Проектирование дизельной установки для танкера
Выбор и описание энергетической установки. Расчет эффективной мощности главных двигателей танкера. Построение индикаторной диаграммы и определение параметров, характеризирующих рабочий цикл. Описание тепловой схемы и основных систем дизельной установки.
Рубрика | Производство и технологии |
Вид | дипломная работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 15.03.2020 |
Размер файла | 1,3 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Задание
Провести анализ, выбрать ГЭУ, и сделать тепловой и габаритный расчет для судна с заданными параметрами:
Тип судна - танкер
Скорость судна - 12 узл.
Ширина по КВЛ - 16,5 м
Осадка - 4,5 м
Длина по КВЛ - 131 м
Дедвейт - 66000 тонн
Оглавление
энергетический двигатель тепловой дизельный
Введение
1. Выбор и описание энергетической установки
2. Определение мощности ГД
2.1 Расчет буксировочной мощности
2.2 Расчет эффективной мощности главных двигателей
3. Выбор главного двигателя
4. Габаритный расчет
5. Тепловой расчет
5.1 Процесс наполнения
5.2 Процесс сжатия
5.3 Самовоспламенение и сгорание
5.4 Процесс расширения
5.5 Процесс выпуска
5.6 Построение индикаторной диаграммы
5.7 Параметры характеризующие рабочий цикл
6. Описание тепловой схемы дизельной установки
6.1 Общие требования к системам
6.2 Топливные системы
6.3 Системы смазки
6.4 Системы охлаждения
6.5 Система сжатого воздуха
6.6 Системы выпускных газов
6.7 Система управления
Заключение
Список литературы
Введение
В качестве главных двигателей на современных судах используются двигатели внутреннего сгорания (ДВС), паро- или газотурбинные установки (ПТУ или ГТУ), а также ядерные установки (ЯУ). Согласно с требованиями, которые предъявляются к СЭУ, тип судна определяет число ГД, винтов, место расположения СЭУ и другие технические характеристики. В настоящее время большинство судов оборудованы дизельными энергетическими установками, а лишь небольшая часть судов - ПТУ и ГТУ. Сегодня дизеля - более экономичные тепловые двигатели, что позволяет, кроме того, сравнительно просто механизировать и автоматизировать основные производственные процессы на судне.
СЭУ разделяют на 3 части:
1) Главная энергетическая установка.
2) Вспомогательная энергетическая установка.
3) Электроэнергетическая система.
Главная энергетическая установка - это комплекс технических средств предназначенная для обеспечения движения судна, его маневрирования, а также всех потребителей судна на ходу.
Вспомогательная энергетическая установка - это комплекс технических средств предназначенная для обеспечения всех потребителей судна не связанных с движением, различными видами энергии и средств.
Электроэнергетическая система - это комплекс источников электроэнергии и распределительных устройств.
О сложности современных судов можно судить по таким данным: мощность главных двигателей достигает 80 МВт и более; мощности судовой электростанции бывает достаточно для энергоснабжения небольшого города, а паровых котлов - для отопления целого городского района; насосы на судне перекачивают сотни тонн воды, топлива, масла, а длина трубопроводов и кабелей составляет десятки километров.
1. Выбор и описание энергетической установки
Выбор типа установки для проектируемого судна обычно производится на основе сравнительной оценки наиболее перспективных вариантов судовой энергетической установки (СЭУ), удовлетворяющих поставленным требованиям. При окончательном выборе типа СЭУ учитывается не только возможность достижения оптимальных показателей, но и реальность поставок нового типа основного оборудования.
Исходными данными для выбора типа СЭУ в общем случае являются:
- тип и назначение судна;
- район его эксплуатации и дальность плавания;
- скорость хода судна и основные характеристики его корпуса;
- требования к манёвренности СЭУ;
- ориентировочные расходы энергии при работе судовых механизмов, систем и устройств на характерных эксплуатационных режимах.
Дизельные энергетические установки в настоящее время получили широкое применение на судах различного назначения вследствие ряда положительных особенностей:
- сравнительно высокая экономичность;
- доступность различных типов передач;
- относительная простота автоматизации управления. Широкому распространению ДЭУ способствует непрерывное улучшение их технико-эксплуатационных показателей вследствие совершенствования наддува и рабочего процесса, применения тяжелых сортов топлива.
Современные дизельные двигатели обычно имеют коэффициент полезного действия до 40-45 %, некоторые малооборотные крупные дизели -- свыше 50 %. Дизельный двигатель из-за особенностей рабочего процесса не предъявляет жестких требований к испаряемости топлива, что позволяет использовать в нём низкосортные тяжелые масла.
2. Определение эффективной мощности главных двигателей
2.1 Совместная работа главных двигателей и движетелей в судовом пропульсивном комплексе
Пропульсивный (движетельный) комплекс судна включает в себя пропульсивную установку (главные двигатели, главные передачи, валопровод и движетели) и корпус судна. При движении судна все эти элементы находятся во взаимодействии: главные двигатели через главную передачу и валопровод сообщают гребному винту крутящий момент в упор; упор, приложенный к корпусу, двигает судно.
Расчет буксировочной мощности. Буксировочная мощность - это мощность, которую необходимо затратить на преодоление сил сопротивления. Буксировочная мощность определяется выражением:
где - сопротивление, кН; - скорость судна, м/с.
Сопротивление определяется опытным путем в исследовательских бассейнах посредством буксировки моделей с последующим перерасчетом результатов на натуру, а также аналитическими методами, применяемыми в расчетах ходкости. По результатам определения строится зависимость сил сопротивления от скорости, а по ней и буксировочная кривая .
В первом приближении расчет буксировочной мощности может быть выполнен с использованием приближенных методов определения сопротивления судна. Одним из таких методов является способ Э.Э. Папмеля, разработанный на основе многочисленных экспериментальных данных.
Буксировочная мощность, определяемая по этому методу, выражается следующей эмпирической формулой:
Где - объёмное водоизмещение судна, ; - скорость судна, уз; - длина судна по конструктивной ватерлинии (КВЛ), м; - эмпирический коэффициент, определяемый по диаграмме Э.Э. Папмеля; - коэффициент, учитывающий влияние выступающих частей (см. таблицу 1); - поправочный множитель на длину; - характеристика остроты корпуса.
