Проект судовой энергетической установки

- 0,75...0,82 при паровом подогреве без возврата конденсата;

- 0,90...0,92 - с возвратом конденсата; = 0,95 - для электроподогревателей.

Поток теплоты определяется по формуле

где k_w, k_в - коэффициенты теплопередачи соответственно от нефтепродукта к воде и окружающему воздуху,

кВт/(м²·К); t_w, t_в - температуры окружающей среды (соответственно воды и воздуха), как и ранее, она принимается минимальной в условиях эксплуатации данного судна, °С; - площади поверхностей охлаждения, граничащие соответственно с водой и воздухом, м².

Рекомендуемые для расчета коэффициенты теплопередачи при охлаждении нефтепродукта в корпусе судна приведены в табл. 1.

Таблица 1

Тип обшивки бортов и днища	kw,	kв
Одинарная	0,0062	0,0036
Двойная	0,0024	0,0035

Площади поверхностей охлаждения в м² принимаются пропорционально грузоподъемности судна:

F_w = (0,30...0,35) G и F_в = (0,25...0,30) G,

где G - грузоподъемность танкера, т.

Расчёт общего потока теплоты, потребного на судне, производится в табличной форме (табл. 2). В таблице загрузки для всех потребителей теплоты в ходовом и стояночном режимах коэффициент k_з = 0,5...0,9.

При расчете фактического потока теплоты учитывается коэффициент запаса k_с = 1,1 и коэффициент одновременности , который принимается равным для ходового режима 0,8...0,9, а для стояночного - 0,7...0,8.

Фактический потребный поток теплоты в ходовом режиме

Q_х = k_c k_o ?Q_oх;

в стояночном режиме

Q_c = k_ck_o?Q_oc.

По общей величине потока теплоты, потребляемой на судне, производят расчет мощности источников теплоты и их подбор. В качестве источника теплоты на судах используются утилизационные котлы, автономные котлоагрегаты и калориферы.

Максимальный поток теплоты выпускных газов

Q_ук, кВт, который может быть утилизирован, определяется по формуле, кВт,

где - доля теплоты, приходящаяся на выпускные газы:

; - коэффициент, учитывающий потери теплоты в окружающую среду и загрузку ДВС;

- низшая рабочая теплота сгорания топлива, кДж/кг;

- минимальная температура выпускных газов УК и температура воздуха внутри машинного помещения;

- коэффициент избытка воздуха ДВС ( для СОД и для ВОД);

- теоретическое количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива, кг/кг;

- удельная теплоёмкость газов, кДж/кг·К;

- удельный расход топлива ДВС, кг/кВт·ч;

- суммарная мощность главных двигателей, кВт.

Если Q_ук >, то мощность утилизационного котла принимается равной.

Если Q_ук <, то мощность утилизационного котла принимается равной Q_ук и недостающая часть теплоты на ходовом режиме обеспечивается работой автономного котлоагрегата.

Мощность автономного котлоагрегата должна быть достаточной для обеспечения всех нужд судна в теплоте при любом режиме работы утилизационного котла, следовательно, он должен быть выбран по максимальной величине из двух определенных с помощью таблицы фактически потребных потоков энергии, т. е., или по, или по .

Таблица 2

Потребители теплоты	Максимальный поток теплоты	Режим работы судна
		Ходовой	Стояночный
		Коэф-т загрузки kз	Потребный поток энергии	Коэф-т загрузки, kз	Потребный поток энергии
Отопление
Приготовление горячей воды
Подогрев топлива, масла и пр. нужды
Итого:			?Qох		?Qос

В зависимости от принятой схемы снабжения судна теплотой из соответствующего источника по величине теплового потока подбирают автономные и утилизационные котлы. Производительность котлов по теплоносителю в кг/ч определяют по уравнению

D_к=3600Q_к/?h,

где Q_к- тепловой поток котла, кВт;

?h - прирост энтальпии пара (воды) в котле, кДж/кг.

На судах мощностью свыше 1450 кВт следует рассмотреть возможность установки турбогенератора, работающего в ходовом режиме от утилизационных котлов. В этом случае утилизационные и автономные котлы должны быть паровыми, а автономный котёл при этом выбирают без учёта потребления пара турбогенератором. Количество пара, которое необходимо для работы турбогенератора, подсчитывают по его удельному расходу на 1 кВт выработанной энергии, составляющему 11…13 кг/(кВт·ч). Давление пара в котле принимают равным (6…9)10² кПа.

3.3 Выбор оборудования и устройств систем СЭУ

Основой для выбора оборудования и устройств систем СЭУ является:

- тип и мощность главных двигателей, расходы топлива и масла;

- габариты отсека МКО, принципы размещения основного оборудования;

- виды комплектации оборудования (агрегаты, блоки, модули);

- параметры рабочих сред;

- условия эксплуатации установки;

-состав вспомогательного комплекса (автономные и утилизационные котлы, водоопреснительная установка, СЭС).

В определение параметров оборудования входят расчеты подачи насосов и мощности их приводов, а также площади поверхности теплообменных аппаратов.

Трубопроводы являются элементами СЭУ, по которым производится транспортировка рабочих сред к потребителям пропульсивной установки и общесудовым потребителям. Трубопроводы систем СЭУ выполняются из стандартных элементов, регламентированных ГОСТ, ОСТ и ОН. Характеристикой любого трубопровода является условный проход, который однозначно связан с размерами всех входящих в него элементов. Основой для выбора материала для трубопроводов служит условное давление и температура рабочей среды.

