GRNTI 26.03 Общественно-политическая мысль
GRNTI 43.01 Общие вопросы естественных и точных наук
GRNTI 44.01 Общие вопросы энергетики
GRNTI 45.01 Общие вопросы электротехники
GRNTI 50.01 Общие вопросы автоматики и вычислительной техники
GRNTI 62.01 Общие вопросы биотехнологии
GRNTI 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
GRNTI 70.01 Общие вопросы водного хозяйства
GRNTI 73.34 Водный транспорт
The article considers the current methods of calculating norms of lubricating oil consumption by marine diesels that provide for three causes of oil loss: oil burning, evaporation rate, and replacement expense. According to the manual, the lubricating oil consumption for replacement is considered only in trunk diesel engines; in main crosshead diesel engines with capacity over 3000 kW it is not considered and not performed. The lubricating oil consumption norms are proposed to carry out in terms of burnout and evaporation, according to the methods of determining fuel consumption norms. To determine consumption norms, it is necessary to know the oil consumption characteristic in relation to the load of the diesels and the load distribution in the ship operating mode. In the low speed crosshead diesel engines the circulating oil is only consumed for evaporation, but the trunk diesel engines consume oil for evaporation, burnout and replacement. The diagram of dependence of the relative cylinder oil consumption on the relative load of the diesel engine in the helical characteristic mode is illustrated. A simplified technological scheme of low-tonnage regeneration of the used motor oils is presented. It is proposed to calculate the oil consumption by the lubrication pump according to a nonlinear dependence based on the speed of the crankshaft at a specific mode. The analysis of the evaporation and burnout is recommended to carry out using a linear relationship, subject to oil consumption in the idle mode. The cost of circulating oil replacement is recommended to calculate according to the diesel operating time. Application of the used lubricating oil regeneration by means of a ship small-sized plant allows to achieve the oil consumption reduction by 19-48% depending on the ship operating mo
diesel engine load modes, characteristics of the lubricating oil consumption rate, lubricating oil consumption rate, lubricating oil regeneration, cylinder oil
Введение
Экономию смазочного масла можно получить как за счет разработки и внедрения инновационных технологий, так и внедрения технически обоснованных норм расхода.
Существующие методики расчета норм расхода смазочного масла судовыми дизелями учитывают три составляющие потерь масла [1–3]:
– расход на угар;
– расход на испарение;
– расход на замену.
Расход масла на замену согласно инструкции [1] учитывается только в тронковых дизелях и в крейцкопфных дизелях мощностью до 3 000 кВт. У дизелей мощностью свыше 3 000 кВт эта составляющая не учитывается, т. к. замена циркуляционного масла не производится.
Доливку масла в циркуляционную цистерну при работе главного дизеля (ГД) обычно производят раз в десять дней. В работе [4] норма расхода масла жестко привязана к расходу топлива по факту.
Нормирование расхода смазочного масла предлагается выполнять исходя из методики нормирования расхода топлива [5]. Для выполнения нормирования необходимо знать расходную характеристику масла в зависимости от режимов нагрузки дизелей и их распределение. При определении распределения нагрузки дизелей в эксплуатации можно воспользоваться аналитическими зависимостями или выполнить сбор данных по нагрузкам и построить законы их распределения [6, 7]. При этом законы распределения нагрузок характеризуются среднестатистической нагрузкой и среднеквадратичным отклонением
, которые лучше всего представлять в относительной форме.
Методика расчета расхода цилиндрового масла
Расход цилиндрового масла исходя из режима работы дизеля предлагается определять следующим образом.
Главные дизели работают, как правило, на гребной винт фиксированного шага, поэтому зависимость мощности от частоты вращения коленчатого вала в относительной форме носит кубический характер:
,
где – текущая мощность в относительных единицах;
– текущая частота вращения в относительных единицах;
– текущая и номинальная частоты вращения;
– текущая и номинальная мощности.
Зависимость относительной частоты вращения от относительной мощности дизеля имеет вид:
.
Подача цилиндрового масла смазочным насосом зависит от числа ходов привода, жестко связанного с частотой вращения коленчатого вала.
