Расчет судовой энергетической установки

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Введение. Общая характеристика судна

За прототип к курсовому проекту был взят т/х "Михаил Стрекаловский".

Номер и автор проекта: 743, "Варновверфт", ГДР

Год и место постройки: 1981, ГДР, г. Вернемюнде

Тип судна: Однопалубное, с удлиненным ютом, надстройкой и МО в корме, с ледокольным носом и транцевой кормой.

Назначение: Перевозка навалочных грузов, руд, зерна и контейнеров.

? 1- Одноотсечная непотопляемость

А2 - обьем автоматизации механической установки позволяет ее эксплуатацию одним оператором из центрального поста управления без постоянного присутствия обслуживающего персонала в машинных помещениях.

У Л - самостоятельное плавание в Арктике в летне-осенний период навигации в легких ледовых условиях и замерзающих не арктических морях круглогодично.



Корпус

Количество палуб - 1 непрерывная

Количество водонепроницаемых переборк - 8.

Рис. 1. т/х "Михаил Стрекаловский"

I.Основные показатели судна:

· Длина наибольшая м

· Длина между перпендикулярами L₊₊, м - 154,88

· Ширины B, м - 22,86

· Осадка средняя Т , м - 9,88

· Водоизмещение D , т - 27340

· Дедвейт DW , т - 19252

· Скорость хода , уз - 15,29

· Район плавания - неограниченный

· Дальность плавания S, миль - 6000

· Экипаж, чел. - 38

· Общая вместимость трюма, твиндека и верхней палубы, м³ - 26219

II.Энергетическая установка:

· Дизель

· Тип главного пропульсивного двигателя -MAH K8Z70/120E

· Мощность, кВт - 8240

· Частота вращения вала, об/мин -140

· Удельный расход топлива, г/кВт·ч - 217.5

· Тип передачи на гребной вал - Прямая

· Валопровод состоит из гребного вала диаметром 599 мм, длиной 7920 мм без облицовки и промежуточного вала диаметром 470 мм и длинной 4900мм,

· Материал дейдвудного подшипника -Баббит;

· Движитель - один ВФШ со съемными 4-мя лопастями, сталь, диаметром 5150 мм, масса винта 18960 кг, частота вращения 140 об/мин;

· Электростанция: род тока - переменный трёхфазный, напряжение 380В. Напряжение сети освещения и отопления 220В.

Источниками электроэнергии являются четыре дизель-генератора марки 8VD36-24A- 1- мощностью 4 x 440 кВт и генератором SSED639 - 12v мощностью 4x400 кВт.

· Вспомогательная котельная установка содержит 2 паровые ФЭБ Дампфер-цеугебау, паропроизводительностью 1х2.5 т\ч, 1х4 т\ч пара с давлением 0,5-0,7 МПа.

Располагая данными судна-прототипа можно получить данные, которые можем использовать в последующих расчётах.

Такими данными являются:

· объёмное водоизмещение судна, м³

где т/ м³- плотность морской воды

· коэффициент общей полноты



· коэффициент относительного удлинения судна

· коэффициент - отношение ширины теоретической ватерлинии к осадке

· площадь смоченной поверхности, которая определяется по формуле Семеки В.А. т.к. судно-прототип имеет :

м²

· по формуле Лаппа оценим пропульсивный К.П.Д.

· определим мощность подведённую к гребному винту (валовая мощность).

кВт

Где - к.п.д. валопровода

- к.п.д. передачи, у судна-протатипа передача через трехступенчатый редуктор

· относительная мощность электростанции

где кВт - суммарная мощность электростанции.

кВт - валовая мощность пропульсивной установки

· относительная паропроизводительность вспомогательной котельной установки

кг/кВтч

где кг/ч

· провозоспособность судна - прототипа, это количество груза перевезенное на расстояние

S=3000 миль за эксплуатационный период суток, тонно-миль

где = 0,93…0,95 - коэффициент использования дедвейта;

узлов

=0,68 - коэффициент ходового времени

коэффициент потери скорости по гидрометеоусловиям - принимается по таблице 1

Таблица 1

Коэффициент потери скорости

Vs, уз	10	11…12	13…14	15…16	17…18	19…20	свыше 20
kv	0,9	0,92	0,93	0,94	0,96	0,97	0,975

тонно-миль

2. Технические, энергетические и экономические характеристики различных типов ГПК

В задании на курсовую работу в качестве ГПК указана одновальная ГТУ с ГТД двухкомпрессионный с промежуточным охлаждением воздуха, регенератором (с ГТУ 5500л.с. Бритиш Томпсон Хаустон).На судне-прототипе установлен ГПК с ГТУ 4 СПГГ GS-34

3. Оценим характеристики этих пропульсивных комплексов:

Характеристики	ГПК с ГТУ 4 СПГГ GS-34	ГПК с ГТУ 5500л.с. Бритиш Томпсон Хаустон
Мощность двигателя, кВт	3680	4043
Частота вращения, об/ мин	5500	3500
Удельный расход топлива, кг/кВт ч	0,265	0,301
Удельная масса, кг/кВт	37,8	42.29
КПД,%	31,8	28

Анализируя приведённые в таблице характеристики, можно сделать следующие выводы:

1. ГПК с ГТУ 5500л. Бритиш Томпсон Хаустон обладает меньшей экономичностью чем ГПК с ГТУ 4 СПГГ GS-34. Коэффициент изменения к.п.д. равен:

2. Удельный расход топлива у ГПК с ГТУ 5500л.с. больше, чем у ГПК с ГТУ 4 СПГГ GS-34

4 СПГГ GS-34. Коэффициент изменения удельного расхода топлива равен:



3. Удельная масса ГПК с ГТУ 4 СПГГ GS-34 меньше массы ГПК с ГТУ 5500л.с. Бритиш Томпсон Хаустон.

Коэффициент изменения удельной массы равен:

Окончательное суждение о преимуществах этих типов ГПК можно сделать после анализа энергетической, эксплуатационной и экономической эффективности.

3. Определение пропульсивной мощности и мощности ГД

В задании на КР заданы главные размерения судна, техническая скорость и коэффициент полного сопротивления движению судна. Располагая этими данными можно определить буксировочное сопротивление и буксировочную мощность.

Буксировочное сопротивление определяется по следующей формуле:

буксировочный пропульсивный паровой котел

где кг/м³- плотность морской воды

Коэффициент общей полноты определяется по следующей формуле:

где м³

Площадь смоченной поверхности, которая определяется по формуле Семеки В.А. т.к. судно-прототип имеет :

м²

Скорость судна в задании в узлах, поэтому переведём узлы в м/с.

м/с

Полученные значения подставляем в формулу

Н =470,832 кН

Буксировочная мощность.

кВт

Пропульсивный КПД винта:

где =0,69- КПД винта в свободной воде,

=0,07- коэффициент засасывания,

=0,05- коэффициент попутного потока.

Определяем пропульсивную мощность (мощность подведенную к гребному валу)

кВт

Чтобы определить мощность на выходном фланце главного двигателя, необходимо учесть потери трения в подшипниках валопровода и в прямой передаче.

Эти потери оцениваются: =0.97…0.99 - КПД валопровода

=0,975…0,985 - КПД передачи

Принимаю: =0,98

=0,985.

Мощность главного двигателя:

кВт

Выводы:

На основании выполненных расчётов, заданного прототипа судна, принимаю решение:

1. Установить в качестве главного двигателя, газовую турбину 5500л.с. Бритиш Томпсон Хаустон с максимальной мощностью кВт;

2. Для обеспечения расчетной пропульсивной мощности установить две таких турбины, работающих на один гребной вал.

3. Коэффициент использования максимальной мощности б_ен = 0,934, при этом пропульсивная мощность будет:

кВт

4. Установка двух ДВС повышает надежность судна. При работе одного двигателя судно будет двигаться со скоростью:

Где - пропульсивная мощность при работе одной ГТУ, кВт;

= 7288,45 кВт - рассчитанная пропульсивная мощность;

- скорость судна при работе одной ГТУ, уз;

=21 уз - скорость судна согласно заданию.

уз.

4. Комплектация тепловой схемы главного пропульсивного комплекса (ГПК)

Согласно заданию на курсовую работу задана газотурбинная установка. В состав ГТУ входят две ГТУ ….. ГТУ работают на гребной вал через зубчатую передачу.

Структурная схема ГПК показана на рис.1.



Рис.1 Структурная схема ГПК: 1-трехступенчатый редуктор; 2- газовая турбина низкого давления; 3- газовая турбина высокого давления; 4- компрессор низкого давления; 5- компрессор высокого давления; 6- камера горения (сгорания); 7- топливный насос - регулятор; 8- шестеренный масляный насос с приводом от двигателя; 9- автоматический распределитель топлива (АРТ); 10- шестеренный масляный насос редуктора; 11- воздухоохладитель; 12- регенератор.

На тепловой схеме главного пропульсивного комплекса (ГПК) должны быть показаны: топливная, масляная системы, система охлаждения.

Топливная система обеспечивает подачу топлива к газотурбинным двигателям, к приводам электрогенераторов, к вспомогательным паровым котлам.

Устройства и механизмы системы должны обеспечивать:

· прием топлива в цистерны запаса и откачку топлива из них

· перекачивание топлива из одной цистерны в другую, в отстойные и расходные цистерны;

· подготовку топлива к сжиганию (промывку, сепарирование, ввод присадок, фильтрование;

· подачу топлива к топливным насосам.

Топливная система состоит из цистерн для хранения запасов топлива, отстойных и расходных цистерн, топливных насосов, сепараторов, подогревателей, трубопроводов с запарной и регулирующей арматурой, контрольно-измерительных приборов и автоматических устройств. Схема топливной системы ГТУ показана на рис.2 (а,б,в).