Основными для СЭУ являются системы сжатого воздуха, охлаждения, масляная, топливная и газовыпуска .

Последовательность проектирования и объем работы на каждом этапе приведены ниже.

1. Разрабатывают принципиальные схемы каждой системы главной и вспомогательной энергетических установок с учетом требований надежности, живучести и удобства эксплуатации, предусмотренных Правилами Регистра. Схему вычерчивают в одну линию без соблюдения масштаба, лучше это сделать на плане машинного отделения. Взаимное расположение механизмов и оборудования принимается близким к фактическому его размещению на судне.

В разработанной схеме должны быть предусмотрены все необходимые механизмы, оборудование и емкости, которые подлежат дальнейшему расчету.

2. Производят расчет параметров механизмов, объемов цистерн и другого оборудования входящего в состав систем.

3. На основании расчета выбирают по каталогам комплектующее оборудование с оптимальными показателями по КПД, массе и габаритам.

3.3.1 Система сжатого воздуха

Система обеспечивает сжатым воздухом необходимого давления пуск и реверс главных двигателей, пуск вспомогательных двигателей, работу пневматических систем автоматики и управления, работу приборов звуковой сигнализации, продувку кингстонов, работу пневматического инструмента и другие общесудовые и специальные нужды.

Прежде чем приступить к расчёту и выбору механизмов, необходимо дать краткое описание системы с указанием ее назначения, состава оборудования и его характеристик (баллоны пусковые и тифонные, компрессоры, воздухоочистители), давление воздуха в системе, материала труб и арматуры. Далее производится определение емкости пусковых баллонов из условия обеспечения необходимого числа пуска двигателей в соответствии с требованиями Правил Регистра. Расход воздуха на пуск двигателя и минимальное пусковое давление сжатого воздуха принимают по техническим условиям на заданный двигатель. Давление сжатого воздуха в пусковых баллонах рекомендуется принимать для МОД и СОД - 2,5…3 МПа, для ВОД - до 7,5 МПа. В некоторых случаях в установках с МОД и СОД давление доводят до 6…7,5 МПа. Это позволяет уменьшить габариты баллонов. В тех случаях, когда вспомогательные двигатели имеют электростартёрный запуск, ёмкость пусковых баллонов рассчитывается только на пуск главных двигателей. Число баллонов для пуска главных двигателей должно быть не менее двух с равной ёмкостью.

Суммарную ёмкость баллонов определяют по формуле

м³,

где v - расход пускового воздуха на м³ объема цилиндра двигателя, который составляет 6…9 м³/м³;

- рабочий объём цилиндра двигателя (D_ц - диаметр цилиндра, м;

S - ход поршня, м);

z - число цилиндров двигателя;

n - число двигателей, учитываемых в расчете;

m - число последовательных пусков, принимаемое равным для двигателей: главных реверсивных - 12, вспомогательных и главных нереверсивных - 6;

P_o - давление окружающей среды, МПа; P - принятое рабочее давление в баллонах, МПа;

P_min - минимальное давление, при котором возможен запуск двигателя, в установках с МОД и СОД принимают P_min =1…1,5 МПа, для установок с ВОД значение P_min может доходить до 2,5 МПа.

Необходимая ёмкость пусковых баллонов для вспомогательных двигателей находится по формуле, как и для главных двигателей.

Объём тифонных баллонов определяют по формуле

м³,

где v_н - расход свободного воздуха тифоном, зависящий от условного прохода тифона, давления воздуха и тона звука, v_н = 1...7 м³/мин;

ф - время подачи сигнала без пополнения баллона,

ф_о =10 мин;

Р_2т - минимальное давление в тифонном баллоне, равное 0,5 МПа;

Р_1т - начальное давление в тифонном баллоне, принимаемое для большинства судов 3 МПа.

Характеристики применяемых на судах тифонов приведены в табл. 3.

Общая емкость баллонов для тифона и хозяйственных нужд по опытным данным, в зависимости от размеров судна, составляет на малых судах 0,2…2м³, средних 3…5м³ и крупнотоннажных до 10м³.

После выбора характеристик по табл. 1 и произведения соответствующих расчетов выбирается тифонный баллон и приводятся его основные характеристики.

Подача компрессора из условия заполнения пусковых баллонов в течение времени 1 ч от P_min, при котором возможен последний пуск и маневр, до рабочего давления P:

м³/ч,

где - суммарный объем пусковых баллонов главного двигателя, м³.

Если в установке имеется больше двух компрессоров, их суммарная подача должна быть достаточной для заполнения в течение 0,5 ч всех баллонов от P_min до рабочего Р.

Таблица 3

Типы судов	Условный проход, мм	Тон звука	Условное давление, МПа	Расход свободного воздуха
Малые речные и СПК Речные толкачи, грузовые и крупные пассажирские Мелкие и средние морские Крупные морские	10 15 25 32	Альт Тенор Баритон Бас	0,4 0,4 0,4 0,4	1 3 6 7

3.3.2 Система охлаждения

Прежде чем приступить к расчету, нужно дать краткое описание системы: назначение, состав оборудования (донная арматура, фильтры, насосы, холодильники, расширительные бачки и др.), тип системы охлаждения, материал труб и арматуры, контрольно-измерительные приборы, способ охлаждения автономных компрессоров и дейдвудных подшипников.

