2.1.1 Обоснование выбора типа главного двигателя

В наибольшей степени требованиям высокой экономичности и использованию дешевых сортов топлива удовлетворяют малооборотные двигатели.

Большая часть эксплуатируемого парка 2-х тактных дизелей составляют дизели фирмы «MAN B&W». С 1980 года фирма «MAN B&W» выпускает только длинноходные двухтактные двигатели с прямоточно-клапанной продувкой, передающие мощность непосредственно на винт при пониженной частоте вращения. Для лучшей приспособленности к судам различного назначения в спецификации дизелей типа МС-ME фирмы «MAN B&W» предусмотрены три серии дизелей, различающихся отношением хода поршня к диаметру:

· дизели КМС/KME-C - для контейнеровозов с ограниченными возможностями размещения винта большого диаметра (S/D =2,452,875)

· дизели LMC/LME-C - для сухогрузных теплоходов умеренного и среднего водоизмещения (S/D =33,24)

· дизели SMC/SME-C - сверхдлинноходные для балкеров, танкеров (S/D =3,544)

Значение термического КПД последних модификаций МОД этой фирмы достигает 53-54%. Соответственно эффективный расход достигает g_e=170 г./кВт.час. Привлекательным моментом двигателя является снижение затрат на ремонт и запасные части, упрощающие техническое обслуживание. При больших мощностях ГД, фирма рекомендует использовать турбокомпаудную систему, позволяющую дополнительную экономию топлива. Используемые высокоэкономичные турбокомпрессоры типа VTR с изобарной системой наддува обеспечивают работу ГД при меньшем времени открытия выпускного клапана и большей степени расширения газа в цилиндре. Недостатком изобарной системы наддува является недостаточная энергия газов, необходимая для разгона турбокомпрессора на пусковых режимах и работе на малых ходах, что устраняется посредством включения электроприводной воздуходувки, вступающей в работу при мощностях ГД ниже 25% от номинального значения.

Основное достоинство в целом - это простота конструкции узлов изобарной системы наддува удешевляет стоимость изготовления и повышает КПД на номинальном режиме ГД, что и объясняет ее широкое использование в 2-хтактных двигателях фирмы «MAN B&W» на современном флоте.

На данном судне целесообразно использовать двигатель фирмы «MAN B&W» малооборотный, двухтактный, с турбонаддувом, типа SMС-C.

Согласно расчету, выполненному в разделе 1, принимаем:

Ne = 16600 кВт, nном = 105 об/мин.

2.1.2 Особенности двигателя

Двигатель - двухтактный, крейцкопфный, реверсивный с газотурбинным наддувом при постоянном давлении газа перед турбиной, простого действия, со встроенным главным упором подшипником и рядным вертикальным расположением цилиндров.

Фундаментная рама выполнена монолитной с размещением цепного привода и упорного подшипника в кормовом конце двигателя. Она состоит из высоких сварных продольных и поперечных балок с литыми постелями подшипников. Для крепления к судовому фундаменту используются болты и приспособления для гидрозатяжки. К ней приваривается масляный поддон из стального листа. Рамовые подшипники состоят из стальных вкладышей, залитых белым металлом.

Картер выполняется литым или сварным. На стороне выпуска двигателя предусмотрены предохранительные клапаны и люки для каждого цилиндра. Картер соединяется с фундаментной рамой винтами. Анкерные связи выполнены цельными. Для каждой анкерной связи в верхней части картера предусмотрены эластичные стопорные устройства.

Блок цилиндров изготовлен из чугуна. Совместно с цилиндровыми втулками он образует полость продувочного воздуха и водяную охлаждающую полость. В верхней части отсека цепного привода установлен блок звездочек. На стороне распределения двигателя блоки цилиндров снабжены лючками для очистки полости продувочного воздуха и осмотра продувочных окон. К блоку цилиндров крепятся коробка распределительного вала и лубрикаторы, а также маслопроводы подачи масла для охлаждения поршней и для смазки. На днище блока цилиндров располагается сальник поршневого штока с уплотнительными кольцами для продувочного воздуха и маслосъемными кольцами, препятствующими попаданию масла в продувочную полость.

В верхней части блока цилиндров расположен подвод охлаждающей пресной воды. Кроме того, в нем имеются сливы из сальников поршневых штоков.

Втулки цилиндров отлиты из легированного чугуна и подвешены в блоках с помощью низко расположенных фланцев. Верхняя часть втулки окружена чугунной охлаждающей рубашкой. Втулка цилиндра имеет продувочные окна и сверления для щтуцеров цилиндровой смазки.

