Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

Анализ показателей судна и его энергетической эффективности

Обоснование выбора главной энергетической установки

Расчет вспомогательной котельной установки

Расчет систем энергетической установки

Комплектация судовой электростанции

Проектирование судового валопровода

Сопоставление показателей энергетических установок судна и проекта

Выводы

Библиографический список



Введение

Судовая энергетическая установка состоит из комплекса оборудования (тепловых двигателей, механизмов, аппаратов, магистралей, систем), предназначенного для преобразования энергии топлива в механическую, электрическую и тепловую энергию и транспортировки ее потребителям.

Указанные виды энергии обеспечивают: движение судна с заданной скоростью; безопасность и надежность плавания; работу механизмов машинного помещения, палубных механизмов и устройств; электрическое освещение; действие средств судовождения, управления механизмами, сигнализации и автоматики; общесудовые и бытовые нужды экипажа и пассажиров; выполнение различных производственных операций на транспортных судах, судах технического флота и специального назначения (грузовые операции, перекачка жидких грузов, выемка грунта и т.д.)

В курсовом проекте нужно разработать проект модернизации энергетической установки буксирного судна с целью повышения его тягового усилия на 10%

Для этого необходимо заменить главные двигатели с более экономичными показателями, такими как расход топлива и масла. Соответственно после замены главных двигателей необходимо рассчитать и выбрать из каталогов необходимые котлы, дизель - генераторы, компрессоры , насосы и другое судовое оборудование.

После всех расчетов необходимо сравнить проекты до модернизации и после, и сделать заключение о правильности принятых в курсовой работе решений.



1. Анализ показателей судна и его энергетической установки

Таблица 1

Характеристика судна пр.749Б

№ п.п.	Параметры, единицы измерения	Численные значения
1	Класс	0
2	Размеры корпуса, м: длина ширина высота борт	39,6 9,0 3,5
3	Водоизмещение, т	497
4	Мощность, кВт	986
5	Осадка, м	2,2
6	Скорость с составом, км/ч	12
7	Скорость порожнем , км/ч	21
8	Тяговое усилие, кН	118
9	Число мест для экипажа	21
11	Автономность, сут.	15
11	Тип движителя	ГВН
10	Количество движителей	2
11	Диаметр винта, м
12	Сухая масса СЭУ, т	77,961
13	Габариты машинного отделения, м: длина ширина площадь, м2	13,2 6,8 89,76

Таблица 2

Характеристика основных элементов ЭУ судна пр.749Б

№ п.п.	Элементы ЭУ и их параметры, единицы измерения	Численные значения
1	Главные двигатели: Количество Марка Номинальная эффективная мощность, кВт Номин. частота вращ. колен. вала, мин-1 Род топлива Удельный эффективный расход, кг/кВтч: топлива масла	1 8НВД48 493 350 диз. 0,233 0,0026
2	Главная передача мощности: Тип Передаточное отношение	прямая
3	Судовая электростанция: Количество дизель-генераторов Марка дизель-генераторов Номинальная эффективная мощность, кВт Номин. частота вращ. колен. вала, мин-1 Удельный эффективный расход топлива, кг/кВтч Марка валогенератора Количество и их номинальная мощность, кВт	2 ДГ-501-1 58,8 1500 0,269 ДГС-91-4 30
4	Котельная установка: Марка автономного котла (тип) Количество Тепло (паро) производительность, кДж/ч (кг/ч) Расход топлива, кг/ч Марка утилизационного котла Количество Тепло (паро) производительность, кДж/ч (кг/ч)	КОАВ-6 1 (150) 15 КУП-15/5 2 (200)

На основании данных табл.1 и 2 выполняется расчёт показателей установки судна (табл.3):

- эффективная мощность главной ЭУ, кВт:

где x и P_е - количество и номинальная эффективная мощность главного двигателя СЭУ в кВт;

- эноргооснащённость судна:



где Q - водоизмещение судна в полном грузу, т;

- энергонасыщённости по отношению к:

длине машинного отделения (МО):

площади МО:

где Р_в - мощность вспомогательных двигателей СЭУ, кВт;

L_МО и S_МО - длина в м. и площадь МО в м²;

- энергоёмкость работы судна:

где М_п=10Rt для буксиров-толкачей, гдеRt-тяговое усилие, Кн;

V - скорость судна в полном грузу(с составом), км/ч;

- удельная масса ЭУ, кг/кВт:

где G_МО - сухая масса энергетической установки, т;

- абсолютный коэффициент полезного действия (КПД) установки:

где Q_т - теплота, затрачиваемая на технологические нужды, которые определяются условиями транспортировки груза, кДж/ч;

B_у и Q_н - общий расход топлива на СЭУ в кг/ч и его низшая удельная теплота сгорания в кДж/кг;

- эффективное КПД установки:

где P_в и P_eb - мощность валогенератора и дизель-генератора, кВт;

b_e и b_eb - удельные эффективные расходы топлива главного и вспомогательного двигателей, кг/(кВтч);

