Расчет систем энергетических установок

Содержание Введение

1. Исходные данные

2. Выбор главных двигателей

3. Расчет элементов главной судовой передачи

4. Расчет валопровода

5. Расчёт систем энергетической установки

5.1 Топливная система

5.2 Масляная система

5.3 Система водяного охлаждения

5.4 Система сжатого воздуха

5.5 Газовыпускная система

6. Технико-экономические показатели Заключение Библиографический список

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 СЭУ 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 СЭУ, надёжная их эксплуатация и высокая производительность труда обслуживающего персонала обеспечиваются комплексной автоматизацией установки. Автоматизированные СЭУ с безвахтенным обслуживаем получили широкое распространение на судах речного флота.

1. Исходные данные Вариант _6__ Группа₂__ тип судна___грузовое__класс__0___автономность__10_сут__

Основные технические характеристики судна

По данным задания выбираем судна прототип:

Сухогрузный теплоход грузоподьемностью 1800 т. Класс «0» Проект №Р25Б

2. Выбор главных двигателей Гидродинамический расчет и выбор главной энергетической установки осуществляется в следующей последовательности:

определяются сопротивление воды движению судна R, кН:

R = (/2)s 2, (1)

где — безразмерный коэффициент сопротивления воды движению судна;

— плотность воды, т/м3;

s — площадь смоченной поверхности судна, рассчитанная по заданию, м2;

— скорость движения судна, м/с (для буксира-толкача скорость с составом).

В соответствии с принципом разделения полного сопротивления на составляющие безразмерный коэффициент сопротивления представляют в виде суммы коэффициентов

= ост + тр + шер + вн, (2)

дизельный энергетический топливный двигатель где ост — коэффициент остаточного сопротивления;

тр — коэффициент сопротивления трения;

шер — надбавка на шероховатость;

вн — надбавка на выступающие части.

Коэффициент по формуле (2) определяется по результатам модельных испытаний и эмпирическим формулам. Однако хорошую сходимость результатов расчета дает определение безразмерного коэффициента по судну прототипу, когда основные размеры судов отличаются не значительно /2/.

= 2 Pe xв п пр вл / (sпр 3)=2· 369·2·1·0,97/(1·1335·5,4 3)=0,0068 (3)

где Pe — эффективная мощность одного главного двигателя судна-прототипа, кВт;

xв — количество двигателей (движителей);

п, влКПД передачи и валопровода. Определяется с использованием приложения 5.

Принимаем:п=1, вл=0,97

пр — пропульсивный КПД;

sпр — смоченная поверхность судна-прототипа, смоченная поверхность рассчитывается два раза, сначала по судну-прототипу и подставляется в формулу (3), а потом по заданию и подставляется в формулу (1)

s = L (0.8 + 0.2)· (B + 2Tк) при 0,7 (4)

s = L (0.5 + 0.4) · (B +2Tк) при 0,7 (5)

Для катамаранных судов

S = 2L (1.36Tк +1.13 B) (6)

где L, B, Tк — длина, ширина и осадка кормой судна-прототипа, м;

— коэффициент водоизмещения.

Sпр = Lпр (0.8 + 0.2)· (Bпр + 2Tк)=96· (0,8·0,75+0,2) · (12,5+2·2,44)=1335м2

Для винтов без насадок пропульсивный КПД определяется:

пр =(1 — t)/(1 —) р (7)

где, t — коэффициенты попутного потока и засасывания;

для бортового винта:

= (0,55 — 0,2); t = 0,8 (1 + 0,25), (8)

для винта, расположенного в диаметральной плоскости:

= (0,5 — 0,05); t = 0,6(1 + 0,67) (9)

Определяем сопротивление воды движению судна:

R = (/2)s 2=0,0068· (½) · 1492·52=127кН Определяем коэффициент попутного потока:

= (0,5 — 0,05)=0,5· 0,84−0,05=0,37

Определяем коэффициент попутного потока:

t = 0,6(1 + 0,67)=0,6· 0,37·(1+0,67·0,37)=0,277

р — расчетный кпд винта; его значение снимают с корпусной диаграммы при диаметре Dв, шаге Hв, дисковом отношении O и относительно поступи р винта судна-прототипа.

