Размещено на http://www.allbest.ru/

АИНГ. Специальность 050715-МТТ. Кафедра «Технологические машины и оборудование». Группа МТТ-08 д/к/о

Ф.И.О. дипломника Кушкинбаева Гулмира Сагынжановна

Тема дипломного проекта «Модернизация энергетической установки научно-исследовательского судна»

4

Дипломный проект

Тема

«Модернизация энергетической установки научно-исследовательского судна»

Специальность 050715-МТТ.

Кафедра «Технологические машины и оборудование».

Группа МТТ-08 д/к/о

Кушкинбаева Гулмира Сагынжановна

Содержание

Аннотация

Введение

1 Специальный раздел

1.1 Техническое описание судна

1.2. Главный двигатель

1.3 Дизель - генераторы

1.4 Правила классификации и постройки морских судов

1.5 Фундаменты

1.6 Модернизация отечественных дизелей с заменой на дизеля фирмы «Caterpillar»

2 Расчетный раздел

2.1 Конструктивный расчёт двигателя

2.2 Тепловой расчет двигателя с наддувом

3 Экономический раздел

4 Охрана труда и окружающей среды

Заключение

Список использованной литературы

Аннотация

Предметом модернизации является судовая энергетическая установка судна проекта 70770, предназначенного для проведения научно-исследовательских работ в акватории Каспийского моря. Проект выполнен на основании полученного технического задания.

Данное судно обладает улучшенными ходовыми, маневренными качествами, снижением потреблением ГСМ по сравнению с судами соответствующего класса износившимся судам, эксплуатируемым в настоящее время. Произведена замена штатных дизелей на импортный с модернизацией топливной системы.

Для данного типа выполнены:

- тепловой расчет с наддувом, выбранного главного двигателя;

- выполнен динамический расчет вспомогательного двигателя для определения значения сил, действующих в кривошипно-шатунном механизме дизеля;

- конструктивный расчет для проверки отдельных узлов КШМ;

- приняты меры по охране труда и уменьшению загрязнения окружающей среды;

- экономические расчеты показатели целесообразность разработки данной установки в сравнении с существующими прототипами.

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 её к потребителям. Указанные виды энергии обеспечивают: движение судна с заданной скоростью; безопасность и надёжность плавания; работу механизмов машинного помещения, палубных механизмов и устройств; электрическое освещение; действие средств судовождения, управления механизмами, сигнализации и автоматики; общесудовые и бытовые нужды экипажа; выполнение различных операций на транспортных судах, судах технического флота и специального назначения.

С ростом грузоподъёмности и скорости хода судов увеличивается их энергооснащённость и мощность главных двигателей. В связи с этим судовые энергетические установки, затраты на которые составляют около 35% общей строительной стоимости судов, оказывают большое влияние на технико-эксплуатационные и экономические показатели флота. Большое значение в повышении эффективности работы речного транспорта имеет техническая эксплуатация флота; на неё приходится около 50% расходов, отнесённых на себестоимость перевозок грузов и пассажиров.

Судовая энергетическая установка должна удовлетворять следующим основным технико-экономическим и эксплуатационным требованиям:

- быть экономичной, т. е. строительная стоимость и эксплуатационные затраты на неё должны быть оптимальными;

- ГСЭУ должна обеспечивать заданную скорость хода судна, обладать достаточными маневренными качествами на всех режимах его движения и иметь высокий моторесурс;

- снабжать потребителей различными видами энергии и холодом при высокой экономичности процессов превращения тепловой энергии в механическую и электрическую;

- процессы управления и регулирования должны быть автоматизированы;

- быть надёжной, т. е. иметь оптимальную вероятность безотказной работы, требовать минимальное время на устранение неисправностей и сохранять работоспособность в аварийных ситуациях;

- при работе не оказывать вредного воздействия на обслуживающий персонал, пассажиров и не загрязнять окружающую среду;

- иметь малые габариты и массу.

В качестве главных и вспомогательных двигателей в ДЭУ применяются поршневые ДВС - дизели, работающие по отрытому циклу.

Дизельные энергетические установки получили широкое распространение на судах различного назначения вследствие ряда положительных особенностей:

- возможности создания большого диапазона агрегатных мощностей на базе стандартных типоразмеров цилиндров;

- доступности использования различных типов передач;

- сравнительно высокой экономичности;

- относительной простоты автоматизации управления.

В качестве вспомогательной установки, обычно устанавливаются четырёхтактные дизели без наддува повышенной оборотности.

Широкому распространению дизелей в СЭУ способствует непрерывное улучшение их технико-экономических показателей путём совершенствования наддува и рабочего процесса, применения тяжёлых сортов топлива, использования двухконтурной системы охлаждения, повышения надёжности и моторесурса, автоматизации процессов управления, контроля и диагностирования.

Повышение экономичности ДЭУ тесно связано с увеличением уровня их надёжности и ресурса. Поэтому на перспективу предусматривается увеличение ресурса дизелей, приближение сроков службы дизеля к срокам службы судна, резкое увеличение сроков службы до первой переборки, сроков необслуживаемой работы, что позволит значительно снизить затраты на техническое обслуживание и ремонт.

Эффективное использование ДЭУ, надёжная их эксплуатация и высокая производительность труда обслуживающего персонала обеспечиваются комплексной автоматизацией установки. Автоматизированный ДЭУ с безвахтенным обслуживанием, получили широкое распространение на судах морского флота.

1. Специальный раздел

1.1 Техническое описание судна

1.1.1 Основные сведения

Научно-исследовательское судно на базе проекта 70770 используется для проведения научно-исследовательских работ в акватории Каспийского моря.

Судно имеет ограниченный район плавания в соответствии с правилами Регистра. Район эксплуатации - Каспийское море.

Автономность плавания при осадке 2,0 м по запасам топлива, воды и масло составит 14 суток по запасам провизии и емкости цистерны для сточных вод 16 суток. Предусматривается возможность увеличения автономности по запасам топлива до 25 суток за счет увеличения осадки до 2,2 м.

Район плавания и эксплуатации - центральные и восточные бассейны Каспийского моря с глубиной судового хода не менее 2,3 м с выходом в открытые морские районы с составами общей грузоподъемностью до 58 т.

