ISSN: 1815-6770
Козицький С. В., Кіріян С. В. Властивості наноструктурованих матеріалів
DOI: 10.31653/smf45.2022. 5-16
Abstract
The features of ensuring the environmental friendliness of marine diesel engines of specialized ships are considered. The requirements of the International Maritime Organization for the emission of nitrogen oxides from the exhaust gases of marine diesel engines are given. Determined that, emission of nitrogen oxides with exhaust gases marine diesel engines is regulated by the requirements of Annex VI MARPOL. In accordance with the Tier-I, Tier-II, Tier-III standards the maximum amount of nitrogen oxides in exhaust gases should not exceed the values determined by special expressions. The studies were carried out on a Drillships class vessel with Deadweight 60,086 ton. The exhaust gas recirculation system, which is installed on a 16V32 STX-MAN diesel engine, is considered. It is shown that a feature of the operation of exhaust gas recirculation systems is the determination of the optimal degree of recirculation. The aim of the study is to determine the optimal degree of recirculation of exhaust gases of a 16V32 STX-MAN marine diesel. During the research, the optimal degree of exhaust gas recirculation varied in the range of 3…21 %, the load on the diesel – in the range of 35…95 % of the rated power. It was established that in this case, the emission of nitrogen oxides decreases up to 7.7…33.6 %, the specific fuel consumption increases up to 0.2…3.5 %. The deterioration of the combustion process (caused by the intake of not only air, but also exhaust gases into the diesel cylinder) leads to an increase in the temperature of the exhaust gases and increases the temperature tension of the diesel engine. It has been experimentally established that the use of the exhaust gas recirculation system in the range of values 18…21 % at operating conditions corresponding to 35…55 % load, leads to a critical increase in exhaust gas temperature. Recirculation of exhaust gases, as a way to ensure the environmental performance of marine diesel engines, it is advisable to use in the range of values 9…15 %. At the same time, in all operating modes of the diesel engine (at loads of 0.35...0.95 % of the rated power), a decrease in nitrogen oxide emissions by 16.3...29.3 % and an increase in specific fuel consumption by 1.6...2.0 % are provided. Future studies should be directed at the development of the criteria for the environmental stability of sea vessels.
Keywords: maritime transport; marine diesel engine; emission of ni-trogen oxides; exhaust gas recirculation; optimal degree of recirculation, specific fuel consumption
DOI: 10.31653/smf45.2022. 17-30
Абстракт
Запропоновані технологічні рішення, що сприяють регенерації змащувальних властивостей моторних палив і мастил під час експлуатації суднових дизелів. Визначено, що надійна експлуатація суднових дизелів вимагає здійснення контролю якості та підтримання експлуатаційних характеристик моторних палив і масел. Вивчалась можливість регенерації змащувальних властивостей палива та мастила, що використовуються під час експлуатації суднових дизелів. Дослі-дження виконувались у науковій лабораторії та на морському судні класу General Cargo дедвейтом 19700 тонн на суднових дизелях 6S50MC-C MAN-Diesel та 5L23/30 MAN-Diesel. Дослідження проводилися для різних сортів суднового палива: малов'язкого DMA, середньов'язкого RMB30, важкого RMG380; та мастил Castrol TLX XTRA204, Castrol Cyltex40SX. У науковій лабораторії визначалися: значення сили тертя в сполученні, що імітує пари тертя вал-вкладиш та плунжер-втулка паливного насосу високого тиску; значення в'яз-кості в граничному шарі моторного палива або мастила; значення товщини граничного шару. На морському судні визначався технічний стан пар тертя вал-вкладиш, плунжер-втулка паливного насосу високого тиску, голка-розпилювач форсунки, а також вміст механічних домішок у моторному мастилі для двох умов експлуатації паливної системи та системи мащення: без використання та з використанням додаткової гідродинамічної активації палива або мастила. Встановлено, що одним з методів регенерації змащувальних властивостей суднових палив та мастил є використання гідродинамічних активаторів, які здійснюють силове навантаження на механічні домішки та воду, зменшуючи їх адгезійні зв’язки з вуглецем та воднем та поновлюючи ланцюгову побудову граничного змащувального шару палива або мастила. Експериментально доведено, що регенерація змащувальних властивостей моторних палив і мастил сприяє зменшенню втрат енергії на продавання сил тертя та підвищенню в’язкості змащувального шару палива або мастила, що виявляється в зниженні зносу в трибосполученнях вал-вкладиш підшипника та плунжер-втулка паливного насосу високого тиску.