р = р /(Dвnв) (10)

где nв — частота вращения движителя, с-1;

р — скорость поступательного перемещения винта, м/с;

р= (1 —)=5· (1−0,277)=3,6м/с (11)

Для винтов в направляющих насадках пропульсивный КПД пр = 0,92/(1 — в) к (12)

в = св (13)

где св = 0,6 — для бортовых винтов;

св = 0,5 — для винтов расположенных в диаметральной плоскости.

к — расчетный КПД комплекса винт-насадка. Его значение снимают аналогично р.

Если в задании даны размеры судна, отличающиеся от судна-прототипа, то вторично вычисляют его площадь смоченной поверхности по формулам (4,5,6) и потом вычисляют сопротивление воды движению судна по формуле (1).

Если по буксиру-толкачу указана его скорость движения легкачем, л, то сопротивление движению Rл находят по формуле (1) и пересчитывают на сопротивление воды его движению с составом Rс, кН

Rc = Rл (vп/vс)½

Найдя величину сопротивления воды движению судна при заданной скорости, расчеты первого этапа выбора главных двигателей и типа передачи выполняют в следующем порядке:

Определяют упор винта для самоходного судна, кН Рт = R/xв (1 — t)=127/(3(1−0,277))=58,6кН Для буксира-толкача, кН Рт = (Rл + Z) /xв (1 — t) = Rc /x (1 — t), (14)

где Rл — определяют по формуле (1);

Z — тяга на гаке при движении с составом на тросе или упор при толкании, кН.

Выбирают ряд значений диаметров винта четыре варианта между максимальными и минимальными.

Максимальный диаметр винта в метрах принимают

Dвmax = 0,82 Тк — одновальных установок и катамаранов;

Dвmax = 0,7 Тк — для двух вальных установок;

Dвmax = 0,75 Тк=0,752,9=2,2м — для трех вальных установок;

Dвmax = 1,15 Тк — для судов с туннельными обводами кормы.

Минимальный диаметр винта

Dвmin = 0,5Тк=0,52,9=1,45 м.

Принимаем: D2=1,7 м; D3=2м Для расчета в первом приближении принимают дисковые отношения =(0,5 0,58), число лопастей Z=4 или одинаковым с винтом судна-прототипа.

Для всех четырех вариантов рассчитывают коэффициент упора диаметра kd, частоту вращения nв, мощность, подведенную к винту, и эффективную мощность двигателя по формулам:

Kd = Dвр (15)

nв = 60р/(рDв) (16)

Рр = Рр/р (17)

Ре = Рр/(влп) (18)

где вл — КПД валопровода, см. приложение п — КПД передачи, см. приложение

p — КПД винта с диаграммы (для винтов в насадках к).

Расчеты сводим в табл. 3.1.

Таблица 3.1 Результаты гидродинамического расчета

По табл. 3.1 построить график зависимости частоты вращения от мощности и от диаметра гребного винта и на основании технико-экономического сравнения рассматриваемых вариантов передач выбрать главные двигатели.

р — относительная поступь (снимаемая с корпусной диаграммы), /4/.

График.1 — Зависимость частоты вращения от эффективной мощности двигателя и от диаметра гребного винта По данным таблицы строим график 1 — зависимость частоты вращения от эффективной мощности двигателя и от гребного винта. На основании технико-экономических показателей выбираем главный двигатель для судна. По графику видно (точка А), наиболее соответствует двигатель будет 6S350PN, с характеристиками Мощность двигателя — 500кВт Частота вращения коленчатого вала — 375 об/мин При установке такого двигателя диаметр винта будет равен Д=2,17 м, а также запас мощности составит 15 кВт.

3. Расчет элементов главной судовой передачи

3.1 Выбор элементов передачи В соответствии с принятым или рекомендуемым в задании типом передачи разрабатывают схему с указанием ее элементов от главного двигателя до движителя. На схеме передачи указывают основные части валопровода (опору в кронштейне с концевым подшипником, тормоз, жесткие компенсирующие муфты). В случае отбора мощности на валогенератор, его привод должен быть указан на схеме. Эта схема является основанием для разработки передачи на чертеже машинного помещения.

При выборе отдельного редуктора или реверс редуктора указывают его марку и передаточное число.

В качестве опорных и упорных подшипников валопровода на судах речного флота применяют преимущественно подшипники качения.

Опорные подшипники подбирают по соответствующим Государственным стандартам и нормам. Величина допускаемых расстояний между опорными подшипниками не должны превышать для валов диаметром 60 мм — 2,5 м; 80мм — 3 м; 100 мм — 4 м. Для валов других диаметров они определяются расчетом (lвп = 0,125м· d), где d — диаметр вала, см; lвп — длина вала, м). Для расчета упорного подшипника принимают

P = 0,6Pк где Рк — упор комплекса (если винт в насадке).