Рисунок 1. Общий вид научно-исследовательского судна проекта 70770

Главные размерения судна:

Длина наибольшая, м………………………………………………35,35

Ширина наибольшая, м…………………………………………….6,9

Высота борта на миделе, м…………………………………………3,2

Осадка средняя, м…………………………………………………...2,0

Водоизмещение, т…………………………………………………..320

Скорость хода, уз……………………………………………………10,2

Экипаж, чел………………………………………………………….20

Экипаж размещен в 10-ти каютах в трюме и рубке 1-го яруса в 1, 2-х и 4-х местных каютах. Судно оборудовано энергетической установкой увеличенной мощности,станцией подготовки воды, подруливающим устройством. Для обеспечения научно-исследовательских работ на судне имеется 3 лаборатории, две гидрографические лебёдки с кран-балками, промысловое устройство, 2 разъездные шлюпки со шлюпбалками,откидные площадки для проведения гидрографических и биологических исследований. Судно оборудовано современным радионавигационным оборудованием.

Архитектурно-конструктивный тип транспортный с одним винтом дизельный буксир с баком и средним расположением машинного отделения.

Остойчивость судна при всех эксплутационных случаях нагрузки удовлетворяет действующим Правилам Речного Регистра для судов специального назначения класса “КМ R2”.

Корпус и набор - судно имеет форштевень наклонный, корма крейсерская, корпус стальной с наклонным поясом по КВЛ, набран по поперечной системе.

Погибь бимсов 80 мм

Флоры устанавливаются на каждом шпангоуте. Флоры выполнены из полособульба.

В районе поперечных балок фундамента главного двигателя устанавливается флоры из листа с фланцем.

1.1.2 Расположение механизмов и оборудования в машинно-котельном отделении

Общие сведения

Энергетическая установка и механизмы общесудового назначения размещены в одном машинно-котельном отделении, расположенном в кормовой части судна в районе 29-44 шпангоутов[1].

Энергетическая установка этого класса занимает почти все пространство под главной палубой. Для размещения установки под палубой жилые и служебные помещения вынесены в надстройку. По трубам креновой системы вода перекачивается между бортовыми цистернами, когда необходимо раскачать судно, чтобы избежать заклинивания во льдах. Носовые гребные винты отсасывают воду из-подо льда, его опора ослабляется, и он легче ломается. Такой режим работы наиболее эффективен, когда толщина льда не более 0,3 м.

Рисунок 2. Расположение механизмов и оборудований в МКО

Из машинного отделения на открытую палубу предусмотрены два выхода:

- один на верхнюю палубу через тамбур на верхней палубе;

- второй через помещение ЦПУ по вертикальному трапу на палубу 1 яруса в шахте машинного отделения и далее через дверь в шахте МО.

Расположение оборудования и трубопроводов в МКО обеспечивает необходимые проходы, безопасность их обслуживания, осмотра и ремонта. В необходимых местах для безопасности обслуживания механизмы ограждены леерами и защитными кожухами.

Для производства ремонтных работ предусмотрена мастерская на платформе МКО.

1- двигатель; 2- дизель-генератор; 3- аварийный дизель-генератор; 4- ящик для инструментов; 5, 6, 20- распределительный щит; 7,9- емкости для технической воды; 8- верстак; 10- расходная цистерна дизельного топлива; 11- паровой автоматизированный котлоагрегат; 12,13,14,15- балластный насос; 16- цистерна сбора утечек топлива; 17,18- пусковые воздушные баллоны; 19- цистерна запаса масла; 21- цистерны питьевой воды.

Рисунок 3. Машинно-котельное отделение

Механическая мастерская оборудована:

- комбинированным токарным станком 1Д95;

- точильно - шлифовальным станком 3Б633

- столом - верстаком с тисками.

Для подъёма тяжёлых деталей при ремонте и осмотре ГД и отдельных вспомогательных механизмов в шахте машинного отделения под верхней палубой предусмотрены передвижные тали грузоподъёмностью 1 тонна.

Над механизмами и оборудованием в необходимых местах установлены рамы. Основные запасные части раскреплены непосредственно в МКО на удобных местах.

Настил пола в МКО выполнен из плит, рифленой стали. В кормовой части МКО предусмотрена световая шахта. Освещение МКО естественное через световой люк и искусственное - электрическое.

МКО оборудовано искусственной приточной вентиляцией; удаление воздуха производится с помощью работающего оборудования, потребляющего воздух, а избыток - через грибовидную головку. Расположения механизмов и оборудования в МКО приведены в таблице 1.1

Таблица 1.1

Расположение механизмов и оборудования в МКО

Наименование	Количество	Марка и характеристика
Главный двигатель правой модели с реверс - редукторной передачей	1	6 ЧНСП 18/22, кВт, .
Паровой автоматизированный котлоагрегат	1	КВА 0,5/5-Д, ,
Дизель - генератор	3	ДГР 50/1500, кВт,
Дизель - генератор	1	ДГР 25/1500, кВт,
Грузовой льяльный насос	2	НЦВС 100/30-П, 100 , 30 м. вод. ст.
Водо-пожарный насос	2	НЦВ 40/80-П, 40 , 80 м. вод. ст.
Воздушный компрессор	1	КВД-М,10 , 3 .
Насос выкачки нефтеостатков (резервный осушительный МКО)	1	ЭНП 4/1, 25 , 30 м. вод. ст.
Топливоперекачивающий насос дизельного топлива	1	ЭМН 3/3-2, 3,3 , 30 м. вод. ст.
Насос искрогашения	1	ЭСН 2-П, 3 , 40 м. вод. ст.
Насос водоснабжения	1	ЭСН 2/П, 3 .
Котельно-питательный насос	1	ЭПМН 0,8/70, 0,8 .
Ручной насос	3	НР-20, 12
Электровентилятор МКО	1	4ОЦС-17, 4 000 , 170 м. вод. ст.
Пусковые воздушные баллоны	2	80 л, р=3
Расходная цистерна дизельного топлива	1
Цистерна запаса масла	1	0,3
Цистерна пенообразующей жидкости	1	0,2
Смотровая контрольная цистерна	1
Теплый ящик	1
Цистерна грязного масла и топлива	1	0,12
Цистерна сбора утечек топлива	1	0,045
Бачок компрессорного масла	1	10 л
Подогреватель забортной воды	1	ПЭВ-2, 10 , F=2
Пневмоцистерна системы водоснабжения	1	100 л

1.2 Главный двигатель

В качестве главного двигателя на судне установлен один двигатель внутреннего сгорания правой модели.

