Модернизация энергетической установки танкера проекта 621 с целью повышения скорости его движения на 3%

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Курсовая работа по теме:

Модернизация энергетической установки танкера проекта 621 с целью повышения скорости его движения на 3%

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Анализ показателей судна и его энергетической установки

Обоснование выбора главной энергетической установки

Определение параметров согласованного гребного винта

Расчет вспомогательной котельной установки

Расчет систем энергетической установки

Расчет нагрузки на судовую электростанцию и выбор дизель-генератора

Проектирование судового валопровода

Определение центра тяжести машинного отделения

Выбор схемы обеспечения судна электроэнергией и теплом

Сопоставление показателей энергетических установок судна и проекта

Заключение

Список использованной литературы

ВВЕДЕНИЕ

Речной транспорт — неотъемлемая составная часть транспортной системы России и его развитию присущи те же тенденции, что и развитию транспортной системы в целом.

Такими тенденциями являются: ресурсосбережение; повышение надежности, безопасности и экологической чистоты; повышение производительности за счет роста грузоподъемности, увеличение скорости перевозок, компьютеризации, механизации и автоматизации, а также снижение собственной массы транспортных средств; повышение гибкости и мобильности за счет максимальной унификации и стандартизации грузовых единиц (модулей), обеспечения их технологической совместимости; повышение качества транспортных услуг, в том числе, комфортности и безопасности пассажирских перевозок.

Основной целью курсового проекта является повышение скорости судна на 3%. Так же ознакомимся с составом различных судовых энергетических установок, их возможностями, технико-экономическими показателями, освоим методики обоснования и выбора судового оборудования.

В ходе выполнения работы необходимо:

Выбрать новый двигатель и обосновать его выбор.

Рассчитать системы энергетической установки и выбрать их составляющие, если есть необходимость.

Выбрать котельные установки.

Описать комплектацию судовой электростанции и по необходимости выбрать новую.

Спроектировать судовой валопровод.

Сопоставить показатели энергетических установок судна и проекта и сделать вывод по работе.

АНАЛИЗ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СУДНА И ЕГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

Для выполнения последующих обоснований и расчетов приведем краткую характеристику судна проекта 621 и его энергетической установки.

Рисунок 1 — Общий вид судна

Таблица 1 — Характеристики судна проекта 621

№ п.п.

Параметры, единицы измерения

Численные значения

1

Класс

* М-СП (лед.)

2

Размещения корпуса, м:

длина

ширина

117,7

14,8

3

Водоизмещение, т

3680

4

Грузоподъемность, т

2100

5

Мощность, кВт

1280

6

Осадка, м

2,5

7

Скорость в полном грузу, км/ч

19

8

Число мест для экипажа

18

9

Автономность, сут

15

10

Тип движителя

Гребной винт

11

Количество движителей

2

12

Диаметр винта, м

1,7

13

Шаг винта, м

1,24

14

Габариты машинного

отделения, м

длина

ширина

19,61

14

15

Сухая масса СЭУ, т

53,56

Таблица 2 — Характеристики основных элементов энергетической установки судна проекта 621

п. п

Элементы ЭУ и их параметры, единицы измерения

Численные значения

1

ГЛАВНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Количество

2

Марка

6НВД48А2У

Номинальная эффективная мощность, кВт

640

Номинальная эффективная частота вращения

коленчатого вала, мин?-1

375

Род топлива

Мот., Диз.

Удельный эффективный расход, кг/(кВт*ч)

-Топлива

-Масла

0,224

0,0014

2

ГЛАВНАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ

Тип

Прямая

Передаточное отношение

-

3

СУДОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

Количество дизель-генераторов

3

Марка дизель-генераторов

ДГР100/750

Номинальная эффективная мощность, кВт

110

Номинальная эффективная частота вращения

коленчатого вала, мин?-1

750

Удельный эффективный расход, кг/(кВт*ч)

-топлива

-масла

0,224

0,0006

Марка валогенератора

-

Количество и их номинальная мощность, кВт

-

4

КОТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Марка автономного котла

КСВВ1000/5

Количество

1

Теплопроизводительность, кДж/ч

839 000

Расход топлива, кг/ч

Марка утилизационного котла

Паровой

Количество

2

Теплопроизводительность, кДж/ч

625 000

На основе таблицы 1 и таблицы 2 выполняется расчет показателей установки судна (таблица 3):

Эффективной мощности главной энергетической установки, кВт:

, где х и — количество и номинальная эффективная мощность главного двигателя

Энергооснащенности судна проекта 621:

, где Q — водоизмещение судна в полном грузу, т;

Энергооснащенности по отношению к:

— длине машинного отделения (МО):

= (+)/Lмо = (1280+)/19,6 = 82,1 кВт/м

— площади машинного отделения:

= (+)/Sмо = (1280+)/274,4 = 5,86 кВт/м, где и

количество и мощность вспомогательных двигателей, кВт

Энергоемкости работы судна:

е = (3600)/() = ()/() = 115,5 кДж/т, где т, G — грузоподъемность, т;

V — скорость судна в полном грузу, км/ч

Абсолютного коэффициента полезного действия судовой установки:

— теплота, затрачиваемая на технологические нужды танкером

кДж/ч

— уд. тепловые потери при остывании тонны груза 8 401 050 кДж/(чт)

— расход теплоты на бытовые нужды

;

