Научная статья на тему 'ПРОТИВООБЛЕДЕНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ЛЕДОКОЛА КАК СРЕДСТВО ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ СУДНА'

ПРОТИВООБЛЕДЕНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ЛЕДОКОЛА КАК СРЕДСТВО ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ СУДНА Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
254
31
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЛЕДОКОЛЫ / ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ / ЛЕДОВАЯ ПРОХОДИМОСТЬ / ПРОТИВООБЛЕДЕНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА / ВОЗДУШНЫЕ ТУРБОНАГНЕТАТЕЛИ / ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ЗАТРАТЫ / СЖАТИЕ ВОЗДУХА / ВТОРИЧНЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Жуков Владимир Анатольевич, Степанов Евгений Андреевич, Ерофеев Валентин Леонидович

Материалы статьи содержат обзор использования систем пневмообдува корпусов ледоколов для повышения их ледопроходимости и описание традиционных конструктивных решений при проектировании этих систем. Отмечается, что проектирование систем выполняется на основе методов аналогии и подобия с учетом результатов натурных испытаний. Теоретические методы учета конструктивных особенностей корпуса ледокола и технических характеристик его энергетической установки при определении требуемой подачи воздуха, а также параметров расположения его выходных отверстий изучены в настоящее время недостаточно. В работе показано, что совершенствование противообледенительных устройств ледоколов обеспечивает повышение их энергоэффективности. Основными направлениями совершенствования пневмо-обдувочных устройств является уменьшение затрат на привод агрегатов наддува и возможность использования для этих целей вторичных энергетических ресурсов судовых дизелей. Представлены результаты расчетов требуемой для привода воздухонагнетателей мощности в зависимости от его подачи, рассмотрены другие факторы, определяющие энергопотребление системой пневмообдува. Результаты проведенных исследований подтверждают возможность совершенствования противообледенительных устройств ледоколов с целью повышения их энергоэффективности. Предложенная методика позволяет определить требуемые затраты мощности и оценить возможности их покрытия вторичными энергетическими ресурсами с усовершенствованными приводами воздухонагнетателей. Отмечается, что максимальное повышение энергоэффективности может быть достигнуто при помощи выбора рациональных параметров подачи воздуха, обусловленного размещением отверстий подачи воздуха с учетом конструктивных особенностей корпуса ледокола и использования вторичных энергетических ресурсов главных и вспомогательных элементов энергетической установки ледокола.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Жуков Владимир Анатольевич, Степанов Евгений Андреевич, Ерофеев Валентин Леонидович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ANTI-ICING DEVICE OF AN ICEBREAKER AS A MEANS OF INCREASING THE SHIP ENERGY EFFICIENCY

An overview of using pneumatic pressurization systems of icebreaker hulls in order to increase their icebreaking capability and a description of traditional design solutions in the design of systems are presented in the paper. It is noted that the design of systems is based on the methods of analogy and similarity, taking into account the results of field tests. Theoretical methods of taking into account the design features of the icebreaker hull and the technical characteristics of its power plant when determining the required air supply, its parameters, and outlets location are currently insufficiently developed. It is shown that the improvement of anti-icing devices of icebreakers provides an increase in their energy efficiency. The main areas of pneumatic charging devices improvement is to reduce the cost of driving supercharging units and the possibility of using secondary energy resources of marine diesel engines for their drive. The calculations results of the power required for the drive of air blowers depending on the air supply, other factors determining the energy consumption of the air blower system are indicated. The results of the conducted research confirm the possibilities of improving the anti-icing devices of icebreakers in order to increase their energy efficiency. The proposed method makes it possible to determine the required power costs and assess the possibilities of covering them with secondary energy resources with improved air blower drives. The maximum increase in energy efficiency can be achieved by choosing rational air supply parameters, reasonable placement of air supply openings, taking into account the design features of the icebreaker hull and the use of secondary energy resources of the main and auxiliary elements of the icebreaker power plant.