Рис. 2а. Приемно-перекачивающая и расходно-остаточная топливная система: 1- приемная втулка; 2- фильтр; 3- цистерна суточного запаса топлива (диптанк); 4- колонка указательная с плоским стеклом; 5- гусек воздушной трубы; 6- цистерны запаса топлива, расположенные в междудонном пространстве ( в составе корпуса судна); 7- гусек воздушно-измерительной трубы; 8- сетка приемная без клапана; 9- шестеренные электронасосы для перекачки топлива; 10- сдвоенный топливный фильтр; 11- отстойные расходные цистерны; 12- цистерны сбора нефтеостатков; 13- к насосу для удаления нефтеостатоков; 14- к топливным сепараторам.



Рис. 2б. Система топливоподготовки: 1- топливо от перекачивающего электронасоса; 2- отстойно - расходные цистерны; 3- слив нефтесодержащих вод в цистерну сбора нефтеостатков; 4- топливо на второй сепаратор; 5- сепаратор топлива; 6- отсепарированное топливо от второго сепаротора; 7- расходные топливные цистерны; 8- к топливоподкачивающему насосу.

Рис. 2в. Расходная топливная система ГТД: 1- топливо из расходно-отстойной цистерны; 2- расходные топливные цистерны; 3- топливо ко второму топливному насосу; 4- топливо от второго топливного насоса; 5- топливный насос; 6- сдвоенный топливный фильтр тонкой очистки; 7- автоматический электромагнитный клапан подачи топлива к пусковым форсункам ГТД; 8- электромагнитный клапан подачи топлива к ГТД; 9- стоп-кран с электропневмоприводом ( при нарушении режима работы двигателя прекращает подачу топлива к форсункам камеры сгорания и топливо сливается в расходные цистерны); 10- автоматический распределитель топлива; 11- топливный насос-регулятор; 12- пусковой двигатель (стартер); 13- ГТД компановочной схемы 1ТК, 1СТ.

Масляная система ГТД обеспечивает отвод тепла трения от подшипниковых узлов, зубчатых приводных передач. Схема масляной системы ГТД показана рис.3.

Рис.3. Схема масляной системы ГТД: 1- ГТД; 2- масляный насос с приводом от двигателя; 3- маслобак; 4- магнитный фильтр; 5- автономный электромасляный шестеренный насос; 6- палубная втулка для приема масла; 7- приемный фильтр; 8- запасная масляная цистерна; 9- масляный сепаратор; 10- масло подогреватель; 11- терморегулирующий клапан; 12- маслоохладитель; 13- в цистерну грязного масла; 14- отстой в цистерну грязного масла.

Масляная система редуктора подает масло на смазку зубчатого зацепления и подшипников скольжения. Схема масляной системы редуктора показана на рис.4.



Рис.4 Масляная система редуктора ГТУ: 1- двухступенчатый редуктор; 2- гл. упорный пошипник (ГУП); 3- фильтр;4- масляная циркуляционная цистерна; 5- приемная сетка; 6- электромагнитный клапан; 7- приводной масляный насос; 8- электромасляный насос; 9- терморегулирующий клапан; 10- маслоохладитель; 11 - маслоподогреватель; 12- сдвоенный масляный фильтр; 13- повод забортной воды из системы охлаждения; 14- отвод воды; 15- подвод пара к маслоподогревателю; 16- отвод конденсата в цистерну грязных конденсатов; 17- сепаратор.

Система охлаждения забортной водой.

Забортная вода из системы подается в масло- и воздухоохладители, на опреснительные установки в систему охлаждения вспомогательных двигателей (дизельгенераторов, газотурбогенераторов), на охлаждение масла в подшипниках валопровода. Схема системы охлаждения показана на рис. 5.



Рис.5. Схема системы охлаждения забортной водой: 1- бортовой кингстонный ящик; 2- приемный кингстон; 3- днищевой кингстонный ящик; 4- приемная решетка; 5- насосы центробежные; 6- вода на охлаждение ДГ; 7- вода в маслоохладители; 8- вода в охладители масла подшипников валопровода; 9-вода к ОУ; 10 -пар на продувку приемной решетки; 12- слив воды на продувку приемной решетки; 13- отливной кингсон.

Согласно заданию на КР предусмотрено использование тепловой энергии отработавших газов ГТД в комбинированном котле.

Комбинированный котел располагают в выхлопном газоходе главного двигателя.

Схема комбинированного котла показана на рис.6.

Рис. 6. Схема комбинированного котла: 1- пароводяной коллектор-сепаратор; 2- потолочный дырчатый щит; 3- пароперегреватель; 4- конвективно-испарительная поверхность; 5- опускные трубы; 6- водяной коллектор; 7- пароперегреватель со стороны газовой части; 8- патрубок подвода уходящих газов; 9- устройство сажеобдува; 10- водяной коллектор утилизационной части; 11- испарительная секция; 12- трубы экрана; 13- стенка каркаса разделяющая котел на топливную и газовую часть.