Ключові слова: морський транспорт, судновий дизель, моторне паливо, моторне мастило, в’язкість, змащувальна властивість, мастильний шар, гідродинамічна активація, технічний стан
DOI: 10.31653/smf45.2022. 31-42
Абстракт
Виконана оцінка ефективності використання в суднових дизелях палив різного фракційного та структурного складу. Завданням дослідження було визначення ефективності використання в суднових дизелях палив різного фракційного та структурного складу. Дослідження виконувались на судні класу General Cargo на суднових середньообертових дизелях MAN-Diesel&Turbo 5L23/30H які використовувались як допоміжні двигуни. Під час експлуатації дизелів використовувались моторні палива DMA, RME180, RMG380. Дизелі експлуатувалися виключно на одному сорті палива (що було можливо за рахунок їх підключення до паливних танків, в яких зберігалось різне паливо): перший – на моторному паливі DMA, другий – на RME180, третій – на RMG380. В циркуляційної системі мащення всіх дизелів використовувалось моторне мастило Shell Melina S30. Для кожного дизеля визначались температура випускних газів (при цьому в цей часовий період дизелі експлуатувались на рівному навантаженні) та виконувався аналіз циркуляційного мастила на вміст механічних домішок. Експериментальними дослідженнями встановлено, що для суднових моторних палив DMA, RME180, RMG380 (які вказані в порядку погіршення структурного та фракційного складу) характер-но: 4…8 % підвищення температури випускних газів (для діапазону навантажень в межах 60…80 % від номінального значення); 1,6…2-х кратне збільшення продуктів зносу в моторному мастилі, яке використовується в системі циркуляційного мащення. Моторні палива погіршеного структурного та фракційного складу (через їх меншу вартість) сприяють зниженню експлуатаційних витрат на суднову енергетичну установку, але при цьому збільшується температурне навантаження та підвищують контактні напруження в парах тертя суднових дизелів. Тому під час розробці рекомендацій по використанню подібних палив необхідно виконувати комплексу оцінку: економічну – яка сприятиме визначенню фінансових витрат та експлуатацію дизелів суден морського та внутрішнього водного транспорту, та теплоенергетичну – за допомогою якої визначається зміна технічного стану та попереджається критична та надкритична експлуатація дизелів.