— расход теплоты на отопление помещений

— расход теплоты на санитарно-бытовые нужды

кДж/ч

кДж/ч

и — число членов экипажа и пассажиров соответственно

— удельный расход теплоты на приготовление горячей мытьевой воды

18 802 720 кДж/чел

— удельный расход теплоты на приготовление кипяченой питьевой воды 400 420 кДж/чел

, , — низшая удельная теплота сгорания топлива главного, вспомогательного двигателей и автономного котла

= 42 500 кДж/кг — для дизельного топлива

= 42 000 кДж/кг — для моторного топлива

— удельный эффективный расход топлива главного двигателя кг/

/, где — КПД вспомогат. автономного котла

кг/кВт•ч

— теплопроизводительность вспомогательного котла

Эффективного КПД установки:

, , — количество автономных, утилизационных котлов и других устройств

, — теплопроизводительность утилизационного котла и других механизмов и устройств, кДж/ч

КПД судового пропульсивного комплекса:

— эффективный КПД главного двигателя

— КПД передачи; для прямой —

— КПД валопровода;

— пропульсивный КПД движителя;

КПД энергетического комплекса:

— эффективный КПД вспомогательного двигателя

— КПД электрогенератора

Удельной массы ЭУ судна проекта 621

кг/кВт

— сухая масса ЭУ судна, см. таблицу 1

Таблица 3 — Показатели энергетической установки судна пр. 621

п.п.

Наименование показателя, единицы измерения

Численные значения

1

Эффективная мощность главной ЭУ, кВт

1280

2

Энергооснащённость, кВт

0,384

3

Энергонасыщенность по отношению к:

длине МО, кВт/м

площади МО, кВт/м2

82,1

5,86

4

Энергоёмкость работы судна, кДж/паскм

115,5

5

Удельная масса ЭУ, кг/кВт

41,84

6

Эффективный КПД установки

0,30

7

Абсолютный КПД установки

0,495

8

КПД судового комплекса

0,182

9

КПД энергетического комплекса

0,36

Для повышения энергетической эффективности установок могут предусматриваться:

— замена главных и вспомогательных двигателей на дизели с более низкими удельными расходами топлива и масла;

— замена вспомогательных утилизационных котлов на котлы большей производительности и эффективности;

— перевод главных двигателей и вспомогательных котлов на использование менее дефицитных топлив;

— использование валогенераторов;

— применение механизмов и устройств, использующих теплоту отработавших газов и охлаждающей воды: турбогенератора на судах мощностью более 1450 кВт, опреснительных и холодильных установок на крупных пассажирских судах, установок подогрева груза на танкерах.

ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ГЛАВНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

Целью данного раздела является обоснование и выбор главных двигателей, а также выбор типа главной передачи.

Исходными данными при выборе главных двигателей являются: мощность главной энергетической установки (ЭУ) судна; количество и частота вращения движителей.

Заданием предусмотрено повышение скорости движения судна на 3%, тогда требуемая мощность главной энергетической установки определяется:

кВт

, V — требуемая и существующая скорости движения судна

Количество главных двигателей оставляем таким же, тогда требуемая мощность двигателей определяется:

кВт

Танкер проекта 621 имеет силовую установку, состоящую из двух двигателей внутреннего сгорания марки 6НВД48А2У мощностью 640 кВт с частотой вращения коленчатого вала 375 об/мин. Эти двигатели морально устарели, поэтому рассмотрим возможность установки отечественных двигателей «ОАО Коломенский завод» типа 6ЧРН30/38, а также двигатель повышенной оборотности марки 12ЧН18/22.

Для обоснования марки главного двигателя необходимо выбранные двигатели сравнить с установленными на судне по комплексному параметру качества.

Удельная мощность дизеля:

; l, s, h — длина, ширина, высота двигателя, м.

кВт/м

кВт/м

кВт/м

Удельная масса двигателя:

; М — масса дизеля, кг.

кг/кВт

кг/кВт

кг/кВт

Стоимость двигателя:

; r — ресурс дизеля до капитального ремонта, тыс. ч;

Комплексный параметр качества:

КПД судового комплекса:

При выборе двигателей для крупных транспортных судов можно принимать = 0,1; = 0,12; = 0,24; = 0,14; = 0,19; = 0,14; = 0,07.

В качестве главного двигателя выбирается двигатель, имеющий наибольшее значение комплексного параметра. При равных значениях предпочтение отдается дизелю, который в составе ЭУ имеет больший КПД судового комплекса. На основе анализа данных таблицы 4 выбираем двигатель 6ЧРН30/38, т.к. в этом случае получаем большее значение = 0,764 и большее значение = 0,201.

Таблица 4 — Сопоставление параметров судовых дизелей

Наименование параметра, единицы измерения

Марка двигателя

6НВД48А2У

6ЧРН30/38

12ЧН18/22

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Номинальная эффективная

мощность, кВт

640

736

735

Номинальная частота вращения,

об/мин

375

375

1550

Реверсивность

да

да

нет

Род топлива

Диз., Мот.

Диз., Мот.

Диз.

Удельный эффективный расход

— топлива, кг/кВт·ч

— масла, кг/кВт·ч

0,224

0,0014

0,204

0,0011

0,223

0,006

Ресурс до капитального ремонта,

тыс. ч

45

75

15

Габаритные размеры, м;

Масса, кг

РАСЧЕТНЫЕ ДАННЫЕ

Удельная мощность, кВт/м3

32,85

34

162

Удельная масса, кг/кВт

29,9

23,09

3,1

Стоимость, руб.