В машинном отделении должно быть не менее двух приемных кингстонов. Причем один кингстон устанавливают на днище судна, а другой на борту или на ящике забортной воды. Кингстоны соединяют между собой и воду отбирают от соединительной перемычки. На линии охлаждающей воды устанавливают парные фильтры. Насосы пресной (внутреннего контура) и забортной воды, также холодильник на судах речного флота обычно навешены на двигатель, поэтому их не рассчитывают и не выбирают. На судах морского флота эти насосы обычно автономные, и в этом случае необходимо определить потребную подачу и выбрать насос.

Подачу насоса пресной (внутреннего контура) воды определяют по формуле:

, м³/с,

где k_З - коэффициент запаса подачи, k_З = 1,2…1,3;

a - доля теплоты, отводимая пресной (внутреннего контура) водой от всего количества теплоты, введенного с топливом, определяемая по формуле: ;

- плотность воды, равная 1000 кг/м³;

c - теплоемкость пресной воды, равная 4,19 кДж/кг·К;

Дt - разность температур воды на входе и выходе из двигателя, принимаемая 10…12^оС.

Подача насоса забортной воды рассчитывается по формуле

, м/c,

где - коэффициент запаса, учитывающий расход забортной воды на охлаждение компрессоров, дейдвудных подшипников и т.д., равный 1,4...1,5;

а_м - доля теплоты, отводимая с маслом, рассчитанная по формуле: ;

- теплоемкость забортной воды. Если вода соленая, то её можно принять в среднем равной

3,98 кДж/кг·К; Дt - расчётный перепад температуры забортной воды, равный 15...20°С.

С целью унификации насосы пресной и забортной воды рекомендуется принимать с одинаковой подачей. Необходимый напор насосов должен быть не менее 0,2…0,3 МПа.

Мощность, кВт, потребляемая насосом:

где Q - подача насоса, м³/с;

Р - давление, кПа;

з_н - КПД насоса;

k- коэффициент запаса мощности, равный 1,3…1,5 при мощности электродвигателя до 4 кВт и 1,1…1,2 при мощности свыше 4 кВт;

Поверхность охлаждения холодильника системы охлаждения определяется по формуле

, м²,

где k - общий коэффициент теплопередачи, который составляет для холодильника без турбулизаторов: трубчатый с d = 10…15 мм k =1,4 кВт/м²К, трубчатый с d < 10 мм k =3 кВт/м²К; с турбулизаторами в круглых трубках или плоскими трубками кВт/м²К;

Дt_ср- средняя разность температур:

,

при ; ^oC,

где - температура пресной (внутреннего контура) воды на выходе из двигателя, равная 60…65°С для МОД и 75…90°С для СОД и ВОД;

- температура пресной (внутреннего контура) воды за холодильником, принимаемая на 8…10°С меньше температуры за двигателем;

- температура забортной воды перед водяным холодильником равная 33…35°С (после масляного холодильника);

- температура забортной воды после водяного холодильника, равная, 45…50^oС.

3.3.3 Масляная система

Приступая к расчету, вначале необходимо дать описание системы с указанием назначения системы, состава оборудования (перечислить расходные, циркуляционные, масляные цистерны, насосы, сепараторы, цистерны отработавшего масла, холодильники, фильтры, терморегуляторы и др.). Затем указываются тип системы смазки - с «сухим» или «мокрым» картером, количество и марка масла в системе, срок службы масла главных и вспомогательных дизелей, материал труб и арматуры, контрольно-измерительные приборы. Все эти данные можно взять из технических условий на поставку главных и вспомогательных дизелей или в инструкциях по эксплуатации.

Оборудование масляной системы, относящееся непосредственно к двигателю, т.е. навешенное на него, не рассчитывают, но указывают при его описании.

Далее определяются параметры комплектующего оборудования.

По назначению масляные насосы могут быть: перекачивающие, циркуляционные (нагнетательные и откачивающие) и прокачивающие (для прокачки двигателя перед пуском).

Перекачивающие насосы служат для перекачки масла из одной емкости в другую. Подачу такого насоса м/с, выбирают, исходя из необходимого времени перекачки требуемого объема масла:

,

где V - объем масла, м³; ф - время перекачки, которое может быть принято равным 0,5…1 ч., но не должно превышать 3 ч.; k - коэффициент запаса по подаче, равный 1,15…1,18.

Как правило, подача циркуляционных насосов определяется заводом и в проекте не рассчитывается. При отсутствии данных о подаче насоса она определяется в зависимости от общего количества теплоты, которую необходимо отвести.

Подача масляного насоса Q_м, м³/ч, определится по формуле

где = 830…850 кг/м³ - плотность масла;

- теплоемкость масла, кДж/кг К;

- температурный перепад масла в масляном холодильнике, ^OC.

Подача откачивающих масляных насосов принимается в 2…2,5 раза выше, чем подача нагнетательного, но при меньшем давлении (не более 0,1…0,15 МПа).

Мощность, потребляемая насосом, определяется аналогично мощности насоса системы охлаждения. Напор циркуляционного масляного насоса H_нц для МОД составляет 0,2…0,3 МПа, для СОД - 0,3…0,5 МПа и для ВОД - 0,4…1,2 МПа.

Для предпусковой прокачки двигателя маслом ставят ручной или электронасос с небольшой подачей. Циркуляционные цистерны заполняются маслом также с помощью ручного насоса.

