ISSN: 1815-6770
Богач В.М., Довиденко Ю.М. Обертюр К.Л. Закономірності руху плівки мастила по дзеркалу циліндра
Колегаєв М.О., Побережний Р.В. Підвищення екологічних показників роботи дизелів морських суден
Korkh M.V., Zhurаvlоv Yu.I. Innovation in the development of ship system drawings and schematics
DOI: 10.31653/smf50.2025.5-14
Абстракт. Публікація присвячена вирішенню актуальної проблеми підвищення ефективності роботи суднових ДВЗ шляхом вивчення рух рідкої плівки потоку мастила і газу при мащенні циліндрів суднового дизелю. Показана перспектива практичного застосування двофазного газорідинного руху плівки, особливо в тому ж напрямку, коли проявляється стабілізуючий ефект. Кількісний опис такого руху вважається вичерпним, якщо визначені компоненти вектора швидкості, тиск мастила і товщина плівки. Ці характеристики отримують шляхом вирішення основних рівнянь механіки суцільних середовищ, включаючи рівняння передачі імпульсу, неперервності та макроскопічного балансу. Встановлено, що витрата мастила в плівці, що стікає по дзеркалу циліндра під дією сили тяжіння визначається співвідношенням його ваги, в'язкості й сил, що діють на поверхні розділу газ-рідина. Аналітичні залежності вказують на той факт, що вимушений рух газу істотно впливає на рух плівки, при цьому однаковий напрямок руху газу й мастила (період руху поршня до н.м.т.) робить на двофазний рух стабілізаційний вплив. У випадку ж зустрічного руху газу і мастила (рух поршня в напрямку в.м.т.) різке зростання перепаду тиску призводить в результаті до явища «захлинання», при якому відносно тонкий шар мастила захоплюється газом, що рухається йому назустріч.
Ключові слова: судновий дизель, система мащення, змащувальний канал, процес мащення, циліндр, поршень, поршневе кільце
DOI: 10.31653/smf 50.2025.15-25
Абстракт. Одним зі шляхів вирішення проблеми енергоефективності є розробка технологій глибокої утилізації теплоти вторинних об'єктів суднових енергетичних установок. Впровадження таких технологій дозволяє суттєво (на 10 … 15 %) підвищити ефективність використання теплового потенціалу палива й забезпечити його економію, а також поліпшити екологічну обстановку у світовому океані за рахунок зниження викидів у навколишнє середовище шкідливих речовин. Розробка й впровадження теплоутилізаційних технологій сполучені з необхідністю рішення низки досить складних науково-технічних завдань. Утилізаційні технології, як правило, впроваджуються в процесі модернізації або реконструкції існуючих суднових енергетичних установок. При цьому вибір утилізаційної схеми суттєво залежить від стабільності річної потреби судна в певному виді низкопотенційного теплоносія, отриманого в процесі утилізації. У цьому випадку домінуючим критерієм ефективності є коефіцієнт використання палива, на основі якого обирається теплоутилізаційна схема. Поставлена задача вирішується тим, що теплова труба з акумулюванням теплоти, що складається з робочого корпуса з полірованою внутрішньою поверхнею, системи капілярних каналів, виконаної у вигляді перфорованої отворами пластини, розташованої у перетині поперек довжини корпуса з кінцями, які щільно прилягають до стінок корпуса та мають кут між стінкою корпуса й пластини до 1°, та яка має ширину більше довжини діаметра отвору корпуса, загальної заглушки та клапана. Основна відмінність запропонованої конструкції полягає у тому, що навколо робочого корпуса, коаксіально до нього, розташований вторинний корпус, а у зазорі між робочим та вторинним корпусом містяться мідна сітка та термоакумулючий матеріал на основі фазового переходу, у якості робочої рідини у робочому корпусі застосовано рідина з низькою температурою кипіння флуорінол-85, робочий та вторинний корпуси обладнані мідними заглушками, а зазор між корпусами обладнано клапаном для поповнення термоакумулючого матеріалу.