Дизель четырехтактный, простого действия, однорядный, вертикальный, с полуразделенной камерой сгорания, с газотурбинным наддувом, с промежуточным охлаждением воздуха, с реверс - редукторной передачей, с гидромеханической системой ДАУ.

Общий вид двигателя показан на рисунке 4. Чугунная блок-рама 1 снабжена картерными люками с глухими крышками 3 с предохранительными клапанами со стороны выпуска. Рамовые подшипники имеют стальные вкладыши с баббитовой заливкой Б83. Блок цилиндров 7 крепится к раме анкерными связями, нижний конец которых ввернут в цилиндрические гайки 2, находящиеся в расточках блок рамы. Чугунные втулки 11 уплотнены в верхней части медной прокладкой, в нижней - тремя резиновыми кольцами. В нижней части к внутренней поверхности втулки подводится масло от циркуляционной системы. Крышки 9 цилиндров отдельные, чугунные.

Поршень 12 чугунный, охлаждаемый. Масло для охлаждения днища поршня подводится через шатун в полость 14, откуда сливается по трубке 13 в поддон фундаментной рамы. Имеется четыре уплотнительных кольца. Двойные маслосъемные кольца расположены в нижней части головки и тронка. Палец 15 поршня плавающий, зафиксированный алюминиевыми заглушками. Шатун 17 двутаврового сечения с несъемной кривошипной головкой. Поршневой подшипник образован бронзовой втулкой, кривошипный снабжен стальными вкладышами с баббитовой заливкой Б83. коленчатый вал 19 цельный с полыми заглушенными шатунными шейками. Для разгрузки рамовых подшипников от центробежных сил инерции кривошипы снабжены противовесами 21. Смазка к рамовым подшипникам подводится из магистрали 5 по трубам 4. В шатунный подшипник поступает масло по каналам, просверленным в коленчатом вале. Рабочий цилиндр имеет впускной и выпускной клапаны. Привод открытия их штанговый в блоках расположены по две кулачковые шайбы.

Рисунок 4. Вид двигателя 6 ЧНСП 18/22 в разрезе

Распределительный вал 18 установлен в специальной полости блока цилиндров. Предусмотрено два выпускных коллектора 8. надувочный коллектор 6 расположен ниже выпускных. Турбокомпрессор с газовой турбиной осевого типа находится на кормовом торце двигателя.

Топливная система двигателя включает в себя шестеренный топливоподкачивающий насос, два сетчатых фильтра грубой очистки и миткалевый фильтр тонкой очистки. Топливные насосы 16 индивидуальные, золотниковые, стандартного типа. Форсунки 10 закрытые, охлаждаемые, давление подъема иглы 10 МПа. Регулятор двигателя всережимный.

Система топливоподачи в соответствии с рисунком 5 обеспечивает дозирование и подачу топлива в цилиндры дизеля в соответствии с порядком их работы и заданным режимом нагрузки. Из расходного бака 1 топливо поступает к топливоподкачивающему насосу 7 и через фильтр тонкой очистки топлива 6 подается к топливному насосу высокого давления 4, а затем под высоким давлением к форсункам 3.

Просочившееся через неплотности форсунок топливо по трубопроводу отводится в сливной бак 5. По такому же трубопроводу топливо сливается из фильтра 6 при выпуске воздуха [6].

1-бак топливный расходный; 2-трубопровод высокого давления; 3-форсунка; 4-насос топливный высокого давления; 5-бак сливной; 6-фильтр тонкой очистки топлива; 7-насос топливоподкачивающий.

Рисунок 5. Схема топливоподачи

Масляная система состоит из масляного бака, откачивающих и нагнетательных насосов и двух прокачивающих электронасосов. После каждого из насосов расположены сетчатый фильтр, а после нагнетательного, кроме того реактивная - центрифуга и два трубчатых охладителя, установленные параллельно.

Система охлаждения является замкнутой, насосы центробежные, водяной охладитель трубчатый. Масляная система и система охлаждения оборудованы терморегуляторами.

Таблица 1.2

Характеристики главного двигателя

Наименование	Характеристика
Обозначение дизеля	6 ЧНСП 18/22
Заводская марка	ДД 02
Мощность номинальная на валу дизеля	165 кВт
Мощность номинальная на выходном фланце РРП	160 кВт
Номинальное число оборотов
Число цилиндров	6
Диаметр цилиндра	180 мм
Ход поршня	220 мм
Степень сжатия	12
Среднее эффективное давление	0,8
Род топлива	Дизельное топливо по ГОСТ 4749-49, ГОСТ 10489-62
Удельный расход топлива на номинальной мощности	225
Способ пуска	Сжатым воздухом
Давление пускового воздуха	3
Система смазки дизеля	Циркуляционная с мокрым картером
Охлаждение дизеля	Пресной водой по замкнутому контуру
Охлаждение пресной воды, наддувочного воздуха и масла	Забортной водой в холодильниках
Навешанные механизмы и оборудование на двигатель:
Подкачной топливный насос, шестеренчатый, производительностью	90
Масляный насос, шестеренчатый, производительностью	4600
Водяной насос внутреннего контура вихревого типа	8000
Водяной насос забортной воды вихревого типа	8000
Топливный насос, шести плунжерный, золотниковый с регулируемым концом подачи топлива типа 1, исполнения по ГОСТ 10578-63
Фильтр тонкой очистки топлива	2ТФ-3
Фильтр масла сетчатый двухсекционный
Реактивная центрифуга производительностью	6000
Трубчатый холодильник масла и воды
Масляный насос ручной прокачки поршневого типа
Турбокомпрессор с одноступенчатым компрессором и радиальной турбиной	ТКР 14Н
Реверс - редукторная передача правой модели с передаточным отношением	25 РРП-230-1,65П
На переднем ходу	1,67
На заднем ходу	2
Электрогенератор постоянного тока Г-732 мощностью	1,2 кВт
Осушительный насос поршневого типа производительностью	5
Одноступенчатый воздушный компрессор давлением до 3,5	4,5
Обслуживающими агрегатами РРП являются
Масляные насосы шестеренчатого типа - нагнетательный и циркуляционный	2820 , 3300

1.3 Дизель-генераторы

Комплекс устройств, обеспечивающих производство, преобразование и распределение электроэнергии на судне, называют электростанцией. К основным элементам судовой электростанции (СЭС) относят первичные двигатели, электрические генераторы и главный электрораспределительный щит (ГЭРЩ) с приборами контроля, сигнализации и защиты [6,7].

