WWW.BOOK.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные ресурсы
 


Pages:     | 1 || 3 | 4 |

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ МОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА ...»

-- [ Страница 2 ] --

На основании имеющегося статистического материала по нагрузкам и частоте вращения двигателя можно определить характерные режимы работы по приведенной на рис. 2 б гистограмме, откуда видно, что наибольшее количество времени (примерно 9500 ч) двигатель работает при частоте вращения коленчатого вала n = 600–699 мин-1. При частоте вращения 1500 мин-1 двигатель к6 отработал примерно 1000 ч эксплуатационного времени при нагрузке, в соответствии с рис. 3, равной 40 % Neном, что также подтверждается временем работы двигателя (примерно 1000 ч) при ы 52 режиме 40 % Neном в соответствии с рис. 2 а.

Испытания двигателей фирмы «Caterpillar» серии САТ 3500В дизельной энергетической установки морских буксиров выполнены в соответствии с разработанной и согласованной с судовладельцем программой испытаний, основанной на рекомендациях завода-изготовителя двигателей САТ 3500В.

Условия проведения ходовых и швартовных испытаний:

– температура охлаждающей жидкости зарубашечного пространства составляет не менее 60 °С;

– волнение моря – не более 3–4 балла;

– скорость ветра – не более 5 м/с;

– диапазон частоты вращения коленчатого вала двигателя – от 1500 мин-1 до 700 мин-1 с шагом 100 мин-1 при уменьшении и увеличении нагрузки. Подключение и установка диагностического адаптера осуществляется согласно штатному расположению соединительных разъемов [3].

При анализе проведенных операций (швартовный или ходовой режим) были определены основные показатели нагрузок на главные двигатели в зависимости от частоты вращения.

На рис. 3 приведены такие зависимости нагрузок, откуда видно, что на протяжении всего диапазона частоты вращения двигателя от 1500 мин-1 до 700 мин-1 разница между нагрузкой при швартовном и ходовом режимах работы составляет 10 %. Анализ работы показал, что от общего времени швартовной операции не более 1 % приходится на работу двигателя на максимальной нагрузке (50 % Neном), остальное время соответствует малым нагрузкам (от 5 % до 25 % Neном).

Из рис. 3 видно, что характер изменения нагрузки от частоты вращения ГД в диапазоне от 1500 до 700 мин-1 на швартовном режиме работы лежит в пределах от 50 % до 7 % Neном, на ходовом режиме – от 40 % до 3 % Neном.

Рис. 3. Зависимость нагрузки от частоты вращения главного двигателя САТ 3500В

–  –  –

хода топлива на ходовых режимах работы двигателя путем сравнения с эталонным значением (стендовые испытания). Из рис. 4 а видно, что удельный расход топлива при нагрузке от 10 % до 40 % Neном практически совпадает с данными, полученными при стендовых испытаниях двигателя САТ 3500В, что свидетельствует о необходимости эксплуатации двигателей на этих режимах. При сравнении удельного расхода топлива, полученного при ходовых испытаниях, со стендовыми испытаниями видно, что эксплуатация двигателя при частоте вращения менее 900 мин-1 приводит к повышенному расходу топлива.

а)

–  –  –

Ввиду того, что показатель нагрузки в условиях эксплуатации обслуживающий персонал определить не может, на рисунке 4 б удельный расход топлива приведен в зависимости от частоты вращения двигателя, откуда видно, что режим 900–1500 мин-1 соответствует эффективному расходу топлива, полученному при стендовых испытаниях типоразмера двигателя САТ к6

3500В.ы

Оценка технического состояния при помощи штатных контрольно-измерительных приборов и переносной системы диагностики (САТ ЕТ) – достаточно трудоемкий процесс для ВОД, работающих в порту.





Отдельные измерения параметров и их сопоставление с данными, полученными при стендовых испытаниях, не дают полного представления о техническом состоянии двигателя и его систем. Большую часть эксплуатационного времени нагрузка на двигатель составляет до 10 % Neном, при которой удельный расход топлива завышен, что может привести к нестабильной работе отдельных систем и узлов двигателя (топливной аппаратуры) к повреждению компенсаторов газовыпускного тракта, а также повреждению рабочих лопаток ТК) на таких режимах эксплуатации.

Выполненный анализ испытаний ВОД САТ 3500В позволил сделать выводы и дать рекомендации судовладельцу по существующим режимам работы.

Значительную часть эксплуатационного периода морских буксиров главные высокооборотные двигатели работают в диапазоне нагрузок до 50 % от номинальной мощности двигателя, причем для работы на нагрузках до 10–15 % Neном (при частоте вращения коленчатого вала двигателя, равной 650–700 мин-1) приходится 80 % эксплуатационного времени.

Нагрузка для двигателей на швартовных режимах больше примерно на 10 % по отношению к нагрузкам на ходовых режимах в эксплуатации во всем диапазоне частоты вращения двигателя.

При швартовном режиме работы морского буксира максимальная нагрузка на ГД составляет до 50 % Neном. Продолжительность работы при такой нагрузке равна 1 % от общего времени швартовной операции.

При данных режимах работы для сокращения расхода топлива необходимо не допускать работу двигателей при нагрузках до 10–15 % Neном, а увеличить до 20 % Neном. Технически для исследуемых буксиров, использующих в составе пропульсивного комплекса винторулевые колонки, увеличить нагрузку реально при неизменной частоте вращения двигателя.

Частота вращения двигателя при ходовом режиме работы должна быть не менее 1000 мин-1.

Необходимо использовать существующую систему контроля параметров работы главного двигателя САT ЕТ, проводить ежемесячный мониторинг [3].

–  –  –

В статье рассматриваются вопросы качества электрической энергии в судовых единых электроэнергетических системах (ЕЭЭС) с гребными электрическими установками (ГЭУ). В таких системах используются различные полупроводниковые преобразователи электрической энергии, мощность которых соизмерима с мощностью самой ЕЭЭС. При этом наблюдается заметное ухудшение качества электрической энергии, что, в свою очередь, оказывает негативное влияние на работу судовых потребителей.

Приводится краткий анализ негативного влияния полупроводниковых преобразователей на качество электрической энергии и методы ее улучшения с помощью использования нового поколения полупроводниковых элементов в совокупности с преобразователем частоты со звеном постоянного тока.

In article questions of quality of electrical energy in ship combined electrical power systems (SCEES) with the electrical propulsion system (EPS) are considered. In such systems different semiconductor transformers of the electrical energy which power is commensurable with a power of SCEES are used. Noticeable deterioration of electrical energy is thus watched that in turn has a negative influence on work of ship customers. The short analysis of a negative influence of semiconductor transformers is provided in article on quality of electrical energy and methods of its improving by using a new generation of semiconductor elements in conjunction with the frequency converter with a direct current link.

Ключевые слова: ЕЭЭС, ГЭУ, качество, преобразователи, ледоколы.

Key words: ship combined electrical power systems (SCEES), electrical propulsion system (EPS), quality, transformers, Icebreakers.

Е ДИНЫЕ электроэнергетические системы (ЕЭЭС) судов ледового плавания и ледоколов имеют в своем составе гребные электрические установки (ГЭУ), которые являются потребителями соизмеримой с электростанцией мощности. Как правило, гребные электродвигатели (ГЭД) получают питание от мощных преобразователей частоты, управляемых или неуправляемых выпрямителей (рис. 1 и 2).

Выбор ГЭД зависит от типа преобразователя, расположения, количества и мощности двик6 гателей, способа охлаждения и частоты вращения гребного винта. При мощностях свыше 1 МВт ГЭД синхронного типа превосходит по массогабаритным показателям ГЭД асинхронного типа.

ы 56 Кроме того, следует отметить и другие достоинства синхронных машин, такие как больший воздушный зазор и возможность работы с cos = 1 [2]. В свою очередь, асинхронные машины имеют меньшую стоимость и высокую надежность, связанную с простотой их конструкции. На мощностях до 400–500 кВт асинхронные ГЭД имеют лучшие массогабаритные показатели по сравнению с синхронными. Перспективными являются двигатели с постоянными магнитами, используемые в движителях Siemens Schottel Propulsor (SSP) и Azipod Compact компании АВВ [5].

Рис. 1. ГЭУ пассажирского парома с системой AZIPOD Compact

–  –  –

низкий КПД из-за двойного преобразования энергии.

Появление нового поколения полупроводниковых элементов, отличающихся высоким быстродействием и предельным значением коммутируемой мощности при очень малой мощности управления, позволяет эффективно использовать ПЧПТ. Повышение номинальных параметров запираемых тиристоров и силовых транзисторов позволяет охватить практически весь мощностной диапазон регулируемого привода. Таким образом, КПД мощных преобразователей (ПЧПТ) может достигать в номинальных режимах 95–99 %.

В ПЧПТ с появлением IGBT-транзисторов и запираемых (GTO) тиристоров появилась возможность использовать неуправляемые диоды для выпрямления переменного тока. Выпрямитель, работающий по трехфазной мостовой схеме, наиболее распространен в судовых ЕЭЭС. Нагрузка на часть периода подключается к двум различным фазам синхронного генератора. Таким образом, при работе синхронного генератора на выпрямительную нагрузку ток в фазах обмотки статора является несинусоидальным. Наблюдаются перерывы тока, связанные с закрытием отдельных вентилей. Первая гармоника фазного тока статора при этом отстает от напряжения генератора на угол, примерно равный 0,5–0,6 угла коммутации. Искажается и напряжение на зажимах синхронного генератора. Степень и характер этого искажения определяются коммутационными процессами в выпрямителе, имеющими интервал повторяемости, равный трем. Поэтому за период изменения ЭДС синхронного генератора в кривой его линейного напряжения появляется шесть характерных коммутационных искажений. Искажение напряжения и наличие в его составе высших гармонических составляющих тока отрицательно сказываются на работе судовых потребителей электроэнергии (рис. 3) [1].

Рис. 3. Изменение ЭДС и напряжения в ПЧПТ

Наличие таких потребителей приводит к отрицательному воздействию на основную сеть переменного тока, заключающемуся в генерации высших гармонических составляющих тока и напряжения. Последние, в свою очередь, повышают вероятность возникновения резонансных явлений в судовых автоматизированных электроэнергетических системах (САЭЭС), нарушают работу программного обеспечения вычислительных и управляющих устройств, релейной защиты и автоматики, вызывают ускоренное старение изоляции основного электрооборудования, снижают надежность электроснабжения потребителей.

В настоящее время на судах ледового плавания и ледоколах с ЕЭЭС наиболее широкое прик6 менение получили схемы ПЧПТ (рис. 4). При этом для снижения коэффициента несинусоидальности и повышения качества электрической энергии используют 12-пульсные схемы (рис. 4 б), а ы

–  –  –

Благодаря использованию ШИМ-технологии преобразования, влияние таких преобразователей на качество электрической энергии сведено к минимуму [4]. На рис. 5 приведен график влияния высших гармонических составляющих для систем с 6-, 12-пульсным и активным (AFE) выпрямителями в составе ПЧПТ. Помимо прочего использование ПЧПТ с AFE выпрямителем позволяет получить коэффициент мощности ЕЭЭС, близкий к единице. Такие преобразователи могут быть использованы в качестве компенсаторов реактивной мощности и даже активных фильтров [3].

<

–  –  –

Традиционными средствами обеспечения качества электроэнергии в судовой сети являлись конденсаторные батареи с постоянной емкостью, снабженные электромеханическими коммутирующими устройствами и пассивные фильтры. Однако совершенствование вычислительной техники определило развитие управления качеством электроэнергии по двум основным направлениям. Первое из них связано с совершенствованием силовых исполнительных узлов и элементов системы управления, второе определяется поиском оптимальных структур и алгоритмов работы элементов и системы в целом. Таким образом, наличие средств вычислительной техники в системе управления позволяет использовать сложные и эффективные алгоритмы численной обработки сигналов, значительно увеличив точность коррекции возмущений в электроэнергетической системе судна.

Список литературы

1. Агунов А. В. Управление качеством электроэнергии при несинусоидальных режимах: науч.

изд. / А. В. Агунов. – СПб.: Изд. СПбГМТУ, 2009. – 133 с.

2. Романовский В. В. Перспективы модернизации гребных электрических установок ледоколов / В. В. Романовский, В. С. Иванов, А. И. Лебедев // Морской Вестник.– 2013. – № 2(11). – С. 56–59.

3. Пронин М. В. Активные фильтры высших гармоник направления развития / М. В. Пронин // Новости электротехники. – 2006. – № 2 (38).

4. Современные преобразователи частоты: методы управления и аппаратная реализация [Электронный ресурс] // Силовая электроника. – 2004. – № 1. – Режим доступа: http://www.power-e.ru/ pdf/2004_01_50.pdf, свободный. – Загл. с экрана.

5. Движительная установка Azipod VI безопасная, эффективная и экологически чистая навигация в ледовых условиях [Электронный ресурс] // Сайт компании ABB. – Режим доступа: http:// www05.abb.com/global/scot/scot293.nsf/veritydisplay/56184f24de9dfa99c1257a0f002dc565/$file/ABB_ Finland_Icebreaker_brochure_2012_ru_web.pdf, свободный. – Загл. с экрана.

–  –  –

В статье рассмотрена структура работы устройства, позволяющего улучшить качество электрической энергии. Разработана математическая модель однофазной сети и однофазного источника питания, работающего через инвертор. На основании математической модели разработана и исследована к6 имитационная модель предлагаемого устройства в программе MATLAB. Рассмотрена параллельная работа инвертора и однофазной сети с нулевым фазовым сдвигом, исследованы характеристики зависимости ы 60 напряжения от времени работы. Исследована параллельная работа преобразователя и однофазной сети с фазовым сдвигом, равным 60 градусов. Выявлен положительный эффект и определены недостатки при внедрении данного устройства.

In article are considered structure of operation of the device allowing to improve quality of electric energy.

