ГРНТИ 26.03 Общественно-политическая мысль
ГРНТИ 43.01 Общие вопросы естественных и точных наук
ГРНТИ 44.01 Общие вопросы энергетики
ГРНТИ 45.01 Общие вопросы электротехники
ГРНТИ 50.01 Общие вопросы автоматики и вычислительной техники
ГРНТИ 62.01 Общие вопросы биотехнологии
ГРНТИ 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
ГРНТИ 70.01 Общие вопросы водного хозяйства
ГРНТИ 73.34 Водный транспорт
Существующие методики расчета норм расхода смазочного масла судовыми дизелями учитывают три составляющие потерь масла: расход на угар, расход на испарение, расход на замену. Согласно инструкции расход смазочного масла на замену учитывается только в тронковых дизелях, у главных крейцкопфных дизелей мощностью свыше 3 000 кВт замена масла не учитывается и не производится. Нормирование расхода смазочного масла на угар и испарение предлагается выполнять исходя из методики нормирования расхода топлива. Для выполнения нормирования необходимо знать расходную характеристику масла в зависимости от нагрузки дизелей и распределение нагрузок в зависимости от режима эксплуатации судна. В крейцкопфных малооборотных дизелях циркуляционное масло расходуется только на испарение, а в тронковых дизелях – на испарение, на угар и замену. Проиллюстрирован график зависимости относительного расхода цилиндрового масла от относительной нагрузки дизеля на режиме винтовой характеристики. Приведена технологическая упрощенная схема процесса малотоннажной регенерации отработанных моторных масел. Предложено расход масла смазочным насосом считать по нелинейной зависимости исходя из частоты вращения коленчатого вала на определенном режиме. Расчет на испарение и угар рекомендовано рассчитывать по линейной зависимости с учетом расхода масла на режиме холостого хода. Расход на замену циркуляционного масла предложено рассчитывать в зависимости от его наработки. Применение регенерации отработанного смазочного масла посредством судовой малогабаритной установки позволит добиться снижения расхода масла на 19–48 % в зависимости от режима эксплуатации судна
режимы нагрузки дизеля, расходные характеристики смазочного масла, нормы расхода смазочного масла, регенерация смазочного масла, цилиндровое масло
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. Соболенко А. Н., Симашов Р. Р., Глазюк Д. К., Маницын В. В. Определение расхода топлива и моторного масла судовыми дизелями с учетом изменения внешних условий эксплуатации // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. Сер.: Морская техника и технология. 2017. № 3. С. 62-73.
2. Соболенко А. Н., Маницын В. В. Определение технически обоснованных норм расхода горюче-смазочных материалов СДУ // Проблемы транспорта Дальнего Востока: материалы XI Науч.-практ. конф. (Владивосток, 05-07 октября 2015 г.). Владивосток: Изд-во ДВО РАН, 2015. С. 175-176.
3. РД 31.27.35-87. Методика нормирования индивидуальных норм расхода смазочных масел на работу судов морского транспортного флота. Ленинград: Изд-во НИИПиН при Госплане СССР, 1987. 34 с.
4. РД 34.10.563-94. Нормирование расхода моторных масел на эксплуатационные нужды стационарных дизельных электростанций. М.: СПО ОРГРЭС, 1997. 8 с.
5. Щагин В. В., Моторный А. В., Кормушкин М. В. Методика организации контроля и нормирования расхода топлива на судах флота рыбной промышленности. Калининград: Изд-во КТИРПиХ, 1976. 84 с.
6. Соболенко А. Н. Обеспечение безопасной эксплуатации главных судовых дизелей: автореф. дис. … д-ра техн. наук. Владивосток, 2002. 39 с.
7. Соболенко А. Н. Обобщенные зависимости параметров законов распределения нагрузок главных двигателей рыболовных траулеров // Судостроение. 2001. № 6. С. 34-37.
8. ГОСТ Р 52517-2005 (ИСО 3046-1:2002). Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Характеристики. Ч. 1. Стандартные исходные условия, объявление мощности, расхода топлива и смазочного масла. Методы испытаний. М.: Стандартинформ, 2006. 32 с.
9. Кича Г. П. Эксплуатационная эффективность новых маслоочистительных комплексов в форсированных дизелях // Двигателестроение. 1987. № 6. С. 25-27.
10. Тарасов В. В., Соболенко А. Н. Рекомендации по глубине очистки от механических примесей регенерированных моторных масел разных эксплуатационных групп // Мор. интеллектуал. технологии. 2018. Т. 5. № 4 (42). С. 110-113.
11. Тарасов В. В. Экспериментальное исследование работы циклонного испарителя регенерационной установки по удалению топливных фракций из отработанного моторного масла // Науч. пробл. трансп. Сибири и Дальнего Востока. 2015. № 3. С. 139-143.
12. Тарасов В. В., Соболенко А. Н. Исследование регрессионных моделей эффективности регенерации отработанных моторных масел судовых дизелей в циклонном испарителе «РУМС-1» // Вестн. Инженер. шк. Дальневосточ. федерал. ун-та. 2019. № 3 (40). С. 49-55. URL: https://www.dvfu.ru/vestnikis/archive-editions/2-35/1/ (дата обращения: 20.09.2019).
13. Тарасов В. В., Соболенко А. Н. Влияние эксплуатационных свойств регенерированного моторного масла на изнашивание судового дизеля при его работе на разных сортах топлива // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. Сер.: Морская техника и технология. 2019. № 4. С. 71-81.
14. Определение индивидуальных технически обоснованных норм расхода горюче-смазочных материалов СЭУ ТР типа «Татарстан» и «Кристалл-2»: отчет НИР (промежуточный) / Дальрыбвтуз; науч. рук.: Маницын В. В. Владивосток, 1989. 50 с. ХДТ № 177/86-90. № гос. рег. 01860044670.