Расходная характеристика цилиндрового масла в относительных единицах имеет вид:
, (1)
где – относительный расход цилиндрового масла; Gц.м – текущий расход цилиндрового масла; Gном – расход цилиндрового масла на номинальном режиме.
График зависимости (1) приведен на рис. 1.
Рис. 1. Зависимость относительного расхода цилиндрового масла
от относительной нагрузки дизеля на режиме винтовой характеристики
Данную параболу (рис. 1) аппроксимируем полиномом второй степени, и получается уравнение
.
Тогда можно применить формулу для вычисления расхода цилиндрового масла с учетом режимов работы ГД, приведенную в работах для топлива [1, 2, 4]:
. (2)
Часовой расход цилиндрового масла определяется по формуле
(3)
где gм – удельный эффективный расход цилиндрового масла на номинальной мощности.
Методика расчета смазочного масла на испарение и угар
Расход смазочного масла на испарение и угар (доливку) определяется исходя из расходной характеристики масла и нагрузки дизеля. В связи с тем, что в существующей литературе практически нет данных по расходу смазочного масла в зависимости от нагрузки, в первом приближении можно допустить, что эта зависимость от индикаторной мощности носит линейный характер, особенно в области, близкой к номинальной мощности:
где – относительный расход циркуляционного масла.
Для зависимости расхода масла от эффективной мощности следует учитывать, что при работе на холостом ходу индикаторная мощность не равна нулю и расход масла существует. Эту долю расхода можно рассчитать исходя из индикаторной мощности холостого хода или, что проще, с использованием значения его эффективной мощности и механического КПД:
. (4)
Значения параметров а и b для выражения (4) в относительной форме определятся следующим образом:
а = (1 – ηm);
b = ηm,
где ηm – механический КПД дизеля.
Тогда с учетом выражения (2) формула для определения расхода циркуляционного масла на угар и испарение по отношению к режиму номинальной мощности (рис. 2) имеет вид:
Рис. 2. Зависимость относительного расхода циркуляционного масла
от относительной нагрузки дизеля
Если значение ηm неизвестно, то согласно рекомендациям работы [8] его можно принять
в первом приближении: ηm = 0,8.
Расход смазочного масла на замену зависит от объема циркуляционной цистерны и наработки дизеля и определяется по формуле
,
где V – объем смазочного масла в системе смазки, м3; ρ = 0,91– плотность масла, т/м3; Т = 1 000 – срок службы масла, ч.
Суммарный расход масла на угар, испарение и замену определяется по формуле
Gм.о = Gцирк. м + Gсм. (5)
Часовой расход цилиндрового масла для ГД следует вычислять по формуле (3).
Что касается вспомогательных дизель-генераторов (ВДГ), то здесь необходимо учесть работу одного ВДГ и двух ВДГ в параллель:
,
где q1, q2 – доля работы одного ВДГ и двух ВДГ в параллель за исследуемый период наработки; gцирк. м – удельный эффективный расход циркуляционного масла на номинальной мощности.
Учет инновационной технологии регенерации при расчете смазочного масла на испарение и угар
Суть инновационной технологии регенерации смазочного масла заключается в том, что отработанное смазочное масло вначале очищается от механических примесей и воды в отдельной фазе, так что остается только эмульгированная и мелкодисперсные фазы, не удаляемые штатными судовыми средствами маслоочистки [9, 10]. Затем смазочное масло подогревается и подается в специально разработанную установку – циклонный испаритель, где происходит удаление эмульгированной и мелкодисперсной фазы воды и топлива [11, 12]. Далее вводятся легирующие присадки. Таким образом, полностью восстанавливаются эксплуатационные свойства масла: температура вспышки, вязкость, щелочное число [13].
Упрощенная схема процесса малотоннажной регенерации отработанных моторных масел (ОММ) приведена на рис. 3. [11]
Рис. 3. Технологическая упрощенная схема процесса малотоннажной регенерации ОММ
При рассматриваемом подходе в процессе регенерации ОММ используется очистительное оборудования штатных судовых систем судовых энергетических установок (СЭУ). Выполнение таких основных требований на регенерацию ОММ, как исключения транспортных расходов при сборе и доставке ОММ к местам регенерации; исключения необходимости расходов на процесс раздельного сбора отработанных смазочных материалов и использование для регенерации ОММ различных центробежных очистителей (ЦО) штатного оборудования, обслуживающего системы функционирования судовых силовых установок, обеспечивает эффективность использования горюче-смазочных материалов за счет снижения расходов на свежие моторные масла.
