CC BY
709
УДК 621.182.3:629.2-843.9
Л.К. Капран, В.В. Маницын, З.П. Старовойтова
Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет
690087, г.Владивосток, ул. Луговая, 52б
ОПТИМИЗАЦИЯ МОЩНОСТИ И РАСХОДА ТОПЛИВА ГЛАВНЫМ ДИЗЕЛЕМ 6ДКРН 45/120-7 ТРАНСПОРТНОГО РЕФРИЖЕРАТОРА ТИПА «БУХТА РУССКАЯ»
Приводятся уравнения винтовой и топливных характеристик, полигоны распределений мощности главного дизеля на режимах «переход» и «работа на промысле». Даются рекомендации по оптимизации мощности и расходу топлива главным дизелем в эксплуатации.
Ключевые слова: главный дизель, винтовая, топливная характеристики, удельный расход топлива.
L.K. Kapran, V.V. Manyisyn, Z.P. Starovoytova OPTIMIZATION OF POWER AND FUEL CONSUMPTION FOR REEFER «BAY RUSSIAN» MAIN ENGINE 6DKRN 45/120-7
Equation of propeller characteristics and fuel oil characteristics are given, distribution power range of the main engine on regime «at sea» and «fisheries». Recommendation ofpower optimization and fuel consumption of main engine at operation are given.
Key word:main engine, propeller characteristic, fuel oil characteristic, specific fuel oil consumption.
Введение
Проблема оптимизации мощности и расхода топлива дизелями на судах морского и промыслового флотов до настоящего времени является предметом разработок научноисследовательских и проектных организаций и относится к весьма актуальным. Решение этой проблемы предусматривает исследования, направленные на сокращение затрат на горюче-смазочные материалы.
Цель оптимизации мощности и расхода топлива главным дизелем 6ДКРН 45/120-7 -повышение эффективности его эксплуатации.
Общие сведения
Транспортный рефрижератор (ТР) типа «Бухта Русская» является головным судном, который предназначен для приёма рыбопродукции с добывающих судов непосредственно в районе промысла и доставки её в порты, также для обеспечения промысловых судов всеми видами снабжения.
На Дальневосточном бассейне эксплуатировалось четыре ТР типа «Бухта Русская»: «Бухта Русская», «Бухта Новик», «Бухта Улисс» и «Золотая долина». На ТР типа «Бухта Русская» в качестве главного дизеля (ГД) установлен малооборотный дизель типа 6ДКРН 45/120-7, двухтактный, крейцкопфный, реверсивный с наддувом при постоянном давлении газов перед турбиной.
Судовой пропульсивный комплекс включает корпус судна, гребной винт фиксированного шага, валопровод и ГД фирмы «Бурмейстер и Вайн». Номинальная мощность ГД 3960 кВт, номинальная частота вращения 170 мин-1, удельный расход топлива 190+7 г/(кВт ч), марка тяжёлого топлива флотский мазут Ф-5.
Определение текущей мощности ГД в эксплуатации
В связи с тем, что ГД 6ДКРН 45/120-7 с прямой передачей крутящего момента на винт не обеспечен приборами автоматической регистрации мощности, оценка ее производится по косвенным показателям, которые фиксируются по истечении каждого
часа в вахтенном машинном журнале. В качестве косвенного показателя принята частота вращения коленчатого вала дизеля. Для перехода от частоты вращения коленчатого вала ГД к его мощности используется их зависимость. Такая зависимость называется винтовой характеристикой дизеля [1].
Винтовая характеристика дизеля в аналитической форме с достаточной точностью рассчитывается в виде кубической параболы
N е =с-п3,
— N
где Ne —------—, п - частота вращения коленчатого вала; с - коэффициент
N
н ом.
пропорциональности, который определяется по результатам стендовых испытаний ГД 6ДКРН 45/120-7 на тяжёлом топливе (флотский мазут Ф-5), приведенных в табл. 1.
Таблица 1
Результаты стендовых испытаний ГД6ДКРН 45/120-7
Table 1
Results of bench tests of the ME 6 ДКРН 45/120-7
Эффективная мощность Ne, кВт 990 1980 2970 3960 4356
Относительная мощность Ne 0,25 0,50 0,75 1.00 1.10
Частота вращения коленчатого вала п, мин1 108 136 155 170 175
Используя данные стендовых испытаний (табл. 1) и метод наименьших квадратов,
_7
получен коэффициент с = 2,03288 • 10 .
Ые =2,03288 -10“7 V.
Средняя ошибка аппроксимации при этом составляет 1,34 % и показывает хорошее соответствие эмпирических и теоретических данных. Графики эмпирической (табл.1) и теоретической зависимостей относительной мощности Ne ГД от частоты вращения коленчатого вала п представлены на рис. 1.
