1. Анализ показателей судна и его энергетической установки

Для выполнения последующих обоснований и расчётов необходимо привести краткую характеристику указанного в задании проекта судна (табл. 1.1) и его энергетической установки (табл. 1.2).

Таблица 1.1

Характеристика судна проекта 559Б

Таблица 1.2

Характеристика основных элементов ЭУ судна проекта 559Б

Продолжение табл. 1.2

На основе данных табл. 1.1 и 1.2 выполняется расчёт показателей установки судна.

Эффективная мощность главной ЭУ:

кВт,

где – количество главных двигателей СЭУ;

кВт – номинальная эффективная мощность главного двигателя СЭУ.

Энергооснащённость судна:

кВт/т,

где т – водоизмещение судна в полном грузу.

Энергонасыщенность по отношению к длине машинного отделения:

кВт/м,

где – количество вспомогательных двигателей;

кВт – номинальная эффективная мощность вспомогательного двигателя;

м – длина машинного отделения.

Энергонасыщенность по отношению к площади машинного отделения:

кВт/м²,

где м² – площадь машинного отделения.

Энергоёмкость работы судна:

кДж/(ткм),

где т – грузоподъёмность судна;

км/ч – скорость судна в полном грузу.

Удельная масса ЭУ:

кг/кВт,

где т – сухая масса ЭУ.

Абсолютный КПД установки:

,

где кг/ч – общий расход топлива на СЭУ;

кДж/кг – низшая удельная теплота сгорания дизельного топлива.

Эффективный КПД установки:

,

где кг/(кВтч) – удельный эффективный расход топлива главного двигателя;

кг/(кВтч) – удельный эффективный расход топлива вспомогательного двигателя;

– количество автономных котлов;

– КПД вспомогательного автономного котла;

кДж/ч – теплопроизводительность автономного котла.

КПД судового (пропульсивного) комплекса:

,

где – эффективный КПД главного двигателя:

;

– КПД главной передачи установки;

– КПД валопровода;

– пропульсивный КПД.

КПД энергетического комплекса:



где – эффективный КПД вспомогательного двигателя:

;

– КПД электрогенератора;

кг/ч – расход топлива автономным котлом.

Результаты расчёта представлены в табл. 1.3.

Таблица 1.3

Показатели энергетической установки судна проекта 559Б

Продолжение табл. 1.3

2. Обоснование состава главной энергетической установки

Целью данного раздела является обоснование и выбор главных двигателей, а также выбор типа главной передачи.

Исходными данными при выборе главных двигателей являются:

 мощность главной энергетической установки судна;

 количество и частота вращения движителей.

Количество главных двигателей следует принимать равным числу их у судна, указанного в задании.

Требуемая мощность двигателей определяется делением суммарной мощности ЭУ на количество движителей или число главных двигателей судна:

кВт.

Для обоснования марки главного двигателя необходимо подобрать несколько дизелей, мощность которых близка к требуемой, и сравнить их с установленными на судне по комплексному параметру качества. В качестве главного двигателя судна следует принимать дизель, имеющий наибольшее значение комплексного параметра. При равных значениях комплексного параметра предпочтение отдаётся дизелю, который в составе ЭУ имеет больший КПД судового комплекса.

Расчёт комплексного параметра качества производим по формуле:

,

где  комплексный параметр качества дизеля;

 удельная мощность дизеля, кВт/м³;

 номинальная эффективная мощность дизеля, кВт;

 длина, ширина и высота дизеля в м;

 максимальное значение удельной мощности среди рассматриваемых дизелей, кВт/м³;

 удельная масса дизеля, кг/кВт;

 масса дизеля, кг;

 минимальное значение удельной массы среди рассматриваемых дизелей, кг/кВт;

 удельный эффективный расход топлива дизеля, кг/(кВтч);

 минимальное значение удельного эффективного расхода топлива среди рассматриваемых дизелей, кг/(кВтч);

 ресурс дизеля до капитального ремонта, тыс. ч;

 максимальное значение ресурса среди рассматриваемых дизелей, тыс. ч;

 условный показатель рода топлива, используемого дизелем (для тяжёлого топлива – , для дизельного  );

 стоимость дизеля, определяемая по формуле:

;

 минимальное значение стоимости среди рассматриваемых дизелей;

 коэффициенты весомости.

При выборе двигателей транспортных судов следует принимать ; ; ; ; ; ; .

Сопоставление удобно производить в табличной форме (табл. 2.1).

Таблица 2.1

Сопоставление параметров судовых дизелей

В качестве главного двигателя выбираем дизель 6ЧН16,5/18,5 производства ОАО Дизельпром.

В качестве главной передачи выбираем реверс-редуктор с передаточным отношением 3,55.

3. Обоснование эксплуатационных режимов работы главных двигателей СЭУ

Для обоснования области эксплуатационных режимов работы главных двигателей необходимо выполнить расчёт ограничительных характеристик главных двигателей (табл. 3.1).

Координаты характеристик могут быть определены с помощью следующих зависимостей.