Рис. 7. Опреснительная установка: 1- пар от вспомогательного котла; 2- пар от утилизационного котла; 3- забортная вода из системы охлаждения; 4- водоподогреватель; 5- испаритель; 6- сепаратор; 7- эжектор рассола; 8- конденсатор; 9- пароструйный эжектор; 10- электроконденсатный центробежный насос; 11- солемеры; 12- удаление дистиллята с повышенной соленостью; 13- цистерна дистиллята; 14- слив дистиллята с повышенной соленостью в трюм; 15- дистиллятный центробежный электронасос; 16- дистиллят в теплый ящик; 17- отливной кингстон; 18- приемный кингстонный ящик; 19- приемный кингстон; 20- насос забортной воды.



Рис.8. Дизель-генераторная установка: 1- расширительный бак пресной воды; 2- расходная топливная цистерна; 3- расходная масляная цистерна; 4- сдвоенный масляный фильтр; 5- топливный фильтр; 6- спуск отстоя топлива в цистерну грязного топлива; 7- спуск отстоя в цистерну грязного масла; 8- подача топлива из запасной цистерны; 9- подача масла из запасной цистерны; 10- пусковой и подкачивающий агрегат топлива (11) и масла (12); 13- ДВС с приводными механизмами; (14-шестеренный масляный нагнетательный насос; 15- шестеренный топливоподкачивающий насос; 16 - центробежный насос пресной охлаждающей воды; 17- центробежный охлаждающий насос забортной воды; 18- шестеренный маслооткачивающий насос); 19- электрогенератор переменного тока; 20- охладитель пресной воды; 21- приемный кингстон; 22 - кингстонный ящик; 23- отливной кингстон; 24- масляный фильтр; 25- маслоохладитель.



Рис. 9. Компрессорная станция и система сжатого воздуха: 1- поршневой электрокомпрессор с приводными центробежным насосом охлаждения пресной водой (2) шестеренным масляным насосом (3); 4- масляный фильтр; 5- маслоохладитель; 6- масляная цистерна компрессора; 7- расширительная цистерна пресной воды; 8- водоохладитель; 9- масловлагоотделитель; 10- блок осушки воздуха; 11- баллоны воздуха высокого давления; 12- баллон воздуха высокого давления для системы управления ГТУ; 13- воздух в систему управления ГТУ; 14- редукционный клапан низкого давления; 15- баллон воздуха низкого давления; 16- воздух низкого давления на хозяйственно-бытовые нужды; 17- редукционный клапан среднего давления; 18- влагомаслоотделитель; 19- баллон воздуха среднего давления; 20- воздушный клапан с дистанционным управлением; 21- тифон.

Соединив энергетическими связями элементы, показанные на рис. 1-9, мы получим тепловую схему главной пропульсивной установки в условиях графических обозначениях.

5. Определение основных характеристик энергетических систем ГПК

Топливная система

Для каждого МОД устанавливают по две отстойно-расходной цистерны. Объем расходно-отстойной цистерны выбирается исходя из обеспечения работы главных двигателей на номинальной мощности в течение 12 ч.:

(16)

Где - плотность топлива для ГТД. При температуре подогрева топлива до 45⁰С,

=895 кг/м³

м³

Суточный расход топлива при работе ГТУ на номинальной мощности:

(17)

Где - суммарная мощность ГПК, на судне установлено 2 МОД.

м³

Подача сепараторов из цистерны 2 в цистерну 7 (см.рис.2б) определяется из условия сепарации суточного расхода топлива за ч. Время сепарации принимаю ч.

 м³/ч

Обычно устанавливают 3 топливных однотипных сепараторов (один из них резервный)

Подача одного сепаратор составит:

м³/ч

Из списка типоразмеров сепараторов выбираю центробежный сепаратор марки СЦС-3 со следующими параметрами:

Номинальная подача, м³/ч 3,0

Мощность электродвигателя, кВт - 8

Масса, кг 1000

Габариты, LxBxH, мм 1290 x 1010 x 1310

Топливо из топливных запасных цистерн, диптанка подается в расходно-отстойные цистерны топливоперекачивающими насосами (см. рис.2а). Ёмкость запасных топливных цистерн обычно равна (100…150)т, принимаю 120т.

Объем запасной цистерны составит:

м³

где =910 кг/м³ - плотность топлива при t =20⁰С.

Продолжительность выкачки этого количества топлива составляет ф_вык = 4…6 ч, принимаю ф_вык = 6 ч.

Подача топливоперекачивающего насоса составит:

 м³/ч

Мощность потребляемая топливо перекачивающим шестеренным насосом:

где - напор шестеренного насоса;

- КПД насоса

принимаю: ;

Вт = 11,1 кВт

В качестве топливоперекачивающего насоса выбираю 2 шестереннх насоса марки Р3-30.