Q_н и Q_нb - низшая удельная теплота сгорания топлива, применяемая главным и вспомогательным двигателями, кДж/кг;

_k=0,75-0,85 - КПД вспомогательного автономного котла;

x_b, x_k, x_в, x_у и x_д - количество дизель-генераторов, автономных котлов, валогенераторов, утилизационных котлов и других устройств, использующих теплоту отработавших газов и охлаждающей воды;

Q_k, Q_у и Q_др - теплопроизводительность вспомогательного автономного, утилизационного котла и других механизмов и устройств, использующих теплоту отработавших газов и охлаждающей воды, кДж/ч;

- КПД судового (пропульсивного) комплекса:

где _е - эффективный КПД главного двигателя;

_п - КПД главной передачи установки, принимаемой равной для прямой передачи 0,98-0,99;

_в и _пр - КПД валопровода (=0,98-0,99) и пропульсивный КПД движителя (_пр=0,5-0,6);

- КПД энергетического комплекса:

где _eb и _г - эффективный КПД вспомогательного двигателя и КПД электрогенератора;

В_k - расход топлива автономным котлом, кг/ч.

Таблица 3

Показатели ЭУ судна пр.749Б

№ п.п.	Наименование показателя, единицы измерения	Численные значения
1	Эффективная мощность главной ЭУ, кВт	986
2	Энергооснащённость, кВт	1,98
3	Энергонасыщенность по отношению к: длине МО, кВт/м площади МО, кВт/м2	83,6 12,3
4	Энергоёмкость работы судна, кДж/ткм	250,7
5	Удельная масса ЭУ, кг/кВт	79,07
6	Эффективный КПД установки	0,32
7	Абсолютный КПД установки	0,30
8	КПД судового комплекса	0,209
9	КПД энергетического комплекса	0,38

В современных условиях совершенствование судовых энергетических установок осуществляется по следующим основным направлениям: повышение надёжности и безопасности установок, улучшение их энергетической эффективности и экологической чистоты. Предметом рассмотрения курсового проекта является главным образом энергетическая эффективность СЭУ. Кроме того, в качестве целевой установки могут выступать требования об изменении скорости движения или тягового усилия. В этих случаях требуемая мощность главной энергетической установки определяется на основе гидродинамического расчёта или приближено по формулам:

, кВТ.

где Р_ут и Р_у - требуемая и существующая номинальная эффективная мощность главной энергетической установки судна. КВт;

R_tт и R_t - требуемое и существующее тяговое усилие, кН;

V_т и V - требуемая и существующая скорости движения судна с составом или в полном грузу, км/ч;

Для повышения энергетической эффективности установок могут предусматриваться:

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

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

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

- использование валогенераторов;

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



2. Обоснование состава главной энергетической установки

При выборе главного двигателя исходными данными являются: мощность главной энергетической установки судна, а также количество и частота вращения движителей.

Выбранные двигатели сравниваем с установленными на судне по комплексному параметру качества:

где К_о - комплексный параметр качества дизеля;

- удельная мощность дизеля, кВт/ м³;

Р_е - номинальная эффективная мощность дизеля, кВт;

l, s и h - длина, ширина и высота дизеля в м;

p_max - максимальное значение удельной мощности среди рассматриваемых двигателей, кВт/м³;

-удельная масса дизеля, кг/кВт;

М - масса дизеля, кг;

m_min - минимальное значение удельной массы среди рассматриваемых двигателей, кг/кВт;

b_e - удельный эффективный расход топлива дизеля, кг/кВтч;

b_emin - минимальное значение удельного эффективного расхода топлива среди рассматриваемых двигателей, кг/кВтч;

b - удельный эффективный расход масла дизеля, кг/кВтч;

b_min - минимальное значение удельного эффективного расхода масла среди рассматриваемых двигателей, кг/кВтч;

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

r_max - максимальное значение ресурса среди рассматриваемых двигателей, тыс.ч.;

j - условный показатель рода топлива, используемого дизелем (для тяжёлого топлива j=1, а для лёгкого (дизельного) j=0);

-стоимость дизеля;

C_min - минимальное значение стоимости среди рассматриваемых двигателей;

a_i (i=1-7) - коэффициент весомости (a_i=1).

При выборе двигателей для крупных транспортных судо можно принимать

а₁=0,1; а₂=0,12; а₃=0,24; а₄=0,14; а₅=0,19; а₆=0,14; а₇=0,07)

