Разработка моделей и методов обоснования технических решений по судовым энергетическим установкам

На различных этапах жизненного цикла СЭУ принимаются технические решения, способные оказать решающее влияние на эффективность судна. На этапе проектирования это — выбор и согласование элементов пропульсивного комплекса, их настройка на эксплуатационный режим, комплектование вспомогательных установок и совокупности оборудования систем СЭУ, расположение комплекта оборудования в МКО, проектирование трубопроводов, обеспечение заданных характеристик оборудования при работе на спектре режимов эксплуатации, проектирование технологических процессов, агрегатирование СЭУ и др. Подобные задачи решаются и на других этапах создания и использования СЭУ — как на предшествующих (создание энергетического оборудования, их типоразмерных рядов), так и последующих (постройка, эксплуатация, списание). Только комплексный подход к повышению эффективности СЭУ — с учетом системных связей в составе СТС — судна, для решения всех задач по судовой энергетике, возникающих на всех участках петли качества, способен существенно повысить вклад СЭУ в обеспечение эффективности транспортных судов.

Наиболее значимые технические решения по СЭУ принимаются на начальных этапах проектирования — в процессе эскизного и технического проектирования. В последнее время в связи со сменой экономической формации возросло значение этапа, совмещающего отдельные группы работ, свойственные обеим, ранее обозначенным этапам — контрактного проектирования, имеющего цель обосновать контрактную цену на судно, обоюдовыгодную как для заказчика, так и для судостроителя, делающую возможным заключение контракта на постройку судна и выполнение других этапов проектирования.

Основное содержание процесса проектирования любого объекта и СЭУ в частности является обоснование принимаемых технических решений: решения должны быть допустимыми (работоспособными, способными выполнять заданные функции и допустимыми по спектру ограничений) и оптимальными, обеспечивающими достижение наивысших значений критерия эффективности судна. В некоторых случаях принимаются технические решения не экстремальные по значениям критерия эффективности, а предпочтительные по другим, соображениям, например, определенно доступные — рациональные решения.

Основным1: методом обоснования принимаемых решений при проектировании СЭУ является сравнение вариантов энергетических комплексов, отличающихся анализируемыми техническими решениями или их взаимосвязанными' совокупностями. Сравнение базируется на применении системного анализа и критериев эффективности, являющихся выражением влияния анализируемых решений на прибыль от работы судна по прямому назначению.

Применение вариантного метода — принципиальное положение методологии проектирования СЭУ ввиду того, что абсолютное большинство альтернативных решений не являются непрерывными, а различаются на конечную, достаточно значимую величину параметра выбора. Это, например, число движителей, типы и типоразмеры применяемого оборудования, схемы энергетических систем, варианты компоновки и др.

Использование вариантного метода исключает применение методов направленного поиска оптимального решения. Также невозможным является перебор всех возможных вариантов в связи с исключительным многообразием допустимых вариантов и высокой трудоемкостью оптимизационного исследования. Рассмотрение же возможного по вычислительным ресурсамограниченного числа вариантов оставляет сомнение в том, включен ли наилучший вариант в состав анализируемых.

Формирование совокупности вариантов, анализ которых следует, провести для максимально достоверного обнаружения оптимального решения, осуществляется проектировщиком, от квалификации которого с одной стороны зависит гарантированное достижение поставленной цели, а с другой трудоемкость решаемой оптимизационной задачи — число анализируемых вариантов должно быть минимальным, но достаточным для отыскания оптимальных решений.

В процессе формирования альтернативных вариантов на ранних стадиях проектирования СЭУ — в исследовательском и эскизном проектировании изменяются совокупности взаимосвязанных технических решений, обозначаемые как тип СЭУ. Тип — это сложное, диалектическое понятие, включающее в свойсостав важнейшие характеристики* судовой энергетической, установкив. целом, и составляющих ее подсистемпропульсивной! установки, судовой электростанциии- вспомогательной-котельной" установки. Это — тип и> характеристики судового движителятип и< типоразмер главного, двигателясхема-системы^ передачимощности от двигателя к движителюконструктивная схема СЭУ, включающая варианты производства, распределения и потребления механической энергиитепловая схема — схема* производства, распределения и потребления тепловой энергии насуднесхемы комплектации оборудованием и. типоразмеры агрегатов СЭС и определяемые как основные.