Ключові слова: енергоефективність утилізація тепла, теплова труба, флуоринол
DOI: 10.31653/smf 50.2025.26-41
Абстракт. Метою дослідження є підвищення інформаційного забезпечення процесу управління судном на маршруті під дією зовнішніх збурень та шляхових обмежень, шляхом включення до складу системи управління навігаційних пристроїв для оперативного розрахунку параметрів руху судна. В статті розглянуто принципи роботи системи повітряного змащення Silverstream, її безпечна експлуатація та вимоги з обслуговування. Для підвищення інформаційного забезпечення процесу управління судном на маршруті використано методику графо-аналітичного розрахунку початкових параметрів руху судна на основі застосування векторного аналізу з візуалізацією на картографічній основі; способи динамічного вибору оптимальної швидкості ходу судна та стабілізації руху судна із застосуванням системного (комплексного) підходу до врахування впливу факторів навколишнього середовища на процес судноводіння. Дослідження охоплює вивчення та аналіз елементів руху на різних етапах плавання, включаючи планування маршруту, обсервацію та зміну швидкості. Шляхом розробки алгоритмів стабілізації та вибору оптимальної швидкості з урахуванням різних факторів, таких як збурення та шляхові обмеження, забезпечується ефективне та безпечне керування судном. Згідно з розглянутою технологією системи Silverstream® створюваний нею килимок з мікро-бульбашок значно зменшує опір тертя днищової частини корпусу судна. Тому, внаслідок зниження загального опору корпусу зменшується потужність валу енергетичної установки, яка необхідна для підтримання заданої швидкості судна. В дослідженні удосконалено адаптивний алгоритм корекції траєкторії судна для повернення на задану лінію шляху, з врахуванням поточних даних про модуль та дію збурюючих чинників.
Ключові слова: оптимізація руху судна на маршруті; безпечне керування судном; система повітряного змащення; адаптивний алгоритм корекції траєкторії руху судна; оптимальна швидкість ходу судна; метод поверхневого змащення корпусу; зниження потужності головного двигуна судна
DOI: 10.31653/smf50.2025.42-51
Абстракт. Розглянути питання щодо забезпечення екологічних показників роботи дизелів морських суден. Виконано аналіз найбільш розповсюджених напрямків наукових досліджень, що спрямовані на зниження емісії оксидів азоту з випускних газів, а саме: підвищення якості організації робочого процесу; підвищення якості традиційних видів палива, використання присадок, водопаливних емульсій та застосування альтернативних видів палива; застосування систем очищення випускних газів суднових дизелів. Надано аналіз первинних методів зниження емісії оксидів азоту. Визначені критичні температури, за умовою досягнення яких починається ланцюгова реакція утворення оксидів азоту у циліндрі суднового дизеля. Наведені вимоги Міжнародної конвенції МАРПОЛ та вказані рівні Tier I, Tier IІ, Tier IІІ щодо максимально можливої концентрації оксидів азоту у випускних газах суднових дизелів. Зазначено, що забезпечення вимог Tier I щодо емісії оксидів азоту можливо шляхом оптимізації робочого процесу та вдосконаленням конструкційних та експлуатаційних характеристик паливної апаратури високого тиску. Досягнення вимог Tier IІ та Tier IІІ можливо лише шляхом додаткових методів, до одного з яких відноситься використання водопаливних емульсій. Як завдання дослідження поставлено визначення впливу водопаливних емульсії на емісію оксидів азоту суднових дизелів та оцінка доцільності використання цього способу для підвищення екологічних показників роботи суднових дизелів. Наведені результати комплексних дослідження щодо можливостей переведення суднових дизелів на водопаливну емульсію, які виконувались на дизелі 6R32E фірми Wartsila. Зазначено, що використання водопаливної емульсії (зміст води в якої може досягати 30 %) сприяє не лише підвищенню екологічних показників роботи суднових дизелів (що відображається з зниженні емісії оксидів азоту з випускними газами), але також покращує їх економічність (що підтверджується зменшенням питомої витрати палива).