Внешней номинальной мощности:

,

где – механический КПД двигателя на номинальном режиме;

– адаптивная поправка к КПД.

Ограничительной по тепловой напряжённости:

.

Ограничительной по механической напряжённости:

.

Винтовой облегчённой:

.

Винтовой нормальной:

.

Винтовой швартовной:

,

где – значение координаты внешней характеристики номинальной мощности при .

Таблица 3.1

Расчёт координат характеристик судовых дизелей

Продолжение табл. 3.1

Для обоснования возможных режимов работы главных двигателей в эксплуатации по рассчитанным координатам строятся ограничительные и винтовые характеристики на одном чертеже (рис. 1). Совмещение характеристик позволяет установить область эксплуатационных режимов работы главных двигателей, которая для судовых дизелей с наддувом ограничивается:

– сверху: частью линии швартовной характеристики и ограничительной по тепловой напряжённости;

– справа: линией номинальной частоты вращения коленчатого вала;

– снизу: линией облегченной винтовой характеристики;

– слева: линией минимально-устойчивой частоты вращения коленчатого вала.

4. Выбор режима работы главных двигателей СЭУ

Для выбора рационального режима работы главных двигателей предварительно выполняется расчёт изменения их параметров при работе главных двигателей СЭУ по винтовой характеристике (табл. 4.1).

Показатели главных двигателей на долевых режимах могут быть определены с помощью следующих зависимостей.

Долевая мощность:

.

Эффективный КПД на режиме:

.

Удельный расход топлива на режиме:

.

Часовой расход топлива:

.

Среднее эффективное давление на режиме:

,

где – коэффициент тактности дизеля ( – для четырёхтактных, – для двухтактных);

– число цилиндров;

м – диаметр цилиндра;

м – ход поршня.

Таблица 4.1

Расчёт параметров главных двигателей по винтовой характеристике

Продолжение табл. 4.1

По результатам расчётов необходимо построить графики изменения показателей главных двигателей при работе их по винтовой характеристике (рис. 2).

Определяем наиболее экономичный режим работы двигателя (режим с ) и значения параметров на этом режиме:

об/мин; кВт; ; кг/(кВтч); кг/ч; МПа.

5. Расчёт показателей вспомогательных двигателей СЭУ

Для выбора рационального режима работы дизель-генераторов предварительно выполняется расчёт изменения их параметров при работе по нагрузочной характеристике (табл. 5.1).

Показатели вспомогательных двигателей на долевых режимах могут быть определены с помощью следующих зависимостей.

Долевая эффективная мощность:

.

Эффективный КПД на долевом режиме:

.

Удельный расход топлива на режиме:

.

Часовой расход топлива:

.

Среднее эффективное давление на режиме:

,

где – коэффициент тактности дизеля ( – для четырёхтактных, – для двухтактных);

– число цилиндров;

м – диаметр цилиндра;

м – ход поршня.

Таблица 5.1

Расчёт параметров вспомогательных двигателей по нагрузочной характеристике

Продолжение табл. 5.1

По результатам расчётов необходимо построить графики изменения показателей вспомогательных двигателей при работе их по нагрузочной характеристике (рис. 3).

Определяем наиболее экономичный режим работы дизель-генератора (режим с ) и значения параметров на этом режиме:

кВт; ; кг/(кВтч); кг/ч; МПа.

6. Расчёт систем энергетической установки

Для обеспечения нормальной работы двигатели (главные и вспомогательные) и котельная установка СЭУ оборудуются системами: топливной, масляной, водяного охлаждения, сжатого воздуха и газовыпуска. Каждая система может быть подразделена на две части: непосредственно связанную с двигателем и судовую. В этом разделе приведён расчёт судовых систем СЭУ, а также требования Речного Регистра РСФСР для данных систем.

Назначение систем СЭУ:

1. Топливная система – предназначена для приёма, перекачивания, хранения, подготовки к использованию (очистки, подогрева высоковязкого топлива) и транспортировки топлива к потребителям;

2. Масляная система – предназначена для приёма, хранения, очистки и подачи масла к потребителям;

3. Система водяного охлаждения – предназначена для отвода теплоты от втулок цилиндров, крышек цилиндров, смазочного масла, газовыпускного коллектора у крупных дизелей без наддува и других механизмов энергетической установки;

4. Система сжатого воздуха – предназначена для обеспечения пуска двигателей, подачи звукового сигнала, подпитки пневмоцистерн и работы пневматических систем автоматического управления и регулирования;

5. Газовыпускная система – предназначена для отвода в атмосферу выпускных газов от двигателей, котлов и камбуза.

6.1 Топливная система

Требования Регистра к топливной системе

Насосы.

Для перекачки топлива из запасных цистерн в расходные должны быть предусмотрены топливоперекачивающий насос с механическим приводом и резервный ручной насос. При наличии сепаратора топлива в качестве резервного может быть использован насос сепаратора.

На судах с суточным расходом топлива не менее 1 т допускается устанавливать один ручной насос.