В процессе разработки исследовательского и эскизного проектов, а также контрактнойтдокументации на постройку судна указанные в понятии тип СЭУ технические решения обосновываются количественно — для каждого из рассматриваемых вариантов определяются значения критериев эффективности. Полученные значения сравниваются с такими же для других вариантов. Вариант, обеспечивающий получение наилучшего значения критерия, является объективно лучшим из числа рассмотренных и может быть признан оптимальным, если существует определенная гарантия, что лучшего не найти. Такой гарантией могло бы быть рассмотрение как можно большего числа вариантов, по возможности всех возможных.

При анализе вариантов недостаточно ограничиться рассмотрением только оборудования, в характеристики которого вносятся целенаправленные изменения. Энергетическое оборудование связано со всем оборудованием судового комплекса и не полный учет этих связей способен радикально исказить оптимальное решение.

Например, оборудование судовой электростанции обеспечивает функционирование не только пропульсивной установки, но и навигационного комплекса, оборудования общесудовых систем, судовых устройств и палубных механизмов, аварийных устройств, жилищно-бытового комплекса и др. на всех режимах эксплуатации судна. Принятие решений по судовой энергетической установке невозможно без учета всего спектра связей всех элементов СЭУ с оборудованием судового комплекса.

В принципе это требует при? внесении" любых изменений в состав энергетического комплекса проектировать судно в целом, может быть даже с отслеживаниемвлияний >¦ вверх? по цепочке этапов проектирования судна. Разработаны методы согласованной системной оптимизации, позволяющие сократить размерность решаемой задачино и они также требуют определенной проработки, по крайней мере, базового варианта и определения коэффициентов влияния вносимых изменений на глобальную эффективность.

Исключительное многообразие альтернативных вариантов СЭУ, отличающихся контролируемыми" параметрами и способных найти применение на проектируемом судне, исключает перебор и сравнение всех возможных вариантов при поиске наилучшего из них даже с применением быстродействующей1 вычислительной техники и САПР.

Расчеты значений критериев эффективности сопряжены с необходимостью обращения к моделям анализа эффективности, т.к. традиционные ручные методы достаточно трудоемки. Кроме этого для задания исходной информации в моделях анализа эффективности должна быть выполнена разработка варианта с требуемым уровнем подробности Разумное ограничение числа анализируемых вариантов способно существенно отразиться на трудоемкости решаемой задачи.

Именно поэтому в начале процесса проектирования намечается определенный круг альтернативных вариантов перспективных для отыскания оптимума и из него путем логического анализа отбирается ограниченный набор вариантов по возможности минимальный и в то же время достаточный для выбора наилучшего варианта из всех возможных. Исключение из рассмотрения вариантов первоначального круга производится на основе анализа системы показателей качества, обеспечивающих определение достоверно предпочтительных вариантов без необходимости детальной разработки. Сравнение по критериям эффективности только оставленных вариантов позволяет разумно сократить общее число вариантов, подлежащих сравнению, и перенести центр внимания на углубленную проработку наиболее эффективных вариантов.

Отбор вариантов для заключительного анализа — операция, требующая глубокой- 'эрудиции проектировщикаучета характеристик, назначения и района эксплуатации судна, сведений о выполненных вариантах, подобных проектируемому, об особенностях вариантов анализируемых технических решений, обстоятельствах сопутствующих их применению, положительных и отрицательных факторах, их весомости в составе комплексного свойства, о влиянии на комплексную эффективность, о существующих ограничениях и других факторах. Это сложная научно — техническая задача, требующая для своего решения привлечения больших объемов информации, знаний, методов анализа совокупности показателей качества, как собственно энергетических комплексов, так и составляющего их энергетического оборудования и включающих их судов. Это процесс отбора вариантов на основе анализа ограниченной совокупности показателей качества понимается как обоснование типа СЭУ. Варианты отбираются для последующего углубленного анализа с использованием более детализированных, но и более трудоемких методов.

Основная проблема оптимизации технических решений при проектировании СЭУ заключается в несоответствии значимости соответствующего решения в составе комплексного показателя эффективности судна и погрешности определения последнего. Поскольку сравниваются альтернативные варианты, близкие к оптимальному, то значительного выигрыша в комплексной эффективности ожидать трудно. Этот выигрыш редко превышает нескольких процентов, а по выбору вспомогательного оборудования и того меньше. В то же время принятие технических решений по СЭУ производится на ранних стадиях проектирования судов, когда существует значительная неопределенность в показателях судна, особенно в экономических показателях. Например, контрактная цена судна согласовывается в результате разработки контрактного проекта, когда не все технические решения по СЭУ ещё приняты.

