Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Судовые энергетические установки

Диссертационная работа:

Жуков Владимир Анатольевич. Научные основы повышения эксплуатационных показателей высокооборотных судовых ДВС совершенствованием их охлаждения: автореферат дис. ... доктора технических наук: 05.08.05 / Жуков Владимир Анатольевич;[Место защиты: Федеральном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский университет водных коммуникаций»].- Санкт-Петербург, 2012.- 38 с.

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность работы.

Основной целью Федеральной целевой программы «Развитие гражданской морской техники на 2009-2016 годы», утвержденной Распоряжением Правительства РФ от 7 ноября 2007 г. № 1571-р, является создание новых типов судов, эффективность которых в значительной мере определяется научно-техническим уровнем дизельных энергетических установок.

Поэтому модернизация флота невозможна без совершенствования конструкции и методов технической эксплуатации главных и вспомогательных судовых дизелей.

Концепция подпрограммы ФЦП «Создание и организация производства в Российской Федерации в 2011–2015 годах дизельных двигателей и их компонентов нового поколения», принятая постановлением Пр-710-р Правительства РФ от 21.04.2011 г., предусматривает разработку новых базовых модификаций и типоразмерных рядов современных судовых четырехтактных дизельных двигателей, форсированных как по частоте вращения коленчатого вала, так и по среднему эффективному давлению, с низкими массогабаритными показателями и, следовательно, высокими уровнями температур и теплонапряженности их деталей.

Для обеспечения высоких экономических, экологических и ресурсных показателей таких двигателей особое внимание необходимо уделять организации их рационального охлаждения, возможности которого в настоящее время использованы недостаточно полно.

Задача совершенствования систем охлаждения особенно актуальна для ДВС повышенной и высокой оборотности в связи с возрастанием вероятности возникновения кавитационных явлений в рубашке охлаждения цилиндровых втулок и высокими тепловыми и механическими нагрузками, действующими на детали цилиндропоршневой группы и крышки цилиндров.

В настоящее время доля таких двигателей, используемых в качестве главных и вспомогательных на судах внутреннего и смешанного река-море плавания составляет более 60 %.

В процессе модернизации флота доля форсированных высокооборотных двигателей будет неуклонно расти, что свидетельствуют об актуальности исследований, направленных на совершенствование охлаждения высокооборотных судовых дизелей.

Цель работы – улучшение ресурсных, экономических и экологических показателей судовых ДВС за счет научно обоснованного совершенствования водно-химических, режимных и конструктивных параметров их систем охлаждения.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи.

  1. Провести анализ влияния теплового состояния на эксплуатационные показатели ДВС и определить совокупность параметров охлаждения наиболее существенно влияющих на экономические, ресурсные и экологические показатели высокооборотных судовых ДВС с газотурбинным наддувом.

  2. Разработать научную концепцию совершенствования водно-химических параметров охлаждения в процессе эксплуатации, обеспечивающие повышение ресурсных показателей ДВС за счет ингибирования кавитационно-коррозионных разрушений и предотвращение накипеобразования в системе охлаждения.

  3. Предложить и доказать научную гипотезу о влиянии свойств охлаждающей жидкости на экономические и экологические показатели ДВС

  4. Создать экспериментальные установки и методики проведения для исследования влияния водно-химических и режимных параметров охлаждения на процессы, протекающие в системах охлаждения.

  5. Разработать методику и алгоритм решения задачи оптимизации водно-химических и режимных параметров охлаждения судовых ДВС.

  6. Ввести комплексный критерий совершенства охлаждения ДВС для решения задачи оптимизации параметров охлаждения.

  7. Предложить конструкторские усовершенствования, обеспечивающие поддержание требуемых параметров охлаждения в процессе эксплуатации.

Объект исследований: система охлаждения судового высокооборотного дизеля, с газотурбинным наддувом, и физико-химические процессы, протекающие в системе охлаждения.