Текст научной работы на тему «ПРОТИВООБЛЕДЕНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ЛЕДОКОЛА КАК СРЕДСТВО ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ СУДНА»

<кВЕСТНИК

ш-Г-............ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА

VjyiOPCKOrO И РЕЧНОГО ФЛОТА ИМЕНИ АДМИРАЛА С. О. МАКАРОВА

СУДОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ, СИСТЕМЫ И УСТРОЙСТВА

DOI: 10.21821/2309-5180-2022-14-3-430-439

ANTI-ICING DEVICE OF AN ICEBREAKER AS A MEANS OF INCREASING THE SHIP ENERGY EFFICIENCY

V. A. Zhukov, Е. А. Stepanov, V. L. Erofeev

Admiral Makarov State University of Maritime and Inland Shipping,

St. Petersburg, Russian Federation

An overview of using pneumatic pressurization systems of icebreaker hulls in order to increase their icebreaking capability and a description of traditional design solutions in the design of systems are presented in the paper. It is noted that the design of systems is based on the methods of analogy and similarity, taking into account the results of field tests. Theoretical methods of taking into account the design features of the icebreaker hull and the technical characteristics of its power plant when determining the required air supply, its parameters, and outlets location are currently insufficiently developed. It is shown that the improvement of anti-icing devices of icebreakers provides an increase in their energy efficiency. The main areas of pneumatic charging devices improvement is to reduce the cost of driving supercharging units and the possibility of using secondary energy resources of marine diesel engines for their drive. The calculations results of the power requiredfor the drive of air blowers depending on the air supply, other factors determining the energy consumption of the air blower system are indicated. The results of the conducted research confirm the possibilities of improving the anti-icing devices of icebreakers in order to increase their energy efficiency. The proposed method makes it possible to determine the required power costs and assess the possibilities of covering them with secondary energy resources with improved air blower drives. The maximum increase in energy efficiency can be achieved by choosing rational air supply parameters, reasonable placement of air supply openings, taking into account the design features of the icebreaker hull and the use of secondary energy resources of the main and auxiliary elements of the icebreaker power plant.

Keywords: icebreakers, energy efficiency, icebreaking capability, anti-icing devices, air turbochargers, energy costs for air compression, secondary energy resources.

For citation:

Zhukov, Vladimir A., Evgenij A. Stepanov, and Valentin L. Erofeev. "Anti-icing device of an icebreaker as a means of increasing the ship energy efficiency." Vestnik Gosudarstvennogo universiteta morskogo i rechnogo flota imeni admirala S. O. Makarova 14.3 (2022): 430-439. DOI: 10.21821/2309-5180-2022-14-3-430-439.

УДК 629.5.06

ПРОТИВООБЛЕДЕНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ЛЕДОКОЛА КАК СРЕДСТВО ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ СУДНА

В. А. Жуков, Е. А. Степанов, В. Л. Ерофеев

ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова», Санкт-Петербург, Российская Федерация

Материалы статьи содержат обзор использования систем пневмообдува корпусов ледоколов для повышения их ледопроходимости и описание традиционных конструктивных решений при проектировании этих систем. Отмечается, что проектирование систем выполняется на основе методов аналогии и подобия с учетом результатов натурных испытаний. Теоретические методы учета конструктивных особенностей корпуса ледокола и технических характеристик его энергетической установки при определении требуемой подачи воздуха, а также параметров расположения его выходных отверстий изучены в настоящее время недостаточно. В работе показано, что совершенствование противообледенительных устройств ледоколов обеспечивает повышение их энергоэффективности. Основными направлениями совершенствования пневмо-

ВЕСТНИК«)

ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА ^^

МОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА ИМЕНИ АДМИРАЛА С. О. МАКАРОВА

обдувочных устройств является уменьшение затрат на привод агрегатов наддува и возможность использования для этих целей вторичных энергетических ресурсов судовых дизелей. Представлены результаты расчетов требуемой для привода воздухонагнетателей мощности в зависимости от его подачи, рассмотрены другие факторы, определяющие энергопотребление системой пневмообдува. Результаты проведенных исследований подтверждают возможность совершенствования противообледенительных устройств ледоколов с целью повышения их энергоэффективности. Предложенная методика позволяет определить требуемые затраты мощности и оценить возможности их покрытия вторичными энергетическими ресурсами с усовершенствованными приводами воздухонагнетателей. Отмечается, что максимальное повышение энергоэффективности может быть достигнуто при помощи выбора рациональных параметров подачи воздуха, обусловленного размещением отверстий подачи воздуха с учетом конструктивных особенностей корпуса ледокола и использования вторичных энергетических ресурсов главных и вспомогательных элементов энергетической установки ледокола.

Ключевые слова: ледоколы, энергоэффективность, ледовая проходимость, противообледенительные устройства, воздушные турбонагнетатели, энергетические затраты, сжатие воздуха, вторичные энергетические ресурсы.

Для цитирования:

Жуков В. А. Противообледенительное устройство ледокола как средство повышения энергоэффективности судна / В. А. Жуков, Е. А. Степанов, В. Л. Ерофеев // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2022. — Т. 14. — № 3. — С. 430-439. DOI: 10.21821/2309-5180-2022-14-3-430-439.