Ключові слова: водопаливна емульсія, екологічність роботи дизеля, економічність роботи дизеля, емісія оксидів азоту, морський транспорт, судновий дизель, суднове паливо
DOI: 10.31653/smf50.2025.52-66
Абстракт. Розглянути питання щодо аналіз експлуатаційних режимів роботи дизелів суден морського транспорту під час використання альтернативного палива. Наведені основні причини, що обмежують використання альтернативного палива на суднах морського транспорту. Визначено, що існують альтернативні палива, які за своїми функціональними характеристиками збігаються з паливом нафтового походження. Це дозволяє використовувати паливні суміші, до складу яких разом з нафтовим паливом входять альтернативні палива. Також зазначено, що найбільшим збігом експлуатаційних властивостей з нафтовими палива характеризуються палива біологічного походження. Завданням дослідження був аналіз експлуатаційних режимів роботи суднових дизелів під час використання альтернативного палива, яким було паливо біологічного походження – гідроване рослинне мастило. При цьому аналіз цих режимів виконувався за економічними (питомою витратою палива) та екологічними (емісією оксидів азоту та діоксиду вуглецю) показниками роботи дизелів. Дослідження виконувались на трьох однотипних суднових дизелях 6S20R2-T2 фірми Mitsubishi Heavy Industries навантаження на які під час дослідження змінювалось у діапазоні 50…80 % від номінального. Як основне паливо під час експлуатації дизеля що використовувалось суднове моторне паливо RME180, як альтернативне – паливо HVO. З метою визначення впливу паливо HVO на експлуатаційні характеристики дизелів утворювались паливні суміші, до яких входило паливо RME180, а також 10 %, 20 %, 30 % та 40 % палива HVO. Експериментально визначено, що збільшення у складі паливної суміші вмісту палива біологічного походження HVO на всіх експлуатаційних режимах роботи дизелів призводить до зменшення питомої витрати палива на 2,04……8,02 % та зменшенню об’ємного вмісту оксиду вуглецю в випускних газах на 14,83…39,23 %. Одночасно з цим зміна концентрації оксидів азоту у випускних газах має різноспрямований характер при цьому зменшується на 12,23…37,41 % під час використання паливних сумішей до складу яких входить 10…30 % палива біологічного походження HVO та збільшується на 4,82…6,35 % під час використання паливної суміші до складу якої входить 40 % палива біологічного походження HVO. Наведені дані свідчать про наявність оптимальної концентрації палива біологічного походження HVO у складі її суміші з нафтовим паливом.
Ключові слова: альтернативні палива, екологічність роботи дизеля, економічність роботи дизеля, емісія оксидів азоту, морський транспорт, паливо біологічного походження, паливо нафтового походження, питома витрата палива, судновий дизель
DOI: 10.31653/smf50.2025.67-79
Абстракт. Розглянути питання щодо визначення оптимальних умов експлуатації систем каталітичного відновлення випускних газів дизелів суден морського транспорту. Наведені вимоги Додатку VI МАРПОЛ щодо експлуатації суднових дизелів у спеціальних екологічних районах. Визначено, що виконання цих вимог можливо виключно за рахунок використання додаткових технологій очищення випускних газів, найбільш ефективною з яких є система селективного каталітичного відновлення випускних газів. Зазначено, що ефективність роботи системи селективного каталітичного відновлення визначається температурою випускних газів, з якою вони потрапляють до спеціального реактору цієї системи, в якому завдяки хімічних перетворень з реагентом відбувається перетворення оксидів азоту до атомарного азоту. Завданням дослідження було визначення впливу температури випускних газів на ефективність системи селективного каталітичного відновлення. При цьому розв’язання цього завдання здійснювалось під час знаходження судна у акваторіях спеціальних екологічних районів. Наведені результати досліджень, що виконувались на судні вантажомісткістю 106500 м3, призначеному для перевезення скраплених газів. Функції головного двигуна на судні забезпечували два однотипних дизеля 5X72DF фірми Hyundai-WinGD, кожний з яких був обладнаний окремою системою каталітичного відновлення. Було встановлено, що для суднового дизеля 5X72DF фірми Hyundai-WinGD для експлуатаційних режимів, які відповідають 50…80 % від його номінального навантаження, зміна кута випередження випуску у діапазоні 55…70 °пкв сприяє підвищенню температури випускних газів та через це зменшує рівень емісії оксидів азоту. Досягнення мінімально можливих за умовою експлуатації суднового дизеля значень концентрації оксидів азоту у випускних газів особливо актуально під час знаходження суден у зонах спеціального екологічного контролю – морських районах, в яких діють більш суворі вимоги щодо емісії оксидів азоту та в яких з боку наглядових органів виконується постійний моніторинг екологічних показників роботи суден.