Таблица 1
Значения коэффициента в зависимости от числа валов
Число валов |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
1,00 |
1,05 |
1,075 |
1,10 |
Зная массовое водоизмещение судна, нетрудно найти и объемное:
где - плотность морской воды.
При поправочный множитель
Характеристика остроты корпуса зависит от ширины судна по КВЛ - , его длины по КВЛ - и коэффициента общей полноты судна :
Коэффициент общей полноты зависит от формы корпуса судна:
где - осадка судна, м.
Чтобы определить коэффициент Папмеля, необходимо найти относительную скорость:
где - коэффициент продольной полноты судна.
где - коэффициент полноты мидель шпангоута.
где - коэффициент вертикальной полноты судна.
где - коэффициент полноты КВЛ.
2.2 Расчет эффективной мощности главных двигателей
Мощность на фланцах главных двигателей или агрегатов отличается от мощности, подводимой к движетелям, на величину потерь в валопроводе и передаче. Эти потери оцениваются КПД валопровода и передачи . Значения КПД для валопровода, гребного винта, наиболее распространенных передач и соединительных муфт приведены в таблице 2.
Эффективная мощность главных двигателей отличается от буксировочной мощности на величину пропульсивного коэффициента:
При определении эффективной мощности главных двигателей необходимо учитывать также некоторый коэффициент запаса мощности , который по данным практики принимают равным :
Таблица 2
Значения КПД
КПД валопровода |
||
КПД зубчатой одноступенчатой передачи |
||
КПД зубчатой двухступенчатой передачи |
||
КПД гидротрансформатора заднего хода |
||
КПД гидротрансформатора переднего хода |
||
КПД гидродинамической муфты |
||
КПД электродинамической муфты |
||
КПД электропередачи на постоянном токе |
||
КПД электропередачи на переменном токе |
||
КПД гребного винта |
||
Коэффициент влияния корпуса |
Коэффициент показывает, какой запас мощности имеет главный двигатель при полной частоте вращения в номинальных условиях (отсутствие обрастания корпуса и волнения, нормальное водоизмещение и совместная работа всех гребных винтов).
Эффективная мощность главного двигателя:
3. Выбор главного двигателя
Одна из основных задач проектирования - правильный выбор типа главного двигателя. Исходными данными для этого служит тип и назначение судна, районы плавания, режимы работы установок, условия размещения двигателей, требования к массогабаритным показаниям установки, а также требования РМРС (Российского Морского Регистра Судоходства).
Малооборотные ДВС (МОД), как правило, используются в установкой с прямой передачей. Они обладают высокой цилиндровой мощностью (до 3000 кВт) и большим ресурсом (до 100000 час), однако значительно уступают другим типам ДВС по массогабаритным показателям.
Тяжелое топливо, стоимость которого по отношению к легкому дизельному топливу ниже в среднем в 2 раза, применяется в МОД и СОД.
Использование среднеоборотного дизеля (СОД) вместо МОД такой же мощности обеспечивает уменьшение массы установки в 1,5…2 раза и сокращение занимаемого ею объема в 1,4…1,7 раза.
Быстроходные ДВС (ВОД) устанавливают главным образом на судах на подводных крыльях и воздушной подушке.
Для танкера назначением морская и смешанная (река-море) перевозка наливом сырой нефти и нефтепродуктов, лучше подойдет две главные энергетические установки работающие на два винта. Двухвинтовые суда имеют лучшие маневренные качества. Достаточно отметить, что их можно развернуть практически на месте, работая машинами в разные стороны “враздрай”. Такие качества важны для судов, которые работают в стесненной акватории, самостоятельно заходят в стесненные порты, проходят каналы, заходят в шлюза. При поломке или профилактическом ремонте судно продолжает оставаться на ходу.
Выбираем прототип двигателя Wдrtsilд 4L20.
Судовой четырехтактный дизельный двигатель Wдrtsilд 4L20, нереверсивный, рядный, четырехцилиндровый, мощностью 800 кВт с газотурбинным наддувом и промежуточным охлаждением, с прямым впрыском топлива.
Данные судовые дизели представляют собой новое поколение силовых установок, в основу конструкции которых заложены требования обеспечить эффективную работу на тяжелых видах топлива, низкую стоимость производства и ремонт судовых двигателей.
Предназначенный для установки в качестве главного двигателя на морских судах с неограниченным районом плавания, с механической (редукторной) передачей на гребной винт, надежно работающих в любых климатических условиях на наиболее дешевых сортах тяжелого жидкого топлива.
4. Габаритный расчёт дизеля
Определяющим габаритом для ДВС является его длина. В первом приближении длина рядного двигателя на фундаментной равна:
где - число цилиндров (по прототипу); - расстояние между осями, выраженное в количестве диаметров цилиндра (по прототипу).
Ширина двигателя на фундаментной раме:
где - коэффициент, равный для СОД;
- ход поршня двигателя (по прототипу).
Высота двигателя от оси коленчатого вала до крайней верхней точки:
где - коэффициент, равный для тронковых.
Высота двигателя от оси коленчатого вала до крайней нижней точки:
где - коэффициент, равный 1,25…2,00.
Общая высота двигателя:
Массу двигателя можно определить через удельную массу , четырехтактных СДО ().
Зная массу двигателя , можно определить и массу установки:
После принятия решения о размере двигателя следует оценить ожидаемое значение среднего эффективного давления (МПа) по формуле:
2,53 МПа
где - эффективная мощность главного двигателя, кВт;
- диаметр поршня, м;
- ход поршня, м;
- частота вращения коленчатого вала, об/мин;
- коэффициент тактности 1,0 - для двухтактного двигателя.
Сравним полученное значение среднего эффективного давлениясо значением Peдизеля прототипа. Полученное значение для данного дизеля составляет Pe= 2,53 МПа, а для дизеля прототипа данное значение составляет Pe=2,7 МПа. На основании этого сравнения, можно сделать вывод о возможности достижения в данном проектном решении величины NeГД
5. Тепловой расчёт
Тепловой расчёт позволяет определить основные параметры цикла и показатели рабочего процесса, характеризующие эффективность и экономичность работы двигателя. Задачей теплового расчёта является построение теоретической диаграммы цикла, при помощи которой можно установить основные размеры двигателя, обеспечивающие заданную мощность, найти усилия от давления газов, действующие на детали ДВС.
