239

Расчет показателей судна и его энергетический установки

Контрольная

Энергетика

Обоснование эксплуатационных режимов работы главных двигателей СЭУ. Выбор схемы обеспечения судна электроэнергией и теплом. Выбор режима работы главных двигателей судна. Обоснование и выбор схемы энергетического теплоснабжения.

Русский

2012-11-14

368.5 KB

212 чел.

              1. АНАЛИЗ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СУДНА И ЕГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

Для выполнения последующих обоснований и расчетов приведем краткую характеристику судна проекта 1587 (табл. 1), его энергетической установки (табл. 2),

Таблица 1

Характеристики _________________________ судна “______________

№ п.п.

Параметры, единицы измерения

Численные значения

1

Класс

М

2

Размерения корпуса, м:

    Длина

    Ширина

21

7

3

Водоизмещение, т

132

4

Грузоподъемность, т

-

5

Мощность, кВт

398

6

Осадка, м

1,6

7

Скорость в полном грузу, км/ч

10

8

Число мест для экипажа

9

9

Автономность, сут.

10

10

Тип движителя

ГВН

11

Количество движителей

2

12

Сухая масса СЭУ, т

10.4

13

Габариты машинного отделения, м:

    Длина

    Ширина                                                         

7.13

6.94


Таблица 2

Характеристика основных элементов ЭУ “____________________”

Элементы ЭУ и их параметры, единицы измерения

Численные значения

1

ГЛАВНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Количество

2

Марка

6НВД-26А

Номинальная эффективная мощность, кВт

198,7

Ном. частота вращения коленчатого вала, мин-1

750

Род топлива

Диз.

Удельный эффективный расход, кг/(кВтч):

топлива

масла

220

1,4

2

ГЛАВНАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ

Тип

Редуктор

Передаточное отношение

На переднем ходу 1:2,95

На заднем ходу 1:2,18

3

СУДОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

Количество дизель генераторов

2

Марка дизель генераторов

Марка дизеля

5Д4

4Ч8,5/11

Номинальная эффективная мощность, кВт

14,7

Ном. частота вращения коленчатого вала, мин-1

1500

Удельный эффективный расход топлива, кг/(кВтч):

0,248

4

КОТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Марка автономного котла (тип)

Количество

Паропроизводительность, кг/ч

Расход топлива, кг/ч

Марка утилизационного котла

Количество

Паропроизводительностоь, кг/ч

На основе данных табл. 1 и 2 выполняется расчет показателей установки буксирного судна “1587”  , расчетные значения заносим в табл. 3:

  •  эффективной мощности ЭУ судна:
  •  ;        (1)                                            

где х и Ре – количество и номинальная эффективная мощность главного двигателя  

- энергооснащенности судна :

;       (2)

где Q – водоизмещение судна в полном грузу, т;

- энергооснащенности по отношению к длине машинного отделения (МО) :      

   (3)

и т.д.

где Рв – мощность вспомогательных двигателей СЭУ, кВт; Lмо – длина МО в м;

площади МО:  

(4)

где Sмо – площадь МО в м;

- энергоемкости работы  судна :

;(5)

где Rt – тяговое усилие, кН; V – скорость судна с составом, км/ч;

- удельной массы ЭУ  судна :

;(6)

   где Gмо– сухая масса энергетической установки  судна

- абсолютного коэффициента полезного действия (КПД) установки судна :

; (7)

где Qт – теплота, затрачиваемая на технологические нужды, которые определены условиями транспортировки

       Впу, – общий расход топлива на СЭУ, буксирного судна проекта “1587”   соответственно (см. табл. 2)

кг/ч;(9)                                    

Таблица 3

Показатели энергетической установки ____________ судна “______________”   

п.п.

Наименование показателя, единицы измерения

Численные значения

     1

Эффективная мощность главной ЭУ, кВт

397,4

2

Энергооснащенность, кВт/т

3,01

3

Энергонасыщенность по отношению к:

длине МО, кВт/м;

площади МО, кВт/м2

57,8

8,33

4

Энергоемкость работы судна, кДж/(ткм)

264,9

5

Удельная масса ЭУ, кг/кВт

26,17

6

Эффективный КПД установки

7

Абсолютный КПД установки

0,37

8

КПД судового комплекса

9

Коэффициент энергоэффективности

- эффективного КПД установки судна в ходовом режиме

;(10)

где Редг – мощность дизель генератора, кВт;

      be и beдг – удельные эффективные расходы главного и вспомогательного двигателей, кг/(кВтч);

      к – КПД вспомогательного автономного котла, принимаем к = 0,8;

      хдг, хк, ху – количество работающих в ходовом режиме дизель генераторов, автономных котлов и утилизационных котлов;

      Qк, Qу – теплопроизводительность автономного вспомогательного и утилизационного котла;

;      (11)

;(12)

где Dк и Dу – паропроизводительность вспомогательного и утилизационного котла.

i – разность энтальпий насыщенного пара и питательной вод, принимаем равной 2200…2500 кДж/кг.

- КПД судового (пропульсивного) комплекса судна

;(13)

где be – удельный эффективный расход главных двигателей , кг/(кВтч);

п. – КПД главной передачи, судна ; прямой передачи п. =1

 в – КПД валопровода, принимаем.  в = 0,98;

пр. – пропульсивный КПД, принимаем пр = 0,5;

  •  коэффициент энергоэфективности СЭУ в ходовом режиме

;(14)

где Вк – расход топлива автономным котлом, Вк=38 кг/ч.


2. ОБОСНОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ГЛАВНЫХ                    ДВИГАТЕЛЕЙ СЭУ

Целью данного раздела является расчет и анализ характеристик ГД и оценки энергетической эффективности СЭУ, обоснование области эксплуатационных режимов работы главных двигателей, установление наиболее экономичных режимов работы.

Для обоснования области эксплуатационных режимов работы главных двигателей ________________ выполняем расчет ограничительных характеристик главных двигателей (табл. 4).

Таблица 4

Расчет координат ограничительных характеристик судовых дизелей

Наименование параметра, единица измерения

Численное значение

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Марка дизеля

Ном. частота вращ. коленчатого вала nе, мин-1

Механический КПД на номинальном режиме

РАСЧЕТНЫЕ ДАННЫЕ

Доля ном. частоты вращ. коленчатого вала

Дол. частота вращ. коленчатого вала n, мин-1

Адаптивная поправка к КПД 

КООРДИНАТЫ ОГРАНИЧИТЕЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК:

Внешней номинальной мощности Рв

По тепловой напряженности (=const) P

По мех. напряженности (Мкр = const) Pм

КООРДИНАТЫ ВИНТОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК:

Облегченной Ро

Нормальной Рн

Швартовой Рш

   Координаты характеристик определяем с помощью следующих зависимостей:

- внешней номинальной мощности

 (15)

  •  ограничительной по тепловой напряженности  

  (16)

  •  ограничительной по механической напряженности

    (17)

  •  винтовой облегченной

 (18)

- винтовой нормальной и винтовой швартовой  

(19)

(20)

где Р0,6 – значение координаты внешней характеристики номинальной мощности при n = 0,6ne. Принимаем P0,6=8447 кВт

Для обоснования возможных режимов работы главных двигателей в эксплуатации по рассчитанным координатам строим ограничительные и винтовые характеристики,  (см. приложение).

Совмещение характеристик позволяет установить область эксплуатационных режимов работы главных двигателей, которая для двигателя MAN K8SZ 70/125 B, как двигателя с наддувом ограничивается

-сверху:  часть линии швартовой характеристики и ограничительной по                              тепловой напряженности (=const);

-справа: линией номинальной частоты вращения коленчатого вала;

    -снизу: линией облегченной винтовой характеристики;

    -слева: линией минимально устойчивой частоты вращения коленчатого вала (обычно 0,3 ne)


3. ВЫБОР РЕЖИМА РАБОТЫ ГЛАВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ СЭУ

Для выбора рационального режима работы главных двигателей выполняем расчет изменения их параметров при работе главных двигателей СЭУ по винтовой характеристике (табл. 5.).После чего выполняем построение графиков по полученным зависимостям. В результате чего графическим методом находим наиболее оптимальный режим работы главных двигателей рефрижераторного судна “Baltic Meridian” . Благоприятный режим в данном случае выражается экономией топлива.

Таблица 5

Расчет параметров главных двигателей по винтовой характеристике

Наименование параметра, ед. измерения

Численное значение

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Марка дизеля

Номинальная эффективная мощность Рен, кВт

Ном. частота вращ. коленчатого вала nе, мин-1

Удельный эф. расход топлива be, кг/(кВтч)

Низшая уд. тепл. сгорания топлива Qн, кДж/кг

Мех. КПД на номинальном режиме

Внутренний диаметр цилиндра D, м

Ход поршня S, м

Число цилиндров z

Тактность т

РАСЧЕТНЫЕ ДАННЫЕ

Доля ном. частоты вращения коленчатого вала

Дол. частота вращ. коленчатого вала n, мин-1

Адаптивная поправка к КПД 

Мощность двигателя на режиме Рд, кВт

Эффективный КПД на режиме д

Удельный эф. расход топлива beд, кг/(кВтч)

Часовой расход топлива Вд, кг/ч

Среднее эффективное давление Рм, МПа

   Показатели главных двигателей на долевых режимах определяем с помощью зависимостей:

  •  долевая мощность

                                  (21)

  •  эффективный КПД на режиме

                                  (22)

  •  удельный расход топлива на режиме

                                  (23)

  •  часовой расход топлива

                                       (24)

  •  среднее эффективное давление на режиме

                                  ; (25)

По результатам расчетов строим графики изменения показателей главных двигателей при их работе по винтовой характеристике, рис. 2.

         Изменение параметров главного двигателя при работе по винтовой  характеристике  (на ватмане)                            

По графику на рис. 2. находим наиболее экономичный режим работы двигателей bед =  кг/(кВтч) и графически определяем значения параметров на этом режиме: Рм =  МПа; Вд =  кг/ч; д = ; Рд =  кВт


4. РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ СЭУ

Для выбора рационального режима работы вспомогательных двигателей выполняем расчет изменения их параметров при работе дизель генераторов по нагрузочной характеристике (табл. 6.).