Предмет исследования: водно-химические, режимные и конструктивные параметры охлаждения, влияющие на эксплуатационные показатели судовых дизелей.

Методы исследования. Для получении результатов диссертационной работы проводились экспериментальные исследования, базирующиеся на электрохимической теории коррозионных разрушений, теории тепло- массообмена, теории механики жидкости и газа, термофлуктуационной теории разрушений. Расчетно-аналитические исследования проводились с использованием методов регрессионного анализа, математической статистики, прикладных пакетов программ, реализующих метод конечных элементов.

Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечивается

- обоснованностью исходных предположений, использованием современных теорий теплофизических, гидродинамических и электрохимических процессов, теории подобия;

- проведением испытаний по стандартным методикам на сертифицированном оборудовании, а также на специально разработанных и созданных лабораторных установках;

- согласованностью полученных зависимостей с теоретическими положениями, адекватностью результатов испытаний теоретическим гипотезам, близостью результатов расчетов и экспериментальных данных;

- применением методов корреляционного и регрессионного анализа, средств вычислительной техники, прикладных пакетов программ.

Научную новизну работы представляют следующие результаты, полученные соискателем:

1. Обоснованный выбор наиболее значимых режимных и водно-химических параметров охлаждения, выполненный на основе анализа их влияния на эксплуатационные показатели ДВС.

2. Методика выбора компонентов многофункциональных присадок к охлаждающим жидкостям и получения зависимостей физико-химических свойств охлаждающих жидкостей от концентрации компонентов присадки.

3. Доказательства влияния состава охлаждающей жидкости на тепло-гидравлические процессы в системе охлаждения.

4. Модернизация критериального уравнения конвективного теплообмена в рубашке охлаждения в присутствии присадок, содержащих поверхностно-активные вещества и полимеры.

5. Методика выбора оптимальных режимов охлаждения двигателя, обеспечивающих повышение его эксплуатационных показателей.

6. Комплексный критерий совершенства охлаждения ДВС, используемый для оценки эффективности выбора режимных, водно-химических и конструктивных параметров систем охлаждения.

7. Методика оценки качества охлаждающих жидкостей в процессе эксплуатации и восстановления их требуемых свойств

Практическая ценность работы состоит в том, что в результате комплексного подхода к проблеме охлаждения судовых высокооборотных дизелей разработаны рекомендации по совершенствованию водно-химических и режимных параметров систем охлаждения, предложены конструктивные мероприятия по модернизации систем охлаждения, обеспечивающие энерго- и ресурсосбережение в процессе эксплуатации СЭУ, за счет повышения надежности и экономичности ДВС.

Реализация результатов работы. Разработанные охлаждающие жидкости прошли эксплуатационные испытания и использовались в двигателях различных типов на судах Западного, Северо-Западного, Беломорско-Онежского пароходств, пароходства «Волготанкер», ряда наземных транспортных средств.

Предложения по совершенствованию режимных параметров и конструктивной модернизации систем охлаждения использованы при разработке судовых форсированных модификаций двигателя 8ЧН 14/14 производства ОАО «Тутаевский моторный завод».

Результаты исследований используются в учебной работе кафедры теории и конструкции судовых ДВС Санкт-Петербургского университета водных коммуникаций и кафедры технологии машиностроения и ДВС Рыбинского государственного авиационного технического университета имени П. А. Соловьева.