5.1 Процесс наполнения
Основными параметрами, характеризующими процесс наполнения, являются:
- коэффициент наполнения;
- коэффициент остаточных газов;
- давление в конце наполнения, МПа;
- температура рабочей смеси, К;
- давление остаточных газов, МПа;
- температура остаточных газов, К.
Расчет процесса наполнения заключается в определении значений этих параметров.
Давление в конце наполнения:
где - наибольшая скорость протекания свежего заряда при открытии выпускных клапанов;
- коэффициент скорости истечения, учитывающий вредные сопротивления при протекании воздуха через клапаны ;
- температура окружающей среды, К (принимается 288,15 К).
- давление воздуха перед входом в цилиндр (давление наддува), МПа. принимается по прототипу. Если давление наддува не известно, то можно принять
Для определения необходимо знать среднюю скорость поршня и скорости поступающего заряда через живые сечения клапана. определяется по следующей формуле:
А скорость поступающего заряда воздуха найдём по формуле:
где - площадь поршня;
- площадь сечения полностью открытых впускных клапанов;
Для СДО величина .
Наибольшая скорость протекания свежего заряда через выпускной клапан:
Коэффициент остаточных газов для расчёта двухтактных двигателей определяется по формуле:
=0,028
Повышение температуры воздуха в следствие нагрева его внутри двигателя составляет по опытным данным для двухтактных
В случае расчёта четырехтактных двигателей с наддувом и двухтактных двигателей должно быть учтено повышение температуры заряда вследствие сжатия в нагнетательном или продувочном насосе:
где - показатель политропы сжатия в нагнетателе или насосе;
- атмосферное давление.
Величина показателя политропы сжатия n для центробежных нагнетателей
Температура воздуха перед входом в цилиндр:
где - падение температуры в охладителе, K (как правило для двигателей с наддувом). При этом выбирается таким образом, чтобы температура воздуха перед входом в цилиндр была больше . В противном случае разность температур между забортной водой и воздухом будет слишком мала для обеспечения необходимого охлаждения воздуха.
Температура смеси в конце наполнения для четырехтактных двигателей определяется:
Коэффициент степени сжатия для CОД ().
Значение температуры остаточных газов для CОД (TR= 723 K)
По опытным данным Коэффициент наполнения через коэффициент остаточных газов определяется следующим образом:
* для четырёхтактного двигателя с наддувом:
==1,87
Где - доля хода поршня, потерянного на продувку.
При этом условии принимают:
Прямоточно-клапанной
5.2 Процесс сжатия
Основными параметрами, определяющими процесс сжатия, являются:
- давление начала сжатия;
- температура начала сжатия;
- степень сжатия;
- показатель политропы сжатия;
- температура конца сжатия;
- давление конца сжатия.
Так как процесс сжатия политропный, то величины, характеризующие начало и окончание его, связаны уравнениями:
Показатель политропы для СОД .
5.3 Самовоспламенение и сгорание
Важнейшей характеристикой топлива служит низшая теплота сгорания топлива - количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1 кг топлива. Она зависит от элементарного состава топлива.
Низшую теплоту сгорания жидкого топлива можно определить по формуле Д. И. Менделеева:
Где - низшая теплота сгорания рабочего топлива,
- массовые доли углерода, водорода, кислорода, серы и воды в топливе.
Прежде всего необходимо определить количество воздуха теоретически необходимого для сгорания 1кг топлива:
Отношение количества воздуха, поступившего в цилиндр, к количеству воздуха, теоретически необходимому, называется коэффициентом избытка воздуха при горении и обозначается
Действительное количество воздуха определяется по формуле:
где - коэффициент избытка воздуха равный отношению количества воздуха, поступившего в цилиндр, к количеству воздуха, теоретически необходимого. По опытным данным, коэффициент избытка воздуха при сгорании на номинальном режиме для ДВС с наддувом .
При наддуве принимают несколько большие значения с целью уменьшения теплонапряжённости деталей двигателя.
Мольное количество смеси воздуха и остаточных газов, находящееся в цилиндре до горения:
Количество молей продуктов сгорания:
Действительный коэффициент молекулярного изменения:
Приближённые значения средних мольных теплоносителей по опытным данным могут быть подсчитаны по следующим формулам:
1) при постоянном объеме:
- для азота:
- для кислорода:
29098,9 Дж/кг*К
- для водяного пара:
- для углекислого газа:
2) при постоянном давлении:
- для азота:
- для кислорода:
- для водяного пара:
- для углекислого газа:
Приведённые формулы теплоёмкостей могут быть использованы в пределах температур от 273 до 2300 К.
Мольная концентрация отдельных газов:
1. до сжатия:
- для азота:
- для кислорода:
0,213
- для водяного пара:
2. в конце сжатия:
- для азота:
-- для кислорода:
0,198
- для водяного пара:
- для углекислого газа:
Теплоёмкости смеси газов определяют по формулам:
Суммарная изохорная теплоемкость газа:
Суммарная изобарная теплоемкость смеси:
Уравнение сгорания для смешанного цикла имеет вид:
Где - коэффициент использования тепла;
- степень повышения давления.
Коэффициент использования тепла учитывает потери тепла, связанные с догоранием части топлива в процессе расширения, теплообмен со стенками камеры сгорания, диссоциацию.
1853 K
У судовых дизелей значение степени повышения давления находится в следующих пределах:
Степень предварительного расширения определяется зависимостью:
Степень последующего расширения:
По опытным данным значения и для цикла смешанного сгорания находится в пределах и
5.4 Процесс расширения
Основными параметрами, характеризующими процесс расширения, являются:
- температура начала расширения;
- давление начала расширения;
- показатель политропы расширения;
- температура конца расширения;
- давление конца расширения;
Давление начала расширения:
Давление конца расширения:
Температура конца расширения:
У СОД при работе на номинальных режимах показатель политропы расширения .
