научная статья по теме ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ И АЛГОРИТМ ФОРМИРОВАНИЯ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ КОНТРОЛЯ РЕЖИМОВ ОГРАНИЧИТЕЛЬНЫХ ПО ТЕПЛОВОЙ НАПРЯЖЁННОСТИ ХАРАКТЕРИСТИК СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ Машиностроение

Текст научной статьи на тему «ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ И АЛГОРИТМ ФОРМИРОВАНИЯ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ КОНТРОЛЯ РЕЖИМОВ ОГРАНИЧИТЕЛЬНЫХ ПО ТЕПЛОВОЙ НАПРЯЖЁННОСТИ ХАРАКТЕРИСТИК СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ»

СУДОСТРОЕНИЕ 4'2015

судовые энергетические установки

Показатели качества альтернативных вариантов

Альтернативные варианты Акустические характеристики Надежность Безопасность Живучесть МГХ* Эколо-гичность Экономические характеристики

Вариант 1 (без стенда) 3 3 4 3 4 2 4

Вариант 2 (со стендом) 5 5 5 3 6 5 5

*МГХ — массогабаритные характеристики.

зованы при изготовлении серийных элементов ЯЭУ и оценке правильности принятых решений по акустической защите ЯЭУ в целом.

Как уже отмечалось, надежность характеризуется рядом показателей. Наличие стенда позволяет подтвердить заложенные показатели надежности отдельного оборудования ЯЭУ Также могут быть решены вопросы, связанные с изготовлением оборудования ЯЭУ, включая оценку массога-баритных характеристик. Вообще говоря, изготовление стендовой установки позволяет решить вопросы технологичности, подготовки производства и проверить правильность принятых конструкторско-компоно-вочных решений по ЯЭУ в целом.

Затраты на создание наземного стенда с инфраструктурой значительны и по оценкам близки к затратам на создание транспортного средства, при этом доля затрат на ядерную установку с учетом систем и элементов судна или корабля, необходимых для ее функционирования, составляет около 20% от затрат на судно.

В качестве примера для сравнения рассматриваемых вариантов в таблице приведены величины (в шестибальной системе), характеризующие перечисленные ранее группы показателей качества, при этом соотноше-

ния между ними отражают качественные оценки, приведенные выше.

При назначении величин показателей принималось условие — чем больше значение, тем лучше вариант для всех показателей (кроме экономических).

При определении экономических показателей использовались зависимости (3) и (4), при этом принималось, что объем серии равен 20, а затраты на стенд (в соответствии с указанным выше) соответствуют затратам на пять ядерных установок.

При определении комплексного критерия эффективности будем использовать аддитивную свертку взвешенных показателей качества со следующими значениями весовых коэффициентов приведенных показателей качества соответственно 0,3; 0,25; 0,25; 0,1; 0,05; 0,05.

Интегральные критерии составляют для 1 и 2 вариантов соответственно 0,81 и 0,97.

Таким образом, при принятых значениях показателей качества и объеме серии создание стенда предпочтительно.

Следует отметить, что на величину интегрального критерия существенное влияние оказывает объем серии. При объеме серии 10—12 установок вопрос о целесообразнос-

ти создания стенда потребует более глубокого рассмотрения.

Приведенный пример служит лишь иллюстрацией предлагаемого подхода. В последующем для получения данных по показателям качества необходимо обобщение информации по опыту проектирования и эксплуатации транспортных ядерных реакторных установок, которые создавались с использованием и без использования наземных стендов- прототипов.

Вполне понятно, что решение о создании наземного стенда должно приниматься с учетом многих нерассмотренных факторов, в особенности касающихся новых технических решений, использованных при создании ядерной установки, а полученная на основании предложенного подхода информация может рассматриваться как дополнительная.

Заключение. В статье изложен подход к обоснованию создания наземного стенда-прототипа транспортной ядерной реакторной установки. Приведены достоинства и недостатки создания такой установки с наземным стендом и без него. Выполнено сравнение соответствующих вариантов.

Литература

1. Гуткин Л. С. Оптимизация радиоэлектронных систем. М.: Советское радио, 1975.

2. Федюкин В. К. Квалиметрия. Измерение качества промышленной продукции: учебное пособие. М.: КНОРУС, 2015.

3. Затолокин В. М. Методы анализа качества продукции. М.: Финансы и статистика, 1985.

4. Азгальдов Г. Г. Теория и практика оценки качества товаров. М.: Экономика, 1982.

5. Семенов С. С. Оценка качества и технического уровня сложных систем: Практика применения метода экспертных оценок. М.: ЛЕНАИД, 2015.