Таблица 4

Сопоставление параметров судовых дизелей

Наименование параметра, единица измерения	Марка дизеля
	8NVD48	6ЧН21/21	6ЧРН36/45
Исходные данные Номин. эффект. мощность, кВт Номин. частота вращения колен. вала, мин-1 Реверсивность Род топлива Удельн. эффект. расход топлива, кг/кВтч Удельн. эффект. расход масла, кг/кВтч Ресурс до кап. ремонта, тыс.ч. Габаритные размеры, м: длина ширина высота Масса, кг Расчётные данные Удельная мощность, кВт/м3 Удельная масса, кг/кВт Стоимость Относительные: Удельная мощность Удельная масса Удельный расход топлива Удельный расход масла Ресурс Род топлива Стоимость Комплексный показатель качества Тип главной передачи КПД судового комплекса	493 350 0 0,233 0,0026 15 6,0х1,8х2,8 23000 16,3 46,65 24430 0,175 0,187 0,94 0,73 0,3 0 1 0,49 прям. 0,209	551 1400 0 0,218 0,0048 21 2,75х 1,13х 4800 1,906 93,03 8,71 30515 1 1 1 0,396 0,42 0 0,8 0,65 ред. 0,224	662 375 1 0,225 0,0019 50 5,616х 1,78х 29950 3,401 19,47 45,24 63912 0,21 0,193 0,969 1 1 1 0,38 0,77 прям. 0,22

В качестве главного двигателя судна выбираем дизель, имеющий наибольшее значение комплексного показателя качества:

6 ЧРН 36/45 Г-70

Номинальная мощность: 662кВт

Частота вращения коленчатого вала: 375об/мин

Удельный расход топлива ( моторное):0,225кг/кВт ч

Удельный расход масла: 0,0019 кг/кВт ч

Ресурс до капитального ремонта: 50000 час.

Масса двигателя: 29950 кг

Описание двигателя

1. Назначение дизеля - судовой главный.

2. Тип дизеля - четырехтактный, рядный, реверсивный,с газотурбинным надувом, конструкция дизеля предусматривает возможность установки на амортизаторы.

Способ соединения дизеля с гребным валом: непосредственный, фланцевый, жесткий или через высокоэластичную муфту . соединение дизеля с судовым валопроводом должно предусматривать наличие за маховиком (эластичной муфтой) проставочного вала с опорным подшипником и муфты, исключающей передачу осевого усилия валопровода на дизель. Упор от движителя должен восприниматься упорным подшипником валопровода.

3. Система пуска - сжатым воздухом.

4. Система охлаждения - водяная, двухконтурная, принудительная.

5. Система смазки дизеля - циркуляционная, под давлением, с «сухим» картером турбокомпрессором из системы смазки дизеля.

6. Дизель оборудован системой дистанционного автоматизированного управления

(ДАУ). Тип системы ДАУ - пневматическая. Управление дизелем: основное(из ходовой рубки) - дистанционное. Автоматизированное ; местное (с поста на дизеле) - не автоматизированное.

7. Дизель автоматизирован по 1-ой степени автоматизации. Дизель оборудован системой автоматического регулирования частотой вращения (САРЧ), системами автоматического регулирования температуры охлаждающей воды и масла, дизельного и моторного топлива, системой аварийно-предупредительной сигнализации и защиты типа СПАС 30-7.

3. Расчёт вспомогательной котельной установки

Вспомогательные котельные установки являются наиболее распространёнными источниками теплоты на речных судах. Для удовлетворения потребности в теплоте в ходовом режиме на судах мощностью более 200 кВт, как правило, устанавливаются водогрейные или паровые утилизационные котлы, использующие теплоту выпускных газов главных двигателей. Потребность судна в теплоте на стоянках удовлетворяется автономными котлами, работающими на жидком топливе. Сорт топлива, используемого автономными котлами и главными двигателями, должен быть одинаковым.

Общее количество теплоты на судовые нужды складывается из расходов теплоты на отопление помещений, санитарно-бытовые нужды, а также подогрев топлива и масла в системах ЭУ.

Расход теплоты на отопление помещений Q_от в кДж/ч производится по следующей зависимости:

кДж/ч

Расход теплоты на санитарно-бытовые нужды Q_сб в кДж/ч находится по выражению:

кДж/ч

где q_вм - удельный расход теплоты на приготовление горячей мытьевой воды, принимаемый равным для буксиров-толкачей 1880…2720 кДж/чел.ч.

q_вп - удельный расход теплоты на приготовление кипячёной питьевой воды, принимаемый равным для буксиров-толкачей 400…420 кДж/чел.ч.

Расход теплоты на подогрев топлива, масла и другие технические нужды Q_пт в кДж/ч составляет:

кДж/ч

Расход общего количества потребления теплоты для различных режимов движения судна производится в табличной форме.

Коэффициент загрузки потребителей в ходовом k_зх и стояночном k_зс режимах следует принимать 0,9-0,6, а коэффициент одновременности k_о принимают равным для ходового режима 0,8-0,9, для стояночного режима 0,7-0,8.

Количество теплоты Q_г в кДж/ч, которое отводится от двигателя выпускными газами и может быть использовано в утилизационном котле, определяется по формуле:

кДж/ч

где q_г - удельная масса выпускных газов, принимаемая равной для четырёхтактных дизелей 6…7 кг/(кВтч);

С_р - массовая теплоёмкость газов, равная 1,05…1,13 кДж/(кгК);

t₁ - температура газов на входе в котёл, принимаемая равной 300…500 С;

t₂ - температура газов на выходе из котла, принимаемая равной для паровых котлов 220…250 С;

_г = 0,95 - коэффициент потери теплоты в окружающую среду.