5.5 Процесс выпуска
В связи с тем, что в момент открытия выпускного клапана давление в цилиндре сравнительно высокое, приходится открывать их с некоторым опережением, несколько раньше прихода поршня в нижнюю мертвую точку, чтобы избежать большого противодавления на поршень и, кроме того, чтобы ускорить и улучшить очистку цилиндра от остаточных газов.
Ввиду того, что характер колебаний давления газов при выпуске не поддается точному теоретическому подсчету, поэтому в расчете вместо переменного давления используем среднее постоянное давление газов в период выпуска .
Это давление выше давления в выпускной трубе . По практическим данным можно принять:
и .
Меньшие значения относятся к тихоходным двигателям, а большие - к быстроходным. Средняя температура отработавших газов для четырехтактных ДВС.
5.6 Построение индикаторной диаграммы
Тепловой расчёт завершают построением индикаторной диаграммы, которая является исходным материалом для динамического и прочностного расчётов двигателя. Построение индикаторной диаграммы выполняют аналитическим способом.
Задавая значения текущей степени сжатия от 1 до (включая , последовательно определяем численные значения величин, входящих в таблицу 3.
Таблица 3
К построению индикаторной диаграммы
1,00 |
0,00954 |
1 |
1 |
0.214 |
0.662 |
|
1,25 |
0,00753 |
1,358 |
1,337 |
0.272 |
0.882 |
|
1,50 |
0,00638 |
1,743 |
1,694 |
0.349 |
1.118 |
|
1,75 |
0,00551 |
2,153 |
2,070 |
0.431 |
1.366 |
|
2,00 |
0,00485 |
2,585 |
2,462 |
0.517 |
1.652 |
|
2,50 |
0,00388 |
3,509 |
3,291 |
0.702 |
2.172 |
|
3,00 |
0,00324 |
4,505 |
4,171 |
0.901 |
2.752 |
|
4,00 |
0,00248 |
6,681 |
6,063 |
1.336 |
4.002 |
|
5,00 |
0,00191 |
9,070 |
8,103 |
1.814 |
5.348 |
|
7,00 |
0,00143 |
14,381 |
12,550 |
2.876 |
8.283 |
|
8,00 |
0,00124 |
17,268 |
14,929 |
3.454 |
9.853 |
|
9,65 |
0,00098 |
22,326 |
19,050 |
4.465 |
12.573 |
|
11,00 |
0,00086 |
26,712 |
22,585 |
5.342 |
14.906 |
|
13,00 |
0,00073 |
33,582 |
28,062 |
6.716 |
18.521 |
|
0,00063 |
40,855 |
33,800 |
8.171 |
22.308 |
Данные таблицы 3 используем для построения индикаторной диаграммы. Рекомендуемые масштаб Проводим координатные оси, на которые наносим шкалы объёмов и давлений.
Расчеты к индикаторной диаграмме:
? объем:
, тогда отсюда
Зная из расчёта , определяем
Примем масштаб на диаграмме: 1мм =0,002 м3.
Тогда:
;
;
;
.
? Давление:
PA = 0,272972МПа
PC = 10,146369МПа
PB = 1,025142МПа
PZ = 13,697689МПа
Примем масштаб на диаграмме: 1мм = 0,1 МПа.
Тогда:
;
;
;
.
По известным давлениям используя данные таблицы 3, наносим промежуточные значения давлений по линиям сжатия и расширения.
Для двухтактного дизеля необходимо изобразить хвостовую часть диаграммы, размер которой по оси абсцисс больше на величину . отложив на чертеже этот отрезок, получим положение НМТ
Где - доля хода поршня, потерянного на продувку.
Соединив полученные точки плавной лекальной прямой, окончательно строим индикаторную диаграмму теоретического расчёта цикла. (Рис.1 )
Рис. 1 Индикаторная диаграмма теоретического расчета цикла
Для двухтактного дизеля необходимо изобразить хвостовую часть диаграммы, размер которой по оси абсцисс больше на величину . отложив на чертеже этот отрезок, получим положение НМТ, после чего сделаем скругление диаграммы у ВМТ и приближённо нанесём хвостовую часть.
Затем определяем площадь диаграммы и высчитываем среднее индикаторное давление цикла , МПа:
Где F - площадь диаграммы, , на чертеже;
- длинны диаграммы (от ВМТ до НМТ), мм;
- масштаб давлений по оси ординат, .
Можно определить среднее теоретическое индикаторное давление цикла аналитически , МПа:
Чтобы найти среднее индикаторное давление действительного цикла необходимо учесть коэффициент полноты индикаторной диаграммы
для двухтактных дизелей с наддувом и без:
Расхождение между средними индикаторными давлениями действительного цикла, найденными по диаграмме и аналитическому расчету, не должны различаться больше, чем на 2 - 5%.
5.7 Параметры, характеризующие рабочий цикл
К параметрам, характеризующим действительный рабочий цикл двигателя, относят давление в конце сжатия , давление в конце горения , среднее индикаторное давление , среднее эффективное давление , эффективный расход , эффективный КПД , а также приводятся диаметр цилиндра и ход поршня .
Среднее эффективное давление найдём так:
Согласно опытным данным, механический КПД при работе на номинальной мощности для судовых двухтактных МОД .
Удельный индикаторный расход топлива определим следующим образом:
для двухтактных двигателей:
Удельный эффективный расход топлива:
Индикаторный КПД:
Эффективный КПД:
Диаметр цилиндра:
Ход поршня:
6. Описание тепловой схемы дизельной установки
6.1 Общие требования к системам
Системой ДЭУ называется совокупность специализированных трубопроводов с механизмами, аппаратами, устройствами и приборами, предназначенная для выполнения определенных функций, обеспечивающих нормальную эксплуатацию установки.
Работу главных и вспомогательных дизелей обеспечивают следующие системы:
? топливная;
? смазочного и охлаждающего масла;
? охлаждения;
? сжатого воздуха (для пуска и реверса главного дизеля);
? свежего воздуха (для работы двигателей);
? отвода отработавших газов
Каждая из перечисленных систем ДЭУ должна обладать надежностью и живучестью.
