7. Обоснование и выбор схемы обеспечения судна электроэнергией и теплом

Для выбора схемы обеспечения судна тепло- и электроэнергией рассчитаем значения эффективного КПД _еу по формуле

где Р_в и Р_еb – мощность валогенератора и дизель-генератора, кВт; b_e и b_eb – удельные эффективные расходы главного и вспомогательного двигателей, кг/(кВтч); _к – КПД вспомогательного автономного котла, принимаем _к = 0,8; х_в, х_b, х_к, х_у – количество работающих в ходовом режиме валогенераторов, дизель-генераторов, автономных котлов и утилизационных котлов; Q_к, Q_у – теплопроизводительность вспомогательного автономного и утилизационного котла, соответственно;

и КПД энергетического комплекса на ходовом режиме по формуле

где _е, _еb и _г – эффективный КПД главного, вспомогательного двигателя и КПД электрогенератора, , принимаем _г = 0,85; В_к – расход топлива автономным котлом, кг/ч.

При возможных вариантах снабжения судна этими видами энергии. Результаты расчетов представлены в табл. 9.

Таблица 9

Эффективность установки при различных схемах энергообеспечения

№	Схема тепло- и электрообеспечения судна	Значения			еу	э
		хb	хк	ху
1	3ДГ + 2УК + АК	3	1	2	0,199	0,019
2	3ДГ + 1УК + АК	3	1	1	0,194	0,018
3	3ДГ + 2УК	3	0	2	0,238	0,304
4	3ДГ + 1 УК	3	0	1	0,231	0,275
5	3ДГ + АК	3	1	0	0,189	0,017
6	2ДГ + 2УК + АК	2	1	2	0,227	0,017
7	2ДГ + 1УК + АК	2	1	1	0,220	0,016
8	2ДГ + 2УК	2	0	2	0,278	0,299
9	2ДГ + УК	2	0	1	0,268	0,265
10	2ДГ + АК	2	1	0	0,214	0,015
11	ДГ + 2УК + АК	1	1	2	0,262	0,015
12	ДГ + 2УК	1	0	2	0,334	0,292
13	ДГ + УК	1	0	1	0,320	0,251
14	ДГ + АК	1	1	0	0,245	0,013
15	3ДГ	3	0	0	0,224	0,245
16	2ДГ	2	0	0	0,259	0,230
17	ДГ	1	0	0	0,307	0,210
18	АК	0	1	0	0,288	0,011
19	2УК	0	0	2	0,418	0,281

Анализ данных табл. 9 показывает, что наибольшим значениями эффективного КПД при одновременном обеспечении судна тепло- и электроэнергией обладают варианты работы 3, 8 и 12. При обеспечении судна только тепловой энергией – вариант 19, при обеспечении только электроэнергией – 17.

8. Разработка рекомендаций по применению горюче-смазочных материалов

Требования, предъявляемые к современным моторным маслам.

Общими тенденциями развития двигателестроения являются: увеличение литровой мощности, повышение экономичности и надежности, улучшение пусковых свойств, уменьшение массогабаритных показателей. Решение любой из этих проблем тесно связано с вопросами применения моторных масел. Для обеспечения надежной работы двигателей, применяемые в них масла должны обладать определенными эксплуатационными свойствами.

Надежность работы двигателя во многом определяется выбором масла с оптимальной вязкостью. В широком диапазоне условий эксплуатации, наиболее эффективны масла с пологой вязкостно-температурной характеристиками (т.е. те масла, вязкость которых в наименьшей степени меняется при изменении температуры масла).

Для обеспечения минимального износа деталей двигателя лучше использовать масла большей вязкости. Однако чрезмерное повышение вязкости увеличивает потери на трение и ухудшает топливно-экономические показатели двигателя. Снижение исходной вязкости улучшает низкотемпературные свойства масел - прокачиваемость, которые характеризует способность масла своевременно поступать к местам смазки при пуске двигателя. Чем ниже прокачиваемость, тем ниже пусковые износы деталей и выше надежность работы.

Поэтому конструкторы двигателей стремятся к выбору оптимальной величины вязкости масла для конкретной двигателя и условий его эксплуатации.