Крышка цилиндра откована из стали, цельная, со сверлениями для охлаждающей воды. Она имеет центральное отверстие для выпускного клапана и каналы для двух форсунок, предохранительного и пускового клапанов и индикаторного крана. Крышка цилиндра присоединяется к блоку цилиндра шпильками и гайками.

Коленчатый вал - полусоставной. Он может быть выполнен из литых стальных кривошипов с холоднокатными шейками для 46 - цилиндрового двигателя и из кованых стальных кривошипов для 49 - цилиндрового двигателя. Он включает в себя также и упорный вал. На кормовом конце вал имеет фланец для маховика и соединения с промежуточным валом, на носовом конце - фланец для установки, при необходимости, дополнительного маховика и / или противовесов. Фланец может быть также использован для отбора мощности.

Шатун изготовлен из стальной поковки и комплектуется крышками подшипников из чугуна для крейцкопфных (головных) и мотылевого подшипников.

Поршень состоит из головки и юбки. Головка изготовлена из жаростойкой стали и имеет четыре поршневые канавки, хромированные по верхней и нижней поверхностями. Юбка поршня чугунная.

Шток поршня - стальной кованый с упрочнением рабочей поверхности; он проходит через сальник, соединяется с крейцкопфом четырьмя болтами. В центральном сверлении штока установлена труба охлаждающего масла, образующая каналы для его подвода и отвода.

Крейцкопф откован из стали и снабжен башмаками из мелкозернистого чугуна, рабочие поверхности которых залиты белым металлом. Кронштейн на крейцкопфе служит опорой для телескопической трубы, подающей смазочное и охлаждающее масло к крейцкопфу; поршню и мотылевому подшипнику. Выпускная труба масла для охлаждения поршня крепится к противоположному торцу крейцкопфа. Крышки головных и мотылевого подшипников крепятся к шатуну шпильками и гайками. Головной подшипник состоит из комплекта стальных тонкостенных вкладышей, залитых антифрикционным сплавом. Крышка крейцкопфного подшипника - цельная, с вырезом для поршневого штока.

Мотылевый подшипник имеет стальные тонкостенные вкладыши, залитые антифрикционным сплавом. Смазочное масло подается по каналам в крейцкопфе и шатуне.

Распределительный вал лежит во вкладышах, залитых белым металлом. Блок распредвала состоит из ряда секций, каждая из которых снабжена кулачковыми шайбами выхлопных клапанов, топливных насосов и соединительных частей.

Кулачковые шайбы выхлопных клапанов и топливных насосов - стальные с закаленной рабочей поверхностью. Распределительный вал приводится от коленчатого одинарной цепью. Звездочка цепи присоединяется на болтах к упорному гребню увеличенного диаметра. Цепной привод снабжен натяжным устройством, а длинные межопорные участки цепи поддерживаются направляющими.

Выпускной клапан состоит из корпуса и шпинделя. Корпус - чугунный и имеет водяное охлаждение. Нижняя часть корпуса клапана изготовлена из стали с наплавкой твердого сплава на седло и охлаждается водой. Шпиндель изготовлен из жаростойкой стали, также с наплавленной твердым сплавом тарелкой. В корпусе установлена направляющая клапана. Выпускной клапан крепится к крышке цилиндра на шпильках с гайками, открывается гидравлическим приводом и закрывается сжатым воздухом. При работе под действием выпускных газов, воздействующих на закрепленные на нем небольшие лопатки, он проворачивается. Гидравлическая система состоит из поршня с гидроцилиндром, установленного на корпусе толкателя, трубки высокого давления и рабочего гидроцилиндра на выпускном клапане. Поршень гидропривода клапана приводится посредством кулачной шайбы распределительного вала.

Двигатель оборудован индивидуальными топливными насосами высокого давления (ТНВД) для каждого цилиндра. ТНВД состоит из корпуса насоса из мелкозернистого чугуна и расположенных по центру втулки и плунжера из азотированной стали. Во избежание смешивания топлива с маслом привод насоса снабжен уплотнительным устройством. Насос приводится топливным кулачком, а дозировка топлива осуществляется поворотом плунжера зубчатой рейкой, которая связана с механизмом регулирования. Регулировка опережения подачи осуществляется установкой прокладки между верхней крышкой и корпусом насоса. Топливный насос снабжен перепускным клапаном. В положении аварийной остановки клапан направляет топливо обратно на всасывание насоса и таким образом предотвращает открытие топливом форсунок. Открытие форсунок производится топливом высокого давления, создаваемого ТНВД, а закрытие осуществляется пружиной. Автоматический золотник обеспечивает циркуляцию топлива между форсункой и трубками высокого давления и предотвращает заполнение камеры сгорания топливом в случае заедания иглы форсунки или при остановленном двигателе. Топливо от выпускного золотника и других стоков отводится в закрытую систему. Двигатель снабжается одним или двумя лубрикаторами цилиндровой смазки, которые устанавливаются на переднем конце блока цилиндров. Они имеют возможность регулирования подачи масла и сохраняют в основном эту подачу пропорционально частоте вращения двигателя.