По назначению СЭС делят на основные и аварийные. Основные электростанции обеспечивают подачу электроэнергии ко всем потребителям на любых режимах работы судна; аварийные (при выходе из строя основной СЭС) снабжают электроэнергией только определённое число потребителей, например средства пожаротушения, электропривод водоотливных насосов, рулевой электропривод, радиостанцию, щит сигнально - отличительных огней, приборы авральной сигнализации, цепи судовой электроавтоматики, приборы аварийного освещения и т.п.



Рисунок 6. Дизель-генератор ДГР 50/1500

Мощность электростанции зависит от типа и числа потребителей электроэнергии. Дизель - генераторы и электрораспределительные щиты монтируют в одном помещении, имеющем выход на открытую палубу.

Аккумуляторные батареи используют в качестве аварийных источников электроэнергии. В зависимости от мощности их устанавливают на судне в специальных аккумуляторных помещениях, ящиках или шкафах. При работе батареи выделяют газы, которые могут образовывать взрывчатую смесь, поэтому аккумуляторные помещения оборудуют вентиляцией, не связанной с другими объектами. Аккумуляторные батареи, как аварийные источники энергоснабжения, включаются в аварийную сеть при падении напряжения на щитах ГЭРЩ ниже 60% номинального значения. Постоянное напряжение в сети с заданной точностью поддерживают автоматические регуляторы, которые при изменении тока нагрузки и напряжения на шинах ГЭРЩ через соответствующие измерительные и усилительные элементы изменяют параметры тока, поступающего в обмотки возбуждения генератора [6,7].

1.3.1 Главные распределительные щиты

Главным распределительным щитом называется часть судовой электростанции, предназначенная для присоединения источников электроэнергии (генераторных агрегатов) к силовой судовой электрической сети и управления работой источников электроэнергии.

Конструктивно ГРЩ представляет собой металлический каркас, закрытый кожухом, а с лицевой стороны - панелями. Внутри каркаса смонтированы коммутационные, измерительные, защитные, регулирующие и сигнальные устройства. Конструкция ГРЩ обеспечивает удобство и безопасность включений и отключений коммутационных аппаратов с лицевой стороны, а также возможность доступа ко всем его аппаратам и устройствам и с задней стороны. Все токоведущие части располагаются внутри щита, а на лицевую сторону выводятся только рукоятки или кнопки для управления аппаратурой и шкалы измерительных приборов [7].

Габаритные размеры ГРЩ обычно бывают следующего порядка: высота - 2 метра, глубина - 1 метр и ширина по фронту - несколько метров. Масса ГРЩ измеряется тоннами. ГРЩ соединяется с генераторами и потребителями электроэнергии кабелями.

1.3.2 Мощность судовой электростанции

Мощность судовой электростанции определяется аналитическим методом. Идея аналитической оценки величины мощности электростанции Р в различных режимах судна основана на установленной статически корреляционной зависимости значений этой мощности от водоизмещения (дедвейта) судна D, МН и мощности его пропульсивной установки , кВт: D=326т=3,126 МН; 165,9 кВт.

В ходовом режиме, кВт:

, (1.1)

где: 25,6 кВт-сумма мощностей бытовых потребителей; а= 75 [8];

75+0,017•165,9+25,6=28,5.

В режиме маневрирования, кВт:

28,5+0,8•53=70,9, (1.2)

где: 53 кВт-сумма мощностей пожарных насосов, компрессора пускового воздуха и электродвигателя брашпиля.

В режиме стоянки без грузовых операции, кВт:

, (1.3)

Р=(11+0,002•3,126•)+25,6=31,863.

В режиме грузовых операции, кВт:

31,863+33=64,863 (1.4)

где: 33кВт - сумма мощностей грузовых насосов и насоса выкачки нефтеостатков.

Мощность судовой электростанции составляет 75 кВт. Таким образом, установка электродвигателя сепаратора не влияет на работу судовой электростанции.

1.4 Правила классификации и постройки морских судов

Для перекачки топлива должно быть предусмотрено не менее двух насосов с механическим приводом, один из которых служит резервным [8].

Топливоперекачивающие насосы, а также насосы сепараторов, кроме местного управления, должны иметь средства для их остановки из всегда доступных мест вне помещений, в которые они установлены [8].

Топливные трубопроводы, как правило, должны быть отделены от трубопроводов других систем.

Трубопроводы, перекачивающие подогретое топливо под давлением, должны располагаться в хорошо видимых и доступных местах.

Топливные трубопроводы не должны прокладываться на расстоянии менее 250 мм от паропроводов.

Подогрев жидкого топлива в цистерне может осуществляться только при помощи паровых или водяных змеевиков.

Змеевики подогрева топлива должны распологаться в наиболее низких частях цистерн.

Максимальная температура подогреваемого топлива в цистернах должна быть не менее чем на 15⁰С ниже температуры вспышки топлива. Давление пара, применяемого для подогрева топлива не должно превышать 0,7 .

Двигатели и механизмы должны размещаться таким образом, чтобы из их постов управления и мест обслуживания были обеспечены проходы к выходным путям из помещений, где они расположены. Ширина проходов на всей длине должна быть не менее 600 мм.

Расположение механизмов, котлов, оборудования, трубопроводов и арматуры должно обеспечивать свободный доступ к ним для обслуживания и аварийного ремонта.

Расстояние от наружной поверхности изоляции котлов до стенок цистерн жидкого топлива и масла, как правило должно быть не менее 600 мм [8].