63 884

112 977

29 516

ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ

Удельная мощность,

0,02

0,02

0,1

Удельная масса,

0,012

0,016

0,12

Уд. расход топлива,

0,21

0,24

0,21

Уд. расход масла,

0,11

0,14

0,025

Ресурс,

0,114

0,19

0,038

Стоимость,

0,032

0,018

0,07

Род топлива

Диз., Мот.

Диз., Мот.

Диз.

Комплексный показатель

качества

0,638

0,764

0,563

Тип главной передачи

прямая

прямая

реверс-редуктор

КПД судового комплекса

0,182

0,201

0,178

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СОГЛАСОВАННОГО ГРЕБНОГО ВИНТА

Приближенно элементы гребного винта определяются по уравнению:

— изменение скорости судна

км/ч

— скорость судна после модернизации, км/ч

— скорость судна до модернизации

Изменение коэффициента момента

изменение мощности на гребном валу, кВт

Мощность передаваемая ГВ до модернизации, кВт

Мощность передаваемая ГВ после модернизации, кВт

Коэффициент попутного потока

— коэффициент полноты водоизмещения

Для судов относительная скорость которых, к значению вводится поправка на влияние волнообразования, поправку не учитываем, так как:

Относительная поступь гребного винта

V — скорость судна до модернизации в м/с

При условии, что согласование производится за счет изменения шага винта (равны нулю) уравнение упрощается:

Где зависимости и определяются с помощью графиков.

м

С учетом изменения шага винта, шаг винта на проекте:

м

РАСЧЕТ ВСПОМОГАТЕЛЬНОЙ КОТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Вспомогательные котельные установки являются наиболее распространенными источниками теплоты на судах. Для удовлетворения потребности в теплоте в ходовом режиме на судах мощностью более 200 кВт, как правило, устанавливаются водогрейные или паровые котлы, использующие теплоту выпускных газов двигателей. Потребность судна в теплоте на стоянках удовлетворяется автономными котлами, работающими на жидком топливе. Общее количество теплоты на судовые нужды складывается из расходов теплоты на отопление помещений, санитарно-бытовые нужды, подогрев топлива и масла в системах ЭУ, а также на подогрев перевозимого груза и воды для мытья танков на танкерах.

Расход теплоты на подогрев топлива, масла и другие технические нужды:

кДж/ч

и — считались ранее.

Расход теплоты на подогрев груза перед выгрузкой:

кДж/ч

— коэффициент, учитывающий увеличение потерь при подогреве

С = 2,1 кДж/- теплоемкость груза

— интенсивность подогрева груза

Количество теплоты, отводимое от двигателя выпускными газами:

кДж/ч

кг/() — удельная масса выпускных газов для — тактных ДВС

кДж/- массовая теплоемкость газов

— температура газов на входе в котел

— температура газов на выходе из котла (парового)

— коэффициент потери теплоты в окружающую среду

Таблица 5 — Расчет количества потребления теплоты на судне

Потребители тепла

Расчетный расход теплоты

кДж/ч

Режим работы судна

Ходовой

Стояночный

Коэффициент загрузки

Потребное количество теплоты кДж/ч

Коэффициент загрузки

Потребное количество теплоты

кДж/ч

Отопление, Qот

Сан. -быт. нужды, Qсб

Технич. нужды, Qпт

Q

kax

Qox=kaхQ

Kaс

Qoс=kaсQ

172 000

43 380

32 307

0,9

0,9

0,9

154 800

39 042

29 076,3

0,8

0,8

0,8

137 600

34 704

25 845,6

Итого

Qох= 222 918

Qос= 198 149

Груз, Qпг

605 650

0,9

545 085

0,8

484 520

Количество фактически потребляемой теплоты

Qх=1,1kоQох=196 168

Qс=1,1kоQос=152 575

Автономный котел, который стоял на судне до модернизации, полностью подходит как по количеству потребляемой теплоты, так и по количеству теплоты, расходуемой на подогрев груза. Для сравнения: количество фактически потребляемой теплоты Qх = 196 168 кДж/ч, расход теплоты на подогрев груза Qпг = 601 650 кДж/ч, а теплопроизводительность котла 839 000 кДж/ч. Утилизационный котел оставляем тот же, т.к. его теплопроизводительность удовлетворяет в количестве потребляемой теплоты и не превышает количество теплоты, полученное от двигателя с выпускными газами.

РАСЧЕТ СИСТЕМ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

Для обеспечения нормальной работы двигатели (главные и вспомогательные) и котельная установка СЕУ оборудуются системами: топливной, масляной, водяного охлаждения, сжатого воздуха и газовыпуска. Каждая система может быть подразделена на две части: непосредственно связанную с двигателями и судовую.

Топливная система СЭУ предназначена для приёма, 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 (КИП).

При использовании на судах тяжелого топлива применяется двухтопливная система. Пуск двигателя из холодного состояния осуществляется на дизельном топливе с переключением на моторное (тяжелое) топливо после прогрева двигателя. На странице 19 приведена схема двухтопливной системы двигателя.

Вместимость цистерн, м3:

— запасных тяжелого топлива

м3

— коэффициент ходового времени, для танкеров = 0,5

— коэффициент использования автономного котла =

— плотность топлива, для моторного = 930 кг/м3

— продолжительность автономного плавания, ч.

— запасных дизельного топлива

для дизельного топлива 860 кг/м3

— расходных (расходно-отстойных) для главных двигателей

м3

— расходных для вспомогательных двигателей

м3

— расходных для вспомогательных автономных котлов

м3

— сточной

м3

— суммарная мощность всех дизелей СЭУ, кВт

— аварийного запаса топлива

м3

1,1 — коэффициент, учитывающий «мертвый» запас топлива

8, 12, 4, 24 — регламентируемая продолжительность потребления топлива из соответствующих цистерн, ч.