Подача топливоперекачивающего насоса определяется по расходу топлива главным двигателем:

м³/ч

Мощность потребляемая топливоперекачивающим насосом:

В качестве топливоперекачивающего насоса выбираю винтовой насос с давлением нагнетания

КПД насоса

Вт = 1,66 кВт

Масляная система

Подача масляных насосов двигателя определяется количества тепла отводимого от узлов трения двигателя, которое определяется следующим образом:

кДж/ч

Подача масляного насоса двигателя

Где кДж/кг•град - теплоемкость масла

кг/м³ - плотность масла

⁰С- предельно допустимая разность температур масла на выходе и входе.

м³/ч

Количество масла, находящегося в системе при кратности циркуляции К_ц=8

м³

Объем циркуляционной масляной цистерны двигателя составляет (15…18%) от подачи масляного насоса:

 м³

Мощность электродвигателя масляного насоса:

Где - коэффициент запаса мощности

МПа- напор масляного насоса, определяемый по давлению масла в системе автоматического управления.

- к.п.д. шестеренного насоса

Вт =31 кВт

Система охлаждения пресной водой

Тепло, воспринятое пресной водой от ГД:

Q_пв = (0,085...0,150)b_eN_eQ^P_H = 0,1*0,301*4043*42700 = 51,9*10⁵ кДж/ч,

Тепло, воспринятое пресной водой от поршней:

Q_п = (0,04...0,050)b_eN_eQ^P_H = 0,04*0,301*4043*42700 = 20,78*10⁵ кДж/ч,

Подача насоса пресной воды:

где C_ПВ=4,17 кДж/(кг*град) - теплоемкость пресной воды;

Дt_ПВ=(8...10)⁰С = 10⁰С - разность температур пресной воды между входом и выходом из водо-водяного охладителя.

с_ПВ=1000 кг/м³ - плотность воды;

Мощность насоса пресной воды:

где к_з=(1,15...1,25) = 1,2 - коэффициент запаса насоса по подаче;

з_НПВ=(0,65...0,70) = 0,68 - к.п.д. насоса;

Н_НПВ=(0,2...0,3) = 0,25 МПа - напор насоса.

Выбираем центробежный насос НЦВ-250/20

Система охлаждения забортной водой

Тепло, воспринятое забортной водой от пресной воды, масла и воздуха в воздухоохладителе турбокомпрессоров:

Q_зв=Q_пв+Q_м+Q_в

где Q_в - тепло, переданное от наддувочного воздуха охлаждающей забортной воде.

Q_в=1,005*13,9*(401-293) = 1508,7 кДж/ч,

где =1,005 кДж/(кг град) - удельная теплоёмкость воздуха

=be*Ne* **L_o/3600 = 0.301*4043*1.8*1.6*14.3/3600 = 13.9 кг/с

- потребное количество воздуха

= 293 К - начальная температура воздуха

=*=293 = 401 К

- температура воздуха после компрессора

k = 1,4 - показатель адиабаты сжатия

кДж/ч

Подача насоса заборной воды:

м³/ч

Где кДж/кг•град - удельная теплоемкость забортной воды;

кг/м³ - плотность забортной воды;

- нагрев воды в охладителях, ⁰С принимаю ⁰С

Мощность потребляемая насосами забортной воды системы охлаждения:

Где - коэффициент запаса мощности электродвигателя, принимаю

МПа - напор создаваемый насосом;

- к.п.д. центробежного насоса.

Выбираем центробежный насос НЦВ-250/30

Выбор утилизационного парового котла

Паропроизводительность комбинированного котла оценим используя относительную паропроизводительность комбинированного котла судна-прототипа;

кг/ч

По паропроизводительности выбираем комбинированный котел котел типа КВК-2,5 водотрубный, с параметрами пара:

Выбор опреснительной установки

Расход пресной воды:

Q_СУТ = Q_Х.Б + Q_СЭУ

Q_СЭУ - расход пресной воды на СЭУ

Q_СЭУ = 0,0002*?N_гд = 0,0002*8086 = 1,6 т/сут

Q_Х.Б - расход пресной воды на хозяйственно-бытовые нужды.

Q_Х.Б. = n*(d_П + d_М + d_Ф)*10^-3 = 38*(50+100+50)*10^-3 = 7,6 т/сут

n - количество членов экипажа

d_П - расход питьевой воды на человека: d_П = 50 л/(ч*сут)

d_М - расход мытьевой воды на человека: d_М = 100 л/(ч*сут)

d_Ф - фановые воды: d_Ф = 50 л/(ч*сут)

Q_СУТ = Q_Х.Б + Q_СЭУ = 7,6+1,6 = 9,2 т/сут = 9,2 м³/сут

Выбираем ВОУ утилизирующую тепло дизелей, батарейную, одноступенчатую типа Д-4.