Воздух засасывается турбокомпрессором (ТК) непосредственно из машинного отделения через фильтр-глушитель всасывания. Из ТК через нагнетательный патрубок, охладитель наддувочного воздуха (ОНВ) и ресивер продувочного воздуха он поступает к продувочным окнам втулок цилиндров. Нагнетательный патрубок между ТК и ОНВ снабжен компенсатором и имеет тепловую изоляцию снаружи.

Двигатель оснащается турбокомпрессором АВВ, устанавливаемым на кормовом конце двигателя. ТК частично охлаждается пресной водой, оборудован электронным тахометром с датчиками показывающего прибора, находящегося в ЦПУ. Кроме того, имеется охладитель наддувочного воздуха моноблочного типа для обычного охлаждения забортной водой рабочим давлением 2,0ч2,5 бар или для центрального охлаждения пресной водой рабочим давлением не более 4,5 бар: перепад температур между продувочным воздухом и водой на входе не должен превышать 12⁰С.

От выпускных клапанов газы направляются в выпускной коллектор, где выравниваются пульсации давления от отдельных цилиндров. В ТК газы поступают при постоянном давлении. После ТК они направляются в газовыпускной трубопровод. Между выпускными клапанами и коллектором, а также между коллектором и ТК установлены компенсаторы.

Система пускового воздуха включает главный пусковой клапан, невозвратный клапан, разрывную диафрагму предохранительного клапана на трубопроводе к каждому цилиндру, воздухораспределитель пускового воздуха и пусковые клапаны на каждом цилиндре. Главный пусковой клапан связан с системой управления пуска двигателя.

Двигатель снабжен пневмоэлектрической системой управления и регулирования подачи топлива. Система передает команды от пульта управления к двигателю.

Система регулирования позволяет запускать, останавливать и реверсировать двигатель, управлять частотой вращения. Рукоятка управления скоростью на пульте управления выдает сигнал задания скорости регулятору в зависимости от желаемой частоты вращения. При выполнении функции «Остановка» впрыск топлива прекращается действием перепускных клапанов в ТНВД независимо от положения рукоятки управления скоростью.

Реверсирование осуществляется переводом рукоятки телеграфа из положения «Вперед» на «Назад» и переводом рукоятки управления скоростью из положения «Стоп» в положение «Пуск». Затем управляющий воздух реверсирует воздухораспределитель пускового воздуха и с помощью пневмоцилиндра перемещает переводной ролик толкателя привода топливного насоса, после чего топливные насосы занимают положение для работы «Назад». Двигатель снабжен установленным на боковой стороне местным постом управления и щитом приборов для аварийной работы.

Частота вращения двигателя регулируется механико-гидравлическим регулятором Вудворда типа PGA58.

Упорный подшипник типа B&W-Michell состоит, в первую очередь, из упорного гребня на коленчатом валу, опоры подшипника и чугунных сегментов, залитых белым металлом. Упорный вал является неотъемлемой частью коленчатого вала. Упор гребного винта передается через упорный гребень, сегменты и фундаментную раму, фундаменту двигателя и концевым клиньям. Упорный подшипник получает смазку от системы смазки двигателя.

Маховик валоповоротного устройства имеет цилиндрические зубцы и крепится к фланцу упорного вала. Он вращается шестерней редуктора валоповоротного механизма, смонтированного на фундаментной раме. Валоповоротный механизм приводится электродвигателем с встроенной передачей и тормозом. Валоповоротное устройство оборудовано блокировкой, не допускающей запуска двигателя при включенном положении. Включение и выключение валоповоротного устройства осуществляется вручную путем осевого перемещения шестерни.

2.3 Расчет рабочего процесса двигателя MAN B&W 7S60MС-C

Таблица 2.1

Коэффициент тактности для двухтактного двигателя m =1 (принимаем)

Проектная эффективная мощность двигателя N_e^зад (кВт):

N_e^зад =

Радиус кривошипа, м:

Поправка Брикса, м:

ОО=

Коэффициент потерянного хода поршня _а (из диаграммы, рис. 1):

Потеря хода поршня: S_а = 0,31

_а =

Молярная масса кислорода в воздухе ₂ = 32 кг/моль (принимаем).

Молярная масса азота в воздухе _N2 = 28 кг/моль (принимаем).

Молярная масса воздуха кг/моль:

_в = 0,23_O2 + 0,77_N2 = 0,23 32 + 0,77 28 = 28,92

Теоретическое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива, кмоль/кг:

L_o =

Теоретическое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива, кг/кг:

L_o = _вL_o = 28,92 0,502 = 14,515

Процесс наполнения

Температура забортной воды t_зв = 20 ⁰С (принимаем).

