CC BY
84
УДК 621.436.0046
О. С. Можаев, Е. С. Попов
ТОПЛИВНАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ СУДОВОГО МАШИННО-ДВИЖИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА
O. S. Mozhaev, E. S. Popov FUEL EFFICIENCY OF SHIP PROPULSION PLANT
Представлен состав машинно-движительного комплекса танкера химовоза-продуктовоза и методика расчета коэффициента эффективности топливоиспользования с учетом основных эксплуатационных факторов, изменяющихся в процессе эксплуатации судна. Определены: коэффициент использования мощности главного двигателя, ресурсный коэффициент главного двигателя и коэффициент проскальзывания гребного винта, а также коэффициенты их значимости. Построены винтовые характеристики танкера-химовоза «CPO Germany» в различных условиях эксплуатации, включая работу главного двигателя на вал с поврежденным гребным винтом. Выполнен анализ основных режимов работы машинно-движительного комплекса танкера данной серии с точки зрения эффективности использования топлива.
Ключевые слова: судно, машинно-движительный комплекс, коэффициент эффективности топливоиспользования, коэффициент значимости, анализ, расчет, танкер химовоз-продуктовоз.
The composition of the chemical/product tanker propulsion plant and the calculations of fuel efficiency factor, subject to voyage orders are presented. The power utilization factor of the main engine, the service life factor of the main engine and propeller slip factor with their corresponding significance coefficients are calculated. There have been designed the propeller curves for the chemical tanker "CPO Germany" in different operational conditions, including the work of the main engine for the shaft with damaged propeller. The main operational modes of the propulsion system of the tanker of this type are analyzed in terms of fuel consumption efficiency.
Key words: ship, propulsion plant, fuel efficiency factor, significance factor, analysis, calculation, chemical/product tanker.
В судовой энергетической установке (СЭУ) из агрегатов, вырабатывающих механическую, электрическую и тепловую энергию, основным потребителем топлива является машинно-движительный комплекс (МДК). Эффективность топливоиспользования комплекса зависит от целого ряда эксплуатационных факторов, оцениваемых технико-экономическими показателями. Эти показатели выбираются с использованием принципа гибкого приоритета, учитывающего их значимость [1].
Нами были проведены эксплуатационные испытания МДК танкера химовоза-продуктовоза (ТНХ-П), в состав которого входит главный двигатель (ГД) 6ДКРН 50/200 (6S50MC-C) мощностью 9480 кВт при 127 об/мин, с прямой главной передачей на винт фиксированного шага. На основании полученной статистической информации на рис. 1 представлены винтовые характеристики. Нами учитывались такие факторы, как состояние корпуса и винта на ходовых испытаниях в балласте и грузу, в процессе длительной эксплуатации, в случае повреждения винта и его восстановления.
Анализ результатов на рис. 1 показывает, что при постоянной частоте вращения 117 об/мин разница в мощности ГД при повреждении винта и при длительной эксплуатационной нагрузке составляет 3000 кВт.
С учетом значимости выбраны технико-эксплуатационные показатели, такие как KPU - коэффициент использования мощности ГД (power utilization factor), представляющий собой отношение значения текущей мощности Nei к паспортной длительной эксплуатационной NeOPT ; KPPU -коэффициент значимости использования мощности ГД (power utilization significance factor), представленный отношением удельных эффективных расходов топлива geOPT и gei при NeOPT и Nei режимах нагружения ГД; KR - ресурсный коэффициент ГД (main engine service life
factor) как отношение выработанного ресурса Rt к паспортному ROPT ; KRg - коэффициент значимости ресурсного показателя (main engine service life significance factor), представленный выражением [1 - geOPT /(geOPT + AgeR )], где AgeR - увеличение удельного эффективного расхода
топлива по мере вырабатывания ресурса ГД; KS % - коэффициент проскальзывания гребного винта (propeller slip factor) как отношение приращения значения проскальзывания AS = Si - SOPT к оптимальному проскальзыванию, выраженному в процентах; Kss% - коэффициент значимости проскальзывания (propeller slip significance factor), представленный выражением [[1 - geOPT /(geOPT + AgeS%)], где AgeS% - приращение удельного эффективного расхода топлива при увеличении проскальзывания винта.
n, об/мин
Рис. 1. Винтовые характеристики танкера химовоза «CPO Germany» в различных условиях эксплуатации
Все указанные технико-эксплуатационные показатели отнесены к наилучшему значению для приведения к безразмерному виду [2] для расчета коэффициента эффективности топливоис-пользования (KFE) МДК:
KPE = [Kpu х KPU ] - [Kr X KRg ] - [Ks% X KS% ] ,
Kfe =
_N_
N
1 У /-)D'
xl 1 --
SeOPT + AgeR у
S %,■ - S %O
S %OPT
1-
g eOPT
g eOPT + AgeS % у
(1)
X
X
Результаты расчета представлены в таблице.
Позиции 1-5 таблицы соответствуют режимам работы ГД с частотой вращения коленчатого вала 117 об/мин: на ходовых испытаниях; в условиях длительной эксплуатации; с поврежденным винтом; после ремонта гребного винта и через 19 460 часов работы ГД соответственно.