Выбор дизель-генератора

Мощность электроэнергетической установки:

кВт

Устанавливаем 3 ДГ с единичной мощностью:

кВт

В качестве ДГ устанавливаю 6Д150М, с параметрами

мощностью: 600 кВт

удельным расходом топлива: 224г/кВт•ч

масса: 24600кг

6. Определение энергетической эффективности СЭУ

Энергетическая эффективность определяет основную долю затрат на эксплуатацию СЭУ.

Расчёт энергетической эффективности ведем для СЭУ судна лесовоз типа при скорости =15,2 узлов (прототип) и =18 узлов (согласно задания). На судне-прототипе установлен ГТУ 4 СПГГ GS-34 мощностью 3680 кВт, с частотой вращения 5500 об/мин и удельным расходом топлива =265 г/(кВт ч). На проектируемой установке установлено 2 газотурбины 5500л.с. Бритиш Томпсон Хаустон суммарной мощностью 8086 кВт (мощность одной ГТУ 4043 кВт). Суммарный удельный расход топлива 602 г/(кВт• ч),частота вращения гребного винта 115 об/мин.

Расчёт ведём в табличной форме.

Сравнительный анализ энергетической эффективности СЭУ.

№ п/п	Характеристики, размерность	Обозначение	Расчётная формула, источник	Численные значения
				ГТУ 4 СПГГ GS-34	ГПК с ГТУ 5500л.с. Бритиш Томпсон Хаустон
1	2	3	4	5	6
1.	Агрегатная мощность, кВт		Из спецификации судна-прототипа и из задания на КП	3680	2Ч4043
2.	Удельный расход топлива, г/ч		Из спецификации судна-прототипа и МОД	265	2Ч301
3.	Дальность плавания , м	S	Из спецификации судна-прототипа и из задания на КП. Примечание: 1 миля = 1852 м	11.1	11,1
4.	Скорость хода, м/с			7,81	9.252
5.	Эксплуатационный период, с		Из задания на КП	25.05	25,05
6.	Коэффициент ходового времени		Из задания на КП	0,70	0,70
7.	Коэффициент использования технической скорости		Выбираю из таблицы	0.94	0.96
8.	Нормируемое время маневровых и швартовых операций в портах погрузки и разгрузки, с		=(28…44) с Принимаю: =40	40	40
9.	Ходовое время, с			1,55	1,29
10.	Стояночное время, с			0,66	0,293
11.	Время рейса, с			2,21	1,583
12.	Количество рейсов за эксплуатационный период	Z		11	16
13.	Коэффициент полезной мощности СЭУ, приведенный к номинальной мощности ГПК			0,829	0,827
14.	Коэффициент использования номинальной мощности		- для дизельных установок -для газотурбинных установок	0,9	0,9
15.	Пропульсивной к.п.д.		Из предыдущих расчетов (раздел1, раздел 3)
16.	Относительный расход электрической энергии общесудовой и технологический комплекс		Из задания на КП	0,12	0,12
17.	Относительный расход тепловой энергии общесудовой и технологический комплекс		Из задания на КП	0,10	0,10
18.	Потенциальная энергопроизводительность СЭУ, МДж		=	76,42	167,51
19.	Фактическая потенциальная энергопроизводительность СЭУ, МДж		=Z	74,16	169,37
20.	Расход топлива на главные двигатели, кг/с			0,276	1,37
21.	Расход топлива на дизельгенераторы, кг/с		Примечание: На судне-прототипе установлено три ДГ марки ДГТ 200/1, мощность дизеля =200 кВт, удельный расход топлива =212 г/(кВтч). На проектируемом судне установлено четыре ДГ марки 6Д150М, мощность дизеля =600 кВт, уд. Расход топлива =224 г/(кВтч)	0,036	0,114
22.	Расход топлива на ходовом режиме, кг/с		=+0,6	0,2976	1,43
23.	Расход топлива на стояночном режиме, кг/с		На стоянке работает 2 ДГ . - на судне-прототипе - на проектируемом судне	0,072	0,114
24.	Расход теплоты на ходовом режиме, МВт		=	12,707	61,06
25.	Расход теплоты на стояночном режиме, МВт		=	3,07	4,867
26.	К.П.Д. СЭУ на ходовом режиме			0,176	0,08
27.	К.П.Д. СЭУ на стояночном режиме			0,264	0,365
28.	Удельный расход топлива на ходовом режиме, кг/МДж			0,00013	0,00029
29.	Удельный расход топлива на стояночном режиме, кг/МДж			0,00008	0,000064

Анализ полученных данных в таблице условно показывает;

1. Коэффициент изменения к.п.д. СЭУ

2. Коэффициент изменения расхода топлива

Т.о. выбранный вариант СЭУ уступает в энергетической эффективности СЭУ судна-прототипа.