Надежность - свойство системы выполнять заданные функции, сохраняя в процессе эксплуатации безотказность в работе, ремонтопригодность и долговечность составляющих ее элементов.
Живучестью системы называется ее способность сохранять и восстанавливать работоспособность при чрезвычайных обстоятельствах: при аварии, пожаре, затоплении машинного отделения и прочих повреждениях судна.
Надежность и живучесть любой системы может быть обеспечена и повышена за счет следующих мер:
? минимизация количества элементов системы;
? резервирование элементов и участков системы;
? применение стойких конструкционных материалов и изделий;
? размещение элементов системы на одном фундаменте;
? рациональное размещение в машинных отделениях;
? унификация элементов системы;
? улучшение условий эксплуатации, обеспечивающих эффективный контроль состояния систем;
? повышение квалификации обслуживающего персонала;
? применение комплексной автоматизации.
6.2 Топливные системы
Топливные системы предназначены для приема, хранения, очистки, подогрева и подачи топлива на берег и другим судам.
Структура топливной системы зависит от вида используемого топлива и типа двигателей.
Дизельное топливо называется легким, а остальные - тяжелыми топливами.
Качество жидкого топлива определяется физико-химическими свойствами: фракционным составом, температурами застывания и вспышки, плотностью, испаряемостью, содержанием воды и механических примесей, наличием сернистых соединений и смолистых веществ, теплотой сгорания, вязкостью и др.
Одним из основных показателей топлива является вязкость, так как она характеризует возможность перекачивания и использования топлива в СЭУ.
В судовых установках используются топлива малой вязкости, средней вязкости и высокой вязкости - легкое и тяжелое. С увеличением температуры топлива его вязкость и плотность снижаются. Поэтому для улучшения распыления топлива его подогревают.
Дизельное топливо относится к категории легких и считается наиболее подходящим для высокооборотных ДВС и ГТД авиационного типа. Для среднеоборотных, малооборотных и ГТД оно используется только во время пуска и работы на режимах маневрирования.
Судовая топливная система условно может быть разделена на три подсистемы:
? приема и хранения топлива;
? топливообработки;
? подачи топлива к двигателям.
Топливная система дизеля состоит из топливных систем низкого и высокого давления и топливной аппаратуры.
Топливная система низкого давления представляет собой часть топливной системы дизеля и предназначена для подготовки и подачи топлива к системе высокого давления и включает в себя: цистерны, фильтры, насосы, смесители, сепараторы, гомогенизаторы, подогреватели и топливопроводы. Состав этой системы зависит от типа топлива.
Топливная система высокого давления предназначена для нагнетания топлива в камеры сгорания: она осуществляет впрыскивание топлива в камеры сгорания дизеля и включает в себя топливный насос высокого давления (ТНВД) и форсунки, обычно соединенные топливопроводом высокого давления. Если применяются насос-форсунки, то топливопровод высокого давления отсутствует.
Прием топлива осуществляется в запасные цистерны легкого и тяжелого топлива с палубы через фильтр; при переполнении цистерн топливо по переливным трубам переливается в переливную цистерну. Для хранения топлива могут использоваться топливобалластные замещаемые танки.
Применение вязких топлив требует установки в цистернах змеевиков парового подогрева или оборудования струйного подогрева в цистерне, при котором в районе расходного патрубка размещаются паровые змеевики для местного подогрева топлива.
Для предварительной очистки топлива от воды и механических примесей предусматриваются отстойные цистерны тяжелого и легкого топлива. На отдельных судах отстойные цистерны отсутствуют, но есть сепараторы для очистки топлива от воды и механических примесей. Кроме того система сепарации включает в себя фильтры, насосы, подогреватели топлива на его пути в расходные цистерны.
Рисунок 2 Топливная система
1-цистерна легкого топлива, 2- фильтр грубой очистки, 3- насос сепаратора легкого топлива, 4- сепаратор легкого топлива, 5- цистерна грязного легкого топлива, 6- расходная цистерна лёгкого топлива, 7- расходная цистерна тяжёлого топлива, 8- сепаратор тяжёлого топлива, 9- цистерна грязного тяжёлого топлива, 10- подогреватель сепаратора тяжёлого топлива, 11- насос сепаратора, 12- фильтр грубой очистки, 13- цистерна тяжёлого топлива, 14- смесительная цистерна, 15- фильтр грубой очистки, 16- топливоподкачивающие насосы, 17- ргулятор вязкости, 18- подогреватель топлива, 19- главный двигатель.
На рис. 2 представлена схема топливной системы проектируемого двигателя.
Перед запуском главного двигателя 19 система должна быть заполнена лёгким топливом, не требующим подогрева. Топливо из расходной цистерны лёгкого топлива 6 подаётся в смесительную цистеру 14. Маловязкое топливо из смесительной цистерны проходит через фильтр грубой очистки 15 и поступает к топливоподкачивающим шестерёнчатым насосам 16.
На установившемся режиме работы главного двигателя его можно переводить на высоковязкое топливо, а лёгкое топливо перекрывают и пускают по другой ветке, которая направляется к дизель - генераторной установке. Предварительно подогретое топливо из цистерны тяжёлого топлива 13, через сепаратор 8, начинают подавать в смесительную цистерну 14. По мере увеличения содержания высоковязкого топлива в смесительной цистерне вязкость смеси растёт, и смесь подаётся к двигателю через ргулятор вязкости 17, воздействующим на расход греющей среды через подогреватель топлива. Двигатель переходит на высоковязкое топливо. Отсечённое топливо от насосов высокого давления и форсунок возвращается в смесительную цистерну по трубопроводу. В качестве греющей среды в подогревателе топлива могут использоваться: пар от утилизационного парового котла, либо вода системы охлаждения двигателя.
6.3 Система смазки
Эти системы предназначены для приёма, хранения, перекачивания, очистки от воды и механических примесей, подачи масла к местам охлаждения, смазки трущихся поверхностей, а также для передачи его на другие суда и на берег. В зависимости от основного назначения системы различают трубопроводы: приёмоперекачивающий, циркуляционный смазочной системы, сепарирования масла, дренажный и подогрева масла.