Ключові слова: морський транспорт, судновий дизель, моторне паливо, структурний склад, фракційний склад моторне мастило, технічний стан, експлуатація дизелів морських суден
DOI: 10.31653/smf45.2022. 43-56
Абстракт
Надані рекомендації щодо оптимізація процесу паливоподачі дизелів суден морського транспорту під час використання паливних сумішей до складу яких входить біодизельне паливо. Розглянута паливна система суднових середньообертових дизелях 6H17/28 Hyundai Heavy Industries, які в кількості трьох входили до складу енергетичної установки морського судна дедвейтом 14745 тонн. Під час випробувань контур подачі палива до одного з дизелів не змінювався та він експлуатувався на паливі RMA10 (з в’язкістю 6,5…6,7 сСт і вмістом сірки 0,35 %). В’язкість палива дозволяє додавати в нього біодизельне паливо (з в’язкістю 4,5…5 сСт і вмістом сірки 0,01 %). Вміст біодизельного палива в паливній суміші змінювався в інтервалі 5 ... 20 %. Паливна суміш подавалася до двох інших дизелів. Випробуваннями доведено, що використання в суднових дизелях паливних сумішей до складу яких входить біодизельне паливо сприяє підвищенню екологічності їх роботи. Експериментально встановлено, що для суднового дизеля 6H17/28 Hyundai Heavy Industries під час використання паливної суміші, яка складається з 80…95 % палива RMA10 та 20…5 % біопалива FAME, забезпечується приблизно 25 % зниження емісії оксидів азоту NOX та приблизно 20 % зниження емісії оксидів вуглецю СО2. Одночасно з цим до 8,2 % збільшується питома витрата палива. Найбільш оптимальною сумішшю є така, що містіть 10…15 % біодизельного палива. Також доведено, що використання паливних сумішей, до складу яких входить паливо біологічного походження, призводить до зсуву процесу згоряння на лінію розширення. Шляхом оптимізації процесу паливоподачі (а саме через зміну кута випередження впорскування) можливо змішення процесу згоряння в бік верхньої мертвої точці та підтримання максимального тиску згоряння на рівні, що відповідає використанню палива нафтового походження (без утворення його суміші з біодизельним паливом). Експериментально встановлено, що для навантажень в діапазоні 30…80 % спостерігається наявність оптимального кута випередження впорскування палива, який забезпечує збільшення максимального тиску згоряння та зменшення температури випускних газів.
Ключові слова: морський транспорт; судновий дизель; емісія оксидів азоту; рециркуляція випускних газів; оптимальний ступінь рециркуляції, питома витрата палива, процес згоряння палива
DOI: 10.31653/smf45.2022. 57-69
Абстракт
Запропонована технологічні рішення, що сприяють вдосконаленню процесів мащення дизелів суден морського та внутрішнього водного транспорту. Завданням дослідження було визначення впливу структурних характеристик адсорбційного шару моторного мастила (крайових кутів змочування та товщини) на експлуатаційні показники суднового дизеля, в системі циркуляційного мащення якого воно використовується. Дослідження виконувались на суднових середньо-обертових дизелях 6L16/24 MAN Diesel, які входили до складу допоміжної енергетичної установки судна типу General Cargo дедвейтом 15600 тонн. Як спосіб, що забезпечує підвищення структурних характеристик моторного мастила було обрано додавання поверхнево-активних речовин. Ці речовини послідовно додавались в загальний об’єм циркуляційного мастила, що знаходилось в системі мащення. Для виконання завдання дослідження під час проведення експерименту визначався механічний коефіцієнт корисної дії дизеля, тиск стиснення, температура випускних газів, а також фіксувалися значення загального лужного числа мастила у відповідні часові інтервали його роботи. Проведеними дослідженнями встановлено взаємозв’язок структурних показників моторних мастил (зокрема крайового кута змочування та товщини адсорбційного шару) та експлуатаційних показників суднових дизелів (зокрема тиску стиснення, механічного коефіцієнту корисної дії, температури випускних газів). Збільшення значень вказаних структурних показників моторного мастила (яке досягається шляхом додавання до моторного мастила поверхнево активних речовин) забезпечує зменшення механічних втрат під час отримання корисної роботи. Порівняння експлуатаційних характеристик суднового дизелю 6L16/24 MAN Diesel свідчить, що використання моторного мастила з більш вираженими структурними показниками на протязі 1000 годинної роботи забезпечує: відносне збільшення тиску стиснення в діапазоні 0,97…6,19 %; відносне збільшення механічного коефіцієнту корисної дії в діапазоні 0,11…2,23 %; відносне зменшення температури випускних газів в діапазоні 0,7…5,34 %; відносне збільшення загального лужного числа в діапазоні 0,69…18,66 %.