3.2 Расчет валопровода Расчеты диаметров валов по формулам, приведенным в настоящей главе, являются предварительными, поскольку размеры всех элементов валопровода после формирования крутильной схемы должны быть уточнены по результатам расчета напряжений от крутильных колебаний, в том числе на режимах, соответствующих частотам вращения, запретным для длительной работы.

В случае, когда вследствие особой геометрии элементов валопровода определение диаметров валов с помощью формулы /4.2.1/ невозможно, в Речной Регистр должны быть представлены специальные расчеты прочности.

Диаметр промежуточного, упорного или гребного вала, должен быть не менее определяемого по формуле, мм.:

/4.2.1/

где Rm — временное сопротивление материала вала, МПа. Формула /4.2.1/ достоверна при Rm = 400ч600 МПа, в случае Rm > 600 МПа в формулу следует подставлять Rm = 600 МПа;

k — коэффициент:

для промежуточных валов с коваными фланцами или фланцевыми бесшпоночными муфтами k = 130;

для промежуточных валов со шпоночными муфтами k = 140;

для упорных валов в подшипниках качения k = 142;

для гребных валов на расстоянии не более 4-х диаметров гребного вала от носового торца ступицы гребного винта k = 160;

для гребных валов на расстоянии более 4-х диаметров гребного вала от носового торца ступицы гребного винта k = 150;

СEW — коэффициент усиления:

для судов без ледового усиления СEW = 1,0;

для судов, предназначенных для плавания в битом льду, СEW = 1,05;

для ледоколов и судов ледокольного типа СEW = 1,07;

Р — расчетная мощность, передаваемая валом, кВт;

n — расчетная частота вращения, мин-1;

di — диаметр осевого отверстия вала, мм, если этот диаметр меньше или равен 0,4dr, то можно принять di = 0;

dr — действительный диаметр вала, мм.

Диаметр носовой части гребного вала на участке от дейдвудного сальника до фланца или муфты может быть постепенно уменьшен до значения, равного 1,05 диаметра промежуточного вала. Участки гребного вала, имеющие контакт с водой, в случае, когда вал не имеет сплошной облицовки или другой эффективной антикоррозионной защиты, должны иметь наружный диаметр, который на 5% больше определенного с помощью формулы /4.2.1/.

В качестве движителя выбираем открытый гребной винт из-за высокого КПД по сравнению с другими типами движителей и простоты обслуживания. Обоснование выбора приведено в курсовом проекте по ОК. Проектируемое судно по типу судов, относится к судам транспортного флота, для которых более характерны установившиеся режимы плавания. К наиболее важным требованиям энергетических установок таких судов относят: простоту, компактность, высокую надежность и экономичность.

Приближенные значения КПД передачи л, валопровода вп и главной передачи гл

Одновременно, повышенные требования на маневренность, достижение больших тяговых усилий при пониженных оборотах гребного вала отходят на второй план. Поэтому для судов данного типа целесообразно применить прямую или редукторную передачу.

Использование прямой передачи наиболее рационально в сочетании с малооборотными двигателями при частоте вращения винтов до 200 об/мин.

Зубчатая передача применяется в тех случаях, если для проектируемого судна применение прямой передачи невозможно или экономически невыгодно.

относительно малые потери передаваемой мощности компактность высокая надежность простота реализации отбора мощности для привода в действие валогенераторов и других механизмов недопустимо разобщение двигателя и валопровода С учетом выше изложенного предварительно выбирается прямая передача.

4. Расчет валопровода При проектировании судового валопровода дизельной установки в соответствии с требованиями Правил Морского Регистра, производим определение основных размеров валопровода.

Так как рассчитываемый танкер имеет кормовое расположение МО, то промежуточный вал не требуется, а его расчет нужен лишь для расчета других валов.

1. Диаметр промежуточного вала dпр должен быть не менее:

dпр = L (N (1+k)/n)1/3 = 26.1 (1500 (1+0,34 (1,85−1))/8,5)1/3 = 133 мм.

где L = 26.1 — коэффициент для валов морских судов;

Nноминальная мощность, предаваемая промежуточным валом от ГД, N = 500 кВт;

nноминальная частота вращения промежуточного вала, n = 8,5 1/сек;

k = q (a-1) — коэффициент для дизельных установок;

q = 0,34 — коэффициент для установок с четырехтактными дизелями;

a = 1,85 коэффициент для четырех цилиндровых установок.