Основным оборудованием, входящим в масляную систему, являются насосы, фильтры, сепараторы, охладители и подогреватели. Применяемые насосы по конструкции бывают шестерёнными (при небольшой подаче) и винтовыми (при большой подаче).
Приём на судно масла, как и топлива, производится по приёмноперекачивающему трубопроводу закрытым способом (по шлангам) внесудовыми средствами через наливные палубные втулки или приёмные патрубки, расположеные в станциях приёма топлива и масла. Через эти же патрубки производится выдача масла.
По способу создания давления различают системы: напорную, в которой давление масла (0,2 - 0,8 МПа), перед узлами трения, создаётся непосредственно навешанным на двигатель или электро приводным насосом; гравитиционную, в которой давление (0,07 - 0,1 МПа) определяется высотой расположения напорной цистрны, из которой масло самотёком поступает к смазываемым узлам.
Гравитационная система выгодно отличается от напорной постоянством напора и наличием определённого запаса масла, гарантирующего его подачу при пусках и остановках смазываемого агрегата с навешанным масляным насосом и при аварийном отключении насоса. Поэтому гравитационные системы применяются для смазывания ротативных механизмов, имеющих «выбег» (газотурбонагнетателей, редукторов, дейдвудных подшипников и др.)
В дизельных установках движение масла может быть циркуляционным (замкнутым) и линейным (лубрикаторным).В циркуляционной системе масло проходит через смазываемый узел и многократно совершает замкнутый цикл, а вот в линейной системе масло подводится к поверхности смазки один раз и обратно в систему не возвращается (сгорает в цилиндрах двигателя вместе с топливом). Лубрикаторная система смазки применяется в малооборотных и некоторых среднеоборотных дизелях.
Рисунок 3 масляная система
1- запасная масляная цистерна, 2- масляный насос, 3- расходная масляная цистерна, 4- запасная цистерна лубрикаторной системы смазки, 5- масляный фильтр, 6- масляный насос, 7- расходная масляная цистерна, 8- блок насосов - лубрикаторов, 9- главный двигатель, 10- масляный фильтр, 11- масляный насос, 12- магнитный фильтр, 13- масляный сепаратор, 14- грязевая масляная цистерна, 15 - фильтр грубой очистки, 16- масляные насосы, 17- фильтр тонкой очистки, 18- маслоохладители.
В лубрикаторной системе смазки МОД цилиндровое масло из расходной масляной цистерны 7 самотёком поступает к блоку насосов - лубрикаторов 8 и затем под давлением - в цилиндры двигателя 9. В цилиндрах двигателя масло, осуществляет смазку, полностью сгорает и обратно в систему не возвращается.
В циркуляционной системе смазки циркуляция масла осуществляется из расходной масляной цистерны 3, шетерёнными масляными насосами 16, которые обеспечивают прокачку масла через масляные сепараторы, в которых происходит сепарироване масла и отделение от него воды, механических частиц и грязи. Отсепарированое масло стекает в грязевую масляную цистерну 14. Один из масляных насосов находится в постоянной работе, второй является резервным. Для поддержания необходимой температуры масла параллельно маслоохладителю включена обводная линия с терморегулирующим клапаном. После смазки и охлаждения узлов двигателя масло стекает в картер, откуда самотёком стекает в циркуляционную цистерну, и забирается шестерёнчатым масляным насосом и подаётся снова в систему.
Заполнение расходной масляной цистерны 3 из запасной масляной цистерны 1 производится с помощью масляного шестерённого насоса 2.
6.4 Системы охлаждения
Системы охлаждения предназначены для отвода теплоты от различных механизмов, устройств, приборов и рабочих сред в теплообменных аппаратах.
Рабочими охлаждающими средами с СЭУ является забортная и пресная вода, масло, топливо и воздух.
Вода по сравнению с прочими охлаждающими средами имеет большую теплоемкость и при скорости 0,5-3,0 м/с высокий коэффициент теплоотдачи. Это легкодоступная охлаждающая среда и поэтому широко применяется в энергоустановках всех типов. Однако в воде содержатся растворимые соли, микроорганизмы и другие примеси, выпадающие в осадок при нагревании. Особенно много солей и примесей в морской забортной воде, поэтому ее нагрев выше 55°С нежелателен. Исходя из этого на судах применяют двухконтурные системы охлаждения: в низкотемпературном контуре используется забортная вода, а в высокотемпературном - пресная.
Пресная вода допускает нагрев в системах охлаждения при атмосферном давлении до 80-90°С, а при повышенном давлении - более 100°С.
Атмосферный воздух, как охлаждающая среда, имеет по сравнению с водой в 4 раза меньшую теплоемкость. Поэтому в системах охлаждение его требуемое количество весьма существенно и подается воздух со скоростью до 10 м/с и более. Это создает дополнительные проблемы, связанные с затратами энергии и поэтому воздух используется только в тех случаях, когда нельзя применять жидкие охлаждающие среды. Например, в электрических машинах используются только воздух для их охлаждения.
В судовых дизельных установках применяются три типа систем охлаждения - проточная, замкнутая и центральная.
Проточная система охлаждения забортной водой в ДЭУ используется для двигателей небольшой мощности, их редукторов, компрессоров сжатого воздуха, подшипников и для всех теплообменников.
Замкнутая система судовых ДЭУ применяется обычно для отвода теплоты от деталей двигателей, а проточная - для охлаждения рабочих сред в теплообменниках (масла, воздуха).
Применение замкнутой системы охлаждения пресной водой исключает коррозию деталей дизелей, позволяет повышать температуру в системе баз интенсификации образования накипи.
Для охлаждения современных судовых дизелей применяют исключительно замкнутые системы охлаждения, в которых используется пресная вода, циркулирующая по замкнутому контуру. Нагретую пресную воду пропускают через охладитель, прокачиваемый забортной водой. Это позволяет поддерживать необходимый температурный режим. Центральная система водяного охлаждения отличается тем, что она имеет только один теплообменник, охлаждаемый забортной водой. Остальные холодильники, включая холодильник пресной воды охлаждения цилиндров двигателя, охлаждаются от системы пресной воды низкой температуры.
Рисунок 4 система охлаждения пресной водой
Главный двигатель 1 охлаждаются пресной водой, подаваемой в магистраль насосом пресной воды 3. Через охладитель пресной воды 2 пресная вода поступает на охлаждение ГД, после охлаждения ГД пресная вода направляется в расширительный бак 4.
6.5 Система сжатого воздуха
Такой системой оборудуются СЭУ всех типов. Наиболее развиты эти системы на дизельных транспортных и промысловых судах. Различают системы сжатого воздуха низкого (до 1 мПа), среднего (до 3 мПа) и высокого (более 5 мПа) давления. Воздух низкого давления используется для хозяйственных нужд судна и ЭУ (продувание механизмов, кингстонов), среднего давления - в основном для пуска и реверса главных дизелей, а высокого - в системах пуска вспомогательных ДВС и других целей.
В основном сжатый воздух расходуется на пуск главных и вспомогательных дизелей. Кроме этого он используется для работы пневмоавтоматики, контролирующих устройств и предупредительной сигнализации, для создания давления в пневмоцистернах пресной и забортной воды, для продувания нагревательных змеевиков, фильтров и кингстонов.
Большую группу потребителей сжатого воздуха составляют пневматические устройства общесудового назначения: тифоны, пневмоинструмент и станки, пневматические грузоподъемные механизмы, углекислотные станции, воздушнопенные аппараты и др.
На судах промыслового флота сжатый воздух используют для работы технологического оборудования.
Обычно в состав системы сжатого воздуха входят поршневые электрокомпрессоры, масловлагоотделители, баллоны для хранения воздуха, редукционные клапаны, трубопроводы, контрольно-измерительные приборы и устройства автоматического регулирования.
Согласно требованиям «Правил Регистра» воздух для пуска главного двигателя должен храниться в двух баллонах одинаковой вместимости. Давление пускового воздуха составляет 2,5…3 МПа. На небольших судах и для пуска вспомогательных двигателей используют воздух с давлением 5…7 МПа. Запас пускового воздуха на судне должен быть достаточным для 12 последовательных пусков (попеременно на передний и задний ход) каждого реверсивного главного двигателя.
Сжатый воздух на судне расходуется не только для пуска двигателей, но и для других нужд, поэтому вместимость баллонов увеличивается из расчета на общесудовые нужды.
Рисунок 5 система пускового воздуха
1-главный двигатель,2- воздушный редуктор 3- воздушный редуктор 4- баллоны пускового воздуха 5- воздушный редуктор 6- баллоны пускового воздуха 7- влагомаслоотделитель, 8,9- основной компрессор, 10- резервный компрессор.
Система пускового воздуха состоит их следующего оборудования: пусковых баллонов, редукционного клапана, пневмостартера, пневмомотора агрегата прокачки топливом и маслом, блока электропневмоклапанов, предохранителього клапана. Как правило системы сжатого и пускового воздуха на дизельных судах аналогичны. Баллоны пускового воздуха главного двигателя 4, 6 заполняются с помощью главных компрессоров 8, 9 через водомаслоотделитель 7. Из баллонов часть воздуха через редуктор 3 направляется на хозяйственные нужды.
По мере расходования воздуха и снижения давления в баллонах пополнение осуществляется автоматически с помощью подкачивающего компрессора 10 неольшой производительности. При больших расходах пускового воздуха, что наблюдается при маневрировании главного двигателя, автоматически включатся в работу один из главных компрессоров. Показания давления воздуха в баллонах проверяются по манометрам.
6.6 Система газоотвода
Система газоотвода предназначена для обеспечения наиболее рационального отвода отработавших газов из цилиндров двигателя.
Под рациональным отводом понимается такая организация газовыпуска, которая способствует максимальному использованию энергии рабочего тела как в цилиндре двигателя, так и вне его, а также качественной очистке и наполнению цилиндров.
После использования энергии выпускных газов в турбокомпрессоре и утилизационном котле они должны отводиться за борт.
Согласно «Правилам Регистра» каждый двигатель должен иметь отдельный газовыпускной трубопровод, который выводится на верхнюю палубу через общий кожух-трубу.
Системы газоотводов дизельных двигателей можно классифицировать по следующим признакам:
? по глубине утилизации теплоты: без утилизации, в этих системах отработавшие газы выбрасываются в атмосферу; с умеренной утилизацией теплоты, в которых энергия газов используется в газовой турбине для осуществления турбонаддува дизеля; с глубокой утилизацией теплоты - как механическая, так и тепловая энергия газов используется в специальных устройствах - утилизаторах, как правило, утилизационных паровых котлов.
? по особенностям движения газа в коллекторах; изобарные, в которых давление газов в коллекторе постоянно; импульсные, в которых давление газов в коллекторе переменно и зависит от числа цилиндров двигтеля; комбинированные - давление газов в коллекторе переменное, но выравнивается перед поступлением на газовую турбину.
Рисунок 6 Схема системы газоотвода МОД с глубокой степенью утилизации теплоты Главный двигатель, 2- газовая турбина, 3- компрессор, 4- глушитель шума, 5- утилизационный паровой котел
6.7 Система управления
Система управления предназначена для пуска и остановки дизельного двигателя, изменения направления и частоты вращения коленчатого вала. Система управления дизельной установкой состоит из следующего оборудования:
- постов управления, предназначенных для ввода команд на выполнение какой либо операции;
- пусковых устройств, предназначенных для первоначальной раскрутки КШМ с целью приведения двигателя в действие;
- механизма реверсирования, предназначенного для изменения вращения вала двигателя в противоположную сторону, обеспечения правильного чередования и изменения фаз распределения органов пуска, газораспределения, топливоподачи, а также реверсирования навешенных на двигатель механизмов;
- блокирующих устройств, предотвращающих пуск двигателя при включенном валоповоротном устройстве, отсутствии давления масла в системе смазки, закрытых захлопках газоходов и других нештатных ситуациях.
В основе системы управления лежит система пускового воздуха, состоящая, как правило, из следующего оборудования: пусковых баллонов, редукционного клапана, пневмомотора агрегата прокачки топливом и маслом, блока электропневмоклапанов, предохранительного клапана.