Для перекачки топлива из запасных цистерн в расходные должны быть предусмотрены топливоперекачивающий насос с механическим приводом и резервный ручной насос. При наличии сепаратора топлива в качестве резервного изредка используется насос сепаратора. На судах с суточным расходом топлива менее 1 т допускается устанавливать один ручной насос.

В соответствии с требованиями Правил Речного Регистра Р Ф подача насоса для перекачивания топлива из запасных цистерн в расходные определяется:

м3/ч

м3/ч

м3/ч

ч. — время заполнения расходной (расходно-отстойной) цистерны

Производительность сепаратора определяется из условия очистки суточной потребности топлива за 812 ч:

м3/ч

, — плотности моторного и дизельного топлив соответственно.

Поверхность теплопередачи подогревателя топлива определяется:

м3

— требуемое повышение температуры топлива,

— общий коэффициент теплопередачи от воды к топливу, кВт/(м2К)

— среднелогарифмическая разность температур для противоточных топливоподогревателей,

= 10 и = 25- разность температур горячей воды и топлива на

входе и выходе из подогревателя.

кДж/(кг•К) — теплоемкость топлива

Выбор насоса производится по таблице в приложении 18. Выбираем насос для главного двигателя марки ШФ8−25−5,8/4Б-12, производительностью 5,8 м3/ч, номинальной мощностью 1,4 кВт, тип электродвигателя 2ДМШМ112S4, мощностью 2,2 кВт, работает на переменном токе, cosц = 0,8. Насос для вспомогательного двигателя марки ШФ2−25−1,4/16Б-12, с подачей 0,5 м3/ч, номинальной мощностью 1,4 кВт, тип электродвигателя 2ДМШМ112S4, мощностью 2,2 кВт, работает на переменном токе, cosц = 0,8. Насос автономного котла марки ШФ8−25−0,8 /16Б-12, с подачей 0,8 м3/ч, номинальной мощностью 0,9 кВт, тип электродвигателя 2ДМШМ112SA6, работает на переменном токе, cosц = 0,64

Выбор сепаратора производится по таблице в приложении 16. Выбираем сепаратор марки СЦ-1,5−4М, производительностью 1,5 м3/ч, электродвигатель — АОМ42−4Щ2, мощностью 3,2 кВт.

Масляная система предназначена для приёма, хранения, очистки и подачи масла к потребителям. В её состав входят: цистерны, маслоперекачивающие насосы, оборудование для очистки (фильтры, сепараторы), подогреватели и система трубопроводов с арматурой и КИП. Масло используется для смазки трущихся деталей главных и вспомогательных механизмов, а также для отвода тепла, выделяющегося при трении, для охлаждения поршней двигателей, для питания систем автоматического регулирования. Каждый двигатель должен иметь независимую масляную систему.

Принципиальная схема масляной установки показана на странице 22. Масло в запасную цистерну 11 принимается с главной палубы (с двух бортов), где размещаются наливные палубные втулки 10. К трубопроводу, выходящему из запасной цистерны, подключены всасывающие магистрали резервного масляного насоса 12 и насоса 13 с ручным приводом. Всасывающие магистрали насосов 12 и 13 через систему трубопроводов и вентилей могут подключаться к трубопроводам цистерны сепарированного масла 14, сточной 20, маслосборников 2 циркуляционной смазочной системы главных дизелей, картеров главных 1 и вспомогательных дизелей 8. Нагнетательные магистрали насосов 12 и 13 через систему трубопроводов и вентилей позволяют раздельно подавать масло в маслосборники 2, в картеры вспомогательных дизелей 8, в нагнетательную магистраль циркуляционного насоса 4, отстойную 15 и сточную 20 цистерны, к упорным подшипникам 22 и при необходимости через палубные втулки 9 на главную палубу для выдачи на берег или другим судам.

Главные дизели 1 имеют циркуляционную смазочную цистерну с «сухим» картером. Масло из картера дизеля отсасывается насосом 3 и подается в маслосборник 2, откуда циркуляционным насосом 4 направляется в фильтр грубой очистки 5 и далее через терморегулятор 6, холодильник 7 или в обход него в главную распределительную магистраль дизеля на смазку и охлаждение узлов последнего.

В случае выхода из строя одного из насосов 3 или 4 включается резервный насос 12.

Вместимость цистерн определяется:

— запасных

м3

и — удельные эффективные расходы масла главного и

вспомогательного двигателей, кг/(кВтч)

— удельная масса масла в сточных цистернах или картерах дизелей,

для тихоходных = 2,7 кг/кВт

= 900 кг/м3 — плотность масла

— циркуляционных (маслосборников) главных двигателей

м3

— циркуляционных (маслосборников) вспомогательных двигателей, для них

как для быстроходных дизелей

м3

— расходных (или сепарированного масла)

м3

м3

— сточных и отстойных

м3

Подачи насосов, м3/ч:

— резервного циркуляционного

м3/ч

СМ — теплоёмкость масла, принимаемая 2?2,2 кДж/(кгК);

tМ — разность температур масла на входе и выходе из дизеля, принимаемая равной 6?12 С

— маслоперекачивающего (для заполнения расходных цистерн)

м3/ч

м3/ч

Производительность сепаратора QСМ определяется из условия обеспечения необходимой кратности очистки масла:

м3/ч

— кратность очистки масла

VЦМ — суммарная вместимость маслосборников главных и вспомогательных двигателей, м3

С = 8?12 ч. — время работы сепаратора в сутки

Выбираем два маслоперекачивающих насоса марки ШФ2−25−1,4/16Б-12, с подачей 1,4 м3/ч, мощностью 1,4 кВт, тип электродвигателя 2ДМШ112S4, мощностью 2,2 кВт, работает на переменном токе, cosц = 0,8. Один резервный циркуляционный насос марки Н1В50/5−25/5К-Рп, с подачей 25 м3/ч, тип электродвигателя 4А160S6, работает на переменном токе, cosц = 0,86.