Механизмы и оборудование, входящие в состав механической установки, должны устанавливаться и закрепляться на прочных жёстких фундаментах.

Малогабаритные механизмы и оборудование могут устанавливаться непосредственно на платформах или настиле второго дна на наварышах.

Крепление механизмов другого, а также их фундаментов к наружной обшивке судна не допускается.

Корпуса теплообменных аппаратов должны иметь соответствующие лапы для надёжного закрепления их к фундаментам, и устанавливаемые непосредственно на корпусе запорные органы, предназначенные для отключения от присоединенных к ним трубопроводов.

1.5 Фундаменты

Судовой фундамент - это специальная корпусная конструкция, жёстко связанная с набором судна, к которой крепится основное и вспомогательное оборудование.

1 -- кницы (с полками); 2 -- флор; 3 -- днищевой стрингер; 4 -- вертикальный киль; 5 -- поперечные бракеты; 6 -- продольные балки; 7 -- опорные горизонтальные полосы; 8 -- фундамент вспомогательного двигателя; 9 -- анкерная связь; 10 -- стопор котла; 11 -- седельная опора.

Рисунок 7. Фундаменты: а -- фундамент главного двигателя на настиле второго дна; b -- фундамент главного двигателя на одинарном дне; с -- фундамент для цилиндрического огнетрубного котла; d -- фундамент для водотрубного котла; е -- фундамент для компрессора.

Любая конструкция судового фундамента состоит из трёх основных узлов: опорной поверхности, главных связей и ребер жёсткости.

Назначение фундамента - служить надёжным основанием и обеспечивать нормальную эксплуатацию установленного на нём оборудования.

К фундаментам предъявляют следующие требования: устойчивость и прочность: отсутствие чрезмерных деформаций от установленного на них оборудования; исключение сильной вибрации, которая неблагоприятно действует на работу машин и механизмов; рассредоточение нагрузки от механизмов на такое количество связей, которое исключило бы возникновение местных деформаций [6].

При проектировании и изготовлении фундаментов, прежде всего, учитывают технологичность их конструкции. Под технологичностью понимают свойство конструкции, позволяющее производить монтаж по заданным техническим требованиям с наименьшими затратами труда, времени и средств. Конструкцию и форму фундамента определяют технической характеристикой монтируемого оборудования, массой, габаритами, назначением и его расположением в соответствии с набором корпуса судна.

Фундамент должен представлять собой законченную самостоятельную корпусную конструкцию узла или секций судна.

При проектировании фундаментов следуют соблюдать следующие условия:

- использовать набор перекрытия судна для конструкции фундаментов или совмещать конструкции фундамента с набором судна;

- тщательно ознакомится с механизмом, его работой, особенностями его обслуживания, с конструкцией его крепления (расположения опорных лап);

- ознакомиться с прототипами аналогичных конструкций на существующих судах в соответствии с требованиями и нормами Регистра.

Основным материалом для фундаментов служит тот же материал, что и для конструкций корпуса судна. Фундамент должен быть облегченным и обеспечивать доступ к любому месту опорной поверхности, что достигается устройством вырезов в стенках. При этом высота выреза не должна превышать 40% высоты стенки. Все сварные швы фундаментов и подкреплений, кроме монтажных, выполняют полуавтоматической сваркой в среде углекислого газа, а монтажные швы в открытых помещениях полуавтоматом [6].

Рисунок 8. Фундаменты под дизель-генераторы фирмы «Caterpillar»

При изготовлении фундамента внимательно относятся к техническим требованиям. Проводят контроль изготовления, как отдельных его деталей, так и всей конструкции в целом. После сварки и проверки фундамента до постановки на место опорных планок - платиков с помощью линейки и щупа проверяют неплоскостность поверхности его планок - платиков к фундаменту.

Уклон полок фундамента проверяют уровнем и линейкой. При помощи двухконтактного прибора проверяют толщину опорных листов фундамента после их обработки.

Плотность сопряжения опорной лапы механизма, компенсирующего звена и опорной поверхности фундамента проверяют щупом. Свисание лапы устанавливаемого оборудования допускается с наружной стороны не более 5 мм. Плотность сопряжения гаек и головок фундаментных болтов с лапами устанавливаемого оборудования и полками фундамента при обжатых болтах проверяют щупом, причём щуп толщиной 0,05 мм не должен проходить под гайку и головку болта. Головка болта не должна выступать за кромки лапы механизма или фундамента. Не допускается превышение выступающий части стержня болта над гайкой более трёх ниток резьбы или превышения гайки над резьбой болта. Фундаментные болты заводят со стороны фундамента.

1.6 Модернизация отечественных дизелей с заменой на дизеля фирмы «Caterpillar»

Существующая схема топливопровода энергетической установки судна обладает рядом существенных недостатков, таких как сложная система обвязки топливной аппаратуры, протяженность линии трубопроводов, неудобства при ремонтных работах. Для устранения их мы предлагаем модернизировать систему топливопровода дизелей ЭУ с заменой отечественных дизелей марки ДГР 50/1500 на дизеля фирмы «Caterpillar», что существенно отличается схемой обвязки топливопровода, которая имеет меньшую протяженность, рациональность и простоту обслуживания при ремонтных работах.

Дизельное топливо размещено в топливной цистерне емкостью 12,3 , расположенной под цистерной нефтеостатков.

Цистерна оборудована воздушной трубой с огнепредохранительной сеткой и поплавком, измерительной, наполнительной и расходными трубами с быстрозапорными клапанами на цистерне с приводами, выведенными на палубу [1,2].



Рисунок 9. Принципиальная схема трубопровода дизельного топлива

Прием топлива в цистерну осуществляется через приемную трубу, расположенную на палубе. Топливо из цистерны запаса подается топливоперекачивающим насосом марки ЭМН 3/3, производительностью 3,3 , в сдвоенную расходную цистерну , расположенную в шахте МКО.

Расходная цистерна оборудована необходимой расходной арматурой с тросиковыми приводами, указателями уровня, горловинами, воздушной трубой, клапанами спуска отстоя и поддоном. Отстой из расходной цистерны будет спускаться в цистерну грязного масла и топлива, расположенную под плитами МКО [2].