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

Расположение трубопроводов.

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

Трубопроводы, предназначенные для перекачки подогретого топлива под давлением, должны располагаться в хорошо видимых и доступных местах.

Топливные трубопроводы, как правило, не должны прокладываться над двигателями внутреннего сгорания, газовыпускными трубопроводами, паропроводами (за исключением паропроводов для подогрева топлива), паровыми котла ми и их дымоходами.

В исключительных случаях допускается прокладка топливных трубопроводов над указанным выше оборудованием при условии, что в этих районах трубопроводы не будут иметь разъемных соединений.

Приемные трубопроводы топлива от цистерн вместимостью более 50 л, расположенных вне междудонного пространства, а также трубопроводы, предназначенные для выравнивания уровня жидкости в цистернах, должны быть снабжены запорными клапанами, установленными непосредственно на цистернах. Эти клапаны должны иметь дистанционное закрытие из всегда доступных мест, расположенных вне того помещения, в котором находятся цистерны.

На расходных цистернах должны быть клапаны быстрозапорного типа.

Приемные трубопроводы из междудонных цистерн должны быть снабжены запорными клапанами, расположенными выше цистерн.

Устройства для подогрева топлива в системах.

Подогрев жидкого топлива может осуществляться только с помощью паровых или водяных змеевиков. Применение электронагревательных устройств для этой цели является предметом специального рассмотрения Речного Регистра.

Змеевики подогрева топлива должны располагаться в наиболее низких местах цистерн. В глубоких цистернах, в которых змеевики подогрева расположены на высоте, следует предусматривать возможность отключения отдельных секций змеевиков по мере снижения уровня топлива в цистернах.

Концы приемных топливных труб в расходных и отстойных цистернах должны располагаться над змеевиками подогрева таким образом, чтобы не происходило оголение последних.

Максимальная температура подогретого топлива в цистернах должна быть не менее чем на 10С ниже температуры вспышки паров топлива.

Для контроля за температурой подогреваемого топлива в необходимых местах должны быть установлены термометры.

Конденсат греющего пара должен проходить через смотровое устройство, позволяющее контролировать его чистоту.

Давление пара, применяемого для подогрева топлива, не должно превышать 0,5 МПа.

Устройства для удаления воды из топливных цистерн.

Для удаления воды в расходных и отстойных цистернах должны предусматриваться клапаны самозапорного типа и трубопроводы к сточным цистернам.

На сточных трубопроводах должны устанавливаться смотровые стекла. При наличии поддонов вместо стёкол допускается применение открытых воронок.

Устройства для сбора утечек топлива.

Вкладные цистерны, насосы, фильтры и другое оборудование в местах возможной утечки топлива должны снабжаться поддонами.

Сточные трубы от поддонов должны быть отведены в сточные цистерны.

Внутренний диаметр сточных труб должен быть не менее 15 мм.

Сточные трубы должны доводиться до днища сточной цистерны с минимальным зазором.

При расположении сточной цистерны в междудонном пространстве должны быть приняты конструктивные меры, предотвращающие поступление воды в машинные помещения через открытые концы сточных труб в случае повреждения наружной обшивки. Должна быть предусмотрена предупредительная сигнализация по верхнему предельному уровню в сточных цистернах.

Если сточная цистерна является общей для сточных труб от поддонов, расположенных в разных непроницаемых отсеках, то должны быть предусмотрены конструктивные меры, предотвращающие перелив воды из одного затопленного отсека в другой через открытые концы сточных труб.

Наполнение запасных цистерн.

Прием жидкого топлива на судно должен производиться через постоянный трубопровод, снабженный необходимой арматурой, обеспечивающей подачу топлива во все цистерны основного запаса.

Трубопровод наполнения топлива должен доводиться до днища цистерны с минимальным зазором.

На пассажирских судах для приема топлива должны предусматриваться специальные приемные станции, отделенные от других помещений и оборудованные сточными трубами, идущими в сточные топливные цистерны.

Наполнительные трубопроводы цистерн, расположенных выше двойного дна, а также наполнительные трубопроводы цистерн междудонного пространства должны присоединяться к верхним частям цистерн. Если это осуществить нельзя, то наполнительные трубы должны иметь невозвратные клапаны, устанавливаемые непосредственно на цистернах.

В тех случаях, когда наполнительная труба используется в качестве приемной, вместо невозвратного клапана следует устанавливать запорный клапан с дистанционным закрытием, выведенным в доступное место, расположенное за пределами помещения, в котором находится цистерна.

Топливные цистерны.

Топливные цистерны, расположенные на открытых палубах и надстройках, а также в других местах, подверженных влиянию атмосферы, должны быть защищены от воздействия солнечных лучей.

Расходные топливные цистерны, предназначенные для непосредственного питания главных двигателей в машинных помещениях без постоянной вахты, должны иметь устройство, подающее оптический и звуковой сигнал в рулевую рубку по допускаемому низшему уровню топлива в цистернах, или автоматическое наполнение расходной топливной цистерны.

Отсеки, расположенные в нос от таранной переборки, не должны использоваться для перевозки топлива или других жидких воспламеняющихся веществ.

Подвод топлива к двигателям внутреннего сгорания.

Оборудование топливной системы должно обеспечивать подвод топлива, подготовленного надлежащим образом и очищенного в степени, требующейся для данного двигателя.

Фильтры топлива должны допускать их очистку без остановки двигателей.

Судовые механические установки, в состав которых входят двигатели, работающие на тяжелом топливе, должны быть оборудованы двухтопливными системами.

При работе главных двигателей на двух сортах топлива (дизельном и тяжелом) должны быть приняты меры против смешивания тяжелого топлива с дизельным топливом для вспомогательных двигателей.

Для удаления паровоздушных включений из трубопроводов подачи подогретого тяжелого топлива к насосам высокого давления должны быть установлены деаэрационные устройства.

В системах тяжелого топлива рекомендуется предусматривать установку автоматизированных фильтров.

При наличии расходомеров последние не должны прерывать работу двигателя в случае их регулировки или выхода из строя.

Подвод топлива к дизель-генераторам, предназначенным для использования в качестве аварийных, должен осуществляться от автономной расходной цистерны, расположенной в помещении аварийного дизель-генератора. Не допускается расход топлива из этой цистерны для других целей.

Трубопровод подачи топлива к дизель-генераторам должен быть отдельным, с самостоятельными фильтрами и запорной арматурой.

Подвод топлива к котлам.

На трубопроводе, подающем топливо к форсункам каждого котла, следует предусмотреть быстрозапорный клапан с местным управлением. При установке автоматизированного вспомогательного котла быстрозапорный клапан не требуется.

Для проверки температуры и давления тяжёлого топлива, подаваемого к форсункам, в соответствующих местах трубопроводов необходимо предусматривать термометры и манометры.

При подаче топлива к котлам под гидростатическим давлением на трубопроводе, подающем топливо к форсункам, должны предусматриваться фильтры.

Расчёт системы

Вместимость запасной цистерны:

м³,

где – коэффициент ходового времени;

и – удельные эффективные топлива масла главного и вспомогательного двигателя, кг/(кВтч);

– коэффициент использования автономного котла;

кг/м³ – плотность топлива;

ч – продолжительность автономного плавания.

Вместимость расходной цистерны главных двигателей:

м³.

Вместимость расходной цистерны вспомогательных двигателей:

м³.

Вместимость расходной цистерны автономного котла:

м³.

Вместимость сточной цистерны:

м³,

где кВт – суммарная мощность всех дизелей СЭУ.

Вместимость цистерны аварийного запаса топлива:

м³.

Подача топливоперекачивающего насоса:

м³/ч,

где ч – время заполнения цистерны.

Производительность сепаратора:

м³/ч,

где ч – время работы сепаратора в сутки.

Ёмкость запасной цистерны проекта равна 22 м³. Следовательно, менять запасную цистерну не надо.

6.2 Масляная система

Требования Регистра к масляной системе

Масляные насосы двигателей внутреннего сгорания.

При одном главном двигателе мощностью 220 кВт и более должно быть не менее двух масляных циркуляционных насосов – основного и резервного, один из которых может иметь привод от двигателя.

Подача резервного насоса должна быть не менее подачи основного насоса.

При наличии двух и более главных двигателей резервный масляный насос не требуется.

Следует предусматривать средства контроля за протоком масла в подшипниках турбонагнетателей.

Каждый вспомогательный двигатель должен иметь независимую масляную систему.

Объединение масляных систем вспомогательных двигателей является в каждом случае предметом специального рассмотрения Речным Регистром.

Если масляный насос не оборудован предохранительным или перепускным клапаном, установка такого клапана должна предусматриваться на напорном трубопроводе.

Подвод смазочного масла к двигателям внутреннего сгорания.

Масляная система должна исключать возможность смешения различных сортов масла.

Концы сливных труб из картера двигателя в сточно-циркуляционную цистерну должны быть в ней расположены таким образом, чтобы во время работы двигателя они были постоянно погружены в масло.

Сливные трубы от двух или более двигателей не должны соединяться между собой.

Трубопроводы масляной системы не должны соединяться с трубопроводами другого назначения, за исключением присоединения к сепараторам, которые могут использоваться для сепарирования топлива при наличии надёжных устройств, предотвращающих смешение топлива и масла.

При сепарировании масла необходимо предусматривать меры, исключающие возможность смещения масла главного и вспомогательного двигателей, если они работают на разных марках масла.

На трубопроводах масляных циркуляционных систем должны быть установлены:

• на всасывающем трубопроводе насоса зубчатых передач – магнитный фильтр;

• на всасывающем трубопроводе насоса – один фильтр грубой очистки (сетка);

• на нагнетательном трубопроводе насоса главного двигателя – два параллельных фильтра или один сдвоенный переключаемый фильтр, или один самоочищающийся фильтр.