Выбираем сепаратор марки НСМ-2, производительностью 0,5 м3/ч, мощностью 2,2 кВт.

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

В дизельных установках система водяного охлаждения, как правило, двухконтурная. Вода внутреннего контура охлаждает двигатели, а в открытом внешнем контуре через водяной и масляный охладители (холодильники) прокачивается забортная вода. Циркуляция воды в системе охлаждения осуществляется обычно центробежными насосами.

Принципиальная схема системы охлаждения показана на странице 25. Вода внутреннего контура насосом 26, навешенным на дизель 28, по распределительной трубе 27 подается в зарубашечное пространство дизеля и турбокомпрессора 29. Нагретая вода направляется из дизеля и турбокомпрессора в терморегулятор 8, который в зависимости от температуры воды распределяет ее поток в холодильник 9 и на перепуск. После водяного холодильника оба потока смешиваются и поступают во всасывающую магистраль насоса 27. Наиболее высоко расположенные на турбокомпрессоре и дизеле участки трубопровода внутреннего контура соединены трубами 1, 2 с расширительной цистерной 3, которая сообщается с атмосферой. Расширительная цистерна обеспечивает по трубопроводу 6 отвод паров воды и воздуха из системы водяного охлаждения, по трубопроводам 5 и 4 — пополнение воды во внутреннем контуре и ее слив при переполнении цистерны.

Прием забортной воды осуществляется через днищевой и бортовой кингстоны, расположенные в ящиках забортной воды 20, 16, соединенных трубопроводом. Забортная вода через фильтр 19 подается насосом внешнего контура 25, навешенным на дизель последовательно в холодильники надувочного воздуха 12, масла 10 и охлаждающей воды внутреннего контура 9, а затем по трубе 7 сливается за борт или по трубе 15 — в ящик забортной воды. В трубопроводе 23 циркулирует масло смазочной системы дизеля, а трубопроводе 13 — надувочный воздух. Забортной водой охлаждаются компрессоры 11. По трубопроводу 30 вода поступает на охлаждение подшипников валопровода, смазку дейдвудной трубы.

В случае выхода из строя насоса внутреннего контура 26 забортная вода насосом 25 будет подаваться ко всем потребителям и через трехходовой клапан по трубе 24 — в распределительную трубу 27. Из дизеля по трубе 7 вода направляется за борт или в ящик забортной воды.

Вспомогательный дизель имеет независимую систему водяного охлаждения и отдельную расширительную цистерну. Забортная вода к нему подводится по трубопроводу 17. Трубопровод 18 служит для подачи воды в систему водоснабжения судна.

В качестве резервного может быть использован насос, который подает воду по трубопроводу 21.

Подача насосов:

— внутреннего контура

м3/ч

м3/ч

— внешнего контура

м3/ч

м3/ч

атв = - доля теплоты, отводимая водой для тихоходных ДВС

атм = 0,08 — доля теплоты, отводимая маслом

Св = 4,19 кДж/(кгК) и Са = 3,98 кДж/(кгК) — теплоемкости пресной воды

внутреннего контура и забортной воды внешнего контура.

в = 1000 кг/м3 и, а = 1020 кг/м3 — плотности воды внутреннего контура и

забортной воды соответственно.

tв = и tа =- разности температур во внутреннем контуре на

выходе и входе в дизель и во внешнем контуре на выходе и входе в

холодильник.

В целях унификации м3/ч; м3/ч;

Поверхность охлаждения водяного холодильника:

м2

м2

kТВ = кВт/(м2К) коэффициент теплопередачи от воды к воде для пластинчатых холодильников.

— среднелогарифмическая разность температур для противоточных холодильников.

tВ`= и tВ``=- температуры воды во внутреннем контуре на выходе из дизеля и холодильника.

tа`= и tа``=- температура забортной воды на входе и выходе из водяного холодильника.

Выбираем насосы:

— для системы охлаждения главного двигателя — марки НЦВ 40/20 с подачей 40 м3/ч; тип электродвигателя — П32М, мощностью 4,2 кВт, работает на переменном токе.

— для системы охлаждения вспомогательного двигателя — марки НЦС-3 с подачей 8 м3/ч; тип электродвигателя — АО2−32−2, мощностью 4 кВт.

Система сжатого воздуха предназначена для обеспечения пуска главных и вспомогательных двигателей, подачи звукового сигнала, подпитки пневмоцистерн и работы пневматических систем автоматического регулирования и управления. В её состав входят компрессоры, пусковые и тифонные баллоны, баллоны для технологических и хозяйственных нужд и система трубопроводов с арматурой и КИП. Принципиальная схема системы сжатого воздуха показана на странице 28.

Вместимость баллонов:

— пусковых

м3

м3

= м3/м3 — удельный расход свободного воздуха на 1 м³ объема

цилиндра дизелей при пуске.

м3 — рабочий объем цилиндра.

м3

Пр = 12 — число последовательных пусков и реверсов двигателя, для

реверсивного двигателя.