Топливоперекачивающие насосы главного и вспомогательных двигателей принимают топливо из расходной цистерны через сдвоенный фильтр, а форсуночные насосы котла - из топливной цистерны запаса.

Избыточное топливо от форсунок и утечки от топливного насоса отведены в цистерну для сбора утечек топлива, расположенную под плитами МКО. Отделение отстоя из цистерны грязного масла и топлива производится ручным насосом типа НР-20 - 12 л/мин электроприводной топливоперекачивающий насос, кроме подачи топлива в расходную цистерну, будет осушать цистерну сбора утечек топлива и выдать, при необходимости, топливо на берег. Все топливные насосы и фильтр снабжены поддонами.

Масляный трубопровод

Хранение основного запаса масла для главного двигателя и дизель - генераторов предусмотрено в цистерне, емкостью 300 литров, установленной в кормовой части МКО с правого борта.

Главный двигатель имеет циркуляционную систему смазки с «мокрым» картером, обслуживаемую навешанным на двигатель приемным сетчатым фильтром, шестеренчатым масляным насосом, нагнетательным и циркуляционным прокачным пневмонасосом, реактивной центрифугой тонкой очистки, фильтром основной очистки, маслоохладителем.

Шестеренчатый насос принимает масло из картера и подает на маслораспределитель и реактивной центрифуге. От распределителя масло под давлением поступает в двух направлениях:

а) к основному фильтру и через холодильник на смазку двигателя;

б) к муфте отбора мощности.

Система смазки вспомогательных двигателей дизель - генераторов циркуляционная, под давлением с «мокрым» картером.

Смазка коренных и шатунных подшипников коленчатого вала, а также подшипников распределительного вала и коромысел клапанного механизма - принудительная под давлением [3].

Смазка остальных трущихся деталей - разбрызгиванием.

Трубопровод охлаждения

Охлаждение главного и вспомогательных двигателей будет производиться пресной водой по независимым замкнутым контурам. Пресная вода будет забираться насосом пресной воды, навешенным на двигателе, и подаваться в зарубашечное пространство цилиндров и крышек цилиндров, откуда будет поступать обратно в холодильник [3].

Система главного двигателя оборудована термостатом, обеспечивающим автоматическое поддержание температуры пресной воды на выходе из дизеля не более 85 ⁰С.

Трубопровод сжатого воздуха

В МКО установлены два баллона сжатого воздуха емкостью по 80 литров каждый с давлением воздуха 3 .

Заполнение баллонов будет производиться от автономного электрокомпрессора КВД-М, производительностью 10 свободного воздуха при конечном давлении 3 .

На ходу заполнения баллонов будет производиться от компрессора, навешанного на реверс - редуктор главного двигателя, производительностью 4,5 свободного воздуха.

Трубопровод сжатого воздуха будет обеспечивать:

а) подачу пускового воздуха к главному двигателю и к маслопрокачивающему пневмонасосу двигателя давлением 3 ;

б) подачу сжатого воздуха давлением 3 заполнение баллонов системы СЖБ;

в) подачу сжатого воздуха давлением 0,8 на тифон;

г) подачу сжатого воздуха давлением 0,4 на продувание системы обогрева цистерн, кингстонов, системы СЖБ и на хозяйственные нужды. судно поршень двигатель котельный

Редукционные клапаны снабжены манометрами и предохранительными клапанами. Трубопровод сжатого воздуха выполнен из стальных бесшовных труб.

1.6.1 Монтаж трубопроводов и систем

Для транспортировки жидких и газообразных сред на судне применяют две группы труб. Одна группа - судовые трубопроводы обеспечивает работу энергетической установки; вторая - судовые системы - удовлетворяют общесудовые нужды. Трудоёмкость изготовления трубопроводов значительно выше, так как они имеют сложную форму и монтируются в машинно-котельных отделениях, чрезвычайно насыщенных судовым оборудованием.

Монтаж трубопроводов - очень важный этап постройки и ремонта судна, так как трудоёмкость этих работ составляет 12% трудоёмкости постройки судна и они завершают процесс монтажа. Высокая трудоёмкость монтажа связана со значительной протяженностью трубопроводов, которая достигает нескольких десятков метров.

Основным документом на монтаж являются схемы трубопроводов. При монтаже трубопроводов необходимо выполнять следующие требования, изложенные в схемах:

- все элементы системы должны быть расположены в местах, предусмотренных схемой трубопровода;

- плотность всех соединений должна быть обеспечена равномерным обжатием болтов;

- в результате установки прокладок живое сечение трубы не должно уменьшаться более чем на 10% [4];

- перенапряжение материала труб изгибными напряжениями в результате сборки при недопустимых смещениях концов труб или раскрытиях уплотнительных поверхностей соединительных фланцев должно быть исключено [4];

- трубопроводы и арматура должны прочно крепиться к элементам корпуса с помощью кронштейнов или подвесок, расположенных в местах наибольших нагрузок и исключающих вибрацию;

- в местах прохода труб через водонепроницаемые переборки и палубы необходимо устанавливать переборочные и палубные стаканы, непосредственная приварка труб к переборкам запрещается;

- путевые соединения и арматура не должны располагаться над измерительными и электрическими приборами;

- путевые соединения должны разбираться без разборки соседних [4];

- для предохранения изоляции труб от повреждения расстояние от неё до соседних труб и элементов корпуса должно составлять не менее 10 мм, от электрических кабелей - не менее 100 мм;

- трубопроводы с горячей средой должны иметь подвижные подвески и температурные компенсаторы во избежание перенапряжений и разрушений;

- погрешность радиуса погиба труб не должна превышать 4 % номинальных значений [4];

- погрешность угла погиба не должна превышать 2 % погрешностей, заданных схемой;

- овальность сечения в местах погиба не должна превышать 8 %;

- утонение при горячей гибке наружной стенки трубы не должны превышать 30 % её номинальной толщины;

- высота складок на внутренней стороне трубы не должна превышать 3 % её диаметра.

Монтаж трубопроводов состоит из следующих операций: трассировка трубопровода, изготовление шаблонов, гибка труб, вырезка отверстий, сборка труб фланцами и отростками, испытание собранных труб, защита от коррозии и теплоизоляции, установка на место.

