Введение - Волжский государственный университет водного

5
ВВЕДЕНИЕ
В 2012 г. исполнилось 100 лет со дня гибели пассажирского лайнера
«Титаник». Это был первый случай крупной техногенной катастрофы,
повлекший за собой массовую гибель людей из-за отсутствия достаточного
количества средств коллективного спасения экипажа и пассажиров. И этот
случай положил начало созданию международной системы спасения
человеческой жизни на море, которая под названием Safety of Life at Sea
(Безопасность жизни на море – СОЛАС) была принята Международной
Морской Организацией (IMO) в 1960 г. в качестве Международной
конвенции. На базе СОЛАС Комитетом по безопасности на море ИМО
принят Международный кодекс по спасательным средствам (Кодекс КСС –
LSA CODE), который с 01.06.1998 является обязательным приложением
СОЛАС. Наиболее эффективными средствами коллективного спасения
(СКС), способными в короткое время обеспечить проведение спасательной
операции и отход экипажа и пассажиров на безопасное расстояние от
терпящего бедствие судна и полностью отвечающие конвенционным
требованиям СОЛАС, являются моторные спасательные шлюпки,
оснащенные надежными энергетическими установками (ЭУ), на базе
малоразмерных дизелей (МД). При аварийных ситуациях, условием
успешного проведения спасательной операции является, в первую очередь,
безотказная и эффективная работа дизеля ЭУ СКС.
За последние 15-20 лет российский флот сократился в 4,8 раза, а
средний возраст судов составил более 24 лет, что существенно сдерживает
экономическое развитие страны. Исходя из изложенного и в целях
обеспечения
высокого темпа развития экономики, Правительством РФ
принято Постановление № 103 от 21. 02. 2008г. «О Федеральной целевой
программе «Развитие гражданской морской техники на 2009 – 2016 годы» и
Распоряжением №1734-р от 22 ноября 2008 года утверждена «Транспортная
стратегия Российской Федерации на период до 2030 года», где предусматривается существенное развитие флота морских судов, создание новых и
реконструкция действующих морских портов, что позволит значительно
увеличить объемы морских перевозок.
6
Вопросы осуществления и развития морских перевозок неразрывно
связаны с проблемами обеспечения сохранности жизни и здоровья экипажей
и пассажиров. Аварийность на воде, которая очень часто приводит к
многочисленным человеческим жертвам, вызывает все возрастающую
озабоченность морской общественности и участников водных перевозок.
Только за 7 предыдущих лет, начиная с 2002 года с российскими судами
произошло более 414 аварийных случаев [159].
Основным направлением обеспечения безопасности на воде, наряду с
повышением надежности самих судов является оснащение судов
безотказными и эффективными средствами коллективного спасения (СКС).
Наиболее эффективными СКС, способными в короткое время обеспечить
проведение спасательной операции и отход экипажа и пассажиров на
безопасное расстояние от терпящего бедствие судна, являются моторные
спасательные шлюпки, оснащенные надежными энергетическими установками (ЭУ), на базе малоразмерных дизелей. При аварийных ситуациях,
условием успешного проведения спасательной операции является, в первую
очередь, безотказная и эффективная работа дизеля ЭУ СКС.
Актуальность настоящей работы обусловлена: большим количеством
аварий и катастроф на воде с многочисленными человеческими жертвами;
повышением требований к обеспечению безопасности на воде; качественным
изменением требований к дизелям ЭУ СКС; востребованностью задачи
совершенствования
существующих дизелей ЭУ СКС. Обобщающим
фактором вышеизложенного является настоятельная необходимость
разработки научных основ обеспечения высокого уровня надежности при
заданных функциональных характеристиках дизеля СКС на всех этапах его
жизненного цикла.
Анализ выполненных ранее исследований, посвященных проблемам
повышения
функциональных
характеристик
дизелей
СКС
и
совершенствованию процессов организации спасательных операций
[7,15,56,119] показал, что в этих работах рассматривались отдельные
эксплуатационные показатели и параметры дизеля без комплексного подхода
к повышению эффективности и надежности функционирования дизеля при
реализации спасательной операции. Поэтому, учитывая особую важность и
актуальность проблемы спасения человеческой жизни на море, возникла
необходимость проведения комплексных исследований процессов
7
реализации спасательных операций и повышения надёжности и
функциональных характеристик дизелей спасательных шлюпок с учетом
влияния различных факторов и особенностей функционирования дизеля при
реализации спасательной операции.
В настоящей работе теоретические и экспериментальные исследования
выполнялись с учетом особенностей функционирования ЭУ при реализации
спасательной операции и влияния различных факторов на надёжность и
функциональные характеристики дизеля СКС. Исследования проводились на
основании анализа состояния и уровня научных и опытно-конструкторских
разработок в области малоразмерных дизелей. При выполнении
исследований были использованы работы известных ученых в области
теории, конструирования, прочности и динамики тепловых двигателей
профессоров В.А.Ваншейдта, Н.Н.Иванченко, П.А.Истомина, М.Г.Круглова,
М.К. Овсянникова, А.С.Орлина, В.А. Сомова, Б.Н.Семенова, В.Н.Луканина,
Р.М. Петриченко, Р.З. Кавтарадзе и др., отраслевых институтов ЦНИДИ,
НАМИ, НАТИ, ЦНИИ им. ак. А.Н.Крылова, ЦКБ «Редан», ОАО «Завод
«Дагдизель», технических ВУЗов и моторных заводов, направленных на
совершенствование малоразмерных двигателей.