Это определяет актуальность и высокую значимость разработки методов обоснования выбора технических решений по судовой энергетике, особенно на ранних этапах проектирования. В основе методов обоснования технических решений по СЭУ — разработка и применение систем автоматизированного проектирования- (САПР), согласованной системной оптимизации, являющейся приложением к данной проблеме системного анализа, проведения оптимизационных исследований при-направленном варьировании значимости отдельных факторов, что является следствием неустойчивости мировой1 конъюнктуры и неопределенности многих важных параметров анализа эффективности.

Применение САПР обеспечивает снижение трудоемкости^ оптимизационных исследований, требующих многократного расчета критериев эффективности и работоспособности вариантов альтернативных технических решений, анализа изменений в подсистемах СТС судна, вызванных принятием анализируемых решений. Применение критериев согласованной системной оптимизации позволяет повысить достоверность выбора решений превосходящих прочие по эффективности. Направленное варьирование значимости составляющих конъюнктуры позволяет установить условия оптимальности отдельных технических решений и выработать рекомендации для принятия решений лицом, принимающим решения.

Начальные этапы проектирования судна и СЭУ, несмотря на их наибольшую важность — на них обосновываются и принимаются все основные технические решения по судну и СЭУ, в отечественных проектных организациях в наименьшей степени охвачены системами автоматизированного проектирования. Приобретаемые у зарубежных разработчиков за большие деньги (80 — 100 тыс. долл. в год за одно рабочее место) системы САПР (СасЗтаИк, ТпЬоп и др.) относятся к более поздним и менее значимым этапам конструкторского и технологического проектирования.

Мы не стараемся приуменьшить значение этих разработок. Они важны для реализации указанных этапов, позволяют автоматизировать прокладку трубопроводных трасс, расстановку фасонных частей, автоматизируют переход к технологии изготовления труб и опорных конструкций, позволяют автоматизировать получение программ управления трубогибочными и сварочными станками с ЧПУ, автоматически формируют ведомости заказа трубопроводных элементов. Однако на состав технических решений и эффективность СЭУ они повлиять не могут.

На мировом рынке отсутствуют системы САПР, комплексно реализующие начальные этапы проектирования судов и СЭУ. Причины к этому разные — и технические и> политические. Технические, связаны со сложностью разработки таких систем ввиду многообразия типов СЭУ, находящих-применение на судах, вариантов конструктивных и-тепловых схем, комплектации главным, основным и вспомогательным оборудованием, различными" типовыми решениямихарактерными для отдельных, судостроительных производств и другими, факторами.

Политические вызваны нежеланием зарубежных проектировщиков, а разработка эффективной САПР возможна только специалистами в области-проектирования, плодить конкурентов, возможностью контролировать производителей путем продажи проектов на условиях невозможности внесения каких либо изменений, продажей, не вполне первосортной, во многом экспериментальнойтехники, проверяемой за счет других производителей, связыванием судостроителей с определенными производителями оборудования, нередко входящими с проектировщиками в консорциум.

Разработки САПР начальных этапов проектирования судов и СЭУ являются необходимыми, высоко актуальными, способными принести значительный экономический эффект, поднять качество отечественных проектов, создать возможность анализа проектов, приобретаемых за рубежом, проверки эффективности отдельных, технических решений, заложенных в них.

Содержание отдельных этапов проектирования судов и СЭУ различно: на каждом из них решается специфический спектр проблем, поэтому для каждого из этапов требуется разработка отдельных САПР, включающих решение различных задач. Кроме того, различаются методики проектирования различных типов СЭУ, что также требует разработки отдельных САПР. Это приводит к необходимости разработки большого числа программных комплексов, объединенных в отдельные САПР, предназначенных для реализации отдельных этапов проектирования различных типов СЭУ. Взаимодействие между ними (кроме передачи результатов) практически отсутствует, а идентичность содержания отдельных программных пакетов и баз данных невелика.

В настоящей диссертации приводятся результаты комплексного исследования по оптимизации технических решений принимаемых при проектировании СЭУ, ставящего своей целью разработку методологии решения этой сложной задачи, создание методов, алгоритмов и программного обеспечениядляоптимизации СЭУ на ранних', стадиях проектирования грузовых транспортныхсудов. Этот класс судов принят для исследования в связи с четкостью формулировки, пoнятияi эффективности, кроме того, проектные организации-отрасли:заинтересованы, в создании-таких методов, алгоритмовимоделей;

В связи с их’отсутствием проектные организации отрасли’не в состоянии^ обеспечить разработку проектной документации в требуемые сжатые сроки' теряют клиентов. При отсутствии таких инструментов проектирование ведется в основном по прототипам, на основе удовлетворения, требований, крайне редко с использованием, глобальных^ критериев, погрешность определения которых нередко на порядок превышает изменение критерия в сравниваемых, вариантах. Большая часть проектных организаций отрасли, продвинутых во всех остальных^ направлениях, не занимаются разработкой начальных этапов проектирования судов, приобретают проектную документацию этих этапов у зарубежных поставщиков и разрабатывают лишь рабочие чертежи, необходимые для постройки судна.

Комплексность рассматриваемого исследования заключается, в широком охвате проблем-по судовой энергетике, решаемых на этапах проектирования СЭУ, а также примененииединой методики для их системного анализа, безусловно, с учетом специфики решаемых проблем. Ранее, на протяжении-ряда лет для использования в учебном процессе и научных исследованиях, былисозданысистемы автоматизированного проектирования СЭУ, реализующие этапы эскизного итехнического проектирования [31]. Эти системы включают в свой состав подсистемы экономического анализа, модели, реализующие отдельные проектные работы по СЭУ, выполняемые на указанных этапах проектирования СЭУ, база данных по типоразмерным рядам комплектующего оборудования СЭУ, типовым проектам, типовым техническим решениям, схемам систем, типовым схемам расположения и компоновкам.

Совместно с ОАО «Пролетарский завод» и его научным подразделениемЦНИИ СМ была разработана методика оптимизации типоразмерных рядов и технических решений при проектировании судового машиностроительного оборудования [34]. Эта методика и программные комплексы могут быть использованы для оптимизации судового энергетического оборудования. Разработаны и внедряются в практическое проектирование методики оптимизации судовых пропульсивных установок, судовых вспомогательных установок, комплектования энергетических^ систем СЭУ вспомогательным1 оборудованием, компоновки, агрегатов судовых энергетических систем, расположения комплекта оборудования СЭУ в МКО. Опубликованы учебные пособия [31, 49,135], монографии^ 12, 138, 139] и многочисленные публикации в периодической печати [11, 99, 109, 129, 136 и др.], отражающие проводимые исследования. На' их основе создано обобщение, которым, и является настоящая диссертация.

Основная идея, заложенная во все указанные разработки, состоит в томчто любое оборудование, установленное на судно становится частью судна и, кроме выполнения своей основной функции, оказывает влияние на показатели судна в целом — на прибыль, получаемую в результате эксплуатации судна по прямому назначению. Прибыль снижается вследствие первоначальной стоимости и затрат на эксплуатацию оборудования, а также вследствие снижения транспортной работы из-за перевозки оборудования, его массы, массы запасов энергоносителей на работу оборудования в течение рейса, занимаемых площадей и объемов, отказов оборудования, препятствующих нормальной эксплуатации судна. Целесообразно принимать те технические решения по СЭУ, её оборудованию и системам, которые минимизируют указанные потери при выполнении заданных функций в соответствии с установленными требованиями и увеличивают получаемую прибыль.

В работе [1] выполнен также анализ поведения критериев эффективности на границах области допустимых решений. Полагаем возможным проведение оптимизации большинства частных решений по СЭУ в пределах допуска на изменение действующих ограничений. В процессе проведения исследований по оптимизации СЭУ также полагаем неизменными характеристики корпуса и скорость анализируемого судна. Эти параметры оптимизируются при решении общей задачи проектирования судна, внешней по отношению к задаче решаемой нами. В проектных организациях, на которые в определенной мере нацелена наша разработка, эти параметры могут быть уточнены в итерациях.

Системные связи между энергетическим оборудованием ограничиваются выработкой требований от оборудования более высокой иерархии к оборудованию, иерархически более низкому. Например, выбор главного двигателя определяет требования к оборудованию систем. Но изменение сопротивления выбранного типоразмера^ теплообменника не приводит к изменению комплектации-судовой электростанции ввиду наличия-у последней запасов производительности.

