Проект модернизации энергетической установки буксирного судна с целью повышения его тягового усилия

Анализ показателей судна и его энергетической эффективности

Обоснование выбора главной энергетической установки

Расчет вспомогательной котельной установки

Расчет систем энергетической установки

Комплектация судовой электростанции

Проектирование судового валопровода

Сопоставление показателей энергетических установок судна и проекта

Выводы

Библиографический список

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 ее потребителям.

Указанные виды энергии обеспечивают: движение судна с заданной скоростью; безопасность и надежность 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 (грузовые операции, перекачка жидких грузов, выемка грунта и т. д.)

В курсовом проекте нужно разработать проект модернизации энергетической установки буксирного судна с целью повышения его тягового усилия на 10%

Для этого необходимо заменить главные двигатели с более экономичными показателями, такими как расход топлива и масла. Соответственно после замены главных двигателей необходимо рассчитать и выбрать из каталогов необходимые котлы, дизель — генераторы, компрессоры, насосы и другое судовое оборудование.

После всех расчетов необходимо сравнить проекты до модернизации и после, и сделать заключение о правильности принятых в курсовой работе решений.

1. Анализ показателей судна и его энергетической установки

Таблица 1

Характеристика судна пр.749Б

Таблица 2

Характеристика основных элементов ЭУ судна пр.749Б

На основании данных табл.1 и 2 выполняется расчёт показателей установки судна (табл.3):

— эффективная мощность главной ЭУ, кВт:

где x и P_е — количество и номинальная эффективная мощность главного двигателя СЭУ в кВт;

— эноргооснащённость судна:

где Q — водоизмещение судна в полном грузу, т;

— энергонасыщённости по отношению к:

длине машинного отделения (МО):

площади МО:

где Р_в — мощность вспомогательных двигателей СЭУ, кВт;

L_МО и S_МО — длина в м. и площадь МО в м²;

— энергоёмкость работы судна:

где М_п=10Rt для буксиров-толкачей, гдеRt-тяговое усилие, Кн;

V — скорость судна в полном грузу (с составом), км/ч;

— удельная масса ЭУ, кг/кВт:

где G_МО — сухая масса энергетической установки, т;

— абсолютный коэффициент полезного действия (КПД) установки:

где Q_т — теплота, затрачиваемая на технологические нужды, которые определяются условиями транспортировки груза, кДж/ч;

B_у и Q_н — общий расход топлива на СЭУ в кг/ч и его низшая удельная теплота сгорания в кДж/кг;

— эффективное КПД установки:

где P_в и P_eb — мощность валогенератора и дизель-генератора, кВт;

b_e и b_eb — удельные эффективные расходы топлива главного и вспомогательного двигателей, кг/(кВтч);

Q_н и Q_нb — низшая удельная теплота сгорания топлива, применяемая главным и вспомогательным двигателями, кДж/кг;

_k=0,75−0,85 — КПД вспомогательного автономного котла;

x_b, x_k, x_в, x_у и x_д — количество дизель-генераторов, автономных котлов, валогенераторов, утилизационных котлов и других устройств, использующих теплоту отработавших газов и охлаждающей воды;

Q_k, Q_у и Q_др — теплопроизводительность вспомогательного автономного, утилизационного котла и других механизмов и устройств, использующих теплоту отработавших газов и охлаждающей воды, кДж/ч;

— КПД судового (пропульсивного) комплекса:

где _е — эффективный КПД главного двигателя;

_п — КПД главной передачи установки, принимаемой равной для прямой передачи 0,98−0,99;

_в и _пр — КПД валопровода (=0,98−0,99) и пропульсивный КПД движителя (_пр=0,5−0,6);

— КПД энергетического комплекса:

где _eb и _г — эффективный КПД вспомогательного двигателя и КПД электрогенератора;

В_k — расход топлива автономным котлом, кг/ч.

Таблица 3

Показатели ЭУ судна пр.749Б

В современных условиях совершенствование судовых энергетических установок осуществляется по следующим основным направлениям: повышение надёжности и безопасности установок, улучшение их энергетической эффективности и экологической чистоты. Предметом рассмотрения курсового проекта является главным образом энергетическая эффективность СЭУ. Кроме того, в качестве целевой установки могут выступать требования об изменении скорости движения или тягового усилия. В этих случаях требуемая мощность главной энергетической установки определяется на основе гидродинамического расчёта или приближено по формулам:

кВТ.

где Р_ут и Р_у — требуемая и существующая номинальная эффективная мощность главной энергетической установки судна. КВт;

R_tт и R_t — требуемое и существующее тяговое усилие, кН;

V_т и V — требуемая и существующая скорости движения судна с составом или в полном грузу, км/ч;

Для повышения энергетической эффективности установок могут предусматриваться:

— замена главных и вспомогательных двигателей на дизели с более низкими удельными расходами топлива и масла;

— замена вспомогательных утилизационных котлов на котлы большей производительности и эффективности;

— перевод главных двигателей и вспомогательных котлов на использование менее дефицитных топлив;

— использование валогенераторов;

— применение механизмов и устройств, использующих теплоту отработавших газов и охлаждающей воды: турбогенератора на судах мощностью более 1450 кВт, опреснительных и холодильных установок на крупных пассажирских судах, установок подогрева груза на танкерах.

2. Обоснование состава главной энергетической установки

При выборе главного двигателя исходными данными являются: мощность главной энергетической установки судна, а также количество и частота вращения движителей.

Выбранные двигатели сравниваем с установленными на судне по комплексному параметру качества:

где К_о — комплексный параметр качества дизеля;

— удельная мощность дизеля, кВт/ м³;

Р_е — номинальная эффективная мощность дизеля, кВт;

l, s и h — длина, ширина и высота дизеля в м;

p_max — максимальное значение удельной мощности среди рассматриваемых двигателей, кВт/м³;

— удельная масса дизеля, кг/кВт;

М — масса дизеля, кг;

m_min — минимальное значение удельной массы среди рассматриваемых двигателей, кг/кВт;

b_e — удельный эффективный расход топлива дизеля, кг/кВтч;

b_emin — минимальное значение удельного эффективного расхода топлива среди рассматриваемых двигателей, кг/кВтч;

b — удельный эффективный расход масла дизеля, кг/кВтч;

b_min — минимальное значение удельного эффективного расхода масла среди рассматриваемых двигателей, кг/кВтч;

r — ресурс дизеля до капитального ремонта, тыс.ч.;

r_max — максимальное значение ресурса среди рассматриваемых двигателей, тыс.ч.;

j — условный показатель рода топлива, используемого дизелем (для тяжёлого топлива j=1, а для лёгкого (дизельного) j=0);

— стоимость дизеля;

C_min — минимальное значение стоимости среди рассматриваемых двигателей;

a_i (i=1−7) — коэффициент весомости (a_i=1).

При выборе двигателей для крупных транспортных судо можно принимать

а₁=0,1; а₂=0,12; а₃=0,24; а₄=0,14; а₅=0,19; а₆=0,14; а₇=0,07)

Таблица 4

Сопоставление параметров судовых дизелей

В качестве главного двигателя судна выбираем дизель, имеющий наибольшее значение комплексного показателя качества:

6 ЧРН 36/45 Г-70

Номинальная мощность: 662кВт Частота вращения коленчатого вала: 375об/мин Удельный расход топлива (моторное):0,225кг/кВт ч Удельный расход масла: 0,0019 кг/кВт ч

Ресурс до капитального ремонта: 50 000 час.

Масса двигателя: 29 950 кг

Описание двигателя

1. Назначение дизеля — судовой главный.

2. Тип дизеля — четырехтактный, рядный, реверсивный, с газотурбинным надувом, конструкция дизеля предусматривает возможность установки на амортизаторы.

Способ соединения дизеля с гребным валом: непосредственный, фланцевый, жесткий или через высокоэластичную муфту. соединение дизеля с судовым валопроводом должно предусматривать наличие за маховиком (эластичной муфтой) проставочного вала с опорным подшипником и муфты, исключающей передачу осевого усилия валопровода на дизель. Упор от движителя должен восприниматься упорным подшипником валопровода.

3. Система пуска — сжатым воздухом.

4. Система охлаждения — водяная, двухконтурная, принудительная.

5. Система смазки дизеля — циркуляционная, под давлением, с «сухим» картером турбокомпрессором из системы смазки дизеля.

6. Дизель оборудован системой дистанционного автоматизированного управления

(ДАУ). Тип системы ДАУ — пневматическая. Управление дизелем: основное (из ходовой рубки) — дистанционное. Автоматизированное; местное (с поста на дизеле) — не автоматизированное.

7. Дизель автоматизирован по 1-ой степени автоматизации. Дизель оборудован системой автоматического регулирования частотой вращения (САРЧ), системами автоматического регулирования температуры охлаждающей воды и масла, дизельного и моторного топлива, системой аварийно-предупредительной сигнализации и защиты типа СПАС 30−7.

3. Расчёт вспомогательной котельной установки

Вспомогательные котельные установки являются наиболее распространёнными источниками теплоты на речных судах. Для удовлетворения потребности в теплоте в ходовом режиме на судах мощностью более 200 кВт, как правило, устанавливаются водогрейные или паровые утилизационные котлы, использующие теплоту выпускных газов главных двигателей. Потребность судна в теплоте на стоянках удовлетворяется автономными котлами, работающими на жидком топливе. Сорт топлива, используемого автономными котлами и главными двигателями, должен быть одинаковым.

Общее количество теплоты на судовые нужды складывается из расходов теплоты на отопление помещений, санитарно-бытовые нужды, а также подогрев топлива и масла в системах ЭУ.

Расход теплоты на отопление помещений Q_от в кДж/ч производится по следующей зависимости:

кДж/ч Расход теплоты на санитарно-бытовые нужды Q_сб в кДж/ч находится по выражению:

кДж/ч где q_вм — удельный расход теплоты на приготовление горячей мытьевой воды, принимаемый равным для буксиров-толкачей 1880…2720 кДж/чел.ч.

q_вп — удельный расход теплоты на приготовление кипячёной питьевой воды, принимаемый равным для буксиров-толкачей 400…420 кДж/чел.ч.

Расход теплоты на подогрев топлива, масла и другие технические нужды Q_пт в кДж/ч составляет:

кДж/ч Расход общего количества потребления теплоты для различных режимов движения судна производится в табличной форме.

Коэффициент загрузки потребителей в ходовом k_зх и стояночном k_зс режимах следует принимать 0,9−0,6, а коэффициент одновременности k_о принимают равным для ходового режима 0,8−0,9, для стояночного режима 0,7−0,8.

Количество теплоты Q_г в кДж/ч, которое отводится от двигателя выпускными газами и может быть использовано в утилизационном котле, определяется по формуле:

кДж/ч где q_г — удельная масса выпускных газов, принимаемая равной для четырёхтактных дизелей 6…7 кг/(кВтч);

С_р — массовая теплоёмкость газов, равная 1,05…1,13 кДж/(кгК);

t₁ — температура газов на входе в котёл, принимаемая равной 300…500 С;

t₂ — температура газов на выходе из котла, принимаемая равной для паровых котлов 220…250 С;

_г = 0,95 — коэффициент потери теплоты в окружающую среду.

Таблица 5

Расчёт количества потребляемой теплоты на судне

Производительность утилизационного котла выбирается по Q_х, если Q_г> Q_х, и по Q_г, если Q_гх.

Производительность автономных котлов Q_к должна быть достаточной для обеспечения потребности судна в любом режиме без работы утилизационных котлов. Поэтому вспомогательные автономные котлы выбираются по максимальному количеству потребной теплоты Q_х или Q_с.

Выбор котлов производится соответственно по их теплоили паропроизводительности.

Выбираем автономный котел КОАВ-40:теплопроизводительность168 000 кДж/ч; расход топлива 5,1кг/ч; мощность 0,8кВт где Q_а — потребное (или возможное для утилизационных котлов, если Q_гх) количество теплоты, кДж/ч;

i — разность энтальпий насыщенного пара и питательной воды, принимаемая равной 2200…2500 кДж/кг.

Выбираем утилизационный котел КАУ-1,7, теплопроизводительностью 170 000 кДж/ч.

4. Расчет 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.

Судовая часть топливной системы СЭУ предназначена для приёма, перекачивания, хранения, подготовки к использованию (очистки, подогрева высоковязкого топлива) и транспортировки топлива к потребителям. Она состоит из цистерн, топливоперекачивающих насосов, оборудования для подготовки топлива к использованию (фильтров, сепараторов, подогревателей) и систем трубопроводов с арматурой и контрольно-измерительными приборами (КИП).

Вместимость цистерн определяется:

— запасных для моторного топлива м³

для дизельного топлива:

м³

— расходных (расходно-отстойных) для главных двигателей, работающих на моторном топливе:

м³

— расходных для вспомогательных двигателей

м³

— расходных для вспомогательных автономных котлов м³

— сточной

м³

— аварийного запаса топлива

м³

где x, x_b и x_k — количество главных двигателей, вспомогательных двигателей и автономных котлов;

Pe, Pe_b и P — номинальные эффективные мощности главного двигателя, вспомогательного двигателя и суммарная мощность всех дизелей СЭУ, кВт;

b_e и b_eb — удельный эффективный расход топлива главного и вспомогательного двигателей, кг/(кВтч);

В_к — расход топлива автономного котла, кг/ч;

1,1 — коэффициент, учитывающий «мёртвый» запас топлива;

8, 12, 4 и 24 — регламентируемая продолжительность потребления топлива из соответствующих цистерн, ч.;

а_х — коэффициент ходового времени, принимаемый равным для сухогрузных судов — 0,6;

а_к — коэффициент использования автономного котла, принимаемый равным 0,2…0,3;

_а — продолжительность автономного плавания, ч.;

_т — плотность топлива, принимаемая равной для В соответствии с требованиями Правил Речного Регистра РФ подача Q_нт насоса для перекачивания топлива из запасных цистерн в расходные определяется:

м³/ч где V_рт — вместимость расходной цистерны, м³;

=0,5−1,0 ч. — время её заполнения.

Производительность сепаратора Q_ст определяется из условия очистки суточной потребности топлива за 8−12 ч.;

м³/ч Поверхность теплопередачи подогревателя топлива в м² определяется:

м²

где х_к — количество автономных котлов;

t_ТП — требуемое повышение температуры топлива, С;

k_ТП — общий коэффициент теплопередачи от воды к топливу, кВт/(м²К);

Среднелогарифмическая разность температур для противоточных топливоподогревателей, С:

t_вт` и t_вт`` - разность температур горячей воды и топлива на входе и выходе из подогревателя (С, С, С, С);

С_Т — теплоёмкость топлива (1,8−2 кДж/кгК).

Мощность, потребляемая топливоперекачивающим насосом:

кВт где к_з — коэффициент запаса мощности (для насосов малых мощностей до 4 кВт к_з=1,2−1,5);

з_нас = 0,38−0,45- кпд насоса (для шестеренных насосов);

р_Н — давление топливоперекачивающих насосов (2,5−5,0)· 10².

Выбираем насос марки ЭМН 10/1, номинальной мощностью на валу 1,1 кВт. Тип электродвигателя ПН-85 мощностью 5,35 кВт.

Выбираем сепаратор марки СЦ-1,5, производительностью 1,5 м³/ч. Тип электродвигателя П 40 м мощностью 2,8 кВт.

Выбираем два насоса марки1ВС-09, номинальной мощностью на валу 1,3кВт. Тип электродвигателя АО-32−2 мощностью 1,5кВт.

энергетический установка буксир генератор Принципиальная схема топливной системы:

1 — главные двигатели; 2 — автономный вспомогательный котел; 3 — фильтр; 4 -форсуночный насос; 5,6,7 — расходные цистерны для автономного котла, главных и вспомогательных дизелей; 8 — ручной насос; 9 — топливоперекачивающий насос; 10 — фильтр; 11 — палубная втулка; 12 — палубные наливные втулки; 13 — фильтр грубой очистки; 14 — цистерны основного запаса;15-сепаратор;16 — вспомогательные дизели; 17 — сточные цистерны;18-спаренные фильтры грубой очистки

Масляная система предназначена для приёма, хранения, очистки и подачи масла к потребителям. В её состав входят: цистерны, маслоперекачивающие насосы, оборудование для очистки (фильтры, сепараторы), подогреватели и система трубопроводов с арматурой и КИП.

Вместимость цистерн в м³ определяется:

— запасных

— циркуляционных (маслосборников) для тихоходных дизелей

м³

м³

— расходных (или сепарированного масла)

м³

м³

— сточных и отстойных

м³

где C_cir и C_cirb — удельные эффективные расходы масла главного и вспомогательного двигателей, кг/(кВтч);

а_м — удельная масса масла в сточных цистернах или картерах двигателей, принимаемая равной для тихоходных дизелей 2,95 кг/кВт;

_М — плотность масла, принимаемая равной 899 кг/м³;

V_ЦМГ и V_ЦМВ — суммарная вместимость маслосборников или картеров главных и вспомогательных двигателей, м³.

Подачи насосов в м³/ч определяются:

— циркуляционного

м³/ч

— маслоперекачивающего (для заполнения расходных цистерн)

м³/ч

м³/ч где а_тм — доля теплоты, отводимая маслом, принимаемая равной для тихоходных дизелей 0,05…0,07;

Q_Н — низшая удельная теплота сгорания топлива, принимаемая равной для моторного топлива 41 800 кДж/кг;

С_М — теплоёмкость масла, принимаемая равной 2…2,2 кДж/(кгК);

t_М — разность температур масла на входе и выходе из дизеля, принимаемая равной 6−12 С.

Производительность сепаратора Q_СМ определяется из условия обеспечения необходимой кратности очистки масла

м³/ч где 1,5…3,5 — кратность очистки масла (большие значения для тихоходных дизелей);

V_ЦМ — суммарная вместимость маслосборников главных и вспомогательных двигателей, м³;

_С — время работы сепаратора в сутки, равное 8−12 ч.

Мощность маслоперекачивающего насоса главного двигателя:

кВт Выбираем шестеренный насос марки РЗ — 3, с подачей Q=1,1 м³/ч. Тип электродвигателя АО — 41 — 4 с мощностью 2,8 кВт.

Выбираем сепаратор марки СЦ 1,5, производительностью 1,5 м³/ч. Тип электродвигателя АО-2−42−60М2 мощностью 3кВт. Подкачивающий и откачивающий шестеренные насосы марки РЗ — 3, с подачей Q=1,1 м³/ч. Тип электродвигателя АО — 41 — 4 с мощностью 2,8 кВт.

Принципиальная схема масляной системы ДЭУ:

1 — картер главных дизелей; 2 — маслосборник; 3 — отсасывающий насос; 4 — циркуляционный насос; 5 — фильтр грубой очистки;6 — терморегулятор; 7 — холодильник; 8 — картеры вспомогательных дизелей; 9 — палубные втулки;10 — наливные палубные втулки; 11 — запасная цистерна; 12 -резервный масляный насос; 13 — насос с ручным приводом; 14 — цистерны сепарированного масла; 15 — отстойная цистерна; 16 — насос сепаратора;1 7 — подогреватель масла;18 — насос сепаратора; 19 — сепаратор; 20 — сточная цистерна; 21 — змеевиковый подогреватель; 22 — упорные подшипники.

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

Подача насосов определяется:

— внутреннего контура

м³/ч

м³/ч

— внешнего контура

м³/ч

м³/ч где а_ТВ — доля теплоты, отводимая водой. Принимаем равной для тихоходных дизелей с наддувом 0,12…0,17;

С_В и С_З — теплоёмкости пресной воды внутреннего контура и забортной воды внешнего контура, равные 4,19 и 3,98 кДж/(кгК) соответственно;

_В и _З — плотности воды внутреннего контура и забортной воды, равные 1000 и 1020 кг/м³ соответственно;

t_В и t_З — разности температур воды во внутреннем контуре на выходе и входе в дизель и во внешнем контуре на выходе и входе в холодильник, принимаемые равными 10−12 С и 15−25 С соответственно.

В целях унификации обычно принимают Q_ВВ=Q_ВЗ.

Поверхность охлаждения водяного холодильника определяется:

м²

м²

где k_ТВ— общий коэффициент теплопередачи от воды к воде, равный для трубчатых холодильников 0,58…0,82 кВт/(м²К);

Среднелогарифмическая разность температур для противоточных холодильников, С:

где t_В` и t<sub>В</sub>`` - температуры воды во внутреннем контуре на выходе из дизеля и холодильника, принимаемые равными 75−90 С и 65−80 С соответственно (t<sub>В</sub>` =80и t_В``=70);

t_З` и t<sub>З</sub>`` - температура забортной воды на входе и выходе из водяного холодильника, принимаемые равными 30−32 С и 45−50 С соответственно (t<sub>З</sub>`=30 и t_З``=45). Мощность насоса для системы охлаждения главного двигателя

кВт Выбираем насос марки 3К-60, с подачей 30 м³/ч; мощность на валу насоса 8,5кВт, тип электродвигателя АО-62−2 мощностью 10кВт Мощность насоса для системы охлаждения вспомогательного двигателя кВт

кВт Выбираем насос марки1ВС-1,3 с подачей 3 м³/ч, мощность на валу насоса 0,59 кВт, тип электродвигателя АО-42−4 мощностью 2,8кВт.

Принципиальная схема системы водяного охлаждения ДЭУ:

1,2 — трубы; 3 — расширительная цистерна; 4,5 — трубопроводы для пополнения и слива воды при переполнении цистерн;6-трубопровод для отвода паров воды; 7 — трубопровод для слива воды за борт; 8 — терморегулятор; 9 — водяной холодильник;10-холодильник масла; 11 — компрессоры; 12 — холодильники надувочного воздуха; 13 — трубопровод циркуляции надувочного воздуха; 14 — водоподогреватель; 15 — трубопровод для слива воды в ящик забортной воды; 16,20 — ящики забортной воды; 17 — трубопровод подвода забортной воды; 18 — трубопровод для подачи воды в систему водоснабжения; 19 — парный фильтр; 21 — трубопровод; 22 — резервный насос; 23-трубопровод подвода забортной воды к насосу; 24-трубопровод масляной системы; 25,28-трубопроводы; 26-насос забортной воды;27-насос внутреннего контура; 29 — зарубашечное пространство дизеля; 30 — турбокомпрессор; 31 — смазочная система редуктора; 32 — трубопровод воды для охлаждения подшипников валопровода

Система сжатого воздуха предназначена для обеспечения пуска главных и вспомогательных двигателей, подачи звукового сигнала, подпитки пневмоцистерн и работы пневматических систем автоматического регулирования и управления. В её состав входят компрессоры, пусковые и тифонные баллоны, баллоны для технологических и хозяйственных нужд и система трубопроводов с арматурой и КИП.

Вместимость баллонов определяется:

— пусковых для главного двигателя:

м³

для вспомогательного двигателя:

м³

— для тифона

м³

где u_П — удельный расход свободного воздуха на 1 м³ объёма цилиндра дизелей при пуске, который составляет 8−10 м³/м³;

рабочий объём цилиндра, м³;

D и S — внутренний диаметр цилиндра и ход поршня, м;

z — число цилиндров двигателя;

П_р — число последовательных пусков и реверсов двигателя, принимаемое равным 6 для нереверсивных двигателей, 12 для реверсивных двигателей

p_о — давление окружающей среды, равное 0,098 МПа;

p₁ и p₂ — начальное давление воздуха в баллоне после его заполнения и нижний его предел, при котором ещё возможен пуск дизеля, принимаемые равными 3−6 МПа и 0,5−1,0 МПа соответственно;

k_н — коэффициент насыщения сигналами, принимаемый равным 0,128;

u_Т — расход тифоном свободного воздуха, принимаемый равным 1−6 м³/мин;

_с — продолжительность подачи сигнала, принимаемая равной для судна класса

p_Т1 и p_Т2 — начальное давление воздуха в баллоне после его заполнения и нижний его предел, при котором ещё возможна подача сигнала. Принимаемые равными 3 МПа и 0,5 МПа соответственно.

Количество пусковых баллонов для :

— главного двигателя принимаем 4 баллона для гл. двигателей

— вспомогательного двигателя принимаем 1 баллон для вспом. двигателей По Правилам Речного Регистра РФ число пусковых баллонов n=V_n/V должно быть не менее двух для каждого главного двигателя и одного — для вспомогательного двигателя, где V — ёмкость пускового баллона, м³, а компрессоров — не менее двух на судно (один может быть навешен на двигатель) с подачей каждого по свободному воздуху в м³/ч не менее:

м³/ч где _з — время заполнения баллонов, принимаемое равным 1 ч.

Выбираем два компрессора производительностью 30 м³/ч, потребляемая мощность 7,5кВт, тип электродвигателя АМ 62−4м мощностью 11кВт.

Система газовыпуска предназначена для отвода в атмосферу выпускных газов от главных и вспомогательных дизелей, котлов и камбуза.

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 F_Т в м² определяется:

м²

м²

м²

где В_У^ГД, В_У^ВД и В_К — часовой расход топлива главным, вспомогательным двигателем и автономным котлом, кг/ч;

— коэффициент избытка воздуха, принимаемый равным для малооборотных и среднеоборотных дизелей 1,8…2,1 и для автономных котлов — 1,2…1,3;

R — газовая постоянная продуктов сгорания, кДж/(кгК);

T — температура выпускных газов, принимаемая равной для дизелей 537…773 К, для автономных котлов — 423…573 К, для утилизационных котлов — 453…473 К;

V_Г — допустимая скорость движения газов в трубопроводе, принимаемая равной для четырёхтактных дизелей 30−45 м/с, для автономных котлов — 20−25 м/с;

р_Т — допустимое давление в трубопроводе, принимаемое равным (1,03…1,04)10² кПа.

Диаметры трубопроводов d в м:

м м

м

5. Комплектация судовой электростанции

При расчёте нагрузки судовой электростанции учитываются следующие коэффициенты:

— использования мощности электродвигателей потребителей где P_П и P_d — номинальные мощности потребителя и его электродвигателя, кВт;

— загрузки потребителя k_з (прил. 9[1]);

— одновременности работы потребителей где n_УР и n_У — количество одноимённых потребителей, работающих на режиме и установленных на судне;

— общей одновременности, который можно принимать равным:

для постоянно работающих потребителей К_о^с=0,9;

для периодически работающих потребителей К_о^п=0,6;

для эпизодически работающих потребителей К_о^э=0,3.

Потребляемая мощность одноимённых потребителей определяется:

— активная

кВт тоже на режиме

кВт

— реактивная

—, квар тоже на режиме, квар Суммарная мощность потребителей на режиме:

— постоянно работающих

активная (ходовой)

кВт активная (стояночный)

кВт активная (маневровый) активная (аварийный)

кВт реактивная (ходовой)

квар Реактивная (стояночный)

квар Реактивная (маневровый)

квар Реактивная (аварийный)

квар

— периодически работающих

активная (ходовой)

кВт Активная (стояночный)

кВт Активная (маневровый)

кВт Активная (аварийный)

кВт Реактивная (ходовой)

квар Реактивная (стояночный)

квар Реактивная (маневровый)

квар Реактивная (аварийный)

квар

— эпизодически работающих

активная (ходовой) Активная (стояночный) кВт Активная (маневровый) Активная (аварийный)

кВт реактивная (ходовой)

квар реактивная (стояночный)

квар реактивная (маневровый) реактивная (аварийный)

квар

— всех с учётом потерь в сети

активная (ходовой)

кВт Активная (стояночный)

кВт Активная (маневровый)

кВт Активная (аварийный)

кВт Реактивная (ходовой)

квар реактивная (стояночный)

квар реактивная (маневровый)

квар реактивная (аварийный)

квар где P_реж^с и Q_реж^с, P_реж^п и Q_реж^п, P_реж^э и Q_реж^э — суммы активной и реактивной мощности постоянно, периодически, эпизодически работающих на режиме групп потребителей, соответственно в кВт и квар.

Полная мощность на режиме, кВ· А:

Ходовой

кВ· А Стояночный

кВ· А Маневровый

кВ· А аварийный

кВ· А Выбираем два дизель-генератора ДГР 50М31 500

Марка дизеля: 6Ч 12/14

Номинальная мощность 50кВт;

Частота вращения колен. вала 1500мин^-1

Удельный расход топлива 0,269кг/кВт^.ч Удельный расход масла 0,002 кг/кВт^.ч Род топлива — дизельное.