Таблица 5

Расчёт количества потребляемой теплоты на судне

Потребители теплоты	Расчётный Расход теплоты, кДж/ч	Режим работы судна
		Ходовой	Стояночный
		Коэффициент загрузки	Потребное кол-во теплоты, кДж/ч	Коэффициент загрузки	Потребное кол-во теплоты, кДж/ч
	Q	kзх	Qox=kзхQ	kзс	Qoс=kзсQ
Отопление	Qот =108512	0,9	97660,8	0,6	65107,2
Сан.-бытовые нужды	Qсб =50610	0,9	45549	0,6	30366
Технические нужды	Qпт=23072,69	0,9	20765,42	0,6	13843,61
Итого	Qох=163975,22	Qос=109316,81
Количество фактически потребляемой теплоты	Qх=1,1kоQох= =1,10,85163975,22= =153316,83	Qс=1,1kоQос= =1,10,75109316,81= =90186,37

Производительность утилизационного котла выбирается по Q_х, если Q_г> Q_х, и по Q_г, если Q_г<Q_х.

Производительность автономных котлов Q_к должна быть достаточной для обеспечения потребности судна в любом режиме без работы утилизационных котлов. Поэтому вспомогательные автономные котлы выбираются по максимальному количеству потребной теплоты Q_х или Q_с.

Выбор котлов производится соответственно по их тепло- или паропроизводительности.

Выбираем автономный котел КОАВ-40:теплопроизводительность168000 кДж/ч; расход топлива 5,1кг/ч; мощность 0,8кВт

где Q_а - потребное (или возможное для утилизационных котлов, если Q_г<Q_х) количество теплоты, кДж/ч;

i - разность энтальпий насыщенного пара и питательной воды, принимаемая равной 2200…2500 кДж/кг.

Выбираем утилизационный котел КАУ-1,7, теплопроизводительностью 170000 кДж/ч.

4. Расчет систем энергетической установки

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

Судовая часть топливной системы СЭУ предназначена для приёма, перекачивания, хранения, подготовки к использованию (очистки, подогрева высоковязкого топлива) и транспортировки топлива к потребителям. Она состоит из цистерн, топливоперекачивающих насосов, оборудования для подготовки топлива к использованию (фильтров, сепараторов, подогревателей) и систем трубопроводов с арматурой и контрольно-измерительными приборами (КИП).

Вместимость цистерн определяется:

- запасных

для моторного топлива

м³

для дизельного топлива:

м³

- расходных ( расходно-отстойных) для главных двигателей, работающих на моторном топливе:

м³

- расходных для вспомогательных двигателей

м³

- расходных для вспомогательных автономных котлов

м³

- сточной

м³

- аварийного запаса топлива

м³

где x, x_b и x_k - количество главных двигателей, вспомогательных двигателей и автономных котлов;

Pe, Pe_b и P - номинальные эффективные мощности главного двигателя, вспомогательного двигателя и суммарная мощность всех дизелей СЭУ, кВт;

b_e и b_eb - удельный эффективный расход топлива главного и вспомогательного двигателей, кг/(кВтч);

В_к - расход топлива автономного котла, кг/ч;

1,1 - коэффициент, учитывающий “мёртвый” запас топлива;

8, 12, 4 и 24 - регламентируемая продолжительность потребления топлива из соответствующих цистерн, ч.;

а_х - коэффициент ходового времени, принимаемый равным для сухогрузных судов - 0,6;

а_к - коэффициент использования автономного котла, принимаемый равным 0,2…0,3;

_а - продолжительность автономного плавания, ч.;

_т - плотность топлива, принимаемая равной для

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

м³/ч

где V_рт - вместимость расходной цистерны, м³;

=0,5-1,0 ч. - время её заполнения.

Производительность сепаратора Q_ст определяется из условия очистки суточной потребности топлива за 8-12 ч.;

м³/ч

Поверхность теплопередачи подогревателя топлива в м² определяется:

м²

где х_к - количество автономных котлов;

t_ТП - требуемое повышение температуры топлива, С;

k_ТП - общий коэффициент теплопередачи от воды к топливу, кВт/(м²К);

Среднелогарифмическая разность температур для противоточных топливоподогревателей,

С:

t_вт` и t_вт`` - разность температур горячей воды и топлива на входе и выходе из подогревателя(С, С, С, С);

С_Т - теплоёмкость топлива (1,8-2 кДж/кгК).

Мощность, потребляемая топливоперекачивающим насосом,:

кВт

где к_з - коэффициент запаса мощности (для насосов малых мощностей до 4 кВт к_з=1,2-1,5 );

з_нас = 0,38-0,45- кпд насоса(для шестеренных насосов);

р_Н - давление топливоперекачивающих насосов (2,5-5,0)·10².

