КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ ПО СУДОВОМУ ПРОПУЛЬСИВНОМУ КОМПЛЕКСУ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

СЕКЦИЯ 1. ПОРШНЕВЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Б01: 10.24937/2542-2324-2021-1-8-1-45-47 УДК 629.5.03+629.5.016.7

В.В. Гаврилов1, Ю.В. Лабзин2

1 СПбГМТУ, Санкт-Петербург

2 ГУМРФ им. адм. С.О. Макарова, Санкт-Петербург

КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ ПО СУДОВОМУ ПРОПУЛЬСИВНОМУ КОМПЛЕКСУ

В данной статье выполнен анализ критериев выбора состава и параметров пропульсивного комплекса морского транспортного судна. В критериях учтены: гидродинамическое совершенство комплекса «винт - корпус судна»; энергетическая эффективность судового главного двигателя; объём выбросов СО2, суммарные затраты на покупку оборудования и эксплуатацию пропульсивного комплекса в течение расчётного срока.

Ключевые слова: выбор гребного винта и главного двигателя, конструктивный коэффициент энергетической эффективности, затраты на покупку и эксплуатацию пропульсивной установки. Авторы заявляют об отсутствии возможных конфликтов интересов.

SECTION 1. PISTON ENGINES

DOI: 10.24937/2542-2324-2020-1-S-I-45-47 UDC 629.5.03+629.5.016.7

V.V. Gavrilov1, Yu.V. Labzin2

1 St. Petersburg State Marine Technical University, St. Petersburg

2 GUMRF them. Admiral S.O. Makarova, St. Petersburg

CRITERIA FOR EVALUATING DESIGN SOLUTIONS FOR THE SHIP'S PROPULSION SYSTEM

This article analyzes the criteria for selecting the composition and parameters of the propulsive complex of a marine transport vessel. The criteria take into account: the hydrodynamic perfection of the "screw - hull" complex; the energy efficiency of the ship's main engine; the amount of CO2 emissions, the total cost of purchasing equipment and operating the propulsive complex during the design period.

Key words: the choice of the propeller and main engine, energy efficiency design index, the cost of purchasing and operating the propulsion system.

Authors declare lack of the possible conflicts of interests.

Рост цен на топливо, ужесточение требований к энергоэффективности и экологическим показателям судов, в особенности к показателям их главных энергетических установок (ГЭУ), оказывают влияние на принятие технических решений при проектировании судна. Показатели ГЭУ в значительной мере определяются составом судового пропульсивного комплекса (ПК) и параметрами его элементов. Поскольку не существует какого-либо универсаль-

ного критерия выбора состава и параметров ПК, цель данного исследования состоит в анализе вариантов критерия оценки проектных решений по про-пульсивному комплексу морского транспортного судна и рассмотрении возможности их использования при проектировании судна.

ПК, как известно, включает в себя главный двигатель (ГД), главную передачу, гребной винт и корпус судна. При решении задачи выбора состава

Для цитирования: Гаврилов В.В., Лабзин Ю.В. Критерии оценки проектных решений по судовому пропульсивному комплексу. Труды Крыловского государственного научного центра. 2021; Специальный выпуск 1: 45-47. For citations: Gavrilov V.V., ЬаЬ7т Yu.V. Criteria for evaluating design solutions for the ship's propulsion system. Transactions of the Krylov State Research Centre. 2021; Special Edition 1: 45-47 (in Russian).

IË ФГУП «Крыловский государственный научный центр» 45

В. В. Гаврилов, Ю.В. Лабзин

Критерии оценки проектных решений по судовому пропульсивному комплексу

и параметров ПК возможно использование критериев как «чисто технического характера», так и «технико-экономического характера». Одним из так называемых технических критериев является «пропульсивный коэффициент», который характеризует гидродинамическое совершенство комплекса «винт - корпус судна». Максимально возможный для конкретных условий пропульсивный коэффициент позволяет получить минимальную потребную мощность Р для привода гребного винта при проектной скорости движения судна. Другой критерий -удельный эффективный расход топлива be в выбранном ГД. Очевидно, что энергетическая эффективность ПК зависит от совокупности указанных двух критериев. Задача состоит в применении некоторого обобщающего критерия. В качестве такого критерия нами предложено использовать часовой расход топлива Вчас в ГД [1]:

Вчас = Ье'Р. (1)

Очевидно также, что минимальный часовой расход топлива может быть обеспечен путём согласованного выбора параметров гребного винта (определяющих Р; в данном случае мощность ГД указана без запаса) и рабочей точки в поле режимов ГД (определяющей be). Описанная задача решена с использованием специально разработанного нами программного комплекса ENGINES автоматизированного проектирования ПК морского транспортного судна [1].

Рассмотрим вопрос учёта экологических свойств проектируемого ПК. В настоящее время весьма остро стоит проблема всемерного снижения выбросов парниковых газов в атмосферу. Международная морская организация IMO планомерно проводит политику, направленную на сокращение выбросов диоксида углерода CO2 с судов. Для оценки указанных выбросов применительно к создаваемым и действующим судам всё более широко используется конструктивный коэффициент энергетической эффективности (ККЭЭ - EEDI).