6. Проектирование судового валопровода

По Правилам Регистра валы судовых валопроводов должны изготовляться из стальных поковок с временным сопротивлением 430−690 МПа. В качестве материала для валов можно использовать сталь Ст5 с временным сопротивлением _в=500−640 МПа и пределом текучести _т= 260−290 МПа.

Диаметры валов для СЭУ с 4^х-тактными главными двигателями должны быть не менее в мм:

— промежуточного d_пр и упорного d_у для судов классов мм принимаем =275мм

— упорного в районе упорного гребня мм принимаем =305 мм

— гребного мм принимаем 315 мм где Р_ПР — номинальная мощность, передаваемая промежуточным валом, кВт;

k_М — коэффициент, учитывающий неравномерность крутящего момента

n_ПР— номинальная частота вращения промежуточного вала, с^-1;

k_Г — коэффициент, принимаемый равным для валов без облицовки 10, — с облицовкой 7;

D_В — диаметр гребного винта, м.

Расчёт валов на прочность

Расчёт валов на прочность выполняется по приведённым напряжениям _п с помощью следующей формулы:

Расчет на прочность промежуточного вала:

кН

МПа;

кН^.м

МПа

МПа

МПа

МПа

Промежуточный вал удовлетворяет условию прочности

Расчет на прочность гребного вала

МПа

кН^.м

МПа

МПа

МПа

МПа

Гребной вал удовлетворяет условию прочности где — наибольшие нормальные напряжения сжатия, МПа;

— напряжения сжатия от упора движителя, МПа;

— наибольшие напряжения при изгибе, МПа;

— наибольшее напряжение при изгибе, МПа

К_з — запас прочности, принимаемый равным для промежуточного вала 2,8, а для гребного — 3,15;

— упор движителя, кН;

Р_ен — номинальная мощность главного двигателя, кВт;

Р_В — номинальная мощность, передаваемая валом, кВт;

n_В — номинальная частота вращения вала, с^-1;

d_В — диаметр рассчитываемого вала, м;

V — скорость судна, м/с;

— максимальный изгибающий момент на промежуточном валу в кНм при отсутствии на пролёту длиной l_о сосредоточенной нагрузки;

— максимальный изгибающий момент на гребном вале в кНм при расположении винта на консоли длиной l₂ в м.

Принципиальная схема передачи вращающего момента и мощности от главного двигателя к гребному винту

7. Сопоставление показателей энергетических установок судна и проекта

Для оценки правильности принятых в курсовом проекте решений производим сопоставление спроектированной и существующей установок.

Таблица 6

Сводная таблица показателей энергетических установок

Выводы

В результате расчетов был разработан проект модернизации энергетической установки буксира 749Б.

Для повышения тягового усилия судна на 10% пришлось заменить гл. двигатель 8НВД48 на 6ЧРН 36/45 в результате получили характеристики лучше чем у оригинала т. е.: расход топлива был 0,233 кг/кВт· ч, с новым двигателем-0,225 кг/кВт· ч. Переход с дизельного топлива на моторное хорош с экономической точки зрения. Так как было заменено вспомогательное оборудование, то потребности в Эл. Энергии тоже изменились, следовательно, заменили дизель-генераторы ДГ -50/1−1 на ДГР 50 М 3/1500,но расход топлива не изменился.

Автономный паровой котел КОВ-6 заменил на водогрейный КОАВ — 40, чем достиг экономию топлива (было-15 кг/ч, стало-5,1 кг/ч)

Утилизационный котел КУП-15/5 заменил на КАУ-1,7 так как количество отработавших газов изменилось в связи с заменой гл.двигателей.

Сравнение спроектированной и существующей установок показало, что у спроектированной установки показатели лучше (коэффициенты полезного действия), хотя и увеличилась сухая масса СЭУ

Библиографический список

Баёв А. С. Судовые энергетические установки. Методические указания по курсовому проектированию — СПб.: СПГУВК, 1997.

Конаков Г. А., Васильев Б. В. Судовые энергетические установки и техническая эксплуатация флота. Под общ. ред. Г. А. Конакова. Учебник для вузов водного транспорта — М.: Транспорт, 1980.