Режимы эксплуатации ТР и расчёт параметров распределения мощности ГД на этих режимах
Данные по распределению мощности ГД 6ДКРН 45/120-7 на режиме «переход» приведены в табл. 2.
По данным табл. 2 построен полигон относительной продолжительности работы ГД на режиме «переход» (рис. 2).
На режиме «переход» ГД 82 % времени работает с относительной мощностью,
изменяющейся от 0,85 до 0,95 при среднем значении относительной мощности Ыс - 0.85 и среднеквадратичном отклонении сг = 0,19 . Характер распределения мощности ГД, как видно из полигона распределения, - одномодальный. Интервал отклонения мощности ГД от среднего значения на режиме «переход» составляет от 2614 до 4118 кВт ( (>ТС - сг) • Ыном, (>ТС +сг)-К
ном )•
Статистические данные по распределению мощности ГД на режиме «работа на промысле» приведены в табл. 3.
■♦—Эмпирическая кривая ■ Теоретическая кривая
Рис.1. Винтовая характеристика ГД 6ДКРН 45/120-7 Fig.1. Propeller characteristics of main engine 6DKRN 45/120-7
Таблица 2
Статистические данные по распределению мощности ГД 6ДКРН 45/120-7
на режиме «переход»
Table 2
Statistic data of distribution in power of the ME 6 ДКРН 45/120-7
in the «passage» mode
Интервалы мощности в относительных единицах Середина интервала Продолжительность работы ГД t, ч Относительная продолжительность работы ГД t
0-0,10 0,05 0 0,000
0,10-0,20 0,15 74 0,012
0,20-0,30 0,25 89 0,014
0,30-0,40 0,35 151 0,024
0,40-0,50 0,45 316 0,051
0,50-0,60 0,55 112 0,018
0,60-0,70 0,65 320 0,052
0,70-0,80 0,75 187 0,030
0,80-0,90 0,85 921 0,148
0,90-1,00 0,95 4048 0,651
Итого: 6218 1,000
Рис. 2. Полигон распределения мощности ГД на режиме «переход»
Fig. 2. Power distribution range of the main engine on regime «at sea»
Таблица З
Статистические данные по распределению мощности ГД 6ДКРН 45/120-7 ТР типа «Бухта Русская» на режиме «работа на промысле»
Table 3
Statistic data of the ME 6 ДКРН 45/120-7 in the «fishing» mode
Интервалы мощности в относительных единицах Середина интервала Продолжительность работы ГД t, ч Относительная продолжительность работы ГД t
0,00-0,10 0,05 2,00 0,004
0,10-0,20 0,15 326 0,569
0,20-0,30 0,25 54 0,094
0,30-0,40 0,35 184 0,322
0,40-0,50 0,45 5,00 0,009
0,50-0,60 0,55 1,00 0,002
Итого: 572 1,000
По данным табл. 3 построен полигон распределения мощности ГД на режиме «работа на промысле» (рис. 3).
Режим «работа на промысле» характеризуется малой мощностью ГД и имеет двухмодальное распределение. ГД 97 % времени работает с относительной мощностью, изменяющейся в интервале от 0,15 до 0,35 и только 3 % времени работает с нагрузкой
0,5• Мном = 1980кВт. При этом среднее значение относительной мощности Ыс-0,23 и
среднее квадратическое отклонение сг = ОД .
Интервал отклонения мощности на режиме «работа на промысле» от её среднего значения составляет от 515 до 1307 кВт.
Такое отклонение объясняется спецификой работы ТР с добывающими судами.
Рис. 3. Полигон распределения мощности ГД на режиме «работа на промысле» Fig. 3. Main engine power distribution range on regime «fisheries»
Расчёт оптимизированного расхода топлива ГД 6ДКРН 45/120-7
В эксплуатации текущая эффективная мощность ГД носит случайный характер. Она изменяется во времени в зависимости от режима эксплуатации, от условий внешних факторов и от состояния пропульсивного комплекса. Поэтому в основу расчёта расхода топлива положен вероятностно-статистический метод обработки фактической мощности ГД. Этот метод наиболее полно учитывает многообразие внешних факторов, влияющих на элементы судового комплекса.
Для расчёта оптимизированного расхода топлива необходима топливная характеристика ГД 6ДКРН 45/120-7. Топливная характеристика дизеля - это зависимость часового расхода топлива от его мощности, которая определяется по результатам стендовых испытаний.
Для расчета коэффициентов топливной характеристики ГД 6ДКРН 45/120-7 использовались результаты стендовых испытаний, которые приведены в табл. 4.
- От - О
=3960 кВт, =756 кг/ч, в = — , Ы = — ,е=-------------.