Введение (Introduction)

Основным направлением развития судовой энергетики является повышение ее энергоэффективности. Правовые и теоретические аспекты повышения энергоэффективности энергетических объектов водного транспорта рассмотрены в работе [1]. Применительно к транспортным судам IMO разработаны и применяются следующие: проектный индекс энергоэффективности для новых судов (EEDI) (в русском пер. — индекс эффективности использования энергии) и эксплуатационный критерий (показатель, индикатор) энергетической эффективности судна, находящегося в эксплуатации (EEOI). Оба критерия имеют одинаковый физический смысл: отношение количества произведенного парникового газа CO2 пропорционально отношению количества израсходованного топлива к величине транспортной работы судна за определенный период времени [2], [3].

В настоящее время Россия располагает самым крупным по численности ледокольным флотом в мире и единственным в мире атомным ледокольным флотом. Ледоколы различных классов имеют специфические конструктивные особенности, определяемые их функциональным назначением, однако их главной отличительной характеристикой является предельная ледопроходимость, определяемая как максимальная толщина льда, которую судно может преодолеть, двигаясь прямолинейно с минимально устойчивой скоростью. Проблема повышения ледопроходимости является актуальной задачей при строительстве и эксплуатации ледоколов, так как ее решение без увеличения расходов топлива и выбросов CO2 способно обеспечить прирост транспортной работы и увеличение энергоэффективности ледоколов.

Одним из способов повышения ледопроходимости является использование системы пневмо-обмыва корпуса или противообледенительного устройства (ПОУ). Пневмоомывающее устройство состоит из компрессора и системы труб, по которым к отверстиям в наружной обшивке корпуса, расположенным по бортам в подводной части носовой оконечности судна, подается воздух под давлением, несколько превышающим гидростатическое. Выходя из отверстий и поднимаясь вверх, воздух создает вертикальный поток воздушно-водяной смеси, образуя прослойку между корпусом судна и льдом, омывая подводную часть корпуса. Поток также отводит мелкие обломки льда от корпуса, смачивает соприкасающийся с бортом лед и смывает с борта ледяную крошку и снег, снижая тем самым сопротивление льда движению судна [4].

Разработка ПОУ ведется с конца 1960-х гг. Первые натурные и модельные испытания проходили в начале 1970-х гг. в Финляндии, США и СССР. В 1973 г. в ледовом бассейне Арктического и антарктического научно-исследовательского института (ААНИИ) были проведены модельные

2 2

_Oi

Г5з1

ЛВЕСТНИК

............ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА

Х^ОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА ИМЕНИ АДМИРАЛА С. О. МАКАРОВА

испытания пневмоомывающей системы в различных ледовых условиях. В качестве объекта испытаний использовалась модель ледокола, размерения которой были близки к размерениям ледокола «Ермак» 1974 г. постройки, при строительстве которого в СССР впервые были проведены натурные испытания ПОУ. В результате этих испытаний было выявлено, что применение пневмообмыва дает положительный эффект при непрерывном движении в сплошных льдах толщиной 1,2 м и менее, а также при страгивании с места во всем диапазоне толщин ровных льдов и торосистых гряд. В дальнейшем в СССР также проводились испытания ледовой ходкости дизельного ледокола с ПОУ «Капитан Сорокин», которые показали положительные результаты. Была выполнена оценка эффективности пневмообмыва в зависимости от расхода воздуха и предпринята попытка выявить влияние на ледопроходимость расположения по длине корпуса выпускных отверстий сжатого воздуха [5], [6].

Проведенные испытания в большей степени были направлены на теоретическое осмысление проблемы ввиду малого количества реализованных проектов с использованием ПОУ. В результате комплексного анализа результатов выполненных исследований был сделан вывод о преимуществах применения данной системы для повышения ледопроходимости. Этот фактор послужил основой для начала более активного использования ПОУ в отечественном ледоколостроении. Первым атомным ледоколом с системой пневмообмыва корпуса является ледокол «Россия» пр. 10521, 1985 г.

Рис. 1. Ледокол «50 лет Победы» в доке (https://dmitry-v-ch-l. livejournal. com)

Следующие ледоколы данного проекта: «Советский Союз», «Ямал», «50 лет Победы» (рис. 1), также снабжены системой пневмообмыва, которая была использована при проектировании атомных ледоколов с уменьшенной осадкой «Таймыр» и «Вайгач» пр. 10580, построенных в Финляндии в конце 1980-х гг. Среди зарубежных действующих ледоколов, оснащенных системой пневмообмыва корпуса, канадские ледоколы типа «Pierre Radisson», финские «Kontio», «Otso» и др.