Монтаж должен обеспечивать удобство демонтажа и эксплуатации трубопроводов, систем и арматуры. Трубы должны проходить по возможности, параллельно друг другу без образования участков, в которых возможно скапливание жидкости, которая может вызывать гидравлический удар при включении насоса.

Монтаж труб на судне выполняется в два этапа:

а) предварительная сборка на «фальшиво» с целью проверки точности и согласованности геометрических размеров, изготовленных труб и определения длины замыкающего звена трубопровода - «забойной» трубы;

б) окончательная сборка с креплением труб к судовым конструкциям и испытанием на плотность давлением гидравлическим или воздушным.

Трубы крепят подвесками, которые устраняют провисание труб под действием собственного веса и предупреждают их вибрации. При сборке соединений обеспечивается равномерное обжатие прокладок и нормальная затяжка болтов или шпилек. После сборки трубопроводы и системы подвергаются испытаниям на плотность водой или воздухом. Для этого трубы разобщают от концевой арматуры, цистерн, механизмов и ставят на концы заглушки. Критерием непроницаемости трубопровода служит падение пробного давления, наблюдаемое по контрольному манометру.

Величина пробного гидравлического давления равна [4]:

, (1.5)

где, - рабочее давление в трубопроводе.

Водой нельзя испытывать маслопроводы [5].

Испытания на плотность целесообразно выполнять другой средой - воздухом. Воздушным испытаниям на плотность подвергают трубопроводы, работающие под давлением не более . Проникающая способность воздуха значительно выше воды, поэтому величина пробного воздушного давления равна [4]:

. (1.6)

Компенсаторы устанавливаются на трубопроводах, работающих при высоких температурах, для предотвращения разрушения труб при перепадах температур. Они обязательны на паропроводах. Конструктивно компенсаторы могут быть складчатыми, гофрированными и линзовыми.

Монтаж заканчивается изоляцией и окраской труб, нанесением отличительных знаков и планок, облегчающих определение назначения трубопровода.

2. Расчетный раздел

2.1 Конструктивный расчёт двигателя

Задача конструктивного расчёта - обеспечить выбор материала и таких конструктивных размеров детали, при котором удовлетворяются в возможно большей степени, ниже приведённые требования: прочность, жёсткость, износостойкость, малый вес и минимальные габариты, применение недефицитных материалов, технологичность, безопасность.

Важнейшими задачами при конструировании является борьба за экономию материалов, за уменьшение веса и стоимости машин при улучшении их качества. Материал детали выбирается с учётом условий её работы.

При расчётах необходимо выбрать такую упрощённую расчётную схему детали, которая по возможности не требовала бы сложных расчётов и была близка к действительным условиям её работы. Силы принимаются сосредоточенными или равномерно распределёнными, хотя в действительности они распределяются по более сложному закону.

При относительном движении сопрягаемых деталей их материалы должны быть износостойкими и обладать определёнными антифрикционными качествами. Материал деталей, работающих в условиях высоких температур, должен быть жаростойким [9].

2.1.1 Выбор конструктивных размеров и проверочный расчёт поршня

Сущность проверочного расчёта детали на прочность заключается в определении рабочего напряжения в опасном сечении. Если рабочее напряжение не превосходит допускаемого, то прочность в данном сечении обеспечена.

Составляем расчётную схему, где действительная равномерно распределённая нагрузка для упрощения схемы разложена на две параллельные силы , приложенные в центрах тяжести полукругов (половина днища), удалённых на расстояние от центра тяжести днища.

В точках, определяемых расстоянием y до центра тяжести полуокружности, приложены реакции опор, принятые за сосредоточенные силы .

Величина нагрузки, МН:

Р_z=p_z, (2.1)

где р_z- максимальное давление цикла.

Р_z .

Принимаем материал поршня чугун марки СЧ 28-48. Поршень неохлаждаемый [9,10].

Определяем основные конструктивные размеры:

Толщина днища, м:

(2.2)



Рисунок 9. Расчётная схема поршня

Длина поршня, м:

(2.3)

L

Принимаем по прототипному двигателю L=0,243 м.

Длина направляющей части (тронка), м:

Расстояние до первого кольца от верхней кромки поршня:

Принимаем 0,04 м.

Расстояние от оси пальца до нижней кромки поршня, м:

м

По прототипному двигателю принимаем 0,11 м

Толщина стенки за нижним уплотнительным кольцом, м:

(2.4)

Толщина стенки юбки, м:

Глубина канавки для колец ориентировочно составит, м:

(2.5)

Принимаем 0,008 м.

Диаметр головки поршня, м:

, (2.6)

где: диаметральный зазор;

.

Диаметральный зазор между тронком поршня и цилиндром 0,4.

Проверяем днище поршня на изгиб, как свободно опёртую плоскую плиту. Рабочее напряжение изгиба в диаметральном сечении:

, (2.7)

где максимальный изгибающий момент в рассматриваемом сечении ; осевой момент сопротивления сечения 1-1, м³.

Сечение прямоугольное.

Прочность днища на изгиб обеспечивается при .

Воспользуемся конечным выражением формулы, :

что не превосходит допускаемого напряжения изгиба для чугуна, [11].

Размер диаметра:

м

Проверяем боковую поверхность тронка на удельное давление:

(условие невыжимаемости смазки, где нормальная сила давления на втулку )

(2.8)

Следовательно, невыжимаемость смазки (ограничение износа) обеспечивается, так как рабочее удельное давление не превосходит допускаемого. Проверка на удельное давление позволяет судить об ограничении износа трущихся поверхностей. Если рабочее удельное давление превосходит допускаемое, то возможно выжимание масла, вследствие чего происходит повышенный износ и нагрев деталей, вызывающей повреждение рабочих поверхностей [11].

2.1.2 Проверочный расчёт шатуна

Материал шатуна - легированная сталь марки 40. Шатун штампованный, двутаврового сечения.

Определяем основные конструктивные размеры.

