Разработка энергетической установки для танкера Stena Victory с малооборотным дизельным двигателем

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исходные данные

Название судна - Stena Victory.

Корпус - стальной, сварной.

Дедвейт - 267000 т.

Длина - 320 м.

Ширина - 70 м.

Высота борта - 25,5 м.

Осадка - 18 м.

Скорость - 17 узлов.

Экипаж - 18+16 человек.

Район плавания - неограниченный.

Состав оборудования установки

В настоящее время на грузовых судах транспортного флота исключительное применение находят пропульсивные установки с двигателями внутреннего сгорания, причем исключительно дизеля - ДВС с самовоспламенением впрыскиваемого топлива от высокой температуры воздуха, сжатого в цилиндре. Причина широкого применения ПК с ДВС - высокая энергетическая эффективность таких комплексов: до 40% энергии сжигаемого топлива преобразуется в энергию движения судна. Кроме того ДВС приспособлены к работе на относительно дешевом топливе - мазуте марки МТ - 100 с вязкостью 700 сСт при 500С. На грузовых судах в качестве главных двигателей (ГД) применяются малооборотные и среднеоборотные дизеля с газотурбинным наддувом. Малооборотные дизеля (МОД), имеющие частоту до 250 об/мин, предназначены для непосредственной работы на винт без трансформации частоты и крутящего момента. Помимо МОД в состав установки входит вспомогательная энергетическая установка, валопровод, передающий энергию к судовым движителям, вспомогательные механизмы, теплообменные аппараты и другое оборудование систем, обслуживающих ГД. Принципиальная схема СЭУ представлена на рисунке 2. Главный двигатель 3, обслуживается рядом систем 10 -14 (топливной, масляной, охлаждения, пуска, управления), через валопровод 2 передает мощность на гребной винт 1, с помощью которого судно движется. В состав СЭУ также входят утилизационная установка 5, работающая на выпускных газах, с помощью которой вырабатывается либо механическая энергия, передаваемая на гребной вал и винт, либо электроэнергия для снабжения судовых потребителей. Кроме того в состав СЭУ входят вспомогательная котельная установка 7, обеспечивающая потребности судна в паре, горячей воде, необходимой как для работы СЭУ, так и для других целей, водоопреснительная установка 9, предназначенная для пополнения запасов пресной воды, СЭС 8, необходимая для обеспечения судна электроэнергией. В качестве вспомогательного двигателя для привода электрогенератора целесообразно выбрать дизель.

Рис. 2. Принципиальная схема СЭУ

1 - гребной винт; 2 - валопровод; 3 - ГД; 4 - выпускные газы; 5 - утилизационная установка; 6 - глушитель (искрогаситель); 7 - вспомогательная котельная установка; 8 - СЭС; 9 - водоопреснительная установка; 10 - система автоматизации регулирования и управления; 11 - система сжатого воздуха (для пуска и реверса); 12 - система охлаждения; 13 - масляная система; 14 - топливная система.

Для данного судна целесообразно выбрать пропульсивный комплекс (ПК) с МОД. Значительная высота борта позволяет разместить на таком судне МОД, а также грузоподъемное устройство для его разборки, в пределах до главной палубы судна. Преимущество по энергетической эффективности и ресурсу МОД практически исключает возможность применения ПК других типов. Так ресурс МОД примерно в 2 - 3 раза выше чем у СОД (100 - 120 тыс. ч. против 40 - 45 тыс. ч. для СОД ), что в свою очередь снижает амортизационные отчисления и затраты на ремонт установки. Чаще всего ПК с МОД - это одновальные установки с расположением оси ПК в диаметральной плоскости. Схема такой установки приведена на рисунке № 3.

Рис. 3. Конструктивная схема ДУ с МОД;

ДВ - движитель; ДВС - малооборотный двигатель; Р - газовый выпускной коллектор; ГТН - газотурбонагнетатель.

Определение главных параметров СЭУ

Так как заданные размерения близки к размерениям прототипа, то требуемую мощность ГЭУ можно определить, используя адмиралтейский коэффициент.



Отсюда требуемая мощность

кВт

Поправок на ледовые усиления не вносим, т.к. класс судна E0

По каталогу фирмы MAN B&W и по стр. 20 таблица 1.5 Характеристики типоразмерного ряда ДВС типа МС

Выбираем двигатель MAN B&W 9K80МС-C

Мощность цилиндра Nц = 3610 кВт

Количество цилиндров Zц = 9

Эффективная мощность Ne= 32490 кВт

Диаметр цилиндра D= 0,9 Ход поршня Sц = 2,3

Частота на режиме номинальной максимальной длительной мощности (НМДМ) nmax = 104 об/мин;

Частота на нижней границе области допустимых значений МДМ nmin=89 об/мин;

Удельный расход топлива на режиме НМДМ be = 0,177 кг/кВт*ч;

Среднее эффективное давление на границе области допустимых МДМ pemax = 14,4 бар;

Среднее эффективное давление на нижней границе области допустимых МДМ pemin=18 бар.



Расчет винта

Основными параметрами гребного винта являются диаметр и частота вращения. В составе установки принят МОД с прямой передачей на гребной винт, следовательно, частота вращения ГД равна частоте вращения винта. На судне установлен ВРШ, так как его применение на ходовых режимах в полном грузу и в балласте позволяет сократить время балластного пробега и увеличить среднегодовое количество рейсов, что в свою очередь может окупить применение более дорогого ВРШ и принести дополнительную прибыль.

Проектирование производится по формулам

Буксировочная мощность

кВт

зпр = 0,70 - пропульсивный КПД; звп = 0,99 - КПД валопровода;

Упор кН

V = 17 м/с - скорость судна.

Диаметр винта

м

Проверка по максимальному диаметру ВРШ:

Выбираем ВРШ с диаметром не более

м

где kD=0,7-0,75 - допустимое отношение диаметра винта к осадке, Тр - осадка судна

Это условие соблюдается

Реверс судна осуществляется без изменения направления вращения винта - за счет перестановки лопастей в положение, обеспечивающее отбрасывание воды вперед. На рисунке 4 приведены положения лопасти ВРШ на его среднем радиусе в трех характерных фазах реверса.



Рис. 4. Положение лопастей ВРШ в различных фазах реверса:

1 - передний ход; 2 - нулевой шаг; 3 - задний ход.

Принципиальные схемы энергетических систем СЭУ

Общие сведения. Системы СЭУ объединяют главные и вспомогательные механизмы в единый энергетический комплекс.Системой СЭУ называется совокупность специализированных трубопроводов с механизмами, аппаратами, устройствами и приборами, предназначенными для выполнения определенных функций, обеспечивающих нормальную эксплуатацию СЭУ. В общем случае в состав системы входят трубопроводы (цистерны, баки, баллоны) и приборы (манометры, вакуумметры, термометры, расходометры). К очистным аппаратам относятся фильтры грубой и тонкой очистки, фильтрационные установки, центробежные и статические сепараторы, отделители. Теплообменные аппараты по назначению подразделяются на подогреватели, охладители, испарители и конденсаторы. К аппаратам различного назначения относятся глушители шума на входе в двигатели и механизмы и выходе из них, искрогасители выпускных газов судовых двигателей, конденсатоотводчики и т.д. В конкретную систему может входить только часть перечисленного оборудования. Системы СЭУ классифицируют по назначению на: топливные, масляные, водяного охлаждения (забортной и пресной водой), воздушно-газовые (подвода воздуха для горения топлива, сжатого воздуха, газовыпуска, дымоходы судовых котлов), конденсатно-питательные и паровые.

СЭУ всех типов снабжены системами топливной, масляной, охлаждения, пускового воздуха, воздухоприемной и газовыпуска.

Таблица 2. Параметры вспомогательного оборудования систем ДУ с МОД для выбранного типоразмера цилиндра из ряда МС

№	Наименование	Обозначение	Размерность	Значение для 1 цилиндра	Значение для 9 цилиндров
1	Расход воздуха		кг/с	9,45	85,05
2	Расход газов		кг/с	9,63	86,67
3	Температура газов		°С	235	-
4	Подача циркуляционного топливного насоса		м3/ч	1,57	14,13
5	Подача топливоподкачиваю- щего насоса		м3/ч	0,92	8,28
6	Подача насоса пресной воды		м3/ч	29,3	264,7
7	Подача насоса забортной воды		м3/ч	111,7	1005,3
8	Подача главного масляного насоса		м3/ч	82,5	742,5
9	Подача насоса смазки распределительного вала		м3/ч	1,73	15,57
10	Отвод тепла от продувочного воздуха		кВт	1473	13257
11	Отвод теплоты с маслом		кВт	310	2790
12	Поток забортной воды через маслоохладитель		м3/ч	38,2	343,8
13	Отвод теплоты от пресной воды		кВт	490	4410

Топливная система; назначение и состав. Топливные системы предназначены для приема, хранения, перекачивания, очистки, подогрева и подачи топлива к двигателям и котлам, а также для передачи топлива на берег или на другие суда. В СЭУ преимущественно используется жидкое топливо, являющееся преимущественно продуктом перегонки нефти различного состава. Жидкое топливо размещается в двойном дне, а также в бортовых и поперечных отсеках. Погрузка топлива на судне производится береговыми средствами или средствами специального судна-раздатчика (танкера, наливной баржи). Для приема топлива на главной палубе или под палубой прокладывают постоянный трубопровод с приемными отростками, выведенными к обоим бортам. Топливный трубопровод должен располагаться в местах, защищенных от механических повреждений, и на всем протяжении быть доступным для осмотра и ремонта.

Топливная система СЭУ должна обеспечивать:

1) прием топлива с берега, хранение его в емкостях основного запаса;

2) перекачку из одних емкостей в другие и выдачу на берег;

3) очистку топлива от воды и механических примесей;

4) непрерывную подачу топлива требуемой вязкости к главным и вспомогательным парогенераторам, дизелям или ГТД. Топлива, применяемые в СЭУ, подразделяют на дистиллятные и тяжелые. К дистиллятным относят дизельные и газотурбинные топлива. Тяжелые топлива - это смеси дистиллятных с остаточными топливами.

Типы топлив, используемые в МОД и их основные характеристики

1) Дизельное топливо относится к категории легких и отличается высоким качеством: содержит мало серы, имеет невысокую кислотность и низкую зольность, в нем нет воды и механических примесей. Такое топливо используется в быстроходных дизелях как основное, в СОД, МОД и частично в ГТД.

2) Моторное топливо ДТ и дизельный мазут ДМ, ГОСТ 305-82 применяются для СОД и МОД, хорошо приспособленных для этого топлива. Однако перед сжиганием в ДУ требуется специальная подготовка этих топлив.

3) Флотский мазут марок Ф-5 и Ф-12 относится к тяжелым топливам повышенной вязкости и является основным для МОД и СОД. Содержание в нем серы невысокое.

4) Топочный мазут марок М-20, М-40, М-80, относящийся к остаточным топливам, предназначен в основном для сжигания в топках паровых котлов, но также может использоваться как топливо для МОД после дополнительной подготовки, включающей в себя обессоливание.

На судах с различными типами СЭУ схемы топливных систем существенно не отличаются одна от другой. На рисунке 10 представлена принципиальная схема топливной системы дизельной установки.

Рис. 10. Схема топливной системы

1-расходная цистерна тяжелого топлива, 2-расходная цистерна легкого топлива, 3-топливоподающие насосы, 4-циркуляционные топливные насосы, 5-топливоподогреватель, 6-топливные фильтры, 7-топливный насос высокого давления, 8-рециркуляционный трубопровод, 9-вентиляционная система. Насосы выбираем по известной подаче, согласно типоразмерному ряду характеристик вспомогательного оборудования главного двигателя.

[10] Характеристики топливоподающего насоса марки НМШ 12-25-10/10:

Подача - 10 м3/ч;

Напор - 10 кг/см2;

Мощность привода - 11 кВт;

Частота вращения - 1500 об/мин;

Масса - 194 кг;

Длина - 8 мм;

Ширина - 314 мм;

Высота - 575 мм.

[10] Характеристики топливоциркуляционного насоса марки НМШГ 20-25-14/10:

Подача - 14м3/ч;

Напор - 10 кг/см2;

Мощность привода - 7,5 кВт;

Частота вращения - 1000 об/мин;

Масса - 214 кг;

Длина - 989 мм;

Ширина - 290 мм;

Высота - 640 мм.

Масляная система; назначение и состав. Предназначены для приема, хранения, перекачивания, очистки, и подачи масла к местам охлаждения и смазки трущихся частей деталей механизмов, а так же для передачи его на берег или на другие суда. Масло в СЭУ применяется для смазки и отвода теплоты от трущихся поверхностей двигателей, механических передач, дейдвудных, опорных и упорных подшипников валопровода, охлаждения поршней дизелей, работы системы автоматического регулирования управления и защиты (РУЗ). Основным оборудованием, входящим в масляную систему, являются насосы, фильтры, сепараторы, охладители и подогреватели. Применяемые насосы по конструкции бывают шестеренными и винтовыми.

Масла используемые в СЭУ Наиболее широкое применение в СЭУ нашли минеральные масла. В системах смазки МОД используют два сорта масел. Для циркуляционной смазки деталей движения подшипников и охлаждения поршней применяются моторные масла с малой вязкостью. Для смазки рабочих цилиндров используют цилиндровые масла с высокой вязкостью и стабильностью при высоких температурах. Для улучшения функциональных свойств базовых масел в них вводят специальные присадки: моющие, антиокислительные, антикоррозионные, противоизносные, противозадирные, антипенные, вязкостные и другие. Судовые установки с МОД имеют наиболее сложные циркуляционные масляные системы. Они включают несколько самостоятельных систем:

1) напорную - для смазки механизма движения и для охлаждения поршней;

2) гравитационную - для смазки гозотурбонагнетателя;

3) линейную - для смазки цилиндров;

напорную - для смазки механизмов привода топливных насосов и системы газораспределения. Принципиальная схема системы смазки дизельной установки представлена на рисунке 11.

Рис. 11. Схема системы смазки ДУ

1-сточная циркуляционная система, 2-циркуляционные насосы, 3-маслоохладитель, 4-система автоматического регулирования системы смазки, 5-маслянный фильтр, 6-цистерна запаса масла, 7-цистерна запаса масла. Главный масляный насос выбираем по известной подаче, согласно типоразмерному ряду характеристик вспомогательного оборудования главного двигателя.

Подбираем блок из 2масленных насосов.

[11] Характеристики главного масляного насоса марки 3Вх2 500/10-400/10Б:

Подача - 400 м3/ч;

Давление насоса 10 кгс/см2

Мощность привода - 132 кВт;

Длина - 2580 мм;

Ширина - 850 мм;

Высота -1260;

Масса - 2600 кг;

Вакуумметрическая высота всасывания - 5 м.

Характеристики насоса смазки распределительного вала марки БГ11-22:

Подача - 18 м3/ч;

Давление 2,5кгс/см2;

Частота вращения - 1450 об/мин;

Масса - 34 кг;

Длина - 500 мм;

Ширина - 200 мм;

Высота - 252 мм.

Расчёт поверхности теплообмена маслоохладителя.

Расчитываем необходимую поверхность теплообмена



FОХЛ - поверхность теплообмена;

Q - тепловой поток;

k - коэффициент теплопередачи;

Дtср - средняя тазница температур между двумя жидкостями, обменивающимися теплом. Для этого узнаем температуры в теплообменниках:

kМО = 300…500 (800, если повысить турболизацию) кДж/(м2 ч С) СЗВ=4,19 кДж/(кг град); СМ=2,05 кДж/(кг град);

По полученной поверхности теплообмена выбираем 4 маслоохладителя марки ОКП 376-1050-2.

Характеристики маслоохладителя:

Поверхность теплообмена - 376 м2;

Расход забортной воды - 138,8 кг/с;

Расход масла - 55,5 кг/с;

Гидравлическое сопротивление по забортной воде - 0,020 МПа;

Гидравлическое сопротивление по маслу - 0,110 МПа;

Длина - 4630 мм;

Ширина - 1310 мм;

Высота - 1320 мм;

Масса рабочая - 9121 кг.

И выбираем 1 маслоохладитель марки ОКП 108-700-3.

Характеристики маслоохладителя:

Поверхность теплообмена - 108 м2;

Расход забортной воды -83кг/с;

Гидравлическое сопротивление по забортной воде - 0,050 МПа;

Длина - 2380 мм;

Ширина - 900 мм;

Высота - 10300 мм;

Масса брутто - 3970 кг.

Система охлаждения; назначение и состав.

Система охлаждения в дизельных установках предназначена для отвода теплоты от отдельных узлов главных и вспомогательных двигателей, турбонагнетателей и воздухоохладителей. В главных двигателях охлаждаются втулки, крышки и поршни рабочих цилиндров, форсунки, выпускные клапаны и коллекторы, а во вспомогательных двигателях - цилиндры.

Главные судовые дизели имеют сложную систему охлаждения. Но во всех случаях охлаждение пресной воды и масла осуществляется забортной водой в водо- и маслоохладителях. Наиболее сложные системы охлаждение ДУ, обычно двухконтурные (пресной и забортной водой). Отдельные узлы главного двигателя охлаждаются маслом и топливом. В зависимости от рода жидкости, охлаждающей цилиндры, поршни и форсунки двигателя, различают следующие системы:

1) с охлаждением цилиндров, поршней и форсунок пресной водой;

2) с охлаждением цилиндров и форсунок пресной водой, а поршней - маслом;

3) с охлаждением цилиндров пресной водой, поршней - маслом, а форсунок - топливом.

На рисунках 12 и 13 представлены схемы охлаждения дизельной СЭУ пресной и забортной водой соответственно.

Рис. 12. Система охлаждения дизельной СЭУ пресной водой.

1-ДВС; 2-деаэратор; 3-расширительная цистерна; 4-циркуляционные насосы; 5-вакуумная опреснительная установка; 6-водоохладитель пресной воды; 7-подогреватель воды; 8-система регулирования температуры воды; 9-воздухоохладитель; 10-температурный датчик. Насосы пресной воды и забортной выбираем по известной подаче, согласно типоразмерному ряду характеристик вспомогательного оборудования главного двигателя.

Характеристики центробежного насоса пресной воды марки НЦВ 400/20А:

Подача - 400 м3/с;

Напор - 200 Дж/кг;

Частота вращения -1500об/мин;

Мощность привода - 30 кВт;

Подача на нижней границе области допустимых режимов - 255 м3/ч;

Подача на верхней границе области допустимых режимов - 490 м3/ч;

Длина - 1250 мм;

Ширина - 740 мм;

Высота - 620 мм;

Масса - 469 кг.

Рис. 13. Система охлаждения дизельной СЭУ забортной водой.

1 - бортовой кингстонный ящик; 2 - воздушные трубы; 3 - насосы забортной воды; 4 - датчик температуры забортной воды, подающий импульс на терморегулятор 9; 5 - маслоохладитель; 6 - охладитель продувочного воздуха; 7 - охладитель пресной воды; 8 - охладитель масла распредвала; 10 - отливной клапан; 11 - отливной коллектор; 12 - дроссельная шайба; 13 - трубопровод рециркуляции (возврата); 14 - приемный фильтр; 15 - донный кингстонный ящик.

Подбираем блок из 2 центробежных насосов

Характеристики 1-го центробежного насоса забортной воды марки НЦВ 630/30АГ:

Подача - 630 м3/ч;

Напор - 300 Дж/кг;

Мощность привода - 70 кВт;

Частота вращения - 1500 об/мин;

Подача на низшей границе области допустимых режимов - 395 м3/ч;

Подача на верхней границе области допустимых режимов - 725 м3/ч;

Длина - 1365 мм;

Ширина - 870 мм;

Высота - 825 мм;

Масса - 699 кг;

Характеристики 2-го центробежного насоса пресной воды марки НЦВ 400/20А:

Подача - 400 м3/с;

Напор - 200 Дж/кг;

Частота вращения -1500об/мин;

Мощность привода - 30 кВт;

Подача на нижней границе области допустимых режимов - 255 м3/ч;

Подача на верхней границе области допустимых режимов - 490 м3/ч;

Длина - 1250 мм;

Ширина - 740 мм;

Высота - 620 мм;

Масса - 469 кг.

Расчёт поверхности теплообмена охладителя пресной воды.

Расчитываем необходимую поверхность теплообмена

FОХЛ - поверхность теплообмена;

Q - тепловой поток;

k - коэффициент теплопередачи;

Дtср - средняя тазница температур между двумя жидкостями, обменивающимися теплом. Для этого узнаем температуры в теплообменниках:

kМО = 300…500 (800, если повысить турболизацию) кДж/(м2 ч С) СЗВ=4,19 кДж/(кг град); СМ=2,05 кДж/(кг град);

По результатам расчета выбираем охладитель пресной воды марки ОКН 220-1050-1(2)

Характеристики охладителя:

Поверхность теплообмена - 220 м2;

Расход забортной воды - 111,1 кг/с;

Расход пресной воды - 50,00 кг/с;

Давление забортной воды - 0,6 МПа;

Давление пресной воды - 1 МПа;

Гидравлическое сопротивление пресной воды - 0,017 МПа;

Гидравлическое сопротивление забортной воды - 0,070 МПа;

Длина - 3045 мм;

Ширина - 1310 мм;

Высота - 1320 мм;

Масса Брутто- 5517 кг.

Система пускового воздуха; назначение и состав.

Система пускового воздуха предназначена для обеспечения пуска главных и вспомогательных двигателей и реверсирования главных двигателей с прямой или механической передачей мощности на ВФШ.

Для пуска главных и вспомогательных двигателей устанавливаются воздухохранители (баллоны), давление воздуха в которых обычно принимается 2.5…3.0 МПа. Запас воздуха, предназначенный для пуска и реверсирования главных двигателей, должен обеспечить не менее 12 пусков попеременно на передний и задний ход каждого двигателя. Для пуска главных нереверсивных двигателей, а также главных дизель - генераторов запас воздуха должен быть достаточным для выполнения шести пусков двигателя наибольшей мощности из установленных, а при наличии более двух двигателей - не менее трех пусков каждого двигателя, подготовленного к действию. Для вспомогательных двигателей допускается один воздухохранитель объема, достаточный для выполнения шести последовательных пусков одного двигателя. При расположении вспомогательных двигателей на разных бортах судна устанавливают два баллона, по одному на каждый борт.