» Методы и материалы (Methods and Materials)

^ Существуют модельные и натурные исследования влияния системы пневмообмыва на ле-

^ довые качества судов, патенты, включающие систему пневмообмыва [7], [8], и статьи [9]—[12]. Ак-

^ туальность внедрения систем пневмообдува корпуса ледоколов и перспективные направления со-à

S вершенствования таких систем рассмотрены в работах [13]—[16].

g Анализ указанных научно-технических источников позволил выявить наиболее характерные

■»ччмь проблемы ПОУ: повышение энергетической эффективности системы за счет наиболее рационального расположения выходных отверстий на корпусе судна и выбора комплектующих системы, основным из которых является турбонагнетательный агрегат (ТНА). Особенности конструктивных характеристик ПОУ во многом определяются техническими характеристиками ледоколов. Энергетическая эффективность ПОУ может быть также увеличена за счет использования для обеспечения ее работы вторичных энергетических ресурсов, перспективность применения которых рассмотрена

ВЕСТНИК,

ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА

МОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА ИМЕНИ АДМИРАЛА С. О. МАКАРОВА,

в работе [17]. Расположение каналов ПОУ на большинстве ледоколов соответствуют схемам, приведенным на рис. 2.

а)

б)

Рис. 2. Схемы расположения элементов противообледенительного устройства (а) и трубопроводов подвода воздуха к его каналам (б) Условные обозначения:

1 — турбонагнетательный агрегат; 2 — трубопровод подачи воздуха к выпускным соплам; 3 — первая группа сопел (носовая); 4 — вторая группа сопел; 5 — третья группа сопел

На ледоколе «Арктика» (рис. 3) каналы ПОУ находятся на небольшом расстоянии от основной плоскости, носовые каналы, выполненные в виде отверстий в наружной обшивке, располагаются значительно выше основной плоскости.

2 2

5

Рис. 3. Ледокол «Арктика» в доке (https://www. aoosk. ru/press-center/news/)

ЛВЕСТНИК

............ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА

Х^ОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА ИМЕНИ АДМИРАЛА С. О. МАКАРОВА

В табл. 1 представлены технические характеристики ледоколов, снабженных системой пнев-мообмыва корпуса, основной из которых является длина ледокола по конструктивной ватерлинии (КВЛ). Производительность ТНА указана для нормальных условий (давление 101325 Па, температура 273,15 К (0 °С)). Из табл. 1 видно, что удельный расход воздуха, отнесенный к длине ледокола, находится в пределах 0,11-0,16 (нм3/с)/м.

Таблица 1

Технические характеристики ледоколов

Проект Производительность ТНА, м3/с Длина ледокола по КВЛ, м Мощность на валах, МВт Водоизмещение, т Удельный расход воздуха, отнесенный к длине ледокола, м3/с м

«Ермак» 15,0 130,0 30,4 20 240 0,115

10580 16,0 140,0 36,8 23 000 0,114

10521 23,1 145,6 55,0 25 840 0,158

22220 25,5 160,0 60,0 33 540 0,159

22600 21,0 138,0 25,0 22 258 0,152

Длина омываемой поверхности в существующих проектах составляет около половины длины ледокола. Таким образом, можно сделать вывод, что данное соотношение принимается без учета конструктивных особенностей каждого из ледоколов, мощности их энергетической установки, водоизмещения, условий эксплуатации, требуемой ледопроходимости и других факторов.

Одной из наиболее важных характеристик ТНА является рабочее давление компрессора, подающего воздух к отверстиям ПОУ, которое состоит из атмосферного давления, статического давления воды в области расположения отверстий, а также падения давления между компрессором и группой сопел, соответствующего аэродинамическому сопротивлению трубопровода. Привод ТНА осуществляется автономными электродвигателями. Определение электрической мощности, потребляемой электродвигателем ТНА ^эдТНА, кВт, выполнялось с использованием уравнений (1)-(8):

N

N =_-сж_• (1)

эдТНА '

Ла Лм Лэд к —

^ = Gъ — К(273 + ^ XV -1); (2)

°в=°в11ом> (3)

А>м = а^квл ; (4)

л, = ^; (5)

ее Рвх г

5 Рж=РЛ+Р*Вш+Рт'> (6)

^ Рг =УЗВ8(Нквл -Нс); (7)

Рвх = Ра - Рк. (8)

I где Мсж — мощность, затрачиваемая на адиабатическое сжатие воздуха, кВт;

Па = 0,88 — адиабатический КПД турбокомпрессора; П м = 0,98 — механический КПД турбокомпрессора; Пэд = 0,97 — КПД электродвигателя. Gв — массовый расход воздуха для пневмообмыва, кг/с;