Температурный перепад в охладителе пресной воды t_оп = 11 ⁰С (принимаем).

Температура охлаждающей воды, ⁰С:

t_охл = t_зв + t_оп = 20 + 11 = 31

Температурный напор в воздухоохладителе t_во = 14 ⁰С (принимаем).

Температура наддувочного воздуха, К:

T_s = t_охл + t_во + 273 = 31 + 14 + 273 = 318

Подогрев воздуха от стенок цилиндра t_ст = 8 ⁰С (принимаем).

Коэффициент остаточных газов _г = 0,01 (принимаем).

Температура остаточных газов Т_г = 750 (принимаем).

Температура воздуха в цилиндре к моменту начала сжатия, К:

Т_а =

Относительный перепад давления в продувочных органах _вп = 0,99 (принимаем):

Степень сжатия _д = 16 (принимаем).

Коэффициент наполнения:

_н =

Цикловая подача топлива, кг/цикл:

g_ц =

Рабочий объем цилиндра, м³:

V_h =

Газовая постоянная для воздуха R_в = 287 Дж/кг*К (принимаем).

Коэффициент избытка воздуха при сгорании топлива = 2,0 (принимаем).

Давление наддува, МПа:

P_s =

Плотность наддувочного воздуха, кг/м³:

_s =

Действительный воздушный заряд к моменту начала сжатия, кг:

G_в = V_hsн = 0,6783,1630,877 = 1,881

Давление в цилиндре к моменту начала сжатия, МПа:

Р_а = _впР_s = 0,990,289 = 0,286

Расчетный коэффициент избытка воздуха при сгорании топлива:

_расч =

Погрешность расчета, %:

=

Допустимые пределы 0,5%.

Температура воздуха в машинном отделении Т_мо = 293 К (принимаем).

Относительная влажность воздуха _мо =80% (принимаем).

Температура точки росы, К:

Т_р = 0,9(Т_мо - 273) + 0,3_мо + 10 (10P_s - 0,99) - 22 + 273 =

0,9(293 - 273) + 0,3 80 + 10 (10 0,289 - 0,99) - 22 + 273 = 311,97

Запас по точке росы, ⁰С:

Т_р = T_s - Т_р = 318 - 315,142 = 6,035

Минимально допустимый запас составляет 2 ⁰С.

Процесс сжатия

Показатель политропы сжатия n₁ = 1,37 (принимаем).

Температура в конце сжатия, К:

Т_с = Т_а = 330,198 16^1,37-1 = 921,083

Давление в конце сжатия, МПа:

Р_с = Р_а = 0,289 16^1,37 = 12,75

Погрешность расчета, МПа:

Р_с = Р_с - Р_с^зад = 12,75 - 13 = -0,25

Допустимое отклонение 0,3 МПа.

Процесс сгорания

Универсальная газовая постоянная R₀ = 8,315 кДж/моль*К (принимаем).

Действительное количество воздуха для сгорания 1 кг топлива, кмоль/кг:

L = L₀ = 2,0 0,502 = 1,004

Коэффициент использования тепла в точке «z» _z = 0,9 (принимаем).

Степень повышения давления по прототипу:

_пр =

Принимаем = 1,16

Химический (теоретический) коэффициент молекулярного изменения:

₀ = 1 +

Действительный коэффициент молекулярного изменения в процессе сгорания:

_z =

Средняя мольная изохорная теплоемкость смеси воздуха и остаточных газов при температуре Т_с, кДж/кмоль*К:

(С_v)_c (С_v)_возд = 19,26 + 0,00251 Т_с = 19,26 + 0,00251 921,083 = 21,572

Низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг:

Q_н^р = 33915 С + 125600 Н - 10886 (O - S) - 2512 (9Н + W) =

=33915 0,868+125600 0,128 - 10886 (0,001 - 0,003) - 2512 (9 0,128 + 0)= 42643

Уравнение сгорания в общем виде:

(С_v)_c R₀ T_c = _z(C_р)_zZ

где (C_р)_z, кДж/кмоль*К - средняя мольная изобарная теплоемкость смеси воздуха и продуктов сгорания при температуре Т_z.

(C_р)_z = (C_v)_z + R₀

(C_v)_z =

где (C_v)_z, кДж/кмоль*К - средняя мольная изохорная теплоемкость смеси воздуха и продуктов сгорания при температуре Т_z.