The mathematical model of a single-phase network and the single-phase power supply working via the inverter is developed. On the basis of mathematical model the imitating model of the offered device in the MATLAB program is developed and investigated. Parallel operation of the inverter and a single-phase network with zero phase shift is considered, characteristics of dependence of tension on operating time are investigated. Parallel operation of the converter and a single-phase network with phase shift in 60 degrees is investigated. The positive effect is revealed and shortcomings at introduction of this device are defined.

Ключевые слова: параллельная работа, однофазная сеть, модель, динамический режим, напряжение.

Key words: parallel work, single-phase network, model, dynamic mode, tension.

В УСЛОВИЯХ развития современного рыбопромыслового флота в судовые электроэнергетические системы (СЭС) начинают внедрять современные электронные источники энергии (ионисторы, ультраконденсаторы) и полупроводниковые приборы управления как слаботочной, так и силовой техникой (ШИМ-инверторы, ШИМ-преобразователи). В настоящее время силовая электроника относится к стремительно развивающейся технической отрасли, наряду с развитием которой появились новые источники электрической энергии, преобразующие постоянную электрическую энергию в переменную при помощи различных полупроводниковых устройств (GTO, биполярные транзисторы с изолированной базой IGBT, мощные полевые транзисторы MOSFET). Появление в силовой электронике таких устройств привело к улучшению качества и увеличению спектра применения техники преобразования электрической энергии. Особенностью улучшения является значительное увеличение быстродействия полупроводниковых преобразователей, что позволило снизить массогабаритные показатели, увеличить КПД, надежность, а также реализовать широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) и микропроцессорное управление.

Возможность использования силовых полупроводниковых преобразователей в СЭС и других устройствах дает большой экономический эффект, хотя оставляет много нерешенных вопросов, связанных с энергосбережением. Особую актуальность данная проблема приобретает в связи с ростом уровня индустриализации, преобладанием природоемких отраслей и устаревших технологий. Поэтому все большее внимание уделяется созданию и исследованию новых альтернативных источников питания [1].

Интенсивное совершенствование современных накопителей электроэнергии высокой удельной мощности способствовало появлению так называемых преобразователей электрической энергии – инверторов, построенных на основе силовых полупроводниковых приборов. В силовых электрических сетях широкое применение получили трехфазный и однофазный инвертор с ШИМ в качестве аварийного источника электрической энергии. Все системы аварийного питания работают по общей структурной схеме. Преимуществом аварийных систем, питающихся от электрохимических источников электроэнергии через инвертор с ШИМ, в отличие от аварийных дизельгенераторов, является способность таких систем практически мгновенно взять на себя нагрузку при исчезновении питания основной сети.

Существует множество различных автономных СЭС, источником которых в основном является генераторный агрегат. Это нефтяные платформы, электроэнергетические системы морских судов и подводных лодок, различные аварийные системы питания и др. Основным ы

–  –  –

здания кратковременных перегрузок, которые приводят к ухудшению качества электрической энергии.

Большинство потребителей электроэнергии составляют электрические машины, которые при включении создают импульсную нагрузку на сеть.

Согласно закону Ома, любая электрическая машина, работающая в режиме двигателя, при запуске обладает высоким пусковым моментом:

Uc E. (1) I= R Поскольку при пуске E = 0, электродвигатель будет потреблять высокий пусковой ток.

Длительность пускового тока, который потребляют электродвигатели, составляет обычно меньше одной секунды, а значит, запуск электродвигателя оказывает влияние на динамическую устойчивость СЭС [2]. В малонагруженных режимах для экономии топлива инженерэлектромеханик промыслового судна зачастую использует в работе один дизель-генераторный агрегат для питания судовой системы. В результате этого для запуска энергоемкого потребителя приходится подключать в параллель второй дизель-генератор, т.е. держать его в «горячем резерве». Это приводит к дополнительным затратам топливных ресурсов. Выходом из сложившейся ситуации будет являться подключение дополнительного неинерционного источника переменного напряжения. На данном этапе развития технологий в области судовой автоматики все большее распространение получают вторичные источники бесперебойного питания с улучшенными показателями качества электрической энергии. Применение накопителей электрической энергии в таких системах способно значительно улучшить свойства существующих источников питания.

Включение в параллель даже неинерционного источника электрической энергии является сложным технологическим процессом, обусловленным рядом условий.

Для безударного включения источника, в данном случае даже инвертора, на параллельную работу необходимо выполнить следующие условия синхронизации:

– для трехфазной системы питания:

1) равенство напряжения Uс сети и ЭДС Е подключаемого источника, т.е. |U| = |Е|;

2) равенство частот сети fс и подключаемого источника f, т.е. fс = f;

3) совпадение по фазе одноименных векторов фазных напряжений подключаемого источника и сети, а именно равенство нулю угла сдвига по фазе указанных векторов, т.е. = 0°;

одинаковый порядок чередования фаз трехфазных генераторов, т.е. А-В-С и А-В-С. На практике это означает, что выводы А, В и С каждого генератора должны при включении на шины подключаться к шинам, соответственно, А, В и С ГРЩ [2];

– для однофазной системы питания:

1) равенство напряжения Uс сети и ЭДС Ег подключаемого источника, т.е. |Uс| = |Е|;

2) равенство частот сети fс и подключаемого источника f, т.е. fс = f;

3) совпадение по фазе одноименных векторов фазных напряжений подключаемого источника и сети или, иначе, равенство нулю угла сдвига по фазе указанных векторов, т.е. = 0°.

При выполнении этих условий источник успешно войдет в синхронизм с сетью и не создаст существенных отклонений по частоте питающей сети и напряжению, определенных требованиями Российского морского регистра судоходства в судовых электроэнергетических системах и межгосударственного стандарта [3] – [5].

к6 Предлагается выполнить исследование возможного включения инвертора и питающей сети ы переменного напряжения на параллельную работу, а также влияния на параметры качества электрической энергии совместной работы инвертора на сеть при подключении нагрузки на примере однофазной системы питания при помощи компьютерной программы Matlab R2012a. Для создания виртуальной модели необходимо разработать функциональную схему и алгоритм математических расчетов и формул, на основании которых будет работать моделируемое устройство, функциональная схема подключения которого приведена на рис. 1.

Рис. 1. Схема подключения однофазного инвертора к сети Однофазный инвертор получает питание от источника постоянного напряжения. VT1 – VT4 электронные ключи, каждый из которых включает IGBT-транзистор, работающий в ключевом режиме, и диод обратного тока. Система управления транзисторными ключами содержит в своем составе ноль-opган (НО) и формирователи Ф1 и Ф2. На входе НО сравниваются задающий синусоидальный сигнал и пилообразное опорное напряжение, а их разность задает открытие пар транзисторов. При помощи управляющего сигнала на базе транзисторов можно регулировать амплитудное значение напряжения и частоты выходного сигнала, а также задавать фазовый сдвиг выходного напряжения на инверторе [6].

Для подтверждения предлагаемой схемы подключения в программе Matlab R2012a была разработана имитационная модель однофазного инвертора с возможностью ввода в параллель с однофазной сетью (рис. 2). В составе модели инвертор с ШИМ, представленный блоками IGBT, Diode, Repeating Sequence и источником постоянного напряжения U = 300 В, однофазный источник переменного напряжения Uc = 300 В, активно-индуктивная нагрузка, задатчик управляющих импульсов для управления работой двух пар IGBT-транзисторов [7], [8].

–  –  –

Рис. 2. Имитационная модель для исследования синхронизации инвертора и однофазной сети:

1 – инвертор на IGBT-транзисторах; 2 – однофазная сеть;

3 – активно-индуктивная нагрузка; 4 – модуль управления IGBT транзисторами Управляющий сигнал складывается из разности задающего пилообразного сигнала высокой частоты и синусоидального сигнала, изменяющегося согласно закону (2) U 0 = sin( w t + ), где w = 2pf – угловая частота, задаваемая блоком Gain библиотеки Simulink; j – начальная фаза колебания, представленная блоком Const, при помощи которого можно регулировать фазовый сдвиг выходного сигнала [9].

Для однофазной СЭС выполнение первых двух условий синхронизации обычно не составляет никаких трудностей, проблемой является обеспечение третьего условия синхрониза, так как действующее значение переменного напряжения постоянно изменяется, вследствие чего сдвиг синусоид напряжений сети и подключаемого источника будет иметь случайный характер и изменяться во времени. В настоящее время не существует таких систем, которые могли бы обеспечивать постоянный нулевой сдвиг по фазе колебания сети переменного тока и подключаемого источника.

Как известно, включение в электрическую цепь активно-индуктивной нагрузки вызывает высокое динамическое возмущение, которое сопровождается провалом напряжения и изменением частоты питающей сети.

Постоянное включение такой нагрузки негативно сказывается на качестве параметров сети, и если в системах берегового электроснабжения есть отдельные узлы, которые компенсируют провал, не создав существенных изменений, то в различных элементах СЭС, ввиду высоких массогабаритных характеристик, таких узлов нет. Создание малогабаритных устройств, работающих через ШИМ-инвертор, позволит устранить такую проблему и улучить параметры качества электрической энергии. Разработка компьютерной модели даст возможность исследовать особенности всех условий синхронизма и доказать возможность параллельной работы инвертора на сеть.

Исходя из ранее изложенного, предлагается исследовать параллельную работу однофазной сети и инвертора с ШИМ при динамических возмущениях, разработанную в программе Matlab (см. рис. 2). Был выполнен первый эксперимент: в момент времени t = 0,05 с к однофазной сети подключена активно-индуктивная нагрузка и в момент времени t = 0,1 в параллельную работу подключен инвертор с ШИМ. Результаты моделирования приведены на рис. 3.

а) б)

–  –  –

Из графиков видно, что однофазный ШИМ-инвертор удачно вошел в синхронизм с сетью, ы 64 взяв на себя часть нагрузки, при этом начальная фаза колебания была равна 0°.

Рассмотрим второй эксперимент с той же моделью, только взяв начальную фазу колебаний j = 60° (рис. 4). В результате эксперимента по графикам можно судить о том, что ШИМ-инвертор не вошел в синхронизм с заданной однофазной сетью (рис. 5). Несоблюдение третьего условия синхронизма для однофазной сети привело к резкому скачку напряжения на инверторе и снижению общего питающего напряжения.

Рис. 4. Имитационная модель для исследования синхронизации инвертора и однофазной сети с фазовым сдвигом напряжения на ШИМ-инверторе j = 60°

–  –  –

Рис. 5. Результаты моделирования второго эксперимента графики зависимость выходного напряжения на ШИМ инверторе от времени (а);

зависимость выходного напряжения однофазной сети от времени (б) В момент времени t = 0,1 с происходит включение в однофазную сеть активно-индуктивной нагрузки, одновременно с этим для компенсации провала напряжения включается на параллельную работу второй источник, работающий через ШИМ-инвертор. В момент включения дополнительного источника вместо компенсации в однофазной сети произошло недопустимое по требованиям как судового, так и берегового электроснабжения отклонение напряжения на 35 % (см. рис. 5 б), сопровождающееся скачком напряжения на ШИМ-инверторе до 40 % от номинального (см. рис. 5 а).

ы Таким образом, исследование модели доказывает, что предлагаемое неинерционное устройк6 ство, работающее через ШИМ-инвертор, способно практически мгновенно синхронизироваться с питающей сетью и компенсировать провалы напряжения при подключении различных видов нагрузок. В результате включения такого устройства в параллель с сетью минимизируется диапазон отклонения частоты и напряжения питающей сети, что, несомненно, приведет к улучшению параметров качества электроэнергии, вырабатываемой сетью даже при динамических возмущениях.

Предлагаемое техническое решение может быть реализовано на судах рыбопромыслового флота и электростанциях, эксплуатирующихся в режиме резкого изменения нагрузки со стороны потребителя, как в большую, так и в меньшую сторону [10]. Исследование на примере работы ШИМ-инвертора на однофазную электрическую сеть выявило не только положительные стороны данного устройства, связанные с улучшением качества параметров электроэнергии, но и определило очень важный недостаток, связанный с проблемой синхронизации. Результаты исследования свидетельствуют о том, что применение дополнительного мощного источника в динамических режимах работы электрической сети позволит снизить провалы по напряжению и частоте, но необходимой остается разработка такого устройства, которое позволит держать источник высокой удельной мощности в «горячем» состоянии, постоянно сохраняя фазовый сдвиг напряжений с сетью равным нулю.

Список литературы

1. Труднев С. Ю. Разработка и исследование модели устройства активной защиты генераторного агрегата от кратковременных перегрузок / С. Ю. Труднев // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. – 2014. – № 2. – С. 23–31.

2. Труднев С. Ю. Компьютерное моделирование режимов кратковременных перегрузок работы судовой электростанции / С. Ю. Труднев, Н. Н. Портнягин // 5-я межвузов. науч.-практ. конф.

асп., студ. и курс. на тему «Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта России» (14 мая 2014 г.). – СПб., 2014. – С. 154–161.

3. Правила классификации и постройки морских судов. – СПб.: Транспорт, 2010. - 280 с.

4. Межгосударственный стандарт ГОСТ 32144-2013. – М.: Стандартинформ, 2013. – 16 с.

5. Межгосударственный стандарт ГОСТ 29322-92. – М.: Изд-во стандартов, 1992. – 7 с.

Сергиенко Л. И. Электроэнергетические системы морских судов / Л. И. Сергиенко, В. В. Миронов. – М.: Транспорт, 1991. – 368 с.

6. Соколовский Г. Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием / Г. Г. Соколовский. – М.: ACADEMA, 2006. – 265 с.

7. Черных И. В. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB Sim Power Systems и Simulink / И. В. Черных. – СПб.: Питер, 2008. – 288 с.

8. Труднев С. Ю. Разработка математической модели вторичного источника питания // Наука, образование, инновации: пути развития: материалы Четвертой Всерос. науч.-практ. конф.

(23–25 апр. 2013 г.). – Петропавловск-Камчатский, 2013. – Ч. 1. – С. 143–145.

9. Пат. RU 133364 U1. Устройство для определения и ликвидации предотказных состояний синхронной машины / С. Ю. Труднев, Н. Н. Портнягин. Заявлено 10.10.2013. – Бюл. 28.

к6 ы

–  –  –

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА СИЛОВОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

ИНСТРУМЕНТА ПРИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ ЗАГОТОВОК

ОТВЕТСТВЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ УГЛЕПЛАСТИКОВ,

ПРИМЕНЯЕМЫХ В СУДОСТРОЕНИИ

MODELING OF THE PROCESS OF FORCE INTERACTION

OF THE TOOL IN THE MACHINING OF WORKPIECES CRITICAL PARTS

MADE OF COMPOSITE PLASTICS USED IN SHIPBUILDING

В современном судостроении активно применяют композиционные углепластики. Однако существует много проблем, связанных с механической обработкой заготовок из данных материалов. Так, на этапе формообразования поверхностей деталей возникают дефекты, снижающие показатели качества изделий по параметрам точности и шероховатости поверхности. Добиться технических требований, указанных на чертеже, возможно только за счет рационально назначенных режимов обработки, обеспечивающих рациональное силовое взаимодействие режущего клина инструмента на поверхность разрушаемого материала.

В статье рассмотрено моделирование данного силового взаимодействия. Приведены расчетные зависимости, оценки нормальных и касательных деформаций, а также получена аналитическим способом зависимость для заднего угла режущего клина. Представлены зависимости заднего угла от геометрического многоугольника действующих сил при разрушении и зависимость заднего угла от модуля упругости обрабатываемого антифрикционного углепластика.

In modern shipbuilding actively use composite plastics. However, there are many problems associated with the machining of the blanks of these materials. So, at the stage of forming surfaces of the parts, there are defects that reduce quality products on the parameters of accuracy and surface roughness. To achieve the technical requirements specified on the drawing, is only possible due to rationally assigned processing modes, particularly for rational force interaction of the cutting wedge of the tool on the surface of the erodible material.

The article describes the modeling of this force interaction. The calculated dependence of the evaluation of the normal and tangential deformations, as well as the analytical method, the dependence of the rear angle of the cutting wedge. Presents the dependence of the rear corner from the geometric polygon actors in the destruction and the dependence of the rear corner from the elastic modulus of the processed antifriction carbon fiber.

Ключевые слова: подшипники скольжения, подпятники, судовые энергетические установки, композиционные антифрикционные углепластики, механическая обработка, разрушение, силовое взаимодействие.

Key words: bearings, thrust bearings, ship power plant, composite antifriction carbon plastics, machining, destruction, force interaction.

–  –  –

чающих за работоспособность и ресурс. Традиционные конструкционные материалы на основе металлов и их сплавов не в состоянии удовлетворить эти требованиям. Поэтому широкое применение получают композиционные материалы — реактопласты на основе полимерных смол (фенольных, эпоксидных и др.) и угольного волокна — углепластики антифрикционного назначения марок ФУТ и УГЭТ. Эти композиты обладают рядом достоинств: высокие удельные прочностные и упругие характеристики; стойкость к агрессивным химическим средам; низкая тепло- и электропроводность; уникальные триботехнические характеристики и др. Указанные физико-химические свойства позволяют успешно применять их для экстремальных условий работы узлов машин, спроектированных для нужд оборонного комплекса страны, энергетики и транспорта.

При изготовлении агрегатов паровых турбин используют большую номенклатуру крупногабаритных деталей из углепластиков (подпятников, подшипников, втулок направляющего аппарата, сферических подшипников скольжения, шаровых опор и др.). Основным способом крепления этих деталей в агрегатах является механический, посредством отверстий, выполненных по 7–10му квалитетам точности с высокими требованиями по параметрам качества и отклонения формы (овальности, конусообразности), шероховатости до Ra не выше чем 6,3 мкм, отсутствию дефектного слоя, микротрещин, вырывов материала и т.п. (см. рис. 1) [1]–[4].

а) б) в)

–  –  –

Заготовительные операции методом прессования не обеспечивают заданной точности и качества, а в ряде случаев получение отверстий на этих операциях вообще невозможно. Раскрой материала с помощью алмаза и гидроабразивная резка приводят к появлению дефектного слоя до 2 и более мм, что также требует финишной отделочной обработки. Поэтому основным методом является сверление отверстий спиральными сверлами. Процесс механической лезвийной обработки углепластиков в настоящее время целиком изучен мало. Применительно к современному авиа- и судостроению, производству ракетной техники известны некоторые работы, в которых рассмотрены частные вопросы механической обработки реактопластов. При расширении областей использования углепластиков в различных отраслях машиностроения актуальной является разработка научно обоснованной технологии механической лезвийной обработки композиционных материалов, опирающейся на моделирование процессов разрушения резанием с дифференцированным учетом их специфических физико-химических свойств.

–  –  –

При соприкосновении режущего инструмента с материалом возникают деформации. Режущая кромка, нажимая на участки, расположенные под нижней частью режущего клина, прогибает ы ее, что создает давление и трение между этим участком материала и задней гранью режущего инструмента. Деформации, возникающие под режущей кромкой, исчезают после отхода режущего инструмента от деформированного участка. По мере затупления режущего инструмента усилия резания становятся больше, деформации материала растут, соответственно возрастают и остаточные деформации. Таким образом, величина срезаемого слоя помимо других факторов обусловливается затуплением лезвия инструмента. Радиус закругления лезвия возрастает по мере затупления инструмента, при этом увеличиваются давление на материал и отжим его инструментом и, следовательно, понижается точность обработки.

Величина заднего угла оказывает существенное влияние на стойкость инструмента и силу резания материала. Установка оптимального значения заднего угла заточки производится с учетом деформации поверхностных слоев материала, на которые действуют усилия со стороны инструмента. При воздействии инструмента на обрабатываемый материал наблюдаются пластические и упругие деформации материала, возникающие около передней и задней поверхности режущего инструмента.

В результате давления, которое оказывает режущий инструмент, материал под ним деформируется, и в том случае, когда задний угол невелик, материал прижимается к задней поверхности инструмента. Это ведет к увеличению силы резания, так как возникает трение между материалом и задней поверхностью инструмента. В результате наблюдается нагревание инструмента.

Задняя поверхность несколько приглаживает неровности, полученные после обработки. При этом часто возникает нежелательное «засаливание» поверхности или образуются прижоги материала.

В работах [4], провидимых И. И. Капустиным и П. И. Буровым по резанию неметаллов, имеющих волокнистую структуру, рассмотрен процесс воздействия инструмента на обрабатываемую поверхность. Данную методику можно применить для моделирования процесса взаимодействия инструмента с заготовкой для КУ.

Определим напряжения, возникающие в обрабатываемом материале и величину наблюдаемых при этом деформаций — см. рис. 2 [1].

Рис. 2. Силы, действующие на поверхностный слой композиционного материала

–  –  –

тикалью угол, равный 0. Деформации, наблюдаемые при обработке, довольно быстро исчезают 69 по мере удаления от точки приложения силы. Таким образом, имеем схему нагрузки, показанную на рис. 1. В точке А с координатами r и действуют следующие напряжения. Нормальное напряжение в радиальном направлении:

–  –  –

Чтобы исключить трение между задней поверхностью инструмента и обрабатываемым материалом, необходимо, чтобы задний угол был больше, чем угол 1, т. е.

–  –  –

Рис. 5. Зависимость заднего угла от угла, образованного составляющими силами резания Не принимается во внимание тот факт, что матрица обладает более высокими упругими свойствами, что и является причиной упругого последействия материала. Рассмотрим величину теоретического заднего угла рассчитанного по формуле (46) в зависимости от модуля нормальной упругости (см. рис. 6). Из графика видно, что величина заднего угла инструмента соответствующего модулю нормального растяжения эпоксидной смолы (30–50 МПа), будет равна 24–36°.

Известно, что в случаях малых задних углов трение задней поверхности по поверхности заготовки увеличивается, соответственно увеличивается расход энергии.

Рис. 6. Зависимость заднего угла от модуля нормальной упругости обрабатываемого материала Выводы Приведенные расчеты [1]–[10] по предложенному выше алгоритму показывают, что поперечный модуль упругости композиционного углепластика существенно зависит от структурных параметров материала, меняющихся в широких пределах. Однако наибольшее влияние при расчетах на его величину оказывают геометрические параметры: диаметр волокна, плотность навивки, а также межвитковое расстояние.

Можно отметить, что при деформации резанием однонаправленного углепластика нормально армирующим угольным волокнам в связующем возникает концентрация деформации, которая в расчетах может быть определена через коэффициент концентрации деформации.

На основании теоретических исследований [1] выявлено, что задний угол режущего инструмента должен быть больше угла наклона касательной к деформированной поверхности заготовки.

Предложена формула для расчета заднего угла инструмента.

На основании произведенных расчетов построен график зависимости заднего угла от упругих свойств обрабатываемого материала, из которого видно, что с увеличением упругих свойств материала величина заднего угла должна быть увеличена.

На основании предложенной формулы для определения заднего угла с увеличением износа инструмента увеличивается прогиб материала, соответственно возрастают усилия и работа, затрачиваемая на деформацию при резании.

ы Список литературы к6

1. Белецкий Е. Н. Обеспечение заданной точности и качества поверхности на операциях сверления антифрикционных углепластиков на основе результатов моделирования процесса резания: автореф. дис. канд. техн. наук: 05.02.07 / Е. Н. Белецкий. — Саратов: СГТУ, 2010. — 134 с.

2. Абозин И. Ю. Некоторые вопросы механической лезвийной обработки углепластиков / И. Ю. Абозин, В. М. Петров // Вопросы материаловедения. — 2001. — № 2(26).

3. Белецкий Е. Н. Учет физико-механических характеристик композиционных углепластиков, влияющих на процессы разрушения при реализации технологического процесса механической обработки и экстремальных условий эксплуатации / Е. Н. Белецкий, С. Н. Безпальчук, В. М. Петров // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2014. — № 2(24).

4. Петров В. М. Модель разрушения композиционных углепластиков при обработке лезвийным инструментом: Международная научно-практической конференция «Прогрессивные технологии обработки материалов, режущий инструмент и оснастка», 18–20 декабря 2002 г./ В. М. Петров // Инструмент и технологии. — 2002. — № 9–10. — С. 23–30.

5. Капустин И. И. Режущий инструмент кожевенно-обувной промышленности / И. И. Капустин, П. И. Буров // Сборник трудов ЦНИКП. — 1950. — № 16. — С. 8–14.

6. Кузнецов В. Д. Физика твердого тела. — Т. З. / В. Д. Кузнецов. — Томск: Красное знамя, 1944. — С. 742.

7. Томленов А. Д. Теория пластического деформирования металлов / А. Д. Томленов. — М.:

Металлургия, 1972. — С. 408.

8. Тонсен Э. Механика пластических деформаций при обработке металлов / Э. Тонсен, Ч. Янг, Ш. Кобаяши. — М.: Машиностроение, 1969. — С. 504.

9. Белецкий Е. Н. Изменение физико-механических показателей композиционного углепластика разной структуры при его разрушении резанием / Е. Н. Белецкий, С. Н. Безпальчук, О. А. Иванов, В. М. Петров // Инструмент и технологии. — 2007. — № 26–27. — С. 87–91.

10. Белецкий Е. Н. Реологические модели, используемые при моделировании процессов резания антифрикционных углепластиков, применяемых в энергомашиностроении / Е. Н. Белецкий // Инструмент и технологии. — 2009. — № 32. — С. 180–185.

–  –  –

ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОЕ НАГРУЖЕНИЕ

АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

В ПРОЦЕССЕ ПОСЛЕРЕМОНТНЫХ ИСПЫТАНИЙ

–  –  –

76 В статье предложены методы по нагружению асинхронных электродвигателей после ремонта током и моментом. Данная методика имеет преимущества. Вместо испытаний при помощи механической нагрузки с присоединением дополнительных машин на валу испытуемого электродвигателя предлагается использовать динамические режимы машины, что позволит отказаться от механических соединений. Изменение частоты напряжения напрямую влияет на момент на валу машины и ток электродвигателя.

Применяя эти свойства, можно получить значение средней мощности на валу, что является необходимым при испытании машин после ремонта. Также данная методика предполагает рекуперацию электроэнергии в сеть. Для подтверждения заявленной методики авторы приводят результаты моделирования данного процесса. Представленные материалы наглядно подтверждают целесообразность использования пониженной частоты 25 Гц, в данном режиме получено наибольшее значение мощности на валу машины и отдаваемой в сеть мощности. Предлагается применять две схемы в зависимости от требований к энергоэффективности системы.

In article offered methods on loading of asynchronous electric motors after repair by current and the moment. This technique has advantages. Instead of tests by means of mechanical loading with connection of additional machines on a shaft of the examinee of the electric motor it is offered to use the dynamic modes of the machine, that will allow to refuse mechanical connections. Change of frequency of tension directly influences the moment on a shaft of the machine and electric motor current. Applying these properties it is possible to receive value of an average power on a shaft that is necessary at test of machines after repair. Also this technique assumes recovery of the electric power. For confirmation of the declared technique authors bring results of modeling of this process.

The presented materials visually confirm expediency of use of the lowered frequency of 25 Hz, in this mode received the greatest value of power on a shaft of the machine and the power given to a network is. It is offered to apply two schemes depending on requirements to energy efficiency of system.

Ключевые слова: асинхронный электродвигатель, нагрузка, механическая мощность, момент на валу.

Key words: the asynchronous electric motor, loading, mechanical power, the moment on a shaft.

Ч ИСЛО электродвигателей, подвергающееся ремонту, намного выше числа электродвигателей, выпускаемых промышленностью. В то же время характеристики электродвигателей, подвергающихся ремонту, существенно отличаются от характеристик новых машин и являются усредненными [1].

Технический уровень ремонтных предприятий значительно ниже заводов изготовителей.

Это приводит к тому, что даже после проведения обязательных испытательных мероприятий повторный выход из строя отремонтированной машины является нередким явлением. Значительно уменьшить число отказов электродвигателей во время эксплуатации после ремонта возможно только улучшив проверку качества проведения ремонт [2].

На сегодняшний день существуют различные способы проверки электрических машин после ремонта, рекомендованные для использования с целью упрощения процесса диагностирования технического состояния.

