Введение к работе
Актуальность работа. Одной из проблем, которые всегда стояли и стоят при эксплуатации судов морского, рибопромислового и речного флота, является проблема безопасности.
Информация об аварийности на флоте регулярно публикует-ся в периодической печати; ее анализом занимаются классификационные; и страховые общества, научно-исследовательские и учебные институты.
Так, например, по данным Английского классификационного общества Ллойда, на учете которого насчитывается около 8 тысяч морских судов, за 11 лет (1973 - 1983 гг.) в результате аварий было потеряно 4117 судов. За 1991 г. было потеряно 258 судов.
В 1985 г. береговой охраной США зарегистрировано и расследовано 3387 транспортных пронсЕєствнй с Б6В0 торговыми и рыболовными судами, 589 на них составили столкновения.
За период с 1950 по 1990 гг. в бывшей ГДР зарегистрировано 12207 аварийных случаев.
В 1994 г. в районе проливов Босфор и Дарданеллы произошло 207 аварийных происшествий, из которых 851 - по навигационным причинам. Из них столкновения - 57Z.
Для обеспечения безопасности плавания и снижения аварийности на флоте одним из важнейших условий является глубокое и расширенное знание и учет судоводителями маневренных качеств судов и особенно инерционных характеристик. Выполнение маневров без учета инерционных характеристик приводит к наиболее тяжелым по последствиям транспортным происшествиям - к столкновениям судов или навалам на причалы и стоящие транспортные средства.
Публикуемая в справочниках по инерционным характеристикам судов информация, получаемая по результатам натурных экспериментов или расчетными методами, соответствует, как правило, двум состояниям судна: в грузу и в балласте при одновременном выполнении одинаковых маневров всеми главными двигателями, чего явно недостаточно для обеспечения надг-хно-
го маневрирования в различных, встречающихся в практике су-довоздекия. случаях.
При анализе аварийности на флоте рассматриваются различные причины транспортных происшествий: неисправность пути, наруЕение Правил технической эксплуатации. Правил плавания. Устава службы на судах, неправильное маневрирование и др. Но выделяется, к сожалению. такая причина аварий, как неудовлетворительные маневренные качества главных двигателей, заключающиеся в том. что на большинстве судов с прямой передачей мощности на винт не выполняется маневр реверса дизелей на полном ходу судна. А если указанный маневр и выполняется, то продолжительность его нередко составляет более одной - двух минут. Следует отметить, что согласно правилам Российского Речного Регистра она не должна превышать 25 с. Морской же Регистр судоходства данную величину не регламентирует.
Такое затяжное выполнение маневра значительно увеличивает выбег судна и, естественно, может послужить одной из причин аварии и в первую очередь - столкновения. Анализ причин столкновений судов, выполненный А.Б.Юдовичем. показывает, что 402 всех столкновений происходит именно из-за запоздалого маневрирования.
Несмотря на низкую эффективность реверса двигателя на ходу судна, судоводители в аварийных ситуациях пытаются предотвратить столкновения именно таким образом. Так. из 85 исследованных С.Б.Олыпамовским столкновений, о которых в документах об аварии были указаны действия судоводителей и меры, принимаемые для предотвращения столкновения судов, в 57 случаях при попытке ликвидировать происшествие главным двигателям давался задний ход.
Вышеприведенная краткая информация по аварийности на флоте, содержанию справочников по инерционным характеристикам судов, маневренным качествам главных двигателей показывает, что расширение знаний по инерционным характеристикам судов и повышение маневренных качеств главных судовых двигателей весьма актуально.
Цаа раЗохн. Предотвращение транспортных прокшеотвий путем вооружения судоводителей доступной им ыетодгоаш получения уточненной и расшіфєнной информации об шерционных характеристиках судна для различных конкретных условий его работы и повішення маневренных качеств главных судовых двигателей.
Для достижения указанной цели необходимо решить сдедуя-щио задачи:
-
На основе анализа известных методов получения шерционных характеристик разработать тшсой метод их определения, который позволил бы учитывать-диапазон возможных сочетаний совместной работы двигателей, винтов, корпуса судна и конкретные условия плавания, т.е. давал бы более обширнуо информация по инерционным характеристикам и легко реализовы-ваася бы на практике.