При общей масляной системе двигателя и турбонагнетателей перед подшипниками турбонагнетателей должны устанавливаться фильтры тонкой очистки, конструкция которых должна допускать их очистку без прекращения циркуляции масла. После фильтров следует устанавливать манометр.

Пропускная способность каждого масляного фильтра должна превышать на 10% наибольшую подачу насоса.

Масляная система должна снабжаться необходимыми контрольно-измерителными приборами.

На масляном трубопроводе редуктора должно предусматриваться смотровое стекло для контроля за протоком масла.

Масляные цистерны.

Приёмные трубопроводы от цистерн, расположенных вне двойного дна, должны быть снабжены запорными клапанами, установленными непосредственно на цистернах.

При устройстве подогрева масла должны быть выполнены требования для устройств подогрева топлива.

Расчёт системы

Вместимость запасной цистерны:

м³,

где – коэффициент ходового времени;

и – удельные эффективные расходы масла главного и вспомогательного двигателя, кг/(кВтч);

кг/кВт – удельная масса масла в картерах двигателей;

кг/м³ – плотность масла;

ч – продолжительность автономного плавания;

кВт – суммарная мощность всех дизелей СЭУ.

Вместимость маслосборников главных двигателей:

м³.

Вместимость маслосборников вспомогательных двигателей:

м³.

Вместимость расходной цистерны главных двигателей:

м³.

Вместимость расходной цистерны вспомогательных двигателей:

м³.

Подача маслоперекачивающего насоса:

м³/ч,

где ч – время заполнения цистерны.

Производительность сепаратора:

м³/ч,

где – кратность очистки масла;

– суммарная вместимость маслосборников главных и вспомогательных дизелей, м³;

ч – время работы сепаратора в сутки.

6.3 Система водяного охлаждения

Требования Регистра к системе водяного охлаждения

Насосы.

Система охлаждения двигателя должна быть двухконтурной; при этом должна быть предусмотрена возможность охлаждения двигателя забортной водой от насоса внешнего контура. На судах длиной менее 20 м допускается замкнутая одноконтурная система.

На судах классов «М» и «О» с одновальной установкой должен быть предусмотрен один насос с независимым приводом достаточной подачи для резервирования работы насосов внешнего и внутреннего контуров; при мощности установки менее 220 кВт резервный насос допускается не устанавливать.

Допускается охлаждать несколько двигателей одним насосом с независимым приводом. Подача насоса в этом случае должна быть достаточной для одновременного охлаждения всех двигателей при их работе с максимальной нагрузкой.

На охлаждающем трубопроводе перед каждым двигателем должен быть предусмотрен клапан для регулирования количества охлаждающей воды.

Если каждый из вспомогательных двигателей имеет самостоятельный насос водяного охлаждения, то резервные насосы для этих двигателей не требуются.

Если для группы вспомогательных двигателей предусматривается общая система охлаждения, достаточно иметь один резервный насос для внутреннего и внешнего контуров.

В объединённой системе охлаждения главных и вспомогательных двигателей резервные насосы для охлаждения вспомогательных двигателей не требуются.

В качестве резервных охлаждающих насосов могут применяться балластные или другие насосы общесудового назначения, используемые для чистой воды.

Расположение трубопроводов.

В системе охлаждающей воды должно быть предусмотрено не менее двух приёмников, соединенных между собой.

На судах с одним главным двигателем мощностью менее 220 кВт допускается один приёмник, расположенный в машинном помещении; при этом должны быть предусмотрены два параллельно соединенных фильтра.

Фильтры охлаждающей воды.

На приёмных магистралях охлаждающей забортной воды главных и вспомогательных двигателей внутреннего сгорания следует устанавливать фильтры.

Должна предусматриваться возможность очистки фильтров без прекращения работы охлаждающих насосов.

Охлаждение двигателя внутреннего сгорания.

На судах с ледовыми усилениями рекомендуется предусматривать устройства для подогрева двигателей перед пуском. Прогрев должен осуществляться подогретой охлаждающей водой, прогрев двигателей паром не допускается.

В двухконтурной системе охлаждения двигателя должна быть предусмотрена расширительная цистерна, уровень воды в которой должен быть выше максимального уровня в двигателе. Расширительная цистерна должна присоединяться к приёмным трубопроводам насосов и может быть общей в системе охлаждения нескольких двигателей.

В системе охлаждения двигателей расположение отливного трубопровода забортной воды должно обеспечить заполнение водой самых высоких охлаждаемых полостей двигателей, водоохладителей и маслоохладителей, а также исключать образование застойных зон.

Расчёт системы

В дизельных установках система водяного охлаждения двухконтурная. Вода внутреннего контура охлаждает двигатели, а в открытом внешнем контуре через водяной и масляный охладители прокачивается забортная вода. Циркуляция воды в системе охлаждения обычно осуществляется центробежными насосами.

Подача насосов внутреннего контура:

м³/ч,

где – доля теплоты, отводимая водой;

кДж/(кгК) – теплоёмкость пресной воды внутреннего контура;

кг/м³ – плотность воды внутреннего контура;

С – разность температур воды на выходе и входе в дизель.