сч

ечу

Gвl — массовый расход воздуха, приходящийся на 1 пог. м длины омываемой поверхности, кг/с (с пог. м);

Ьом — длина омываемой поверхности, м;

А — часть длины корпуса, оснащенная ПОУ, варьируемая при проведении расчетов; ЬКВЛ — длина по КВЛ; k = 1,41 — показатель адиабаты;

R = 286,9 — удельная газовая постоянная воздуха, Дж/(кгК); ¿ввх = -15 — расчетная температура воздуха на входе в ТНА, °С; рк — степень повышения давления в турбокомпрессоре; рвых — давление воздуха на выходе из ТНА, Па; рвх — давление воздуха перед приёмным фланцем ТНА, Па; ра = 101325 — атмосферное давление, Па;

Наименование величины Условное обозначение Единица измерения 1-й расчет 2-й расчет 3-й расчет

Длина по КВЛ ТКВЛ м 140 140 140

Длина омываемой части L ом м 70 90 50

Осадка по КВЛ н КВЛ м 9,5 9,5 9,5

Отстояние сопел выпуского коллектора от ОП н с м 0,6 0,6 0,6

Массовый расход воздуха, приходящийся на 1 пог. м длины омываемой поверхности G1 в1 кг/с-(с пог. м) 0,40 0,45 0,35

Массовый расход воздуха G в кг/с 28,0 40,5 17,5

НКВЛ — осадка по КВЛ, м;

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Нс — отстояние сопел выпускного коллектора от основной плоскости, м; рк — аэродинамическое сопротивление воздуховода от приемной решетки до приемного фланца ТНА, Па (при проведении расчетов принимается Рк = 2000 Па).

Результаты (Results)

Результаты расчета для ледокола мощностью 40 МВт, имеющего длину по КВЛ — 140 м, осадку по КВЛ — 9,5 м приведены в табл. 2. Расход воздуха, приходящийся на 1 пог. м длины омываемой поверхности, принимаем G х = 0,4 кг/с(на пог. м), как в пр. 10521 и 22220. Для оценки изменения мощности электродвигателя выполним расчет при увеличенном суммарном и уменьшенном массовом расходе воздуха за счет изменения длины омываемой поверхности и расхода воздуха на 1 пог. м ее длины.

Таблица 2

Результаты расчета мощности, потребляемой электродвигателем ТНА

Наименование величины

Условное обозначение

Единица измерения

1-й

расчет

2-й расчет

3-й расчет

2 2

Длина по КВЛ

L

м

140

140

140

Длина омываемой части

м

70

90

50

Осадка по КВЛ

H

м

95

9,5

95

5

Отстояние сопел выпуского коллектора от ОП

H

м

06

0,6

06

Массовый расход воздуха, приходящийся на 1 пог. м длины омываемой поверхности

G

кг/с-(с пог. м)

0,40

0,45

0,35

Массовый расход воздуха

G

кг/с

28,0

40,5

17,5

т

ЛВЕСТНИК

............ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА

Х^ОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА ИМЕНИ АДМИРАЛА С. О. МАКАРОВА

Окончание табл. 2

Гидростатическое давление воды на уровне сопел выпускного коллектора Рг Па 89492 89492 89492

Давление на выходе из ТНА Р * вых Па 225817 225817 225817

Давление воздуха перед приемным фланцем ТНА Рвх Па 99325 99325 99325

Степень повышения давления в турбокомпрессоре Пс Па 2,27 2,27 2,27

Мощность, затрачиваемая на адиабатическое сжатие N сж кВт 1923 2781 1202

Электрическая мощность потребляемая электродвигателем N эдТНА кВт 2298 3325 1437

Обсуждение (Discussion)

На рис. 4 приведены результаты расчета мощности, затрачиваемой на сжатие воздуха, и мощности электродвигателя привода ТНА при различных значениях расхода воздуха.

