Совершенствование энергосберегающих систем малооборотных дизелей на основе параметрической и схемной оптимизации и исследования статических характеристик

• Автор: Седельников, Геннадий Дмитриевич
• Шифр специальности: 05.04.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Комсомольск-на-Амуре
• Количество страниц: 376 с. : ил.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ГЛАВА 1. ВТОРИЧНЫЕ ЭНЕРГОРЕСУРСЫ МОД И СПОСОБЫ ИХ

ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

1Л. Современные МОД ведущих дизелестроительных фирм

1ЛЛ. Современные МОД фирмы MAN B&W Diesel A/S

1Л .2. МОД фирмы Wartsila New Sulzer Diesel

1 Л.З. Современные МОД фирмы Mitsubishi Heavy Industries

1 Л.4. Отечественные (лицензионные) МОД

1.2. Количественный и качественный анализ вторичных энергоресурсов МОД

1.2.1. Энергетический баланс МОД

1.2.2. Эксергетический баланс МОД

1.2.3. Результаты анализа вторичных энергоресурсов МОД
1.3. Потребители тепловой и электрической энергии на морских транспортных судах
1.3.1. Тепловые потребители
1.3.2. Потребители электрической энергии
1.4. Анализ современного состояния использования вторичных энергоресурсов МОД
1.4.1. Традиционные системы утилизации теплоты
1.4.2. Комплексные системы утилизации
1.4.3. Турбокомпаундные, валогенераторные и комбинированные
системы
1.4.4. Использование холодильных машин, тепловых насосов и органических теплоносителей в утилизационных установках

1.4.5. Сравнение эффективности энергосберегающих
систем МОД
1.4.6. Классификация энергосберегающих систем судовых дизелей
1.5. Постановка задачи исследования
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
И ОПТИМИЗАЦИИ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ
2.1. Специфика решаемой задачи и ее математическая формулировка
2.2. Объекты оптимизации и принципы их исследования
2.3. Графы систем утилизации теплоты и их анализ
2.4. Выбор комплекса оптимизируемых параметров
2.5. Критерии эффективности ГД и дизельной установки
2.5.1. Показатели энергетической эффективности
2.5.2. Массовые показатели
2.5.3. Технико-экономические показатели
2.5.4. Выбор целевой функции
2.6. Анализ эффективности и выбор метода нелинейного программирования
2.6.1. Классификация методов нелинейного программирования
2.6.2. Расчетное исследование эффективности методов нелинейного программирования
ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ МОД С ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮ
ЩИМИ СИСТЕМАМИ
3.1. Параметры и характеристики МОД на номинальном и долевых режимах работы
3.2. Математические модели основных блоков систем
утилизации теплоты МОД
3.2.1. Блок утилизационного котла
3.2.2. Блок утилизационного турбогенератора

3.2.3. Блок воздухоохладителя
3.2.4. Контур пресной охлаждающей воды
3.2.5. Блок маслоохладителя ГД
3.3. Алгоритм расчета тепловой схемы комплексной системы утилизации теплоты
3.4. Определение характеристик замыкающих звеньев
3.5. Особенности моделирования валогенераторных, турбокомпаундных и комбинированных систем
3.6. Программный комплекс для оптимизационных
исследований энергосберегающих систем МОД
ГЛАВА 4. ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ И СХЕМНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ МОД МОРСКИХ ТРАНСПОРНЫХ СУДОВ
4.1. Формирование исходных данных
4.1.1. Данные главного двигателя

4.1.2. Общесудовые данные
4.1.3. Данные вспомогательной установки
4.2. Танкер дедвейтом 60 тыс. тонн отечественной постройки
4.2.1. Результаты оптимизации энергосберегающих систем МОД 8L60MC при работе дизельгенераторов на легком
^ топливе
4.2.2. Основные результаты оптимизации утилизационных систем при работе дизельгенераторов на тяжелом
топливе
4.3. Танкер-продуктовоз дедвейтом 45 тыс. тонн (проект Болгарии)
4.3.1. О соотношении цен на альтернативное энергетическое оборудование для условий отечественной и зарубежной
постройки судна
' 4.3.2. Основные результаты оптимизации энергосберегающих
систем МОД 4RTA84M:
дит насыщенный пар. Остальные могут использоваться в составе СГУТ, однако они были спроектированы для работы с судовыми ГД предыдущих поколений, температура отработавших газов которых была не менее 330 — 350 °С. По данным [26,125,34] зарубежные фирмы предлагают для современных МОД новые УК блочной конструкции на базе унифицированных элементов поверхностей нагрева.
Другим направлением совершенствования УК является использование оребренных поверхностей нагрева [85,18,43,59], что особенно важно в современных условиях, т.к. позволяет даже при снижении температурных напоров получить относительно легкие и компактные конструкции. Такие котлы выпускают заводы Великобритании, Швеции, Дании, Японии, Германии, Польши, России [85].
На отечественных судах морского флота в составе утилизационных установок применяются турбогенераторы ТГУ-500, ТГУ-800, ТГУ-1000. Их технические параметры приведены в [78,18,84]. Используются паровые турбины активного типа с двухвенечным колесом скорости и ступенями давления. Удельный расход пара составляет 6,8 - 8,1 кг/кВт-ч. Однако данный показатель не отражает истинного совершенства конструкции УТГ, т.к. зависит еще и от параметров пара на входе в турбину и давления в конденсаторе. Расчетом установлено, что КПД отечественных турбогенераторов лежит в пределах 59,1 - 60,6%.
За рубежом проводились работы по созданию высокоэкономичных УТГ. Турбины с одно- двухвенечным колесом скорости и 4 — 5 ступенями давления уступили место турбинам с развитой проточной частью (регулировочная ступень и 12 - 14 ступеней давления). Удельный расход пара для них составляет
6,5 - 7,5 кг/кВт-ч. Такие УТГ созданы в Японии, Германии, Англии [126,85]. Так, фирмой «Шинкокинзоки Индастри Хиросима» (Япония) изготовлена 12-ступенчатая турбина мощностью 700 кВт. При давлении пара 0,4 МПа и температуре 260 °С удельный расход пара составляет 7,1 кг/кВт-ч. Фирма «Бразер-худ» (Англия) с начала 80-х годов выпускает высокоэкономичные турбогенераторы с удельным расходом пара 7,3 — 7,6 кг/кВт-ч. Фирма МАИ В&У приводит в [194] графики влияния мощности, параметров пара и нагрузки УТГ на его