Длина стержня шатуна:

Среднее сечение двутаврового стержня:

Высота, м:

, (2.9)

Н

Расстояние между полками, м:

Толщина, м:

Ширина, м:

Внешний диаметр головки, м:

, (2.10)

Внутренний диаметр головки, м:

Толщина втулки, м:

Длина верхней головки, м:

Высота верхней части (до опорной поверхности чайки), м:

Высота крышки мотылёвого подшипника, м:

Толщина крышки мотылёвого подшипника, м:

Расстояние между шатунными болтами и ширина нижней головки при двух болтах, м:

Толщина заливки вкладышей, м:

= (баббит)

Толщина вкладыша, м:

=

Продольный разбег: 1,2-3,0 мм.

Диаметр шатунных болтов, м:

Проверочные расчёты

Стержень шатуна

Проверяется на сжатие силой Р_z (пусковой период) [12],

где: F- максимальная площадь поперечного сечения стержня шатуна, м².

, (2.11)

F

(2.12)

Стержень шатуна проверяется на продольную устойчивость по формуле Тетмайера.

Коэффициент запаса устойчивости:

(2.13)

условие обеспечения устойчивости стержня при продольном изгибе, где Р_кр- критическая нагрузка, Н.

кг (2.14)

где: м - радиус инерции поперечного сечения стержня.

2.1.3 Коленчатый вал

Материал коленчатого вала сталь марки 40. Коленвал цельнокованый.



Размещено на http://www.allbest.ru/

АИНГ. Специальность 050715-МТТ. Кафедра «Технологические машины и оборудование». Группа МТТ-08 д/к/о

Ф.И.О. дипломника Кушкинбаева Гулмира Сагынжановна

Тема дипломного проекта «Модернизация энергетической установки научно-исследовательского судна»

4

Рисунок 10. Расчётная схема коленчатого вала

Формулы Регистра

Диаметр шеек вала, м:

(2.15)

где: коэффициент, определяемый в зависимости от диаметра сверления шейки по формуле, м:

где а- расстояние между серединами коренных шеек, м; допустимая амплитуда касательных напряжений, определяемая по формуле:

(2.16)

где, предел усталости материала вала при кручении может быть определён по формуле:

для стали марки 40 - предел прочности при растяжении.

t- наибольшее значение амплитуды удельных касательных сил одного цилиндра, определяемое по формуле:

Ширина щёк вала должна отвечать формуле, м:

(2.17)

где С- расстояние от середины коренного подшипника до средней плоскости щёк, м; коэффициент, учитывающий концентрацию напряжений в галтели радиуса r и наличие перекрытия между шейками вала-1,4, [12]; - допустимая амплитуда напряжений, , определяется по формуле:

(2.18)

Проверка шеек на удельное давление (на невыжимаемость масла).

Удельное давление на шатунной шейке, :

(2.19)

Удельное давление на коренной шейке, :

(2.20)

Проверяем шатунную шейку на нагрев, :

(2.21)

где ;

Проверяем коренную шейку на нагрев, :

Ограничение нагрева подшипников обеспечивается. Вес коленчатых валов составляет 7-15% веса двигателя, стоимость его достигает 25-30% стоимости двигателя [13].

Расчёт крышки коренных подшипников

Материал крышек: СЧ 21-40.

Определяем конструктивные размеры.

Ширина крышки (вдоль оси вала), м:

(2.22)

В

Толщина толстостенного вкладыша, м:

Внутренний диаметр крышки, м:

Расстояние между центрами крепёжных шпилек, м:

Крышка подшипника рассчитывается на силу инерции Р_i, равномерно распределённую на длине d₁. Крышка рассматривается как балка на двух опорах.

(2.23)

; (2.24)

2.1.4 Расчёт втулки рабочего цилиндра

Материал втулки рабочего цилиндра чугун марки: СЧ 28-48. Твёрдость НВ--170. Определяем конструктивные размеры.

Толщина втулки в верхней части, м:

Толщина втулки в нижней части, :

Толщина стенки сухой гильзы-5 мм.

Высота опорного бурта, м:

Наибольший диаметр верхнего опорного бурта, м:

Ширина опорного пояса бурта, м:

Ширина канавки под бурт крышки, м:

Глубина канавки 5 мм.

Длина втулки, м:

Диаметр центровой окружности шпилек крышки цилиндров, м:

(2.25)

По схеме находим диаметр D_f=0,275м (по центру опорного бурта крышки), D₀=0,278м (между центрами опасного сечения 1-1), угол =26- наклон опасного сечения, высоту сечения h и плечо а берём по схеме: h=0,097 м; а=0,027 м.



Рисунок 11. Расчётная схема втулки рабочего цилиндра

Сила затяжки крышечных шпилек, МН:

, (2.26)

где =1,5 коэффициент затяжки,

.

Сущность проверки сечения 1-1 состоит в определении эквивалентного напряжения, возникающего от совместного действия силы растяжения Р_n, изгибающего момента Р_d-a и силы сдвига Р_t.

Находим силы, действующие в сечении 1-1, МН:

(2.27)

(2.28)

Изгибающий момент, :

Напряжение в сечении 1-1, :

, (2.29)

.

, (2.30)

.

Эквивалентное напряжение, :

, (2.31)

.

Для чугуна допускаемое напряжение [13]:

Прочность сечения 1-1 обеспечена со значительным запасом.

Проверяем опорную поверхность бурта на смятие, :

(2.32)

;

2.2 Тепловой расчет двигателя с наддувом

Дизель шестицилиндровый (i=6), с неразделенными камерами сгорания, объёмным смесеобразованием, частотой вращения коленчатого вала при максимальной мощности n=750 об/мин и степенью сжатия =12. Расчёт выполнен для дизеля с турбонаддувом P=0,15 МПа (центробежный компрессор с охлаждаемым корпусом и лопаточным диффузором и радиальная турбина с постоянным давлением перед турбиной).

Топливо. В соответствии с ГОСТ 10585-75 для рассчитываемого двигателя принимаем мазут Ф-12.

Средний элементарный состав топлива С=0,87; Н=0,121; S=0,003; О=0,006; [14].

Низшая теплота сгорания мазута, :

Н_и=33,91С+125,6Н-10,89(О-S)-2,51(9Н+W) (2.33)

Н_и=33,910,87+125,60,121-10,89(0,006-0,003)-2,5190,121=41,93=41930

2.2.1 Параметры рабочего тела

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания одного килограмма топлива:

L₀= (2.34)