Для очистки масла в систему включается сепаратор. Производительность сепаратора Q_v, м³/ч, выбирают из расчета возможности пропустить за 1...3 ч все масло циркуляционной системы. Она определяется по формуле

,

где V_мц - объем масла в циркуляционной системе, м³;

ф = 1…3 ч - время прокачки.

Число сепараторов принимают равным 1-2 в зависимости от их производительности. Для сбора отходов сепарации должна быть предусмотрена цистерна грязного масла.

Масляные холодильники, как правило, поставляются с двигателем. При необходимости выбора холодильника его поверхность охлаждения F, м², определяют по формуле

где k - общий коэффициент теплопередачи, который составляет без турбулизатора 0,07…0,95 кВт/м²К, а для холодильника с турбулизатором 0,35…1,17 кВт/м²К;

Дt_ср - средняя разность температур масла и воды:

^оС,

здесь - температура масла перед и за холодильником, принимается соответственно 45…55^оС и 35…40^оС;

- температура забортной воды перед и за холодильником, принимается соответственно 28… 30°С и 33...35^оС, если несколько холодильников включено последовательно ^ОС.

Суммарное количество масла, заливаемое в картер главных и вспомогательных двигателей, оценивают по формуле

где с_м - плотность масла, можно принять с_м= 900 кг/м³;

ёмкость маслосборника главного двигателя, м³;

k - количество главных двигателей;

k' - количество вспомогательных двигателей;

k- коэффициент, учитывающий "мертвый запас",

Объём сточно-циркуляционной цистерны принимают на 40…50% больше хранящегося масла. Это объясняется тем, что масло в цистерну поступает нагретым и вспененным, и поэтому цистерна заполняется обычно не более чем на 0,7...0,8 высоты. Объём сточно-циркуляционной цистерны определяют по формуле

где Q_v - подача насоса, м³/с;

z - кратность циркуляции масла для МОД равна 4…15, для СОД - 23…60, для ВОД - 75…100, для редукторов - 5…15, для газотурбонагнетателей - 7...12;

k =1,05...1,07 - коэффициент, учитывающий "мертвый" запас.

Объем цистерн расходных или сепарированного масла определяют по формуле

, м³.

3.3.4 Топливная система

Вначале дается краткое описание системы с указанием: назначения системы, сорта топлива (марка, ГОСТ), используемого для главных, вспомогательных двигателей и автономных котлов, состава оборудования (отстойные, расходные и утечного топлива цистерны, дежурно-топливные и топливоперекачивающие насосы, сепаратора и т. д.). Указывается материал труб и арматуры, контрольно-измерительные приборы.

Далее определяют параметры комплектующего оборудования.

Подача насосов системы в общем случае определяется по выражению

, м³/ч,

где V - объем топлива, который необходимо перекачать на номинальном режиме работы установки, м³;

ф - время, в течение которого необходимо перекачать заданный объем, ч; i - число одновременно действующих насосов; k = 1,15…1,18 - коэффициент запаса по подаче.

Мощность, потребляемая насосом, определяется аналогично мощности насоса системы охлаждения. При определении параметров топливоперекачивающего насоса принимается, что подача насоса должна быть такой, чтобы обеспечить откачку топлива, из наибольшей по объему цистерны основного запаса V_оз , м³, за время

= 2...4 часа. В то же время насос должен обеспечить перекачку не менее суточного расхода топлива главным двигателем за время =1…2 часа.

где В - часовой расход топлива главным двигателем, кг/ч;

b_е - удельный расход топлива, кг/кВт·ч;

N_е - мощность главного двигателя, кВт; с - плотность топлива, кг/м³.

Давление, развиваемое насосом, принимается от 0,25 до 0,5 МПа. В установках, где поставлен отдельный топливоперекачивающий насос легкого топлива, его подача должна обеспечить перекачку не менее четырехчасового расхода топлива за время ф₂ =0,2…0,5 ч при давлении 0,2…0,4 МПа.

Топливоперекачивающие насосы должны в 1,5…2,5 раза превышать часовой расход топлива двигателем. Давление, развиваемое насосом, принимается равным 0,25…0,5 МПа.

Для подачи топлива из цистерны основного запаса в расходную устанавливают дежурный насос, подача которого выбирается из условия заполнения расходной цистерны за 20…30 мин:

, м³/с,

где V - объём заполняемой цистерны, м³.

Расчетное давление дежурного насоса принимается 0,15…0,2 МПа.

Производительность устанавливаемого для очистки топлива сепаратора определяют из условия очистки суточного расхода топлива за 8...12 ч:

м³/ч.

В проекте следует предусмотреть установку цистерн приема остатков после сепарации и грязного топлива (отстоя).

Для поддержания вязкости топлива в допустимых пределах в состав система включают подогреватели. При расчете подогревателя определяется теплообменная поверхность.