Повышение литровой мощности в современных и перспективных двигателях достигается, в основном, за счет увеличения среднего эффективного давления (повышение степени сжатия (компрессии) в цилиндрах двигатели, прямого впрыска топлива под высоким давлением и введение наддува воздуха, что приводит к росту тепловых и механических нагрузок на детали двигателей. При этом условия работы масла существенно ожесточаются. Интенсивный контакт масла с прорывающимися в картер газами увеличивает скорость его окисления. Воздействие горячих газов и нагретых поверхностей на пленку масла на деталях цилиндро-поршневой группы приводите образованию высокотемпературных углеродистых отложений (нагаров и лаков). Закоксовывание канавок в поршнях приводит к потере подвижности поршневых колец, к задиру поверхности цилиндра и поломке поршневых колец и потере компрессии двигателя.

В целях облегчения веса двигателя конструкторы прибегают к уменьшению емкости систем смазки, что приводите возрастанию кратности циркуляции масла, интенсификации его окисления. Эффективное снижение скорости образований нагаров и лаков в системе смазки двигателя возможно только в том случае, когда масло обладает достаточно высокими моюще-диспергирующими и антиокислительными свойствами.

Для увеличения надежности и обеспечения высокого ресурса работы двигателя необходимо, чтобы моторные масла имели высокий уровень противоизносных и противозадирных свойств.

Для снижения коррозионного износа деталей цилиндро-поршневой группы и вкладышей коленчатого вале, вызываемого кислыми продуктами сгорания топлива, моторные масла должны обладать нейтрализующий действием.

Требования к маслу определяются не только типом двигателя, конструктивными особенностями агрегатов, но и условиями эксплуатации. Так работа двигателя на пониженном тепловом режиме приводит к неполному сгоранию топлива и, следовательно, увеличивает попадание продуктов неполного сгорания в картер с последующим окислением и загрязнением масла. В результате этого при условии конденсации влаги в картере двигателя может значительно повышаться образование низкотемпературных отложений (шлама). Предотвратить шламообразование в картере двигателя можно за счет применения масел с высокими диспергирующими свойствами.

Надежность двигателей в значительной степени зависит от способности моторных масел сохранять свои эксплуатационные свойства при обводнении, что особенно характерно для масел судовых дизелей.

Современные масла должны быть долгоработающими (до 500 и даже 1000 моточасов работы двигателя). Срок смены масел должен быть увязан со сроками смены фильтрующих элементов и режимами технического обслуживания двигателей. При этом должен обеспечиваться низкий расход масла на угар.

Условия работы масел в двигателях различных типов и конструкций могут сильно различаться, что затрудняет выбор масла для конкретного двигателя. Для облегчения выбора и решения вопросов взаимозаменяемости масел производства различных фирм и стран, разработаны классификации масел.

Классификации и системы обозначений моторных масел.

В основу системы обозначений моторных масел, предусмотренной ГОСТ 17.479.1-85 (ред.1998 г.), положены сведения о принадлежности масла к одному из классов вязкости и группе эксплуатационных свойств.

В зависимости от величины кинематической вязкости, моторные масла делятся на классы, указанные в табл. 10. Для всех сортов нормируются пределы кинематической вязкости при 100С, а для зимних и всесезонных сортов дополнительно нормируется величина кинематической вязкости при минус 18С. В зависимости от назначения моторные масла делятся на группы, указанные в табл. 11. Соответствие масел той или иной группе устанавливается на основании результатов комплексов методов моторных и лабораторных испытаний, утвержденных Госстандартом РФ.

Таблица 10

Классы вязкости моторных масел

Класс вязкости по ГОСТ 17.479.1	Вязкость кинематическая при температуре 100С, мм2/с (сСт)		Вязкость кинематическая при температуре минус 18С, мм2/с (сСт), не более
	не менее	не более
3з	3,8	-	1250
4з	4,1	-	2600
5з	5,6	-	6000
6з	5,6	-	10400
6	5,6	7,0	-
8	7,0	9,3	-
10	9,3	11,5	-
12	11,5	12,5	-
14	12,5	14,5	-
16	14,5	16,3	-
20	16,3	21,9	-
24	21,9	26Д	-
3з/8	7,0	9,5	1250
4з/6	5,6	7,0	2600
4з/8	7,0	9,3	2600
4з/10	9,3	11,5	2600
5з/10	9,3	11,5	6000
5з/12	11,5	12,5	6000
5з/14	11,5	13,0	6000
6з/10	9,3	11,5	6000
6з/12	11,5	12,5	10400
6з/14	12,5	14,5	10400
6з/16	14,5	16,3	10400

Полное обозначение моторных масел включает сведения о виде смазочного материала (М- моторное), классе вязкости, группе эксплуатационных свойств и в отдельных случаях отличительных особенностях продукта.