Заключение
Цель данной курсовой работы заключалась в проектировании судового двигателя внутреннего сгорания для контейнеровоза. Огромные контейнеровозы - это крупный и бурно развивающийся сектор судостроительного рынка. Таким судам требуется все более и более совершенная начинка. Одна из основных задач проектирования - это правильный выбор типа главного двигателя. Чаще всего на судах используются дизели, обладающие наибольшей экономичностью.
Для данного типа судна целесообразно применять малооборотные дизели. Малооборотные ДВС используются как главные двигатели судов различных типов.
По результатам расчетов, мы определили эффективную мощность главного двигателя и выявили, что наиболее подходящим будет являться прототип двигателя 6ДКРН 50/200. Двухтактный, реверсивный, крейцкопфный, ДВС предназначен для установки на судах транспортного и рыбопромыслового флота в качестве главной силовой установки, а также используется совместно с генератором для выработки электроэнергии в стационарных условиях. Данный ДВС обеспечивает выбор сочетания мощности и частоты вращения в широком диапазоне, стабильную работу на тяжёлом топливе, а также простату в обслуживании, что дает нам экономическую выгоду.
Для выбранного ДВС характерны следующие системы обеспечения работы:
- Топливная система данного двигателя работает на двух сортах топлива (легкое и тяжелое). Так как применение вязких топлив требует подогрева. Подогрев осуществляем паровым подогревателем в автономном режиме.
- Систему смазки применяем циркуляционную (замкнутую) с мокрым картером и линейную (лубрикаторную, для смазки втулок цилиндров).
- Система охлаждения двухконтурная. В двухконтурной системе двигатель охлаждается пресной водой, которая в водяном охладителе охлаждается забортной водой.
- Система сжатого воздуха в главную очередь предназначена для пуска главного двигателя, а так же сжатый воздух используют для питания некоторых систем автоматического управления и хозяйственных нужд.
- Система газоотвода с глубокой утилизацией теплоты - как механическая энергия газов используется в газовой турбине для осуществления турбонаддува дизеля, так и тепловая энергия газов используется в специальных устройствах - утилизационных паровых котлов.
Также в ходе выполнения курсовой работы были рассчитаны массогабаритные показатели дизеля, сделан тепловой расчёт, построена индикаторная диаграмма. Выполнен поперечный разрез двигателя по рабочему цилиндру и тепловая схема.
Самым важным показателем в данной курсовой работе является эффективный КПД, оптимальные значения которого лежат в пределах от 38 до 45%. Это характеристика двигателя, отражающая степень использования теплоты с учетом всех видов потерь как тепловых, так и механических. Представляет собой отношение полезной механической работы ко всей затраченной теплоте. По расчётам эффективный КПД двигателя 6ДКРН 50/200 составляет 44,8%, что является неплохим показателем в правильности его выбора.
Список литературы
1. Самохин В.С. «СГЭО. Судовые дизеля. Тепловой и габаритный расчёт», методические указания к выполнению курсового проекта, Северодвинск, 2011.
2. Андросов Б.И., Кравцов А.И., Коншин И.А., «Дизели морских судов.», атлас конструкций, М.: Транспорт, 1966.
3. Ванштеёдт В.А., «Судовые ДВС.», Л.: Судостроение, 1977.
4. Овсяников М.К., «Судовые дизельные установки.», Л.: Судостроение, 1986.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Разработка принципиальной схемы энергетической установки танкера первого класса. Выполнение расчета главной энергетической установки - дизеля. Классификация вибродемпфирующих покрытий. Влияние вибродемпфирующего покрытия на частотную характеристику.
дипломная работа [3,9 M], добавлен 24.07.2013Описание промышленной установки электропривода бытового полотера. Расчет нагрузок механизмов установки и построение нагрузочной диаграммы. Проектирование и расчет силовой схемы электропривода. Конструктивная разработка пульта управления установки.
дипломная работа [632,5 K], добавлен 23.04.2012Расчет и оптимизация цикла газотурбинной установки. Выбор типа компрессора, определение его характеристик и основных размеров методом моделирования; определение оптимальных параметров турбины. Тепловой расчет проточной части турбины по среднему диаметру.
дипломная работа [804,5 K], добавлен 19.03.2012Схема установки для приготовления сиропа, перечень контролируемых и регулируемых параметров. Материальный и тепловой баланс установки. Разработка функциональной схемы установки, выбор и обоснование средств автоматизации производственного процесса.
курсовая работа [264,2 K], добавлен 29.09.2014Описание циркуляционной установки. Схема установки и ее расчет. Определение геометрической высоты всасывания насоса Н2, показаний дифманометра (дифпьезометра) скоростной трубки. Построение эпюр скоростей для сечения в месте установки скоростной трубки.
курсовая работа [751,2 K], добавлен 18.05.2010Определение основных параметров установки кузнечного индукционного нагревателя. Разработка электрической схемы и выбор электрооборудования. Выбор конденсаторных банок и токоподвода. Расчёт охлаждения элементов установки. Выбор механизмов установки.
курсовая работа [825,8 K], добавлен 09.01.2014Расчет и подбор кипятильник ректификационной установки и его тепловой изоляции. Особенности процесса ректификации, описание его технологической схемы. Схема конструкции аппарата. Выбор оптимального испарителя, расчет толщины его тепловой изоляции.
курсовая работа [409,8 K], добавлен 04.01.2014Описание промышленной установки, анализ кинематической схемы, определение параметров и проектирование расчётной схемы механической части электропривода. Расчёт и построение оптимальной тахограммы движения скоростного лифта и нагрузочные диаграммы.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 16.03.2012Разработка проекта 4-х цилиндрового V-образного поршневого компрессора. Тепловой расчет компрессорной установки холодильной машины и определение его газового тракта. Построение индикаторной и силовой диаграммы агрегата. Прочностной расчет деталей поршня.
курсовая работа [698,6 K], добавлен 25.01.2013Описание стадий технологического процесса абсорбционной установки. Расчет параметров огнепреградителя. Анализ свойств веществ и материалов. Определение возможности образования в горючей среде источников зажигания. Расчет категории наружной установки.
курсовая работа [399,6 K], добавлен 18.06.2013