4000

3500 3000

£ 250D

ас

ь 2000

г Ï о

S 1500 1000 500

О -1-i-!-Т-1-Т-!-i-1-Т-1-Г-!---i-Т-1-1-!-1-;-I--1-1-i-i--,

15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 2В 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42

Массовый расход воздуха, кг/с

Рис. 4. Зависимость затрат мощности на сжатие и привод ТНА от массового расхода воздуха

Мощность, необходимая для привода воздухонагнетателя системы ПОУ, возрастает пропорционально подаче воздуха для обдува и зависит от расположения выходных отверстий на корпусе ледокола. При величине расхода воздуха, принятого по аналогии с рассмотренными ранее проектами ледоколов, мощность, потребляемая электродвигателем привода ТНА, равна 2298 кВт, что составляет около 5,7 % от пропульсивной мощности ледокола. При увеличенном расходе воздуха требуемая мощность достигает 3325 кВт, что составляет 8,3 % от пропульсивной мощности и, соответственно, ее значение на 1026 кВт больше. При сниженном расходе воздуха мощность уменьшается до 1437 кВт, что составляет 3,6 % от пропульсивной мощности, и, соответственно, ее значение на 862 кВт меньше. й Повышение энергоэффективности ледоколов может быть достигнуто за счет снижения

мощности, затрачиваемой на привод ТНА в результате снижения давления нагнетаемого воздуха. Как видно из уравнения (6), аэродинамическое сопротивление воздуховода и гидростатическое давление воды в значительной мере оказывают влияние на создаваемое давление ТНА. Существенным ресурсом повышения энергоэффективности является также использование вторичных энергетических ресурсов СЭУ. Для их использования необходимо определить баланс энергии потребляемой ТНА и энергетического потенциала отработавших газов судовых дизелей и других теплоносителей, а также выбрать наиболее рациональные методы и средства преобразования энергии.

со г

ВЕСТНИК«)

ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА ^^

МОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА ИМЕНИ АДМИРАЛА С. О. МАКАРОВА

Заключение (Conclusion)

В результате анализа научно-технических источников и выполненных расчетов можно определить следующие направления совершенствования системы пневмообмыва с целью повышения энергоэффективности ледоколов:

- рациональный выбор расхода и давления воздуха, подаваемого в противообледенительное устройство с учетом конструктивных особенностей корпуса судна, типа, мощности и состава судовой энергетической установки;

- определение эффективной мощности ТНА, которая зависит от необходимой производительности и давления;

- разработка методики определения типа воздухонагнетателя, его конструктивных и режимных параметров с учетом требуемых расходов и давлений;

- максимальное использование для обеспечения работы системы пневмообмыва корпуса вторичных энергетических ресурсов за счет когенерации и тригенерации энергии;

- определение влияния производительности ТНА на ледовую ходкость и предельную ледо-проходимость;

- установление взаимосвязи расположения каналов и сопел на эффективность противооб-леденительного устройства (ледовую ходкость и предельную ледопроходимость);

- обеспечение равномерного распределения омывающего воздуха по корпусу судна.

Для вновь проектируемых ледоколов не является актуальным вопрос о целесообразности снабжения его системой ПОУ. Однако характеристики системы, такие как мощность, производительность и давление компрессора, расположение и количество каналов, принимаются на основе опыта эксплуатации ледоколов прошлых лет, а не по результатам модельных или натурных испытаний и теоретических исследований.

Актуальность обращения к данным вопросам определяется их важностью для эксплуатации ледокольного флота, а также недостаточной научной разработанностью, о чем свидетельствует малое количество научных трудов по этой тематике за последнее десятилетие. Перспективным представляется исследование противообледенительного устройства в комплексе с главными и вспомогательными элементами энергетических установок ледоколов с учетом их технических характеристик и режимных параметров.

Эффективная работа ПОУ при рациональном использовании энергетических затрат способна обеспечить сокращение выбросов СО2 с сохранением или увеличением транспортных функций, повышая тем самым энергоэффективность ледокола.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ерофеев В. Л. Управление энергоэффективностью объектов морской техники и судовых двигателей внутреннего сгорания: моногр. / В. Л. Ерофеев [и др.]; Под ред. В. Л. Ерофеева, В. А. Жукова. — СПб.: Изд-во ГУМРФ им. адм. С. О. Макарова, 2018. — 184 с.

2. MEPC.1/Circ.684. Guidelines for voluntary use of the ship energy efficiency operational indicator (EEOI). — London: International Maritime Organization, 2009. — 10 p. «

3. MEPC.1/Circ.681. Interim guidelines on the method of calculation of the energy efficiency design index for -new ships. — London: International Maritime Organization, 2009. — 8 p. [

4. Исанин Н. Н. Морской энциклопедический справочник / Н. Н. Исанин. — Л.: Судостроение, 1987. — ■ Т. 1-2. — 1086 с. с

5. Зуев В. А. Средства продления навигации на внутренних водных путях / В. А. Зуев. — Л.: Судостроение, 1986. — 207 с.

6. Каштелян В. И. Об эффективности пневмоомывающего устройства и области его применения на судах, плавающих во льдах / В. И. Каштелян, Ю. Н. Попов, Л. Г Цой // Труды ААНИИ. — 1981. — Т. 376. — С. 67-84.