После подстановки численных значений в уравнение сгорания:

0,003055 Т_z² + 28,18 Т_z - 66532,007 = 0

Температура в точке «z», К:

Т_z =

Максимальное давление цикла, МПа:

Р_z = Р_с = 1,16 12,75 = 14,795

Погрешность расчета, Мпа:

Р_z = P_z - P_z^зад = 14,795 - 15 = -0,205

Допустимое отклонение 0,3 МПа.

Степень предварительного расширения:

=

Процесс расширения

Степень последующего расширения:

=

Показатель политропы расширения n₂ = 1,21 (принимаем).

Давление в цилиндре в конце расширения, МПа:

P_b =

Температура в цилиндре в конце расширения, К:

T_b =

Полный рабочий объем цилиндра V_h = 0,678 м³.

Полезный рабочий объем цилиндра, м³:

V_h = V_h (1 - _а) = 0,678 (1 - 0,129) = 0,591

Потерянный рабочий объем цилиндра, м³

V_h = V_{h а} = 0,678 0,129 = 0,088

Объем цилиндра в конце процесса сгорания, м³:

V_c =

Объем цилиндра в начале сжатия, м³:

V_а = V_c + V_h = 0,039 + 0,591 = 0,63

Объем цилиндра в конце сжатия, м³:

V_z =

Максимальный объем цилиндра, м³:

V_f = V_c + V_h = 0,039 + 0,678 = 0,718

Принимаем масштаб давления m_p = 0,1 МПа/мм.

Принимаем масштаб объема m_v = 0,005 м³/мм.

Таблица 2.2. Расчет политроп сжатия и расширения

Двигатель имеет несимметричное газораспределение _{b а}, поэтому определяем параметры в момент действительного начала выпуска: _b, V_b (м²), , T_b (К), Р_b (МПа).

По диаграмме (см. рис. 2.1):

Потеря хода поршня S_b = 0,4

Коэффициент потерянного хода поршня в точке «b»:

_b =

Угол открытия выпускных органов _b = 60 ⁰ПКВ до НМТ (принимаем).

Объем цилиндра в момент действительного начала пуска V_b, м³:

V_b = V_c + V_h(1 - _b) = 0,039 + 0,678 (1 - 0,167) = 0,605

Действительная степень последующего расширения:

=

Температура в точке «b», К:

Т_b =

Давление в точке «b», МПа:

Р_b =

Поправка Брикса, м³:

ОО_v = OO

Среднее индикаторное давление

Площадь диаграммы теоретического цикла (до скругления) S_теор = 2959 мм².

Площадь индикаторной диаграммы цикла (после скругления) S_Д = 3078 мм².

Коэффициент скругления:

_{ск =}

Среднее индикаторное давление теоретического цикла, МПа:

Расчетное среднее индикаторное давление, МПа:

P_i = P_i(1 - _а)_ск = 2,417 (1 - 0,129)1,04 = 2,19

Механический КПД двигателя _м = 0,92 (принимаем).

Заданное среднее индикаторное давление, МПа

P_i^зад =

Среднее индикаторное давление из диаграммы, МПа:

P_i^д =

Погрешность расчета, %

P_i^зад =

Допустимое отклонение 2,5%

Погрешность построения, %

P_i^д =

Допустимое отклонение 5,0%.

Индикаторные и эффективные показатели

Индикаторная работа газов в цилиндре, кДж:

L_i = P_iV_h10³ = 2,19 0,678 10³ = 1485,12

Среднее эффективное давление, МПа:

P_e = P_{i м} = 2,19 0,92 = 2,014

Индикаторная мощность, кВт:

N_i = L_i

Эффективная мощность, кВт:

N_e = N_iм = 18192,71 0,92 = 16737,29

Часовой расход топлива, кг/ч:

G_ч = g_ц

Удельный индикаторный расход топлива, кг/кВт*ч:

g_i =

Удельный эффективный расход топлива, кг/кВт*ч:

g_е =

Индикаторный КПД:

_i =

Эффективный КПД:

_е = _iм = 0,54 0,92 = 0,49

Погрешность расчета (допустимое отклонение 2,5%):

Р_е =

g_е =

N_e =

4. Электростанция

4.1 Выбор типа судовой электростанции

В соответствии с требованиями Правил Регистра РФ на морском судне должно быть предусмотрено не менее двух основных источников электроэнергии, при этом выбор количества и мощность источников электроэнергии определяется режимами силовой установки судна на ходу и на маневрах. Также при выборе источников электроэнергии должен обеспечиваться аварийный режим работы судна при выходе из строя основных источников. Мощность аварийного источника должна обеспечивать бесперебойную работу систем, необходимых для движения и безопасности судна на данном режиме.

На судах грузоподъемностью выше 300 рег. т. должен быть предусмотрен аварийный источник электроэнергии, как правило, аварийный дизель-генератор (АДГ), расположенный выше палубы водонепроницаемых переборок и должен обеспечивать в течение определенного времени питание потребителей, указанных в Правилах Регистра РФ (аварийное освещение, рулевой привод, радиостанция и т.д.).

Принимая во внимание вышесказанное, принимаем электростанцию переменного тока (табл. 3.1).

Таблица 3.1

Далее приводится расчет мощности электростанции для следующих режимов работы:

· ходовой режим;

· маневры;

· стоянка без грузовых операций;

· стоянка с грузовыми операциями.

4.2 Расчет нагрузки судовой электростанции

4.2.1 Расчет мощности электростанции для ходового режима

В соответствии с рекомендуемым стандартом средняя мощность электростанции (без учета эпизодически работающих потребителей) (кВт):

Р_срх=18 + 0,0285N_e

где N_e - мощность главного двигателя кВт.

Р_срх=18+0,028516600= 491,1 кВт.

Мощность электростанции в ходовом режиме с учетом работы бытовых потребителей или пожарного насоса:

Р_х=Р_срх + Р_п.н., при Р_п.н. > Р_бп

Р_х=Р_срх + Р_бп, при Р_п.н.< Р_бп,

где Р_п.н. - мощность электродвигателя пожарного насоса;

Р_бп - мощность, необходимая для обеспечения работы бытовых потребителей.

Суммарная производительность стационарных пожарных насосов:

Q=km²=0,008206,048² =340 м³ / час,

m=1.68=1.68=206,048,

где k=0,008 - коэффициент для судов валовой вместимостью более 1000 регистровых тонн.

Пользуясь таблицей выбираем 2 центробежных вертикальных водопожарных насоса с подачей Q=230 м³ / час каждый, марки B200V1D1 фирмы SHIN SHIN, напор 1МПа, приводные электродвигатели марки HK-SD/F фирмы HYNDAI, мощностью 37 кВт, при n=1750 об/мин.

Р_п.н. = 204 кВт.

Расчетная мощность для обеспечения работы бытовых потребителей:

Р_бп=Р₁+ Р₂+ Р₃+ Р₄+ Р₅+ Р₆, где:

P₁ - расчетная мощность для обеспечения работы камбуза, равная суммарной мощности плит, кВт, принимаем P₁ = 30 кВт;

Р₂ - расчетная мощность для обеспечения работы вентиляции, кВт, принимаем Р₂= 40 кВт;

Р₃ - мощность для обеспечения работы электрооборудования, системы кондиционирования воздуха (СКВ), кВт; принимаем Р₃=30 кВт;

Р₄ - расчетная мощность для обеспечения работы электронавигационного оборудования и радиостанции, кВт, принимаем Р₄= 20 кВт;

Р₅ = - расчетная мощность сети освещения в функции водоизмещения D судна (здесь = 0,5-0,8 КПД трансформаторов или преобразователей, обеспечивающих питание сети освещения), кВт, Р₅== 90 кВт;

Р₆ - расчетная мощность для обеспечения работы. периодически включаемых потребителей (систем гидрофоров, компрессоров рефрижераторных камер, сепараторов топлива и т.д.), кВт, принимаем Р₆= 20 кВт.

Р_бп=30+40+30+20+90+20=230 кВт

Р_бп > Р_п.н.

Отсюда получаем:

Р_х = 491,1+230 = 721,1 кВт.

4.2.2 Расчет мощности электростанции для режима «Маневры»

Во время маневров (прохождение узкостей, перешвартовки, постановки на якорь) для обеспечения максимальной безопасности в соответствии с правилами технической эксплуатации на шины ГРЩ подключается резервный дизель-генератор. Время маневров в общем балансе эксплуатационного времени судна составляют обычно 1-2%. Поэтому, хотя этот режим и не является определяющим при выборе мощности и количества вспомогательных дизель-генераторов, он учитывается при расчете электростанции.

Мощность электростанции на маневрах судна (кВт):

Р_м=Р_х+0,8 (Р_бр + Р_к)+Р_п.у., где:

Р_х - расчетная мощность для обеспечения ходового режима, кВт;

Р_бр - мощность, потребляемая электродвигателями гидравлической системы, кВт;

Р_к = 90 кВт - мощность, потребляемая электродвигателем компрессора пускового воздуха, кВт.

Брашпиль выбирается по калибру цепи d:

d=, где:

S=1 для судов с неограниченным районом плавания;

t=1,55 - для цепей повышенной прочности;

N_С - характеристика якорного снабжения

N_С = D^2/3 +2Bh+0.1A, где:

D =114296 т - весовое водоизмещение судна;

h = 6.6 м - условная высота от летней грузовой ватерлинии до верхней кромки настила палубы у борта самой высокой рубки, имеющей ширину более 0,25 В;

А = 2000 м² - площадь парусности в пределах длины судна L, считая от летней грузовой ватерлинии.

