Комплексная оценка эффективности систем охлаждения судовых энергетических установок

Сучаай !нформацтю та ЬшовацИш! технологи на транспорт! (MINTT-2010), 25-27 тратя 2010року



            КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ СУДОВЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК


Федоровский К.Ю.
Севастопольский национальный технический университет (Украина, emss@stel.sebastopol ua)

         Вступление. Система охлаждения (СО) является важнейшим элементом судовой энергетической установки. Известны различные варианты построения СО. Наиболее сложные и разветвленные схемы наблюдаются на судах технического флота с большим количеством разнообразного технологического оборудования. Разработчики таких систем объективно сталкиваются с необходимостью оценки и сопоставления различных вариантов систем.
         Актуальность. Реально на практике необходимо выделить из всего множества возможных вариантов построения системы наилучший, обеспечивающий наибольшую эффективность. Это является весьма актуальным, поскольку является важнейшим элементом интеллектуальной системы поддержки принятия решения в отношении выбора варианта системы и условием совершенствования СО.
         Постановка задачи исследования. Задачей исследования является разработка интегрального показателя оценки эффективности СО СЭУ, учитывающего важнейшие частные показатели систем и базирующегося на принципах комплексной оценки эффективности: многоаспектность, многовариантность, многокритериальное™» и взаимосвязанность.
         Результаты исследований. Основными частными абсолютными показателями, характеризующими СО являются: масса системы М, габаритный объем сисгемы V, затраты на прокачивание теплоносителей N, стоимость системы С, затраты на техническое обслуживание и ремонт Т. надежность системы Н, а также отводимая системой теплота Q. В современных условиях дополнительно к этому необходимо учитывать экологический ущерб Э, наносимый широко используемыми ь настоящее время разомкнутыми СО. По данным Института биологии южных морей АН Украины такая система охлаждения энергоустановки мощностью 5000 кВт за год уничтожает только промысловых сортов рыб около 400 т.
         Приведенные частные показатели разнородны и не могут просто механически объединены в интегральный показатель При формировании интегрального показателя могут использоваться различные подходы В частности, могут быть привлечены экспертные оценки для определения коэффициентов весомости единичных абсолютных показателей, либо сопоставление с наилучшими единичными показателями аналогичных объектов. Однако, все эти подходы имеют свои недостатки, которые особенно остро проявляются в случае создания новых объектов, по которым нет достаточного опыта проектирования и эксплуатации, а также трудно подобрать аналоги.
         Необходимо разработать такую процедуру, построенную на некоторой «идеологической» основе, которая бы обеспечила возможность такого объединения. Обычно под эффективностью понимают сопоставление затрат и полученного положительного результата. Для систем охлаждения положительным результатом является отводимая теплота. Поэтому целесообразно воспользоваться энергетической идеологией и все затраты перевести в теплоту. В таком случае отношение затрат к положительному результату' становится безразмерной величиной.
         Указанный перевод затрат в теплоту базируется на подходе, подразумевающем, что в основе всех видов затрат, в конечном счете, лежат затраты энергии. Фактически все виды затрат предлагается переводить в затраты теплоты за некоторый рассматриваемый промежуток времени. Наиболее просто это сделать в отношении N. Затраты на массу М и габаритный объем системы V могут быть переведены в теплоту с помощью достаточно

103

  Сучасн! 1нформацИпи та 1нновац1йн! технолога на транспорт! (MINTT-2010), 25-27 траеня 2010 року широко используемых в судостроении удельных показателей, учитывающих отношение массы СЭУ и габарита машинного отделения к мощности энергетической установки различных типов судов. Перевод стоимостных частных показателей (С, Т и Э) может быть выполнен с помощью стоимости топлива, которое может быть приобретено за данные денежные средства, и соответственно теплоты, которое может быть получено за счет сжигания этого топлива. Таким образом, мы имеем возможность просуммировать все затраты, выраженные в теплоте.
Qi = Qr + Qi + Ос ⁺ Од + Он ⁺ On + Qi »                  (¹)
      В качестве интегрального показателя предлагается использовать отношение суммы затрат к полученному результату - отводимой теплоте.
£ = &                                   (2)
Q
      Ясно, что меньшее значение К соответствует более совершенной системе. Такое построение интегрального безразмерного показателя обеспечивает больше удобства в анализе его составляющих, т.к. он может быть представлен как сумма частных безразмерных показателей.