Ключові слова: морський транспорт; судновий дизель; циркуляційна система мащення, моторне мастило, структурі показники моторного мастила, експлуатаційні показники суднового дизеля
DOI: 10.31653/smf45.2022. 70-81
Abstract
The paper analyzes the expediency of using fullerene C60 nanoadditives to compressor oil of small vapor-compression refrigerator appliances in order to increase their environmental and energy efficiency. For analysis, it is suggested to use specific eco-energy efficiency indicator together with traditional energy efficiency index. The proposed indicator characterizes the appliance life cycle equivalent emission of greenhouse gases (direct and indirect) per unit of produced refrigeration (kg CO2 /kW·h). The specific eco-energy efficiency indicator was evaluated for the GN 2/1 GGPv 6570 freezer and the GN 2/1 GKPv 6573 refrigerator when propane (R290) and two different compressor oils with C60 fullerene admixtures were used as the working fluid, as well without them. Promising "natural" refrigerant R290 is forbidden to be used in marine refrigeration due to flammability, exept of small onboard refrigeration equipment with a mass charge up to 150 g, which has been considered in study.
Experimental data on cooling capacity and power consumption obtained previously on set-up with an Embraco Aspera EMT 6152 U compressor in the boiling temperature range of 252…271 K and at a condensing temperature of 318.5 ± 1.0 K were used for the analysis. Fullerene C60 content in oils were following: 0.223·10-4 g·g-1 C60 in RENISO SP46 oil and 6.837·10-4 kg·kg-1 C60 in ProEco® RF22S oil.
It was shown that C60 fullerene admixtures lead to an increase in the specific eco-energy efficiency indicator by an amount from 6.2% to almost 25%, depending on the selected compressor lubricant and the mode of operation of the refrigeration device.
It was shown the prospects of proposed approach to the analysis of ship refrigerating equipment of various capasity.
Keywords: Small refrigeration device, Compressor oil, nano-admixture of fullerene C60, Greenhouse gases, Energy efficiency index, Eco-energy efficiency indicator
DOI: 10.31653/smf45.2022. 82-92
Abstract
The energy load of the contacting surfaces plays a significant role in the working units of parts of the STE. It largely depends on the speed of its movement and mass during long-term or cyclic loading of the working steam. At a high level of energy consumption, a decrease in the braking torque of sliding bearings is observed due to a drop in the dynamic coefficient of friction due to an increase in temperature on the working surfaces of the contacting elements. If the temperature of the friction surfaces exceeds the allowable one for the materials of the working pair, a decrease in braking efficiency is observed, and intensive wear of the working surfaces and their destruction occurs. At the same time, due to high temperature gradients on the surface of the metal friction element, high temperature stresses develop, which contribute to the initiation and development of microcracks, which leads to its destruction.
Loading on the couplings of STE parts, in particular, on the crankshaft of a piston engine under operating conditions is random, since most of the time the engines are operated in unstable modes. In addition, the fatigue resistance characteristics of the materials from which the crankshafts are made are also random values. Therefore, the interpretation of strength conditions should be based on probabilistic concepts.
Most of the structural elements of the ship work under conditions of cyclic loading, which creates favorable conditions for the development of fatigue cracks.
The analysis of the results of the destruction of STE parts using the example of crankshafts in operating conditions indicates that the largest number of them occurs on the cheek with the initiation of a fatigue crack in the connecting rod of the connecting rod neck and the cheek in the plane of the crank. The main cause of such breakdowns is a high stress concentration in the bars.
The purpose of this study is to improve the performance of the operating parameters of the contacting nodes of the STE parts with the application at the stage of their design of the results of a system approach to research on changes in the operating characteristics of the tribosystem.
Key words: ship technical equipment, fatigue failure, "shaft-sliding bearing" combination, wear, cyclic loading.
DOI: 10.31653/smf45.2022. 93-102
Абстракт
Поставлено завдання підвищення екологічних показників суднових малообертових дизелів. Показано, що найбільш перспективним методом зниження вмісту шкідливих домішок у відпрацьованих газах суднових малообертових дизелів є використання газу різного походження як основне паливо.
Використання газового палива дозволяє значно знизити вміст шкідливих домішок, порівняно з паливами нафтового походження. Відсутність зольності покращує якість мастила, підвищує ресурс двигуна, знижує витрати на ремонт та обслуговування.