В целях унификации подачу насосов внешнего контура принимают равной подаче насосов внутреннего контура:

м³/ч.

Принимаем:

• охлаждающий насос пресной воды: подача – 30 м³/ч, количество – 2 шт.;

• охлаждающий насос забортной воды: подача – 30 м³/ч, количество – 2 шт.

Поверхность охлаждения водяного холодильника:

м²,

где – общий коэффициент теплопередачи от воды к воде для пластинчатого холодильника;

С – среднелогарифмическая разность температур.

6.4 Система сжатого воздуха

Требования Регистра к системе сжатого воздуха

Число воздухохранителей и запас пускового воздуха.

Система сжатого воздуха главных двигателей должна обеспечивать одновременный пуск и реверсирование всех главных двигателей.

Запас сжатого воздуха для пуска главных двигателей и действия системы управления должен храниться не менее чем в двух воздухохранителях или в двух группах воздухохранителей, при этом в каждом из этих двух воздухохранителей или в каждой группе воздухохранителей должен храниться запас пускового воздуха не менее половины требуемого.

Запас сжатого воздуха во всех воздухохранителях, предназначенный для пуска и реверсирования главных двигателей, должен обеспечивать не менее 12 пусков попеременно на передний и задний ход каждого двигателя, подготовленного к действию.

Общий запас сжатого воздуха для пуска главных нереверсивных двигателей, а также главных дизель-генераторов должен быть достаточным для выполнения не менее 6 пусков наибольшего по мощности из установленных двигателей, подготовленного к действию, а при наличии более двух двигателей – не менее 4 пусков каждого двигателя, подготовленного к действию.

Для пуска вспомогательных двигателей должен быть предусмотрен как минимум один воздухохранитель вместимостью, достаточной для выполнения 6 пусков каждого вспомогательного двигателя, подготовленного к действию, а при наличии более двух вспомогательных двигателей – не менее 4 пусков каждого двигателя, подготовленного к действию.

При установке одного такого воздухохранителя должна предусматриваться возможность пуска вспомогательных двигателей от одного воздухохранителя или от одной группы воздухохранителей главных двигателей.

Запас пускового воздуха из воздухохранителей главных двигателей может быть использован для работы тифона и на хозяйственные нужды при следующих условиях:

– один воздухохранитель (группа воздухохранителей) отделен от остальных невозвратным клапаном и предназначен только для пуска главных двигателей;

– предусмотрены автоматическое пополнение запаса воздуха в воздухохранителе и сигнализация, включающаяся при падении давления не более чем на 0,5 МПа ниже рабочего.

Воздухохранители вспомогательных двигателей допускается пополнять воздухом из воздухохранителей главных двигателей; при этом должна исключаться возможность перепуска воздуха в обратном направлении.

Воздухохранители должны устанавливаться таким образом, чтобы в любых условиях эксплуатации было возможно полное удаление из них влаги.

Компрессоры.

Количество основных компрессоров, как правило, должно быть не менее двух, один из которых может быть навесным. При этом в случае выхода из строя компрессора наибольшей подачи подача остальных компрессоров должна быть достаточной для заполнения воздухохранителей главных двигателей в течение 1 ч, начиная от давления, при котором возможен последний пуск и маневр.

На скоростных судах допускается установка одного независимого компрессора с приводом от вспомогательного дизеля, имеющего электростартёрный и ручной пуск, или установка одного навесного компрессора, если предусмотрена возможность заполнения воздухохранителей береговыми средствами.

На судах с нереверсивными двигателями заполнение воздухохранителей может производиться независимым компрессором. В качестве второго пускового средства могут быть использованы сжатый газ от газоотборочного устройства, электростартёрный пуск или другие пусковые средства.

Расположение трубопроводов.

Трубопроводы, предназначенные для заполнения воздухохранителей, должны быть полностью отделены от пусковых трубопроводов.

Каждый из пусковых воздухохранителей должен иметь возможность заполнения от каждого основного компрессора.

На трубопроводе после каждого компрессора должны устанавливаться невозвратно-запорные клапаны.

На трубопроводе, подающем воздух к каждому двигателю, перед его пусковым клапаном должен быть установлен невозвратный клапан.

Если в конструкции двигателя предусмотрены устройства, предотвращающие распространение взрыва, установка невозвратного клапана не обязательна.

Трубопроводы должны прокладываться по возможности прямолинейно с небольшим уклоном для спуска воды. Трубопроводы не должны иметь уклон в направлении главного пускового клапана двигателя.

Температура воздуха или сжатых газов, поступающих в воздухохранители, не должна превышать 90С. В необходимых случаях должны быть предусмотрены соответствующие охладители.

Трубопроводы сжатого газа от газоотборных устройств не должны прокладываться под настилом машинных помещений.

На трубопроводах между компрессорами и воздухохранителями должны быть предусмотрены устройства для удаления воды и масла, если такие устройства отсутствуют на самих компрессорах.