Пр = 6 — для нереверсивного двигателя.

pо = 0,098 МПа — давление окружающей среды

pб1 = МПа и pб2 = МПа — начальное давление воздуха в баллоне после его заполнения и нижний его предел, при котором еще возможен пуск двигателя.

— для тифона

м3

kн = 0,128 — коэффициент насыщения сигналами

м3/мин — расход тифоном свободного воздуха

и — начальное давление воздуха в баллоне после его заполнения и нижний его предел, при котором еще возможна подача сигнала

мин — продолжительность подачи сигнала.

По Правилам Речного Регистра Р Ф число пусковых баллонов должно быть не менее двух для каждого главного двигателя и одного — для вспомогательного двигателя, где Vб — ёмкость пускового баллона по ГОСТ 9731–79 или ГОСТ 999–73, баллоны нужной емкости — приложение 14.

м3

м3

Выбираем баллоны для главных двигателей объёмом, 0,25 м³, рабочее давление 3 МПа, габариты — 465×1635×221 (длина, мм., ширина, мм., масса, кг.). Для вспомогательных двигателей объемом 0,08 м³, рабочее давление 3 МПа, габариты — 377×1020×110.

Подача компрессора:

м3/ч

Выбираю компрессор марки 22К-45/32 с подачей 45 м3/ч, давление нагнетания 3,1 МПа, мощность приводного электродвигателя 10,2 кВт, масса 700 кг.

Сжатый воздух, в ходовом и стояночном режиме от компрессора 22К-45/32, подается через маслоотделитель 2 в четырнадцать баллонов, один из которых (позиция 5) на 80 л, шесть (две группы по три баллона 1) по 250 л и три (позиция 3) по 40 л. Для пуска главных двигателей используются все группы баллонов 1 по 250 л, поставляемых с двигателями, баллон 5 на 80 л. Служит для подачи воздуха к тифону, к пневмоцистернам, пневмоустройствам утилизационных котлов и т. д. Наполнение его производится от компрессора или от одной из групп баллонов 1 по 250 л. Баллоны 3 предназначены для пуска вспомогательных двигателей. Шесть баллонов 1 и три баллона 3 наполняются воздухом давлением 3 МПа, один баллон 5 для тифона наполняется воздухом давлением 3 МПа через редукционный клапан 6. Из магистрали тифона воздух редуцируется до 0,25 МПа и подается к пневмоцистернам и на хозяйственные нужды.

Система газовыпуска предназначена для отвода в атмосферу выпускных газов от главного и вспомогательного двигателей, котлов и камбуза.

В состав газовыпускной системы входят газовыпускные трубы на каждый главный и вспомогательный двигатель и автономный котёл, компенсаторы, изоляция, глушители и искрогасители.

Площадь сечения газовыпускных трубопроводов FТ определяется:

м2

м2

м2

и — коэффициент избытка воздуха для сгорания для мало и среднеоборотных дизелей и автономных котлов соответственно.

L0 = 14,3 кг — теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива

R = 0,287 кДж/(кг•К) — газовая постоянная продуктов сгорания

Т = 537?773К и Т = 423?573К — температура выпускных газов за дизелями и автономными котлами соответственно

VГ — допустимая скорость движения газов в трубопроводе, принимаемая равной для четырёхтактных дизелей 30−45 м/с, для автономных котлов — 20−25 м/с;

р = (1,03?1,04)•100 кПа — допустимое давление в трубопроводе

Диаметры трубопроводов:

м

м

м

РАСЧЕТ НАГРУЗКИ НА СУДОВУЮ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЮ И ВЫБОР ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРА

По Правилам Регистра в качестве основного следует принимать переменный ток напряжением 400 или 230 В частотой 50Гц. Решающее значение при выборе рода тока имеет род тока у основных потребителей.

При расчете судовой электростанции учитываются следующие коэффициенты:

— коэффициент использования мощности электродвигателей потребителей

PП и Pd — номинальные мощности потребителя и его электродвигателя, кВт;

kз — коэффициент загрузки потребителя;

— коэффициент одновременности работы потребителей;

nУР и nУ — количество одноимённых потребителей, работающих на режиме и установленных на судне;

коэффициент общей одновременности, который можно принимать равным:

— для постоянно работающих потребителей Кос = 0,9;

— для периодически работающих потребителей Коп = 0,6;

— для эпизодически работающих потребителей Коэ = 0,3.

Потребляемая мощность одноимённых потребителей определяется:

активная, кВт

тоже на режиме, кВт

реактивная, квар

тоже на режиме, квар

Суммарная мощность потребителей на режиме:

— постоянно работающих активная, кВт реактивная

— периодически работающих активная

реактивная

— эпизодически работающих активная

реактивная

— всех с учётом потерь в сети активная

реактивная

и, и, и — суммы активной и реактивной мощности постоянно, периодически, эпизодически работающих на режиме групп потребителей, соответственно в кВт и квар.

Суммарные мощности всех потребителей на режиме определяются путем суммирования всех мощностей потребителей для постоянно, периодически и эпизодически работающих отдельно и записываются в нижней части таблицы для каждого режима работы.

Полная мощность на режиме, кВ·А:

судно энергетический установка винт

Выбор источника тока

Количество и мощность электрогенераторов выбирают по Робщ, если

Робщ/Sобщ > 0,8 и по Sобщ, если Робщ/Sобщ < 0,8. Единичная мощность генератора определяется по наименее нагруженному режиму, а их количество — по максимально нагруженному режиму. При этом необходимо, что бы число генераторов и их типоразмеров было минимальным, а их загрузка, на всех режимах составляла не менее 70%. На каждом режиме (кроме аварийного) в резерве необходимо иметь не менее одного генератора, мощность которого обычно принимается равной мощности основного.