                  Ё = kᵥ kj + кс + к^ + кн + kN + ку = к^^ + ку             (3)




      Другим важнейшим преимуществом такого подхода является то, что коэффициенты весомости частных абсолютных показателей определяются автоматически благодаря примененному энергетическому подходу.
      Предлагаемый интегральный показатель позволяет сравнивать эффективность, а следовательно, и совершенство систем, не только в рамках одного объекта (судно, буровая платформа и т.д ), а также сравнивать между собой системы разных объектов.
      Здесь представлены только принципиальные подходы к оценке эффективности СО, которые позволили разработать соответствующую методику. В таблице 1 показаны результаты расчета интегрального показателя эффективности различных реально проработанных вариантов систем охлаждения энергетических установок ряда буровых платформ и плавкрана. Расчеты выполнены для четырехлетнего периода эксплуатации. Обращает внимание, что роль экологического фактора является преобладающей. Исключение из рассмотрения этого фактора приводит к ошибочному выбору варианта системы охлаждения. В частности, учет экологического фактора четко указывает на необходимость более широкого внедрения в практику' замкнутых систем охлаждения, исключающих прием забортной охлаждающей воды и негативное воздействие на морскую флору и фауну.
      Проведенные исследования показали, что данный интегральный показатель может быть успешно использован в качестве целевой функции оптимизации ряда параметров СО СЭУ. При этом он должен быть минимизирован. В частности, с помощью данного показателя удалось оптимизировать среднюю температуру промежуточного контура в трехконтурных системах охлаждения.
      Вывод. Предложенный интегральный показатель эффективности учитывает широкий спектр частных показателей и позволяет разработчику системы охлаждения выбрать наиболее целесообразный вариант, что способствует совершенствованию СЭУ.

ЛИТЕРАТУРА
      1. Федоровский К.Ю., Абрамова Л.С. Эффективность системы охлаждения судовой энергоустановки с интенсификацией теплопередачи // Сб. Судовые энергетические установки. Вып. 5. - Одесса, ОГМА, 2000. - С. 44-47.

104

Таблица 1.

Интегральные показатели эффективности различных вариантов СО СЭУ

       Показатели         ।                  Стационарная                                                                         ППБУ                       Плавкран            
                          Обозначение         установка                          ППБУ проекта 10170                          проекта 10172                проекта 15201          
                                            проекта 16713                                                                                                                        
                                      2-х контурная 3-х контурная 2-х контурная 3-х контурная      2-х контурная       2-х контурная 3-х контурная 2-х контурная Комбинированная
                                       разомкнутая   разомкнутая   разомкнутая   разомкнутая         замкнугая          разомкнутая   разомкнутая   разомкнутая                 
                                                       1______                                    Без     С интенсифи-                                                          
                                                                                              интенсифи-     кацией                                                             
                                                                                                 кации    теплоотдачи                                                           
                                                                                              теплоотдачи                                                                       
Технико-экономические                                                                                                                                                           
         частные                                                                                                                                                                
• Относительная стоимость кс             0.0622        0,0797     0,0580        0,0877          0,0533       0,0480       0,1054     0,1217            0,075     0,0846         
• Относительные затраты   к\             0,0750        0,1458     0,0441        0,0740          0,0465       0,0494       0,1463     0,1818           0,0790     0,0852         
на энергонужды                                                                                                                                                                  
• Относительные затраты   кт             0,0159     0,0205        0,0276        0,0242          0,0206       0,0242       0,0295     0,0304           0,0395     0,05.16        
на ремонт и обслуживание                                                                                                                                                        
• Относительные затраты   кн             0,0094        0,0165     0,0154        0,0114          0.0069       0,0071       0,0338     0,0401           0,0113     0,0091         
на вынужденный простой                                                                                                                                                          
• Относительные затраты                                                                                                                                                         
на массу                  км             0,0076        0.0139     0,0039        0,0052          0,0113       0,0067       0,0094     0,0139           0,0220     0,0382         
• Относительные затраты   ку             0,0025        0,0063     0,0091        0,0178          0,0079       0,0081       0,0069     0,0157           0,0009     0,0014         
на объем                                                                                                                                                                        
   Совокупный технико-       ктех        0.1726        0,2827     0,1581        0,2203          0,1465       0,1435       0,3313     0,4036           0,2277     0,2701         
экономический показатель                                                                                                                                                        
Экономико-экологический       кэ         0,7952     0,7952        0,5651        0,5651             -           -          0,5265     0,5265           0,2633     0,2307         
Интегральный показатель        К         0,9724        1,0852     0,7332        0,7975          0,1586       0,1556    0,8651        0,9415        0,5011        0,5056