7. Определение эксплуатационной эффективности СЭУ

Эксплуатационная эффективность СЭУ оценивается качеством установленной на судне энергетической установки. Качество СЭУ оценивается показателями надёжности и эксплуатационными характеристиками. Надёжность является комплексными свойствами объекта, которые включает безотказность, ремонтопригодность, долговечность, сохраняемость или определённые сочетания этих свойств.

№ п/п	Наименование характеристик	Обозначение	Расчётная формула	Численные значения
				ГТУ 4 СПГГ GS-34	ГПК с ГТУ 5500л.с. Бритиш Томпсон Хаустон
1	2	3	4	5	6
1.	Коэффициент готовности		где ч.- наработка до отказа; - время восстановления работоспособности;	0,938	0,938
2.	Коэффициент технического использования		где =25,05 - среднегодовой эксплуатационный период ТИ; =365 сут. =31.56106c.	0,793	0,793
3.	Масса СЭУ, т		где т/МВт; MВт; MВт	87,15	158,42
4.	Расчетный запас топлива на ходовом режиме, кг			0,46	1,844
5.	Запас топлива на ходовом режиме между портами бункеровки, кг			0,478	1,91
6.	Полный запас ТСМ на рейс, кг		где =1.10...1.30 - коэффициент запаса топлива (большее значение принимают на коротких рейсах); =0.03...0.08 =0.05…0.20 - относительный запас смазочных материалов и пресной воды.	0,621	2,48
7.	Полная масса СЭУ, кг		=+	0,708	2,64
8.	Удельная масса СЭУ, кг/МВт		=/	0,199*106	0,409*106
9.	Объём цистерн запаса топлива на ходовом режиме, м3		Где к1=1,02...1,05 - коэффициент загромождения цистерн; к2=1,05 - коэффициент "мертвого" объема цистерн; - удельный объем топлива, подогретого до температуры перекачивания (40 °С), м3/кг, ,м3/кг	0,000497	0,00198
10.	Объём цистерн запаса топлива на стояночном режиме, м3			0,000051	0,000036
11.	Общий объём цистерн с топливом, м3		=+	0,000548	0,002016
12.	Объём цистерн суточного запаса топлива на ходовом режиме, м3		где =86,4 с	0,00672	0,0106
13.	Полный запас, кг		где -коэффициент общесудового запаса; ак=(10...20) кг/(челч) - норматив судового запаса на одного члена экипажа; zK - численность экипажа	884,121	737,78
14.	Чистая грузоподъёмность, кг	Dч	Dч=DW- Где DW - дедвейт судна Отношение дедвейта к полному водоизмещению судна составляет: ¦ для танкеров DW/D = 0,726...0,756 ¦ для сухогрузов DW/D = 0,672...0,712 ¦ для лесовозов DW/D = 0,596...0,641 ¦ для больших рыболовных траулеров DW/D - 0,444...0,464 ¦ для БMPT DW/D =0,281...0,355	5517,87	5664,22

буксировочный пропульсивный паровой котел

8. Экономическая эффективность

Для получения сравнимых результатов, анализ сравнительной экономической эффективности нужно проводить по показателям приведенным в сопоставимый вид:

· по приведенным затратам, отнесенным к единице продукции (например, доставка груза из Москвы во Владивосток по железной дороге -приведенный коэффициент равен 1,7 руб/кг);

· по уровню доходности;

· по производительности труда судового экипажа;

· по фактической эффективности капиталовложений;

· по приведенным затратам, связанным с природоохранными мероприятиями.

Эффективность СЭУ оценивают отношением затрат к конечному результату. Снижение эффективности СЭУ может быть абсолютным - по мере ухудшения технико-экономических характеристик данной СЭУ по сравнению с построечной и относительным - по мере снижения т.э.х. СЭУ по сравнению т.э.х. новых СЭУ того же назначения.

Снижение эффективности СЭУ является следствием физического и морального износа. Теоретические основы изнашивания изложены в монографии: Подсушный A.M. "Восстановление эффективности СЭУ". Физический износ элементов СЭУ оценивается коэффициентом физического износа и коэффициентом антропогенного давления на окружающую среду.

Конечным результатом СЭУ безотносительно к затратам и показателям, от качества СЭУ независящими, является энергопроизводительность. Поэтому экономическую эффективность СЭУ оцениваем по приведенным удельным затратам на вырабатываемый МДж энергии. Анализ производим в табличной форме.