На защиту выносятся:

– результаты лабораторных и эксплуатационных испытаний, подтверждающие эффективное ингибирование разработанными присадками кавитационно-коррозионных разрушений и накипеобразования;

– регрессионные зависимости, описывающие влияние состава охлаждающих жидкостей на интенсивность теплообмена;

– результаты численных, лабораторных и стендовых экспериментов, подтверждающие влияние многофункциональных присадок к охлаждающим жидкостям на тепло-гидравлические процессы в полостях и элементах системы охлаждения;

– уточненные критериальные уравнения конвективного теплообмена в присутствии полимеров и ПАВ в охлаждающих жидкостях;

– методики и алгоритмы выбора предпочтительных водно-химических и режимных параметров охлаждения, предпочтительных сочетаний температуры и давления надувочного воздуха;

– результаты оценки эффективности усовершенствования охлаждения с использованием комплексного критерия совершенства охлаждения ДВС;

– уравнение, описывающее процессы старения охлаждающей жидкости на основании термофлуктуационной теории разрушений;

– модернизированные конструкции систем охлаждения судовых ДВС и энергетических установок.

Апробация работы. Основные материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийских и международных научно-технических конференциях и конгрессах: XXII Российской школе по проблемам науки и технологий (Екатеринбург, 2002); Международной научно-практической конференции «Безопасность водного транспорта» (СПб, СПГУВК 2003); Всероссийской научно-технической конференции «Прогрессивные технологии в машино- и приборостроении» (Н. Новгород, ВГАВТ 2003); Международном симпозиуме «Образование через науку» (М., МГТУ им. Н. Э. Баумана 2005); Всероссийской научно-технической конференции «Теплофизика технологических процессов» (Рыбинск, РГАТА 2005); IV Российской национальной конференции по теплообмену (М., МЭИ 2006); Всероссийской научно-практической конференции «Развитие транспорта в регионах России: проблемы и перспективы» (Киров, 2007); Международной конференции «Теория и практика повышения качества и рационального использования масел, смазочных материалов и технических жидкостей» (СПб, 2007); I, II Международных научно-технических семинарах «Исследование, проектирование и эксплуатация судовых ДВС» (СПб, СПГУВК 2006, 2008); Международной научно-технической конференции «Турбонаддув автомобильных и тракторных двигателей» (Протвино, 2009); VIII всероссийской научно – технической конференции «Вузовская наука – региону» (Вологда, ВоГТУ 2010); Всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии» (М., МАТИ (ТУ) 2006, 2008, 2010); V Международной научно-технической конференции «Современные проблемы машиностроения» (Томск, 2010); III-V Международной научно-технической конференции «Автоматизация и энергосбережение машиностроительного и металлургического производств, технология и надежность машин, приборов и оборудования» (Вологда, ВоГТУ 2007 - 2010); Международных конференциях «Актуальные проблемы современной науки» (Самара, СамГТУ 2005 - 2010); Научно-технических конференциях III–V «Луканинские чтения. Решение энергоэкологических проблем в автотранспортном комплексе» (М., МАДИ-ТУ 2007, 2009, 2011); IX – XVI Международных конгрессах двигателестроителей (Рыбачье, НТУ «ХПИ» 2004-2011); Международной научно-практической конференции «Перспективное развитие науки, техники и технологии» (Курск, Ю-З ФТУ 2011).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 8 печатных работ, в том числе 2 монографии, 62 статьи (16 в изданиях рекомендованных ВАК), 25 тезисов докладов на всероссийских и международных конференциях, получено 3 положительных решения на заявки на изобретения.

Личный вклад автора. В работе обобщены результаты теоретических исследований, выполненных автором самостоятельно, а также экспериментальных исследований, которые были выполнены совместно с аспирантами и сотрудниками, возглавляемых им научных групп. При этом автору принадлежат постановка проблемы и задач теоретических и экспериментальных исследований, результаты анализа и обобщения полученных расчетных и экспериментальных данных, в частности комплексный критерий совершенства охлаждения ДВС, алгоритм оптимизации водно-химических и режимных параметров охлаждения, методика обеспечения требуемых теплофизических свойств охлаждающих жидкостей, модернизация структурных схем систем охлаждения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения с общими выводами по работе, библиографического списка из 422 наименований и приложений. Основная часть работы содержит 347 стр., в том числе 114 рисунков, 40 таблиц.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net