он кн ые
Зависимость топливной характеристики от относительной мощности можно представить графически (рис. 4) или в аналитической форме в виде полинома второй степени, параметры которого определенны по методу наименьших квадратов, используя данные табл. 4.
G = 0,07N2 + 0,89N + 0,04 .
Средняя ошибка аппроксимации при этом составляет 0,06 %, что говорит о хорошем приближении эмпирических данных к теоретическим. На рис. 4 изображены эмпирическая и теоретическая линии топливной характеристики, и они практически совпали.
Таблица 4
Результаты стендовых испытаний ГД 6ДКРН 45/120-7
Table 4
Results of bench tests of the ME 6 ДКРН 45/120-7
Эффективная мощность Ne, кВт Относительная мощность N Часовой расход топлива GT, кг/ч Относительный часовой расход топлива G Удельный расход топлива ge, кг/ (кВт ч)
990 0,25 202,05 0,27 0,204
19S0 0,50 379,67 0,50 0,192
2970 0,75 565,19 0,75 0,190
3960 1,00 756 1,00 0,191
4356 1,10 834 1,10 0,191
G '
—Эмпиричкская кривая —«—Теоретическая кривая
Рис. 4. Топливная характеристики ГД 6ДКРН 45/120-7 Fig. 4. Main engine fuel oil characteristics ME 6 ДКРН 45/120-7
На основании топливной характеристики ГД 6ДКРН 45/120-7 и параметров распределения мощности на основных режимах эксплуатации ТР типа «Бухта Русская» определен оптимизированный расход топлива. Результаты расчета параметров мощности и расхода топлива для ГД 6ДКРН 45/120-7 ТР типа «Бухта Русская» на режимах «переход» и «работа на промысле» приведены в табл. 5.
Оптимизация мощности ГД 6ДКРН 45/120-7 по минимальному удельному расходу топлива
Одним из путей повышения эффективности эксплуатации ТР является оптимизация эксплуатационной мощности и расхода топлива, что приведёт к снижению затрат на топливо, а следовательно, и к сокращению часового расхода топлива, зависящего от его удельного расхода и мощности, развиваемой ГД.
Таблица 5
Параметры мощности и расхода топлива ГД 6ДКРН 45/120-7 на режимах «переход» и «работа на промысле»
Table 5
Power rating and fuel oil consumption of the ME 6 ДКРН 45/12-7 in the «passage» and «fishing» modes
Наименование
Режим «переход» Режим «работа на промысле»
Число наблюдений, ч 6218 572
Средняя относительная мощность 0,85 0,23
Среднеквадратическое отклонение 0,19 0,10
Средний часовой расход топлива, кг/ч 632,22 188,46
Средний суточный расход топлива, т/сут 15341 4523
Зависимость удельного расхода топлива от относительной мощности ГД найдена по данным стендовых испытаний (см. табл. 4), построив график эмпирической кривой (рис. 5), теоретическую зависимость находим в виде полинома второй степени, параметры которого определены по методу наименьших квадратов.
ёе (ы) = 0,044# 2 - 0,073# + 0,219 .
Средняя ошибка аппроксимации при этом составляет 0,52 %, что говорит о хорошем приближении.
Условием минимума функции ge (N являются равенство нулю ее производной. Решением уравнения (#) = 0,088М - 0,073 = 0 является N = 0,82, а удельный расход топлива при этом ge(N) = 0,189 кг/(кВт ч) - это минимальное значение функции.
На рис. 5 изображены графики эмпирической и теоретической зависимостей.
д.=т
Эмпирическая кривая —"—Теоретическая кривая
Рис. 5. Графики зависимости удельного расхода топлива от относительной мощности ГД 6ДКРН 45/120-7 Fig. 5. Curve of relative power dependence on specific fuel oil consumption for main engine 6DKRN 45/120-7 Если принять значение функции, описывающей удельный расход топлива, равным
0,190 кг/(кВт-ч), т.е. ge(N) = 0,190, то область изменения предпочтительной
относительной мощности N ГД будет находиться в пределах от 0,66 до 1. Эффективная мощность при этом изменяется от 2610 до 3960 кВт.
Следовательно, для ГД 6ДКРН 45/120-7 предпочтительная мощность в указанной области характеризуется минимальными значениями удельного расхода топлива от 0,189 до 0,10 кг/(кВт ч).
Список литературы
Определение технически обоснованных норм расхода ГСМ СЭУ ТР типа «Татарстан» и «Кристалл-2»: отчет о НИР (промежуточ.) / Дальрыбвтуз; рук. В.В. Маницын; Н.В. Музалевский. - Владивосток, 1987. - 94 с. - № ГР 01860044670. - Инв. № 02880024350.
Сведения об авторах: Капран Людмила Кузьминична, доцент;
Маницын Владимир Викторович, профессор; Старовойтова Зоя Павловна, доцент.
