Разработка рекомендаций по повышению эффективности функционирования движительно-рулевых комплексов мелкосидящих буксирных теплоходов, эксплуатируемых на внутренних водных путях Республики Беларусь

Abstract

Объектом исследования является мелкосидящий буксирный теплоход проекта 570. Цель работы – разработка рекомендаций по повышению эффективности движительно-рулевого комплекса мелкосидящего буксирного теплохода. В процессе работы разработаны рекомендации по повышению эффективности движительно-рулевого комплекса мелкосидящего буксирного теплохода. В ходе выполнения НИР получены следующие результаты: - дана оценка влияния основных конструктивных элементов мелкосидящих буксирных теплоходов МБТ на работу их пропульсивного комплекса. Выявлены основные критерии (состояние поверхности корпуса судна, лопастей винта, взаимное расположение винтовой и внешних характеристик (ограничительной и регуляторной)) двигателя, влияющие на эффективность работы ПК МБТ; исследована динамика движительного комплекса мелкосидящих буксирных теплоходов; - проведен анализ современных тенденций повышения эффективности движительно-рулевых комплексов мелкосидящих гражданских судов, эксплуатирующихся за рубежом; - проанализированы патентные источники по конструктивному исполнению движительно-рулевых комплексов, способам повышения их эффективности с целью применения для мелкосидящих буксирных теплоходов; - исследована возможность и эффективность применения гибридных систем в приводах буксирных теплоходов; - предложены новые компоновочные решения приводов, обеспечивающие снижение виброактивности, инерционности, повышение коэффициента полезного действия; - показана эффективность комплексного подхода к проектированию, сочетающего математическое и конечно-элементное моделирование с непосредственной разработкой геометрических моделей и конструкторской документации; - создана цифровая модель основных корпусных элементов для МБТ ПР570, на основе которой на 3D-принтере создана физическая модель судна в масштабе 1:50, предназначенная для проведения лабораторных испытаний в гидродинамическом лотке; - разработан и сконструирован универсальный экспериментальный стенд на базе гидродинамического лотка кафедры ГЭСВТГ БНТУ для гидродинамических исследований 3D моделей корпуса буксирного теплохода; - создана геометрическая и конечно-элементная 3D-модель двигательно-движительного комплекса, учитывающая силовые воздействия со стороны гребного винта и двигателя внутреннего сгорания; - выявлена закономерность возникновения вибрационных сил в опорах гребного винта и зоне дейдвудного подшипника; - установлено, что использование воздушных каверн в днищевой части корпуса судна позволяет снизить сопротивление движению на судах «река–море» и речных судах на 20-30 % (на самоходных и несамоходных баржах), а суммарно экономия мощности на речных судах может составить от 30 % до 40 %, экономия топлива при этом составит 10-15%, резко уменьшатся вредные выбросы в атмосферу; - предложена новая геометрия конической насадки, устанавливаемой между водометной трубой и рулем, новая конструкция профилированного руля и конструкция винта со съемными лопастями для повышения эффективности движительно-рулевого комплекса; - разработаны два варианта модернизации на основе технологии воздушной каверны, создаваемой под днищем буксира с целью снижения расхода топлива до 15 %; - созданы геометрическая и конечно-элементная 3D-модели валопровода в подшипниковых опорах, допускающие варьирование их параметров и учитывающие силовое воздействие на валопровод двигателя и гребного винта; модели позволяют провести оптимизацию конструктивных параметров валопровода судна по критерию уменьшения вибраций. Основные конструктивные, технологические и технико-эксплуатационные характеристики: - предложены новые компоновочные решения приводов, обеспечивающие снижение виброактивности, инерционности, повышение коэффициента полезного действия; - показана эффективность комплексного подхода к проектированию, сочетающего математическое и конечно-элементное моделирование с непосредственной разработкой геометрических моделей и конструкторской документации; - предложены и обоснованы структурные изменения в конструктивную схему привода, включающие в себя применение гибридной силовой установки с повышенными скоростями вращения на входе валопровода, что позволит снизить материалоемкость и инерционность привода, а также динамические нагрузки в нем. Степень внедрения – по согласованию с заказчиком разработаны практические рекомендации для внедрения на буксирном теплоходе проекта 570 реактивной конической насадки, профилированного руля, трубчато-перфораторной и блочно-пакетной систем для создания воздушной каверны. Экономическая эффективность и значимость работы окончательно будут установлены после практической апробации предложенных разработок (реактивная насадка, профилированный руль, системы для создания воздушной каверны) в течение одного года эксплуатации буксирного теплохода проекта 570.