Выбираем насос марки ЭМН 10/1, номинальной мощностью на валу 1,1 кВт. Тип электродвигателя ПН-85 мощностью 5,35 кВт.

Выбираем сепаратор марки СЦ-1,5, производительностью 1,5 м³/ч. Тип электродвигателя П 40м мощностью 2,8 кВт.

Выбираем два насоса марки1ВС-09, номинальной мощностью на валу 1,3кВт. Тип электродвигателя АО-32-2 мощностью 1,5кВт.

энергетический установка буксир генератор



Принципиальная схема топливной системы:

1 - главные двигатели; 2 - автономный вспомогательный котел; 3 - фильтр; 4 -форсуночный насос; 5,6,7 - расходные цистерны для автономного котла, главных и вспомогательных дизелей; 8 - ручной насос; 9 - топливоперекачивающий насос; 10 - фильтр; 11 - палубная втулка; 12 - палубные наливные втулки; 13 - фильтр грубой очистки; 14 - цистерны основного запаса;15-сепаратор;16 - вспомогательные дизели; 17 - сточные цистерны;18-спаренные фильтры грубой очистки

Масляная система предназначена для приёма, хранения, очистки и подачи масла к потребителям. В её состав входят: цистерны, маслоперекачивающие насосы, оборудование для очистки (фильтры, сепараторы), подогреватели и система трубопроводов с арматурой и КИП.

Вместимость цистерн в м³ определяется:

- запасных

- циркуляционных (маслосборников)

для тихоходных дизелей

м³

м³

- расходных (или сепарированного масла)

м³

м³

- сточных и отстойных

м³

где C_cir и C_cirb - удельные эффективные расходы масла главного и вспомогательного двигателей, кг/(кВтч);

а_м - удельная масса масла в сточных цистернах или картерах двигателей, принимаемая равной для тихоходных дизелей 2,95 кг/кВт;

_М - плотность масла, принимаемая равной 899 кг/м³;

V_ЦМГ и V_ЦМВ - суммарная вместимость маслосборников или картеров главных и вспомогательных двигателей, м³.

Подачи насосов в м³/ч определяются:

- циркуляционного

м³/ч

- маслоперекачивающего (для заполнения расходных цистерн)



м³/ч

м³/ч

где а_тм - доля теплоты, отводимая маслом, принимаемая равной для тихоходных дизелей 0,05…0,07;

Q_Н - низшая удельная теплота сгорания топлива, принимаемая равной для моторного топлива 41800 кДж/кг;

С_М - теплоёмкость масла, принимаемая равной 2…2,2 кДж/(кгК);

t_М - разность температур масла на входе и выходе из дизеля, принимаемая равной 6-12 С.

Производительность сепаратора Q_СМ определяется из условия обеспечения необходимой кратности очистки масла

м³/ч

где 1,5…3,5 - кратность очистки масла (большие значения для тихоходных дизелей);

V_ЦМ - суммарная вместимость маслосборников главных и вспомогательных двигателей, м³;

_С - время работы сепаратора в сутки, равное 8-12 ч.

Мощность маслоперекачивающего насоса главного двигателя,:

кВт

Выбираем шестеренный насос марки РЗ - 3, с подачей Q=1,1 м³/ч. Тип электродвигателя АО - 41 - 4 с мощностью 2,8 кВт.

Выбираем сепаратор марки СЦ 1,5, производительностью 1,5 м³/ч. Тип электродвигателя АО-2-42-60М2 мощностью 3кВт. Подкачивающий и откачивающий шестеренные насосы марки РЗ - 3, с подачей Q=1,1 м³/ч. Тип электродвигателя АО - 41 - 4 с мощностью 2,8 кВт.

Принципиальная схема масляной системы ДЭУ:

1 - картер главных дизелей; 2 - маслосборник; 3 - отсасывающий насос; 4 - циркуляционный насос; 5 - фильтр грубой очистки;6 - терморегулятор; 7 - холодильник; 8 - картеры вспомогательных дизелей; 9 - палубные втулки;10 - наливные палубные втулки; 11 - запасная цистерна; 12 -резервный масляный насос; 13 - насос с ручным приводом; 14 - цистерны сепарированного масла; 15 - отстойная цистерна; 16 - насос сепаратора;1 7 - подогреватель масла;18 - насос сепаратора; 19 - сепаратор; 20 - сточная цистерна; 21 - змеевиковый подогреватель; 22 - упорные подшипники.

Система водяного охлаждения предназначена для отвода теплоты от втулок цилиндров, крышек цилиндров, смазочного масла, газовыпускного коллектора у крупных дизелей без наддува и других механизмов энергетической установки. В дизельных установках система водяного охлаждения, как правило, двухконтурная. Вода внутреннего контура охлаждает двигатели, а в открытом внешнем контуре через водяной и масляный охладители (холодильники) прокачивается забортная вода. Циркуляция воды в системе охлаждения осуществляется обычно центробежными насосами.