При выборе генераторов можно ориентироваться на те же приоритеты, что и при выборе главных двигателей, имея в виду, что генераторы на речных судах обычно используются в составе единого агрегата с нереверсивными четырехтактными дизелями повышенной оборотности или высокооборотными двигателями — дизель-генераторов.

В нашем случае Робщ/Sобщ < 0,8=0,71, значит, выбираем по Sобщ. Электростанцию оставляем старую, в количестве три штуки. Тем самым мы обеспечиваем необходимое количество мощности для бесперебойной работы судна и экономим место в машинном отделении. Марка дизель-генератора ДГР100/750, мощность 110 кВт.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СУДОВОГО ВАЛОПРОВОДА

По Правилам Регистра валы судовых валопроводов должны изготовляться из стальных поковок с временным сопротивлением 430−690 МПа. В качестве материала для валов можно использовать сталь Ст5 с временным сопротивлением в = 500−640 МПа и пределом текучести т = 260−290 МПа.

Диаметры валов для СЭУ с 4х-тактными главными двигателями должны быть не менее:

— промежуточного

мм

nв — частота вращения вала, об/мин

k — коэффициент, учитывающий неравномерность крутящего момента

k = q (a-1); q = 0,4 для 4х-тактных ДВС; а — отношение максимального индикаторного крутящего момента к среднему индикаторному крутящему моменту, а = 2,15 — для шестицилиндровых двигателей.

— упорного в районе упорного гребня

мм

— гребного

мм

k — коэффициент для гребных валов; k = 10 — для гребных валов без сплошной облицовки

Dв — диаметр винта, м

Расстояние между опорными подшипниками должно быть не белее:

м.

Расчет валов на прочность

Расчет валов на прочность производится по приведенным напряжениям.

— напряжения кручения, МПа

, — номинальная мощность, передаваемая валом, кВт

— запас прочности, для гребного вала = 3,15

— наибольшие нормальные напряжения сжатия, МПа

— напряжения сжатия от упора движителя, МПа

— упор движителя, кН

— наибольшие напряжения при изгибе, МПа

— максимальный изгибающий момент на гребном вале, кНм при расположении винта на консоли l2

— длина консоли, м

Расчет гребного вала.

V = 19,57 км/ч = 5,44 м/с

МПа

м

МПа

МПа

кВт

МПа

Условие прочности для гребного вала выполняется.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЦЕНТРА ТЯЖЕСТИ МАШИННОГО ОТДЕЛЕНИЯ

Определение положения центра тяжести МО обычно производится в системе трех плоскостей. В курсовом проекте расчет координат положения центра тяжести МО можно выполнять только относительно диаметральной плоскости (ДП) с учетом основного оборудования МО с помощью следующего выражения:

Где Y-координата центра тяжести МО относительно ДП, м;

статический момент i-го оборудования относительно ДП, м.

масса i-го механизма или оборудования, кг.

координата центра тяжести i-го механизма или оборудования относительно ДП, м.

По результатам расчета в конце данного раздела производится определение полной удельной сухой массы судовой энергетической установки, полной относительной массы и дается заключение о приемлемости положения центра тяжести МО относительно ДП судна.

полная удельная сухая масса судовой энергетической установки

полная относительная масса судовой энергетической установки

%

где сухая масса энергетической установки

Наименование механизмов и оборудования

Масса, кг

Координата центра тяжести, м

Статический момент

1

Главный двигатель п.б.

17 000

-3

-51 000

2

Главный двигатель л.б.

17 000

3

51 000

3

Дизель-генератор 1

2200

-2

-4400

4

Дизель-генератор 2

2200

2

4400

5

Дизель-генератор 3

2200

0

0

6

Компрессоры

300

4,5

1350

7

Сепаратор топлива

220

-3

-660

8

Сепаратор масла

265

-2,6

-690

9

Баллоны сжатого воздуха для ГД п.б.

221

-1,5

-331,5

10

Баллоны сжатого воздуха для ГД л.б.

221

1,5

331,5

11

Баллон сжатого воздуха для ВД 1

110

-0,7

-77

12

Баллон сжатого воздуха для ВД 2

110

0

0

13

Баллон сжатого воздуха для ВД 3

110

0,7

77

14

Автономный котел

380

0

0

кг;;

Полная удельная сухая масса судовой энергетической установки:

кг/кВт

Полная относительная масса судовой энергетической установки:

%

Центр тяжести машинного отделения лежит на ДП, что приводит к отсутствию кренящих статических моментов.

ВЫБОР СХЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ СУДНА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЕЙ И ТЕПЛОМ

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

Эффективность установки при различных схемах энергообеспечения

Схема тепло- и электрообеспечения судна

Значения

е

хb

хк

ху

1

ДГ + УК + АК

1

1

1

0,328

2

ДГ + УК

1

0

1

0,325

3

ДГ + АК

1

1

0

0,315

Принятые обозначения: ДГ — дизель — генератор; АК — автономный котел; УК — утилизационный котел.

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

— эффективный КПД установки считается по формуле:

;

Из анализа полученных данных, следует, что наиболее эффективной схемой снабжения судна электроэнергией и теплом является схема ДГ+УК+АК.

СОПОСТАВЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК СУДНА И ПРОЕКТА

Для оценки правильности принятых в курсовом проекте решений необходимо произвести сопоставление спроектированной и существующей установок по указанным в таблице показателям, значительная часть которых была определена в предыдущих разделах пояснительной записки. Расчеты остальных показателей спроектированной установки необходимо выполнить с помощью формул, приведенных ранее.

Сводная таблица показателей энергетических установок

Наименование параметра, единица изменения

Числовое значение

Судно

Проект

Тип судна

М-СП (лед.)

М-СП (лед.)

Грузоподъемность, т

2100

2100

Скорость с полным грузом (с составом), км/ч

19

19,57

Главные двигатели

Марка

6НВД48А2У

6ЧРН30/38

Количество

2

2

Номинальная эффективная мощность, кВт

640

736

Род топлива

Тяж.

Тяж.

Удельный эффективный расход топлива, кг/кВт*ч

0,224

0,204

Тип главной передачи

прямая

прямая

Валогенераторы

-

-

Дизель-генераторы

Марка

ДГР100/750

ДГР100/750

Количество

3

3

Номинальная эффективная мощность, кВт

110

110

Род топлива

Диз.

Диз.

Удельный эффективный расход топлива, кг/кВт*ч

0,224

0,224

Вспомогательные автономные котлы

Марка

КСВВ 1000/5

КСВВ 1000/5

Количество

1

1

Расход топлива, кг/ч

24,9

24,9

Тепло-производительность, кДж/ч (кг/ч)

839 000

839 000

Утилизационные котлы

Марка

Количество

1

1

Тепло-производительность, кДж/ч (кг/ч)

625 000

6250

Габариты машинного отделения, м

Длина

19,61

19,61

Ширина

14

14

Эффективная мощность главной ЭУ, кВт

1280

1472

Энергооснащенность, кВт

0,384

0,4

Энергооснащенность по отношению к

Длине МО, кВт/м

82,1

91,8

Площади МО, кВт/м

5,86

6,56

Энергоемкость работы судна, кДж/т*км

115,5

129

Эффективный КПД установки

0,30

0,42

Абсолютный КПД установки

0,495

0,38

КПД судового комплекса

0,182

0,2

КПД энергетического комплекса

0,36

0,38

Расчет указанных параметров:

Энергооснащенности судна проекта 621:

Энергооснащенности по отношению к:

— длине машинного отделения (МО):

= (+)/Lмо = 1802/19,61 = 91,8 кВт/м

— площади машинного отделения:

= (+)/Sмо = 1802/274,54= 6,56 кВт/м

Энергоемкости работы судна:

е = (3600)/() = ()/() = 129 кДж/т

Абсолютного коэффициента полезного действия судовой установки:

КПД судового пропульсивного комплекса:

КПД энергетического комплекса:

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте была поставлена задача модернизировать танкер проекта 621 с целью повышения скорости его движения на 3%. Было выполнено следующее:

1. Выбран двигатель для судна и обоснован его выбор. В ходе проведённых расчётов вместо двигателя 6НВД48А2У мы выбрали 6ЧРН30/38, исходя из того, что у него самый высокий комплексный показатель качества. Так же он выгоден тем, что имеет меньший расход масла и топлива, КПД судового комплекса у него больше. Таким образом, после расчётов было выявлено, что двигатель марки 6ЧРН30/38 наиболее полно отвечает требованиям по мощности, ресурсу, расходу топлива и т. п.

2. Рассчитана котельная установка и определены потребности тепла на судовые нужды. Наиболее распространенными источниками теплоты на судах являются котельные установки. В котельной установке могут быть предусмотрены раздельное использование автономных и утилизационных котлов или их блокировка для совместной работы. В этом случае применяют однотипные паровые или водогрейные автономные и утилизационные котлы.

После расчета было установлено, что котельная установка судна удовлетворяет расчетным требованиям и ее замену можно не производить.

3. Были рассчитали системы обслуживающие СЭУ. Для обеспечения нормальной работы, двигатели и котельная установка оборудуются топливной, масляной системами, системами водяного охлаждения, сжатого воздуха, газовыпуска. Расчет параметров основных элементов этих систем позволил определить необходимые запасы топлива, масла и воздуха для беспрепятственного функционирования судовых агрегатов и механизмов в условиях запланированного автономного плавания. А так же для каждой системы были выбраны необходимые и более экономичные составляющие. Такие как: насосы, сепараторы, компрессоры, баллоны.

4. Была рассчитана судовая электростанция. По результатам мы определили, что дизель-генераторы менять не нужно. Тем самым мы обеспечиваем необходимое количество мощности для бесперебойной работы судна и экономим место в машинном отделении. Марка ДГР100/750, мощностью 110кВт, частота вращения 750 мин??.

5. Рассчитан валопровод и найдены диаметры упорного вала (dу = 160 мм) и гребного вала (dг = 180 мм). Произведён расчёт этих валов на прочность. Результаты удовлетворяют запасу прочности. Необходимый запас по критической частоте вращения обеспечен. Также обеспечен необходимый запас по продольной устойчивости.

6. Составлена сводная таблица показателей энергетических установок, из которой можно сделать вывод, что проделанная работа по расчётам и замене главного двигателя, электростанции, усовершенствования составляющих общесудовых и дизельных систем значительно улучшило работу как двигателей, так и судна в целом.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. «Судовые энергетические установки» — Хандов А. М. Иванченко А.А.

2. «Судовые энергетические установки и техническая эксплуатация флота» — Конаков Г. А. Васильев В.В.

3. Справочник по серийным речным судам, том 8.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой