Использование характеристик термодинамических процессов для оценки технического состояния дизельных энергетических установок

В статье проанализированы результаты исследования особенностей термодинамических процессов и анализ перспектив использования их характеристик для оценки технического состояния дизельных энергетических установок. Приведена структурная схема судовой энергетической установки, которую предлагается считать состоящей из отдельных, равных по степени влияния на эффективность работы, составляющих: механической части, термодинамической части, системы топливоподачи и системы автоматического регулирования частоты вращения. Результаты теоретического анализа совместной работы механической и термодинамической составляющих силовой функции дизеля показали, что температура рабочих поверхностей является важной характеристикой технического состояния энергетической установки. К понятию «термодинамическая составляющая» в данном случае относится сочетание процессов горения топлива и расширения продуктов сгорания. Для совершенствования конструкции и повышения эффективности эксплуатации энергетических установок необходимо более глубокое изучение внутрицилиндровых процессов сгорания топлива и разработка эксплуатационных методов контроля теплового состояния дизельных двигателей внутреннего сгорания. Контроль изменения функциональных зависимостей температуры рабочего тела от условий эксплуатации и технического состояния может способствовать на практике повышению эффективности эксплуатации судовых энергетических установок. Проведены экспериментальные исследования перспективности методов тепловизионных исследований для оценки технического состояния дизелей. Установлено, что достоверность контроля повышается при увеличении размеров остова дизеля ввиду уменьшения интенсивности динамики выравнивания температур отдельных цилиндров. При этом наиболее целесообразным и информативным является контроль температуры выпускного коллектора дизеля, выполняемый в процессе прогрева холодного двигателя или непосредственно после его завершения.

1. Андрусенко С. Е. Механизмы управления рабочим процессом дизельного двигателя / С. Е. Андрусенко, О. Е. Андрусенко, В. В. Колыванов, Ю. И. Матвеев // Научные проблемы водного транспорта. — 2021. — № 68. — С. 98–108. DOI: 10.37890/jwt.v68.206.

2. Вибе И. И. Теория двигателей внутреннего сгорания / И. И. Вибе. — Челябинск: ЧПИ, 1974. — 252 с.

3. Шароглазов Б. А. Двигатели внутреннего сгорания: теория, моделирование и расчет процессов / Б. А. Шароглазов, М. Ф. Фарафонтов, В. В. Клементьев. — Челябинск: Изд-во Южно-Уральского гос. ун-та, 2004. — 344 с.

4. Ладоша Е. Н. Имитация рабочего процесса поршневых двигателей на основе моделей химических реакций, турбулентности и теплообмена / Е. Н. Ладоша // Инженерный вестник Дона. — 2008. — № 2 (4). — С. 21–33.

5. Бурков А. Ф. Повышение эффективности управления комбинированными энергетическими установками судов / А. Ф. Бурков, В. В. Миханошин, Нгуен Ван Ха // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2020. — Т. 12. — № 2. — С. 381–389. DOI: 10.21821/2309-5180-2020-12-2-381-389.

6. Ерофеев П. А. Классификация современных методов совершенствования рабочего процесса судовых дизелей / П. А. Ерофеев, В. А. Жуков, С. Г. Черный // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2020. — Т. 12. — № 4. — С. 765–774. DOI: 10.21821/2309-5180-2020-12-4-765-774.

7. Добролюбов И. П. Динамический метод диагностики автотракторных двигателей. Часть 1. Принципы построения диагностических моделей переходных процессов / И. П. Добролюбов, В. М. Лившиц. — Новосибирск: Сиб. отделение ВАСХНИЛ, 1981. — 86 с.

8. Леонов Г. Н. Некоторые особенности моделирования динамики двигателя внутреннего сгорания / Г. Н. Леонов, А. В. Фролов, И. С. Шустов // Ползуновский вестник. — 2012. — № 3–1. — С. 123–128.

9. Кочергин В. И. Обеспечение эффективности процессов регулирования частоты вращения эксплуатируемых судовых энергетических установок: автореф. дисс. … д-ра техн. наук: 05.08.05 / В. И. Кочергин. — Новосибирск, 2020. — 44 с.

10. Тырловой С. И. К определению цикловой подачи топлива ТНВД при неустановившихся режимах высокооборотного автомобильного дизеля / С. И. Тырловой // Двигатели внутреннего сгорания. — 2010. — № 1. — С. 21–24.

11. Ерофеев В. Л. Энергетический и эксергетический подходы к оценке повышения эффективности тепловых двигателей / В. Л. Ерофеев, В. А. Жуков, А. С. Пряхин // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2017. — Т. 9. — № 5. — С. 1017–1026. DOI: 10.21821/2309-5180-2017-9-5-1017-1026.

12. Глушков С. П. Обеспечение безопасности эксплуатации транспортных средств на основе анализа динамических температурных нагружений / С. П. Глушков, Б. О. Лебедев, С. С. Глушков, В. И. Кочергин, В. О. Жидких // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. — 2019. — № 2 (49). — С. 51–56.

13. Лебедев Б. О. Влияние параметров рабочих процессов судовых дизелей на процессы теплообмена в камерах сгорания / Б. О. Лебедев, С. П. Глушков, В. И. Кочергин // Морские интеллектуальные технологии. — 2019. — № 1–3 (43). — С. 42–46.

14. Glushkov S. Study of Dynamic Temperature Loads for Power Plant Elements / S. Glushkov, V. Kochergin, B. Lebedev // International School on Neural Networks, Initiated by IIASS and EMFCSC. — Cham: Springer International Publishing, 2022. — Pp. 413–421. DOI: 10.1007/978-3-031-11058-0_40.

15. Лебедев Б. О. Особенности использования альтернативных видов топлива для судовых энергетических установок / Б. О. Лебедев, С. П. Глушков, В. И. Кочергин // Морские интеллектуальные технологии. — 2018. — № 4–4 (42). — С. 139–143.

16. Хорошев В. Г. Перспективы использования альтернативных видов топлива в судовых энергетических установках / В. Г. Хорошев, Л. Н. Попов, Р. И. Гатин // Труды Крыловского государственного научного центра. — 2019. — № 4 (390). — С. 194–202. DOI: 10.24937/2542-2324-2019-4-390-194-202.

17. Серегин А. С. Методика расчета рабочего процесса при моделировании кинетики сгорания газообразного топлива в поршневых ДВС / А. С. Серегин // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. — 2008. — № 1. — С. 37–44.

18. Расторгуева О. В. Исследование проблем теплопередачи в двигателях внутреннего сгорания опасных производственных объектов / О. В. Расторгуева, Д. О. Седельников // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Безопасность и управление рисками. — 2016. — № 5. — С. 62–70.

19. Расулов С. Р. Распределение температуры при охлаждении деталей, ограниченных поверхностями в виде параллелепипеда и эллиптического цилиндра / С. Р. Расулов, В. А. Ибрагимов, Д. А. Керимов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. — 2016. — Т. 18. — № 3. — С. 146–159. DOI: 10.15593/2224-9877/2016.3.11.