Подача насосов определяется:

- внутреннего контура

м³/ч

м³/ч

- внешнего контура

м³/ч

м³/ч

где а_ТВ - доля теплоты, отводимая водой. Принимаем равной для тихоходных дизелей с наддувом 0,12…0,17;

С_В и С_З - теплоёмкости пресной воды внутреннего контура и забортной воды внешнего контура, равные 4,19 и 3,98 кДж/(кгК) соответственно;

_В и _З - плотности воды внутреннего контура и забортной воды, равные 1000 и 1020 кг/м³ соответственно;

t_В и t_З - разности температур воды во внутреннем контуре на выходе и входе в дизель и во внешнем контуре на выходе и входе в холодильник, принимаемые равными 10-12 С и 15-25 С соответственно.

В целях унификации обычно принимают Q_ВВ=Q_ВЗ.

Поверхность охлаждения водяного холодильника определяется:



м²

м²

где k_ТВ- общий коэффициент теплопередачи от воды к воде, равный для трубчатых холодильников 0,58…0,82 кВт/(м²К);

Среднелогарифмическая разность температур для противоточных холодильников,

С:

где t_В` и t<sub>В</sub>`` - температуры воды во внутреннем контуре на выходе из дизеля и холодильника, принимаемые равными 75-90 С и 65-80 С соответственно( t<sub>В</sub>` =80и t_В``=70);

t_З` и t<sub>З</sub>`` - температура забортной воды на входе и выходе из водяного холодильника, принимаемые равными 30-32 С и 45-50 С соответственно( t<sub>З</sub>`=30 и t_З``=45). Мощность насоса для системы охлаждения главного двигателя

кВт

Выбираем насос марки 3К-60, с подачей 30 м³/ч; мощность на валу насоса 8,5кВт, тип электродвигателя АО-62-2 мощностью 10кВт

Мощность насоса для системы охлаждения вспомогательного двигателя кВт

кВт

Выбираем насос марки1ВС-1,3 с подачей 3м³/ч, мощность на валу насоса 0,59 кВт, тип электродвигателя АО-42-4 мощностью 2,8кВт.

Принципиальная схема системы водяного охлаждения ДЭУ:

1,2 - трубы; 3 - расширительная цистерна; 4,5 - трубопроводы для пополнения и слива воды при переполнении цистерн;6-трубопровод для отвода паров воды; 7 - трубопровод для слива воды за борт; 8 - терморегулятор; 9 - водяной холодильник;10-холодильник масла; 11 - компрессоры; 12 - холодильники надувочного воздуха; 13 - трубопровод циркуляции надувочного воздуха; 14 - водоподогреватель; 15 - трубопровод для слива воды в ящик забортной воды; 16,20 - ящики забортной воды; 17 - трубопровод подвода забортной воды; 18 - трубопровод для подачи воды в систему водоснабжения; 19 - парный фильтр; 21 - трубопровод; 22 - резервный насос; 23-трубопровод подвода забортной воды к насосу; 24-трубопровод масляной системы; 25,28-трубопроводы; 26-насос забортной воды;27-насос внутреннего контура; 29 - зарубашечное пространство дизеля; 30 - турбокомпрессор; 31 - смазочная система редуктора; 32 - трубопровод воды для охлаждения подшипников валопровода

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

Вместимость баллонов определяется:

- пусковых

для главного двигателя:

м³

для вспомогательного двигателя:

м³

- для тифона

м³

где u_П - удельный расход свободного воздуха на 1 м³ объёма цилиндра дизелей при пуске, который составляет 8-10 м³/м³;

рабочий объём цилиндра, м³;

D и S - внутренний диаметр цилиндра и ход поршня, м;

z - число цилиндров двигателя;

П_р - число последовательных пусков и реверсов двигателя, принимаемое равным 6 для нереверсивных двигателей,12 для реверсивных двигателей

p_о - давление окружающей среды, равное 0,098 МПа;

p₁ и p₂ - начальное давление воздуха в баллоне после его заполнения и нижний его предел, при котором ещё возможен пуск дизеля, принимаемые равными 3-6 МПа и 0,5-1,0 МПа соответственно;

k_н - коэффициент насыщения сигналами, принимаемый равным 0,128;

u_Т - расход тифоном свободного воздуха, принимаемый равным 1-6 м³/мин;

_с - продолжительность подачи сигнала, принимаемая равной для судна класса

p_Т1 и p_Т2 - начальное давление воздуха в баллоне после его заполнения и нижний его предел, при котором ещё возможна подача сигнала. Принимаемые равными 3 МПа и 0,5 МПа соответственно.

Количество пусковых баллонов для :

- главного двигателя

принимаем 4 баллона для гл.двигателей

- вспомогательного двигателя

принимаем 1 баллон для вспом.двигателей

По Правилам Речного Регистра РФ число пусковых баллонов n=V_n/V должно быть не менее двух для каждого главного двигателя и одного - для вспомогательного двигателя, где V - ёмкость пускового баллона, м³, а компрессоров - не менее двух на судно (один может быть навешен на двигатель) с подачей каждого по свободному воздуху в м³/ч не менее:

м³/ч

где _з - время заполнения баллонов, принимаемое равным 1 ч.