Расчет ведут в следующей последовательности. Поток теплоты Р, кВт, подводимой к рабочей жидкости для доведения ее до температуры, при которой она будет иметь требуемую вязкость, составит:

Греющая поверхность подогревателя F, м²:

Расход греющего пара G, кг/ч:

В этих формулах: Q_v - расход подогреваемой жидкости, м³/ч;

с - плотность подогреваемой жидкости, кг/м³;

с - теплоемкость подогреваемой жидкости (может быть принята с=1,68…2 кДж/кг·К);

T₁, T₂ - начальная и конечная температура жидкости, К;

k₁ = 1,1…1,15 -- коэффициент запаса греющей поверхности;

k - коэффициент теплопередачи, который может быть принят: от воды к воде - 1,2…2,3 кВт/м²·К, от конденсирующегося пара к воде - 2,9…4 кВт/м²·К, от конденсирующегося пара к маслу (мазуту)- 0,12…0,4 кВт/м² ·К,

- температурный напор;

T_s - температура греющего пара при рабочем давлении МПа;

i, i - энтальпия греющего пара и конденсата, кДж/кг;

з = 0,97…0,98 - КПД подогревателя.

Объём расходной цистерны принимается из условия хранения не менее 12-часового расхода тяжелых сортов топлива и не менее 8-часового расхода дизельного топлива, м³:

Целесообразно устанавливать отдельные расходные цистерны на каждый главный двигатель, а также на вспомогательные двигатели и автономные котлы.

Объём расходных цистерн для вспомогательных двигателей и автономных котлов определяют из условий обеспечения их работы в течение 4 часов (не менее), м³:

Объём отстойных цистерн выбирается таким, чтобы каждая вмещала суточный запас тяжелого топлива, м³:

Объём цистерн вспомогательного назначения составляет на 1000 кВт мощности: цистерны грязного топлива и масла 0,1…0,3 м³, цистерны сбора протечек топлива и масла 0,3…0,1 м³. Объём цистерн сбора отходов сепарации должен составлять 8…12% суточного расхода топлива.

3.3.5 Газовыпускная система

Вначале дается краткое описание системы с указанием её назначения и состава оборудования (компрессоры, газоотводные трубы, компенсаторы, искрогасители глушители и т.д.), материал труб и изоляции.

Каждый главный двигатель, вспомогательный двигатель и автономный котел оборудуется самостоятельными газовыпускными трубопроводами, которые отводятся на палубу в общий кожух-трубу. Допускается газоотвод делать в корму или через борт в воду. Объединение трубопроводов главных двигателей допускается только после глушителей. При наличии утилизационных котлов и газотурбонагнетателей глушители можно не устанавливать.

Площадь проходного сечения трубопровода F, м², для главных и вспомогательных двигателей:

, м²;

для автономных котлов:

, м²,

где б - коэффициент избытка воздуха при горении, принимаемый для МОД и СОД - 1,7…2,2; для ВОД - 1,45…1,8; для котлов - 1,2…1,3;

L - количество воздуха, теоретически необходимое для сгорания 1 кг топлива,

кг/кг;

= 287 Дж/кг·К - газовая постоянная продуктов сгорания;

температура выпускных газов, которую можно принять за двигателем 573…773К; за утилизационным котлом 453…473К; в газоотводах вспомогательных автономных котлов 423…573К;

- давление газа в выпускном коллекторе, равное 103…104 кПа;

- часовой расход топлива вспомогательным котлом, кг/ч; с - допускаемая скорость движения газов, принимаемая для четырехтактных ДВС 40…50 м/c; для двухтактных ДВС - 25…30 м/с; для автономных котлов 20…25 м/с.

На судах, перевозящих нефтепродукты и другие легковоспламеняющиеся грузы, а также на буксирах-толкачах, работающих с такими грузами обязательны к установке искрогасители.

3.4 Специальные системы танкеров

3.4.1 Грузовая система предназначена для разгрузки нефтеналивных судов с возможно меньшими остатками нефтепродукта ("мёртвые остатки") в корпусе судна. С этой целью танкеры оборудуются грузовыми и зачистными насосами.

При перевозке одного вида нефтепродукта грузовая система выполняется централизованной, когда насосы устанавливаются за пределами танков в выгороженном от машинного помещения насосном отделении. При децентрализованной системе насосы выполняются погружными и обслуживают один или группу танков с одноименным нефтепродуктом. Приёмники насосов либо сами насосы устанавливаются у ближних к корме переборок, куда стекает нефтепродукт при естественном дифференте судна на корму.

Номинальная подача одного грузового насоса, м³/с, танкеров грузоподъёмностью до 10000т определяется по формуле:

Q = (0,03 + 4,2М10^-5G_т)/ z k_н,

где G_т - грузоподъёмность танкера, т;

zМ - число установленных насосов;

k_н - коэффициент принимается по табл.4.

Таблица 4

Тип насоса	Мазут, масла, парафинистая нефть	Бензин,керосин, дизельное топливо
Центробежный Вихревой Винтовой Поршневой	kн	зн	kн	зн
	0,5 …0,6 не использ. 0.9 … 1 0,65 … 0,8	0,4 … 0,45 - 0,65 0,7	1 1 не использ. 0,9 … 1	0,75 0,45 .. 0,55 - 0,75

Зачистные насосы используются для подбора стекающих остатков после "прохвата" грузовых насосов. Номинальная подача зачистного насоса 0,04 … 0,07 м³/с. Если расчётная подача грузового насоса близка к этим значениям, то специальный зачистной насос устанавливать нецелесообразно.

Мощность насоса, кВт определяется по формуле

N = Q_н P/ з_н,

где P - давление, для грузового насоса P = 500…600 кПа, для зачистного насоса P = 300 … 400 кПа.