Ключові слова: екологічність роботи дизеля, емісія оксидів азоту, морський транспорт, спеціальні екологічні райони, судновий дизель, температура випускних газів
DOI: 10.31653/smf50.2025.80-92
Абстракт. Метою статті є створення вдосконаленої комплексної моделі планування координат траєкторних точок рейсового циклу автономного судна, що рухається через мілководне середовище. Дослідження зосереджено на вирішенні впливу мілководдя на характеристики повороткості та їх врахування при розрахунку траєкторних точок. Указана модель інтегрує різні технічні і технологічні компоненти автономного судна, включаючи вдосконалені датчики параметрів маневрування, стану навігаційних систем та використання алгоритмів машинного навчання штучного інтелекту, які призначені для підтримки прийняття рішень у реальному часі. В удосконалених методах автоматичного планування координат при підготовці рейсового циклу автономного судна враховано наступне: стан судна; ступінь мілководдя за відношенням глибини моря до середньої осадки; параметри очікуваних зовнішніх впливів, включаючи аварійно-небезпечні ділянки та навігаційні ризики і кібератаки. Це значно підвищує безпеку та надійність роботи автономних суден. Тому використання запропонованих методів являється актуальним для сучасних навігаційних систем автономного судна при плаванні на мілководді. Автоматичне планування координат рейсового циклу для автономних суден, при плаванні на обширному мілководді, дозволяє виконувати високоточне планування координат траєкторних точок центру ваги за таблицею шляхових точок з елементами маневрування, що дає можливість підвищити безпеку управління маневруванням на мілководді. Виконане дослідження дозволяє автономним суднам оперативно і високоточно планувати рух на мілководних ділянках переходу.
Ключові слова: автономні судна, обширне мілководдя, рейсовий цикл, автоматизація планування координат руху, спосіб шляхових точок і параметрів маневрування, системи управління маневруванням, машинне навчання в реальному часі, навігаційні небезпеки, кібернетичні атаки
DOI: 10.31653/smf50.2025.93-101
Абстракт. Представлений аналіз тенденцій розвитку способів і технічних засобів паливоподачі сучасних дизелів різного призначення. Відзначена необхідність удосконалювання паливної апаратури, яке полягає в можливості регулювання тиску впорскування залежно від режиму дизеля, керування характеристикою впорскування, організації багатофазного впорскування, впровадженні електронного керування процесом паливоподачі. Реалізувати ці вимоги дозволяє застосування акумуляторних паливних систем з електронним керуванням. Рівень досконалості всієї паливної апаратури в більшості випадків оцінюють по технічному рівню застосовуваних форсунок. Одним з основних напрямків розвитку форсунок є підвищення тиску впорскування (до 220 МПа), що разом з багатофазним впорскуванням позитивно позначається на показниках двигуна. Перспективні є форсунки з регульованими розпилювачами CVN (Coaxіal Varіo Nozzle) та за технологією HADІ (Hydraulіcally Amplіfіed Dіesel Іnjector). Останні здатні робити впорскування палива з тиском до 250 МПа. Сучасний рівень розвитку технології паливоподачі дозволяє не тільки вдосконалювати сумішоутворення, але й більш точно управляти впорскуванням, створюючи передумови для нових стратегій і можливостей дослідження. У результаті аналізу тенденцій розвитку систем паливоподачі сучасних дизелів різного призначення встановлена перспективність систем впорскування акумуляторного типу. Представлене компонування гібридної системи впорскування палива на базі штатної паливної апаратури суднового середньообертового двигуна 6ЧН25/34. Запропонована система показників для оцінки конструктивних і експлуатаційних параметрів системи, що включає фазові дані й тиску в різних крапках системи. Проведені випробування на режимах швидкісної характеристики в діапазоні частоти обертання розподільного вала nр = 53 -252 об/хв і вході рейки ПНВТ m= 20 мм. Досліджена взаємодія акумуляторного модуля й базової системи паливоподачі при незмінних параметрах керування сполучним золотником. При відкритті золотника впорскування палива має дробовий характер із частковим підйомом голки, що становлять 0,4 від повного ходу. Кут затримки відкриття золотника є функцією частоти обертання, який зростає зі збільшенням числа обертів, а з ним й затримка підйому голки форсунки φ′зпг. Так, при максимальних оборотах голка починає підйом із затримкою в φ′зпг= 44° ПРВ (повний діапазон φ′зпг ~6-44° ПРВ).