теоретические предпосылки и алгоритм формирования моделей для контроля режимов ограничительных по тепловой напряженности характеристик судовых дизелей

Л. И. Ковальчук, докт. техн. наук, М. В. Исаева

(ФГБОУ ВПО «Калининградский ГТУ», «Балтийская государственная академия рыбопромыслового флота», e-mail: bgarf1988@inbox.ru) удк 621.436.01:629.5

В зависимости от условий эксплуатации нагрузочные и скоростные режимы работы судовых дизелей изменяются в широких пределах. Однако с точки зрения тепловой напряжённости длительная работа ди-

зеля допустима не на всех возможных эксплуатационных режимах. Основная причина этого заключается в том, что в большинстве случаев переход форсированных наддувом дизелей на долевые режимы внешней

скоростной характеристики номинальной мощности сопровождается ростом теплонапряжённости деталей цилиндропоршневой группы. Поэтому дизелестроительные фирмы в соответствии с особенностями дизеля и его назначением ограничивают область режимов, допустимых для длительной эксплуатации, установлением специальной ограничительной по тепловой напряжённости характеристики. Эта характеристика соответствует режимам длительной работы двигателя при допустимых значениях показателей, характеризующих тепловую напряжённость деталей цилиндропорш-невой группы.

При работе двигателя на пониженных частотах вращения коленчатого вала допустимые значения

судовые энергетические установки

СУДОСТРОЕНИЕ 4'2015

тепловой напряжённости обычно определяют исходя из их уровня на номинальном режиме. Выполнение этого условия в процессе эксплуатации является гарантией сохранения показателей надёжности, заложенных в конструкцию двигателя при проектировании и изготовлении.

Наиболее достоверная оценка теплового состояния деталей цилин-дропоршневой группы достигается при непосредственном измерении температур в их характерных точках. Однако такие измерения в эксплуатационных условиях практически не проводятся. Поэтому в процессе эксплуатации тепловая напряжённость двигателя оценивается по косвенным параметрам, а в качестве ограничительных характеристик используются зависимости этих параметров от скоростного режима работы двигателя.

Следует отметить, что установленные таким образом ограничительные характеристики имеют практическую значимость лишь в тех случаях, если дают возможность обслуживающему персоналу оперативно контролировать тепловое состояние деталей рабочих цилиндров в эксплуатационных условиях. Поэтому указанные характеристики должны задаваться в функции таких параметров, которые доступны для оперативного контроля на работающем двигателе.

Согласно результатам экспериментальных исследований, тепловое состояние деталей цилиндропорш-невой группы наиболее полно характеризуется коэффициентом избытка воздуха при сгорании топлива [1—3]. Рассмотрим теоретические предпосылки и алгоритмы формирования моделей, позволяющих контролировать коэффициент избытка воздуха при сгорании топлива по цилиндрам, а следовательно, и уровни тепловой напряжённости деталей цилиндров в эксплуатационных условиях по косвенным параметрам.

Совокупность свойств, заложенных в конструкцию двигателя в процессе проектирования и определяющих его способность с заданным качеством вырабатывать механическую энергию, будет характеризовать поле режимов, допустимых для длительной эксплуатации. Под упомянутым полем понимается часть координатной плоскости Ре—п (эффективная мощность — частота

вращения), ограниченная слева и справа вертикалями nmin = const и пн = const; сверху — верхней ограничительной характеристикой; снизу — координатной осью п.

Очевидно, что ограниченное таким способом поле включает всю совокупность режимов, определяющих условия функционирования всех элементов цилиндропоршневой группы, т. е. компонентов, подверженных воздействию наибольших тепловых нагрузок.

Положение границ описанного поля определяется только свойствами двигателя и не зависит от особенностей потребителя механической энергии, т. е. оно обладает свойством инвариантности относительно возможных режимов работы двигателя. Следовательно, для оценки условий функционирования деталей цилиндропоршневой группы в исходном состоянии (заведомо исправный двигатель), на основе входных в рабочий цилиндр и выходных из рабочего цилиндра параметров (информативные параметры), необходимо сформулировать количественную структуру, которая во всех точках поля давала бы постоянное численное значение, т. е. обладала свойством инвариантности относительно возможных возмущений со стороны потребителя механической энергии.

Положим, что в описанном поле контролируются параметры о1( 02, 03,..., an рабочих процессов, протекающих в рабочих цилиндрах. Построим такую комбинацию этих параметров, которая во всех точках поля имела бы постоянное численное значение

f(0l,02,03,...0n; X1 ,x2,x3,...xn)=0, (1)

где xi, X2, X3,..., xn — определяемые параметры.

В такой постановке задача сводится к установлению явного вида уравнения, выражающего взаимосвязи между информативными параметрами в поле возможных режимов работы двигателя. Поскольку эти взаимосвязи обусловлены физической сущностью процессов, протекающих в рабочих цилиндрах, то в общем случае они могут быть выражены разнообразными зависимостями.

Анализ экспериментальных закономерностей изменения инфор-

мативных параметров в поле возможных режимов работы двигателя показывает, что наиболее подходящими исходными данными для формирования инвариантных количественных структур типа (1) являются результаты стендовых испытаний нового двигателя по серии нагрузочных характеристик. При наличии таких данных параметры инвариантной модели рассчитываются по следующему алгоритму.

1. Осуществляется переход от абсолютных значений информативных параметров к относительным по соотношениям:

°1о = а1/а1н; а2о = а2/а2н; а3о = аз/азн; ...; °по = а/0^ (2)

где индексом «н» обозначены значения параметров, соответствующие номинальному режиму работы двигателя.

Переход к безразмерным параметрам исключает вопрос о размерностях, поскольку информативные параметры измеряются в разли

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Машиностроение»