На судах с дизельной установкой сжатый воздух также используется для подачи звуковых сигналов при помощи тифона, создания напора в пневмоцистернах пресной и забортной воды, привода в действие пневматических инструментов и других нужд.

На рисунке 14 представлена принципиальная схема пускового воздуха ДУ.



Рис. 14. Схема пускового воздуха ДУ

1-главные компрессоры; 2-подкачивающий компрессор; 3-дизель компрессор; 4-баллоны пускового воздуха ГД; 5-баллоны пускового воздуха дизель - генераторов; 6-ДВС; 7-вспомогательный и аварийный дизель генераторы; 8-водомаслоотделитель; 9-подача воздуха на продувание кингстонов и хозяйственные нужды; 10-тифон. Система имеет два главных компрессора, один из которых является резервным и может быть выбран с такими же характеристиками, как и основной.

Расчет производительности компрессора

q - объем цилинрра двигателя;

D - диаметр поршня;

S - ход поршня;

z - число цилиндров;

zпусков - число последовательных реверсов (12)

Суммарная производительность компрессоров:

tK - время работы компрессора (0,5 - 1 ч)

Производительность одного компрессора 811,2/2=405,6 м3/ч

Производительность подкачивающего компрессора:

На основе рассчитанных данных выбираем основной компрессор марки Н-374

Характеристики компрессора:

Производительность - 505 м3/мин;

Потребляемая мощность - 99,3 кВт;

Длина - 2330 мм;

Ширина - 885 мм;

Высота - 1350 мм;

На основе рассчитанных данных выбираем подкачивающий компрессор марки Н-74

Характеристики компрессора:

Производительность - 170 м3/мин;

Потребляемая мощность - 33,8 кВт;

Длина - 1530 мм;

Ширина - 885 мм;

Высота - 1250 мм;

Суммарный объем баллонов:

Рраб - рабочее давление (32 атм)

Рmin - минимальное давление (5 атм)

По правилу Регистра нам нужно 2 баллона, поэтому 8,11/2=4,05 м3

Подобрать баллоны из типоразмерного ряда невозможно.

Система утилизации теплоты; состав и назначение. Утилизационные котлы предназначены для выработки пара за счет утилизации теплоты выпускных газов ДВС и ГТД. Судовые УК выполняются с пароперегревателями (при использовании пара турбогенераторами или пропульсивными паровыми турбинами) или без пароперегревателей (при снабжении только потребителей теплоты). В отличие от главных и вспомогательных котлов, УК чаще имеют многократную принудительную циркуляцию (естественная циркуляция применяется крайне редко), что обусловлено невысокой температурой выпускаемых газов, а также преимущественно змеевиковой формой испарительной поверхности УК. Эффективность УК оценивается коэффициентом использования теплоты выпускных газов ?н.т, который представляет собой отношение теплоты, воспринятой водой в УК в процессе ее парообразования в пар, к располагаемой теплоте выпускных газов.

Отработавшие газы из ТНА поступают в УПГ. Образующийся насыщенный пар поступает в сепаратор, осушается и подводится к потребителям. При наличии пароперегревателя перегретый пар поступает к утилизационному турбогенератору. Конденсат от потребителей собирается в теплом ящике, откуда перекачивает питательным насосом в сепаратор. Циркуляционный насос подает воду в УПГ. При проектировании системы утилизации теплоты может быть использована схема глубокой утилизации, представленной на рисунке 15.



Рис. 15. Схема системы утилизации теплоты.

1-УК; 2-сепаратор пара; 3-общесудовые потребители; 4-УТГ; 5-вакуумный конденсатор; 6-конденсатный насос; 7, 11-подогреватели конденсата 1-ой и 2-ой ступени соответственно; 8-теплый ящик; 9-питательный насос; 10-циркуляционный насос.

Расчет производительности и мощности парогенератора.[4]

производительность утилизационного котла, где Gот.г =30000 кг/ч - расход газов, Сг =1,05 кДж/кг*К - средняя массовая изобарная теплоемкость выпускных газов, tот.г вх = 240 0С-тампература отработавших газов на входе в УП, tот.г вых = 175 0С-температура отработавших газов на выходе из УП (принимаем ее значение на 25-30 0С выше температуры пара 150 0С, поступающего к потребителям), iпара=2700 кДж/кг - энтальпия пара, iпит.в=800 кДж/кг-энтальпия питательной воды.

мощность утилизационного котла, где dптг ут - удельный расход пара, принимается из промежутка 7-7,5 кг/кВт*ч.

По рассчитанной производительности выбираем утилизационный котел марки КУП40СИ. оборудование топливный судно энергетический

Характеристики утилизационного котла:

Паропроизводительность - 1350 кг/ч;

Поверхность нагрева - 40 м2;

Рабочее давление пара - 1 МПа;

Длина - 2306 мм;

Ширина - 2060 мм;

Высота - 3880 мм;

Масса сухого котла - 3,3 т;

Масса котла с водой - 3,5 т.

По известной производительности пара выбираем сепаратор марки СЦ-1,5-4М

Характеристики сепаратора:

Производительность - 1,5 м3/ч;

Давление нагнетания - 0,24 МПа;

Частота вращения - 141,6 с-1;

Мощность привода - 3,2 кВт;

Длина - 895 мм;

Ширина - 730 мм;

Высота - 800 мм;

Масса - 220 кг.