Таблица 6

Расчет параметров главных двигателей по винтовой характеристике

Наименование параметра, единица измерения

Численное значение

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Марка дизеля

Номинальная эффективная мощность Рен, кВт

Ном. частота вращ. коленчатого вала nе, мин-1

Удельный эф. расход топлива be, кг/(кВтч)

Низшая уд. тепл. сгорания топлива Qн, кДж/кг

Мех. КПД на номинальном режиме

Внутренний диаметр цилиндра D, м

Ход поршня S, м

Число цилиндров z

Тактность т

РАСЧЕТНЫЕ ДАННЫЕ

Доля ном. эффективной мощности б

1,0

0,9

0,8

0,6

0,4

0,2

Долевая  эффективная мощность Ре, кВт

Адаптивная поправка к КПД на дол. режиме е

Эффективный КПД на долевом режиме э

Удельный расход топлива beе, кг/(кВтч)

Часовой расход топлива Вде, кг/ч

Среднее эффективное давление Рме, МПа


  Показатели вспомогательных двигателей на долевых режимах определ
яем с помощью зависимостей:

  •  долевая эффективная мощность

                                        (26)

         - эффективный КПД на долевом режиме

(27)

- удельный расход топлива на режиме

                                              (28)

- часовой расход топлива

                                        (29)

- среднее эффективное давление на режиме

                                        (30)

По результатам расчетов строим графики изменения показателей вспомогательных двигателей при их работе по нагрузочной характеристике, рис. 3. По графику находим наиболее экономичный режим работы (bед = bедmin = кг/(кВтч)) и графически определяем значения параметров на этом режиме: Рм = МПа; Вд =кг/ч; д. =; Рд =  кВт. 

         Изменение параметров дизель генератора при работе по нагрузочной  характеристике приведены на чертеже рис. 3 на ватмане


3.ОБОСНОВАНИЕ И ВЫБОР СХЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ.

Для обоснования схемы тепло- и электроснабжения судна предварительно определяется потребность в этих видах энергии на ходовом режиме. Наиболее распространенными источниками теплоты на судах являются котельные установки. Для удовлетворения потребности в теплоте, в ходовом режиме на судах устанавливаются утилизационные котлы, использующие теплоту выпускных газов главных двигателей. Потребность судна в теплоте на стоянках удовлетворяется автономными котлами, работающими на жидком топливе. Сорт топлива, используемого автономными котлами и главными двигателями, обычно одинаков.

На рассматриваемом судне система теплоснабжения включала в себя автоматизированный котельный агрегат Wanson Steambloc Marine M2HP/150 и утилизационый котел Maskinverken DRW.

Автоматизированный котельный агрегат Wanson Steambloc Marine M2HP/150  имеет характеристики:

котел паровой огнетрубный, с горизонтальным расположением жаровой трубы;

  •  Паропроизводительность  Dп = 1900 кг/ч.
  •  расход топлива – 38 кг/ч;
  •   габариты 2,02х1,62х1,87 м;

В ходовом режиме для обеспечения судовых потребителей паром служит один автоматизированный утилизационный котел Maskinverken DRW –установленный в шахте машинного отделения на выхлопном коллекторе главного двигателя.

Утилизационный котел имеет характеристики:

  •  Паропроизводительность – 1980 кг/ч;
  •  габариты 1,0х2,40м

Расход теплоты на отопление помещений для сухогрузных судов определяется по уравнению:

Qот = 83800 + 42  G = 83800 + 42 10424= 521608 кДж/ч;(31)

где G – грузоподъемность судна, из табл. 1. G = 10424 т.

Расход теплоты на санитарно-бытовые нужды находим по формуле

Qсб = nэк  (qвм + qвп) = 24 (2000 + 400) = 57600кДж/ч;(32)

где

  •  nэк – численность экипажа, чел, nэк = 24 чел.;
  •  qвм –удельный расход теплоты на приготовление горячей мытьевой воды, qвм = 2000 кДж/чел.-ч.;
  •  qвп – удельный расход теплоты на приготовление кипяченой питьевой воды qвп = 400 кДж/чел.-ч.

Расход теплоты на подогрев топлива, масла и другие технические нужды

Qпт = 0,15 (Qот + Qсб) = 0,15 (521608+ 57600) = 86881 кДж/ч;(33)


    Для подсчета общего количества теплоты, потребной на судне составляем таблицу 7.

Таблица 7

Расчет количества теплоты, фактически потребляемой на судне

Потребители теплоты

Расчетный расход теплоты Q, кДж/ч

Режим работы судна

«ходовой»

Режим работы судна

«стояночный»

Коэфф-т                  загрузки kз

Потребное количество теплоты Qох, кДж/ч

Коэфф-т                  загрузки kз

Потребное количество теплоты Qох, кДж/ч

Отопление

Санитарно-бытовые нужды

Технические нужды

Итого                                                                                     Qох  =; Qоc  =;

Количество фактически потребляемой теплоты                 Qх ; Qc

Количество теплоты, фактически потребляемой на судне в ходу подсчитываем по формуле                              

Qх = 1,1 ко  Qох  =                  =               кДж/ч;(35)

Количество теплоты, фактически потребляемой на судне на стоянке подсчитываем по формуле                              

Qх = 1,1 ко  Qох  =                       =           кДж/ч;(36)

где ко – коэффициент одновременности, принимаем равным ко = 0,9.

  Производительность автономных котлов  должна быть достаточной для обеспечения потребности судна в любом режиме без работы утилизационного котла.  Поэтому автономные котлы выбираются по максимальному количеству теплоты потребляемой на судне Qc=         кДж/ч,

  Требуемая паропроизводительность паровых котлов определяется как:

;(37)

где i – разность энтальпий насыщенного пара и питательной вод, принимаем равной 2200…2500 кДж/кг.