Расчёт системы

Вместимость пусковых баллонов определяется по формуле, м³:

,

где м³/м³ – удельный расход свободного воздуха на 1 м³ объёма цилиндра дизелей при пуске;

– рабочий объём цилиндра, м³;

z – число цилиндров;

– число двигателей;

– число последовательных пусков двигателя для нереверсивных дизелей;

МПа – давление окружающей среды;

МПа – начальное давление воздуха в баллонах;

МПа – нижний предел давления воздуха в баллонах, при котором ещё возможен пуск двигателя.

Вместимость баллонов для тифона, м³:

,

где – коэффициент насыщения сигналами;

м³/мин – расход тифоном свободного воздуха;

мин – продолжительность подачи сигнала;

МПа – начальное давление воздуха в баллонах;

МПа – нижний предел давления воздуха в баллонах, при котором ещё возможна подача сигнала.

Вместимость пусковых баллонов для главных двигателей:

м³.

Вместимость пусковых баллонов для вспомогательных двигателей:

м³.

Вместимость баллонов для тифона:

м³.

Принимаем:

• ёмкость пусковых баллонов главного двигателя – 60 литров;

• количество – 2 шт.;

• ёмкость пусковых баллонов вспомогательных двигателей – 50 литров;

• количество – 2 шт.;

• ёмкость баллона для тифона – 100 литров;

• количество – 2 шт.

Подача компрессора по свободному воздуху:

м³/ч,

где ч – время заполнения баллонов.

Принимаем:

• подача компрессора – 3 м³/ч;

• количество – 2 шт.

6.5 Газовыпускная система

Требования Регистра к газовыпускной системе

Газовыпускные трубопроводы.

Газовыпускные трубопроводы должны выводиться, как правило, на открытые палубы.

Вывод газовыпускных труб через обшивку в корме допускается на судах длиной менее 20 м, на остальных судах такой вывод является в каждом случае предметом специального рассмотрения Речным Регистром. Вывод газовыпускных труб через бортовую обшивку в атмосферу не допускается.

Каждый главный двигатель должен иметь отдельный газовыпускной трубопровод. В необходимых случаях могут быть допущены отступления, которые являются предметом специального рассмотрения Речным Регистром.

Газовыпускные трубопроводы вспомогательных двигателей могут быть объединены в общий газовыпускной трубопровод при условии наличия надежно действующего предохранительного устройства, предотвращающего:

– поток газа из общего трубопровода в трубопроводы неработающих двигателей;

– повреждение любого двигателя при его пуске.

При объединении дымоходов котлов допускается установка дымовых заслонок, оборудованных устройством для крепления их в открытом состоянии. Для осмотра и очистки дымоходов, а также воздухопроводов котла в необходимых местах должны предусматриваться лазы и скоб-трапы.

В утилизационных и комбинированных котлах, которые по своей конструкции не могут находиться без воды при обогреве их выхлопными газами, должны предусматриваться обводные трубопроводы с перепускными заслонками, отключающими котлы от выпускного трубопровода.

Газовыпускные трубопроводы котлов и двигателей внутреннего сгорания должны быть теплоизолированы с помощью изолирующего материала, двойных стенок или экрана.

Газовыпускные трубопроводы двигателей с «мокрым» выхлопом допускается не изолировать, если температура на поверхности трубопровода не превышает 60С.

Газовыпускные трубы двигателей должны снабжаться тепловыми компенсаторами. Там, где это возможно, газовыпускные трубопроводы должны иметь лючки для очистки и в необходимых случаях спускные краны.

Газовыпускные трубы, проходящие через жилые помещения или рулевую рубку, должны быть выгорожены внутри этих помещений газонепроницаемым защитным кожухом. Пространство между газовыпускными трубами и защитным кожухом должно сообщаться с открытой атмосферой.

Глушители и искрогасители

Глушители и искрогасители должны быть расположены таким образом, чтобы обеспечивалась возможность их очистки. Для этой цели они должны оборудоваться лючками и спускными кранами.

При установке утилизационных котлов и искрогасителей мокрого типа должны предусматриваться меры против возможного попадания воды в двигатель при появлении течи в трубах котлов или других неисправностей.

Спускные трубы должны направляться в льяла машинного отделения и иметь гидравлические затворы.

Расчёт системы

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

Площадь сечения газовыпускных трубопроводов двигателей и котлов определяется по формуле, м²:

,

где – часовой расход топлива, кг/ч;

– коэффициент избытка воздуха;

кг/кг – теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива;

кДж/(кгК) – газовая постоянная продуктов сгорания;

T – температура выпускных газов, К;

– допустимая скорость движения газов в трубопроводе, м/с;

кПа – допустимое давление в трубопроводе.

Площадь сечения газовыпускных трубопроводов главных двигателей:

м².

Площадь сечения газовыпускных трубопроводов вспомогательных двигателей:

м².

Площадь сечения газовыпускного трубопровода котла:

м².