7. Пат. 382544 СССР, МПК B63B 35/08. Устройство для обеспечения ледопроходимости судов / С. И. Евдокимов [и др.]. — № 1731201; заявл. 03.12.1971; опубл. 23.05.1973, Бюл. № 23. — 2 с.

2 2

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

ЛВЕСТНИК

............ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА

Х^ОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА ИМЕНИ АДМИРАЛА С. О. МАКАРОВА

8. Пат. 1125151 СССР, МПК B63B 35/08. Судно ледового плавания / Ю. В. Быков [и др.]. — № 2990151; заявл. 15.08.1980; опубл. 23.11.1984, Бюл. № 43. — 2 с.

9. Калинина Н. В. Влияние пневмо-омывающего устройства на ходкость ледоколов / Н. В. Калинина // Современные проблемы науки и образования. — 2015. — № 1-1. — С. 308.

10. Лисина А. С. Устройство противообледенительное / А. С. Лисина // Проблемы современных интеграционных процессов и пути их решения: сб. ст. по итогам Междунар. науч.-практ. конф., Волгоград, 18 ноября 2018 г. — Уфа: Общество с ограниченной ответственностью «Агентство международных исследований», 2018. — С. 108-112.

11. Свистунов Б. И. Исследования работы ледокола с системой пневмообмыва (ПОУ) при форсировании торосистых льдов / Б. И. Свистунов, Б. П. Ионов, А. Н Ильчук // Труды ААНИИ. — 1981. — Т. 376. — С. 85-87.

12. Кашка М. М. Перспективы развития атомного ледокольного флота / М. М. Кашка [и др.] // Арктика: экология и экономика. — 2016 — № 3 (23). — С. 98-107.

13. Пустошный А. В. Проблемы, связанные с увеличением скорости круглогодичной работы крупнотоннажных транспортных судов в Арктике / А. В. Пустошный, К. Е. Сазонов // Арктика: экология и экономика. — 2017. — № 3 (27). —С. 103-110. DOI: 10.25283/2223-4594-2017-3-103-110.

14. Сазонов К. Е. Развитие ледовой ходкости судов в XXI веке / К. Е. Сазонов // Труды Крыловского государственного научного центра. — 2018. — № 2(384). — С. 9-28. DOI: 10.24937/2542-2324-2018-2-384-9-28.

15. Лобода Б. Н. Компактные судовые компрессорные установки двойного применения / Б. Н. Лобода [и др.] // Судостроение. — 2006. — № 3 (766). — С. 40-42.

16. Reducing ice friction since 1969 // Arctic Passion News. — 2020. — Is. 19. — Pp. 18-19.

17. Ерофеев В. Л. О возможностях использования вторичных энергетических ресурсов в судовых ДВС / В. Л. Ерофеев, В. А. Жуков, О. В. Мельник // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2017. — Т. 9. — № 3. — С. 570-580. DOI: 10.21821/2309-5180-20179-3-570-580.

REFERENCES

со г

сч

C4J

1. Erofeev, V. L., V. A. Zhukov, O. V. Mel'nik, O. K. Bezyukov, E. V. Erofeeva, and A. A. Martynov. Uprav-lenie energoeffektivnost'yu ob"ektov morskoi tekhniki i sudovykh dvigatelei vnutrennego sgoraniya: monografiya. Edited by V. L. Erofeev, V. A. Zhukov. SPb.: Izd-vo GUMRF im. adm. S. O. Makarova, 2018.

2. MEPC.1/Circ.684. Guidelines for voluntary use of the ship energy efficiency operational indicator (EEOI). London: International Maritime Organization, 2009.

3. MEPC.1/Circ.681. Interim guidelines on the method of calculation of the energy efficiency design index for new ships. London: International Maritime Organization, 2009.

4. Isanin, N. N. Morskoi entsiklopedicheskii spravochnik. Vol. 1-2. L.: Sudostroenie, 1987.

5. Zuev, V. A. Sredstvaprodleniya navigatsii na vnutrennikh vodnykhputyakh. L.: Sudostroenie, 1986.

6. Kashtelyan, V. I., Yu. N. Popov, and L. G. Tsoi. "Ob effektivnosti pnevmoomyvayushchego ustroistva i oblasti ego primeneniya na sudakh, plavayushchikh vo l'dakh." Trudy AANII 376 (1981): 67-84.

7. Evdokimov, S. I., V. I. Kashtelyan, V. K. Kagtelyan, V. K. Kovalenko, V. K. Tarasov, and Yu. S. Yurch-enko. Pat. 382544, IPC B63B 35/08. Ustroistvo dlya obespecheniya ledoprokhodimosti sudov. USSR, assignee. Publ. 23 May 1973.

