Методы обеспечения надежности и безопасности судовых энергетических установок на основе имитационного моделирования

• Автор: Медведев, Валерий Викторович
• Шифр специальности: 05.08.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 540 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ И ВЫБОР ПУТЕЙ ЕЕ РЕШЕНИЯ

1.1 Анализ данных по отказам, обзор литературных источников, выбор методов исследования обеспечения надежности и безопасности СЭУ
1.2 Обоснование возможности использования имитационного моделирования для обеспечения надежности и безопасности СЭУ
1.3 Разработка методики и рекомендаций по организации процедуры имитационного моделирования применительно к СЭУ

2 ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ ГЛАВНОГО

СУДОВОГО ДИЗЕЛЯ ПО РЕСУРСНЫМ ПОКАЗАТЕЛЯМ

• 2.1 Основные принципы и предпосылки применения имитационного

моделирования для прогноза и оценки надежности и безопасности главного судового дизеля

2.2 Выбор основных соотношений для прогноза ресурсных показателей двигателя

2.2.1 Прогнозирование остаточного ресурса деталей по критерию износа
2.2.2 Прогнозирование наработки до отказа деталей по критерию усталостной прочности
2.2.2.1 Определение наработки деталей судовых ДВС до образования видимых трещин
2.2.2.2 Оценка ресурса коленчатых валов судовых дизелей
2.2.2.3 Оценка остаточной наработки до отказа детали с трещиной
2.3 Основные подходы к расчету характеристик надежности дизеля как сложной системы
2.3.1 Аварийное предельное снижение мощности и частоты
вращения главного судового дизеля
2.3.1.1 Определение параметров аварийного дизеля, приводящих к его остановке из-за малости оборотов

2.3.1.2 Определение параметров аварийного дизеля приводящих к потере возможности управлять судном
2.3.1.3 Аварийная работа дизеля при отключении цилиндров
2.3.1.4 Аварийное состояние турбокомпрессоров
2.3.2 Другие подходы
2.4 Выводы по главе
3 ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ СЭУ ПО УРОВНЯМ ВИБРАЦИИ И ШУМА
3.1 Основные принципы и предпосылки применения имитационного моделирования для прогноза и оценки уровней вибрации и шума
3.2 Метод прогноза и оценки риска превышения предельно допустимых уровней шума в машинном помещении с дизельной энергетической установкой
3.3 Метод прогноза и оценки риска превышения предельно допустимых уровней шума и вибрации в помещениях судна с дизельной энергетической установкой
3.3.1 Обзор существующих методов расчета
3.3.2 Новый метод расчета динамически связанных конструкций с высоким демпфированием
3.3.3 Результаты сопоставления расчетов по новому методу расчета динамически связанных конструкций с высоким демпфированием с данными экспериментов
3.3.4 Пример выполнения прогноза риска превышения нормативных значений уровней вибрации и шума в судовых помещениях
3.3.5 Возможное направление развития нового метода расчета звуковых вибраций высокодемпфированных сложных динамических структур
за счет учета энергии звукоизлучения
3.3.6 Возможное направление использования нового метода расчета для повышения надежности и безопасности судовых дизелей

3.4 Выводы по главе
4 ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ ПО ТЕПЛОВОМУ СОСТОЯНИЮ ДЕТАЛЕЙ ЭЛЕМЕНТОВ СЭУ
4.1 Основные принципы и предпосылки применения имитационного моделирования для прогноза и оценки теплового состояния деталей СЭУ
4.2 Результаты экспериментального и теоретического исследования гидродинамики и теплообмена пристенных струй, вытекающих в ограниченное пространство
4.2.1 Визуализация течения
4.2.2 Экспериментальное исследование поля скоростей в камерах с пристенными струями
4.2.3 Математическая модель струйного течения в ограниченном пространстве

4.2.4 Экспериментальное исследование теплообмена и гидравлики на моделях лопатки соплового аппарата первой ступени
4.3 Расчет и сравнение теплового состояния лопатки с продольными перегородками со штатной дефлекторной лопаткой
4.3.1 Температурное поле модельного варианта лопатки со вставными перегородками
4.3.2 Тепловое состояние штатной дефлекторной лопатки
4.3.3 Тепловое состояние лопатки с перегородками во внутренней полости
4.4 Пример применения прогноза и оценки риска превышения допустимых уровней температур в деталях главных судовых двигателей вследствие влияния технологических отклонений
4.5 Выводы по главе
5 ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕРОПРИЯТИЙ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ НАДЕЖНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ СЭУ
5.1 Выводы по главе

принимающим окончательное решение, обосновано предпринимать дальнейшие действия.
Следует также отметить длительный интерес (с конца 60-х - начала 70-х годов XX века) к проблеме исследований, с одной стороны, ЧМС с человеком-оператором в роли субъекта управления и, с другой, человека в роли объекта управления. Появились научные направления названные «инженерная психология» и «эргономика». В рамках этих направлений сформировался подход к человеку как к особому звену, включенному в систему технических средств, что позволяет решать вопросы повышения безопасности функционирования системы с учетом того, что критерием тяжести операторского труда становится объем перерабатываемой информации, а, следовательно, не только физическая тяжесть труда, но и его нервно-психическая напряженность. При этом определяющими в деятельности человека-оператора являются моторная и сенсорная способности.

Согласно мнению H.A. Абрамовой и Д.А. Новикова, высказанному в предисловии к [123], «одна из основных идей этого направления состоит в том, что недостаточный учет свойств человека (человеческих факторов) при построении тех или иных систем, включающих человека, в основном, в роли оператора, может привести к неудовлетворительному решению поставленных задач, снижению надежности, уровня безопасности, достоверности и т п Еще одна важная для практики идея заключается в том, что задача выявления значимых человеческих факторов должна охватывать не только сами системы, но и процесс их проектирования». Учет влияния человеческого фактора на вероятность возникновения происшествия при выполнении судовым механиком технологических операций достаточно подробно рассмотрен в работе [43]. Однако в ней не рассматривалось воздействие шума и вибрации, как на моторную, так и на сенсорную способности человека. Причем в большей степени на сенсорную, которая заключается в обмене зрительной информации с центральной нервной системой (т.е. знаниями - памятью). В настоящей работе