Ключові слова: гібридна система впорскування палива, паливоподача, швидкісна характеристика
DOI: 10.31653/50.2025.102-115
Абстракт. Розглянути питання щодо підвищення паливної економічності дизелів суден морського транспорту. Зазначено, що в останні роки на транспортних суднах морського та внутрішнього водного транспорту для забезпечення роботи дизелів використовуються важкі сорти палива високої в'язкості, що мають більш низьку вартість. Згідно з вимогами таких провідних фірм, що будують дизелі, як Wartsila-Sulzer, MAN Diesel & Turbo суднові дизелі повинні надійно експлуатуватися на всіх режимах (в тому числі на пускових і перехідних) під час використання палив з в'язкістю до 700 мм2/с. Використання в суднових дизелях палив підвищеної в’язкості перш за все пов’язано зі намаганням зменшити експлуатаційні витрати на придбання рідкого палива. Одночасно з цим підвищенню економічності роботи суднових дизелів сприяє не лише вартість палива, але також визначення оптимальних режимів його використання, а також впровадження сучасних технологій, що підвищують якість його збереження, транспортування та згоряння. До однієї з технології, яка спрямована на підвищення економічності роботи дизелів морських суден, відноситься використання паливних присадок. Метою дослідження було визначення впливу паливних присадок на економічність роботи дизелів морських суден. Експериментально отримані результати, що підтверджують зниження питомої ефективної витрати палива під час використання паливних присадок, свідчать про інтенсифікацію процесу сумішоутворення і згоряння палива. Це призводить до більш повного використання його теплотворної здатності та зниження кількості палива, що догоряє на ході розширення і в випускному колекторі. При цьому відзначимо, що для різної концентрації присадки в базовому паливі спостерігається різна величина зниження питомої ефективної витрати палива. Використання присадок до палива призводить до підвищення паливної економічності суднового дизеля. Під час використання паливних присадок на різних режимах роботи суднового дизеля Wartsila 6L32F було досягнуте зниження питомої ефективної витрати палива на 0,61…4,91 %.
Ключові слова: економічність роботи дизеля, морський транспорт, паливна система, питома витрата палива, присадки до суднового палива, судновий дизель, суднове паливо
DOI: 10.31653/smf50.2025.116-130
Абстракт. Розглянути питання щодо адаптації систем автоматичного регулювання частоти обертання суднових дизелів під час їх переведення на паливо з низьким вмістом сірки. Зазначено, що під час експлуатації дизелів морських суден забезпечується розв’язання завдань не лише підтримання їх ефективності та технічного стану, але також з виконання міжнародних та національних вимог з попередження забруднення довкілля. Однієї із забруднюючих речовин, що входить до складу випускних газів, є оксиди сірки, які знаходяться в прямої залежності від вмісту сірки у паливі. Зниження вмісту сірки в судновому паливі чинить комплексний вплив на процес згоряння у двигунах внутрішнього згоряння. У разі зменшення її вмісту у паливі змінюються такі параметри, як в’язкість, температура займання та швидкість поширення фронту полум’я. Одночасно з цим підвищується вміст в паливі інших складових – вуглецю та водню, що призводить до збільшення теплотворної здатності палива та у подальшому у збільшення теплової енергії що утворюється під час згоряння палива, перетворюється на кінетичну енергії газів, створює тиск на поршень, забезпечує його поступальний рух та обертальний рух колінчатого валу. Це призводить до необхідності корегування налаштування регуляторів частоти обертання колінчатого валу дизеля та забезпечення адаптації систем автоматичного регулювання частоти обертання суднових дизелів під час їх переведення на паливо з низьким вмістом сірки. Шляхом імітаційного комп‘ютерного моделювання (у програмному середовищі Matlab / Simulink) були визначені оптимальні параметрі налаштування регулятора, які близькі до оптимальних значень: коефіцієнт підсилення за пропорційною компонентою та обернений коефіцієнт пропорційності (час інтегрування) за інтегруючою складовою. При цьому забезпечуються найменші значення критеріїв оптимальності. Це, у свою чергу, забезпечує оптимальний процес виходу швидкісного режиму головного двигуна на новий сталий режим під час його переведення на використання палива вміст сірки в якому не перевищує 0,1 %.