Результаты расчета, приведенные в таблице, представлены в графической форме на рис. 2, где отражено изменение КРЕ в каждом из отдельно рассматриваемых случаев.
Анализ гистограммы (рис. 2) показывает, что увеличение Кк и К5% в длительных условиях эксплуатации приводит к снижению КРЕ, вследствие чего возникает необходимость поиска причин их изменения.
Результаты расчета
Величина Обозначение Единица измерения Расчетные значения
1 2 3 4 5
^ §и і 1 и Ё - = ® = 5 £ 1 -1 5^ Я \© Н X ® І ® ^ и 2 & й * в Длительная эксплуатация при 117 об/мин КВ ГД н § 4 со 1“ ^ В ч % *® 0; о а я -о — И После ремонта винта 117 об/мин КВ ГД Наработка ГД 19460 часов при 117 об/мин КВ ГД
Проскальзывание винта £ % % 4,5 5,1 9,5 3,1 4,6
Эффективная мощность N кВт 7519 6350 9312 6027 5767
Наработка R тыс. час 0 5,8 12,5 12,5 19,46
Коэффициент проскальзывания К % 0 0,133 1,111 0 0,022
Коэффициент использования мощности Кри 1 0,845 0,807 0,802 0,767
Коэффициент ресурсный Кк 0 0,181 0,391 0,391 0,608
Коэффициент значимости (проскальзывания) К* £ % 0 0,011 0,021 0 0,010
Коэффициент значимости (использования мощности) К ри 1 0,973 0,853 0,896 0,905
Коэффициент значимости (ресурса) 0 0,034 0,091 0,057 0,044
Удаленный эффективный расход топлива г/(кВт-ч) 180,0 185,0 211,0 201,0 199,0
Коэффициент эффективности топливоиспользования Кри 1,00 0,81 0,63 0,70 0,67
Рис. 2. Графическое представление результатов расчета коэффициента эффективности топливоиспользования по формуле (1)
Так, К^, в комплексе отражающий техническое состояние ГД, в разной степени зависит от состояния таких его отдельных элементов, как системы топливоподачи и наддува и цилиндропоршневая группа. Коэффициент проскальзывания К5 % может расти и снижаться в процессе
эксплуатации при постоянной частоте вращения винта за счет влияния осадки, крена, дифферента судна, ветровых и волновых сопротивлений, сопротивления движению из-за обрастания корпуса и изменения геометрии винта. Экспериментальные исследования на каждом типе судна позволяют учесть вышеперечисленные факторы и рассчитать КРЕ с целью поиска решений для уменьшения их влияния. В общем случае может решаться вопрос об объеме технического обслуживания отдельных элементов и ГД в целом, а также о поддержании требуемого состояния комплекса корпус-винт.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Петухов В. А. Совершенствование оценки эффективности топливоиспользования в судовых дизельных установках В. А. Петухов // Двигателестроение. 1988. № 6. С. 40-42.
2. Попов Е. С. Расчетный коэффициент эффективности топливоиспользования // Науч.-техн. разработки в решении проблем рыбопромыслового флота и подготовки кадров: материалы 12 межвуз. науч.-техн. конф. аспирантов, соискателей и докторантов. Калининград: Изд-во БГАРФ, 2012. 1 электрон. опт. диск ^-ЯОМ).
REFERENCES
1. Petukhov V. A. Sovershenstvovanie otsenki effektivnosti toplivoispol'zovaniia v sudovykh dizel'nykh ustanovkakh [Improvement of evaluation of fuel efficiency of marine diesel units]. Dvigatelestroenie, 1988, no. 6, pp. 40-42.
2. Popov E. S. Raschetnyi koeffitsient effektivnosti toplivoispol'zovaniia [Calculated fuel efficiency factor]. Nauchno-tekhnicheskie razrabotki v reshenii problem rybopromyslovogo flota i podgotovki kadrov. Materi-aly 12 mezhvuzovskoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii aspirantov, soiskatelei i doktorantov. Kaliningrad, Izd-vo BGARF, 2012. 1 elektron. opt. disk (CD-ROM).
Статья поступила в редакцию 1.10.2013
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Можаев Олег Сергеевич — Балтийская государственная академия рыбопромыслового флота ФГБОУ ВПО «Калининградский государственный технический университет»; канд. техн. наук, доцент; профессор кафедры «Эксплуатация судовых энергетических установок»; [email protected].
Mozhaev Oleg Sergeevich — Baltic State Academy of Fishing Fleet of Kaliningrad State Technical University; Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor; Professor of the Department "Exploitation of Marine Power Installations"; [email protected].
Попов Евгений Сергеевич — Балтийская государственная академия рыбопромыслового флота ФГБОУ ВПО «Калининградский государственный технический университет»; аспирант кафедры «Эксплуатация судовых энергетических установок»; [email protected].
Popov Evgeniy Sergeevich — Baltic State Academy of Fishing Fleet of Kaliningrad State Technical University; Postgraduate Student of the Department "Exploitation of Marine Power Installations"; [email protected].