 4.РАСЧЕТ СИСТЕМ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ.

   Для обеспечения нормальной работы двигателя и котельной установки СЭУ оборудуется следующими системами:

  •  Топливной.
  •  Масляной.
  •  Водяного охлаждения.
  •  Сжатого воздуха.
  •  Газовыпуска.

   Каждая система может быть подразделена на две части:

  •  Непосредственно связанную с двигателем.
  •  Судовую.

4.1.Расчет топливной системы.

  Судовая часть топливной системы СЭУ предназначена для приема, перекачивания, хранения, подготовки к использованию (очистки, подогрева высоковязкого топлива) и транспортировки топлива к потребителям. Она состоит из цистерн, топливоперекачивающих насосов, оборудования для подготовки топлива к использованию (фильтров, сепараторов, подогревателей) и систем трубопроводов с арматурой и контрольно-измерительными приборами. У некоторых дизелей топливо идет на охлаждение форсунок.

Основной запас топлива размещают в отсеках расположенных по бортам, и в междудонном пространстве судна под машинным помещением и грузовыми трюмами. Располагать его под котлами и  жилыми помещениями запрещается.

Вместимость цистерн в м3 определяется:

-запасных

               ; (38)

где, x, xb, xк   - количество главных двигателей, вспомогательных двигателей и                              автономных котлов.

 Pe, Peb, P – номинальные эффективные мощности главного двигателя, вспомогательного двигателя, суммарная мощность всех дизелей СЭУ, кВт.

 be, beb – удельные эффективные расходы топлива главного и вспомогательного двигателя. кг/кВт*ч.

 Bк – расход топлива автономным котлом. кг/ч.

 1,1 – коэффициент, учитывающий «мертвый» запас топлива.

                – регламентируемая продолжительность потребления топлива из соответствующих цистерн, ч.

 aк – коэффициент использования автономного котла, принимаем равным 0,2…0,3;     aк=

 a – продолжительность автономного плавания. ч.

т – плотность топлива, принимаемая для дизельного топлива т=869 кг/м3;

                                                                                                         тяжелого топлива т=               кг/м3;

  •  расходных (расходно-отстойных) для главных двигателей, в том числе:

    -дизельного топлива                

 ;(39)

        -тяжелого топлива         и т.д.           

                       ;(40)

  •  расходных для вспомогательного двигателя

                      ;(41)

                  

       -расходной для вспомогательных автономных котлов.

                     

                              ;(42)

- сточной

                                        

  •  аварийного запаса
  •  

                            ;(44)

    

       В соответствии с правилами  Регистра России подача насоса для перекачивания топлива из запасных цистерн в расходные определяется.

                                                              ;(45)

где Vрт – вместимость расходной цистерны, м3

       =0,5…1, 0 ч. – время ее заполнения.

- дизельное топливо:   ;

- тяжелое топливо:  ;

 Производительность сепаратора Qст в м3/ч определяется из условия очистки суточной потребности топлива за 8-12 часов.

;(46)

 - тяжелого топлива для МЕ:

;

       - легкого дизельного топлива для СКУ и АЕ:

                                            ;

  Поверхность теплопередачи подогревателя тяжелого топлива в определяется:

;(47)

где, xк – количество автономных котлов;

       tтп – требуемое повышение температуры топлива, 0C;

       kтп – общий коэффициент теплопередачи от воды к топливу, кВт/м2*К;

       среденелогарифмическая разность температур пара и топлива на выходе и входе из подогревателя:

=;(48)

, - разность температур горячей воды и топлива на выходе и входе из подогревателя.

Ст – теплоемкость топлива (1,8…2 кДж/кг*К);

.

КПД топливной системы определяется как отношение теплоты топлива, передаваемого к главным двигателям и автономным котлам, ко всей теплоте, подведенной к системе в виде топлива, электроэнергии и теплоты рабочей среды, используемой для подогрева топлива, а именно:

;(49)

где тм – КПД системы по массе топлива; принимаем тм = 0,9

г –  КПД электрогенератора СЭУ; принимаем г = 0,9

     Pэ – суммарная мощность электродвигателей элементов системы, кВт;

     Qт – суммарное количество теплоты затрачиваемое на подогрев топлива, кДж;

     Принципиальная схема топливной системы представлена на чертеже (см. приложение  )

                                        4.2.Расчет масляной системы.  

   Масляная система предназначена для приема, хранения, очистки и подачи масла к потребителям. В ее состав входят:

  •  цистерны
  •  маслоперекачивающие насосы
  •  фильтры
  •  сепараторы
  •  подогреватели
  •  Система трубопроводы
  •  Арматура
  •  КИП

 Вместимость цистерн в м3 определяется:

  •  Запасных

=                    ;   (50)

  •  Циркуляционных ГД

=              =                      ;(51)

          -Циркуляционных для ДГ

                                    

  •  Расходных или сепарированного масла для ГД:

;(52)

-    Сточных и отстойных цистерн

;(53)

где , - Удельные эффективные расходы масла, главного и вспомогательного двигателей, кг/кВт*ч;

aм – удельная масса масла в сточных цистернах или картерах двигателей, принимаемая равной для малооборотных  дизелей = 2,7 кг/м3;

м – плотность масла, принимаем равный 899 кг/м3;

Vцм –суммарная вместимость маслосборников или картеров главных двигателей;


 Подачи насосов определяются:

  •   Циркуляционного для ГД :

;(54)

- Циркуляционного для ДГ:

;(54)

  •  Маслоперекачивающего для ГД :

;(55)

где, aтм – доля теплоты, отводимая маслом, принимаемая равной для малооборотных дизелей равной – (0,05…0,07)

   См – теплоемкость масла, принимаемая равной (2…2,2 кДж/кг*К)

    tм – разность температур масла на входе и на выходе из дизеля, принимаем равной (6…120С)

  Производительность сепаратора Qсм определяется из условия обеспечения необходимой кратности очистки масла.