В случае применения такой инновационной технологии регенерации смазочного масла составляющую Gсм из формулы (5) можно исключить.
Пример расчета норм расхода смазочного масла для судовой дизельной установки «Кристалл-1»
На судне установлены главный двигатель марки К9Z60/105Е номинальной мощностью Ne ном = 6 615 кВт и три ВДГ марки 6NVD 48A-2 номинальной мощностью Ne ном = 735 кВт.
Часовой расход цилиндрового масла главного дизеля К9Z60/105Е составляет:
– на режиме «переход»
– на режиме «промысел»
где gм = 1,1 · 10–3 – удельный эффективный расход цилиндрового масла, кг/(кВт·ч); Nе ном = 6 615 – номинальная мощность, кВт.
Часовой расход циркуляционного масла главного двигателя К9Z60/105Е составляет:
– на режиме «переход»
– на режиме «промысел»
где gм. цирк = 0,45 · 10–3 – удельный эффективный расход циркуляционного масла, кг/(кВт·ч).
На режиме «промысел» среднесуточная продолжительность работы главного двигателя Тсут. пром = 5,0 ч, тогда суточный расход циркуляционного масла на режиме «промысел»
Суточный расход цилиндрового масла на режиме «промысел»
На режиме «переход» суточный расход циркуляционного масла
На режиме «переход» суточный расход цилиндрового масла
где Тсут. пр = 5,0 – среднесуточная наработка ГД на промысле, ч; 24 – число часов в сутках.
Нормы расхода смазочного масла ВДГ без применения инновационной технологии регенерации масла определяются следующим образом.
Смазочное масло расходуется на угар, испарения и замену. Расчет расхода масла на угар и испарение производится с учетом нагрузки каждого ВДГ и режима эксплуатации судна.
Часовой расход циркуляционного масла ВДГ на угар и испарение составляет:
– на режиме «переход»
где – относительная среднестатистическая нагрузка одного работающего ВДГ [14];
– относительная среднестатистическая нагрузка двух работающих ВДГ [14];
– среднестатистическая доля наработки одного ВДГ на переходах;
– среднестатистическая доля наработки двух ВДГ в параллель на переходах;
– на режиме «промысел»
где – относительная среднестатистическая нагрузка одного работающего ВДГ [14];
– относительная среднестатистическая нагрузка двух работающих ВДГ [14];
– среднестатистическая доля наработки одного ВДГ на промысле;
– среднестатистическая доля наработки двух ВДГ в параллель на промысле;
– на режиме «стоянка в море»
где – относительная среднестатистическая нагрузка одного работающего ВДГ [14];
– относительная среднестатистическая нагрузка двух работающих ВДГ [14];
– среднестатистическая доля наработки одного ВДГ на режиме «стоянка в море»;
– среднестатистическая доля наработки двух ВДГ в параллель на режиме «стоянка в море»;
– на режиме «стоянка в порту»
где – относительная среднестатистическая нагрузка одного работающего ВДГ [14];
– относительная среднестатистическая нагрузка двух работающих ВДГ [14];
– среднестатистическая доля наработки одного ВДГ на режиме «стоянка в порту»;
– среднестатистическая доля наработки двух ВДГ в параллель на режиме «стоянка в порту».
Расход смазочного масла на замену, отнесенный к наработке дизеля, кг/ч:
Расход смазочного масла судовой электростанцией (СЭС) на замену
– на режиме «переход»
– на режиме «промысел»
– на режиме «стоянка в море»
– на режиме «стоянка в порту»
Величины этих расходов для разных режимов представлены в табл. 1, а нормы расхода смазочных масел судовой дизельной установки (СДУ) приведены в табл. 2.