Аналіз досліджень і публікацій показав, що суміш утворення відбувається в циліндрі двотактного двигуна при закритих органах газорозподілу, із застосуванням систем подачі газу низького і висо-кого тиску. Дослідженнями та застосуванням систем низького тиску займається фірма Wärtsilä, високого тиску – фірма MAN.
Завданням дослідження було вивчення конструктивних особливостей, визначення ефективності використання систем подачі газу низького та високого тиску на суднових малообертових двигунах.
У системі низького тиску передбачено подачу газу після закриття органів газообміну через спеціальні клапани. Запальне паливо подається з використанням спеціальних форсунок та акумуляторної системи малої продуктивності. Рівномірне сумішоутворення та розподіл температур у камері згоряння дозволяє знизити вміст NOx на 90%. Застосування системи низького тиску дозволяє знизити вартість та підвищити безпеку використання.
У системі високого тиску газ подається в циліндр двигуна після того, як в циліндр подано запальну порцію палива з використанням спеціальних газових форсунок і модулів управління. Поряд із підвищенням екологічних характеристик застосування даного методу підвищує ефективні показники робочого процесу в широкому діапазоні навантажень дизеля. Використання газу під високим тиском ускладнює паливну систему, підвищує вимоги до її безпеки.
Різні системи подачі газу в циліндр двигуна дозволяють підвищити екологічну безпеку роботи малообертового суднового дизеля, мають свої переваги та недоліки. Розвиток конструктивних рішень дозволить широко використовувати газ як основне паливо для суднових малообертових дизелів.
Ключові слова: морський транспорт, судновий дизель, екологічні показники, газове паливо, системи подачі газового палива.
DOI: 10.31653/smf45.2022. 103-108
Абстракт
У статті представлені результати узагальнення моделювання окремих елементів для суднових скруберів, що об’єднані в новій конструкції апарату.
Конструктивно скрубер може виконуватися одноступеневим або багатоступеневим. Аналіз досвіду експлуатації таких апаратів свідчить, що більш доцільним є використання багатоступеневих скруберів. Ці апарати використовують декілька способів очищення газу, що забезпечує більш високу ступінь очистки.
У суднових умовах роботи суднових установок по знешкодженню газів виникає ряд експлуатаційних проблем:
Для розробки інтегрованої конструкції скрубера проведено вибір технічних рішень, що були досліджені раніше, та обрані найбільш необхідні.
Для вирівнювання полів швидкості доцільно розташувати між патрубками спеціальний додатковий місцевий опір у вигляді напівциліндру, причому цій опір повинен бути двохрядним.
Для збільшення ефективності апарату за рахунок поліпшення газонасиченості пінного прошарку, збільшення висоти динамічної піни на тарілці та зменшення забивання отворів, тарілку доцільно виконати у вигляді отворів оснащених пелюстками.
В результаті аналізу комп’ютерних CFD-моделей визначені технічні рішення, які інтегровані в конструкції скрубера для суднових систем знешкодження газів.
В конструкції скрубера об’єднані наступні технічні рішення:
Для подальшого дослідження течій доцільно розробити збірну твердотільну модель інтегрованого скрубера та провести оптимізацію течій газу в апараті за допомогою комп’ютерного моделювання потоків – CFD моделювання.
Ключові слова: суднові скрубери, викиди суднових двигунів, суднові системи очищення газів, CFD- моделювання суднових систем.