Ключові слова: автоматична система регулювання частоті обертання валу дизеля, паливо з низьким вмістом сірки, параметри настройки регулятора, перехідний процес, регулятор частоти обертання, судновий дизель, частота обертання валу
DOI: 10.31653/smf50.2025.131-140
Абстракт. Зазначено, що у сучасній морській індустрії постійно зростають вимоги до надійності, економічності та екологічності суднових енергетичних установок. Механізми газорозподілу є ключовими компонентами двигунів, які відповідають за надходження повітря та видаління відпрацьованих газів, проте вони залишаються одними з найбільш вразливих вузлів, що часто призводять до аварій. Зазначено, що проблеми надійності та ефективності механізмів газорозподілу суднових двигунів є актуальними, існуючі технічні рішення не повною мірою відповідають сучасним вимогам. Дослідження присвячене розробці перспективних шляхів для підвищення надійності та ефективності механізму газорозподілу суднових двигунів, враховуючи екстремальні умови їх експлуатації. Для розв’язання проблеми було запропоновано та обґрунтовано ряд інноваційних рішень, включаючи застосування нових високотемпературних матеріалів, таких як керамічні композити та покриття, що знижують знос. Також розглянуто оптимізацію конструкції та систем зміни фаз газорозподілу, які адаптують роботу двигуна до різних навантажень. Застосування цих технологій дозволяє підвищити механічний коефіцієнт корисної дії двигуна та значно знизити питому витрату палива. Запропоновані інноваційні конструктивні рішення, зокрема оптимізовані профілі кулачків та системи приводу, дозволяють знизити вібрації і підвищити точність роботи механізму. Крім того, ці рішення сприяють зменшенню викидів шкідливих речовин, зокрема оксидів азоту, що відповідає суворим міжнародним екологічним нормам. Результати дослідження підтверджують, що впровадження запропонованих рішень дозволить підвищити надійність, паливну ефективність та екологічність суднових двигунів. Це має важливе значення для сталого розвитку морських засобів транспорту. Впровадження результатів дослідження дозволить скоротити експлуатаційні витрати, зменшити ризик аварій та підвищити паливну ефективність суднових двигунів. Отримані дані можуть бути використані для модернізації існуючих двигунів та проєктування нових, більш надійних та екологічних.
Ключові слова: двигун внутрішнього згоряння, екологічність, ефективність, механізми газорозподілу, морський транспорт, надійність, суднові енергетичні установки, транспорт
DOI: 10.31653/smf50.2025.141-154
Абстракт. Актуальність роботи пов’язана з необхідністю підвищення ефективності суднових енергетичних установок. Робота присвячена енергетичному аналізу суднової установки на основі органічного циклу Ренкіна (ORC), яка живиться теплотою води охолодження двигуна Wärtsilä 12V46F. Проаналізовано ефективність двох конфігурацій ORC при змінній температурі забортної води tзв, а також ефективність ORC установки на основі регенеративного циклу для трьох робочих тіл: R601, R245fa та R1233zd(E). Показано, що при наявності регенеративного теплообмінника в контурі ORC установці, температура кипіння R601 приблизно на 2 К нижче, ніж для нерегенартивного ORC. Однак, загальна ефективність установки на основі регенеративного ORC вище на 6,9…10,8 %, ніж для нерегенеративного ORC. Значення ККД дійсного регенеративного ORC при однакових температурах джерела та приймача теплоти близькі для розглянутих робочих тіл та змінюються від 0,08 до 0,14 при зменшенні tзв від 30 °С до 2 °С. Загальний ККД ORC установки на R601 вище приблизно на 2,5 %, ніж для R245fa (близьке значення й для R1233zd(E)) при роботі з низькою tзв = 2 °С. Однак, зі збільшенням tзв переваги R601 знижуються, при tзв = 10 °С його ефективність вже на 2,2 % вище, ніж R245fa, а при tзв = 30 °С – всього на 0,8 %. Вихідна електрична потужність ORC установки при 75 % навантаженні на двигун Wärtsilä 12V46F при застосуванні як робочого тіла R601 варіюється від 290 кВт при tзв = 30 °С до 520 кВт при tзв = 2 °С. Пентан R601 є найбільш раціональним робочим тілом у розглянутій ORC установці, порівняно з R245fa та R1233zd(E). Основний його недолік – горючість. Однак, вуглеводні як робочі тіла холодильних систем (як наслідок, й ORC установок) з 2024 року дозволені до використання на борту судна Lloyd’s Register при забезпеченні відповідних мер безпеки.