В то же время не следует переоценивать полученные, результаты экономических исследований. Они могут быть получены только при определенном состоянииконъюнктуры рынков. Последняяизменяется во времени. Можно следовать, за, ней и определять наиболее эффективный^ вариант в заданных конкретных условиях. Однако нет никакой гарантии, что конкретное состояние экономики сохранится сколь угодно долго. Точнее можно сказать, что перемены рано или поздно произойдут обязательно. Не ставит ли это вопрос о невозможности применения методов экономического анализа вовсе? Нет, это не так.

Во-первых, следует анализировать устойчивость оптимальных решенийсохранение их оптимальности в диапазонах варьирования экономической ситуации. Рассматриваемые в работе модели имеют гибкую систему индексации расходов по отдельным статьям расходов и отдельным видам оборудования и предоставляют широкие возможности по исследованию устойчивости оптимальных решений. На основе исследования могут быть указаны и диапазоны контролируемых параметров, при которых принятые решения выходят из состояния предпочтительности.

Во-вторых, сами оценки представляют значительный интерес для «лиц, принимающих решения». К числу этих лиц разработчики энергетического комплекса обычно не относятся. У последних свои важные и сложные задачи. «Лица, принимающие решения» это даже и не проектировщики судов, это обычно заказчики или будущие владельцы вновь проектируемого судна, либо их аналитический аппарат. С ними нужно согласовывать принимаемые решения, давая этим решениям оценки — не только экономические, но и технические, показателей назначения и других в соответствии с их номенклатурой [4, 17]. Рассматриваемые в настоящей диссертации методы и модели и направлены на получение таких оценок с учетом системных связей в составе сложной технической системы — транспортного судна.

Первоначально разрабатываемые методы и модели планировалось использовать в учебном процессе. Такие модели требуют постоянного контроля за проводимыми разработками, создания интерфейса, поясняющего сущность выполняемых проектных работ, задания диапазонов возможного измененияпеременных, указания" действующих ограничений, т. е. имеющего дидактический эффект. Однако эти поясненияи* вмешательства в процесс проектирования затрудняют использование моделей в практическом проектировании, и поведениинаучных исследований. Поэтому" было признано целесообразным разделить создаваемые системы проектирования начисто учебные и, предназначенные для инженерного проектирования СЭУ.

Были созданы учебные САПР, реализованные с использованием системы визуального проектирования Ое//У, снабженные выпадающими окнами' с пояснениями, ограничениями и диапазонами рекомендуемых параметров. Кроме этого были созданы инженерные САПР, в большей степени закрытые, требующие заполнения файлов исходных данных с использованием инструкций и указаний, находящихся в отдельных документах. Эти инструкции нередко приведены в том’же разделе памяти, в котором ведется проектирование, или представлены в литературных источниках. К ним проектировщик обращается по мере надобности. Получение результатов осуществляется обращением к исполняемым файлам.

Моделирование — это в определенной мере искусство, требующее компромисса между сложностью постановки и возможностью реализации. Такое положение требует, с одной стороны, создание подробной системы пояснений разработчика к применению «разработанной модели и, с другой стороны, глубокой эрудированности проектировщика, применяющего указанные модели. В настоящей диссертации определенные усилия направлены на выявление сущности алгоритмов рассматриваемых моделей, системных связей между анализируемыми объектами. Однако, все заложенные аппроксимации в данной работе рассмотреть невозможно и это цель других разработок. Они отражены в выпущенных нами литературных источниках — монографиях, учебных пособиях и научных статьях.

Глава* 1. Обзор литературных источников и постановка задачи исследования.

выводы.

1. Наиболее значимые технические решения по СЭУ, оказывающие наибольшее влияние на эффективность грузовых судов, принимаются на начальных этапах проектирования — на этапах эскизного и технического проектирования. В то же время эти этапы наименее информативны. Необходима разработка моделей и методов, способных компенсировать погрешность и обеспечить выбор лучших технических решений по СЭУ на начальных этапах проектирования.

2. В основу метода выбора технических решений по судовым энергетическим установкам, их главному, основному и вспомогательному оборудованию, энергетическим системам и трубопроводам, компоновке и расположению оборудования в МКО положена оценка влияния принимаемых технических решений на прибыль грузовых судов. Следует принимать такие технические решения по СЭУ, которые способствуют получению наибольшей прибыли.