DOI: 10.31653/smf45.2022. 109-115
Абстракт
To date, all ships in operation are subject to tests for torsional vibrations of shaft lines and generator rotors. These tests consist of two parts: calculation, which makes it possible to obtain the relative amplitudes of torsional vibrations of inert masses, and live measurements, which allows to obtain the real amplitude of vibrations of the inert mass on which the measuring device is installed. After carrying out laboratory tests of the measuring device, it was advisable to carry out its tests on real inert mass. The technical characteristics of the ship and its power plant are given in the work, the dynamic model of the oscillating system of the ship shaft is calculated and compiled. The results of theoretical calculations are the determination of eigenfrequencies as an eigenvalue problem, the construc-tion of a vector of oscillatory states of the system and the dependence of the tangential stress on the frequency of rotation of the crankshaft (the development of torsional oscillations) in the dangerous area between the fourth and fifth cylinders and for the intermediate shaft on which there was installed measuring device. The resonance of the 12th order of the three-node "motor" form of oscillations was detected. A patented measuring device with three-axis accelerometers as sensors was used in full-scale mooring ship tests. The place of installation of the device on the interme-diate shaft is shown. The characteristics of the section of the shaft pipeline are given, the sensitivity of the accelerometers is taken into account, and the coefficient of nonlinearity of the receiving-transmission path is taken into account. To determine the change in tangential stress in real time, a working formula was used, which took into account the noise signal recorded on a separate channel. The data of theoretical calculations and field measurements are correlated, but additional laboratory and tests on inert mass are needed to achieve a sufficient degree of reliability.
Key words: torsional oscillation, crank shaft, shaft, mechanical tangential stress
DOI: 10.31653/smf45.2022. 116-122
Абстракт
У статті представлено опис побудови моделі втомного руйнування, що поєднує стадії утворення та зростання тріщини в елементах суднових конструкцій з концентраторами напруг.
Отримані результати підтверджують висловлені міркування про те, що при знакозмінному пружно-пластичному деформуванні використання в якості матеріалу для виготовлення обладннання меньш міцного металу, не може підвищити опору малоциклової втоми. Більше того, використання металу з дуже низькою межею плинності може призвести до істотного зниження довговічності композиції. Експерименти також показують, що зародження руйнування в ме-талі, якщо судити про нього з моменту появи тріщини довжиною 1…2 мм, настає значно раніше, ніж слід було очікувати відповідно до теорії Менсона-Коффіна.
Також у статті показано що при відповідному підборі композиційних пар можна уникнути знакозмінного пластичного деформування в зразках для випробування. При цьому, однак, метал цього шару може відчувати пружне повторно-статичне деформування з деякою асиметрією циклу.
Дослідження впливу асиметрії циклу на опір зародження руйнування проводили на зразках Гросса-Стаута.
У статті показано що при визначенні значення параметра зі збільшенням товщини зразка та зростанням числа циклів до руйнування пояснюється переходом виду напружено-деформованого стану в зразках у вершині концентратора від плоского напруженого стану до плоскої деформації.
У повному обсязі розкрито порівняння розрахункових значень ефективного коефіцієнта концентрації напруги з експериментальними даними, наведеними в літературі, виконано їх зрівняння та показано їх досить гарну згоду для сталей різних класів. А також представлено порівняння експериментальних даних з розрахунковою кривою на межі втоми залежно від радіуса кругового отвору в плос-ких зразках із сталі 10Х13.
Ключові слова: комп'ютерне моделювання, руйнування втоми, мікро та макропластичні деформації, зварний шов, дефекти, тріщиностійкість.