Ключові слова: суднова енергетична установка; рекуперація вторинної теплоти; органічний цикл Ренкіна; термодинамічний аналіз; енергоефективність; регенеративний теплообмінник; робоче тіло
DOI: 10.31653/smf50.2025.155-159
Абстракт. Головними недоліками простих газотурбінних установок відкритого типу є низький ефективний коефіцієнт корисної дії та обмеження температури газів, які подаються на лопатки турбіни. Це обумовлює низьке значення термічного і ефективного коефіцієнтів корисної дії установки. Враховуючи суттєві переваги газотурбінних установок над двигунами внутрішнього згоряння - простота отримання обертальної форми механічної роботи, можливість отримання великих потужностей при малих питомих масогабаритних показниках, мобільність при пуску газотурбінних установок та їх придатність виступати в якості утилізаційного елемента двигунів внутрішнього згоряння, вони мають велике майбутнє. Тому запропоновано декілька удосконалень термодинамічного циклу газотурбінних установок. Насамперед, це такі удосконалення:
- попереднє охолодження повітря за допомогою утилізаційної холодильної установки перед його стисненням в компресорі, що зменшує роботу стиснення, а значить підвищує питому потужність газотурбінної установки;
- розширення газів в турбіні до тиску нижче атмосферного з їх охолодженням перед їх стисненням для викидання в оточуюче середовище, це збільшує роботу розширення газів в турбіні, а значить підвищує питому потуж- ність установки;
- комбінація цих удосконалень - попереднє охолодження повітря і розширення газів до тиску менше атмосферного;
- комбінація цих удосконалень з відомими класичними удосконаленнями, наприклад, попереднє охолодження повітря перед стисненням в компресорі та регенерацією теплоти відпрацювавших газів турбіни і т.п. В статті розглядається спосіб здійснення термодинамічного циклу газотурбінної установки, за яким гази розширюють в турбіні до тиску нижче атмосферного, який утворюють і підтримують в ресивері-охолоджувачі за допомогою вакуумного насоса, який також стискує відпрацювавші гази турбіни до атмосферного тиску після їх охолодження в ресівері холодоносієм утилізаційної абсорбційної холодильної установки, генератор пари якої нагрівають вихлопними газами турбіни.
Аналізуючи результати розрахунків можна зробити наступні висновки:
- зниження кінцевого тиску розширення газів в турбіні призводить до суттєвого підвищення корисної питомої роботи і термічного коефіцієнта корисної дії модифікованої установки в порівнянні з базовим циклом, в якому гази розширюються до атмосферного тиску;
- при зменшенні кінцевого тиску помітно знижується температура газів після розширення їх в турбіні і відповідно після охолодження їх в ресивері-охолоджувачі;
- при значеннях кінцевого тиску розширення газів в турбіні для їх охолодження можна використовувати утилізаційну водо-аміачну холодильну установку, генератор пари якої нагрівається відпрацювавшими газами турбіни;
- при значеннях кінцевого тиску розширення газів необхідно використовувати холодильну установку каскадного типу, нижній ступінь якої потребує затрати зовнішньої додаткової роботи, що уповільнить зростання роботи і термічного коефіцієнта корисної дії модифікованих таким чином установок. При великих масштабах використання і потужностях сучасних газотурбінних установок відкритого типу, впровадження пропонуємого удосконалення дозволить не тільки економити багато палива при їх експлуатації, але й покращити їх масо-габаритні показники. Кількість заощаджених при цьому коштів швидко окупить додаткові капітальні витрати, пов’язані з виробництвом більш складних за устроєм модифікованих пропонуємим чином газотурбінних установок.
Ключові слова: газотурбінний двигун, утилізаційна холодильна установка, розширення, термічний коефіцієнта корисної дії , питома потужність.
