Решение проблем стандартизации в САПР

Как было сказано выше, комплектующее оборудование СЭУ выбирается, как правило, из типоразмерных рядов и сортаментов. Система автома­тизированного проектирования должна иметь информацию о стандартном и унифицированном оборудовании, его параметрических рядах и сортаментах. В главе 3 приведено описание информационного обеспечения САПР СЭУ. Однако это только одно из направлений стандартизации при проектировании СЭУ.

Стандартизация СЭУ начинается уже на верхнем иерархическом уровне сложной технической системы, включающей СЭУ. Стандартными являются главные параметры судов - их тип, грузоподъемность (или дедвейт) и скорость, так как суда создаются в соответствии с перспективными сетками типоразмеров. В качестве примера в табл.1.2 приведена сетка типоразмеров судов модульной постройки, разработанная в СПбГМТУ: J – индекс типоразмеров судов (всего предусмотрено 20 типоразмеров); тип – сеткой предусмотрены 2 типа судов – сухогрузы (С) без конкретизации способа грузообработки и танкеры (Т); D – полное водоизмещение судна, т; DW – дедвейт, т; vэ – эксплуатационная скорость, уз; Lпп – длина судна между перпендикулярами, м; B – ширина на миделе, м; T – расчетная осадка, м; Hб – высота борта, м; Коб – коэффициент общей полноты; R – сопротивление движению судна с заданной скоростью, кН; Pэл – установленная мощность судовой электростанции, кВт; Zэк – число людей на судне, чел; Lпл – дальность плавания, мили.

Таблица 1.2 Сетка типоразмеров судов модульной постройки

Стандартизация в судокорпусостроении и при общем проектировании судов рассмотрена в [9]–[11]. На судах со стандартными параметрами применяется ограниченное число типов СЭУ, выполненных в соответствии с типовыми конструктивными и тепловыми схемами.

Конструктивная схема показывает производство и распределение механической энергии на судне: наличие совместно приводимых механизмов, способ стабилизации частоты навешанных механизмов, способ осуществления реверса и др. На морских судах находят преимущественное применение одновальные дизельные установки с прямой передачей мощности на винт фиксированного шага (ВФШ). Такими установками оборудованы более 95% морских транспортных судов.

Винты регулируемого шага (ВРШ) могут считаться типовым решением для судов ледового плавания как средство реверса без остановки винта, а также в последнее время на небольших танкерах как средство увеличения скорости балластного пробега.

Для судов с горизонтальной обработкой грузов, контейнеровозов и, безусловно, речных и рыбопромысловых судов типовое решение – применение среднеоборотных дизельных установок (СОДУ) как средства уменьшения вертикальных габаритов МКО. На речных транспортных судах находят широкое применение двухвальные установки с прямой или редукторной передачей от среднеоборотного ДВС к ВФШ, установленным свободно или в насадке. Конструктивные схемы СОДУ исключительно разнообразны. Наиболее часто применяемые из них рассмотрены в [12].

Типовая схема комплектования судовой электростанции (СЭС) – установка трех однотипных дизель-генераторов. Альтернативной схемой СЭС является применение валогенератора для обеспечения ходовых и дизель-генераторов для стояночных режимов. Валогенератор навешивается на пропульсивный малооборотный двигатель через мультипликатор и гидромеханическое устройство стабилизации частоты. К мультипли­катору может быть подключена пропульсивная газовая турбина, работающая на вы­хлопных газах двигателя (система турбокомпаунд). Навешивание валогенератора – типовое решение также для СЭУ рыбодобывающих судов, постоянно использующих при ходе с тралом электроприводную траловую лебедку.

Типовые тепловые схемы дизельных установок отличаются способом использования пара, получаемого в утилизационном парогенераторе, а также степенью комплексности утилизации тепловых потерь отдельных теплоносителей. В малооборотных дизельных установках наиболее широко распространена раздельная утилизация теплоты выхлопных газов и охлаждающей воды. Первая применяется для получения насыщенного пара, отдаваемого в общесудовую сеть, а вторая – для работы водоопреснительной установки.

Комплексная система утилизации всех потерь (с газами, с проду­вочным воздухом, охлаждающей водой и иногда с маслом) способна удвоить количество получаемого пара. Наиболее эффективна эта схема в сочетании со среднеоборотным дизелем, где возможно применение утилизационного турбогенератора, полностью удовлетворяющего потреб­ности в электроэнергии на ходу.

Тепловые схемы рассчитываются на определенное стандартное сочетание параметров окружающей среды в соответствии со стандартом международной организации по стандартизации (ISO), государственным стандартом или стандартом параметров среды определенного региона.

Особенно сложны конструктивные и тепловые схемы энергетических установок боевых кораблей. Здесь относительно чаще применяются газотурбинные и комбини­рованные на основе сочетания ДВС и ГТД энергетические установки. Типовые схемы СЭУ боевых кораблей рассмотрены в пособии [13].

Учет различных типов и схем СЭУ в системах автоматизированного проектирования затруднен из-за существенного различия области применения, характеристик, свойств рабочих тел и методик проектирования. Фактически требуется разработка отдельных систем автоматизированного проектирования для каждого типа СЭУ. Степень унифи­кации САПР для разных типов СЭУ довольно мала. Автору эта проблема хорошо знакома в связи с разработками САПР ПТУ [14] и СЭУ с ДВС [6].

Типоразмерные ряды главного оборудования (МОД, СОД, ГТЗА и ГТД) совершенно очевидно различны, но различна и методика выбора глав­ного оборудования в связи с различными требованиями к достижимым режимам эксплуатации и способами регули­рования выходных параметров. При проектировании систем передачи мощности возмож­на унификация моделей проектирования валопроводов [15]. Остальные элементы этой системы специфичны для СЭУ с МОД, СОД, ГТЗА, ГТД и, конечно, для комбини­рованных установок.

Вспомогательные установки – СЭС и ВКУ в большей степени завязаны на назна­чение и тип судна, чем на тип СЭУ, хотя здесь и есть определенная корреляция. В то же время следует заметить, что тип СЭУ коррелирован с типом судна, так что учет первой связи вполне перекрывает вторую.

Для энергетических систем различных типов СЭУ стандартами рекомендованы типовые схемы, диапазоны и значения параметров, энергетических балансов и рабочих тел. Для СЭУ с МОД и СОД из проспектов фирм изготовителей и лицензиатов двигателей известны требуемые характеристики большинства вспомогательных механизмов. Несоблюдение этих параметров равносильно нарушению лицензионного соглашения. Для СЭУ с МОД и СОД рекомендованы одинаковые типовые схемы систем. Это позволяет унифицировать ряд модулей САПР, хотя различия в тепловых балансах требуют некоторого варьирования модулей.

Характеристики вспомогательного оборудования различных типов СЭУ настолько различны, что даже идентичная функция оборудования не всегда позволяет это оборудование унифицировать, так же как и расположения и компоновки вспо­могательного оборудования. В то же время для отдельных типов СЭУ и назначений судов могут быть рекомендованы типовые расположения, полученные в результате обработки зарекомендовавших себя прототипов. Эти проблемы рассмотрены в параграфе 5.3.