DOI: 10.31653/smf45.2022. 123-133
Абстракт
У статті розглядаються унікальні властивості наноматеріалів та наночастинок, які виявляються при розмірах останніх менше 100 нм. Показано, що при зменшенні розміру та зростанні поверхневої енергії наночастинок суттєво знижується їх температура плавлення. Наведені результати механічних випробувань на пластичну деформацію міді свідчать про одночасне підвищення як твердості, так і пластичності матеріалу внаслідок формування наноструктур за рахунок інтенсивної пластичної деформації. Наноструктуровані вуглецеві сталі, поряд з високою міцністю і пластичністю, мають ще й високі антикорозійні властивості. У статті зазначено, що використання добавок нанопорошків заліза, нікелю та алюмінію суттєво впливає на підвищення зміцнення та надпластичності в останніх та робить перспективним їх застосування для виготовлення деталей. Добавки наночастинок до мастильних матеріалів покращують їх трибологічні властивості за рахунок утворення плакувальних плівок на поверхнях тертя. Зясована залежність коефіцієнта тертя від концентрації присадки. Існує оптимальна концентрація, при якій коефіцієнт тертя досягає мінімуму і вважається, що це виникає коли наночастинки покривають контактуючі поверхні. Відзначено роль поверхнево-активних добавок до мастил як стабілізаторів наночастинок, які запобігають їх агломерації, в результаті якої можуть утворюватися великі скупчення наночастинок, які, діючи подібно до абразивних тіл, збільшують знос поверхонь, що труться. В роботі також розглянуто ефект впливу на ноприсадок до дизельного пального. Так додавання 5 грам нанорідини алюмінію на літр дизельного пального не тільки зменшує витрати палива за рахунок збільшення теплоти згоряння, але також знижує концентрацію шкідливих речовин у викидах вихлопних газів у дизельному двигуні.
Ключові слова: наноматеріали, температура плавлення, твердість, пластичність, плакувальна плівка, нанодизельне паливо.
DOI: 10.31653/smf45.2022. 134-144
Абстракт
Зменшення тертя та зносу є важливим для підвищення енергоефективності, загальної витривалості і надійності механічних систем. Тому у статті представлено загальний аналіз перспектив застосування наночастинок TiO2 у якості присадок до мастил та описані можливості їх подальшого ефективного використання для покращення трибологічних характеристик і властивостей мастильних рідин та олив.
У цій роботі за допомогою трибометра з чотирма сталевими кульками оцінювали антифрикційні та протизношуванні властивості суспензій наночастинок TiO2 в моторній оливі 10W-30 з різним відсотковим вмістом (0,010, 0,025, 0,050 і 0,075 [мас.%/об’єм]). Результати показують вплив відсоткового вмісту наночастинок на трибологічну поведінку змішаного мастила. Була проведена оцінка структури зношених поверхонь за різних умов експлуатації за допомогою скануючої електронної мікроскопії (СЕМ), а також глибину слідів зносу на сталевих кульках було виміряно за допомогою мікроскопа Alicona Inginite Focus G5 Microscope.
У цьому дослідженні використовувався 4-кульковий трибометр, для якого сила тертя (коефіцієнт тертя - CFT) між зразками безперервно реєструвалася відповідно до нормального навантаження і часу, що минув. Окрім того, було підготовлено чотири зразки наномастила, які були повторно випробувані з різними зразками на 4-кульковому трибометрі для оцінки прямого впливу та ефекту покращення поверхні наночастинками в мастильних рідинах і оливах.
Таким чином, було встановлено і доведено, що наночастинки титан (IV) оксиду (TiO2) можуть відігравати вирішальну роль у покращенні трибологічних характеристик мастильних матеріалів і можуть бути успішно використані в якості присадок. Крім того, вони також покращують трибологічні властивості пар тертя, значно зменшують знос, а також коефіцієнт тертя.
Отже, у статті зазначено, що наномастильні речовини, особливо з TiO2 у якості присадки, можуть слугувати потенційним інженерним застосуванням і сприяти досягненню цілей екологічного розвитку.
Ключові слова: наночастинки, TiO2, мастило, присадка, коефіцієнт тертя, протизношування, трибологія, трибологічні характеристики/властивості, 4-кульковий трибометр, пари/поверхні тертя.