Пример обозначения моторных масел.

М-10-Г₂(к) – буква «М» обозначает принадлежность к моторным маслам, цифра 10 – класс вязкости, для которого величина кинематической вязкости при температуре 100С нормируется в пределах 9,5 -11,5 мм²/с (сСт), буква «Г» с индексом 2 означает, что по эксплуатационным свойствам масло относится к группе «Г» и предназначено для форсированных дизелей. Буква «к», используется в целях отличительного маркирования, означает, что это масло в основном предназначено для автомобилей КамАЗ. В отличие от него, в моторном ассортименте имеется марка М-10-Г₂ , предназначенная для тракторных дизелей.

Таблица 11

Группы эксплуатационных свойств моторных масел

Обозначение группы по ГОСТ 17.479.1	Характеристики, области применения
А	Нефорсированные бензиновые двигатели и дизели
Б Б1	Малофорсированные бензиновые двигатели, работающие в условиях, способствующих образованию высокотемпературных отложений и коррозии подшипников
Б2	Малофорсированные дизели
В В1	Среднефорсированные бензиновые двигатели, работающие в условиях, способствующих окислению масла и образованию всех видов отложений
В2	Сред нефорсированные дизели, предъявляющие повышенные требования к антикоррозионным и противоизносным свойствам масел, а также склонности к образованию высокотемпературных отложений
Г Г1	Высокофорсированные бензиновые двигатели, работающие в тяжелых условиях, способствующих окислению масла и образованию всех видов отложений, коррозии и ржавлению
Г2	Высокофорсированные дизели без наддува или с умеренным наддувом, работающие в условиях, способствующих образованию высокотемпературных отложений
Д Д1	Высокофорсированные бензиновые двигатели, работающие в эксплуатационных условиях, более тяжелых чем для масел группы Г1
Д2	Высокофорсированные дизели с наддувом, работающие в тяжелых эксплуатационных условиях или когда применяемое топливо требует использования масел с высокой нейтрализующей способностью, антикоррозионными и противоизносными свойствами, малой склонностью к образованию всех видов отложений
Е Е1	Высокофорсированные бензиновые и дизельные двигатели, работающие в эксплуатационных условиях, более тяжелых, чем для масел группы Д1 и Д2
Е2	Отличаются повышенной диспергирующей способностью, лучшими противоизносными свойствами

В большинстве развитых стран Америки, Азии и Африки получили признание классификации масел по вязкости SAE J 300 (табл.12) и по эксплуатационным свойствам по АРI.

Таблица 12

Международная классификация моторных масел по вязкости SAE J 300 DEC 99* (введена в действие с августа 2001 г.)

Класс	Низкотемпературная характеристика: динамическая вязкость, мПа∙с, не более		Высокотемпературные характеристики: вязкость
	По методу ASTMD 5293 (вискозиметр CCS, имитация холодного пуска)	По методу ASTM D16W (Вискозиметр MRV, прокачиваемость)	Кинематическая при 100°С (по методу ASTM D445), мм2/сек		Динамическая при 150°С и скорости сдвига 10-6 (по ASTM D 4683, D4741 или D 5481), МПа∙с, не менее
-	-	-	Минимальная	Максимальная	-
0W	6200 при -35°С	60 000 при -40°С	3,8	-	-
5W	6600 при -30°С	60 000 при -35°С	3,8	-	-
10W	7000 при -25°С	60 000 при -30°С	4,1	-	-
15W	7000 при -20°С	60 000 при -25°С	5,6	-	-
20W	9500 при -15°С	60 000 при -20°С	5,6	-	-
25W	13000 при -10°С	60 000 при -15°С	9,3	-	-
20	-	-	5,6	9,3	2,6
30	-	-	9,3	12,5	2,9
40	-	-	12,5	16,3	2,9"
40	-	-	12,5	16,3	3,7"
50	-	-	16,3	21,9	3,7
60	-	-	21,9	26,1	3,7

В Европе, признавая в целом требования API и SAE, введены специальные требования ассоциации изготовителей автомобилей к моторным маслам – АСЕА-98. Технические параметры судовых масел приведены в табл. 13 и 14.

Таблица 13

Области применения судовых масел

Наименование масла	Основная область применения
М-10Г2ЦС	Предназначено дли редукторов, компрессоров и др. механизмов судов, требующих применения масел с повышенной влагостойкостью. Для циркуляционных смазочных систем малооборотных судовых дизелей ПО "Брянский машиностроительный завод" и аналогичных импортных.
М-14Г2ЦС	Предназначено для смазывания судовых двигателей, редукторов, стационарных дизелей и др. судовых механизмов, в т.ч. импортных, производства фирм "Зульцер", "Пилстик" и др. Широко применяется в тепловозных дизелях типа ЧН26/26, стационарных дизель-генераторах с двигателями типа ЧН40/46. Обладает повышенной влагостойкостью и способностью отделять воду при центрифугировании.
М-16Г2ЦС	Предназначено для циркуляционных смазочных систем судовых тронковых дизелей повышенной степени форсирования, лубрикаторных систем смазки цилиндров малооборотных дизелей, для которых рекомендованы масла класса вязкости М-16 (5АЕ40) при работе на топливе с содержанием серы до 10%
М-20Г2	Предназначено для эксплуатации судовых и стационарных дизелей типа ДН 23/2 х 30
М-20Е70	Предназначено для смазывания цилиндров главных судовых дизелей высокой степени форсирования при работе на высокосернистых тяжелых топливах
М-14ДЦЛЗО	Предназначено для смазывания среднеоборотных тронковых судовых дизелей с циркуляционными или комбинированными смазочными системами. Используют при работе на тяжелых топливах с массовой долей серы 3,0 %. Обладает хорошей влагостойкостью и малой мульгируемостью с водой, легко отделяет воду при сепарации. Допущено к применению зарубежными дизелестроительными фирмами

Таблица 14

Технические параметры судовых масел

Наименование масла	Класс вязкости по SAE	Вязкость кинематическая при 100° С, не ниже	Темпера­тура вспышки в открытом тигле, С, не ниже	Температура застывания, С, не выше	Щелочное число, мг КОН/г, не менее	Индекс вязкости, не менее
М-10Г2ЦС	30	10,0-11,0	210	-10	9,0	92
М-14Г2ЦС	40	13,5-15,0	215	-10	9,0	92
М-16Г2ЦС	40-50	15,5-17,0	220	-10	9,0	92
М-20ГЗ	40	20	235	-15	9,0	92
М-20Е70	50	20-23	200	-12	70	90
М-14 ДЦЛ30	40	13,5-15,0	210	-10	27	92

Таблица 15

Классификация вязкости масел no ISO

Класс вязкости по ISO	Средняя вязкость при 40С, мм2/с	Пределы кинемат. вязкости при 40С, мм2/с
		min	Max
ISO VG 2	2,2	1,98	2,42
ISO VG 3	3,2	2,88	3,52
ISO VG 5	4,6	4,14	5,06
ISO VG 7	6,8	6,12	7,48
ISO VG 10	10	9,00	11,00
ISO VG 15	15	13,5	16,5
ISO VG 22	22	19,8	24,2
ISO VG 32	32	28,8	35,2
ISO VG 46	46	41,4	50,6
ISO VG 68	68	61,2	74,8
ISO VG 100	100	90,0	110
ISO VG 150	150	135	165
ISO VG 220	220	198	242
ISO VG 320	320	288	352
ISO VG 460	460	414	506
ISO VG 680	680	612	748
ISO VG 1000	1000	900	1100
ISO VG 1500	1500	1350	1650

Соответствие классификаций ГОСТа и API для моторных масел.

Уровень эксплуатационных свойств и область применения зарубежные производители моторных масел в большинстве случаев указывают по классификации API (Американский институт нефти).