N_С = 114296^2/3 +244,76,6+0.12000=2355,

d==75 мм.

Принимаем цепь d=82 мм и устанавливаем гидравлический брашпиль с приводом от гидравлической системы мощностью 100 кВт.

Р_бр=30 кВт,

Р_м=721,1+0,8 (90+100) =873,1 кВт.

4.2.3 Расчет мощности электростанции для режима «Стоянка без грузовых операций»

Средняя мощность электростанции (кВт):

Р_{ср ст}=11+0,002D,

где D - водоизмещение судна, т.

Р_{ср ст}=11+0,002114296 =240 кВт.

Мощность электростанции с учетом работы бытовых потребителей (кВт), необходимых на стоянке судна в порту без грузовых операций:

Р_ст=Р_{ср ст}+Р_б.п,

Р_ст= 240 + 230 =470 кВт.

4.2.4 Расчет мощности электростанции для режима «Стоянка с грузовыми операциями»

Мощность электростанции с производством грузовых операции грузовыми средствами (кВт):

Р_{ст гр}=Р_ст + Р_k, где

Р_k= К_с n Рk

К_с - 0,60,7 - коэффициент спроса, принимаем К_с = 0,7,

n - количество котлов, принимаем n = 2,

Р_k - мощность оборудования котлов,

Р_k=0,7 · 296+0,7 · 2 · 250 = 557,2 кВт,

Р_{ст гр}= 470+557,2 = 1227,2 кВт.

4.3 Выбор источников электроэнергии

По полученным значениям загрузки электростанции в различных режимах эксплуатации судна Р_х, Р_м, Р_ст, Р_ст.гр производим предварительную комплектацию силовой установки вспомогательными дизель-генераторами.

Выбор мощности типов вспомогательных дизель-генераторов следует производить с таким расчетом, чтобы на ходу судна потребности в электроэнергии обеспечивались одним работающих ДГ при коэффициенте загрузки 0,7-0,8. Режимы маневров и стоянки с грузовыми операциями должны обеспечиваться двумя работающими дизель-генераторами.

Таблица 3.2

Для данного судна принимаем к установке:

3 вспомогательных дизель-генератора мощностью 950 кВт фирмы HIMSEN типа 6H21/32. Дизели четырехтактные, тронковые, с импульсным наддувом. Диаметр цилиндра-21 см, ход поршня-32 см.

1 аварийный дизель-генератор мощностью 250 кВт фирмы SCANIA. Дизель четырехтактный, тронковый, с импульсным наддувом.

Рассматриваемое судно по уровню комплексной автоматизации соответствует классу А1 Морского Регистра Судоходства. Данный объем автоматизации определен двумя факторами: во-первых необходимостью сокращения обслуживающего персонала из экономических соображений, во-вторых - необходимостью повышения безопасности плавания, особенно на судах перевозящих опасные грузы. Средства автоматизации, применение которых обусловлено необходимостью, это автоматизация процессов, которыми человек физически не в состоянии управлять (не учитываются при оценке экономической эффективности и определении рационального объема автоматизации). В данном проекте мы рассматриваем судно танкер-нефтевоз с неограниченным районом плавания. Присуждая ему класс автоматизации А1, мы преследуем экономическую выгоду. Автоматизация приводит к увеличению производительности судна как транспортного объекта до 2 - 5%. Сокращаются затраты энергии и материалов на транспортные перевозки. Внедрение автоматизации приводит к улучшению качества выполняемых работ, тем более на основе отечественного и зарубежного опыта отмечено, что дополнительные капиталовложения в средства комплексной автоматизации окупаются в течение 1 - 5 лет. Внедрение автоматизации судна делает возможным:

- повысить безопасность плавания.

- сократить численность экипажа.

- снизить строительную стоимость судна вследствие уменьшения жилых помещений, объектов поддержания жизнедеятельности экипажа

- увеличить ресурс механизмов и чистую грузоподъемность судна.

- повысить точность ведения процессов, повысить надежность работы оборудования.

- сократить расходы топлива благодаря работе установки на оптимальных режимах, повысить надежность и соответственно понизить затраты на ремонт.

На судне предусмотрена единая автоматизированная система DataChief 20 фирмы Norcontrol, выполненная на микропроцессорной базе для представления информации о процессах. Информация выводится на панели в каюты всех механиков и на мостик.

