна. При решении поставленной проблемы получены научные результаты, которые выносятся на зациту*.
1. Разработка и исследование физических и математических моделей динамики процессов в судовых УК с принудительной циркуляцией при работе их в парообразующем режиме, а также при смене парообразующего и водогрейного режимов;
?.. Разработка основных требований к системам управления вспомогательными котельными установками дизельных судов, соде-
.. 4 _ ржащиыи УК;
-
Новые эффективные истоды (разработка, реализация) по держания ВК в готовности к подключению иод нагрузку при рабо UK и распределения тепловых нагрузок между ВК и УК при их со местной работе:
-
Разработка способа управления распределение»! теплое нагрузок между несколькими УК. обогреваемыми независимыми и точниками газов переменной интенсивности. Разработка схем к тельных установок и алгоритмов управления ими, обеспечивав*: реализацию предлагаемого способа;
-
Разработка способов и систем управления ПК. работаїщиі в условиях существенно переменной интенсивности обогрева, по; волящих использовать УК на судах с многорежимными ЗУ (ледокі лы. суда ледового плавания, паромы и т.д.);
5. Постановка и ревение комплекса задач управления, напраї ленных на обеспечение эффективного и надежного использоваш '!К в составе судовых дизельных ЗУ,
Практическая ценность работы заключается в;разработке ко» плекса технических рекений, обеспечивающих повышение эффекта ности и надежности УК в составе судовых ЗУ, а также математ» ческих моделей УК с принудительной циркуляцией, позволяющих »; этапе разработки котельных установок исследовать процессы уг равления и выбирать способы управления и системы для их реали заний.
Реализация полученных результатов. Основные результаты исс лсдования используете» в ЦНИИ морского флота при рассмотрены технических заданий и проектов котельных установок судов.
Рекомендации по поддержании ВК в готовности к подклвчени
под нагрузки введением его в контур циркуляции УК /8/ исполь-зовани в проекте модернизации котельних установок судов типа "Магнитогорск".
Рекомендации по поддерханио ВК в готовности к подключению под нагрузку /12/ и оптимизации распределения тепловых нагрузок между ПК и УН /13/ использованы на судах типа "Академик Вавилов".
Рекомендации по обеспечении работы НК в условиях суцествен-но переменной интенсивности обогрева использованы при проектировании ЗУ ледокола ПК25. д такхе приняты к использовании на судах ледового плавания типа "Дмитрий Донской" Мурманского морского пароходства.
Разработанные модели динамики процессов в ПК и предложенные на их основе схемы котельных установок и способы управления ими используются в учебном процессе на курсах и факультете по-вымения квалификации.
Апробация работы. Основные положения работы по мере ее выполнения докладывались на научно-техническом совещании "Автоматизация и механизация котельных с котлами малой и средней мощности" (Ленинград, !9?2 г.), на всесоюзных научно-технических конференциях "Актуальные проблемы научно-технического прогресса судовых турбинных установок" (Ленинград, 1989 г.), "Актуальные проблемы развития двигателей внутреннего сгорания и дизельних установок" (Ленинград, 1990 г.), на заседаниях секций центрального лраалениу ВИТО им. акад. А.Н.Крылова, научно-технического совета ЦНИИ морского флота, на семинаре работников теплотехнических слухб пароходств минморфлота "Обмен опытом эффективного использования топлива транспортным флотом" (Нопоросскиск, 1991 г.).
- б -
Структура и объем работы. Диссертация представлена в форме научного доклада, состоящего из четырех разделов, заключении и списка публикаций по теме из 37 позиций. Общий объем работы составляет 51 стр., в т.ч. 10 рисунков, 4 стр. список публикаций.