На практике нашли широкое применение специализированные станции для испытаний электрических машин. При широком спектре ремонтируемого оборудования необходим сложный парк испытательного оборудования, реализовать который в условиях ремонтных цехов судоремонтных предприятий практически невозможно. Универсальное оборудование, пригодное для полнообъемных испытаний машин малой и большой мощностей, отсутствует.

Сложность технического осуществления поточного диагностирования очевидная, так как каждая электрическая машины должна проходить необходимый спектр испытательных режимов, на основании которых возможно получение полной картины по диагностированию параметров.

В настоящее время на судоремонтных предприятиях получила распространение упрощенная процедура испытаний электродвигателей, которая состоит из следующих этапов:

1) измерение сопротивления обмоток;

ы

–  –  –

3) обкатка двигателя на холостом ходу [3].

Обкатка занимает незначительный промежуток времени лишь для того, чтобы убедиться, что ток холостого хода находится на приемлемом уровне, и в работе АД нет явных дефектов (заклинивание подшипников, цепляние ротора о пакет статора и т.п.). Данный регламент проведения испытаний направлен на снижение состава оборудования испытательных станций. С другой стороны, снижение качества проверки напрямую влияет на количество отказов электродвигателей после ремонта.

Пригодность электрической машины для использования в условиях эксплуатации может быть определена только после производства испытаний в полном объеме, в том числе испытаний под токовой и механической нагрузкой. Под термином «нагружение электрической машины»

(электрического двигателя) предполагается искусственное нагружение токами или моментом с целью получения информации о качественных характеристиках отремонтированных машин.

После завершения ремонта предприятие гарантирует безаварийную работу. В случае повторной неисправности гарантийное обслуживание становится возможным после завершения рейса. Выход из строя ответственного электропривода может привести к существенному ухудшению результатов рейса, а иногда и невозможности дальнейшего продолжения промысла. Судовладельцы напрямую заинтересованы в улучшении качеств ремонта электрооборудования и требуют его выполнения от предприятий. Нередки случаи, когда групповые инженеры-электромеханики требуют проведения испытаний, по длительности превышающих общепринятые в несколько раз.

Все это указывает на необходимость модернизации процесса испытаний электрооборудования, в частности испытаний электрических машин.

В рамках исследования предлагается испытывать АД под токовой и механической нагрузкой путем введения машины в циклический динамический режим [3]. В данной статье рассматривается метод изменения частоты вращения АД при помощи резкого изменения частоты питающего напряжения. Данный метод нагружения имеет преимущества перед методом противовключения, когда частота вращения АД и механический момент на валу циклически изменяются при изменении чередования фаз АД с применением бездуговой коммутации и методом непосредственной нагрузки, когда механический момент на валу АД создается естественным путем с использованием спарки двух электрических машин.

Схема предлагаемого нагрузочного устройства представлена на рис. 1. На рис. 2а представлена механическая характеристика АД в режиме нагружения, где f1 — естественная механическая характеристика, которой соответствует номинальная частота сети 50 Гц; f2 — искуственная характеристика, полученная при понижении частоты питающего электродвигатель напряжения.

к6

Рис. 1. Схема нагрузочного устройстваы

Устройство работает следующим образом. В первый момент времени асинхронный электродвигатель АД подключается к сети f1 с частотой 50 Гц и работает на участке ab механической характеристики, представленной на рис. 2а, при этом открыт тиристорный ключ, в результате чего асинхронный электродвигатель вращается с номинальной частотой. Далее асинхронный электродвигатель отключается от сети и подключается к делителю частоты на тиристорах, который обеспечивает выходной сигнал f2 с частотой 25 Гц, при этом тиристорный ключ закрывается. Рабочая точка на рис. 2а электродвигателя переходит в точку с искусственной механической характеристикой. Применение делителя частоты позволит значительно упростить систему, так как позволит избежать применения многофункциональных промышленных частотных преобразователей.

Управление тиристорным переключателем и делителем осуществляется при помощи блока управления, оснащенного микроконтроллером. Асинхронный электродвигатель 1 снижает обороты путем рекуперативного торможения с отдачей электроэнергии в сеть, в результате чего достигается эффект экономии затраченной электроэнергии. На рис. 2а этому режиму соответствует отрезок bc искусственной характеристики f2. После установления номинальной частоты вращения асинхронный электродвигатель 1 снова подключается к сети f1. При циклическом переключении f1 и f2 возникающий механический момент позволяет создать эквивалент механической нагрузки без применения дополнительных устройств.

Делитель частоты состоит из трех комплектов тиристоров VS1–VS3. Принцип работы делителя частоты подробно представлен на рис. 2. Деление частоты в два раза в каждой фазе обеспечивается поочередным отпиранием тиристоров.

а) б)

Рис. 2. Принцип работы делителя частоты:

а — механическая характеристика двигателя; б — выходное напряжение делителя Первоначально открытые тиристоры VS1 пропускают ток только в прямом направлении.

В момент времени t1 оказываются открытыми тиристоры VS1, пропускающие ток в обратном направлении. Так формируется напряжение частотой 25 герц в фазе А электродвигателя. Происходит отпирание тиристоров VS2 c начальной фазой напряжения 2 = 240° и формируется напряжение фазы B электродвигателя. Аналогично происходит формирование кривой напряжения фазы C электродвигателя поочередным отпиранием VS3 с начальной фазой 3= 480°. Далее цикл повторяется со сдвигом 240°, тем самым обеспечивается сдвиг фазы 120° для напряжения частотой 25 герц, в два раза меньшей заданной первоначально частоты.

На рис. 3 и 4 представлены результаты моделирования представленной системы в Sym Power ы systems [5]. Эксперимент проводился в пределах одного переключения. Первоначально было опредек6 лено время переходного процесса, т. е. время, за которое электродвигатель набирает заданную частотой сети скорость. На рис. 3а представлен график скорости машины. По оси абсцисс отложено время, измеренное в секундах. По оси ординат отложена частота вращения машины, измеренная в рад./с.

Видно, что режим рекуперативного торможения [6] протекает от 0,25 с до 0,37 с. В этом режиме значительная часть запасенной электрической энергии отдается в сеть. На рис. 3б изображен момент электродвигателя, процесс торможения сопровождается отрицательными значениями момента на участке от 0,25 с до 0,35 с. Созданный на валу электромагнитный момент в режиме рекуперативного торможения является эквивалентом нагрузочного момента. Для определения средней эквивалентной мощности [7] на валу машины производилось интегрирование механического момента на отрезке времени от 0,25 до 0,5, что соответствует времени процесса нагружения.

а)

–  –  –

Полученное значение средней механической мощности на валу в процессе интегрирования представлено на рис. 4. По оси абсцисс отложено время испытания, измеряемое в секундах. По оси ординат — средняя мощность на валу в процессе интегрирования. Нужно отметить, что интегрирование производилось без учета знака момента, так как знакопеременное значение момента на валу является полезным для нагружения АД в любом случае.

к6 ы Рис. 4. Мощность на валу электродвигателя При резком понижении частот питающего напряжения с 50 Гц до 25 Гц мощность на валу машины достигает порядка 58%, что является достаточно хорошим показателем. Другими словами, достигается значительное увеличение нагрузочной мощности на валу электродвигателя.

Одним из преимуществ предлагаемой системы является рекуперация электроэнергии в сеть при торможении асинхронного двигателя [8]. Для уменьшения гармонических составляющих, а также для удовлетворения требований магнитной совместимости электрооборудования применяются LC-фильтры. Для оценки отдаваемой мощности в рамках эксперимента на компьютерной модели производился расчет с учетом знака момента. Такой подход позволил выявить полезную мощность, затраченную на вращение. Результаты представлены на рис. 5.

Рис. 5. Мощность электродвигателя, затраченная на вращение и нагрев

–  –  –

Рекуперация электрической энергии в цепь переменного тока может оказаться проблематичной, так как тяжело обеспечить необходимое совпадение напряжений сети и машины по фазе [9].

Применение LC-фильтров связано с некоторыми потерями и снижением энергосбережения.

В тех случаях, где рекуперация является желательным процессом, возможно применение схемы, представленной на рис. 7. Данное схемное решение предусматривает отдачу электроэнергии не напрямую в сеть, а накопление ее в цепи постоянного тока. Осуществить переход к постоянному току возможно при помощи выпрямителя. Накапливать энергию можно в аккумуляторе (для дальнейшего использования) или в конденсаторе для немедленного использования в цепи постоянного тока предлагаемой системы.

Рис. 7. Схема нагрузочного устройства с циркуляцией электрической энергии

Частотный преобразователь со звеном постоянного тока включает трехфазный выпрямитель и инвертор для преобразования постоянного тока в переменный трехфазный с заданной частотой. Для накопления энергии постоянного тока используется конденсатор для стабилизации напряжения применяется преобразователь постоянного напряжения. При помощи выпрямителя 5 происходит преобразование тока. Управление преобразователем и инвертором осуществляется при помощи микроконтроллера.

Схема работает следующим образом. На частотный преобразователь подается трехфазное напряжение с частотой 50 Гц. Далее при помощи управляемого инвертора и микроконтроллера происходит резкое понижение частоты. Электродвигатель АД переходит в режим рекуперативного торможения с отдачей электрической энергии в сеть. При помощи микроконтроллера и преобразователя постоянного напряжения поддерживается напряжение заряда конденсатора через трехфазный выпрямитель. В целях динамического нагружения машины при помощи изменения управляющего сигнала микроконтроллера на инвертор частота напряжения изменяется до номинального значения. После разгона электродвигателя данный цикл повторяется. Конденсатор разряжается на звено постоянного тока преобразователя частоты в момент разгона машины и к6 подпитывает ее запасенной в момент рекуперации энергией, тем самым осуществляет экономию электроэнергии.

ы 82 Из проведенных испытаний АД с использованием искусственного нагружения можно сделать следующие выводы:

1. Упрощенный объем послеремонтныых испытаний АД осуществляется на специальных станциях, не соответствующих требованиям современного рыбопромыслового флота в области качества ремонта и энергосбережения. Необходима разработка новых методов испытаний электродвигателей с применением полупроводниковых и микропроцессорных устройств.

2. Предлагаемый в статье метод позволит выйти за пределы упрощенного метода испытаний и использовать проверку АД после ремонта под «искусственной» нагрузкой.

3. Применение полупроводниковых делителей частоты, позволяющих использовать кратность частот напряжения ровно в два раза, значительно упростит конструкцию в тех случаях, где необходима экономия электроэнергии в пределах цеха.

4. В ходе проведения экспериментов была выявлена рекуперация электроэнергии в сеть [10].

В среднем значение отдаваемой мощности соответствует значению 70% от мощности нагрузки.

5. Для улучшения процесса рекуперации возможен перевод в постоянный ток при помощи неуправляемого выпрямителя и конденсатора для накопления энергии. Данное решение позволяет повысить энергоэффективность, так как устройство не предполагает отдачу электроэнергии в сеть, а ее циркуляцию в пределах схемы.

В результате вышесказанного можно говорить о возможности испытания электрических машин под нагрузкой без использования сложных нагрузочных механических устройств.

Список литературы

1. Жерве Г. К. Промышленные испытания электрических машин. — 4-е изд./ Г. К. Жерве. — Л.: Энергоатомиздат, 1984. — С. 351–354.

2. Голдберг О. Д. Испытание электрических машин: учеб. для вузов. — 2-е изд. / О. Д. Голдберг. — М.: Высш.шк., 2000. — C. 164–166.

3. Котеленец Н. Ф. Испытания, эксплуатация и ремонт электрических машин: учебник для вузов / Н. Ф. Котеленец. — М.: Издательский центр «Академия», 2003. — С. 99–103.

4. Портнягин Н. Н. Разработка методов технического диагностирования асинхронного двигателя / Н. Н. Портнягин, А. А. Марченко, А. А. Ушакевич // Вестник КамчатГТУ. — Петропавловск-Камчатский, 2011. — Вып. 18. — С. 29–32.

5. Герман-Галкин С. Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0 : учебное пособие / С. Г. Герман-Галкин. — СПб.: КОРОНА принт, 2001. — C. 233–239.

6. Вольдек А. И. Электрические машины: учеб. для высш. техн. заведений. — 3-е изд. / А. И. Вольдек. — Л.: Энергия, 1978. — С. 510–514.

7. Марченко А. А. Моделирование процесса динамического нагружения асинхронного электродвигателя / А. А. Марченко, Н. Н. Портнягин // Соврем. проблемы науки и образования. — 2012. — № 6. — С. 125–125.

8. Марченко А. А. Исследование процесса динамического нагружения асинхронного электродвигателя / А. А. Марченко, Н. Н. Портнягин // Фундам. исслед. — 2013. — № 1–2. — С. 408–412.

9. Марченко А. А. Определение диапазона номинальной мощности электродвигателей при испытаниях методом динамического нагружения / А. А. Марченко // Электротехнические и информационные комплексы и системы. — 2014.— № 2 — Т. 10. — С. 38–44.

10. Марченко А. А. Процесс получения максимальной механической мощности на валу электродвигателя при испытаниях электрических машин // Наука, образование, инновации: пути разы <

–  –  –

МЕТОДИКА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ИСПЫТАНИЙ

ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ С ГИЛЬЗАМИ,

ИМЕЮЩИМИ АНТИКАВИТАЦИОННЫЕ ПОКРЫТИЯ

–  –  –

Проведены стендовые испытания дизельных двигателей с гильзами, имеющими на наружной поверхности антикавитационные покрытия. Двигатели, подвергнутые испытанию, использовались на различных суднах в условиях обычной эксплуатации. На гильзы цилиндров дизельных двигателей наносились специальные антикавитационные покрытия из специальной бронзовой проволки методом электроискровой обработки. Для сравнения на гильзы цилиндров также наносилось медное покрытие холодным газодинамическим напылением. Дизельные двигатели, подвергнутые капитальному ремонту, прошли испытания на специальных обкаточно-тормозных устройствах. При испытании дизеля были снабжены необходимым обслуживающим оборудованием. В дизелях вместо воздухоочистителя, системы выпуска отработанных газов и радиатора системы охлаждения применяли соответствующие устройства, предусмотренные на испытательном стенде. Каждый двигатель испытывался в течение 20 часов циклами по 4 часа. После окончания испытаний изучали крутящий момент и часовой расход топлива. Выведена формула для определения остаточного ресурса двигателя.