Таблица 1
Нормы расхода смазочного масла СЭС на угар, испарение и замену
|
Расход смазочного масла, кг/сут |
Режимы эксплуатации |
|||
|
Переход |
Работа |
Стоянка |
Стоянка |
|
|
На угар и испарение |
13,63 |
17,62 |
16,27 |
14,16 |
|
На замену |
15,22 |
15,89 |
14,98 |
12,79 |
|
Суммарный расход |
28,85 |
33,51 |
31,25 |
26,95 |
Таблица 2
Нормы расхода смазочного масла СДУ
|
Расход смазочного масла, кг/сут |
Режимы эксплуатации |
|||||
|
Переход |
Работа |
Стоянка |
Стоянка |
|||
|
ГД |
СЭС |
ГД |
СЭС |
СЭС |
СЭС |
|
|
Цилиндровое |
137,52 |
– |
21,65 |
– |
– |
– |
|
На угар и испарение |
49,15 |
13,63 |
6,65 |
17,62 |
16,27 |
14,16 |
|
На замену |
– |
15,22 |
– |
15,89 |
14,98 |
12,79 |
|
Суммарный расход циркуляционного масла |
78,0 |
40,16 |
31,25 |
26,95 |
||
В табл. 3 приведены рассчитанные нормы расхода масла с учетом внедрения инновационной технологии регенерации смазочного масла. Для того чтобы вставить в таблицы цифры, нужно норму часового расхода умножить на 24 ч.
Таблица 3
Нормы расхода смазочного масла СДУ
в случае применения инновационных технологий его регенерации
|
Расход смазочного масла, кг/сут |
Режимы эксплуатации |
|||||
|
Переход |
Работа |
Стоянка |
Стоянка |
|||
|
ГД |
СЭС |
ГД |
СЭС |
СЭС |
СЭС |
|
|
Цилиндровое |
137,52 |
– |
21,65 |
– |
– |
– |
|
На угар и испарение |
49,15 |
13,63 |
6,65 |
17,62 |
16,27 |
14,16 |
|
Суммарный расход циркуляционного масла |
62,78 |
24,27 |
16,27 |
24,27 |
||
|
Экономия циркуляционного масла, % |
19,5 |
39,6 |
47,9 |
39,6 |
||
В случае применения инновационной технологии регенерации отработанного смазочного масла следует исключить статью расхода смазочного масла на замену.
Заключение
Расчеты подтвердили, что с применением инновационной технологии восстановления эксплуатационных свойств смазочных масел посредством их регенерации экономия может составить от 19 до 48 % от общего расхода смазочного масла на СДУ.
Экономию расхода смазочного масла за счет регенерации весьма просто учесть при разработке норм. Таким образом, новые нормы будут контролировать применение инновационной технологии регенерации моторных масел.
1. Sobolenko A. N., Simashov R. R., Glazyuk D. K., Manicyn V. V. Opredelenie raskhoda topliva i motornogo masla sudovymi dizelyami s uchetom izmeneniya vneshnih uslovij ekspluatacii [Determining fuel and engine oil consumption by marine diesel engines taking into account changes in external operating conditions]. Vestnik Astrahanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriya: Morskaya tekhnika i tekhnologiya, 2017, no. 3, pp. 62-73.
2. Sobolenko A. N., Manicyn V. V. Opredelenie tekhnicheski obosnovannyh norm raskhoda goryuche-smazochnyh materialov SDU. Problemy transporta Dal'nego Vostoka [Regulating technically determined consumption rates for diesel fuels and lubricants. Problems of transport in the Far East]. Materialy XI Nauchno-prakticheskoj konferencii (Vladivostok, 05-07 oktyabrya 2015 g.). Vladivostok, Izd-vo DVO RAN, 2015. Pp. 175-176.
3. RD 31.27.35-87. Metodika normirovaniya individual'nyh norm raskhoda smazochnyh masel na rabotu sudov morskogo transportnogo flota [RD 31.27.35-87. Methods of rationing individual norms for lubricating oils consumption for marine transport fleet operation]. Leningrad, Izd-vo NIIPiN pri Gosplane SSSR, 1987. 34 p.
4. RD 34.10.563-94. Normirovanie raskhoda motornyh masel na ekspluatacionnye nuzhdy stacionarnyh dizel'nyh elektrostancij [RD 34.10.563-94. Rationing motor oils consumption for operational needs of stationary diesel power plants]. Moscow, SPO ORGRES, 1997. 8 p.