ГОСТ 17479.1-85 в справочных приложениях дает примерное соответствие классов вязкости и групп по назначению и эксплуатационным свойствам, изложенным в ГОСТе, классам вязкости по SAE и классам API no условиям и областям применения моторных масел (табл. 17, 18). Следует подчеркнуть, что речь идет не об идентичности, а только об ориентировочном соответствии. Данные таблицы дают возможность, зная стандартную марку отечественного масла, выбрать его зарубежный аналог или, зная характеристики импортного масла по классификации API, найти его ближайший отечественный аналог. Классификация API подразделяет моторные масла на две категории: "S" (Service) - масла для бензиновых двигателей и "С" (Commercial) - масла для дизелей. Универсальные масла обозначают классами обеих категорий. Классы в категориях указывают буквы латинского алфавита, стоящие после буквы, обозначающей категорию, например, SF, SH, СС, CD или SF/CC, CG/CD, CF-4/SH для универсальных масел.

Моторные масла, относящиеся к одному и тому же классу API, но производимые разными фирмами, могут существенно отличаться по составу базовых масел, типам используемых присадок и, следовательно, иметь специфические свойства, удовлетворять предъявляемые требования близко к предельным значениям или иметь запас качества. При выборе аналога по области применения и уровню эксплуатационных свойств обязательно должны быть приняты во внимание все специальные требования к моторному маслу со стороны изготовителя техники (например, ограничения по сульфатной зольности, отсутствие или, напротив, наличие определенного количества цинка, отсутствие в составе масла растворимых модификаторов трения, содержащих молибден и т.п.).

Таблица 16

Соответствие классификаций ГОСТа и SAE

Согласно классификациям ГОСТ 17479.1-85 и API группу (класс) по уровню эксплуатационных свойств устанавливают только по результатам испытаний моторных масел в специальных одноцилиндровых установках и полноразмерных двигателях. Испытания проводят в стендовых условиях по стандартным методам. Чем выше присваиваемый маслу уровень эксплуатационных свойств, тем "строже" проходные оценки результатов испытаний или жестче условия их проведения. Для контроля стабильности качества серийно выпускаемых моторных масел их классификационные испытания проводят согласно требованиям ГОСТ 17479.1-85 не реже одного раза в два года. При этом определяют моющие, диспергирующие, противоизносные, антикоррозийные, антиокислительные свойства масел и их соответствие указанным в марках классам вязкости. В случаях непринципиальных изменений технологий производства моторных масел обязательно проводят сравнительные квалификационные испытания товарного масла-прототипа и опытного образца, выработанного по измененной технологии.

Соответствие классификаций ГОСТа и SAE.

Нередко возникает необходимость решения вопросов взаимозаменяемости отечественных и зарубежных моторных масел, например, когда необходимо выбрать отечественное масло для импортной техники или зарубежное масло для экспортируемой отечественной техники. Общепринятой в международном масштабе стала классификация моторных масел по вязкости Американского общества автомобильных инженеров - SAE J300. ГОСТ 17479.1-85 в справочных приложениях дает примерное соответствие классов вязкости и групп по назначению и эксплуатационным свойствам, изложенным в ГОСТе, классам вязкости по SAE по условиям и областям применения моторных масел. Следует подчеркнуть, что речь идет не об идентичности, а только об ориентировочном соответствии.

Данные табл. 18 дают возможность, зная стандартную марку отечественного масла, выбрать его зарубежный аналог или, зная характеристики импортного масла по классификациям SAE J300, найти его ближайший отечественный аналог. Классы вязкости SAE в большинстве случаев имеют более широкие диапазоны кинематической вязкости при 100С, чем классы вязкости по ГОСТ 17479.1-85. По этой причине одному классу SAE могут соответствовать два смежных класса по ГОСТ 17479.1-85. В таком случае предпочтительно указать аналог, имеющий самое близкое фактическое значение вязкости по проспектным данным или нормативной документации на данный продукт.

Таблица 17

Соответствие классов вязкости ГОСТа и SAE

Соответствие классов вязкости
Класс вязкости		Класс вязкости
ГОСТ	SAE	ГОСТ	SAE
3з	5W	24	60
4з	10W	3з/8	5W-20
5з	15W	4з/6	10W-20
6з	20W	4з/8	10W-20
6	20	4з/10	10W-20
8	20	5з/10	15W-30
10	30	5з/12	15W-30
12	30	5з/14	15W-40
14	40	6з/10	20W-30
16	40	6з/14	20W-40
20	50	6з/16	20W-40

Материалы подготовлены па данным сайта http://www.lukoil-masla.ru/cam_motor.asp.

Карта смазки двигателей и судовых механизмов пассажирского судна проекта 302 приведена в табл. 19.