Выбираем два компрессора производительностью 30м³/ч, потребляемая мощность 7,5кВт, тип электродвигателя АМ 62-4м мощностью 11кВт.

Система газовыпуска предназначена для отвода в атмосферу выпускных газов от главных и вспомогательных дизелей, котлов и камбуза.

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

Площадь сечения газовыпускных трубопроводов F_Т в м² определяется:

м²

м²

м²

где В_У^ГД, В_У^ВД и В_К - часовой расход топлива главным, вспомогательным двигателем и автономным котлом, кг/ч;

- коэффициент избытка воздуха, принимаемый равным для малооборотных и среднеоборотных дизелей 1,8…2,1 и для автономных котлов - 1,2…1,3;

R - газовая постоянная продуктов сгорания, кДж/(кгК);

T - температура выпускных газов, принимаемая равной для дизелей 537…773 К, для автономных котлов - 423…573 К, для утилизационных котлов - 453…473 К;

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

р_Т - допустимое давление в трубопроводе, принимаемое равным (1,03…1,04)10² кПа.

Диаметры трубопроводов d в м:

м

м

м

5. Комплектация судовой электростанции

При расчёте нагрузки судовой электростанции учитываются следующие коэффициенты:

- использования мощности электродвигателей потребителей

где P_П и P_d - номинальные мощности потребителя и его электродвигателя, кВт;

- загрузки потребителя k_з (прил. 9[1]);

- одновременности работы потребителей

где n_УР и n_У - количество одноимённых потребителей, работающих на режиме и установленных на судне;

- общей одновременности, который можно принимать равным:

для постоянно работающих потребителей К_о^с=0,9;

для периодически работающих потребителей К_о^п=0,6;

для эпизодически работающих потребителей К_о^э=0,3.

Потребляемая мощность одноимённых потребителей определяется:

- активная

, кВт

тоже на режиме

, кВт

- реактивная

-

- , квар

тоже на режиме, квар

Суммарная мощность потребителей на режиме:

- постоянно работающих

активная (ходовой)

,кВт

активная (стояночный)

кВт

активная (маневровый)

активная (аварийный)

кВт

реактивная (ходовой)

квар

Реактивная (стояночный)

квар

Реактивная (маневровый)

квар

Реактивная (аварийный)

квар

- периодически работающих

активная (ходовой)

кВт

Активная (стояночный)

кВт

Активная (маневровый)

кВт

Активная (аварийный)

кВт

Реактивная (ходовой)

квар

Реактивная (стояночный)

квар

Реактивная (маневровый)

квар

Реактивная (аварийный)

квар

- эпизодически работающих

активная (ходовой)

Активная (стояночный)

кВт

Активная (маневровый)

Активная (аварийный)

кВт

реактивная(ходовой)

квар



реактивная(стояночный)

квар

реактивная(маневровый)

реактивная(аварийный)

квар

- всех с учётом потерь в сети

активная (ходовой)

кВт

Активная (стояночный)

кВт

Активная (маневровый)

кВт

Активная (аварийный)



кВт

Реактивная (ходовой)

квар

реактивная(стояночный)

квар

реактивная(маневровый)

квар

реактивная(аварийный)

квар

где P_реж^с и Q_реж^с, P_реж^п и Q_реж^п, P_реж^э и Q_реж^э - суммы активной и реактивной мощности постоянно, периодически, эпизодически работающих на режиме групп потребителей, соответственно в кВт и квар.

Полная мощность на режиме, кВ·А:

Ходовой

кВ·А



Стояночный

кВ·А

Маневровый

кВ·А

аварийный

кВ·А

Выбираем два дизель-генератора ДГР 50М31500

Марка дизеля: 6Ч 12/14

Номинальная мощность 50кВт;

Частота вращения колен.вала 1500мин^-1

Удельный расход топлива 0,269кг/кВт^.ч

Удельный расход масла 0,002 кг/кВт^.ч

Род топлива - дизельное.

6. Проектирование судового валопровода

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

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

- промежуточного d_пр и упорного d_у для судов классов

мм

принимаем =275мм

- упорного в районе упорного гребня

мм

принимаем =305 мм

- гребного

мм

принимаем 315мм

где Р_ПР - номинальная мощность, передаваемая промежуточным валом, кВт;

k_М - коэффициент, учитывающий неравномерность крутящего момента

n_ПР- номинальная частота вращения промежуточного вала, с^-1;

k_Г - коэффициент, принимаемый равным для валов без облицовки 10, - с облицовкой 7;

D_В - диаметр гребного винта, м.