№ п/п	Наименование характеристик	Обозначение	Расчётная формула	Численные значения
				ГТУ 4 СПГГ GS-34	ГПК с ГТУ 5500л.с. Бритиш Томпсон Хаустон
1	2	3	4	5	6
1.	Затраты на топливо на ходовом режиме, руб/МДж		где Цт =32000..42000- стоимость топлива, зависящая от его качества. По состоянию на 2012г. стоимость топлива на рынках Приморья	3235,93	8574,69
2.	Затраты на топливо на стояночном режиме, руб/МДж			782,88	683,57
3.	Затраты на смазочное масло на ходовом режиме, руб/МДж		= где - коэффициент затрат на смазочные материалы (см. табл. 1.11 .П)	3252,78	8617,56
4.	Затраты на смазочное масло на стояночном режиме, руб/МДж		=	786,79	686,98
5.	Приведенные затраты на ТСМ, руб/МДж			442, 85	901,38
6.	Стоимость СЭУ, руб		где - удельная стоимость, отнесенная к единице номинальной мощности, руб/кВт (см табл. 2.1 П)	15904000	28909440
7.	Затраты на содержание машинной команды, руб		где - суточное содержание одного человека машинной команды. Наш судовладелец тратит на содержание одного человека машинной команды (зарплата + питание) не более 32.5...39 дол/сут. - численность машинной команды вместе со старшим механиком.	229950	229950
8.	Затраты на техническое снабжение, руб		где =0.006 - норма отчислений на снабжение	95424	173456,64
9.	Затраты на текущий ремонт, руб		где =0.01 - норма отчислений на текущий ремонт	159040	289094,4
10.	Удельная стоимость технического использования, руб/МДж	Стн	где =1.25 - коэффициент накладных расходов;	641,72	1201,02
11.	Затраты на восстановление, руб/МДж	Сэк	где =0.036 - норма амортизационных отчислений на полное восстановление; =0.023- норма амортизационных отчислений на капитальный ремонт	12278,67	10182,42
12.	Приведенные удельные затраты, руб/МДж	Сэу	Сэу= Стсм+ Сэк	12721,52	11083,8
13.	Годовые эксплуатационные затраты на СЭУ, руб	Ээу	Ээу = Сэу tэ Neн	93784,187	148171,127

Таблица 1.1 П [6]

Коэффициент затрат на смазочные материалы

Тип ЭУ	ДРУ	ДЭУ	ДСУ	ПТУ	ГТУ
Кcм	1,05...1,09	1,04...1,06	1,03...1,05	1,002...1,003	1,003...1,008

Таблица 2.11П [4, 6]

Удельная стоимость единицы номинальной мощности , дол/кВт

Тип ЭУ	Номинальная мощность, МВт
	7,5	10	15	20	25	30	45
ГТУ	-	160...184	144...176	136...160	120...136	112...128	-

9. Техническое описание топливной системы ГТД

Топливная система СЭУ должна обеспечивать:

· прием топлива с берега, хранение его в емкостях основного запаса перекачку из одних емкостей в другие и выдачу на берег;

· очистку топлива от воды и механических примесей;

· непрерывную подачу топлива требуемой вязкости к главным и вспомогательным парогенераторам, дизелям или ГТД.

Топливо поступает на судно через палубные наливные втулки, фильтр грубой очистки в емкости основного запаса топлива.

Топливо через фильтр топливоперекачивающим насосом (или ручным насосом) подается в отстойные цистерны.

Из отстойных цистерн топливо направляется в сепарационную установку, а из неё в расходные цистерны.

Из отстойных цистерн по трубопроводу отстой спускается в цистерны грязного топлива.

Из расходных цистерн топливо принимается через сдвоенный фильтр топливоподкачивающим насосом.

Затем оно подогревается в подогревателе и подается к плунжерным насосам высокого давления главного двигателя.

Легкое топливо по трубопроводу поступает к главному двигателю и дизель-генераторам.

В сепараторах топливо может очищаться от воды и механических примесей. Производительность сепаратора выбирают из условия очистки суточного расхода топлива за 8 - 12 ч.

10. Заключение

На основании задания и полученной эффективной мощности СЭУ в качестве главного двигателя установить ГТУ 5500л.с. Бритиш Томпсон Хаустон с максимальной мощностью кВт

Данный тип ГПК является не выгодным и мало эффективным для данного типа судна. В следующих пунктах были произведены расчёты эффективности ЭУ и рассмотрен вопрос о её увеличении. Так же исходя из расчётов был проведён подбор вспомогательного оборудования.

Входе работы были получены навыки в проектировании тепловых схем, изучены принципы совместной работы главных и вспомогательных комплексов судовой энергетической установки.

11. Список используемой литературы

1. Клименюк И.В., Макаревич А.В., Минаев А.Н. Судовые энергетические установки: учебное пособие / ДВГТУ - Владивосток 2008 г.

2. Козлов В.И., Титов П.И., Юдицкий Ф.Л. Судовые энергетические установки: Судостроение, 1969 г.

3. Лекционный материал по данной дисциплине.

4. Правила Российского морского Регистра судоходства Том 1 - 2007 г.

5. Руководство по выбору моделей судовых двигателей и дизель-генераторов Сентябрь 2006.

6. Справочник судового механика под ред. К.т.н. Л.Л. Грицая Том 1-2 М.: Транспорт 1973.

Размещено на Allbest.ru