На основе разработанных критериев оценки были предложены
оптимальные пути поддержания заданного технического уровня
ЭУ,
повышения готовности и оперативности ввода в действие, эффективности и
надежности функционирования двигателя при реализации спасательной
операции. Предложенная в работе методика разработки математической
модели позволяет исследовать процесс реализации спасательной операции и
оценивать надежность функционирования дизеля СКС, что с учетом
натурных испытаний позволяет сократить сроки доводки и запуска в
производство модернизированных или качественно новых машин.
Настоящая работа выполнялась в период с 2010г. по 2015 г. на кафедре
«Эксплуатация
судовых
энергетических
установок»
Волжской
государственной академии водного транспорта и в Лаборатории проблем
моторной энергетики Института физики Дагестанского научного центра РАН
при Астраханском государственно техническом университете.
Научной идеей данной диссертации является необходимость решения
важной и актуальной научно-технической и социальной задачи по спасению
людей, терпящих бедствие на море путем совершенствования средств
8
коллективного спасения за счет повышения надёжности и функциональных
характеристик дизелей СКС. В диссертационной работе данная задача
решается как комплекс следующих подзадач:
1. Разработка теоретических основ повышения эффективности работы
дизелей спасательных шлюпок на основе исследования математических и
физических принципов функционирования сложных технических систем,
представляющих собой сочетание двигателя, машино-движительного
комплекса и корпуса спасательного средства.
2. Теоретическое и экспериментальное обоснование направления
совершенствования рабочего процесса малоразмерного дизеля СКС с
различными конструкциями камер сгорания при специфических условиях его
функционирования.
3. Теоретическое, экспериментальное и производственное обоснование
общей структуры реализации спасательной операции и ее составных
элементов.
4. Разработка научно обоснованной методологии обеспечения необходимого
и достаточного уровня приемистости двигателя СКС.
Целью настоящей диссертационной работы является повышение надёжности
и функциональных характеристик малоразмерных дизелей с вихрекамерным
смесеобразованием энергетических установок средств коллективного
спасения.
Для достижения поставленной в диссертации цели необходимо решить
следующие задач:
- разработка теоретических основ оперативного ввода в действие ЭУ СКС и
определение основных направлений улучшения её функциональных
характеристик;
- определение объёма необходимых экспериментальных исследований,
описания экспериментальной базы;
- разработка методики проведения экспериментальных исследований;
- разработать критерии оценки эффективности функционирования
энергетической установки, позволяющие определить степень пригодности
судового малоразмерного дизеля для установки на средства коллективного
спасения;
9
- разработать теоретические основы
улучшения функциональных
характеристик малоразмерных дизелей энергетических установок средств
коллективного спасения
- обобщение особенностей функционирования дизеля ЭУ во всех возможных
условиях реализации спасательной операции;
- экспериментальные исследования рабочего процесса и изыскания
возможностей улучшения конструкции и технологии изготовления деталей
шлюпочного дизеля, его пусковых и маневренных качеств.
Научная новизна диссертационного исследования заключается в
следующем:
1. Впервые в отечественной практике применен комплексный подход к
решению проблемы повышения функциональных характеристик дизелей
ЭУ СКС, учитывающий взаимосвязь их показателей, параметров и влияние
на них условий эксплуатации.
2.Разработаны теоретические основы
улучшения функциональных
характеристик малоразмерных дизелей энергетических установок средств
коллективного спасения
3. Построен алгоритм и структурная схема ввода в действие и
функционирования ЭУ при реализации стандартной спасательной операции.
4. Предложена методика комплексной оценки надежности процесса
реализации стандартной спасательной операции
5. Определены критерии оценки постоянной готовности, оперативности
ввода в действие и энергетической эффективности функционирования ЭУ
СКС.
Практическая значимость диссертационной работы:
- предложен метод расчета продолжительности ввода в действие и расчета
приемистости и скорости хода СКС по крутящему моменту коленчатого вала
дизеля, который позволит определить требования к дизелям ЭУ СКС на
стадии их разработки или подбора автомобильных двигателей для
последующей конвертации в судовые;
10
-
предложены
доступные
конструкторско-технологические
способы
улучшения пусковых характеристик вихрекамерного дизеля.
-
разработаны
предложения,
позволяющие
при
одновременном
форсировании двигателя по частоте вращения коленчатого вала создавать
ЭУ СКС на базе дизеля 4ЧНСП9,5/11 взамен 4ЧСП8,5/11 и 4ЧСП9,5/11.
- даны практические рекомендации по модернизации вихрекамерных СМД,
позволяющие установить цикловую подачу топлива при пуске дизеля в
пределах (60-70) мг/цикл при угле опережения подачи топлива (15-18) ° до
ВМТ.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы
докладывались, обсуждались и были одобрены на международной научнопрактической
конференции
«Инновационное
развитие
транспортно-
логистического комплекса Прикаспийского макрорегиона» (г. Астрахань,
2013г.-2014г.), на международном нучно-практическом форуме «Великие
реки» (Нижний Новгород, 2013), на Втором балтийском международном
форуме (г. Калининград, 2014 г.), на ежегодных научно-технических
конференциях
профессорско-преподавательского
состава «ВГАВТ» (г.
Нижний Новгород, 2010-2014 г.г.)
Публикации.
Основные
результаты
диссертационной
работы
опубликованы в десяти печатных работах, в том числе в пяти научных
изданиях, рекомендованных ВАК Российской Федерации.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав,
заключения, списка литературы и приложения. Работа изложена на 162
страницах машинописного текста, содержит 9 таблиц, 34 рисунка и список
литературы, включающий 111 наименований.