3.4.2 Система подогрева нефтепродуктов предназначена для подвода теплоты к вязким нефтепродуктам с целью придания им подвижности и уменьшения "мёртвых остатков" при выгрузке. Чаще всего используются паровые трубчатые подогреватели, расположенные на высоте 80… 120 мм от днища танка.

Расход греющего пара D_п, кг/ч, можно определить по эмпирической зависимости:

D_п = 200 + 0,36

Площадь поверхности трубчатых подогревателей, м².

F_п = (0,045ч0,08),

где - грузоподъемность танкера, т.

3.4.3 Система инертных газов обеспечивает получение инертных газов и заполнения ими свободных пространств корпуса с целью предотвращения возгорания и взрыва паров нефтепродуктов.

С этой целью чаще всего используются отработанные газы двигателей внутреннего сгорания или котлов, которые предварительно охлаждаются в скруббере-очистителе. По Правилам пожарной безопасности производительность системы инертных газов должна быть на 25% выше суммарной подачи всех грузовых насосов:

где - массовый расход инертных газов, образовавшихся при сгорании топлива, кг/с,

- плотность газов, кг/м³.

m_иг = B_т (1 + б L₀),

где B_т - часовой расход топлива, кг/с;

L₀ - масса воздуха, теоретически необходимого для сжигания 1кг топлива: для мазута L₀ = 13,6 кг/кг, для дизельных и моторных топлив L₀ = 14,4 кг/кг.

Температура холодных газов должна быть , при этом плотность газов составит , кг/м³.

Подача насоса холодной воды для охлаждения газов в скруббере, м³/с, определяется по формуле

Q_х.в= m_игc_р(T_г.г - T_х.г) /Дt_вc_в ,

где T_г.г - температура газов на выходе из котла или двигателя, К;

T_х.г - температура охлажденных газов, К;

c_р - теплоемкость газов при постоянном давлении, c_р = = 1,1 кДж/кг·К;

c_в - теплоемкость воды, c_в =4,19 кДж/кг·К;

Дt_в - прирост температуры воды при прохождении скруббера, Дt_в = 10...15 К.

Мощность насоса скруббера, кВт,

N_н.с = Q_н.сP _н.с /

где P_н.с - давление, развиваемое насосом скруббера,

P_н.с = =200ч250 кПа.

4. Определение приближённой массы СЭУ и энергетических запасов. Определение центра масс СЭУ

Масса СЭУ складывается из следующих основных составляющих: главные двигатели, вспомогательное оборудование и механизмы, оборудование помещений машинной установки, системы СЭУ, валопровод и движители, жидкие грузы, запасные части.

В отечественной практике под массой СЭУ понимают сухую массу установки. Массы рабочих сред в элементах СЭУ, а также инструмента, расходных материалов и пр., как правило, отдельно не выделяют, а учитывают в составе аналогичных элементов нагрузки по судну в целом. Массу запасов рабочих сред учитывают отдельно от массы СЭУ, поскольку эти запасы определяются не только типом и мощностью ЭУ, но и дальностью и автономностью.

Массы энергетических запасов (топлива, масла, технической воды и сжатого воздуха) определяются среднеэксплуатационной рейсовой скоростью судна, его автономностью и дальностью плавания.

Общий запас топлива, кг:

где k, k', k" - количество главных, вспомогательных двигателей и автономных котлов;

, - удельный расход топлива главными и вспомогательными двигателями, кг/кВт·ч;

, - мощность главных и вспомогательных двигателей, кВт;

G_к - часовой расход топлива автономными вспомогательными котлами, кг/ч; ф_пл - автономность плавания, ч.

Ёмкость запасных топливных цистерн, м³:

где k_м - коэффициент, учитывающий "мертвый запас";

с_т - плотность топлива, кг/м.

Общий запас масла, кг:

где , - удельные расходы масла главных и вспомогательных двигателей, кг/кВт·ч;

- количество масла, заливаемого в картер главного и вспомогательного двигателей, кг;

- периодичность смены масла в главных и вспомогательных двигателях (для МОД - 500…550 ч, СОД - 250…300 ч, ВОД - 100…120 ч).

Суммарное количество масла, кг, заливаемое в картер главных и вспомогательных двигателей, определяют по уравнению

где - плотность масла, кг/м³;

= (0,82…1,38) N_e 10^-3 - ёмкость маслосборника главных двигателей, м³;

= (0,55…0,8)N_e10^-3 - ёмкость маслосборника вспомогательных двигателей, м³.

Ёмкость запасных масляных цистерн:



где - коэффициент, учитывающий "мертвый запас".

Основное оборудование размещают в МКО с учетом сохранения остойчивости судна, для чего центр масс ЭУ должен располагаться так, чтобы не создавался крен - дифферент и не ухудшалась остойчивость. Центр масс определяется по массе отдельных механизмов основного оборудования и по сумме моментов масс относительно трех плоскостей.

Отсчет координат ведут от центра массы агрегата, X - от плоскости мидель-шпангоута (или параллельной ей и проходящей через середину машинного отделения), Y - от диаметральной плоскости судна и Z - от основной плоскости судна.

С учетом знака координат моменты масс механизмов равны:

- по длине судна от плоскости мидель-шпангоута в нос +М_x = G(+X) и от мидель-шпангоута в корму -М_x = G(?X);

- по ширине судна от диаметральной плоскости на правый борт +М=G(+Y) и на левый борт -М= G(?Y);

- по высоте судна от основной плоскости +M_z = G(+Z).

