Проектування енергетичної установки судна

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова

Херсонська філія

Кафедра суднового машинобудування та енергетики

Курсова робота

з дисципліни: "Суднові енергетичні установки"

Виконав: студент групи 5218 з

Карловський В.В.

Перевірив: доцент, к.т.н.

Горячкін А.В.

Херсон 2010



Завдання на виконання курсової роботи з дисципліни "Суднові енергетичні установки"

Вступ

Стисла інформація про судно

Загальні відомості про енергетичну установку

Розташування приміщень енергетичної установки на судні

Основне комплектуюче устаткування суднової енергетичної установки:

Головний двигун

Головні суднові передачі, муфти, валопроводи та рушій

Суднова електростанція

4.4. Допоміжна та утилізаційна котельні установки

4.5. Опріснювальна установка

Структурна схема енергетичної установки

Режими роботи судна та суднової енергетичної установки

Розрахунок потоків енергії в СЕУ на основних режимах роботи



Зміст

Вступ

1. Загальна характеристика судна

1.1 Призначення та основні характеристики судна

1.2 Елементи головної і допоміжної енергетичних установок судна-прототипу

1.3 Характеристика суднових пристроїв

1.4 Характеристика суднових систем

2. Проектування головної пропульсивної установки

2.1 Вимоги до енергетичної установки судна

2.2 Вибір схеми та типу передачі енергетичної установки

2.3 Вибір головного двигуна

2.4 Визначення головних елементів валопроводу

3. Проектування допоміжної установки

3.1 Розрахунок потужності суднової електростанції

3.1.1 Вибір типу і кількості генераторів і їхніх приводів

3.2 Допоміжна котельна установка

3.2.1 Призначення допоміжної котельної установки

3.2.2 Визначення необхідної продуктивності, кількості і типу парогенераторів

3.3 Вибір утилізаційного парогенератора

3.3.1 Призначення утилізаційної котельної установки

3.3.2 Розрахунок можливої паропродуктивності утилізаційного парогенератора

3.4 Вибір опріснювальної установки

3.4.1 Призначення опріснювальної установки

3.4.2 Визначення можливої продуктивності ВОУ

4. Розробка теплової системи та розрахунок теплових потоків

4.1 Розрахунок потоків теплоти в головному двигуні

4.2 Розрахунок потоків теплоти в дизель-генераторі

4.3 Розрахунок утилізаційного котла

4.4 Розрахунок опріснювальної установки

4.5 Розрахунок перетворення отриманої потужності ГД в упор

4.6 Розрахунок коефіцієнтів корисної дії та використання теплоти СЕУ

5. Розташування механізмів устаткування в МВ судна

5.1 Загальні принципи розташування механізмів і устаткування

5.1.1 Розташування головних і допоміжних механізмів та іншого устаткування

5.1.2 Розташування постів керування

5.2 Вимоги Правил Регістру до розміщення устаткування

Список літератури



Вступ

енергетичний установка судно двигун

Суднова енергетична установка (СЕУ) - складний комплекс функціонально взаємопов'язаних елементів енергетичного устаткування, машин та механізмів, призначених для вироблення механічної, електричної, теплової та інших видів енергії, необхідної для задоволення всіх суднових потреб.

До складу СЕУ входять головний та допоміжний комплекси і установки.

Головною енергетичною установкою вважають ту частину СЕУ, що забезпечує рух судна. Цю частину називають також пропульсивною установкою (ПУ). Головна установка складається з машин та механізмів, за допомогою яких енергія виробляється та передається судновому рушію для забезпечення руху судна.

На транспортних суднах та кораблях на рух може витрачатися 80-90% всієї виробленої енергії. На суднах технічного флоту (землечерпалках, землесосах, плавучих самохідних кранах та ін.) сумарна потужність основних технічних засобів (рефулерних насосів, підйомних кранів) може перевищувати потужність, необхідну для руху судна. В цих випадках головною є ЕУ, що виробляє енергію для основних технічних засобів.

Основні елементи, що входять до складу головної ЕУ, називаються головними. Таким чином, головна енергетична установка складається з: головних двигунів, головних установок для вироблення пари, головних передач, суднових валопроводів, суднових рушіїв, системи дистанційного автоматичного управління (ДАУ) головними двигунами та електрогенераторами; механізмів автоматизованого централізованого контролю параметрів; механізмів, теплообмінних апаратів та інших пристроїв, які забезпечують роботу головних генераторів робочих тіл та головних двигунів ПУ (наприклад, насоси, маслоохолодники та ін.).

Як головні можуть бути використані дизельні, газотурбінні та паротурбінні двигуни. У табл. 1.1 наведені дані про характерне співвідношення між різними типами головних двигунів, які встановлюються на морських суднах. В одній установці можуть застосовуватися як головні двигуни різних типів.

Паростворюючими установками на суднах звичайно виступають парові котли, що працюють на органічному паливі, та парогенератори в ядерних установках.

Передачами називають пристрої, через які енергія головних двигунів передається судновому валопроводу. Передачі бувають механічними, гідравлічними та електричними.

Судновий валопровід передає механічну енергію від кормового фланця передачі або двигуна до рушія. Валопровід складеться з упорного, проміжного, дейдвудного та гребного валів; упорного, опорного та дейдвудного підшипників; переборкових ущільнень; гальма, спеціальних пристроїв.

Як рушії застосовуються гребні гвинти фіксованого (ГФК) та регульованого кроку (ГРК), водометні та крильчасті рушії.



1. Загальна характеристика судна

1.1 Призначення та основні характеристики судна

Судно призначене для перевезення сирої нафти і нафтопродуктів. Передбачено одночасне перевезення до семи сортів нафтопродуктів з можливістю вивантаження кожного з них у різних портах.

Район плавання - необмежений.

Тип судна - одногвинтовий, однопалубний, дизельний танкер з подвійними бортами, подвійним дном, однією продольною переборкою у танковій частині, з кормовим розташуванням машинного і насосного відділень, житлових і службових приміщень, з бульбовою формою носового краю і крейсерською кормою, зрізаної в надводній частині по типу транця і потоконаправляючим крилом, встановленим у кормовому краї на ЛБ.

Судно будується за Правилами Регістра на клас КМ Л4[1]А2 (нафтоналивне) і задовольняє Нормам, Правилам, Конвенціям, Резолюціям і Стандартам, що діють на момент підписання Контракту.

Головні розміри:

- довжина найбільша 182,14 м;

- довжина між перпендикулярами 168,18 м;

- ширина найбільша 25,3 м;

- висота борта в районі танкової частини 18,0 м;

- висота борта в кормовому краї 15,0 м;

- осаду по літню вантажну марку 11,35 м.

Водотоннажність судна в морській воді щільністю 1,025 т/м³ при специфікаційній осадці 11,35 м складає 40600 т. Дальність плавання по запасах палива, мастила і води складає 10500 миль. Додатково передбачені ємкості для запасів палива, що збільшують дальність плавання до 12600 миль за рахунок зменшення вантажопідйомності.

Морехідні якості

Остійність судна при всіх експлуатаційних випадках завантаження задовольняє вимогам Регістра для судів необмеженого району плавання.

Швидкість судна на іспитах при посадці на рівний кіль і експлуатаційній осадці 11,35 м на глибокій воді при хвилюванні моря не більш 2-х балів і вітрі не більш 3-х балів по Бофорту і свіжопофарбованому корпусі, потужності ГД переданої на гвинт, що складає не більш 90% специфікаційної максимальної тривалої потужності, при частоті обертання гребного гвинта 111 хв-1, складає 14,5 вузла.

1.2 Елементи головної і допоміжної енергетичних установок судна-прототипу

В якості головного двигуна (ГД) встановлений дизель побудований по ліцензії фірми "Бурмейстер і Вайн" типу 6ДКРН60/195-10. Це двотактний, реверсивний, крейцкопфний, з газотурбінним наддуванням, постійним тиском газів перед турбіною з вмонтованим упорним підшипником. Дизель обладнано системою дистанційного автоматизованого керування, а також засобами автоматизації, що забезпечують його безвахтове обслуговування. Керування дизелем здійснюється дистанційно з центрального поста керування і дистанційно-автоматизованно з навігаційної рубки.

Основні характеристики дизеля:

- число циліндрів 6;

- діаметр циліндра 600 мм;

- хід поршня1950 мм;

- максимальна (номінальна) тривала потужність (МТП)9370 кВт;

- частота обертання при МТП111 об/хв.

Суднова електростанція (СЕС) складається з трьох дизель-генераторів 6М20 фірми "КРУПП МАК" потужністю по 880 кВт кожний, перемінного струму напругою 400 В и частотою 50 Гц. Дизель-генератори автоматизовані по II ступеню ГОСТ 14228-80.

Аварійна електростанція складається з одного дизель-генератора АДГР 200/500, потужністю 200 кВт. АДГ розташований у спеціальному приміщенні на шлюпковій палубі. В якості привода АДГ застосований дизель марки 12ЧН15/18. Пуск АДГ здійснюється автоматично від акумуляторних батарей при зникненні напруги в щитах ГРЩ. Передбачено резервний пуск АДГ стисненим повітрям з місцевої поста керування.

До складу допоміжної котельної установки (ДКУ) входять два автоматизованих котли західного виробництва з природною циркуляцією.

Основні характеристики котлів:

номінальна продуктивність 8 т/г;

номінальний тиск пари 0,7 МПа;

Котли автоматизовані на клас А2 Регістру.

З метою утилізації тепла вихлопних газів головного двигуна встановлений утилізаційний, водотрубний котел із примусовою циркуляцією, з іскрогасником сухого типу.

Основні характеристики утилізаційного котла:

- продуктивність при експлуатаційній потужності головного двигуна 7940 кВт 1,1 т/г;

- тиск пари в сепараторі 0,8 МПа;

- труби утиль-котла без ребер.

Допоміжний та утилізаційний котли укомплектовані устаткуванням, механізмами й апаратами, що забезпечують їхню роботу без несення постійної вахти в МКВ.

Валопровід складається з гребного, проміжного та упорного валів, опорних підшипників ковзання, дейдвудного пристрою з підшипниками на масляному змащенні з ущільненням "Нептун", гребного гвинта з обтічником, та гальма. Провертання валопроводу виконується валоповоротним пристроєм ГД.

Вали виготовлені з вуглеродистої сталі.

В якості рушія на судні передбачено один гребний гвинт фіксованого кроку. Гребний гвинт - чотирьохлопатевий, діаметром 5,73 м. Лопати, маточина й обтічник виготовлені з високоміцної бронзи.

1.3 Характеристика суднових пристроїв

Якірний пристрій.

Судно постачене трьома якорями Холу масою 7000 кг кожен, один із яких запасний. Двома якірними ланцюгами підвищеної міцності калібром 73 мм довжиною по 300 м кожна. Віддача і підйом, якорів здійснюється брашпілями гідравлічних швартовних лебідок.

Швартовний і буксирний пристрій.

Для швартування на судні передбачені швартовні кнехти, роульси, клюзи спеціальні з роульсами і клюзи панамські литі бортові і палубні. Підтягування судна до причалів і вибирання швартовів здійснюється шістьма електрогідравлічними автоматичними швартовними лебідками, установленими на палубі бака (2 шт), у кормі на верхній палубі (2 шт) і в середній частині на ВП (2 шт), для буксирування судна передбачені на баці й у кормі по одному подвійному панамському клюзі і по два кнехта.

Кермовий пристрій.

На судні встановлене одне напівбалансирне напівпідвісне кермо профілю NACA, площею 26 м². Перекладка керма здійснюється електрогідравлічною кермовою машиною типу Р18МЗ. Керування кермовою машиною здійснюється автокермовим "Аист 1-10" з навігаційної рубки і ручне керування з румпельного приміщення. У румпельному приміщенні передбачена стаціонарна цистерна запасу мастила, залишкова для перезаправлення гідросистеми кермового приводу, включаючи її резервуар.

Вантажний пристрій.

Судно постачене одним судновим краном типу 1032-2, вантажопідйомністю 3,2 т і одним судновим електрогідравлічним краном КЗГ 12518, вантажопідйомністю 125/48. Кран встановлений у корму від димаря на правому борті. Кран призначений для спуска і підйому робочого плоту, робочої шлюпки, сходні, навантаженню провізії і КВПу з пірса і подачі шлангів до кормового вантажного колектора.

Шлюпковий пристрій і такелаж.

На судні встановлені безвантові сигнальні фок- і грота-щогли для несення сигнальних пристроїв і радіонавігаційного устаткування і щогла для радіоантени. Для підйому державного прапора на кормі установлений флагшток.

Пристрій забортного трапа і сходні.

На верхній палубі симетрично побортно встановлені трапи довжиною 12 м і шириною 630 мм. Забортні трапи виконані з аллюминиево-магниевого сплаву з евольвентними сходинками, з поворотною верхнєю площадкою і що завалюється леерным огородженням. Спуск, підйом, підтримка, і завалювання забортних трапів здійснюється електролебідками. На кормовій вантажній площадці встановлена сходня довжиною 8 м у середній частині (у районі крана) установлена сходня довжиною 12,5 м. Вивалювання сходень здійснюється кранами.

1.4 Характеристика суднових систем

Осушувальна система

Для осушення машинного відділення, у випадках передбачених Конвенцією по запобіганню забруднення моря нафтою, передбачені два осушно-баластових насоси подачею 100 м³/год при напорі 0,3 МПа. Для очищення льяльних вод у МВ передбачений сепаратор нафтоутримуючих льяльних вод, осушення платформ МВ здійснюється спуском води через шпігати в стічні колодязі. Осушення вантажного насосного відділення виконується у відстійний танк паровим поршневим насосом.

Баластова система.

Для заповнення і відкачки баласту з форпіка і танків ізольованого баласту передбачена баластова система. Система забезпечує прийом баласту до рівня ватерлінії самоналивом. Відкачка баласту виконується через бортові відливні патрубки.

Система питної води.

На судні передбачена система питної води, яка призначена для прийому, збереження і подачі до споживачів камбузного і медичного блоків, буфетним і водорозбірним колонкам питної води. Для постачання камбузного і медичних блоків, буфетних гарячою водою і питною водою на судні передбачений автоматизований ємнісний пароелектричний водонагрівач. Робота системи питної води автоматизована.

Система митьєвої води.

На судні передбачена система митьєвої води, призначена для прийому, збереження в подачі прісної води до умивальників, душовим, пральням. Митьєва вода знезаражується бактерицидними лампами. Запас прісної митьєвої води в цистернах ємністю 210 м³. Для постачання умивальників, душових, пралень гарячою митьєвою водою, на судні передбачений автоматизований ємнісний пароелектричний водонагрівач.

Система парового опалення.

Система парового опалення передбачена в господарських, санітарно-побутових і інших приміщеннях, не обслуговуємих системою кондиціонування повітря. Система виконана однопровідною, зі сталевими і мідними радіаторами.

Система вентиляції.

В усіх приміщеннях, не обслуговуємих системою кондиціонування повітря, передбачена штучна, природна або комбінована вентиляція, що забезпечує число обмінів повітря і зняття надлишкових тепловиділень відповідно до існуючих норм.

Система кондиціонування повітря.

Усі житлові приміщення, їдальня, кают-компанія, медблок, операторна, канцелярія, бюро механіка обладнані двохпровідною, високошвидкісною системою круглорічного кондиціонування повітря з індивідуальним регулюванням температури в кожнім приміщенні. У приміщеннях, що обслуговуються ВКВ забезпечується температура не нижче 20 °С узимку і не вище 25°С улітку. Відносна вологість повітряного середовища в приміщеннях узимку і влітку підтримується в межах 40%-60%.

Робота системи кондиціонування повітря передбачена з 30% циркуляцією.

Протипожежні системи

Система водогасіння.

Для подачі води до пожежних ріжків, до системи піногасіння, до системи зрошення, до ежекторів системи осушення і зачищення баластових танків, передбачена система водогасіння, що обслуговується двома пожежними насосами, подачею по 220 м³/год при напорі 1 МПа, розташованими в МКВ.

Для подачі води на зрошення шлюпок передбачена система водяного зрошення, вода в яку надходить від системи водогасіння.

Для гасіння пожеж у вантажно-насосному відділенні (ВНВ) передбачена система водорозпилення з застосуванням мрячних розпилювачів.

Система парогасіння.

Система парогасіння забезпечує захист наступних об'єктів:

- утилькотла;

- іскрогасників димоходів і піддонів парових котлів;

- глушителів дизель-генераторів і АДГ.

Система піногасіння.

Основний засіб гасіння пожеж у вантажних танках - система піногасіння, що обслуговується однією станцією, розташованою на верхній палубі. Система передбачає гасіння пожежі піною середньої кратності (70-100):1 за допомогою переносних генераторів ГСП-600 і стаціонарних лафетних стовбурів ПЛС-С40 із кратністю піни (10-20):1. Піногенератори підключаються за допомогою шлангів до ріжків системи. Система забезпечує гасіння пожежі в ВНВ, МКВ, у житлові і службові приміщення надбудови.

Система вуглекислотного гасіння.

Для гасіння пожеж у ресивері продувного повітря ГД передбачена система вуглекислотного гасіння, що складається з батарей з балонами і трубопроводами. Для гасіння пожеж у приміщеннях малярської, АДГ встановлені автономні вуглекислотні батареї.

Система об'ємного хімічного гасіння.

Основний засіб пожежегасіння в МКВ - система об'ємного хімічного гасіння, що складає зі станції і розводящих трубопроводів з розпилювачами.

Спеціальні системи

Система вантажна і зачистна.

Вантажна система забезпечує вантажні операції одночасно із сьома сортами рідкого вантажу:

- закритий прийом береговими засобами кожного сорту вантажу в кількості 1250 м³/год;

- сумарна інтенсивність приймання вантажу - 500 м³/год;

- видача засобами судна рідкого вантажу.

Вантажна система обслуговується чотирнадцятьма гідравлічними насосами з приводами від гідродвигунів. Привід гідродвигунів здійснюється спеціальною масляною системою від електронасосів, встановлених у МКВ. Прийом і видача вантажів здійснюється через вантажний колектор, розташований на верхній палубі в районі мідель-шпангоута або з корми через магістральну трубу, розташовану на шлюпковій палубі.

Зачисні насоси призначені для:

- зачищення вантажу з танків і трубопроводів;

- видачі відстояних нафтопродуктів;

- видачі нафтопродуктів з цистерни збору протікань рідких вантажів збирачеві або перекачування їх у відстійний танк;

- подачі забортної води і відкачки змивок у відстійні танки при ручних мийних операціях;

- подачі сирої нафти для мийки танків.

Для мийки танків холодною і гарячою водою передбачена система, що обслуговується вантажними насосами, що працює по замкнутому або розімкнутому циклі. При мийці танків сирою нафтою використовуються вантажні і зачисні насоси. Для мийки танків передбачені стаціонарні підпалубні домивочні машинки. Кількість і розташування стаціонарних машинок забезпечує обмивання прямими струями 85...90% поверхні танків.

Система газовідвідна

Для відводу газів з вантажних і відстійних танків передбачена газовідвідна система, автономна для кожного танка. З кожного танка виведена труба на висоту З м, обладнана вогневим запобіжником, дихальним клапаном і автоматичним газовипускним пристроєм.

Система інертних газів.

На судні встановлена система інертних газів, що використовує гази допоміжних котлоагрегатів, що йдуть, після їхнього двоступінчастого охолодження й очищення від сажі та сірчистих з'єднань. Продуктивність системи не менш 3750 м³/год., що забезпечує такі режими як:

мийка вантажних танків;

навантаження;

злив вантажу при повній продуктивності вантажної системи.

Зміст кисню в інертних газах, подаваних у танк не більш 5% по обсязі.



2. Проектування головної пропульсивної установки

2.1 Вимоги до енергетичної установки судна

Головними вимогами до суден є висока економічність, екологічність, надійність роботи, оптимальні масо-габаритні показники, можливість здійснення тривалих рейсів і роботи в штормових умовах тощо.

У даний час на суднах застосовуються дизельні, паротурбінні, газотурбінні, ядерні енергетичні установки, а також їхні комбінації. З усіх енергетичних установок на суднах торгового флоту найбільше поширення отримали дизельні енергетичні установки.

2.2 Вибір схеми та типу передачі енергетичної установки

По способу передачі потужності суднові дизельні установки можуть бути:

- з головним МОД і прямою передачею потужності на гвинт;

- з головними СОД і редукторною передачею (ДРА);

- з головними СОД і гідравлічною передачею;

- з головними СОД і ВОД та електричною передачею;

- з головними СОД і ВОД і комбінованою передачею.

Пряма передача з малообертовим двигуном займає домінуюче положення на транспортному флоті. Це пояснюється рядом переваг малообертових дизелів (МОД) із прямою передачею потужності:

- конструктивною простотою і високою надійністю передачі;

- високим ККД передачі;

- низькими експлуатаційними витратами на профілактичне обслуговування;

- можливість використання високов'язких сортів палива, що є найбільш дешевими;

- невеликою витратою олії МОД;

- високий моторесурс.

Даний тип передачі не передбачає якісної зміни механічної енергії, не може забезпечувати трансформацію моменту, що крутить, і частоти обертання, а також не дозволяє пристосувати установку до зміненим умовам руху - ці умови представляють два істотних недоліки СДУ з прямою передачею:

- відхилення частоти обертання двигуна від оптимальної знижує пропульсивний ККД;

- високі масо-габаритні показники установки.

Вибір типу передачі залежить від типу судна. Для танкера характерні сталі режими плавання. До установок танкерів не пред'являються підвищені вимоги до маневреності, досягненню великих стискальних зусиль на знижених частотах обертання колінчатого вала, що забезпечують тривалі малі ходи. Тому для танкера приймаємо пряму передачу потужності від ГД гвинтові.

Як рушій обраний гвинт фіксованого кроку (ГФК). Вибір обґрунтований наступними перевагами ГФК:

- підвищений у порівнянні з гвинтом регульованого кроку ККД на ходовому режимі, що є основним і найбільш тривалим для нафтоналивних судів;

- висока надійність унаслідок простоти конструкції;

- відсутність необхідності установки автоматики для узгодження роботи гвинта і двигуна;

- низька початкова вартість і малі витрати на експлуатацію і технічне обслуговування.

Виходячи з перерахованого вище, вибираємо до установки на проектоване судно пряму передачу потужності на гвинт фіксованого кроку. Для з'єднання з валопроводом застосовуємо жорстку фланцеву муфту.



2.3 Вибір головного двигуна

Вибір типу головного двигуна повинний виробляється всебічно, з урахуванням усіх переваг і недоліків.

Вибір головного двигуна здійснюється на підставі "Розрахунку ходовості судна" за результатами "Розрахунку гребного гвинта для вибору головного двигуна" приведеного в таблиці 2.4 і залежностям, представленим на малюнку 2.2.

У таблиці 3.1 представлені конкуруючі двигуни фірм "МАN B&W Diesel", "New Sulzer Diesel", що займають одне з провідних місць серед виробників МОД і СОД.

Таблиця 3.1 Порівняльні дані конкуруючих двигунів

Марка двигуна	Потужність Ps, кВт	Частота оборотів n, хв.-1	Кількість циліндрів с	Діаметр циліндра D, мм	Хід поршня S, мм	Питома витрата палива ge, г/(кВт · г)	Довжина L, мм	Маса G, т	Навантаження
									по потужності mP	по частоті обертів ?mn
MAN B&W Diesel
7S50MX	10010	127	7	500	1910	171	8382	255	0,971	0,803
5L60MC	9600	123	5	600	1944	171	7379	328	1,013	0,829
5S60MC	10200	105	5	600	2292	170	7655	330	0,953	0,971
New Sulzer Diesel
5RTA58T	10000	103	5	580	2416	170	5968	280	0,972	0,990
5RTA62	10150	109	5	620	2150	173	6644	330	0,958	0,936

У якості ГД вибираю двигун марки 5RTA58T фірми "New Sulzer Diesel", тому що він має найбільш підходяще число обертів колінчатого вала, потужність, невисоку питому витрату палива (у порівнянні з вищенаведеними двигунами) і масу.

2.4 Визначення головних елементів валопроводу

Валопровід - це один з основних конструктивних вузлів енергетичної установки. Валопровід призначений для передачі крутного моменту головного двигуна до рушія, сприйняття осьової сили і передачі її корпусу судна, з метою забезпечення його руху. Від надійної роботи валопроводу залежить ефективність і безпека експлуатації судна.

Розрахунок елементів валопроводу проводиться відповідно до Правил Російського Морського Регістра Судноплавства і передбачає перебірку розмірів найбільш важливих елементів валопроводу, що конструктивно намічені і підтверджені уточненими методами розрахунку.

Діаметр проміжного бала повинний бути не менш обумовленого по формулі

, мм

де F = 100 - коефіцієнт, прийнятий у залежності від типу механічної установки;

= кВт - розрахункова потужність на проміжному валу;

n = хв-1 - розрахункова частота обертання проміжного вала.

мм.



Приймаємо dпр =460 мм.

Тому що проміжний бал виготовлений з легованої сталі з тимчасовим опором вище 400 МПа, то діаметр вала повинний бути перерахований по формулі:

, мм

де = 630 МПа - тимчасовий опір матеріалу вала.:

мм.

Приймаємо = 415 мм

Діаметр упорного вала визначиться по формулі:

= 1,1•415 = 456,5 мм.

Приймаємо dуп = 460 мм.

Розрахунковий діаметр гребного бала повинен бути не менш визначеного по формулі:

, мм

де k = 1,22 - коефіцієнт, прийнятий у залежності від конструкції вала:



мм.

Т.я. проектоване судно має льодове посилення Л3, то діаметр гребного вала необхідно збільшити на 5%:

мм.

Приймаємо = 590 мм.

З'єднання фланців болтів повинне виконуватися щільно пригнаними болтами. Діаметр болтів сполучних фланців, мм, повинний бути не менш обумовленого по формулі:

, мм

де = 630 МПа - тимчасовий опір матеріалу проміжного вала;

= 950 МПа - тимчасовий опір матеріалу болтів;

і = 10 - число болтів у з'єднанні;

D = 800 мм - діаметр центрового кола сполучних болтів:

мм

Приймаємо діаметри болтів рівними 85 мм.

Товщина фланців проміжного і упорного валів, а також внутрішнього фланця гребного вала повинна бути не менш 0,2 необхідного діаметру проміжного вала. Тоді товщина фланців проміжного і упорного валів буде:



дф = 0,2•, мм,

дф= 0,2•460 = 92 мм.

Товщину фланців проміжного і упорного валів приймаємо рівної 95 мм.

Товщина сполучного фланця зовнішнього кінця гребного вала під голівками болтів визначиться з вираження:

, мм

мм.

Приймаємо товщину сполучного фланця зовнішнього кінця гребного вала рівною 150 мм.

Довжина кормового підшипника дейдвудної труби (чавунний підшипник з бабітовим покриттям) визначиться з вираження:

L1 = 2•, мм

L1 =2•590 = 1180 мм.

Довжина носового підшипника дейдвудної труби визначиться із залежності:

, мм

мм

Приймаємо довжину носового підшипника рівною 790 мм.



3. Проектування допоміжної установки

3.1 Розрахунок потужності суднової електростанції

3.1.1 Вибір типу і кількості генераторів і їхніх приводів

Розрахунок суднової електростанції (СЕС) виконується табличним методом і представлений у таблиці 5.1.

Основними елементами електростанції є джерела енергії (первинні двигуни і генератори струму), розподільні пристрої (головний і місцевий розподільні щити) і електрична мережа.

Задачі проектування електростанції є: вибір роду струму, напруги і частоти; визначення потужності і кількості генераторів; вибір типу їхніх приводів, розробка схем розподілу електроенергії.

В даний час більшість споживачів використовують перемінний струм напругою 400 В чи 230 В при частоті 50 Гц. Застосування перемінного струму дозволяє використовувати:

1) синхронні генератори;

2) асинхронні короткозамкнуті електродвигуни;

3) одержувати будь-яку напругу через трансформатори;

4) використовувати серійне устаткування і живлення на стоянках від берегової мережі.

Постійний струм може використовуватися тільки в особливих випадках, а також на судах малої потужності.

По режиму роботи, призначенню і коефіцієнту завантаження всі механізми, що споживають електроенергію, поділяються на групи:

- група БП - механізми, що обслуговують головну енергетичну установку та електростанцію, і працюють безупинно з постійним навантаженням;

- група ПП - механізми, системи, пристрої, що працюють періодично зі змінним чи постійним навантаженням;

- група ЕП - механізми і пристрої, що працюють епізодично.

Розрахунок навантажень суднової електростанції виконаний відповідно до ОСТ 5.6168-80.

При експлуатації механізмів, електродвигуни яких завантажені не цілком, вводиться коефіцієнт завантаження механізму kзi , який представляє відношення потужності механізму Рi , на даному режимі роботи до його загальної споживаної потужності Рni:

Коефіцієнт одночасності kоi визначається як відношення числа однотипних споживачів, що працюють у даному режимі mi до загального числа однотипних споживачів i.

Активна споживана потужність:

, кВт

де Pni - споживана потужність механізму, кВт.

, кВт

де Рi - потужність механізму, кВт;

i - коефіцієнт корисної дії (ККД) механізму.

Реактивна споживана потужність:



, кВт

де tg ц - коефіцієнт потужності агрегату.

Величина tg ц визначається по формулі:

де cos ц - коефіцієнт потужності.

Повна потужність СЕС знаходиться за формулою:

, кВт.

Сумарне навантаження суднової електростанції на разлічних режимах роботи наведене в таблиці 5.1. Данні по завантаженню суднових потребітелей електроструму наведені в додатку 1.

За даними таблиці 5.1 вибираємо необхідну кількість і потужність дизель-генераторів. При виборі варто керуватися наступними вимогами:

- на судні повинно бути передбачено не менш двох основних джерел електроенергії;

- при виході з ладу одного з дизель-генераторів, ті, що залишилися, повинні забезпечити живлення всіх споживачів, необхідних для руху судна;

- загальна кількість генераторів і їхні типорозміри, у складі СЕС, повинно бути мінімальним.

У такий спосіб починаємо комплектацію суднової електростанції з урахуванням наступного:

- завантаження працюючого генератора у кожнім режимі повинне бути більш повним,

- прийняті до установки генератори повинні бути по можливості однотипними і потужність електростанції не повинна бути поділена між великим числом агрегатів;

- у кожнім режимі (крім аварійного) у резерві повинно знаходитися не менш одного генератора, і його потужність повинна бути не менш потужності генератора, що працює на основному режимі.

Одиничну потужність генератора визначаємо по менш навантаженому режиму, а їхня кількість по найбільш навантаженому режиму.

Таблиця 3.1 Сумарне навантаження електростанції на різних режимах.

Найменування груп споживачів	Навантаження по тривалості роботи механізмів	Стоянка без вантажних операцій	Стоянка з вантажними операціями	Маневри	Ходовий режим	Аварійний режим при роботі АДГ
		Рр кВт	Qp кВАр	Рр кВт	Qp кВАр	Рр кВт	Qp кВАр	Рр кВт	Qp кВАр	Рр кВт	Qp кВАр
Споживачі зв'язку і навігації	постійна	5,04	4,06	5,72	4,57	16,5	13,3	15,6	12,7	16,4	13,3
	періодична	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Споживачі ГД	постійна	-	-	5,81	3,45	113,0	66,3	113,0	66,3	-	-
	періодична	-	-	-	-	66,7	36,1	1,97	1,47	-	-
Споживачі СЕС	постійна	18,6	14,7	18,6	14,7	18,6	14,7	18,6	14,7	13,3	11,0
	періодична	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Споживачі котельної установки	постійна	82,6	50,0	82,6	50,0	84,3	57,0	97,5	59,3	-	-
	періодична	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Споживачі систем СЕУ	постійна	15,0	7,53	15,0	7,53	112,0	64,9	49,9	28,2	33,2	19,5
	періодична	-	-	-	-	-	-	30,5	18,1	-	-
Споживачі вентиляції МКВ	постійна	30,2	15,9	125,0	64,8	117,0	60,3	117,0	60,3	-	-
	періодична	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Споживачі вантажної системи Вантажні насоси	постійна	-	-	35,2	15,5	18,4	7,86	18,4	7,86	-	-
	періодична	-	-	2,67	2,0	323,0	198,0	-	-	-	-
	постійна	-	-	1568	972,0	-	-	-	-	-	-
Споживачі системи інертних газів	постійна	-	-	130,0	67,0	-	-	-	-	-	-
	періодична	-	-	5,55	13,4	-	-	-	-	-	-
Споживачі протипожежної системи	постійна	-	-	-	-	-	-	-	-	49,4	33,2
	періодична	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Споживачі побутових систем	постійна	4,43	4,52	4,43	4,52	4,43	4,52	4,43	4,52	-	-
	періодична	7,41	3,56	7,41	3,56	7,41	3,56	7,41	3,56	-	-
Споживачі систем очистки відходів	постійна	3,16	2,13	3,16	2,13	3,16	2,13	3,16	2,13	-	-
	періодична	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Споживачі систем вентиляції та кондиціонування	постійна	169,0	88,6	198,0	103,0	182,0	95,9	214,0	112,0	-	-
	періодична	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Споживачі холодильної установки	постійна	24,5	13,8	24,5	13,8	24,5	13,8	24,5	13,8	-	-
	періодична	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
споживачі майстерень	постійна	Тільки епізодичне навантаження
	періодична
Споживачі палубних механізмів	постійна	-	-	-	-	27,3	16,6	37,0	22,8	27,3	16,6
	періодична	35,6	18,1	-	-	9,5	7,13	-	-	9,5	7,13
Споживачі мереж освітлення	постійна	55,5	18,2	92,5	30,4	111,0	36,5	111,0	36,5	46,3	15,2
	періодична	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Споживачі керування і сигналізації	постійна	10,6	5,56	20,0	10,2	34,7	17,7	39,2	19,8	25,8	10,8
	періодична	5,0	-	5,0	-	5,0	-	7,0	-	2,0	-
Споживачі камбузного блоку	постійна	17,6	-	17,6	-	17,6	-	17,6	-	-	-
	періодична	49,4	2,37	49,4	2,37	49,4	2,37	49,4	2,37	-	-
Споживачі прального блоку	постійна	Тільки епізодичне навантаження
	періодична
Інші побутові споживачі	постійна	2,0	-	-	-	1,0	-	2,0	-	-	-
	періодична	34,5	1,31	29,4	1,31	19,9	1,75	29,9	1,75	-	-
Сумарна споживана потужність по групам Гідроагрегати вантажних насосів	постійна	438	225	773	392	886	456	883	460	211	120
	періодична	132	25,4	99,4	12,4	481	255	126	27,3	11,5	7,13
	постійна	-	-	1568	972	-	-	-	-	-	-
Те ж з урахуванням 5% втрат у мережі Гідроагрегати вантажних насосів	постійна	461	237	819	413	933	486	929	484	222	126
	періодична	139	26,7	105	13,1	506	268	133	28,7	12,1	7,51
	постійна	-	-	1651	1023	-	-	-	-	-	-
Теж з урахуванням коефіцієнта одночасності Гідроагрегати вантажних насосів	постійна	323	166	573	269	653	342	850	339	178	101
	періодична	41,7	8,01	31,5	3,93	152	80,4	39,9	8,61	9,68	6,01
	постійна	-	-	1651	1023	-	-	-	-	-	-
Повне навантаження	365	174	2256	1316	805	422	690	348	188	107

Розрахунок, представлений у таблиці 5.1 показав, що найменш навантаженим є режим стоянки без вантажних операцій. Необхідна потужність СЕС при цьому складає 365 кВт. Найбільш навантаженим є режим стоянки з вантажними операціями. Необхідна потужність СЭС при цьому складає 2256 кВт.

Таким чином, як джерела електроенергії встановлюємо три дизель-генератори KRG-6, потужністю по 880 кВт кожний, перемінного струму. Тому на стоянці без вантажних операцій працює один дизель-генератор, на стоянці з вантажними операціями працюють три дизель-генератори, на ходовому режимі - один дизель-генератор.

Як привод генератора приймаємо дизель марки 6L 23/30 фірми "MAN B&W Diesel", чотиритактний, однорядний, тронковый, простої дії.

Основні характеристики дизеля 6L 23/30:

- потужність 880 кВт;

- число циліндрів 6 шт;

- діаметр циліндра 230 мм;

- хід поршня 300 мм;

- частота обертання 750 хв-1;

- питома ефективна витрата ВВТ 0,202 кг/(кВт г);

- питома витрата масла 1,2 г/(кВт г).

Відповідно до вимог Регістра на проектованому судні встановлене аварійне джерело електроенергії, що забезпечує роботу відповідальних споживачів у плині 18 годин при виході з ладу основних джерел електроенергії. Потужність, споживана на аварійному режимі, складає 188 квт (таблиця 5.1).

Як аварійне джерело електроенергії обраний дизель-генератор із приводним дизелем 6Ч 25/34-2, потужністю 221 кВт і генератором марки МСС 250-500, що виробляє перемінний струм частотою 50 Гц і напругою 230/400В.



3.2 Допоміжна котельна установка

3.2.1 Призначення допоміжної котельної установки

Допоміжна котельна установка (ДКУ) призначена для забезпечення парою наступних споживачів:

- система парового опалення;

- камбуза, душової, пральні;

- системи підігріву важкого палива та масла;

- подача пари на підігрівачі сепараторів палива та мастила;

- подача пари на сепаратори трюмних вод;

- на систему кондиціонування повітря;

- на систему вентиляції;

- системи підігріву вантажу;

- на систему парових грілок. [ ]

Для цього використовується насичена пара тиском 0,5-0,7 МПа з температурою 150-180°С. Для визначення продуктивності ДКУ на різних режимах роботи судна проводиться підсумовудання витрат пари по всіх споживачах зі складанням таблиці навантажень з урахуванням ступеня завантаження і коефіцієнта одночасності роботи.

Велика частина пари використовується загальносудновими споживачами, а менша - споживачами зв'язаними із СЕУ. Усі споживачі пари класифікуються по характеру і тривалості споживання теплової енергії на три групи:

А - працюючі з постійним навантаженням: підігрівники палива, обігрівачі паливних цистерн, парове опалення, обігрівачі цистерн і системи кондиціонування в зимовий час;

Б - працюючі періодично: підігрівники сепараторів палива та мастила, підігрівники митьєвої і питної води, камбуз, пральня;

В - працюючі епізодично: система паротушіння, сепаратори трюмних вод, обігрівання в трюмних цистернах.

Найбільшу частку в навантаженні складають споживачі групи А, особливо в зимовий час, у чому і полягає визначення продуктивності і кількості ДКУ [ ].

3.2.2 Визначення необхідної продуктивності, кількості і типу парогенераторів

Розрахунок допоміжного парогенератора здійснюється на базі таблиць 3.2 і таблиці 3.3, данні ЦКБ на судно проекту 15966-024-0429.

Таблиця 3.2 Парове навантаження в теплій зоні

Найменування споживачів	Витрата пари, у тому числі й насиченої, кг/год
	Ходовий режим з вантажем	Ходовий режим у баласті	Стояночний режим
	з підтримкою вантажу 50оС	з розігрівом вантажу до 75оС	з мийкою по замкнутому циклі	Без мийки	під навантаженням	під розвантаженням	з мийкою танків
1. Споживачі загальносуднові	205	205	205	205	205	205	205
2. Споживачі спеціальні	790	7880	4550	-	-	-	4550
3. Споживачі СЕУ	863	863	863	863	627	627	627
Сумарне парове навантаження	1858	8948	5618	1068	832	832	5382

Таблиця 3.3 Парове навантаження в холодній зоні

Найменування споживачів	Витрата пари, у тому числі й насиченої, кг/год
	Ходовий режим з вантажем	Ходовий режим у баласті	Стояночний режим
	з підтримкою вантажу 50оС	з розігрівом вантажу до 75оС	з мийкою по замкнутому циклі	Без мийки	під навантаженням	під розвантаженням	з мийкою танків
1. Споживачі загальносуднові	1600	1600	1600	1600	1600	1600	1600
2. Споживачі спеціальні	2720	10890	8105	-	-	-	7090
3. Споживачі СЕУ	2335	1055	2335	2335	1069	1069	1069
Сумарне парове навантаження	6655	13545	12040	3935	2669	2669	9759

З таблиць 3.2 і 3.3 видно, що найбільш напруженим режимом є ходовий з розігрівом вантажу в холодній зоні - 13545 кг/год.

Враховуємо коефіцієнт морського запасу:

кг/год.

У результаті розрахунку приймаємо до встановлення на проектоване судно два допоміжних парогенератори фірми " " типу з слідуючими характеристиками:

- паропродуктивність кг/год.;

- ККД парогенератора 0,85;

- габаритні розміри: висота 5920 мм;

діаметр котла 2700 мм;

- суха маса парогенератора 13,4 т;

- тиск0,9 МПа;

- температура.

3.3 Вибір утилізаційного парогенератора

3.3.1 Призначення утилізаційної котельної установки

Зменшення сумарної витрати палива, тобто підвищення економічності установки в ходовому режимі, може бути досягнуте за рахунок утилізації теплоти відпрацьованих газів, шляхом часткового заміщення допоміжних парогенераторів утилізаційними, котрі виробляють пару низьких параметрів для теплообмінних апаратів силової установки, підігріву палива, мастила, води, а також для загальносуднових потреб. Утилізаційні котли (УК) мають багаторазову примусову циркуляцію, що обумовлено невисокою температурою вихлопних газів, а також переважно змієвиковою формою випарної поверхні.

Ефективність УК оцінюється коефіцієнтом використання випускних газів; відношення теплоти, яку сприймає вода в УК у процесі її перетворення в пару, до теплоти випускних газів. Використання теплової енергії вихлопних газів, дає істотне підвищення ККД установки в цілому, а також знизити собівартість електроенергії більш ніж у два рази і собівартість теплової енергії в 1,7...2,9 рази.

3.3.2 Розрахунок можливої паропродуктивності утилізаційного парогенератора

Паропродуктивність утилізаційного котла визначається по формулі:

, кг/год.

де gгд = 185 г/(кВт год.) - питома ефективна витрата палива ГД;

= 10000 кВт - ефективна потужність головного двигуна;

ц = 0,97 - коефіцієнт, що враховує втрати теплоти в навколишнє середовище;

= 3,25 - сумарний коефіцієнт надлишку повітря для ГД;

L = 13,5 - теоретично необхідний заряд повітря для спалювання одного кг палива;

Тг = 520 К - температура газів перед утилькотлом;

Тух = 473 К - температура газів, що ідуть з котла;

= 1,02 кДж/(кг К) - середня газова ізобарна теплоємність газу;

= 210 кДж/кг - энтальпія живильної води, при t = 50 0С;

- энтальпія пари, кДж/кг.

Энтальпія пари розраховується по формулі:

,



де х = 0,99 - ступінь сухості пари;

Н ' = 742 кДж/кг - питома энтальпія води;

Н " = 2773 кДж/кг - питома энтальпія пари;

Підставивши значення в формулу, одержимо:

кДж/кг

Тоді, паропродуктивність утилізаційного котла буде дорівнювати:

кг/год.

На підставі приведеного вище розрахунку, значень температури і витрата вихлопного газу на газовиході ГД встановлюється утилізаційний котел типу КУП-40СИ вертикальний, водотрубний, з примусовою циркуляцією, паропродуктивністю 1400 кг/год. і тиском пари в сепараторі 0,8 МПа.

3.4 Вибір опріснювальної установки

3.4.1 Призначення опріснювальної установки

Для забезпечення судна необхідною кількістю прісною і миттєвою водою, а так само запасами постачальної води (дистиляту) служать водоопріснювальні установки (ВОУ). Дистилят одержують шляхом випару забортної води. Цей дистилят може направлятися відразу в запасні цистерни живильної води чи проходити знесолення в спеціальних фільтрах. Готування прісної питної води проводиться з дистиляту опріснювальних установок, шляхом мінералізації і додаткового знезаражування в спеціальних установках і фільтрах.

Солевміст дистиляту для готування питної і миттєвої води не повинен перевищувати 20 мг/л за показниками солеміра.

Тому що для готування питної і миттєвої води, необхідний бактеріологічно стерильний дистилят, вологість пари в опріснювальній установці не повинна перевищувати 0,1%. Це відповідає солевмісту дистиляту, одержуваного з морської води у вакуумних опріснювачах, рівному 6-7 мг/л. Тому всі сучасні опріснювальні установки розраховуються на готування дистиляту, солевмістом не більш 5,00 мг/л, що може бути використаний для задоволення усіх суднових і побутових потреб. В даний час на суднах застосовуються три типи опріснювальних установок:

- з поверхневими паровими нагрівальними батареями (тип "П");

- багатоступінчасті випарники скипання (адіабатні чи типу "М");

- утилізаційні, що використовують як нагріваюче середовище прісну воду системи охолодження дизелів (типу "Д").

Водоопріснювальна установка повинна забезпечувати дистилятом допоміжні котли, поповнення цистерни митьєвої води і поповнення контуру прісної води ГД і ДДГ.

3.4.2 Визначення можливої продуктивності ВОУ

Максимально можлива продуктивність опріснювальної установки визначається за формулою:

, т/добу

де qпв = 0,03 - відносна кількість теплоти, що відводиться прісною водою від двигуна;

qе = 170 г/кВт год - питома витрата палива ГД;

= 39000 кДж - нижча теплота згоряння палива (М 100);

= 10000 кВт - потужність ГД;

= 3000 кДж/кг - кількість теплоти необхідне для одержання одного 1 кг дистиляту в одноступінчатій установці з випарником киплячого типу.

т/добу

Для установки на судно пропонується водоопріснювальна установка Д-5У, що може працювати на стоянці від охолоджуючої прісної води ДДГ і пари ДПГ, а в ходовому режимі від охолоджуючої ГД прісної води.

Основні характеристики водоопріснювальної установки Д-5У:

- температура води, що гріє60-80°С;

- витрата води, що гріє 33-135 м³/год.;

- продуктивність 25 т/сут.;

- витрата охолодної води 100 м3/год.;

- потужність електроустаткування 1,4 квт.

- маса сухої установки 2520 кг.



4. Розробка теплової схеми та розрахунок теплових потоків

Для розрахунку візьмемо ходовий режим з вантажем і стоянковий з вантажними операціями.

При ходовому режимі з вантажем працюють:

- Головний двигун 5RTA58T потужністю 10000 кВт;

- один допоміжний котел UNЕХ СНВ-8000;

- один утилізаційний котел КУП-40СИ;

- одна опріснювальна установка Д-5У;

- один допоміжний дизель-генератор 6L 23/30 потужністю 880 кВт.

4.1 Розрахунок потоків теплоти в головному двигуні

У наведених формулах верхні індекси "ГД" відповідних параметрів опущені.

Тепловий баланс ДВЗ 5RTA58T записують у вигляді:

Qпал = Nе + Qг + Qм + Qпр.в + Qн.пов + Qзал.

Теплота, що виділилась при спалюванні палива:

, кВт,

де- питома витрата високов'язкого палива, кг/(кВт•год):

, кг/(кВт•год),

де- 0,170 кг/(кВт год) - питома ефективна витрата високов'язкого палива ГД;

деQНУ = 42700 кДж/кг - нижча теплота згоряння умовного палива;

QН = 39200 кДж/кг - нижча теплота згоряння мазуту М100:

кг/(кВт•год).

кДж/год = 20145 кВт.

Gпал = gеВВП · Nе/3600 = 0,185·10000/3600 = 0,514 кг/с.

Частка корисної теплоти:

qе = = 0,496.

Теплота, що втрачається з відпрацьованими газами:

= GГ · срГ · ТГ - Gпов · српов · Тпов ,

де GГ, Gпов - кількість відпрацьованих газів та повітря двигуна,

Gпов = бУ · Lо · gеВВП · Nе,

де бУ - загальний коефіцієнт надлишку повітря;

бУ = бгор · ц

дебгор = 3,25 - коефіцієнт надлишку повітря для горіння;

ц = 1,1 - коефіцієнт продувки:

бУ = 3,25 ?1,1 = 3,575;



Lо = 13,5 кг/кг - теоретично необхідна кількість повітря для спалювання 1 кг палива:

Gпов = 3,575 ·13,5 · 0,185 · 10000 = 89286 кг/год = 24,8 кг/с.

GГ= gеВВП · Nе· (1 + бУ · Lо), кг/с:

GГ = 0,185 · 10000 · (1 + 3,575 · 13,5) = 91136 кг/год = 25,3 кг/с.

Для подальшого розрахунку знайдемо тиск наддуву і температуру повітря після компресора для визначення теплоємкості повітря:

pк = , МПа,

де Ткол = 320 К - температура в колекторі після наддуву;

D = 0,58 м - діаметр поршня;

S = 2,42 м - хід поршня;

i = 5 - кількість циліндрів;

Z = 1 - тактність;

N = 103 хв-1 - частота обертання двигуна;

зн = 0,97 - коефіцієнт наповнення циліндру;

рк = 0,872 ? 10-4 ?МПа.

, К,

де То = t + 273 = 35 + 273 = 308К - температура повітря в МКВ;

ро = 0,1 МПа - атмосферний тиск;

зад.к = 0,83 - адіабатний коефіцієнт корисної дії компресора;



К

Теплоємність повітря:

српов = 0,915 + 0,0000862 · Тср,

де Tср= = 391,5К - средня температура повітря до і після холодильника наддувочного повітря;

српов = 0,915 + 0,0000862 · 399 = 0,949 кДж/(кг·К).

Теплоємкість відпрацьованих газів:

срГ = 1,03 + 0,000126 · tГ,

де tГ = 310?С - температура відпрацьованих газів;

срГ = 1,03 + 0,000126 · 310 = 1,069 кДж/(кг·К).

ТГ = tГ + 273 = 247 + 273 = 520 К.

Тпов = 320 К - температура повітря після холодильника:

Q= 25,3 · 1,02 · 520 - 24,8 · 0,949 · 320 = 5445 кВт.

Частка теплоти, що забирається з відпрацьованими (випускними) газами:



= = 0,27.

Теплота, що відбирається від наддувочного повітря:

Qн.пов = Gпов · српов · (Т'k - Тпов) = 24,8 · 0,949 · (463-320) = 3366 кВт.

Частка теплоти, що відбирається від наддувочного повітря:

qн.пов = .

Втрата теплоти від разсіювання до навколишнього середовиища є залишковим членом балансу і становить 0,15-0,2% від Qпал:

= 0,0015 · Qпал = 0,0015 · 20145 = 30,2 кВт.

Для визначення Qпр.в та Qм у разі відсутності результтів теплотехнічних іспитів конкретного двигуна використовують статистичні.

Згідно [18] втрати теплоти з прісною водою ставлять 7-14%, з маслом - 3,5-7% від кількості теплоти, що виділилася при спалюванні палива в теплових двигунах. У даному випадку для СОД візьмемо 7,0% втрат теплоти з прісною водою і 3,5% - з маслом. Тобто

Qпр.в = 0,10 · Qпал = 0,10 · 8653942 = 4803681 кДж/год =846 кВт;

Qм = 0,05 · Qпал = 0,05 · 68624010 = 2401840 кДж/год = 814 кВт;



Таблиця 6.1 Потоки теплоти в ГД:

Qпал = 20145 кВт	qпал = 1,0
Nе = 10000 кВт	qе = 0,496
Qг = 5445 кВт	qг = 0,27
Qн.пов = 3366 кВт	qн.пов = 0,17
Qпр.в = 846 кВт	qпр.в = 0,10
Qм = 814 кВт	qм = 0,05
Qзал = 30,2 кВт	qзал = 0,0015

Зробимо перевірку рівняння теплового балансу для головного двигуна 5RTA58T:

Qпал = Nе + Qг + Qм + Qпр.в + Qн.пов + Qзал,

Qпал = 10000+ 5445 + 814 + 846 + 3366 + 30,2 = 20503 кВт;

Нев'язка балансу становить 3,0%.

4.2 Розрахунок потоків теплоти в дизель-генераторі

У наведених формулах верхні індекси "ДГ1" відповідних параметрів опущені. Розрахунки потоків теплоти у первинному тепловому двигуні ДГ1 6L 23/30 потужністю 880 кВт аналогічні розрахункам для головного двигуна.

Теплота, що виділяється при спалюванні палива:

, кВт,

де кг/(кВт .ч).

= 39200 кДж/год, нижча теплота згоряння мазуту М100;



= 0,202 · 880 ·39200 = 6968192 кДж/год = 1936 кВт.

Gпал = gеВВП · Nе /3600 = 0,202 · 880/3600 = 0,049 кг/с.

Частка корисної теплоти:

qе = .

Теплота, що втрачається з відпрацьованими газами:

= GГ · срГ · ТГ - Gпов · српов · Тпов ,

де GГ, Gпов - кількість відпрацьованих газів та повітря двигуна,

Gпов = бУ · Lо · gеВП · Nе,

де бУ = бгор · ц - загальний коефіцієнт надлишку повітря;

бгор = 2,2 - коефіцієнт надлишку повітря для горіння;

ц = 1,1 - коефіцієнт продувки:

бУ = 2,2 ? 1,1 = 2,42;

Lо = 14,3 кг/кг - теоретично необхідна кількість повітря для спалювання 1 кг палива:

Gпов = 2,42 ? 14,3 ? 0,202 ? 880 = 6152 кг/год = 1,71 кг/с,

GГ = gеВВП?Nе·(1+ бУ·Lо)=0,202·880·(1 + 2,42·14,3)=6330 кг/год = 1,76 кг/с.



Для подальшого розрахунку знайдемо тиск наддуву і температуру повітря після компресора для визначення теплоємності повітря:

pk = , МПа,

де Ткол = 320 К - температура в колекторі після наддуву;

D = 0,23 м - діаметр поршня;

S = 0,30 м - хід поршня;

І = 6 - кількість циліндрів;

Z = 0,5 - тактність;

N = 750 хв-1 - частота обертання двигуна;

зн = 0,97 - коефіцієнт наповнення циліндру:

pk = 0,872 · 10-4 = 0,29 МПа.

де То = t + 273 = 35 + 273 = 308К - температура в МВ;

Ро = 0,1 МПа, атмосферній тиск;

зад.к = 0,83 - коефіцієнт корисної дії компресора:

К.



Теплоємність повітря:

српов = 0,915 + 0,0000862 · Тср,

де Тср = = 362К - середня температура повітря до і після холодильника наддувочного повітря;

српов = 0,925 + 0,0000862 · 362 = 0,956 кДж/(кг·К).

Теплоємність відпрацьованих газів:

СрГ = 1,02 кДж/(кг·К) - теплоємність відпрацьованих газів

де Тпов = 320 К - температура повітря після холодильника.

tГ = 360 С - температура відпрацьованих газів;

ТГ = tГ + 273 = 360 + 273 = 633 К.

, кВт,

де- температура палива, яке потрапляє в циліндр:

К;

кВт;

= 1,76·1,02·633-1,71·0,956·320-423 = 574 кВт.

Частка теплоти з відпрацьованими (випускними) газами:



= = 0,30.

Теплота, що відбирається від наддувочного повітря:

Qн.пов = Gпов·српов·(Т'к-Тпов) = 1,71·0,9456·(442-320) = 199,5 кВт.

Частка теплоти, що відбирається від наддувочного повітря:

= = 0,10.

Втрата теплоти від розсіювання до навколишнього середовища є залишковим членом балансу і ставить 0,15-0,2% від Qпал:

= 0,0015 · Qпал = 0,0015 · 1936 = 2,9 кВт.

Для визначення Qпр.в та Qм у разі відсутності результатів теплотехнічних іспитів конкретного двигуна використовують статистичні дані.

Згідно [18] втрати теплоти з прісною водою становлять 7-14%, з маслом - 3,5-7,0% від кількості теплоти, що видвилася при спалюванні палива в теплових двигунах. У даному випадку для СОД візьмемо 10,0% втрат теплоти з прісною водою і 5,0% - с маслом. Тобто

Qпр.в = 0,10 · Qпал = 0,10 · 6969600 = 696960 кДж/год = 193,6 кВт;

Qм = 0,05 · Qпал = 0,05 · 5594400 = 279720 кДж/год = 77,7 кВт;



Таблиця 6.2 Потоки теплоти в ДГ:

Qпал = 1936 кВт	qпал = 1,0
Nе = 880 кВт	qе = 0,45
Qг = 574 кВт	qг = 0,30
Qн.пов = 199,5 кВт	qн.пов = 0,10
Qпр.в = 193,6 кВт	qпр.в = 0,10
Qм = 77,7 кВт	qм = 0,05
Qзал = 2,9 кВт	qзал = 0,0015

Зробимо перевірку рівняння теплового балансу для допоміжного дизель-генератора 6L 23/30:

Qпал = Nе + Qг + Qм + Qпр.в + Qн.пов + Qзал,

Qпал = 880 + 574 + 199,5 + 193,6 + 77,7 + 2,9 = 1928 кВт;

Нев'язка балансу становить 0,4%.

4.3 Розрахунок утилізаційного котла

Кількість теплоти, що може бути передана від газів живильній води для утворення пари:

,

де ц=0,96 - коефіцієнт, що ураховує втрати теплоти в навколишнє середовище;

Срг = 1,02 кДж/(кг?К) - середня ізобарна теплоємкість газів;

Тгв = 453 К - температура газів перед УК;

= 0,96 ? 25,3 ? 1,02 ? (523 - 453) = 1734,2 кВт.



Коефіцієнт використання тепла в УК:

.

4.4 Розрахунок опріснювальної установки

Для отримання дистиляту може бути використана теплова потужність прісної води в кількості =1209 кВт. Тиск в вакуумному випарнику приймаємо рівним МПа. В цьому випадку температура кипіння забортної води буде рівнятися . Ентальпія води при цьому складає кДж/кг, а ентальпія насиченої пари - кДж/кг, скрита теплота пароутворення r=2425,26 кДж/кг.