7. Сопоставление показателей энергетической установки судна и проекта

Произведём сопоставление показателей ЭУ судна и проекта. Это удобно выполнить в табличной форме (табл. 7.1). Формулы представлены в разделе 1 курсового проекта.

Таблица 7.1

Сводная таблица показателей энергетических установок

В расчётах принимаем:

• скорость судна в полном грузу – 16,9 км/ч;

• сухая масса энергетической установки – 20 т;

• КПД реверс-редукторной передачи – 0,95.

Из расчётов видно, что КПД энергетического комплекса повысился на 6,46%.

Так как КПД энергетического комплекса повышается более чем на 5%, модернизацию энергетической установки проводить целесообразно.

Библиографический список

1. Грицай Л.Л. Справочник судового механика: в 2 т. М.: Транспорт, 1973.

2. Конаков Г.А., Васильев Б.В. Судовые энергетические установки и техническая эксплуатация флота. М.: Транспорт, 1980.

3. Справочник по серийным транспортным судам: в 8 т. М.: Транспорт, 1988.

4. Правила Речного Регистра РСФСР: в 3 т. М.: Транспорт, 1989.

5. Методические указания по курсовому проектированию по дисциплине “Судовые энергетические установки”. Специальность 140200. С-П.: ИПЦ СПбГУВК, 1997.

6. Методические указания по курсовому проектированию по дисциплине “Эксплуатация судовых энергетических установок”. Специальности 240500, 140200, 240200. С-П.: ИПЦ СПбГУВК, 2000.

7. Данные компьютерной сети Internet.

Введение

Современное развитие транспортного флота характеризуется созданием высокопроизводительных грузовых, буксирных и пассажирских судов; повышением их мощности и скорости хода; оборудованием высокоэффективными и экономичными механизмами, устройствами, системами, средствами автоматизации и механизации; стандартизацией и унификацией отдельных механизмов и судовых энергетических установок в целом.

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 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 и пассажиров; выполнение различных производственных операций на транспортных судах, судах технического флота и специального назначения.

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.

На речных транспортных судах новой постройки в качестве главных и вспомогательных двигателей устанавливают исключительно дизели.

На речном флоте в большинстве случаев в качестве главных применяют четырёхтактные дизели с наддувом, реверсивные среднеоборотные и нереверсивные повышенной оборотности.

В качестве вспомогательных 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.

Дальнейшее повышение экономичности судовых дизелей в основном должно происходить за счёт утилизации теплоты выпускных газов и охлаждающей дизель воды. Теплота, получаемая в утилизационном котле, работающем на выпускных газах, и охлаждающей дизель воды может быть использована в системе теплоснабжения судна или для получения искусственного холода. На теплоходах с большими агрегатными мощностями, работающих длительное время на постоянном режиме и потребляющих большое количество электроэнергии, пар, получаемый в утилизационных котлах, можно использовать в паровой турбине турбоэлектрогенератора.

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. Автоматизированные ДЭУ с безвахтенным обслуживаем получили широкое распространение на судах речного флота.

Sheet 1: Характеристики ГД

Sheet 2: ГД

Sheet 3: ДГ

Sheet 4: Данные

Санкт-Петербургский Государственный университет водных коммуникаций

Кафедра Судовых энергетических установок

Задание

на курсовой проект по дисциплине “Эксплуатация СЭУ”

(специальность – 240500)

студенту Жданову Д. А., группы СЭ-51, шифр 975134.

Тема курсового проекта:

Разработать проект модернизации ЭУ грузового судна с целью повышения его энергетической эффективности.

Исходные данные: проект 559Б.

Содержание

Расчётно-пояснительная записка – в объёме до 40 листов.

Состав записки:

титульный лист;

• задание на курсовой проект;

• оглавление;

• введение;

1. Анализ показателей судна и его энергетической установки;

2. Обоснование состава главной энергетической установки;

3. Обоснование эксплуатационных режимов работы главных двигателей СЭУ;

4. Выбор режима работы главных двигателей СЭУ;

5. Расчёт показателей вспомогательных двигателей СЭУ;

6. Расчёт систем энергетической установки;

7. Сопоставление показателей энергетической установки судна и проекта;

• библиографический список.

Графический материал – характеристики и графики изменения параметров главных и вспомогательных двигателей СЭУ.

Срок сдачи: 01 декабря 2001 г.

Руководитель: Недошивин А. И.

Оглавление

Оглавление 3

Введение 4

1. Анализ показателей судна и его энергетической установки 6

2. Обоснование состава главной энергетической установки 10

3. Обоснование эксплуатационных режимов работы главных двигателей СЭУ 12

4. Выбор режима работы главных двигателей СЭУ 15

5. Расчёт показателей вспомогательных двигателей СЭУ 18

6. Расчёт систем энергетической установки 21

6.1 Топливная система 22

6.2 Масляная система 26

6.3 Система водяного охлаждения 28

6.4 Система сжатого воздуха 30

6.5 Газовыпускная система 33

7. Сопоставление показателей энергетической установки судна и проекта 35

Библиографический список 36