По суммарным моментам масс установки определяют координаты центра масс:

Расположение агрегатов основного оборудования и запасов топлива и смазки МКО судна должно быть таким, чтобы координаты центра масс X_с и Y_с, определенные расчётом, были равны нулю. Расположение центра массы по высоте Z_с относительно основной плоскости необходимо оценивать по расчётам остойчивости судна в целом. Подсчёт координат центра масс ЭУ производят по форме табл.5. Сведения о массе и габаритах с указанием расположения центра масс берутся из соответствующих альбомов или технической документации на поставку выбранного в проекте оборудования.

Таблица 5

Наименование агрегата	Масса, кг	Положение центра масс, м Момент, кН м
		по длине	по ширине	по высоте
		x	Mx	y	My	z	Mz
	G1 … Gn	x1 … xn	Мx1 … Мxn	y1 … yn	Мy1 … Мyn	z1 … zn	Мz1 … Мzn

5. Компоновка и расположение СЭУ

Основные показатели СЭУ

Компоновку и размещение оборудования СЭУ начинают с вычерчивания на всех проекциях контуров МКО, располагая его между водонепроницаемыми переборками. Нос судна располагают справа, корму - в левой части чертежей. Размечают горизонтальные плоскости двойного дна, трюма, платформ. На всех проекциях номера шпангоутов обозначают одинаково: либо четные (нечетные), либо кратные пяти, либо по порядку каждый. Нумерация идет от носа к корме (справа налево).

Далее необходимо выяснить систему набора корпуса в районе МКО и показать на чертежах (схемах) основные его элементы: шпангоуты, бимсы, стрингеры днищевые и бортовые, флоры, карлингсы, пиллерсы и т.д.

Известно, что запасы топлива, масла и пресной воды на судне хранятся в цистернах: двойного дна, бортовых и вкладных, глубоких поперечных (диптанках). На чертежах эти цистерны отмечаются двумя перекрещивающимися по диагонали тонкими штрихпунктирными линиями и либо снабжаются соответствующими надписями, либо выносятся отдельными позициями в спецификационную ведомость.

Цистерны с разнородными рабочими веществами разделяются узкими воздушными пространствами - коффердамами, которые необходимо также отметить на чертежах. Ширина коффердама - одна-две шпации. Расходные топливные цистерны располагают в машинном отделении в непосредственной близости от главных и вспомогательных двигателей и котлов.

Приступая к размещению оборудования в МКО, все элементы в спецификационной ведомости разделяют на группы, учитывая при этом их назначение, габариты, массу, тип рабочей среды.

Первой на чертежах размещают пропульсивную установку: главный двигатель, передачи, валопроводы. Необходимо изобразить судовые фундаменты под главные двигатели и редукторы, под главный упорный и опорный подшипники валопровода. Не рекомендуется изображать названные элементы подробно со всеми мелкими деталями, при этом можно ограничиться габаритными контурами и показать минимальным количеством линий способы соединения их между собой. При одновальной установке на чертёже продольного разреза МКО (вид на левый борт) элементы пропульсивной установки должны быть показаны и представлены не разрезанными секущей плоскость.

Аналогично выполняются изображения других элементов СЭУ. Так, условно неразрезанными на чертежах видов в нос или корму, представляются сепараторы, котлы главные, вспомогательные, газоходы и воздухоприемные устройства, дизель - и турбогенераторы и т.п.

Учитывая, что воздухоприемные шахты котлов и газотурбинных двигателей, газовылускные трубопроводы ГТД, котлов и ДВС имеют большие габариты, необходимо на чертежах выполнять их трассировку, доведя шахты помещений СЭУ до верхней палубы. На видах сверху (планах трюма или платформ) воздухопроводящие и газовыпускные патрубки не показывают, ограничиваясь изображением разрезов этих труб горизонтальными плоскостями.

Далее определяют место расположения основных элементов судовой электростанции: дизель - и турбогенераторов, а также вспомогательных автономных котлов. Российский Морской Регистр разрешает размещать их как в трюме, так и на платформе, утилизационные котлы - в верхней части шахт машинного отделения на соответствующих газоходах.

Необходимо обратить внимание на то, что баллоны сжатого воздуха высокого и среднего давления располагают как можно ближе к бортам в трюме, иногда на платформе, а крупные пусковые баллоны дизельных установок или низкого давления - на платформах или поперек судна (в последнем случае их можно навесить на носовую переборку МКО). Баллоны рекомендуется устанавливать вертикально, при расположении вдоль машинного отделения баллоны ставят с уклоном в корму 10 - 20^о.

Кроме элементов СЭУ, в МКО размещают механизмы и аппараты судовых систем, обеспечивающих нормальную эксплуатацию судна, борьбу за живучесть и т.д.

Необходимо помнить также о резервировании механизмов, о чем говорят Правила Регистра.

При выполнении курсового проекта необходимо руководствоваться Правилами РРР или РМСР, в частности, по взаимному расположению элементов и отстоянию их от бортов и переборок, изоляции поверхностей с высокими температурами.

На чертежах необходимо показать посты управления энергетической установкой - центральные и местные, а также помещение механической мастерской, кладовой и т.п. - чаще всего их размещают на платформах.