-
Уточнить математичесісуп код ель движения судна при маневрировании.
-
Разработать методику определения реверсивных характеристик конкретного гребного винта конкретного судна.
-
Разработать мегодіп<у определения крутящего шиэнта двигателя, работающего на топливе, при разгоне и активной тсрмскшнии судна.
-
Разработать методику расчета комплекса роверспв-ко-пусковая система - двигатель - вкит - іссрпус судна, которая позволила бы з процессе маневрирования:
определять комэнт, развиваемый сяатш воздухом, как при тору агонии, так и при пуске двигателя; .
определять оптішальнуп частоту вращения вала двигателя, при которой целесообразна подача сжатого воздуха па торуока-ниэ;
оцешівать илиянко кок іхиструктквішх параметров отдельных элементов, гак и всей рсве'рагано-пусковоЗ спстски на процессы р-аверспровгнкя я торыохения двигателя.
6. На осново гяалета результатов теоретических и зкепе-
ршентаяышх исследовагас* разработать рекомендации по cosep-
пенствованиз систем управлення главных судовых двигателей с
учетом предьяплйеі'ах к ним требований и особенностей »с< ра
боты.
7. Разработать рекомендации по определению конструктив
ных размеров основних устройств систем управления главных
судовых двигателей на стадии их проектирования.
8. Разработать повиє устройства и системы управления
главных судовых двигателей, обеспечиьаюдие надежное, беа пе
регрузки изменение режимов их работы и в том числе реверси
рование на ходу судна как в эксплуатационных, так и в экс
тренных режимах управления.
ійатодина выполнения работа. Исследование реверсиьно--пусковых качеств главного судового двигателя как экспериментальным, так и теоретическим путем представляет значительные трудности.
На стендах нельзя испытывать двигатели и их реверсивно- пусковые системы на переходных режимах в условиях, соответствующих судовым. Это объясняется отсутствием возможности обеспечить двигателю такой характер нагрузки, какой создает ему винт на судне при работе в турбинном режиме.
Сложность исследования работи реверсивио-лусгавой системы главного двигателя в составе судового комплекса заставила автора в качестве основного инструмента избрать натурний эксперимент на реальных судах в конкретных судових условиях. Учитывая, что эксперимент проводился на действующих судах без вывода их из эксплуатации, исследования ограничивались частью процесса реверса с момента прекращения подачи топлива в цилиндра двигателя до момента достижения двигателем пусковой частоты вращения вала двигателя в обратном направлении. В исследуемый процесс входят торможение и разгон двигателя пусковым воздухом. Исследования, как правило, проводились на одном двигателе, а второй продолжал работать полным на передний ход.
Теоретическое решение поставленной задачи представляет большие трудности, ввиду значительной сложности явлений, происходящих в судовом комплексе при маневрах. Рассматриваемой комплекс описывается системой нелинейны/. диО&иренциаль-цьж уравнений, для решения которой применен двусторонний метод Рунге-Кутта по заданной относительней погрешности интегрируемых функций.
При проведении теоретических исследований принимается, что судно движется прямым курсом на спокойной воде, на судне установлены в качестве главных двигателей два четырехтактных среднеоборотных дизеля, каждый из которых имеет жесткое соединение с гребним винтом посредством валопровода.
Научная новизна. На защиту выносятся:
расчетно-экспериментальный метод определения инерционных характеристик судов с дизельными энергетическими установками:
экспериментально-расчетный метод определения реверсивных характеристик гребного винта; -.
методика расчета реверсивно-пусковой системы двигателя внутреннего сгорания в составе судового комплекса;
новые системи управления и их устройства, обеспечивающие надежную, стабильную, без перегрузки работу главных двигателей на переходных режимах при пуске, изменении частоты вращения, реверсировании .на ходу судна как в эксплуатационных, так и в экстренных режимах управления, защкщешше 24 авторскими свидетельствами на изобретение.