5. Shchagin V. V., Motornyj A. V., Kormushkin M. V. Metodika organizacii kontrolya i normirovaniya raskhoda topliva na sudah flota rybnoj promyshlennosti [Methods of organizing control and regulation of fuel consumption on vessels of fishing industry fleet]. Kaliningrad, Izd-vo KTIRPiH, 1976. 84 p.
6. Sobolenko A. N. Obespechenie bezopasnoj ekspluatacii glavnyh sudovyh dizelej: avtoreferat dis. … d-ra tekhn. nauk [Ensuring safe operation of main marine diesel engines: diss. abstr. ... dr. tech. sci.]. Vladivostok, 2002. 39 p.
7. Sobolenko A. N. Obobshchennye zavisimosti parametrov zakonov raspredeleniya nagruzok glavnyh dvigatelej rybolovnyh traulerov [Generalized dependences of parameters of load distribution laws of fishing trawler main engines]. Sudostroenie, 2001, no. 6, pp. 34-37.
8. GOST R 52517-2005 (ISO 3046-1:2002). Dvigateli vnutrennego sgoraniya porshnevye. Harakteristiki. Part 1. Standartnye iskhodnye usloviya, ob"yavlenie moshchnosti, raskhoda topliva i smazochnogo masla. Metody ispytanij [GOST R 52517-2005 (ISO 3046-1: 2002). Reciprocating internal combustion engines. Characteristics. Part 1. Standard baseline, declaration of power, consumption of fuel and lubricating oil. Test methods]. Moscow, Standartinform Publ., 2006. 32 p.
9. Kicha G. P. Ekspluatacionnaya effektivnost' novyh masloochistitel'nyh kompleksov v forsirovannyh dizelyah [Operational capacity of new oil cleaning systems in forced diesel engines]. Dvigatelestroenie, 1987, no. 6, pp. 25-27.
10. Tarasov V. V., Sobolenko A. N. Rekomendacii po glubine ochistki ot mekhanicheskih primesej regenerirovannyh motornyh masel raznyh ekspluatacionnyh grupp [Recommendations for purification rate from mechanical impurities of regenerated motor oils of various operational groups]. Morskie intellektual'nye tekhnologii, 2018, vol. 5, no. 4 (42), pp. 110-113.
11. Tarasov V. V. Eksperimental'noe issledovanie raboty ciklonnogo isparitelya regeneracionnoj ustanovki po udaleniyu toplivnyh frakcij iz otrabotannogo motornogo masla [Experimental study of regeneration unit cyclone evaporator operation for removal of fuel fractions from used engine oil]. Nauchnye problemy transporta Sibiri i Dal'nego Vostoka, 2015, no. 3, pp. 139-143.
12. Tarasov V. V., Sobolenko A. N. Issledovanie regressionnyh modelej effektivnosti regeneracii otrabotannyh motornyh masel sudovyh dizelej v ciklonnom isparitele «RUMS-1» [Studying regression models of used motor oils regeneration efficiency of marine diesel engines in cyclone evaporator “RUMS-1”]. Vestnik Inzhenernoj shkoly Dal'nevostochnogo federal'nogo universiteta, 2019, no. 3 (40), pp. 49-55. Available at: https://www.dvfu.ru/vestnikis/archive-editions/2-35/1/ (accessed: 20.09.2019).
13. Tarasov V. V., Sobolenko A. N. Vliyanie ekspluatacionnyh svojstv regenerirovannogo motornogo masla na iznashivanie sudovogo dizelya pri ego rabote na raznyh sortah topliva [Influence of operational properties of regenerated engine oil on wear of marine diesel engine operating on different grades of fuel]. Vestnik Astrahanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriya: Morskaya tekhnika i tekhnologiya, 2019, no. 4, pp. 71-81.
14. Opredelenie individual'nyh tekhnicheski obosnovannyh norm raskhoda goryuche-smazochnyh materialov SEU TR tipa «Tatarstan» i «Kristall-2» [Defining individual technically determined fuel and lubricants consumption norms of ship power plant simulator type Tatarstan and Crystal-2]. Otchet NIR (promezhutochnyj). Dal'rybvtuz. Nauchnyj rukovoditel': Manicyn V. V. Vladivostok, 1989. 50 p. HDT № 177/86-90. № gosudarstvennoj registracii 01860044670.