Расчет производительности опреснительной установки.

где QПР = 4410 кВт - количество теплоты, отведенное от пресной воды, к = 0,95 - коэффициент потерь в окружающую среду, r = 2000 кДж/кг - удельная теплота парообразования.

По рассчитанной производительности выбираем двухступенчатую опреснительную установку фирмы ATLAS, марки AFGU 2-S81.

Характеристики ОУ:

Номинальная производительность - 190 т/сут;

Наибольший расход греющей воды - 415 м3/ч;

Температура, соответствующая наибольшему расходу греющей воды - 76 0С;

Наименьший расход греющей воды - 220 м3/ч;

Температура, соответствующая наименьшему расходу греющей воды - 83 0С;

Расход электроэнергии на работу установки - 28 кВт;

Длина - 6,2 м;

Ширина - 3 м;

Высота - 2,8 м;

Масса - 18000 т.

Газовыпускная система; состав и назначение. Предназначена для отвода продуктов сгорания от главных и вспомогательных двигателей и котлов, для транспортировки высокотемпературных газов (150 - 500 0С), обладающих токсичностью и несущих несгоревшие частички топлива в виде искр, которые могут вызвать пожар. В ее состав входят газовыпускные трубопроводы, глушители шума, искрогасители, компенсаторы температурных расширений, утилизационные котлы и другие элементы. Каждый дизель должен иметь отдельный газоотводной трубопровод, выводимый в общую дымовую трубу, расположенную над настойками судна. Дымоход изготовляют из листовой стали, с внешней стороны его защищают слоем изоляционного материала. Газовыпускные трубы изготовляют из стальных труб стандартных размеров небольшой длины, соединяемых между собой с помощью фланцев. Для компенсации тепловых удлинений в газовыпускной трубопровод необходимо встраивать специальный эластичный элемент - компенсатор, который также снижает уровень шума и вибрации. Применяют сальниковые и линзовые компенсаторы. В системах газовыпуска обычно устанавливают глушители шума и предусматривают искрогасители.

На рисунке 15 представлена принципиальная схема газовыпуска ДУ.

Рис. 15. Схема газовыпуска ДУ

1 - вспомогательный дизель; 2 - главный дизель; 3 - опора (подвеска); 4 - вспомогательный парогенератор; 5 - паровой искрогаситель; 6 - глушитель-искрогаситель; 7 - кожух дымовой трубы с жалюзи для приема наружного воздуха; 8 - двери естественной вентиляции; 9 - выгородка с жалюзи для приема наружного воздуха; 10 - нагнетательный вентилятор; 11 - утилизационный парогенератор; 12 - труба аварийного слива воды; 13 - компенсаторы; 14 - трубы для спуска гудрона; 15 - главный электрощит.

Расчет параметров оборудования [4]:

необходимое сечение дымохода, где Vг - объемный расход выхлопных газов; a- суммарный коэффициент избытка воздуха, для МОД фирмы MAN a=3,0-3,7, принимаем =3,5; L0 = 14,33 кг/кг - теоретически необходимое количество воздуха для сгорания топлива, Wг = 20…40 м/с - скорость газа, принимаем Wг = 40 м/с, - плотность газа, где рг = 3-4 кПа - давление газа, принимаем рг = 3,5 кПа, R = 287,1 Дж/кг*К - газовая постоянная, Тг = 260 0С - температура газа.

По известному расходу воздуха и радиусу проходного сечения дымохода выбираем два радиальных вентилятора (один резервный) марки ВРС 35/20-1. [8]

Характеристики вентилятора:

Диаметр рабочего колеса - 0,4 м;

Частота вращения - 2900 об/мин;

Производительность на номинальном режиме - 3190 м3/ч;

Полное давление - 2010 Па;

Статическое давление - 1700 Па;

Потребляемая мощность - 2,26 кВт;

КПД - 0,79;

Мощность, потребляемая из сети - 2,7 кВт;

Нагрев воздуха в вентиляторе - 3,0 0С;

Производительность на рабочем участке - 1780 - 4400 м3/ч;

Полное давление на рабочем участке - 2400 - 1320 Па;

Масса - 45 кг;

Приводной двигатель -АИР100S20M2;

Расчет судовой электростанции

Выбор дизель - генератора.

Для выработки электроэнергии на судовом и стояночном режиме на всех судах с дизельной установкой используют дизель - генераторы, так как они обладают рядом преимуществ перед другими типами генераторов:

хорошей ремонтопригодностью,

высоким КПД двигателя - дизеля;

высокой готовностью к пуску и приему загрузки;

способностью работы на дешевых средневязких и высоковязких сортах топлива;

Низкой относительной массой ДГ.

Согласно требованиям Регистра МФ РФ на морском судне должно быть не менее двух одновременно работающих генераторов плюс один резервный, а так же один аварийный дизель - генератор с высоконадежным пуском, который вместе с распределительным щитом, топливной цистерной и другим оборудованием размещают в отдельном помещении, находящемся выше уровня переборок, и, имеющим выход на открытую палубу. Рекомендуется, чтобы все 3 ДГ были одинаковой мощности, и загрузка каждого работающего ДГ на отдельном режиме была бы наиболее полной, не менее 75% от номинальной мощности. Мощность аварийного ДГ выбирается достаточной для обеспечения электроэнергией всего оборудования, работа которого необходима во время аварии (пожарный насос, аварийное освещение, рулевой привод, связь и др.) и обычно составляет 100 кВт.