DOI: 10.31653/smf45.2022. 145-154
Абстракт
В роботі розглянута проблема експлуатації гнучких трубопроводів під час сумісної роботи багатофункціональних суден підтримки в комбінації з працюючою нафто- або газодобувною платформою. Виконаний аналіз загальних суднових гідравлічних систем, що використовуються на багатофункціональному судні обслуговування під час подання на нафто- або газовидобувну платформу різних технологічних рідин. Показано, що загальна технологічна схема спільної роботи таких двох морських суден завжди підумовлює використання гнучких трубопроводів. Під час сумісної експлуатації двох суден всі типи гнучких трубопроводів знаходяться на або під поверхнею морської води та постійно піддаються коливальному руху за рахунок взаємодії з потоком, що обтікає трубопровід. З метою знаходження основних ефектів та характеристик процесу впливу відриву та утворення вихорів в потоку на обтікання гнучкого трубопроводу булі отримані загальні експлуатаційні показники та виконана оцінка чисельних діапазонів їх зміни. Також в роботі розглянуто випадок, коли гнучкий трубопровід працює на не великій відстані до жорсткого екрану в якості якого може розглядатися, як корпус судна, так і морське дно. У ході досліджень було встановлено, яким чином відстань від поверхні, що екранує, впливає на характер зміни коефіцієнта підйомної сили. Було визначено, що частота коливань гнучкого трубопроводу зростає у разі зменшення величини щілинного зазору між гнучким трубопроводом та жорстким екраном. Також показано, що зростання швидкості потоку, що обтікає гнучкий трубопровід під час його коливальних рухів завжди буде призводити до його нестійкої роботи. Із зростанням швидкості потоку частота коливань гнучкого трубопроводу буде завжди збільшуватися, а амплітуда відхилення середньої точки його зовнішньої поверхні постійно зростає.
Ключові слова: гнучкий трубопровід, сумісна робота суден, ко-ливальний рух, обтікання та утворення вихорів
DOI: 10.31653/smf45.2022. 155-168
Абстракт
На основі літературного аналізу сучасного стану розвитку і практичних розробок електроприводів з безщітковими електричними двигунами постійного струму (BLDC двигунами) доводиться, що найпростішим способом підвищення ефективності досліджень у на-прямку підвищення результуючої ефективності електроприводів з BLDC двигунами є використання загально-теоретичних принципів функціонування двигунів одночасно із математичним моделюван-ням. Показано, що дослідження, які спрямовані на підвищення ре-зультуючої ефективності суднових систем, механізмів і комплексів, що функціонують на основі BLDC електродвигунів, є актуальними і відповідають сучасним напрямкам розвитку флоту. Метою статті є уточнення термінології, що використається при моделюванні BLDC двигунів різного типу і призначення із подальшим аналізом можли-вих принципів побудови їх математичних моделей за допомогою структурного представлення типовими блоками, у тому числі – нелінійними.
Показано, що електропривод, побудований на основі BLDC двигунів, являє собою синергетичне об'єднання у складі електромеханічної системи синхронного електричного двигуна зі збудженням від постій-них магнітів, механічного навантаження, електронного комутатора з системою живлення і давача (енкодера) просторового положення ротора. Визначено, що ефективне керування ключами електронного комутатора (інвертора), яке здійснюється командами від енкодера і використання джерела напруги, яка суттєво перевищує номінальну напругу двигуна, дозволяє реалізувати жорсткий зворотний зв'язок за просторовим положенням ротора і визначає алгоритм підключення обмоток двигуна до джерела постійного струму.
Наведено уточнення існуючої термінології, що використається при моделюванні безщіткових електричних двигунів постійного струму. Показані основні принципи побудови різного типу математичних моделей безщіткових електричних двигунів постійного струму на основі структурних схем. Наведені переваги і можливості обрання вентильних безщіткових двигунів постійного струму зі збудженням від високоенергетичних рідкоземельних постійних магнітів для застосування у механізмах і системах електроприводу морських суден і, зокрема, у електрорушіях автономних плавальних апаратів. Пропонується створення математичних моделей за принципом міні-мальної апаратної надлишковості кінцевих рішень. Наведені структурні схеми безщіткових двигунів, які дозволяють ефективно проводити подальший синтез контролерів струму і швидкості суднових електроприводів.
Ключові слова: безконтактний електричний двигун постійного струму, автономний плавальний апарат, BLDC двигун, електрорушій, електропривод.
Введіть свій логін та пароль
Введите свои данные и создайте аккаунт