;(56)

  где (1,5…3,5) – кратность очистки масла;

          Vцм – суммарная вместимость маслосборников главных и вспомогательных двигателей, м3;

           с - время работы сепаратора в сутки, равное 8-12 часов.

  На судне установлен сепаратор масла фирмы ________________ производительностью__________л/ч.

  Принципиальная схема системы смазочного масла представлена на  чертеже ( см. приложение ).

4.3.Расчет системы водяного охлаждения.

  Система водяного охлаждения предназначена для отвода теплоты от втулок цилиндров, крышек цилиндров, смазочного масла, газо-выпускного коллектора у крупных дизелей  без наддува и других механизмов энергетической установки.

  В дизельных установках система водяного охлаждения, как правило, двухконтурная. Циркуляция воды в системе осуществляется обычно центробежными насосами.

  Подача насосов определяется:

  •  внутреннего контура.

=_________________ =_________; (57)

  •  внешнего контура

=_________________ = ____________; (58)

где, aтв – доля теплоты, отводимая водой, принимаемая равной для тихоходных дизелей равной – (0,12…0,17)

   Св и  Сз–   тплоемкость пресной воды, внутреннего контура и забортной воды внешнего контура принимаемая равной (4,19 и 3,98кДж/кг*К)

    tв и  tз – разность температур воды во внутреннем контуре  на входе и на выходе из дизеля, и во внешнем контуре на выходе и входе в холодильник принимаем равной (10…120С) (15…250С)

            в и з – плотность воды внутреннего контура и забортной воды, принимаем равной 1000 и 1020 кг/м3;

  •  поверхность охлаждения водяного холодильника равна:

 = __________________ = _________; (59)

где Ктв – общий коэффициент теплопередачи от воды к воде, равный для пластичных холодильников 1,0…1,16 кВт/м2*К.

- Средне логарифмическая разность температур для противоточных холодильников.

  = _____________________ = __________; (60)

и  - температура воды во внутреннем контуре на выходе из дизеля и холодильника, принимаемые (750- 900С) и (650-800С) соответственно;

и  - температура забортной воды на входе и выходе из водяного холодильника, принимаемые равными (300-320С) и (450-500С) соответственно.

 Принципиальная схема данной системы представлена на чертеже (см. приложение ).

4.4.Расчет системы сжатого воздуха.

   Система сжатого воздуха предназначена для пуска главных и вспомогательных двигателей, подачи звукового сигнала, подпитки пневмоцистерн и работы пневматических систем автоматического регулирования и управления.  

  Пуск и реверс судовых дизелей осуществляют, как правило, сжатым воздухом.

 Для получения сжатого воздуха используют компрессоры, как правило, поршневого типа с приводом от электродвигателя. Иногда для этой цели используют дизельный привод. По правилам Регистра на судне должно быть не менее двух компрессоров, один из которых может быть навешен на дизель.

   В её состав входят:

Компрессоры

  •  Пусковые баллоны
  •  Тифонные баллоны
  •  Баллоны для тех. и хоз. Нужд
  •  Система трубопроводов

Арматура

  •  КИП

Вместимость баллонов определяется:

пусковых баллонов:

   -для главного двигателя

     = __________ = __________; (61)

       - для дизель-генераторов

            

                   = _______________ = _______; (62)

 Где Uп – удельный расход свободного воздуха на 1 м3 объема цилиндра дизелей при пуске, который составляет:   (8-10м33)

         Vs – рабочий объем цилиндра:

                                               Для главного двигателя:

                                    ;

                                               Для дизель-генератора:

                                    ;

D и S – внутренний диаметр цилиндра и ход поршня, м

Z – число цилиндров двигателя;  Z=8

Пр – число последовательных пусков и реверсов двигателя, принимаемое равным 12 для реверсивных и 6 нереверсивных: принимаем Пр =12.

P0 – давление окружающей среды, равное 0,098 Мпа;

pб1 и pб1 – начальное давление воздуха в баллоне после его заполнения и нижний его придел, при котором еще возможен пуск дизеля.

kн – коэффициент насыщения сигналами, принимаемый равным 0,128;

Uт – расход тифоном свободного воздуха, принимаемый =(1-6 м3/мин);

с – продолжительность подачи сигнала, принимаем равной 10 мин;

pт1 и pт2 – начальное давление воздуха в баллоне после его заполнения и нижний его придел, при котором еще возможен подача сигнала.

  По правилам Морского Регистра России число пусковых баллонов  должно быть не менее двух для каждого главного двигателя и одного для вспомогательного, где Vб – емкость пускового баллона по ГОСТ 9731-73 , а компрессоров – не менее двух на каждое судно с подачей по свободному воздуху в м3/ч не менее:

;(63)

где а – время заполнения баллонов, принимаемое равным 1 час;

;

На судне установлены два компрессора «____________» с подачей 300 каждый.