Stand tests of diesel engines have been carried out with sleeves having anti-cavitation coating on the outside surface. The engines exposed to test were used on different vessels in the situations of usual exploitation. Special anti-cavitation coating of special bronze wire were laid on sleeves of the cylinder of diesel engines by the method of electrospark machining. For comparison copper coating were also laid on sleeves of the cylinder by the method of gas-dynamic spattering. Diesel engines exposed to basic repair passed tests on special rolling breaking devices.

During testing diesels were provided with necessary service equipment. For the diesels instead of air clearer systems of release of outgoing gases and heat radiator of the system of cooling were applied appropriate devices foreseen on stand test.

Each engine was tested during 20 hours’ period with the cycles for 4 hours. At the end of the test hourlong rotation torque and fuel consumption in an hour were studied. A formula has been found out for identifying the remaining resource of engine.

Ключевые слова: эксплуатационные испытания, двигатель, крутящий момент, антикавитационные покрытия, диагностика, расход топлива.

Key words: exploitative test, engine, torque consumption, anti-cavitation coating, diagnostics, fuel consumption.

–  –  –

Основным критерием оценки гильз судовых двигателей, имеющих на наружной поверхноы сти антикавитационные покрытия, может служить эксплуатационное испытание двигателей на специальных стендах. При этом гильзы имели два вида покрытия: бронзовое, полученное электроискровой обработкой их поверхности бронзовой проволокой, и медное, нанесенное на поверхность гильзы холодным газодинамическим напылением медьсодержащего порошка.

Испытаниям подвергались двигатели, прошедшие капитальный ремонт, поскольку только такие двигатели могут дать более точную оценку качества антикавитационных покрытий.

Обсуждение методики экспериментов Для проверки результатов лабораторных исследований были проведены стендовые испытания ранее проведенных дизельных двигателей с гильзами, имеющими на наружной поверхности антикавитационные покрытия, выполненные в зоне максимальных кавитационных разрушений.

Дизельные двигатели, прошедшие капитальный ремонт, испытывали на обкаточно-тормозных стендах [1]–[3]. На пяти двигателях первой группы были установлены экспериментальные гильзы цилиндров. Пять двигателей второй группы комплектовались серийными гильзами. Дизеля во время испытаний были укомплектованы необходимым обслуживающим оборудованием.

Вместо воздухоочистителя системы выпуска отработавших газов и радиатора системы охлаждения использовали соответствующие устройства испытательного стенда. Топливный насос был отрегулирован согласно техническим условиям, и впоследствии его регулировка не изменилась в течение всего периода испытаний.

Перед испытанием двигатели проходили технологическую обкатку. Двигатели во время испытаний заправляли летним дизельным топливом плотностью 830 ± 10 кг/м3; температура охлаждающей жидкости и картерного масла составляла 85–95 °C.

Каждый двигатель испытывался в течение 20 часов циклами по 4 часа. Продолжительность остановки и охлаждения двигателя между циклами составляла 10 минут.

Режим работы двигателя в течение цикла:

1. Работа без нагрузки с частотой вращения коленчатого вала n = 1850–1950 мин–1 –10 минут.

2. Работа с нагрузкой 125 кВт с частотой вращения коленчатого вала n = 1400 мин–1 –10 минут.

3. Работа с нагрузкой 125 кВт с частотой вращения коленчатого вала n = 1700 мин–1 –210 минут.

4. Работа без нагрузки с частотой вращения коленчатого вала n =1850– 1950 мин–1 –10 минут.

После окончания испытаний определяли крутящий момент и часовой расход топлива при различной частоте вращения коленчатого вала с целью построения регуляторной характеристики.

Крутящий момент определяли по показаниям весового механизма стенда, а часовой расход топлива — с помощью прибора АИР-50.

Для выполнения поставленных задач определялось необходимое количество экспериментальных гильз цилиндров для эксплуатационных испытаний.

Известно[1], [2], [4], что распределение случайной величины износа подчиняется нормальному закону. Поэтому определение наименьшего числа объектов исследований при неизвестной генеральной совокупности и дисперсии производится по формуле t V N =, (1) E где t — параметр распределения Стьюдента при доверительной вероятности; V — коэффициент вариации; E — относительная ошибка среднего значения случайной величины.

Для определения числа объектов испытаний согласно [1], [2], [5] задаются надежность и точность определения этой величины. Принимаем коэффициент вариации V = 0,32, коэффициент надежности (доверительная вероятность) = 90%, относительную ошибку случайных величин Е = 0,08.

Так как параметр tа зависит от объема выборки, то для определения количества объектов N ы

–  –  –

За время проведения эксплуатационных испытаний отказов цилиндропоршневой группы не наблюдалось.

Эксплуатационные испытания подтверждают выводы по исследованию гильз с дополнительно нанесенными антикавитационные покрытиями на УЗВ: повышение расчетного ресурса составило 19,6 % по сравнению с серийными двигателями.

–  –  –

рийными приблизительно 20 %.

2. В качестве параметра, характеризующего состояние сопряжения цилиндропоршневой группы, был выбран расход картерных газов. Исходя из этого выведена формула для определения остаточного ресурса дизеля.

3. Определено количество газов, прорвавшихся в картер при нормальной частоте вращения холостого хода.

Список литературы

1. Комплексная система технического обслуживания и ремонта машин в сельском хозяйстве. — М.: ГОСНИТИ, 1985. — 108 с.

2. Кучель Р. Б. Методика выбора количества изделий для ресурсных испытаний и оценки достоверности их результатов / Р. Б. Кучель, Ю. Н. Благовещенский — М.: НАТИ, 1992. — 160 с.

3. Рыбакова Л. М. Структура и износ покрытий при финишной антифрикционной обработке гильз цилиндров ДВС / Л. М. Рыбакова // Трение и износ. — 1994. — № 25. — С. 909–921.

4. Григорьев М. А. Износ и долговечность автотракторных двигателей / М. А. Григорьев. — М.: Машиностроение, 1996. — 248 с.

5. Волков К. Н. Прогнозирование надежности механических систем / К. Н. Волков — Л.: Машиностроение, 1989. — 208 с.

6. ГОСТ 8.051-81. «Погрешности, допускаемые при измерении линейных размеров до 500 мм».

7. ГОСТ 12.2.2.02.98 «Охрана природы. Атмосфера. Нормы и методы измерения выбросов вредных веществ с отработавшими газами транспортных и комбайновых дизелей».

8. Головатенко А. Г. Повышение экологичности и экономичности автотракторных двигателей / А. Г. Головатенко // Тракторы и сельскохозяйственные машины. — 2004 — № 9. — С. 16–18.

9. Колчин А. В. Экологическая безопасность эксплуатации МТП / А. В. Колчин. — М.:

ГОСНИТИ, 1991. — 65 с.

–  –  –

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ МОДЕРНИЗАЦИИ КОРПУСА МОРСКИХ

СУДОВ МАЛОЙ ТОННАЖНОЙ ГРУППЫ

ASSESSMENT OF THE EFFECTIVE FEASIBILITY MODERNIZATION

к6

–  –  –

В статье представлены результаты оценки возможности и целесообразности модернизации корпуса морских судов малой тоннажной группы (МТГ). Изложены предпосылки их размерной модернизации. Отмечается, что такие суда сегодня являются наиболее востребованными и широко используются в трамповом судоходстве. Выявлено существование проблемы, связанной с необходимостью повышения эксплуатационной эффективности работы возрастных судов. Повышение их конкурентноспособности представляется возможным обеспечить через осуществление одномерной модернизации их корпуса.

Изложены результаты разработки моделей для размерной модернизации. Ходовые характеристики модернизированных судов определялись экспериментально на масштабных моделях с разными значениями отношений длины к ширине испытуемых судов. На основании анализа результатов опытных проверок был установлен оптимальный размер цилиндрической вставки. Результаты морфологического анализа судов «до» и «после» модернизации свидетельствуют о том, что комплексные показатели эффективности судов после модернизации увеличиваются за счет качественного фактора.

The article products the results assessment of possibility and feasibility of hull marine vessels of small tonnage. Preconditions of their dimensions modernization are stated. It is noted that such ships are greatly required and widely used in tramp shipping. The existence of the problem, connected with the need to increase operation effectiveness of the old ships, has been revealed. It seems possible to raise their competitiveness through carrying out single-measured modernization of the hull of those ships.

The results of the development of the models of measured modernization are sit out the models of measured modernization are sit out. Running characteristics of the modernized ships were determined experimentally on the scale models with various meanings of tested ships length and width ratio. The optimal dimension of a cylindrical insert was established on the basis of test results analysis. The result of morphological analysis of the ships before and after modernization testifies to the fact that complex indices of ships effectiveness after modernization are increasing on account of the qualitative factor.

Ключевые слова: морские суда, тоннаж, размерная модернизация, испытания моделей судов.

Key words: marine vessels, tonnage, dimensional modernization, testing of ships models.

В СВЯЗИ с необходимостью становления и развития в Росси малого бизнеса в судоходстве [7], сейчас особую значимость приобретают исследования в области решения проблемы повышения конкурентно способности отечественного флота в сегменте универсальных сухогрузных судов дедвейтом 2–5 тыс. т. Суда такой грузоподъемности относятся к судам малой тоннажной группы (МТГ). Они являются наиболее востребованными и широко используются в трамповом судоходстве, где фрахтовые ставки сравнительно невелики. Это не способствует обновлению флота МТГ за счет инвестиций собственных средств в строительство новых судов. Поэтому в сложившейся ситуации судовладельцы малых судоходных компаний вынуждены искать пути продления срока службы судов и увеличения их провозной способности за счет их размерной модернизации, представляющей особый вид модернизации судов, когда по существу создается новое судно за меньшие деньги. Оно отличается от первоначального по размерам, мореходным качествам и технико-эксплуатационным показателям. За последние три десятилетия в нашей стране и за рубежом (больше всего в Китае) все в больших масштабах выполняются работы по модернизации с изменением их главных размерений [6], [7], [10]. Разрабатываются новые технологии, расширяется диапазон типов и размеров судов. Однако, несмотря на широкое распространение в мире идеологии модернизации для обновления флота, вопросы размерной модернизации судов нашли практическое решение раньше, чем оно было получено в результате теоретических исследований.

В значительной степени теоретическая база размерной модернизации отстает от практики эксплуатации судов и сегодня, особенно в части техно-экономического анализа, оценки целесообразности и эффективности выполнения этих работ [1]–[4].

С учетом изложенного выше, нами выполнены комплексные исследования существующей проблемы в части модернизации судов МТГ, касающейся обоснований эффективности. В резульы <

–  –  –

наиболее распространенные технологические направления:

— увеличение размерений судна путем замены части его корпуса более крупной;

— увеличение главных размерений судна с помощью вставок и наделок с использованием всего старого корпуса;

— создание многокорпусных судов из однокорпусных.

Сопоставительный анализ показал, что наиболее предпочтительным можно считать второе направление, включающее в качестве основного варианта одномерное увеличение размеров корпуса за счет удлинения. Величина удлинения судна зависит от многих факторов и прежде всего от конкретной цели модернизации, состояния корпуса, технологической возможности верфи [8], [9].

Чаще всего основная цель удлинения судна — это увеличение его грузоподъемности и грузовместимости, в таких случаях длина цилиндрической вставки (блока) обычно равна длине 1–2 трюмов [4]–[6]. Иногда суда удлиняются с целью улучшения пропульсивных качеств. В этом случае размер их удлинения определяется на основе расчетов и экспериментов в опытовых водоемах.

Нами были проведены экспериментальные исследования ходкости масштабных моделей типового судна МТГ из линейки серийных судов типа т/х «Советский Воин» (рис. 1).

а)

–  –  –

1. Аристархов В. Возрождать флот – забота общая / В. Аристархов // Морской флот. — 2001. — № 5. — С. 3–5.

2. Баранов В. С. Удлинение корпуса сухогрузного судна / В. С. Баранов // Технология судостроения. — 1965. — № 3. — С. 134–135.

3. Барабанов М. Н. Суда стандартных проектов — их настоящее и будущее / М. Н. Барабанов // Судостроение. — 1994. — № 2–3. — С. 11–15.

4. Бугаев В. Г. Анализ спроса и предложения на рынке морских транспортных судов / В. Г. Бугаев, М. В. Коваленко, М. В. Войлошенко // Проблемы транспорта Дальнего Востока: материла шестой междунар. научно-технич. конф. — Владивосток ДВО РАТ, 2005. — С. 22–23.

5. Гундобин А. А. Размерная модернизация и переоборудование судов / А. А. Гундобин, Г. Н. Финкель. — Л.: Судостроение, 1977. — 157 с.

6. Гундобин А. А. Определение основных элементов судна при увеличении его грузоподъемности за счет удлинения / А. А. Гундобин // Судостроение. — 1967. — № 9. — С. 8–10.

7. Луговец А. А. Организационно-экономические условия обеспечения либерализации отечественного судостроения и судоходства / А. А. Луговец, А. Д. Москаленко А. В. Степанец // Проблемы транспорта Дальнего Востока. Пленарные доклады девятой международной науч.-практич.

конф. (FEBRAT–11). 5–7 октября 2011 г. — Владивосток: ДВО Российской Академии транспорта, к6

–  –  –

В статье рассматривается и обосновывается актуальность разработки, постройки и серийного внедрения учебного парусного судна для внутренних водных путей нашей страны. Выполнен экономический анализ выбора габаритов учебного парусного судна, которые в значительной степени зависят от количества курсантов на борту и условий эксплуатации (осадка судна, глубина водоема и т.д.). Приведены проекты-аналоги учебных судов, длина которых составляет по ватерлинии порядка 10 м.