Расчёт валов на прочность

Расчёт валов на прочность выполняется по приведённым напряжениям _п с помощью следующей формулы:

Расчет на прочность промежуточного вала:

кН

МПа;

кН^.м

МПа

МПа

МПа

МПа

Промежуточный вал удовлетворяет условию прочности

Расчет на прочность гребного вала

МПа

кН^.м

МПа

МПа

МПа

МПа

Гребной вал удовлетворяет условию прочности где - наибольшие нормальные напряжения сжатия, МПа;

- напряжения сжатия от упора движителя, МПа;

- наибольшие напряжения при изгибе, МПа;

-наибольшее напряжение при изгибе,МПа

К_з - запас прочности , принимаемый равным для промежуточного вала 2,8, а для гребного - 3,15;

- упор движителя, кН;

Р_ен - номинальная мощность главного двигателя, кВт;

Р_В - номинальная мощность, передаваемая валом, кВт;

n_В - номинальная частота вращения вала, с^-1;

d_В - диаметр рассчитываемого вала, м;

V - скорость судна, м/с;

- максимальный изгибающий момент на промежуточном валу в кНм при отсутствии на пролёту длиной l_о сосредоточенной нагрузки;

- максимальный изгибающий момент на гребном вале в кНм при расположении винта на консоли длиной l₂ в м.

Принципиальная схема передачи вращающего момента и мощности от главного двигателя к гребному винту

7. Сопоставление показателей энергетических установок судна и проекта

Для оценки правильности принятых в курсовом проекте решений производим сопоставление спроектированной и существующей установок.

Таблица 6

Сводная таблица показателей энергетических установок

Наименование параметра, единица измерения	Численное значение
	Судно	Проект
Тип судна	Буксир	Буксир
Тяговое усилие, кН	118	118
Скорость с составом, км/ч	12	12
Главные двигатели:
Марка	8НВД48	6ЧРН 36/45
Количество	2	2
Номинальная эффективная мощность, кВт	493	662
Род топлива	дизельное	моторное
Удельный эффективный расход топлива, кг/кВт·ч	0,233	0,225
Тип главной передачи:	прямая	прямая
валогенераторы:
Марка	ДГС - 91/4
Количество	2
Мощность, кВт	30
Дизель - генераторы:
Марка	ДГ -50/1-1	ДГР 50М 3/1500
Количество	2	2
Номинальная эффективная мощность, кВт	58,8	50
Род топлива	дизельное	дизельное
Удельный эффективный расход топлива, кг/кВт·ч	0,269	0,269
Вспомогательные автономные котлы:
Марка	КОВ - 6	КОАВ - 40
Количество	1	1
Расход топлива, кг/ч	15	5,1
Тепло(паро)производитель-ность, кДж/ч (кг/ч)	(150)	168000
Утилизационные котлы:
Марка	КУП-15/5	КАУ - 1,7
Количество	2	2
Тепло(паро)производительность, кДж/ч (кг/ч)	(200)	170000
Сухая масса СЭУ, т	49,512	95,594
Габариты машинного отделения, м:
Длина	13,2	13,2
Ширина	6,8	6,8
Эффективная мощность главной ЭУ, кВт	986	1324
Энергооснащенность, кВт/т	1,98	2,66
Энергонасыщенность по отношению к:
Длине МО, кВт/м	83,6	107,9
Площади МО, кВт/м2	12,3	15,86
Энергоёмкость работы судна, кДж/т·км	250,7	336,6
Удельная масса ЭУ, кг/кВт	79,07	42,2
Эффективный КПД установки	0,32	0,35
Абсолютный КПД установки	0,3	0,35
КПД судового комплекса	0,209	0,22
КПД энергетического комплекса	0,38	0,36



Выводы

В результате расчетов был разработан проект модернизации энергетической установки буксира 749Б.

Для повышения тягового усилия судна на 10% пришлось заменить гл.двигатель 8НВД48 на 6ЧРН 36/45 в результате получили характеристики лучше чем у оригинала т.е.: расход топлива был 0,233 кг/кВт·ч,с новым двигателем-0,225 кг/кВт·ч. Переход с дизельного топлива на моторное хорош с экономической точки зрения. Так как было заменено вспомогательное оборудование, то потребности в Эл. Энергии тоже изменились, следовательно, заменили дизель-генераторы ДГ -50/1-1 на ДГР 50М 3/1500,но расход топлива не изменился.

Автономный паровой котел КОВ-6 заменил на водогрейный КОАВ - 40,чем достиг экономию топлива (было-15 кг/ч, стало-5,1 кг/ч)

Утилизационный котел КУП-15/5 заменил на КАУ-1,7 так как количество отработавших газов изменилось в связи с заменой гл .двигателей.

Сравнение спроектированной и существующей установок показало, что у спроектированной установки показатели лучше(коэффициенты полезного действия), хотя и увеличилась сухая масса СЭУ



Библиографический список

Баёв А.С. Судовые энергетические установки. Методические указания по курсовому проектированию - СПб.: СПГУВК, 1997.

Конаков Г.А., Васильев Б.В. Судовые энергетические установки и техническая эксплуатация флота. Под общ. ред. Г.А. Конакова. Учебник для вузов водного транспорта - М.: Транспорт , 1980.

Размещено на Allbest.ru