  Принципиальная схема системы сжатого воздуха представлена на чертеже ( см. приложение ).
                                 4.5.
  Расчет системы газовыпуска.

  Данная система предназначена для отвода в атмосферу выхлопных газов от главных и вспомогательных дизелей, котлов и камбуза.

  Она состоит из:

  •  Гзовыпускных труб
  •  Компенсаторов
  •  Изоляции
  •  Глушителей шума
  •  Искрогасителей
  •  И др.

  Каждый главный дизель должен иметь отдельный газопропускной трубопровод. Газовыпускные трубопроводы вспомогательных дизелей могут быть объединены в общий трубопровод при наличии предохранительного устройства, предотвращающего попадание газов из общего трубопровода в трубопроводы неработающих дизелей. Дымоходы автономных котлов могут быть объединены, но не должны совмещаться с газовыпускными трубами дизелей. Газовыпускные трубы проходят по машинному помещению и выводятся через палубы вверх в общую фальштрубу. Вывод их через бортовую обшивку не допускается. В отдельных случаях по согласованию с Регистром можно, как исключение, отводить газы через обшивку в корме. В установках с утилизацией теплоты выпускных газов дизелей в систему газовыпуска входят так же утилизационные котлы.

-площадь сечения газовыпускных трубопроводов Fт в м2;

;(64)

где B- часовой расход топлива главными и вспомогательными двигателями или автономным котлом.

        - коэффициент избытка воздуха принимаемый равным(1…8), для автономных котлов (1,2…1,3);

       L0 – 14.3 кг/кг теоретически необходимое количество воздуха  для сгорания 1 кг топлива;

        R = 0,287 кДж/кг*К- газовая постоянная продуктов сгорания;

         T – Температура выпускных газов, принимаемая равной для четырехтактных дизелей 537…773К, для автономных котлов 453…473К;

АЕ-723К для 98г при нагрузке 600 кВт МЕ=543К( по паспорту )

         Vт -  допустимая скорость движения газов в трубопроводе, принимаемая равной для четырехтактных дизелей 30-45 м/сек. Для автономных котлов 20-25м/сек.

          Pт – допустимое давление в трубопроводе (0,03-0,04)*102 кПа;


-для главных двигателей:   
 

Fmгд =__________________________ м2 ;

- для вспомогательных двигателей:

Fmвд = ______________________________ м2

- для автономного котла:

Fmак =_________________  м2;

Общесудовые системы.

Определение характеристик и выбор насосов общесудовых систем.

  Оборудование общесудовых систем является составной частью СЭУ. К общесудовым системам относятся:

  •  Противопожарная система.
  •  Осушительная система.
  •  Балластная система.
  •  Бытового водоснабжения.
  •  Сбора и очистки подсланивых вод и сточных вод.
  •  Отопления и обогрева.
  •  

4. 6 Противопожарная система.

  Количество пожарных насосов регламентируется Правилами Регистра. Давление пожарного насоса при наибольшем расходе воды должно быть достаточным для обеспечения в любом месте судна вертикальной компактной струи воды пожарного ствола высотой не менее 10 метров над уровнем палубы наиболее возвышенной надстройки или рубки.

  Минимальная подача пожарного насоса Qп.н. м3/ч, определяется по формуле:

;(65)

  где, nр- количество одновременно действующих пожарных кранов,  nр = 2; 

          qс- расход воды через спрыск пожарного крана, qс=15 м3/ч;

          nпн- число пожарных насосов установленных на судне, nпн = 1

  Выбираем 1 пожарный насос _______ Q =  _______  м3/ч.

  Электродвигатель _______; N=______ кВт.

4.7. Осушительная система.

  Осушительная система предназначена для осушения трюмов и подсланевых пространств машинных помещений. На судах мощностью 220 кВт и более устанавливают два осушительных насоса, один из которых может иметь привод от главного дизеля, или быть водоструйным эжектором, а другой – с электроприводом.  Внутренний диаметр приёмной трубы, присоединённой к насосу определяем:

;(66)

где, L*B*H – длина, ширина судна и высота надводного борта.

;

принимаем d=130мм;

Подача осушительного насоса :

;(67)

Выбираем один насос _______  Q = _______

4.8. Балластная система.

  Балластная система предназначена для заполнения и откачки воды из балластных цистерн, а так же в аварийных ситуациях в качестве водоотливных. Балластную систему рассчитываем по вместимости наибольшей балластной цистерне, объем которой взят в соответствии с прототипом:

;(68)

где, Vб=450м3- вместимость наибольшей балластной цистерны;

Подача балластного насоса Qбн , м3/ч.

;(69)

Выбираем насос __________ Q = _______ м3


4.9. Система водоснабжения.

  Система водоснабжения служит для обеспечения потребности в питьевой и мытьевой воде. Для приготовления питьевой и мытьевой воды используется станция ППВ.

  Необходимая производительность станции ППВ при её работе 20 часов в сутки:

;(70)

где - коэффициент запаса.

     - суточный расход воды на одного человека.  ;

      A=20 чел. – количество членов экипажа.

 Объем накопительной цистерны, м3:

;(71)

где  - коэффициент часовой неравномерности потребления воды.