В качестве примера расчета стоимости дана калькуляция постройки современной яхты со стеклопластиковым корпусом проекта «Рикошет 930». При этом стоимость матрицы для постройки корпуса может превышать стоимость постройки одного корпуса, а сама постройка корпуса требует специального помещения и оборудования. Поэтому предлагается изготавливать корпусные детали и перевозить их для достройки на месте у потенциальных заказчиков. Это позволит значительно снизить расходы и дать возможность оснастить клубы юных моряков современными судами.

Предложенная концепция создания учебного парусного судна актуальна для студентов различных специальностей. Реализация данного проекта позволит студентам пройти полный цикл создания судна.

Relevance of development, construction and serial introduction of the training sailing ship for internal waterways of our country is considered and locates in the present article. In work the economic analysis of a choice of dimensions of the training sailing ship which substantially depend on number of cadets on a board and service conditions is made (a vessel deposit, reservoir depth, etc.). Projects analogs of training ships which length makes about 10 meters on a waterline are provided.

As an example of calculation of cost accounting of construction of the modern yacht with the fiberglass case of the Ricochet project 930 is given. Thus matrix cost for construction of the case can exceed the cost of construction of one case, and construction of the case demands the special room and the equipment. Therefore it is offered to make case details and to transport them for completion on a place at potential customers. It will allow to cut considerably expenses and to give the chance to equip clubs of young seamen with modern courts.

The offered concept of creation of the training sailing ship is actual for students of various specialties. Implementation of this project will allow students to take place a full cycle of creation of the vessel.

–  –  –

ВЕК научно-технической революции парусное судно — анахронизм. Тем не менее они имеются в составе флотов всех морских держав. Всего в мире более 80 учебных и учебнопрогулочных парусников, кроме того согласно справочнику Janes Fighting ships некоторые парусники принадлежат военно-морским флотам и находятся в учебных подразделениях, например греческий «Olympias» или новозеландские 12-метровые яхты. В ряде случаев серийные крейсерские яхты выступают в роли учебных судов (так, например, организует практику Морская академия США в Аннаполисе), а крупные шхуны именуются «молодежными прогулочными яхтами».

Из 83 регионов России 60 — это морские, речные края, области и республики. В СССР была сильно развита подготовка молодежи по различным программам ОСАВИАХИМ, например «Военно-морская шлюпка» [1]. К концу 1939 года, по неполным данным, военно-морской работой было охвачено почти 49 000 человек. В этом же году выполнили нормы на значок «Юный моряк»

9667 человек, на значок «Моряк» — 7191 человек, а в 1941 г. подготовкой по нормативам на значки «Юный моряк» и «Моряк» занималось уже почти 60 000 человек.

До перестройки в нашей стране насчитывалось 250 детских пароходств, флотилий, клубов морского и речного профиля. Сегодня большинство из них закрылось под гнетом финансового бремени по содержанию имущественного комплекса, а особенно учебного флота. Большие парусники из-за своей малочисленности не могут охватить все желающих. К тому же наличие больших учебных судов накладывает обязательства на компанию-владельца по их освидетельствованию, содержанию и эксплуатации. Ряд моторных судов были переоборудованы в учебные парусные суда малого водоизмещения, например «Славия» и «Юный балтиец», кроме того в клубах юных моряков активно используются суда на базе ЯЛ 6 и «самострой» на базе спасательных шлюпок [2].

В Петрозаводске в 2009 г. построена учебная двухмачтовая шхуна «Ильмера». РДОО «Гардемарины» разработан проект легкой шхуны, построена серия судов, на которых регулярно проводятся регаты «Кубок легких шхун».

Рис. 1. Слева — «Юный Балтиец», в центре — «Ильмера», справа — легкая шхуна

Школой юных речников-моряков могут стать многочисленные малые учебные парусно-моторные суда, рассчитанные на 6–10 курсантов. Их можно эксплуатировать во всех регионах РФ, где имеются пригодные для этого водоемы.

В настоящее время в России создано большое число судов с 1–2-мачтовым парусным вооружением, стилизованным под старину, самым малым из которых является двухместный 2-мачтовый «Оптимист» с использованием стандартного парусного вооружения класса «Оптимист».

Минимально оснащенным, вероятно, является описанный в [3] кеч с одной каютой. Однако, так как проект предполагает практическое обучение студентов полному циклу строительства судна с созданием опытного судна из композиционных материалов, включая матрицу, то данный вариант не является оптимальным. Причем, предполагается, что конструировать судно будет сами студенты под руководством опытных инженеров. Это позволит участвующим в проекте пройти полный цикл создания судна. Студенты на собственном опыте поймут, как зависят параметры создаваемого судна (длина, ширина, осадка, водоизмещение, мощность двигателя, стоимость пок6 стройки и эксплуатации и т.п.) от закладываемых в техническом задании условий (количество экипажа, автономность, материал корпуса и пр.).

ы 96 Судно предполагается разработать с возможностью превращения классического брига в бригантину (на грот-мачте убираются реи прямых парусов и поднимается косой парус) или шхуну (убираются реи с обеих мачт). Это необходимо, потому что на судах с одними косыми парусами, поднимаемыми с палубы, экипаж имеет практики меньше, чем нужно. При прямом вооружении, наоборот, нужна опытная команда, а тяжелой работы на высоте слишком много. Капитан-инструктор может варьировать набор парусов таким образом, чтобы постепенно вводить новичков в курс дела и не лишать их возможности поработать на реях, когда они уже будут иметь необходимую подготовку.

Несмотря на то, что в настоящее время сталь — наиболее распространенный судостроительный материал, и разрабатываются новые судостроительные стали, нами предлагается создать подобное учебное парусное судно с корпусом из композиционных материалов. При применении классического парусного вооружения корпус судна предполагается создавать из стеклопластика, так как это перспективный материал и имеет все большее распространение в гражданском и военном судостроении. Например, корабль проекта 12700 выполнен полностью в композитном корпусе, изготовленном вакуумно-диффузионным методом. При работе над проектом студенты на собственном опыте освоят ручную и автоматизированную формовку стеклопластиковых конструкций, а также познакомятся с применением новых материалов, таких как квадроаксиальная ткань, и ее отличиями от биаксиальной.

Экономический анализ выбора габаритных размеров учебного парусного судна для внутренних водных путей Для анализа стоимостей постройки судна (рис. 2) были выбраны компании, серийно занимающиеся постройкой парусных яхт с корпусом из стеклопластика: Hunter, Beneteau, Jeanneau, Hanse, Dufour, Bavaria. Ставилась цель не сравнить стоимости яхт различных производителей между собой, а определить динамику изменения цены в зависимости от длины корпуса и количества курсантов на борту. Анализировалась не конечная стоимость постройки судна, а рост стоимости в зависимости от длины судна. Яхты компаний производителей были сгруппированы в группы длиной ± 0,5 м, т. е. например от 7 до 8 м. Использовалась цена в минимальной комплектации, так как насыщение современным электрооборудованием и/или гоночным парусным вооружением может значительно увеличить стоимость судна. Анализировались не современные данные, что могло дать большой разброс исходных данных, а предкризисный каталог [4], в котором собраны действовавшие на тот момент цены.

–  –  –

где Ц i ср — средняя стоимость судна определенной длины, руб; Ц (7–8) ср — средняя стоимость судна длиной в диапазоне 7–8 м, руб; П i — приведенная стоимость судна определенной длины.

Во флотах различных стран ситуация, когда количество спальных мест экипажа меньше, чем членов экипажа на борту, имеет различное название, например немецкое/английское — «теплая койка», американское — «переходящее спальное место» и др. Так как предполагается использование судна, в том числе и для дневных походов, расчет сделан для случая уплотненного размещения экипажа. При этом во время проектирования увеличение числа членов экипажа не должно ухудшать безопасность плавания на судне.

Рис. 3. Зависимость стоимости одного места от количества кают (для наглядности относительная стоимость увеличена в 10 раз) Большинство рассмотренных проектов имели следующее количество отдельных кают: суда средней длиной до 9,5 м — не более 2 кают и кают-компанию; суда средней длиной до 11,5 м — не более 3 кают и кают-компанию; суда большей длины — более 3 кают.

В расчете заложено, что на одно спальное место в дневных выходах приходятся 2 курсанта.

Места в кают-компании не учитываются, кроме случая для судна длиной до 9,5 м, где используется одно место в кают-компании, так как на большинстве судов данного типа имеется не более 2 отдельных кают. Предполагается, что на судне должно находиться не менее 2 инструкторов, имеющих отдельную каюту.

Суда длиной менее 9 м чаще всего имеют только одну каюту с выгородками спальных мест.

В проекте предполагается организация размещения экипажа в отдельных каютах, обеспечивающих повышенный уровень комфорта. Кроме того обязательным условием является наличие гальюна с душем.

Из рис. 3 видно, что приведенная стоимость одного места меняет свое значение в местах увеличения количества кают. Но при этом стоимость 1 места на судне длиной 12–13 м при строительстве обходится более чем в 1,5 раза дороже, чем на судне длиной 9–10 м.

В обслуживании судно длиной 12 м также дороже 10-метрового, кроме того в условиях внутренних водных путей критической величиной для большого числа водоемов является осадка судна. Поэтому для дальнейших работ был выбран вариант судна длиной порядка 10 м с тремя каютами, кают-компанией и гальюном.

к6

–  –  –

Заключение Сейчас российский флот как никогда нуждается в кадрах, и первое желание идти туда работать должно зарождаться в клубах юных моряков. Комплексный подход с использованием современного оборудования позволяет подготовить квалифицированных специалистов, которые на практике осваивают полный цикл изготовления сложных изделий, способных после окончания института сразу приступить к работе с современным наукоемким оборудованием и передовыми технологиями. Кроме того данный подход к организации образовательного пространства способствует формированию системы подготовки, развития и поддержки кадров и развитию молодежных инициатив в сфере научно-технического творчества молодежи [12], [13].

Данный проект позволит пройти полный цикл создания судна: обоснование параметров судна, разработка технического задания, компьютерное моделирование судна и его отдельных элементов в различных условиях, создание натурной модели судна и проведение экспериментов в модельном бассейне, создание матрицы корпусных и палубных элементов с использованием роботоризированного фрезерного комплекса, расчет раскладки ткани для вариантов монолитного корпуса и макронеоднородных слоевых конструкций, насыщение корпуса оборудованием, спуск судна, практическая эксплуатация.

Список литературы

1. Авраамов Н. Ю. Военно-морская шлюпка / Н. Ю. Авраамов. — М.: Редиздат ЦС ОСАВИАХИМ СССР, 1941. — 132 с.

2. Чернышов Е. А. Разработка учебного парусного судна для внутренних водных путей / Е. А. Чернышов, А. Д. Романов // Международный журнал экспериментального образования. — 2013. — № 11(2). — С. 31–33.

3. Глебов А. Построено любителями: Шхунка для кадетов / А. Глебов // Катера и яхты. — 2014. — 4 (250). — С. 136–140.

4. Современные катера и яхты. — СПб.: Премьера, 2003. — 475 с.

к6

5. Фактическая калькуляция яхты «Рикошет 930» [Электронный ресурс]. — Электрон.

дан. — режим доступа: http://www.sprayltd.ru – официальный сайт компании «Спрей Лтд».

ы

6. Griffiths M. Sixty years a Yacht Designer / M. Griffiths. — London: Sheridan House, 1988. — 128 p.

7. Миддендорф Ф. Л. Рангоут и такелаж судов / Ф. Л. Миддендорф. — СПб: К. Л. Риккер, 1905. — 479 с.

8. Folkard H. C. The sailing boat / H. C. Folkard. — London: Longmans, Green and Co., 1870. — 456 p.

9. Traung Jan-Olof. Fishing boats of the World / Jan-Olof Traung. — London: Fishing News (Books) Ltd., 1960. — 841 p.

10. Слокам Д. Один под парусами вокруг света / Д. Слокам. — М.: Армада-пресс, 2002. — 377 с.

11. [Электронный ресурс]. — Электрон. дан. — режим доступа: http://www.dixdesign.com — офиц. сайт компании DUDLEY DIX YACHT DESIGN.

12. Чернышов Е. А. Опыт внедрения технологии сквозного цифрового проектирования в рамках научно-исследовательской работы студентов и аспирантов / Е. А. Чернышов, К. О. Гончаров, А. Д. Романов, А. Л. Кулагин // Современные наукоемкие технологии. — 2014. — № 4. — С. 92–96.

13. Чернышов Е. А. Об опыте обучения студентов инженерных специальностей основам управления проектами / Е. А. Чернышов, А. Д. Романов // Международный журнал экспериментального образования. — 2014. — № 1. — С. 54–57.

–  –  –

ОСНОВЫ МЕХАНИЗМА ЭФФЕКТИВНОГО ПРИМЕНЕНИЯ

ПРОМЫШЛЕННЫХ НАНОТЕХНОЛОГИЙ ПРИ ДОБЫЧЕ

АКВАЛЬНЫХ ГАЗОГИДРАТОВ

BASES OF THE MECHANISM OF EFFECTIVE APPLICATION OF INDUSTRIAL

NANOTECHNOLOGIES AT PRODUCTION OF AQUATIC GAS-HYDRATES

Рассмотрены различные механизмы образования газовых гидратов и соответствующие им промышленные технологии получения из них метана. Представлены разнообразные типы наночастиц, посредством которых целесообразно вести разработку газогидратных залежей. В целом механизм формирования газогидратных залежей определяется многими, зачастую стохастическими факторами:

интенсивностью генерации и особенностями миграции углеводородов, составом газа, степенью газонасыщенности и минерализации вод, литологической характеристикой разреза, структурой пористой среды, термодинамическим режимом разреза вмещающих пород, геотермическим градиентом в зоне гидратообразования и в подстилающих породах и др. Знание кинетики и морфологии образования залежей газогидратов будет способствовать разработке более эффективных технологий их освоения, что обусловлено различным их строением. Различные виды газогидратных залежей, а также их перемешивание при формировании с илом и илистыми частицами будет предопределять возможные количественные параметры и основные режимы промышленных технологий их разработки.