8. Bykov, Yu. V., et al. Pat. 1125151, IPC B63B 35/08. Sudno ledovogo plavaniya. USSR, assignee. Publ. 23 Nov. 1984.

9. Kalinina, N. V. "Influence of pneumatic-washed device on icebreakers propulsion." Modern problems of science and education 1-1 (2015): 308.

10. Lisina, A. S. "Ustroistvo protivoobledenitel'noe." Problemy sovremennykh integratsionnykh protsessov iputi ikh resheniya: sbornik statei po itogam Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii. Ufa: Obshchestvo s ogranichennoi otvetstvennost'yu "Agentstvo mezhdunarodnykh issledovanii", 2018. 108-112.

11. Svistunov, B. I., B. P. Ionov., and A. N Il'chuk. "Issledovaniya raboty ledokola s sistemoi pnevmoobmyva (POU) pri forsirovanii torosistykh l'dov." Trudy AANII 376 (1981): 85-87.

12. Kashka, M. M., A. A. Smirnov, S. A. Golovinskii, V. M. Vorob'ev, A. Ryzhkov, and E. M. Babich. "The prospects for development of nuclear powered icebreaker fleet." Arctic: Ecology and Economics 3(23) (2016): 98-107.

ВЕСТНИК,

ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА

МОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА ИМЕНИ АДМИРАЛА С. О. МАКАРОВА,

13. Pustoshny, Alexander V., and Kirill E. Sazonov. "Issues related to raising the speeds of heavy-tonnage cargo vessels during year-round arctic operations." Arctic: Ecology and Economics 3(27) (2017): 103-110. DOI: 10.25283/2223-4594-2017-3-103-110.

14. Sazonov, Kirill Ye. "Ship ice propulsion performance developments in the XXIst century." Transactions of the Krylov State Research Centre 2(384) (2018): 9-28.

15. Loboda, B. N., L. V. Belov, A. N. Kaverzniev, A. I. Gitelman, I. N. Khasov, V. V. Ogniev, V. G. Pildish, and V. I. Solonin. "Compact turbine-compressor plants of dual use." Shipbuilding 3(766) (2006): 40-42.

16. "Reducing ice friction since 1969." Arctic Passion News 19 (2020): 18-19.

17. Erofeyev, Valentin L., Vladimir A. Zhukov, and Olesya V. Melnik. "On the possibilities of using secondary energy resources in marine engine." Vestnik Gosudarstvennogo universiteta morskogo i rechnogo flota imeni admirala S. O. Makarova 9.3 (2017): 570-580. DOI: 10.21821/2309-5180-2017-9-3-570-580.

_ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ_

Жуков Владимир Анатольевич —

доктор технических наук, доцент ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова»

198035, Российская Федерация, г. Санкт-Петербург, ул. Двинская, 5/7

e-mail: va_zhukov@rambler.ru, zhukovva@gumrf.ru

Степанов Евгений Андреевич — аспирант

Научный руководитель:

Жуков Владимир Анатольевич

ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала

С. О. Макарова»

198035, Российская Федерация, г. Санкт-Петербург,

ул. Двинская, 5/7

e-mail: kaf_sdvs@gumrf.ru

Ерофеев Валентин Леонидович —

доктор технических наук, профессор

ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала

С. О. Макарова»

198035, Российская Федерация, г. Санкт-Петербург,

ул. Двинская, 5/7

e-mail: kaf_sdvs@gumrf.ru

INFORMATION ABOUT THE AUTHORS Zhukov, Vladimir A. —

Dr. of Technical Sciences, associate professor Admiral Makarov State University of Maritime and Inland Shipping

5/7 Dvinskaya Str., St. Petersburg, 198035, Russian Federation

e-mail: va_zhukov@rambler.ru, zhukovva@gumrf.ru Stepanov, Evgenij A. — Postgraduate Supervisor: Zhukov, Vladimir A.

Admiral Makarov State University of Maritime and Inland Shipping

5/7 Dvinskaya Str., St. Petersburg, 198035,

Russian Federation

e-mail: kaf_sdvs@gumrf.ru

Erofeev, Valentin L. — Dr. of Technical Sciences,

professor

Admiral Makarov State University of Maritime and Inland Shipping

5/7 Dvinskaya Str., St. Petersburg, 198035, Russian Federation e-mail: kaf_sdvs@gumrf.ru

Статья поступила в редакцию 6 апреля 2022 г.

Received: April 6, 2022.

2 2

СО

Г039

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.