  Объем запасных ёмкостей , м3:

;(72)

где  - время прохождения загрязнённого участка бассейна или стоянки в порту с загрязненной акваторией. .

  Объем цистерн сточных вод :

;(73)

где   - мин. Водоснабжения.

;

        П.=15 сут- периодичность сдачи сточных вод;

;

  Для подачи воды в  цистерну установлен  1 насос Q = _______ м3/ч.


5.ВЫБОР СХЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ.

  Электроэнергией на всех режимах работы судно обеспечивает судовая электростанция, источником тока в которой являются вспомогательные дизель – генераторы, валогенераторы и аккумуляторные батареи. В работе судовой электростанции используется постоянный или переменный ток. Номинальная стандартная частота переменного тока 50 Гц. Так как на судне в подавляющем большинстве потребители из-за своей простоты в обслуживании и конструкции используются потребители переменного тока, то основной род тока принимаем переменный.

Напряжение можно изменять с помощью трансформатора, а потребители постоянного тока можно питать через полупроводниковые преобразователи (выпрямители на полупроводниках).

В соответствии с требованиями Регистра РФ,  мощность судовой электростанции определяется по таблице загрузки потребителей на основных режимах (стоянки, маневренный, ходовой, аварийный). Там же указан источник электрического тока для каждого из режимов.

  При расчете нагрузки судовой электростанции учитываются следующие коэффициенты:

;(74)

где  Рп и Рd – ном. Мощности потребителя и его электродвигателя, кВт.

-kз – коэффициент загрузки потребителя;

-ko - - коэффициент одновременности работы;

;(75)

где nур и nу – количество одноименных потребителей, работающих на режиме и установленных на судне;

Потребная мощность одноименных потребителей определяется:

  •  активная ;(76)
  •  то же на режиме;(77)
  •  реактивная ;(78)
  •  то же на режиме ;(78)

 


Суммарная мощность потребителей на  режиме:

-постоянно работающих

 активная ;(79)

  реактивная ;(80)

      -периодически работающих

 активная ;(81)

  реактивная ;(82)

-эпизодически работающих

 активная ;(83)

  реактивная ;(84)

-всех с учетом потерь в электросети.

 Активная;(85)

       реактивная (86)

  Полная мощность на режиме:

;(87)

Результаты расчетов представлены в таблице нагрузок судовой электростанции.


7. ВЫБОР СХЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ СУДНА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЕЙ И ТЕПЛОМ.

    Для выбора схемы обеспечения судна электроэнергией и теплом на ходу необходимо рассчитать значения эффективного КПД ЭУ еу при возможных вариантах снабжения судна этими видами энергии.

Таблица 9.

Эффективность установки при различных схемах энергообеспечения

Схема тепло- и электрообеспечения судна

Значения

еу

  Хв

хк 

ху

1

4ДГ + 1УК + АК

4

1

1

0,3

2

4ДГ + УК

4

0

1

0,325

3

4ДГ + АК

4

1

0

0,286

4

ДГ + УК + АК

1

1

1

0,328

5

ДГ + УК

1

0

1

0,362

6

ДГ + АК

1

1

0

0,315

  Принятые обозначения:

   ДГ - дизель – генератор.

   АК – автономный котел.

   УК – утилизационный котел.

  При расчете е величины xв, xd, xк, xу, xв,  отображают количество работающих источников энергии при том, или ином вареанте снабжения судна теплом и электроэнергией.

- эффективный КПД установки считается по формуле (10):

;

Из анализа полученных данных,  следует, что наиболее эффективной схемой снабжения судна электроэнергией и теплом является схема 1ДГ+УК.
                                  
6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СУДОВОГО ВАЛОПРОВОДА.

  Проектирование судового валопровода включает:

  •  Разработку принципиальной схемы валопровода;
  •  Выбор материал валов и определение их диаметров;
  •  Расчет промежуточного и гребного валов;
  •  Оценка запаса по критической частоте вращения и продольной устойчивости гребного вала.

6.1. Разработку принципиальной схемы валопровода

6.2.Выбор материала валов и определения их диаметра.

  По правилам Регистра РФ валы судовых валопроводов должны изготавливаться из стальных поковок с временным сопротивлением

430-690 МПа. В качестве материала для валов можно использовать сталь  Ст5 с временным сопротивлением в=500-640МПа и пределом текучести

т=260-290МПа.

  

          Диаметры валов для СЭУ должны быть не менее в мм:

-промежуточного dпр  и упорного dу

;(88)

  •  гребного вала dг

;(89)

где Pпр – номинальная мощность, передаваемая промежуточным валом, кВт;

kм – коэффициент, учитывающий неравномерность крутящего момента   и   принимаемый равным для 8-ти цилиндровых дизелей 1;

nпр – номинальная частота вращения промежуточного вала, с-1;

kг – коэффициент, принимаемый равным для валов без облицовки 10;

Dв – диаметр гребного винта, м;

6.3 Расчет промежуточного и гребного валов на прочность.

6.3.1.Расчет промежуточного вала.