Various mechanisms of formation of gas hydrates and corresponding to them industrial technologies of receiving methane from them are considered. Various types of nanoparticles by means of which it is expedient to conduct development of gaseous-hydrate deposits are presented. So, in general the mechanism of formation of gaseous-hydrate deposits is defined by many – often stochastic factors: intensity of generation and features of migration of hydrocarbons, composition of gas, degree of gas saturation and a mineralization of waters, the lithologic characteristic of a section, structure of the porous environment, the thermodynamic mode of a section of the containing breeds, a geothermal gradient in a zone of hydrate formation and in the spreading breeds, etc. The knowledge of kinetics and morphology of formation of deposits of gas hydrates will promote development of more effective technologies of their development that is caused by their various structures. Different types of gaseoushydrate deposits and also their hashing when forming with silt and oozy particles will predetermine possible quantitative parameters and the main modes of industrial technologies of their development.

Ключевые слова: аквальные залежи, газогидраты, возникновение чрезвычайных ситуаций, механизм.

Key words: aquatic deposits, gas hydrates, emergency occurrence, mechanism.

–  –  –

ного и технологического развития. В частности, в 2000 г. мировой рынок нанопродукции оценивался ы в 2,6 млрд долл. США, а в 2014 г. он достиг значения более 25 млрд долл. США [1].

102 Кроме этого, в 2003 г. в мире было зарегистрировано 8600 патентов на изобретения в области нанотехнологий и наноматериалов (в 1976–2003 г.г. на США приходилось свыше 60 % таких патентов). В 2003 г. из 8600 этих патентов в странах «Большой восьмерки» на США приходилось 5228 патентов, Японию — 926, Германию — 684, Канаду — 244 и Францию — 183 [1]. В свою очередь, в США наибольшее количество патентов на изобретения в области нанотехнологий и наноматериалов используют такие компании, как IBM, Intel и L’Oreal.

Для поддержки и развития наноиндустрии в США была одобрена и действует с 2000 г. программа развития нанотехнологических исследований «Национальная Нанотехнологическая Инициатива». В течение 2001–2005 гг. расходы на эту программу только со стороны государства превышали 4 млрд долл., а число ученых занятых в ней превысило 100 000 человек, причем частные инвестиции в нанотехнологии примерно в 10 раз превысили правительственные.

В Европейском Союзе программа развития нанотехнологий включает множество проектов, направленных на установление лидирующих позиций на ряде критических направлений, начиная с разработки микроантенн и микроустройств, и заканчивая разработкой микророботов, способных восстанавливать больные человеческие органы. В 2007 г. на тематическое направление «Нанонауки, наноматериалы и новые технологии» в ЕС было выделено 3,5 млрд евро.

В Японии с 1999 г. действует японская «Национальная программа работ по нанотехнологии». В Китае пятилетний план 2001–2005 гг. включал выделение 300 млн долл., позволив выйти на мировой уровень разработок.

Развитие и становление наноиндустрии в Российской Федерации определяется следующими стратегическими документами [2]:

— Концепцией развития в Российской Федерации работ в области нанотехнологий на период до 2010 года (одобрена Правительством Российской Федерации 18 ноября 2004 г. № МФ-П7-6194).

— Федеральной целевой программой «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007–2012 годы» (постановление Правительства Российской Федерации № 613 от 17 октября 2006 г.). Реализация стратегической цели этой Программы включает 2 этапа: первый этап 20082011 гг., второй этап 20122015 гг.

— Президентской инициативой «Стратегия развития наноиндустрии» (№ Пр-688 от 24 апреля 2007 г.).

— Федеральной целевой программой «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008–2010 годы» (постановление Правительства Российской Федерации № 498 от 2 августа 2007 г.).

— Программой развития наноиндустрии в Российской Федерации до 2015 года (одобрена Правительством Российской Федерации 4 мая 2008 года ВЗ-П7-2702) (далее — Программа).

— Концепцией долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации на период до 2020 года (Утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации № 1662-р от 17 ноября 2008 г.).

–  –  –

Наличие наноструктур и наночастиц, обладающих принципиально особыми свойствами, обуславливает необходимость разработки соответствующих промышленных технологий в различных сферах человеческой деятельности.

В настоящее время под термином «нанотехнология» подразумевают создание и использование различных материалов, устройств и систем, структура которых регулируется в нанометровом масштабе, т.е. в диапазоне размеров атомов, молекул и надмолекулярных образований [10]–[12].

В соответствии с этим нанотехнологии предполагают контролируемое регулирование свойств к6 объектов на молекулярном и надмолекулярном уровне (1–100 нм), определяющих большинство фундаментальных параметров и свойства физических объектов, на основе целенаправленного маы 104 нипулирования их атомами и молекулами [13]–[15].

Выбор основных инвестиционных наноприоритетов в большинстве развитых странах мира обусловлен прежде всего получением наибольшей финансовой отдачи. В Российской Федерации одним из важных приоритетов наноиндустрии является сфера недропользования (среди которой, с учетом существенного вклада в ВПП РФ, особое значение имеет нефтегазовая отрасль).

Необходимо отметить, что освоение (разработка) выявленных к настоящему времени значительных объемов природных газогидратов (прежде всего — аквальных залежей), содержащих около 15000*1012 м3 СН4, сдерживается их довольно не устойчивым состоянием, обуславливающим возможное быстротечное (взрывное) разрушение их массивов, что существенно осложняет и даже препятствует применению промышленных технологий их разработки [16].

При этом традиционно эффективность возможной промышленной добычи аквальных газогидратов, как правило, определяется только давлением, температурой, солевым (ионным) составом морских (океанических) вод, параметрами придонных течений, наличием и характеристиками различных дисперсных частиц, характеристиками и свойствами включенных газов и некоторыми другими факторами обычной размерности [17].

Хотя основным структурным элементом газовых гидратов являются элементы наноразмерности — это кристаллическая ячейка, состоящая из молекул воды, внутри которой и размещена молекула газа [18]. Структура гидратов подобна структуре льда, но отличается от последней тем, что молекулы газа расположены внутри кристаллических решеток (рис. 2), а не между ними.

Способностью образовывать газовые гидраты обладают все гидрофобные газы и легколетучие органические жидкости (Ar, N2, О2, СН4, С2Н4, С2Н6, С3Н6, С3Н8, изо-С4Н10, H2S, Сl2, галогенопроизводные углеводородов С1-С4 и т.д.), а также некоторые гидрофильные соединения — СО2, С3Н6О (ацетон) и SО2 [18], [19].

К настоящему времени разработаны два принципиально разных механизма, по-своему объясняющие образование газовых гидратов [15]:

1. Механическое вхождение молекулы СН4 в полость криРис. 2. Упаковка метана в газогидратах сталла воды.

2. Донорно-акцепторное образование газовых гидратов.

Каждый из этих механизмов образования газогидратов предполагает и принципиально разные технологии их освоения:

— механистический — базирующийся на основе повышения температуры и снижения давления, а также с использованием различных ингибиторов;

— донорно-акцепторный (дипольный) — соответствующие ему наноразмерные технологии.

Так, согласно механистическому механизму образования газовых гидратов к практическому использованию в настоящее время предлагается три основных способа добычи газа из аквальных гидратосодержащих залежей, а также их комбинация:

1) депрессионный (предусматривающий понижение давления ниже равновесного давления);

2) тепловой (обусловленный нагревом гидратов выше равновесной температуры);

3) химический.

Что касается разработки технологии освоения газогидратных залежей по донорно-акцепторному механизму, то в этом случае более приемлемым является использование для разрушения газогидратной ячейки различных наночастиц.

В частности, к настоящему времени были получены следующие новые наночастицы и наноматериалы [2], [20]:

ы — неионные коллоидные растворы наночастиц металлов;

к6 — анионоподобные высококоординационные аквахелаты нанометаллов;

— гидратированные наночастицы биогенных металлов;

— гидратированные и карботированные наночастицы биогенных металлов;

— электрически заряженные коллоидные наночастицы металлов;

— электрически нейтральные и электрически заряженные металлические наночастицы в аморфном состоянии;

— структурированные агломераты наночастиц;

— наногальванические элементы;

— энергоаккумулирующие металлические наноматериалы.

Кроме этого, необходимо отметить, что к настоящему времени промышленным методом уже созданы мелкодисперсные водные коллоидные растворы фуллеренов С60 и С70, содержащие частицы с размерами менее 0,22 мкм 2200 [21]. К тому же эти растворы довольно стабильны в течение 3 месяцев [22].

В работе [22] показано, что коллоидные растворы фуллеренов являются типичными гидрофобными гидрозолями, в которых частицы имеют поверхностный отрицательный заряд. Сами частицы имеют, преимущественно, сферическую форму [23]. В этой же работе сообщалось, что получены коллоидные растворы с концентрацией фуллеренов С60 вплоть до 2·10-3 моль/дм3, которые являются стабильными в течение 12–18 месяцев. Причем эти растворы коагулируют при добавлении к ним электролитов.

В настоящее время синтезирован еще один водный молекулярно-коллоидный раствор (СNFWS) по меньшей мере одного гидратированного фуллерена (описанный в статье [24]).

Минимальный размер кластерных частиц в таких растворах составляет 34, а сами частицы представляют собой агрегаты, состоящие из 13 молекул фуллерена С60, причем каждая из них окружена 20–24 молекулами Н2О [25].

В целом фуллерены представляют собой шарообразные сетчатые полые молекулы, в которых число атомов углерода (N) может быть различным, начиная с 60 (с диаметром ~10). Наиболее распространенным, изученным и типичным представителем фуллеренов является С60 [23].

Известны молекулы фуллеренов СN, содержащие 70, 76, 82, 84 и до 240 атомов углерода.

Очевидно, что чем большее число атомов углерода содержится в молекуле фуллерена, тем больше по размеру является и сама молекула [23]. При этом с увеличением N фуллерены становятся менее доступными и более редкими, однако основные физико-химические свойства у них достаточно близки, в результате в водных растворах они ведут себя одинаково, и закономерности формирования коллоидных растворов фуллеренов, независимо от N, также одинаковы. Символ @ в их формуле означает, что сферическая молекула фуллерена CN окружена сферической сеткой, состоящей из адсорбированных молекул воды, связанных между собой водородными связями [23].

Как было показано в статье [25], количество молекул воды (m + n), адсорбированных на поверхности каждой молекулы фуллерена С60, равно или больше 20.

Для последовательного (не взрывного) промышленного разрушения клатратных соединений — газогидратов (с целью эффективного извлечения содержащегося там метана) целесообразно подавать к ним наночастицы в составе неактивных водных струй, в количестве соответствующему запланированному количеству разрушаемых ячеек (клатратов) газогидратов.

В соответствии с этой идеологией первоначально предполагалось подавать и использовать для этого наночастицы любой формы. Главным являлась их соразмерность с разрушаемыми ячейками клатратов — газовых гидратов.

В дальнейшем была установлена выраженная зависимость эффективности разрушения газогидратов от формы наночастиц: в частности, от наличия у наночастиц различных шипов (рис. 3). При перемещении сферической частицы, обладающей шипами, к6

–  –  –

Выводы Очевидно, что различные виды газогидратных залежей (порфировидные, массивные, грануловидные, жилы, прожилки и т.д.), а также их перемешивание при формировании с илом и илистыми частицами будет предопределять возможные количественные параметры и основные режимы промышленных технологий их разработки.

–  –  –

нотехнологий: опыт США и ЕС.

2. http://www.allbest.ru.

3. Алексенко А. Г. Нанотехнология как основа новой научно-технической революции / А. Г. Алексенко // Наука и технологии в промышленности 2004. № 3, 4. С. 5661.

4. Андриевский Р. А. Наноструктурные материалы / Р. А. Андриевский, А. В. Рагуля // Nanotechnology News Network, 2005.

5. Рынок нано: от нанотехнологий к нанопродуктам. М.: БИНОМ. — 2011. — 319 с.

6. Губин С. П. Магнитные наночастицы: методы получения, строение, свойства / С. П. Губин, Ю. А. Кокшаров, Г. Б. Хомутов, Г. Ю. Юрков // URL: http://magneticliquid.narod.ru/autority/437.htm.

7. Елисеев А. А., Лукашин А. В. Функциональные наноматериалы. Физматлит, 2010.

8. Суздалев И. П. Нанотехнология: физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов, 2006. УРСС.

9. Разновидности наночастиц. URL: http://prostonauka.com/nano/nanotehnologii-v-biologii-imedicine/nanomaterialy/nanochasticy.

10. Головин Ю. И. Введение в нанотехнику. Машиностроение, 2007.

11. Гусев А. И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии, 2005. УРСС.

12. Нано- и микросистемная техника. От исследований к разработкам // Сборник статей под редакцией П. П. Мальцева. — М.: Техносфера, 2005.

13. Нанотехнологии в электронике // Под ред. Ю. Чаплыгина. — М.: Техносфера, 2005.

14. Рамбиди Н. Г., Березкин А. В. Физические и химические основы нанотехнологий. Физматлит, 2008.

15. Хавкин А. Я. Наноявления и нанотехнологии в добыче нефти и газа / Под ред. член–корр.

РАН Г. К. Сафаралиева — Ижевск: ИИКИ, 2010. — 692 с.

16. Воробьев А. Е. Наноявления и нанотехнологии при разработке нефтяных и газовых месторождений. / А. Е. Воробьев, В. П. Малюков. — М.: РУДН, 2009. 106 с.

17. Воробьев А. Е. Аквальные залежи газогидратов: ресурсы и инновационные технологии освоения. / А. Е. Воробьев, Г. Ж. Молдабаева, Е. С. Орынгожин, Е. В. Чекушина — Алматы:

КазНТУ, 2013. — 403 с.

18. Дядин Ю. А. Газовые гидраты / Ю. А. Дядин, А. Л. Гущин // Соросовский образовательный журнал, 1998. — № 3, — С. 55–64

19. Сергеев Г. Б. Нанохимия. — М.: МГУ, 2009.

20. Фостер Л. Нанотехнологии. Наука, инновации и возможности, 2008. УРСС.

21. Andrievsky G. V. et al. On the Production of an Aqueous Colloidal Solution of Fullerenes // J. Chem. Soc., Chem. Commun. — 1995. — P. 12811282.

