Судовые энергетические установки
О статье: поступила: 22.04.2019; финансирование: бюджет Северного (Арктического) федерального университета имени М.В. Ломоносова, Архангельск
DOI https://dx.doi.org/10.24866/2227-6858/2019-2-8
УДК 629.12: 628.517
СТЕНИН ВАЛЕРИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ – д.т.н., профессор кафедры океанотехники
и энергетических установок, e-mail: stenin61@yandex.ru
ЕРШОВА ИРИНА ВАЛЕРЬЕВНА – старший преподаватель кафедры математики
и информационных технологий, аспирант, e-mail: Irina-124@yandex.ru
Институт судостроения и морской арктической техники
Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова
Набережная Северной Двины, 17, Архангельск, 163002
Влияние виброактивности судового котла
на состояние его обмуровки
Аннотация: Многолетняя практика эксплуатации судовых паровых котлов показывает, что разрушение обмуровочных поверхностей топок остаётся одной из самых распространенных причин аварий, которые сопровождаются выходом котлов из строя. Котлы водогрейные (КВГ), применяемые на судах крупного и среднего водоизмещения, – экономичные, эффективные и надёжные. Однако в результате модернизации котлов КВГ, направленной на их перевод в режим многотопливных энергетических установок, возникли эксплуатационные трудности, связанные с повреждением обмуровочных поверхностей котлов.При выборе материалов для футеровки котла и технологии кладки обязательно учитываются рабочие свойства огнеупоров: огнестойкость, термостойкость, механическая прочность. Поэтому представляет интерес анализ некоторых других вероятных технических причин скоротечных повреждений футеровки судового котла.
Естественно, что возможные термические и динамические воздействия на обмуровку учтены и в проекте модернизации. Однако при проектировании практически не учитываются вопросы влияния виброактивности судового котла на состояние его обмуровки.
С целью повышения надежности котельных установок авторы провели анализ уровня вибрационных воздействий исходя из конструкции котла. Показано, что вибровозбудимость его конструкций зависит от уровня вибраций внешних источников, которыми могут быть работающие судовые механизмы (структурный шум), вибрационное горение топлива и звуковое давление воздушного шума. Аналитически установлено, что одной из вероятных технических причин разрушения обмуровки является совместное резонансное воздействие вибрационного горения и звукового давления воздушного шума при форсированных нагрузках, когда частота вращения ротора компрессора и уровень звукового давления возрастают и наблюдается совпадение частот источника колебаний, собственных частот подвода теплоты горения дизельного топлива и собственной частоты элемента кирпичной кладки (шамотного кирпича). Авторы впервые аналитически установили источники виброактивности судового котла, определили частотные диапазоны и уровни вибрационных воздействий источников, а также экспериментально оценили собственную частоту элементов кирпичной кладки.
Ключевые слова: судовой котёл, кирпичная кладка, вибрационное воздействие, структурный шум, вибрационное горение, воздушный шум, повреждение, форсированная нагрузка.
Ship Power Plants
DOI: https://dx.doi.org/10.24866/2227-6858/2019-2-8
Stenin V., Ershova I.
VALERY STENIN, Doctor of Engineering Sciences, Professor, e-mail: stenin61@yandex.ru
Department of Ocean Technics and Power Plants
IRINA ERSHOVA, Senior Teacher, Postgraduate Student, e-mail: Irina-124@yandex.ru
Department of Mathematics and Information Technology
Institute of Shipbuilding and Arctic Marine Engineering
Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov
17 Naberezhnaya Severnoi Dviny St., Arkhangelsk, 163002, Russia
Influence of marine boiler vibroactivity on the boiler brickworks
Abstract: Many years of ship boiler operation have indicated that furnace brickwork failure is one of the most common reasons of boiler breakdown that often leads to boilers being out of service. Watertube boilers used at large and medium deadweight vessels have proved to be cost-efficient, effective and reliable equipment. However, watertube boilers have been upgraded to operate as multi-fuel power plants and this caused the issues related with damages to boiler brickworks.
When selecting a material for boiler brickwork and defining brick laying procedure, the properties of refractory bricks, such as heat resistance, thermal stability and mechanical strength, are to be taken into consideration. Therefore, analysis of some other probable technical reasons of rapid damages to boiler brickworks is of certain interest.
Surely, probable thermal and dynamic impact on brickwork is included in the upgrading project as well. However, at the design stage the issues related to the impact of marine boiler vibration on the state of its brickwork are virtually ignored.
To improve the reliability of boiler plants the authors have made vibration analysis based on the boiler design and shown that boiler vibration uptake depends on the vibration level of external sources that may include operating vessel machinery (structural noise), vibrating fuel combustion and acoustic pressure of air noise. The article states that one of the most probable reasons of brickwork breakdown is combined action resonance of vibrating combustion and acoustic pressure of air noise at forced mode operation, when compressor rotor rpm and acoustic pressure are going up and source oscillation frequency coincides with heat supply own frequency of diesel fuel combustion and a private frequency masonry element (fireclay bricks). Scientific novelty of the research is that the authors analyzed and identified vibration sources of the ship's boiler, defined frequency ranges and levels of vibration impacts of sources, as well as experimentally evaluated the natural frequency elements of a boiler brickwork.
Keywords: ship boiler, brickwork, vibrating effects, structural noise, vibrating combustion, acoustic pressure, breakdown, forced mode operation.