На каждом судне имеется достаточно много потребителей электроэнергии: электродвигатели механизмов, нагревательные и осветительные приборы, средства судовождения и связи. Основными элементами электростанции являются: источники энергии (первичные двигатели и генераторы тока), распределительные устройства и электрическая сеть; мощность судовых электростанций составляет 10-20% от мощности главных агрегатов. При этом рассматривают следующие режимы судна:

ходовой режим,

стоянка без грузовых операций,

стоянка с грузовыми операциями,

режим маневрирования.

Для выбора ДГ необходимо знать потребляемую им мощность на каждом из режимов.

Ходовой режим.

Стоянка без грузовых операций.

Стоянка с грузовыми операциями.

,

где n=5-количество насосов, Qн=630 м3/ч - подача насоса, Нн=90 кДж/кг-напор насоса, kз = 1,3-коэффициент запаса, зн = 0,82 - КПД насоса.

В качестве перекачивающего насоса выбираем насос марки 12НДс-НМ-а, количество насосов - 5 штуки.

Характеристики насоса:

1. Подача - 750 м3/ч=0,208 м3/с;

2. Напор - 24,5 м;

3. Частота оборотов - 960 об/мин;

4. Максимальная потребляемая мощность - 72 кВт;

5. Допускаемый кавитационный запас - не менее 5,1 м;

6. Длина - 1224 м;

7. Ширина - 1392 м;

8. Высота - 1012 м;

Масса - 1200 кг.

Режим маневрирования.

,

где Nбр - мощность брашпиля, принимаем Nбр=54 кВт, Nкп - мощность пускового компрессора, принимаем Nкп=64 кВт.



Аварийный режим.

Из расчетных нагрузок электростанции выбираем наиболее нагруженный режим и подбираем дизель - генератор, обеспечивающий максимальную мощность. Максимальной мощностью будет являться мощность при стоянке с грузовыми операциями летом (зимой). Согласно правилам регистра выбираем два дизель - генератора, работающих постоянно, марки CNE1930 (Дизель-генератор Cummins-Stamford), в качестве резервного - выбираем дизель - генератор марки ДГРА 2А 300/750.

Параметры основного дизель - генератора :

Номинальная мощность - 1440 кВт;

Удельный расход топлива на режиме МДМ - 0,206 кг/кВт;

Масса - 13,604 т;

Длина - 6000 мм;

Ширина - 2490 мм;

Высота - 3210 мм;

Параметры резервного дизель - генератора:

Номинальная мощность - 300 кВт;

Удельный расход топлива на режиме МДМ - 219 г/кВт;

Удельный расход масла на режиме МДМ - 2,40 г/кВт;

Масса - 11,3 т;

Длина - 5120 мм;

Ширина - 1460 мм;

Высота - 2250 мм.

Выбор вспомогательного парогенератора.

Пара на судне в основном используется для отопления, при этом различают основные нагрузки парогенератора:

1. Система вентиляции машинного отделения;

2. Система общесудовой вентиляции;

3. Обогрев топливных и масляных систем;

4. Хозяйственно - бытовые потребители;

5. Система парового отопления;

6. Подогрев топлива и масла.

Потребность пара на судовые нужды в зимний период можно приближенно оценить по следующей формуле:

Выбираем вспомогательный паровой котел марки ФР-25-4-12 [9].

Характеристики вспомогательного парового котла:

Паропроизводительность номинальная 4000 кг/ч

Теплопроизводительность номинальная2600 КВт

Рабочее давление пара в котле, не более1,0 МПа10,0 кгс/см2

Температура пара на выходе, не более184 oС Расход топлива в котле, при работе на дизельном топливе 242,4 кг/час

Состояние теплоносителяводяной пар насыщенный

Влажность пара, не более3,0 %

КПД, при работе на природном газе89,6 %

КПД, при работе на дизельном топливе без экономайзера89,6 %

Температура уходящих газов для котлов, при работе на газе240 oС

Длина котла4680 мм

Ширина котла2750 мм

Высота котла2650 мм

Расчет энергетических запасов

Время эксплуатации судна:

время эксплуатации, где Тх - время на ходу, Тм - время, затрачиваемое на маневрирование, Тст - время стоянки.

где Vс - скорость судна в узлах, L - дальность плавания в милях, Кv = 0,84-0,85.

Расход топлива:

расход топлива на ходу, где beГД и beДГ - удельный расход топлива главного двигателя и дизель - генератора соответственно, NeГД и NeДГ - номинальная мощность главного двигателя и дизель - генератора соответственно, ВПГ в данном случае стремится к 0.



расход топлива на стоянке, где bеАДГ - удельный расход топлива аварийного дизель - генератора, NeАДГ - мощность аварийного дизель - генератора.

Запас тяжелого топлива:

Запас легкого топлива:

Объем цистерны тяжелого топлива:

,

где стт - плотность тяжелого топлива, кт=1,07-1,15.

Объем цистерны легкого топлива:

где слт - плотность легкого топлива;

Циркуляционное масло ГД:

,

где g-расход циркуляционного масла, i-количество цилиндров, агд=1 - количество смен масла за рейс.

Годовой запас циркуляционного масла:

Цилиндровое масло:

,

где gцил = 0.8…1.6 г/кВт*ч - удельный расход масла на главный двигатель, принимаем gцил = 1,1 г/кВт*ч.

Объем масляных систем цилиндрового масла:

см

плотность масла.

Масло на дизель - генератор:

Запасы пресной воды:

Современные грузовые суда оборудованы опреснительными установками, производительность которых достаточна для удовлетворения потребности судна в пресной воде. Поэтому на судно принимается только аварийный запас пресной волы, который составляет 4-8% от запаса топлива.