Запишем формулу для определения этого коэффициента в следующем обобщающем виде [2]:

EEDI = (A + B ± C - D)/F, (2)

где А - отражает выбросы CO2 из ГЭУ; В - учитывает выбросы CO2 при производстве электроэнергии вспомогательными двигателями (ВД) на ходу судна; С - учитывает влияние на выбросы CO2 мощности, потребляемой валогенератором/электро-мотором (обратимым валогенератором PTO/PTI) гибридной установки, и мощности, высвобождаю-

щейся в результате применения на судне утилизационных и инновационных технологий для выработки электроэнергии на ходу судна (при наличии); символ «±» означает, что это слагаемое может как увеличивать выбросы (если используется гибридная установка и она поставляет на винт больше мощности, чем вырабатывается мощности, замещающей ВД), так и уменьшать; D - учитывает снижение выбросов CO2 из ГЭУ за счет инновационных технологий, F - работа по транспортировке грузов.

Даже по упрощённой записи формулы конструктивного коэффициента энергетической эффективности (2) видно, сколь сложно её применять для оценки тех или иных проектных решений. Поэтому при сравнении вариантов ПК целесообразно исходить из допущения о неизменности состава и свойств всех остальных элементов судовой энергетической установки. Для решения этой задачи нами предложена модификация EEDI, которую можно назвать «парциальный конструктивный коэффициент энергетической эффективности». Формула указанного коэффициента существенно упрощается:

EEDI' = A/F. (3)

Если необходимо сравнить два варианта ПК i и i + 1 при неизменной работе по транспортировке грузов F, то достаточно рассчитать отношение парциальных коэффициентов:

EEDI'i /EEDI'i+i = A, /Ат. (4)

При условии использования одного и того же топлива в ГД сравниваемых вариантов ПК значения коэффициента Cf в формуле для расчёта EEDI [3] указанных вариантов могут быть приняты неизменными. В этом случае выражение (4) отношения парциальных коэффициентов может быть преобразовано в соответствии с формулой (1):

EEDI'i /EEDI'i+i = (be ,Р,)/(Ье wp+0 =

Вчас i / Вчас i+1. (5)

Итак, сравнение вариантов проектируемого ПК с учётом их экологических свойств может быть выполнено посредством определения отношения часовых расходов топлива на одном (расчётном) режиме работы ПК.

В выборе варианта ПК по критерию «технико-экономического характера» желательно учесть два существенных фактора: стоимость выбираемого оборудования (прежде всего, стоимость ГД) и топливную экономичность двигателя. Важность второ-

46

Труды Крыловского государственного научного центра. Специальный выпуск 1, 2021

V.V. Gavrilov, Yu.V. Lаbzin Criteria for evaluating design solutions for the ship's propulsion system

го фактора объясняется тем, что, как правило, более половины эксплуатационных расходов приходится на покупку топлива. Необходимо решить вопрос: выбрать ли дорогостоящий, но высокоэкономичный по расходу топлива ГД, или предпочесть менее дорогой и менее экономичный двигатель. Соответствующая методика, основанная на использовании нашей программы ENGINES позволяет осуществить выбор состава и параметров ПК по критерию «суммарные затраты на покупку оборудования и эксплуатацию пропульсивного комплекса в течение расчётного срока» [1].

Следует пояснить две величины, существенно влияющие на результат применения указанного критерия - цена на топливо и продолжительность расчётного срока эксплуатации. Первая величина весьма трудно поддаётся прогнозированию. Однако она влияет лишь на абсолютное значение рассматриваемого критерия. При сравнении вариантов ПК абсолютное значение критерия, также как цена на топливо, не влияют на выбор. Остаётся открытым вопрос о назначении длительности расчётного срока эксплуатации. От него существенно зависит результат выбора. Решение о расчётном сроке должен принять судовладелец, в частности, с учётом назна-

чения судна, вида перевозимого груза, уровня доходности от использования судна и других факторов экономического характера.

Совокупность рассмотренных критериев оценки проектных решений по составу и параметрам судового пропульсивного комплекса используется нами при решении различных задач, в частности, при выборе числа гребных валов для морских транспортных судов повышенной скорости хода.

Список использованной литературы

1. Ачкинадзе А.Ш., Гаврилов В.В., Степанов И.Э. Автоматизированное проектирование пропульсивного комплекса морского транспортного судна: учеб. пособие. СПб.: СПбГМТУ, 2000. 75 с.

2. Медведев В.В., Гаврилов В.В., Киселев С.Н. Обзор и анализ возможностей различных способов повышения энергетической эффективности судов // Морские интеллектуальные технологии. 2018. № 2(40), Т. 1. С.94-103.

3. Иванченко А.А., Петров А.П., Живлюк Г.Е. Энергетическая эффективность судов и регламентация выбросов парниковых газов // Вестник государственного морского и речного флота им. адмирала С.О. Макарова. 2015. № 3(31). С. 103-112.

Поступила / Received: 15.11.21 Принята в печать / Accepted: 08.12.21 © Гаврилов В.В., Лабзин Ю.В., 2021

ФГУП «Крыловский государственный научный центр»

47