Система автоматизации данного судна включает в себя:

дистанционное автоматизированное управление главным двигателем «Autochief 4» (регулятор частоты вращения UG-8 фирмы «Woodward»);

автоматизированную систему управления сепараторами топлива и масла фирмы «Mitsubishi Ind.»;

автоматическое регулирование и поддержание в заданных пределах температур масла, охлаждающей воды, давления пара (регуляторы фирмы «By Controls Ind.»);

самоочищающиеся фильтры топлива и масла;

автоматизированную систему управления компрессорами сжатого воздуха;

автоматизированную котельную установку фирмы «Aalborg Ind.»

регулирование вязкости топлива (регулятор типа «VAF» фирмы «Viscoterm»);

дистанционное автоматизированное управление дизель - генераторами фирмы «KT Electric» (регулятор частоты вращение UG-8 фирмы «Woodward»);

дистанционное управление насосами, вентиляторами;

систему централизованного контроля за грузовыми операциями и аварийно-предупредительную сигнализацию фирмы «Auxitrol» (с интерефейсом типа» SSAS-TLG» фирмы «Samsung Heavy Ind.»), а также контроль давления, уровня, температуры в балластных танках и предупредительная сигнализация;

автоматизированные рефрижераторные установки и установки кондиционирования воздуха;

автоматизированный аварийный дизель-генератор;

устройства защиты главного двигателя и дизель-генератора;

автоматизированная система пожаротушения водяным туманом

4.4 Назначение и общее устройство системы управления СИГ

Контроль параметров и управление СИГ производится с помощью специализированной автоматизированной системы управления (АСУ СИГ).

АСУ СИГ предназначена для:

· непрерывного измерения и индикации на постах управления в ПУГО, ЦПУ машинного отделения, ходовой рубке параметров, определяющих рабочие процессы СИГ;

· автоматическое управление режимами работы СИГ;

· дистанционного управления механизмами и арматурой СИГ;

· аварийно - предупредительной сигнализации о выходе параметров СИГ за допустимые пределы.

Устройство и действие АСУ СИГ определяется устройством самой СИГ танкера. Здесь рассматривается обобщение АСУ СИГ с характерными особенностями для многих танкеров.

АСУ СИГ контролирует параметры СИГ по сигнализации от датчиков с непрерывными или релейными выходными сигналами. Перечень датчиков приведен в таблице 4.1, места измерения параметров показаны на схеме, приведенной на рис. 4.1.

Датчик с непрерывными выходными сигналами используется для вывода значений параметров на показывающие приборы.

Датчики с релейными выходными сигналами используются для сигнализации о выходе параметра за допустимое значение.

АСУ СИГ выдает сигналы на открытие и закрытие арматуры, установленной на трубопроводах СИГ (рис. 4.1). Перечень этой арматуры приведен в таблице 4.2. Основную часть арматуры составляют поворотные затворы с гидравлическим или воздушным приводом. Кроме того, АСУ СИГ управляет пуском и остановкой газонагнетателей и насоса охлаждающей воды воздействием на их пускатели П1, П2, П3.

Основной частью АСУ СИГ является щит управления СИГ, который содержит блоки и элементы, обрабатывающие сигналы от датчиков параметров СИГ и выдающий управляющие воздействия на приводы арматуры и пускатели.

4.5 Функции АСУ СИГ

Автоматизированная система управления СИГ выполняет следующие функции:

автоматическое управление работой СИГ на всех нормальных эксплуатационных режимах;

дистанционное управление затворами, газонагнетателями, насосами со щита управления:

сигнализация на щит управления о параметрах СИГ; автоматический вывод из действия установки при выходе параметров за предельные значения;

автоматическое регулирование давления инертного газа в танках;

* обобщенная сигнализация о работе СИГ на ЦПУ машинного отделения и в ходовую рубку (если щит в отдельном помещении СИГ. то обобщенная информация выдается также в пост управления грузовыми операциями.)

При автоматическом управлении СИГ необходимо выполнять ручные операции по вводу в действие установки, после чего АСУ СИГ автоматически выполняет операции по управлению СИГ (газонагнетателями, насосами) и обеспечивает автоматическое управление СИГ на следующих режимах, выбираемых с помощью переключателя:

«ВЫГРУЗКА» - для первоначального заполнения инертными газами грузовых танков перед приемом груза, при мойке танков.

«ПОГРУЗКА-ПЕРЕХОД» - для периодической подкачки грузовых танков инертными газами во время перехода.

«ВЕНТИЛЯЦИЯ» - при дегазации танков. Сигнализация на щит управления СИГ выдается в следующих случаях:

повышение температуры инертного газа после газонагнетателей более 70°С и 75С;

повышение давления газа в магистрали более 800 мм вод. ст.;

понижение давления газа в магистрали менее 200 мм вод. ст.;

аварийное понижение давления газа в магистрали менее 100 мм вод. ст.;

повышение температуры подшипников газонагнетателей;

закрытое / открытое положение поворотных заборов;