3. Основным методом обоснования решений, принимаемых при проектировании СЭУ, является сравнение вариантов отличающихся анализируемыми техническими решениями или их взаимосвязанными совокупностями. Большое количество альтернативных вариантов затрудняет перебор всех возможных из них и приводит к необходимости применять двухэтапное решение задачи оптимизации. На первом этапе на основе анализа ограниченного количества показателей качества и опыта проектирования производится отбор умеренной выборки вариантов СЭУ, способных найти применение на заданном судне и предпочтительных по совокупности показателей качества. На втором зтапе из этой выборки на основе количественного анализа выбирается оптимальный вариант — предпочтительный по значению критериев эффективности.

4. В основу сравнения вариантов технических решений по СЭУ положено применение согласованного критерия эффективности — суммы приращения по сравнению с базовым вариантом локального критерия и системных поправок на изменение системно важных параметров.

5. Для обоснования проектных решений по СЭУ необходимо привлечение систем автоматизированного проектирования. Разработаны две подсистемы САПР судна — САПР эскизного (САПР Э) и САПР технического (САПР Т) проектирования СЭУ, обеспечивающие автоматизированное решение всего круга задач, возникающих при реализации этих этапов. Общими для разработанных САПР являются подсистема обоснования принимаемых решений и база данных файловой структуры.

6. Кроме решения технических задач по определению, работоспособности сравниваемых вариантов САПР Э и САПР Т определяют также системно-важные параметры анализируемого оборудования и передают эти данные в подсистему, обоснования*. принимаемых решенийчем обеспечивают определение согласованного критерия эффективности технических решений, сравниваемых с базовыми.

7. На морских транспортных судах наиболее широкое применение находят двухтактные, крейцкопфныереверсивные, с наддувом двигатели внутреннего сгорания — МОД. Главное потребительское свойство МОД это мощность, отдаваемая на винт для движения судна. Типоразмерные ряды ДВС, разработаны на основе определенного числа базовых* цилиндров и переменного их> числа в составе агрегата. На одну и ту же требуемую мощность для движения судна', с заданной наибольшей скоростью типоразмерные ряды предлагают несколько агрегатов, отличающихся типоразмером цилиндра и их числом в составе агрегата.

8. Альтернативные агрегаты МОД различаются совокупностью параметров: энергетической эффективностью, массойгабаритами, эксплуатационной" надежностью и другими характеристиками. Выбор лучшего двигателя нужно производить не только с учетом этих факторов, но и связанного с МОД оборудования' - валопровода, винта, утилизационного комплекса и других элементов СЭУ.

9. При* выборе наилучшего для данного суднаварианта ПУ следует учитывать весь комплекс системно-важных параметров. Это можно сделать с помощью моделей согласованной системной эффективности, которые модифицированы для анализа энергетических комплексов* в составе СЭУ — ПУ, СЭС, ВКУ, ОУ, утилизационного комплекса, систем СЭУ, расположений * и компоновок оборудования, трубопроводов энергетических систем.

10. Для варианта танкера 11 000 т и скоростью хода 13 узлов технически допустимы три малооборотных двигателя: 4835МС, 5135МС, 8526МС. Мощность, затрачиваемая на движение судна с заданной, эксплуатационной скоростью, при снижении частоты эксплуатационного режима падает. Например, двигатель 8Б26МС затрачивает 2563 кВт, а двигатель 4Б35МС только 2414 кВт. Это позволяет экономить топливо и уменьшать не только эксплуатационные расходы, но и полную массу ПУ — сумму массы ПУ в рабочем состоянии и массы запасов топлива на заданную дальность плавания.

11. Оптимизация расположения винтовой характеристики двигателя: 4835МС смещением ее в область пониженных частот при сохранении режима СМДМ в пределах диапазона допустимых МДМ обеспечивает увеличение прибыли менее чем на 2% от общего объема дополнительной прибыли.

12. При сравнение альтернативных вариантов ПУ следует учитывать изменение количества и температуры выхлопных газов на режимах* ДЭМ альтернативных двигателей^ На танкере ОУУ 27 000 т могут найти применение восемь, типоразмеров' МОД от 111.35МС до 4550МС-С. На данном судне оптимальным является двигатель 4Б50Ме-С, который обеспечивает получение судном дополнительной прибыли, по сравнению с вариантом? 11 ¿-.35МС 1457 тыс. у.е./год. На1 эксплуатационном? режиме двигатель 4850МС-С работающий на КУП150СИ, обеспечивает выработку на>528 кг/час меньше, чем базовый вариант 11 ¿-.35МС. Это приводит к потере прибыли в количестве 74,73 тыс. у.е./год, то есть ок. 5% первоначального выигрыша. Влияние утилизационного комплекса не изменяет вывода об оптимальности выбранного типоразмера ГД (.