Прзістансская цэнность работы состоит в том. что с помощью предложенной методики расчета реверсивных характеристик винтов можно в течение навигации по мере прохождения судов с различной загрузкой, например, по одной и той же ыер-ной линии практически без затрат эксплуатационного времени получить экспериментальный материал для расчета и составления справочника реверсивных характеристик винтов для всех типов судов. При этом характеристики могут быть рассчитаны и для винтов без насадок, и для винтов с насадками, и для бортовых винтов, и для винтов, расположенных в диаметральной плоскости судна.
Усовершенствование систем управления главных судовых двигателей по одному из предложенных в диссертации вариантов, приемлемых для конкретного двигателя, позволит сократить расход сжатого воздуха на выполнение маневров при пуске и торможении двигателя, уменьшить продолжительность реверсирования его на ходу судна, в тем числе и полном, до ю-15 с. что уменьшит по данным С.Н.Иванова величину пути и времени
їормсшіия судна до полной его остановки т 50 - 55%.
По предложенному расчегко-экспериментальному методу определения инерционных характеристик могут быть рассчитаны для любих типов судов как с существующими, так и с усовершенствованными системами управления главных двигателей таблицы определения инерционных характеристик для встречающихся в практике судовождения маневров. Наличие указанных таблиц на судне позволит посредством несложного эксперимента определять инерционные характеристики с учетом загрузки судна, конкретных условий плавания и технического состояния двигателей, винтов и корпуса судна.
Реализация розул&їагоз работы. Результаты исследований опубликованы в методических указаниях "Определение инерционных характеристик судов" и в книгах "Определение инерционных характеристик судов с дизельными энергетическими установками" и "Реверсирование судовых автоматизированных дизелей (в экстренных режимах управления)", которые используются капитанами-механиками судов и работниками служб безопасности при переподготовке на курсах повышения квалификации ИТР и в учебном процессе при подготовке инженеров-судоводителей И инженеров-судомехаников.
Методика расчета реверсивно-пусковой системы двигателя внутреннего сгорания в составе судового комплекса использована в АО "РУШ" Сбывший завод "Двигатель революции") при совершенствовании существующих и проектировании новых систем управления судовых дизелей и газовых двигателей.
Усовершенствованные по результатам наших исследовании системы управления главных судовых двигателей внедрены на шести грузовых теплоходах типа "Шестая пятилетка", на пяти судах типа "Волго-Дон", на одном теплоходе типа "Волжский". на семи катамаранах типа "Братья Игнатовы", на одном буксирном теплоходе типа ОТ-2400, на двух пассажирских теплоходах проекта 302 и на одном пассажирском теплоходе проекта 9201Є в бывших речных пароходствах - Волжском объединенном, Волго-Донском. Московском и Камском.
По нашим рекомендациям, вытекающим из результатов исследований, выполненных по договору с завалом "Двигатель ре-
воллнии" , начинал с 1869 г. на всех серийно выпускаемых диполях ряда И/45 и газовых двигателях, с целью улучшения их маневренных зачесть в систему управления включается разработанный конструкторами завода самоочищатися дроссель. Применения его позволило обеспечить реверсирование главных двигателей на полном ходу судна менее чем за 25 с, что отвечает требованиям Российского Речного Регистра.
Лпроблция работ::. Основний научные положения и результаты исследований, начиная с 1G67 г., неоднократно докладывались на научно-технических конференциях Вожжой государственной академии водного транспорта- и Волжско-Камского межобластного правления НТО км. акад. А. Н.Крылова, на заседаниях технического совета Сыезих речных пароходста Волжского О5'!.оликешюго и Волго-Донского, на совещаниях ври главном конструкторе Сывиего дизелестропгелыгаго завода "Двигатель революции".
Автору по результатам изобретательской деятельности, связанной с совершенствованием систем управления главных судовых двигателей, з 1983 г. присвоено звание "Лучший.изобретатель речного Флота", а п 19S5 г. - почетное звание "Заслуженный изобретатель Российской Федерации".
Пуйдянацгаї. По результатам выполненных исследований, положенных в диссертации, опубликована 51 печатная работа. В ях числе две монографии и 24. авторских* свидетельства на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит иа введения, семи глав, заключения и приложений. Содержание диссертации изложено на 319 страницах, включая 80 рисунков и 30 таблиц. Список литературы содержит 178 наименований. Приложения содержат документы по внедрения результатов исследования.
/