Найденное значение округляем в большую сторону до значений, установленных действующим стандартом и принимаем диаметр промежуточного вала равным dпр = 140 мм.

2. Диаметр упорного вала dуп в районе упорного гребня должен превосходить диаметр принятого промежуточного вала не менее чем на 10%: dуп = 160 мм, а вне упорного подшипник может быть уменьшен до диаметра промежуточного вала.

3. Диаметр гребного вала dг должен быть не менее определяемого по формуле

dг = 1.1dпр+kDв, где dпр — диаметр промежуточного вала, мм; k = 7 — для вала со сплошной облицовкой и для вала без облицовки с масляной смазкой дейдвудных подшипников; k = 10 — для вала без сплошной облицовки; Dв — диаметр гребного винта, м

dг = 1.1140+102,17 = 176 мм

4. Материал валов.

Промежуточные, упорные и гребные валы должны выполнятся из стали с временным сопротивлением более 430.690 МПа.

Диаметр вала изготовляемого из стали 430 МПа, может быть найден по формуле где d — уменьшенный диаметр вала, мм; d0 — диаметр вала определенный по пунктам 1,2 и 3, мм; Rm — временное сопротивление материала вала, МПа.

Принято d = 190 мм.

5. Отверстия и вырезы в валах нормируются следующим образом:

— диаметр осевого отверстия в полом валу не должен превышать 0.4 от его наружного диаметра;

— в случае выполнения в валу радиального отверстия диаметр вала должен быть увеличен на 20% по длине не менее семи диаметров отверстия. При это отверстие должно находится в середине длины утолщенной части.

— диаметр вала, в котором выполнен продольный вырез, должен быть не менее

d 1.2d0+0,114(1.5l+b), мм, где d — увеличенный диаметр вала, мм; d0 — расчетный диаметр, мм; l — полная длина выреза, мм; вширина выреза, мм, должна быть не менее 0.1d0, но и не более 0,25d0.

5. 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 для данных систем.

Назначение систем СЭУ:

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

Масляная система — предназначена для приёма, хранения, очистки и подачи масла к потребителям;

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;

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

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

5.1 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 10С 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/(кВтч);

— 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.

5.2 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/(кВтч);

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.

5.3 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/(кгК) — 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.

5.4 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 90С. 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.

5.5 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 60С.

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/(кгК) — 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.

6. Технико-экономические показатели Тепловая экономичность СЭУ оценивается по ее КПД — у у = (3600Реу)/(Ву Qнр),

где Реу — мощность главных, вспомогательных дизелей и котлоагрегатов, кВт;

Ву — часовой расход топлива этим механизмами, кг/ч

Qнр — низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг.

КПД судового комплекса ск определяется ск = (3600 xвРт)/(Bгд Qнр),

где xв — количество движителей;

Рт — полезная тяга гребного винта (упор винта), кН;

— скорость судна, м/с;

Bгд — часовой расход топлива главными двигателями;

Qнр — низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг Коэффициент полезного действия судового комплекса водоизмещающих судов находится в пределах: ск = 0,18 — 0,26.

Заключение

Курсовой проект имеет цель закрепления и обобщения теоретических знаний, полученных студентами при изучении дисциплины «Судовые энергетические установки», дать практические навыки проектирования судовой энергетической установки на стадии эскизного проекта для заданного типа судна. Курсовой проект включает в себя пояснительную записку с расчетами, обосновывающими выбор основных механизмов машинного отделения, чертежей, схем и графиков.

Библиографический список

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

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

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

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

Беспалов В. И. Судовые энергетические установки: конспект лекций для студентов очного и заочного обучения специальности «Эксплуатация судовых энергетических установок». / В. И. Беспалов, В. В. Колыванов. — Н. Новгород: Изд-во ФБОУ ВПО «ВГАВТ», 2012. — 108 с.

Данные компьютерной сети Internet.

Руководство по расчету и проектированию гребных винтов судов внутреннего плавания.

Правила классификации и постройки судов внутреннего плавания (Речной Регистр). 2008. — том.3.

Хряпченко А. С. Судовые вспомогательные и утилизационные котлы. Учебное пособие. Изд. 2-е переработ. и дополн. — Л. :Судостроение, 1998. — 296 с.