Расположение оборудования

СЭУ располагается в одном или нескольких водонепроницаемых отсеках судна, что определяется в значительной мере общей компоновкой судна, его назначением и возможностью обеспечить требования живучести и у дифферентовки. Число отсеков для размещения СЭУ по возможности должно выбираться минимальным. Это сокращает коммуникации, упрощает обслуживание и уменьшает массу всей установки. Длина отсека СЭУ ограничивается обычно условиями непотопляемости. В отдельных случаях, при повышенных специальных требованиях к обеспечению живучести и при подразделении всей установки на несколько групп (эшелонов), установка располагается в нескольких несмежных отсеках. Ориентировочная длина помещений СЭУ, отнесенная к длине судна между перпендикулярами, составляет для транспортных судов от 12 до 18%, а для ледоколов и буксиров от 50 до 65%. Относительный объем отсеков СЭУ может быть равным 200--400 м3 на каждую 1000 кВт мощности главных двигателей.

Существенным недостатком среднего расположения является значительная длина валопровода, для которого требуется выделять специальные коридоры в кормовых отсеках. При кормовом расположении СЭУ длина валопровода минимальна, однако в этом случае увеличивается общая длина отсеков СЭУ из-за влияния заостренности кормовых обводов, снижается аварийная непотопляемость (при затоплении больших кормовых отсеков СЭУ), создаются неблагоприятные условия обитаемости (из-за увеличенной амплитуды и ускорений при килевой качке) и затрудняется работа на судах. В том числе и обзор из ходовой рубки при ее размещении в общей надстройке. Несмотря на это, кормовое расположение СЭУ получило широкое распространение на танкерах, на судах для перевозки массовых грузов и транспортных судах внутреннего плавания (речных и озерных). При промежуточном расположении многие недостатки как кормового, так и среднего расположения СЭУ отсутствуют, и поэтому оно часто применяется на судах различных типов. При размещении оборудования СЭУ в нескольких отсеках оно может располагаться по линейной или эшелонной схеме. Эшелонная схема менее удобна с точки зрения обслуживания судовыми механиками, но обеспечивает наибольшую живучесть установки. Для расположения валопроводов вне машинных отделений выгораживаются водонепроницаемые коридоры достаточных размеров для обслуживания подшипников, смены отдельных валов и выполнения ремонта. Коридор валопровода оборудуется аварийным выходом на открытую палубу. Шахты помещений СЭУ служат для выхода дымоходов и газовыпускных трубопроводов, размещения глушителей, утилизационных судовых котлов, подачи воздуха, обеспечения входа и расположения лифтов, а в периоды ремонтов -- для погрузки и выгрузки механизмов и отдельных узлов двигателей и агрегатов. Шахты МО заканчиваются на открытых палубах световыми люками, с крышками. Кожухи дымовых труб предназначены для вывода газовыпускных труб и дымоходов и иногда могут служить для вывода - вытяжной вентиляции. Форма кожухов и их количество определяются общей компоновкой судна, его силуэтом и местом расположения СЭУ. Размеры кожухов труб находятся в зависимости от количества газоотводных трубопроводов и дымоходов и размеров их сечений. В отдельных случаях кожухи труб могут быть совмещены с мачтами. Ниже представлена схема кормового расположения ДУ и вспомогательного оборудования.

Выводы

В ходе курсового проекта была разработана энергетическая установка для танкера Stena Victory. В качестве главного двигателя был выбран дизель марки K80МС-C с 9 цилиндрами. Эффективная мощность двигателя была рассчитана и составила 32054 кВт. Так как главный двигатель является малооборотным и обеспечивает прямую передачу мощности на движитель, применение редуктора не требуется. Пропульсивная установка принята одновальной. В качестве движителя был выбран винт регулируемого шага, который позволяет сократить время балластного пробега на ходовых режимах в полном грузу и в балласте, тем самым увеличить количество рейсов за год. Диаметр винта был рассчитан и составил 6,98 м.

Также были представлены принципиальные схемы основных систем СЭУ: топливной, масляной, систем охлаждения, пускового воздуха, утилизации теплоты, газовыпуска. Оборудование систем (насосы, компрессоры, вентиляторы) было подобрано из типоразмерных рядов и каталогов.

В ходе расчета СЭС были выбраны вспомогательные дизель - генераторы: два работающих постоянно, один резервный, один аварийный. Мощность генераторов рассчитывалась в соответствии с режимом работы (стоянка/ход) и временем года. Наибольшая мощность составила 1319 кВт. При расчете энергетических запасов было определено необходимое количество топлива, масла и пресной воды.

В заключение была представлена схема кормового расположения СЭУ в МКО.

Заключение

В ходе курсового проекта была разработана энергетическая установка для танкера Stena Victory с малооборотным дизельным двигателем. Также было выбрано оборудование, необходимое для ее функционирования с заданными параметрами в течение заданного срока службы. Выбор производился по типоразмерным рядам, что позволило сократить время разработки, а также снизить затраты на разработку новых устройств и оборудования. Также типоразмерные ряды обеспечивают подбор оборудования с показателями (например, подача, напор насосов) не слишком превышающими требуемые. Но все же из соображений надежности оборудование выбиралось с небольшим запасом по значениям.

Выбор главного двигателя производился с точки зрения экономии топлива. Необходимым условием при выборе ГД было обеспечение требуемой мощности при наименьшем расходе топлива.

Также следует отметить проблему экологии, связанную с ДУ. В МОД целесообразно применить высоковязкое, тяжелое топливо - мазут, который обладает высоким содержанием серы и повышенной зольностью. Эти факторы ухудшают сгорание топлива, снижают КПД двигателя и ухудшают экологические параметры СЭУ. Таким образом, при проектировании следует обратить особое внимание на соответствие установки определенным нормам, позволяющим предотвратить загрязнение окружающей среды.

Размещено на Allbest.ru