13. На танкере ОИ/ 11 000 т могут найти применение среднеоборотные главные двигатели. Особенностью выбора ПУ с СОД является определенная независимость элементов ПУ благодаря установке редуктора, согласующего двигатель с оптимальным движителем. Как показало исследование, лучшая ПУ с СОД уступает худшей ПУ с МОД на 437,25 тыс. у.е./год за счет меньшей энергетической эффективности и большей длины агрегата с СОД и редуктором.

14. Действующими стандартами и руководящими документами* на комплектацию СЭС генераторными агрегатами рекомендованы типовые варианты и типовая методика определения нагрузки СЭС на начальных этапах проектирования СЭУ, когда состав* потребителей электроэнергии еще не определен. Эти рекомендации положены в основу САПР Э СЭС как подсистемы.

САПР Э СЭУ. Выполненное исследование показало высокую информативность согласованного критерия и достоверность выбора оптимального варианта комплектации СЭС.

15. Исследование устойчивости выводов об оптимальности вариантов комплектации СЭС в условиях нестабильности экономической ситуации и изменений условий использования судна показало сохранение вывода об оптимальности варианта комплектации СЭС тремя ДГ с СОД 6116/24 в широком диапазоне варьирования величины линии эксплуатации от 2000 до 10 000 мильпри изменении стоимости кредита от 0,05 до 0,15- при изменении стоимости ДГ от 1 до 2,6 разпри изменении стоимости топлива в таком же диапазоне.

16. Предложена раздельная схема ВКУ в большей степени отвечающая требованиям судов к характеристикам рабочих тел ВКУ и обеспечивающая получение положительного эффекта, в том числе при варьировании условий использования судна.

17. Разработан метод оптимизации расположений СЭУ в МКО грузовых судов и компоновок оборудования в функциональные агрегаты. Метод базируется на согласованной системной оптимизации совокупности энергетических связей трубопроводов и кабельных трасс и применении обработок типовых' расположений в форме таблиц относительных координат. Приведенные примеры показали эффективность типовых расположений, предложенных ЦНИИ им. акад. Крылова для танкеров с двигателями ДКРН-3.

НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ, ПОЛУЧЕННЫЕ В РАБОТЕ.

1. Разработана методология, модели И' методь! обоснования технических решений по СЭУ, базирующиеся на применении системного анализа и САПР в данной предметной области.

2. Выполненный анализ позволил выделить основные составляющие начальных этапов проектирования СЭУ, выполнить структурирование этого процесса и разработать алгоритмическое и программное' обеспечение, реализующее подсистемы САПР эскизного и технического проектирования СЭУ.

3. Разработана автоматизированная база данных типовых проектов судов, типоразмерных рядов главного, основного и вспомогательного оборудования СЭУ, обеспечивающая решение всех задач, возникающих при выполнении двух начальных этапов проектирования СЭУ;

4.Разработаны варианты метода и моделей критерия согласованной системной оптимизации технических решений по судовым энергетическим установкам, энергетическим комплексам в составе СЭУ, судовым энергетическим системам, вспомогательному оборудованию, трубопроводным элементам, вариантам расположения и компоновки оборудования в МКО;

5. Метод согласованной системной оптимизации реализован в виде алгоритмического и программного обеспечения и включен в состав подсистемы САПР обоснования технических решений по СЭУ, взаимодействующей с САПР Э и САПР Т, а также используемой автономно;

6.Разработана методика анализа устойчивости оптимальных вариантов к изменениям условий использования судна и конъюнктуры рынка;

7. С использованием разработанных нами методов и моделей выполнен анализ отдельных технических решений по пропульсивным установкам, комплектации СЭС, ВКУ и ОУ, расположениям и компоновке СЭУ;

8.Разработан метод автоматизированного проектирования расположений СЭУ, базирующийся на обработках, типовых расположений в форме таблиц относительных координат оборудования.

9. Идея таблиц относительных координат настолько удачна, что позволила автоматизировать все работы не только по расположениям, но и по трубопроводам, весовой нагрузке, анализу эффективности вариантов расположения и компоновки.