DOI: 10.31653/smf 50.2025.160-166
Abstract. Increasing the reliability and durability of ship mechanisms is one of the main tasks of modern shipbuilding and efficient fleet operation. Previously, to increase the resource of ship mechanisms and reduce friction losses, micron additives to lubricants were used, for which achieving uniformity and stability was a difficult task. A promising direction for solving this problem is the application of nanotechnologies – a field of science and technology aimed at obtaining materials formed by elements with sizes in the range of 1-100 nanometers. The physical and chemical properties of nanoscale particles significantly differ from their corresponding macroscopic particles, which is related to size effects, increased chemical activity and non-equilibrium state.These properties of nanoparticles provide materials made from them with an increase in hardness by 2-7 times, strength by 1.5-8 times, and fluidity by 2-3 times compared to traditional materials. In addition, when using nanoparticles, the sedimentation rate is reduced by 100-1000 times, which significantly improves the stability of the nanoparticle dispersion. The article discusses the prospects for using nanomaterials from the companies "XADO" and "NanoVit", which include metal oxides in the nanoscale state. These nanomaterials significantly improve the strength, wear resistance and thermal conductivity of friction surfaces due to their unique physicochemical properties. The key advantage of these materials is their ability to form protective metal-ceramic films that reduce the friction coefficient, prevent wear and restore damaged surfaces. Experimental data indicate an increase in the service life of mechanisms by 1.5–2.5 times, fuel savings of up to 12% and a reduction in maintenance costs. The article discusses the prospects for using nanomaterials from the companies "XADO" and "NanoVit", which include metal oxides in the nanoscale state. These nanomaterials significantly improve the strength, wear resistance and thermal conductivity of friction surfaces due to their unique physicochemical properties. The key advantage of these materials is their ability to form protective metal-ceramic films that reduce the friction coefficient, prevent wear and restore damaged surfaces. Experimental data indicate an increase in the service life of mechanisms by 1.5–2.5 times, fuel savings of up to 12% and reduced maintenance costs. Thus, the use of nanotechnology in shipbuilding opens up new opportunities for increasing the efficiency and durability of ship engines and mechanisms, which is an important step in the development of the modern maritime industry.
Keywords: nanomaterials, XADO, NANOVIT
DOI: 10.31653/smf50.2025.167-176
Abstract. This study examines the prospects for the development of innovations in creating drawings and schematics for ship systems. It presents the fundamental aspects of this process, particularly the key principles of creating ship system drawings. Modern tools and technologies, as well as their impact on the efficiency of shipbuilding processes, are analyzed. A significant part of the research focuses on how the latest technologies comply with standards that enhance maritime safety and ensure competitiveness in the global market. The development of drawings and schematics for ship systems is a regulated field, as design errors can lead to serious consequences for the safety of the vessel, crew, and passengers.
The study describes the main standards and regulations followed in shipbuilding. These standards ensure a unified approach to developing drawings, which guarantees:
Equipment compatibility: drawings from different suppliers can be seamlessly integrated into a single system.
Clarity of drawings: standardized notations facilitate the work of technical personnel.
Minimization of errors: process standardization reduces the risk of design flaws.
Such an approach to standardization guarantees high-quality drawings and contributes to the creation of safe and reliable ships.
The analysis showed that increasing attention is being paid to innovations in developing automated ship management systems. This includes automation of management and control processes, integration with cargo and safety management systems, which also requires new approaches to designing drawings and schematics. Innovative technologies enable more efficient use of new materials for ship system creation, reducing weight, increasing strength, and lowering maintenance costs. Modern engineering solutions in creating ship system schematics also consider new approaches to materials and structures, improving the economic and operational characteristics of ships. The study highlights innovative technologies such as software for 3D modeling, cloud platforms for collaboration, VR/AR for visualization, and digital twins for monitoring. These technologies have significantly transformed the process of creating drawings and schematics for ship systems. They enhance accuracy, reduce design and assembly time, and allow potential issues to be identified before the physical production of the ship begins, thereby reducing errors and costs. Examples of innovations in creating ship system drawings and schematics are provided, illustrating the advantages of modern technologies compared to traditional approaches. Specifically, the application of software, cloud platforms, VR/AR technologies, and digital twins is discussed. The study also describes future research prospects. Experts predict a growing application of innovations in the coming years, leading to significant increases in production capabilities and substantial changes in the maritime industry. Thus, modern technologies significantly improve the quality and efficiency of creating drawings, transforming design into a more dynamic, interactive, and effective process.
Keywords: innovative technologies, drawings, schematics, shipbuilding
Введіть свій логін та пароль
Введите свои данные и создайте аккаунт