22. Andrievsky G. V. et al. Colloidal Dispersions of Fullerene С60 in Water: Some Properties and Regularities of Coagulation by Electrolytes, The Electrochem. Soc. Interface, 195-th Meeting, Seattle, 1999.

23. Водный молекулярно-коллоидный раствор по меньшей мере одного гидратированного фуллерена // Патент RU 2213692.

24. Andrievsky G. V. Studies of aqueous colloidal solutions of fullerene с60 by electron microscopy // G. V. Andrievsky, V. K. Klochkov, E. L. Karyakina, N. O. Mchedlov-Petrossyan. Studies of aqueous colloidal solutions of fullerene с60 by electron microscopy. // Chem. Phys. Lett. — 1999. — P. 392396.

25. Andrievsky G. V. FWS-molecular-colloid systems of hydrated fullerenes and their fractal clusters in water solutions. / G. V. Andrievsky, V. K. Klochkov, L. I. Derevyanchenko — The Electrochemical Society Interface (195-th Meeting, May 26, 1999, Seattle, Washington.

26. Ежи и наноструктуры. URL: http://youege.com/vysokie-texnologii/ezhi-i-nanostruktury.

27. Макогон Ю. Ф. Природные газовые гидраты: распространение, модели формирования, ресурсы / Ю. Ф. Макогон // Российский химический журнал. 2003. — Т. 47. — № 3. — С.7079.

28. Клеркс Ж. Гидраты метана в поверхностном слое глубоководных осадков озера Байкал / к6 Ж. Клеркс, Т. И. Земская, Т. В. Матвеева // Докл. РАН — 2003. —Т. 393. — № 6. — С. 822826.

ы

–  –  –

В статье рассмотрены возможности использования лазерных дальномеров для точного определения бесконтактным способом уровня и конфигурации поверхности навалочного груза погруженного в трюм судна. Предложенная математическая модель, примененные методы конусов, кусочно-линейной аппроксимации с последующей экстраполяцией методом сеток позволяют с достаточной полнотой для безопасных транспортных перевозок на судах осуществить расчет объема и массы насыпного груза, а также определить его центр тяжести.

The article considers the possibility of using laser rangefinders for precise non-contact mode level and the configuration of the surface of the bulk cargo shipped in the hold of the vessel. The proposed mathematical model, applied methods of cones, piecewise linear approximation with subsequent extrapolation method grids allow with sufficient completeness for safe transport on ships, to carry out the calculation of volume and mass of bulk cargo, as well as to determine its center of gravity.

Ключевые слова: лазерные дальномеры, конфигурация поверхности груза в трюме судна объем и масса навалочного груза.

Key words: laser rangefinders, configuration of the surface of the goods in the hold, quantity and weight of bulk.

Т ЕХНОЛОГИЯ безопасной перевозки навалочных и насыпных грузов была рассмотрена в трудах многих отечественных и зарубежных исследователей [1]–[3]. Математические модели оптимизации процессов загрузки балкеров и выбора оптимального варианта проведения грузовых операций на таких судах с целью обеспечения их мореходной безопасности предложены в работах [4]–[6]. Технологические приемы обеспечения сохранной перевозки цемента насыпью рассмотрены в работе [7], а расчеты удефферентовки балкера описаны в статье [8].

В настоящее время определение массы навалочного груза, который погружен в данный момент времени на судно, производится, как правило, по осадке. Это приводит к достаточно большой погрешности, особенно на открытых рейдах и акваториях портов, а расчет массы такого груза в ы

–  –  –

операций не осуществляется. Для решения такой задачи была разработана математическая модель, описывающая конфигурацию поверхности штабеля навалочного груза, которая образуется в процессе выполнения погрузочных операций. В математической модели использована триангуляция Делоне, а результаты моделирования изложены в работах [9], [10].

В настоящее время для замера расстояний до предмета могут быть использованы дальномеры следующих типов: ультразвуковые, фотоэлектрические, лазерные (такие, например, как Makita LD 060 P. Agatec Agatape, DIMETIX DLS-B 15, BOSCH DLE 50 Professional и др.).

Выполненные авторами статьи теоретические исследования и натурные наблюдения в реальных рейсах позволяют предложить для определения уровня поверхности навалочного груза в трюме судна лазерные дальномеры. Они с необходимой точностью и в постоянном режиме дают возможность определять высоту поверхности штабеля груза в трюме, что позволяет выполнять расчеты массы погруженного груза и координат его центра тяжести (ЦТ).

Лазерный дальномер (рулетка) BOSCH DLE 50 Professional размером не более мобильного телефона обладает высокой точностью измерения и многофункциональностью. Он быстро выполняет измерение длин, площадей и объемов на расстоянии до 50 м, имеет упорный штифт для крепления и измерения из труднодоступных мест, четкий дисплей, резьбу под штатив 1/4”, резиновые накладки на корпусе, обладает высокой точностью измерений, простым и понятным интуитивным управлением.

Технические характеристики: диапазон измерения 0,05–50 м, точность измерения ±1,5 мм, минимальное время измерения 0,5 с, максимальное время измерения 4 с, лазерный диод 635 нм, 1 мВт, класс лазерного излучения 2, защита от пыли и водяных брызг IP54; резьба штатива прямая 1/4”, электропитание четыре батареи 1,5 В LR030 (AAA) или четыре аккумулятора 1,2 В KR03 (AAA), количество изменений с питанием от батарей около 30 000, размер: 1005832 мм, масса (включая батареи) 175 г.

В январе-феврале 2011 г. при погрузке в порту Ильичевск балкеров водоизмещением 170– 180 тыс. т (т/х «FATHER S», т/х «JIMRICH», т/х «PIONEER PACIFIC») лазерными дальномерами BOSCH DLE 50 Professional были выполнены натурные экспериментальные замеры высоты поверхности груза железорудного концентрата (ЖРК). Удельный погрузочный объем груза (УПО) равен 0,43 м3/т. Измеренные расстояния в метрах от углов крышки трюма т/х «FATHER S», т/х «JIMRICH», т/х «PIONEER PACIFIC» до поверхности груза сведены в табл. 1. Результаты проведенных замеров (опытов) позволили по формулам, изложенным в [9], [10], определить конфигурацию поверхности грузов в трюмах, а также рассчитать их объемы и массу.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |



Похожие работы:

«UCS Shelter v.2 SHELTER Профессиональная система автоматизации гостиниц Руководство 2014г. UCS UCS Shelter v.2 Все авторские права защищены. Воспроизведение любой части данного руководства в любой форме без письменного разрешения фирмы UCS запрещено. В настоящее руководство могут вноситься изм...»

«СТРАНИЦА 1 СМЕТА-СМАРТ КОНТРОЛЬНЫЙ ПРИМЕР – САНКЦИОНИРОВАНИЕ БУ/АУ Контрольный пример "Санкционирование расходов для бюджетных (автономных) учреждений" Содержание Введение Настройка программы План ФХД Журнал регистрации обязательств ОТЧЕТЫ Журнал регистрации об...»

«Автоматизированная информационная система мониторинга ДОМОВОЙ на базе программного обеспечения MICROSOFT DYNAMICS AX ИНСТРУКЦИЯ Web-интерфейс для обработки заявок АИСМ Домовой Составитель: Селезнева Т.В. Дата разработки: 01.08.2014 Обновление: 01.03.2015г., 30.10.2015г. Побежимова Ю.В. Оглавление 1. В...»

«ОМСКИЙ ОБЛАСТНОЙ СУД АПЕЛЛЯЦИОННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ от 26 ноября 2014 г. по делу N 33-7718/2014 Судебная коллегия по гражданским делам Омского областного суда в составе: рассмотрела в открытом судебном заседан...»

«www.wipo.int/madrid/ru Сентябрь 2015 г. | No. 3/2015 СОДЕРЖАНИЕ МАДРИДСКАЯ СИСТЕМА. Знаменательное событие для международной системы регистрации товарных знаков ДОГОВАРИВАЮЩИЕСЯ СТОРОНЫ..2 Практическое значение присоединения Алжира к Мадридскому протоколу о международной регистрации знаков Вопросы и ответы в связи с...»

«Из решения Коллегии Счетной палаты Российской Федерации от 30 марта 2015 года № 12К (1023) "О результатах контрольного мероприятия "Проверка исполнения соглашений, заключенных Министерством труда и социальной защиты Росс...»

«TomTom GO Руководство пользователя 16.1 Содержание Спасибо, что выбрали TomTom! 6 Что нового 7 Новое в этой версии Видео TomTom Начать 9 Установка в машине Выбор места установки навигатора Включение...»

«Воспитатель МБДОУ ДС №239 г. Челябинска Стародубцева М.В. Обучение старших дошкольников чтению и письму "Дети должны жить в мире красоты, игры, сказки, музыки, рисунка, фантазии, творчества. Этот мир должен окружать ребенка и тогда, когда мы хотим научить его читать и писать. Да от того, как будет чувствовать...»

«ПРОТОКОЛ совместного заседания Общественного совета при УМВД России по Приморскому краю п Совета почетных граждан Приморского края 23 декабря 2016 года г. Владивосток Председатель Общественного совета при...»

«Документ предоставлен КонсультантПлюс МИНИСТЕРСТВО СОЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ НАСЕЛЕНИЯ РЯЗАНСКОЙ ОБЛАСТИ ПОСТАНОВЛЕНИЕ от 13 декабря 2016 г. N 14 ОБ УТВЕРЖДЕНИИ АДМИНИСТРАТИВНОГО РЕГЛАМЕНТА ПРЕДОСТАВЛЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННОЙ УСЛУГИ ОКАЗАНИЕ ГОСУДАРСТВЕННОЙ СОЦИАЛЬНОЙ ПОМОЩИ НА ОСНОВАНИИ СОЦИАЛЬНОГО КОНТРАКТА В соответствии с Федера...»

«Содержание 1 Общие положения 4 2 Характеристика профессиональной деятельности выпускника 2.1 Область профессиональной деятельности выпускника 2.2 Объекты профессиональной деятельности выпускника 2.3 Виды профессиональной деятельности выпускника 2.4 Задачи профессиональной деятельности выпускника 3 Компете...»

«Московская командная олимпиада по программированию. Лига A 14 октября 2007 года www.olympiads.ru/moscow Задача A. Проверьте правильность ситуации Имя входного файла: xzeros.in Имя выходного файла: xzeros.out Максимальное время работы на одном тесте: 1 секунда Максимальный объ...»

«ДАЙДЖЕСТ НАЛОГОВЫХ НОВОСТЕЙ № 39 1 7 апреля – 13 апреля 2014 года 1. Письма Минфина России и ФНС России 1.1. Налог на добавленную стоимость. Начиная с налогового периода за первый квартал 2014 года налогоплательщиками...»

«В.В.Рыбин (Кириллов) ОБ ИЗОБРАЖЕНИИ оОГОРОДИЦЫ С гЛЯАДЕНЦЕМ НА ПРЕСТОЛЕ В хСОНХЕ ЦЕНТРАЛЬНОЙ АПСИДЫ РОВДЕСТВЕНСКОГО СОБОРА ФЕРАПОНТОВА МОНАСТЫРЯ Богородичная тема, что уже общепринято, — ведущая в роспи­ си Рождественского собора Ферапонтова монастыря. Дионисии край­ не тонко и ненавязчиво, с...»

«1.4.2. Топливно-энергетический комплекс 1.4.2.1. Ангаро-Енисейский каскад ГЭС (ТОВР Иркутской области и Усть-Ордынского Бурятского АО Енисейского БВУ Росводресурсов) Ангаро-Енисейский каскад ГЭС включает: Иркутскую, Братскую, Усть-Илимскую и Богучанскую (строящуюся) на Ангаре; Красноярскую (Дивногорск), Майнскую (пос. Майна) и Саяно-Ш...»

«ААЛУ.423142.000 ДКПП 33.20.70.900 УКНД 23.100.01 Перв. примен. УТВЕРЖДАЮ Главный инженер НПП “Микротерм” В. Н. Кучугура 2007 г. Справ. № ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ ЭЛЕКТРОПНЕВМАТИЧЕСКИЕ МТМ850 Руководство по эксплуатации Подпись и...»

«Lenovo A7000-a Руководство пользователя версии 1.0 Введение Прежде чем использовать информацию и сам продукт, обязательно ознакомьтесь с перечисленными ниже разделами. Краткое руководство Regulatory Notice (уведомление о действующих нормати...»

«Известия Гомельского государственного университета имени Ф. Скорины, № 5 (92), 2015 УДК 330 Человеческий капитал в Беларуси: характерные черты и особенности развития А.М. БОНДАРЕВА Приведена периодизация теории человеческого капитала, имеющая критерием сдвиги в развитии совокупной рабочей силы, определены качественны...»

«Утверждено “ ” г. ЗАО "ФБ ММВБ (подпись уполномоченного лица) (печать) ИЗМЕНЕНИЯ В ПРОСПЕКТ ЦЕННЫХ БУМАГ Акционерный коммерческий банк АК БАРС (открытое акционерное общество) облигации докуме...»

«Статус Крат. Ед. Артикул Наименование Коробка Цена с НДС товара заказа товара Защитные каски A79R (4 точки, с храповиком) А79R, защитная каска, 4 точки крепления оголовья, оснастка из нейлона, с храповиком, цвет белый складская 20 шт 300 шт...»

«Утверждены Решением Правления № 17-03 от "17" марта 2016г. Общие условия предоставления потребительских кредитов физическим лицам сотрудникам Организаций – находящихся на обслуживании в ПАО БАНК "МОСКВАСИТИ" по выдаче зараб...»

«Проблемы пожарной безопасности http://nuczu.edu.ua УДК 614.8 Е.В. Тарахно, к.т.н., доцент, нач. каф., НУГЗУ, Л.А. Андрющенко, к.т.н., с.н.с., ИСМА НАН Украины, А.М. Кудин, д.т.н., профессор, НУГЗУ, Л.Н. Трефилова, к.ф.-м.н...»








 
2017 www.book.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные ресурсы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.