  Расчет промежуточного вала на прочность  выполняется по приведенным напряжениям п:

;(90)

;

где 0=сж+ч+30=4,8+ 29,2+30=64– наибольшее нормальное напряжение сжатия

напряжения сжатия (от упора движителя), МПа:

;(91)

;(92)

напряжения при кручении, МПа:

;(93)

kз – запас прочности, принимаемый равным – 2.8;

Упор движителя, кН:

 ;(94)

где Nен – номинальная мощность главного двигателя, кВт;

nв – номинальная частота вращения вала, с-1;

dв- диаметр рассчитываемого вала м;

V-скорость судна, м/сек;

Максимальный изгибающий момент на промежуточном валу в кН*м при отсутствии на пролете длинной lo сосредоточенной нагрузки;(3 пром вала 4 подш шпация 0,78м кол-во 36 длина трюма 25.5+10 шп до МЕ+ 7 шп afterpeak)

;(95)

6.3.2.Расчет гребного вала на прочность.

  Расчет гребного вала на прочность  выполняется по приведенным напряжениям п:

;(96)

;

где 0=сж+ч+30=20,3+ 17,5+30=67,8– наибольшее нормальное напряжение сжатия

напряжения сжатия (от упора движителя), МПа:

;(97)

;(98)

напряжения при кручении, МПа:

;(99)

kз – запас прочности, принимаемый равным – 3.15;

Упор движителя, кН:

;(100)

Максимальный изгибающий момент на гребном валу в кН*м при расположении винта на консоли длинной l2;

;(101)

Расстояние между опорными подшипниками должно быть не более:

;(102)

    Длина дейдвудного пролета и консоли гребного вала:

;(103)

;(104)

  Оценка запаса по критической частоте вращения гребного вала обеспечивается, если

;(105)

;

После анализа произведенного расчета очевидно, что линия вала данного судна отвечает необходимым требованиям прочности и жесткости.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Методические указания для выполнения курсовой работы по учебной дисциплине «Управление режимами СЭУ». В.В.Капустин, И.И.Рыбалов. Севастополь, СевНТУ, 2005 г.

2. «Судовые энергетические установки». Г.А. Артемов, В.П. Волошин. Л.-, 1997

3. «Системы судовых энергетических установок». А.Я Шквар, В.П. Шостак. Л.- 1999

4. «Судовые дизели»: Учеб. пособие. Гогин А.Ф., Кивалкин Е.Ф. - М.: Транспорт, 1998

5. «Судовые энергетические установки»: Учеб. пособие. Козлов В.И. - Л.: Судостроение, 1995.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

81929. Школа человеческих отношений и поведенческих наук 38.48 KB
  Родоначальником школы человеческих отношений принято считать Э. В результате движение человеческих отношений стало противовесом всему научному движению. Это связано с тем что акцент в движении человеческих отношений делался на заботе о людях а в движении научного управления на заботе о производстве.
81930. Психологічні чинники формування лідерських якостей у майбутніх фахівців 401 KB
  Мета: теоретично вивчити та експериментально дослідити психологічні чинники формування лідерських якостей у майбутніх фахівців. Гіпотеза: рівень розвитку лідерських якостей у майбутніх фахівців є обумовленим такими психологічними чинниками як: рівень розвитку комунікативних та організаторських здібностей, потреби в досягненнях.
81931. Управління формуванням попиту і стимулюванням збуту на підприємстві 868 KB
  Актуальність обраної теми дипломної роботи безперечна, оскільки управління збутом товарів промислового призначення включає рух матеріальних цінностей від підприємств виготівників, так і стрічний потік товарів. Разом з цим воно охоплює рух товарів до державних організацій...
81932. Товарознавча оцінка взуття, правила та порядок його переміщення через митний кордон України 282.32 KB
  Система регулювання зовнішньоекономічної діяльності України за роки становлення зазнала певних еволюційних змін, що зумовлені розвитком економіки країни в цілому. В період до перебудови, тобто за радянських часів, економіка носила автаркічний (закритий) характер.
81933. Тактика організації охорони громадського порядку органами внутрішніх справ в сучасних умовах 101.42 KB
  В умовах становлення та розвитку демократичної правової держави боротьба зі злочинністю розглядається як важлива сфера внутрішньої політики держави. Залучення державних органів, суспільних об’єднань і населення до охорони громадського порядку, а також профілактика правопорушень...
81934. Технологія виконання дизайну нігтів в манікюрі та педикюрі під креативний образ жінки 12.44 MB
  Одним із популярних дизайнів нігтів є французький манікюр. Так він називається тому, що був винайдений дизайнерами Франції. Він зразу ж знайшов популярність - як у жінок середніх шарів, так і біля зірок кіно і естради - за свою практичність і універсальність.
81935. Інвентаризаційна робота – об’єкт ревізійного дослідження 1.62 MB
  Проведення інвентаризації дозволяє підтвердити або спростувати інформацію тих бухгалтерських документів первинних та зведених по яких можна визначити законність доцільність і необхідність здійснених працівниками підприємства господарських операцій.
81936. Теоретичні та практичні аспекти вдосконалення організації праці та виробництва на прикладі місцевого підприємства 3.22 MB
  Важливою ознакою НОП є її спрямованість на рішення взаємозалежних груп завдань: економічних економія ресурсів підвищення якості продукції ріст результативності виробництва; психофізіологічних оздоровлення виробничого середовища гармонізація психофізіологічних навантажень на людину зниження ваги...
81937. Проблема профессионального самоопределения молодежи в условиях начального профессионального образования 537.5 KB
  В отечественной психологии накоплен богатый опыт в области теории профессионального самоопределения, который во многом предопределил современные подходы к данной проблеме. Это ставшими классическими исследования в области профессиональной ориентации и профконсультирования...