Разработку чертежей заканчивают размещением трапов для перемещения в вертикальном направлении и сообщения с выходами из помещений. На планах возле изображения трапов проставляются стрелки с обозначениями «+» - наверх, «-» - вниз, которые располагают у того конца трапа, которым он упирается на плоскость, соответствующую плоскости чертежа. Площадки, трапы, проходы для обслуживания механизмов оборудуются леерными ограждениями, которые также должны быть показаны на чертежах. Кроме штатных выходов из машинного отделения, на чертежах размещения оборудования в МО необходимо показать также и запасные выходы.

Для оценки экономической эффективности и целесообразности принятых инженерных решений рекомендуется определить следующие технико-экономических показатели:

- удельный расход топлива СЭУ в целом, кг/кВт·ч:

где - суммарный часовой расход топлива главными, вспомогательными двигателями и автономной котельной установкой, кг/ч,

G=G+G+G;

, N, - суммарные мощности соответственно главных, вспомогательных двигателей и тепловая мощность автономной котельной установки;

- абсолютный эффективный КПД СЭУ:

Список использованных источников

1. Аксельбанд, А.М. Судовые энергетические установки / А.М. Аксельбанд - Л.: Судостроение, 1970.?472 с.

2. Голубев, Н.В. Проектирование энергетических установок морских судов (Общие вопросы) /Н.В. Голубев. - Л.: Судостроение, 1980. - 311 с.

3. Конаков, Г.А. Судовые энергетические установки и техническая эксплуатация флота / Г.А. Конаков, Б. Васильев. М.: Транспорт, 1980. 423 с.

4.Ручкин, Ю.Н. Судовые энергетические установки / Ю.Н. Ручкин. - Нижегород. гос. тех. ун-т. Нижний Новгород, 2008. - 158 с.

5. Артёмов, Г.А. Системы судовых энергетических установок: учеб. пособие / Г.А. Артёмов [и др.] Л.: Судостроение, 1990.? 376 с.

6.Артёмов, Г.А. Судовые энергетические установки / Г.А. Артёмов [и др.] - Л.: Судостроение, 1987.? 480 с.

7. Хряпченков, А.С. Судовые вспомогательные и утилизационные котлы ? 2-е изд. перераб. и доп. / А.С. Хряпченков. - Л.; Судостроение, 1988.? 296 с.

8. Российский Речной Регистр. ? М.: "ПО ВОЛГЕ", 2002.

9. Правила классификации и постройки морских судов.? СПб.2008.

Перечень основных ГОСТов, рекомендуемых для выполнения курсового проекта

1. ГОСТ 2.105-79. Общие требования к текстовым документам.

2. ГОСТ 2.301-68. Форматы.

3. ГОСТ 2.106-68. Текстовые документы.

4. ГОСТ 2.104-68. Основные надписи.

5. ГОСТ 2.108-68. Спецификация.

6. ГОСТ 2.109-73. Основные требования к чертежам.

7. ГОСТ 2.307-68. Нанесение размеров и предельных отклонений.

8. ГОСТ 2.316-68. Правила нанесения на чертежах надписей, технических требований и таблиц.

9. ГОСТ 4393-74. Дизели стационарные, судовые, тепловозные и промышленные. Типы и основные параметры.

10. ГОСТ 19354-74. Соединения фланцевые судовых валопроводов. Конструкция и размеры,

11. ГОСТ 2199-77. Подшипники резинометаллические судовые. Технические условия.

12. ОСТ 5.4114-74. Запасы топлива и масла. Дальность плавания.

13. ОСТ 5.5349-79. Судовые системы и системы судовых энергетических установок. Основные термины и определения.

14. РД 5Р.4235-77 Система водяного охлаждения судовых дизельных энергетических установок. Правила и нормы проектирования

15. РД 5Р.4342-80 Система охлаждения энергетических установок катеров и малых кораблей с высокооборотными дизелями. Правила и нормы проектирования

16. РД 5Р.4257-88 Система газоотвода судовых дизельных энергетических установок. Правила проектирования.

17.РД 5Р.4494-2001 Система масляная судовых дизельных энергетических установок. Правила и нормы проектирования.

18. РД 5Р.4170-86 система масляная судовых паротурбинных энергетических установок. Правила и нормы проектирования.

19. РД 5Р.4187-76 Система топливная судовых энергетических установок. Правила и нормы проектирования.

20. РД 5Р.4085-83 Системы охлаждения забортной водой судовых паротурбинных и газотурбинных установок. Правила и нормы проектирования.

21. РД 5Р.113-85 система подогрева жидкостей в судовых цистернах. Правила проектирования.

22. РД 5Р 5.5134-83 Системы воздуха среднего и низкого давления. Правила и нормы проектирования.

Приложение

Ориентировочные значения КПД валопровода з_в, агрегатов передачи з_а и передачи в целом з_п.

№ п/п	Тип передачи	за	зв	зп
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10	Непосредственная (валопровод) Одноступенчатый зубчатый редуктор Двухступенчатый зубчатый редуктор Реверс-редуктор Гидромуфта Гидродинамическая Гидрообъемная С электромагнитной муфтой Электрическая на переменном токе Электрическая на постоянном токе	1 0,97…0,98 0,96…0,97 0,94…0,96 0,96…0,97 0,92…0,93 0,87…0,92 0,97…0,98 0,90…0,95 0,88…0,92	0,97…0,99 0,97 0,97 0,97 0,97 0,97 0,98 0,97 0,98 0,98	0,97…0,99 0,94…0,95 0,93… 0,94 0,92…0,93 0,93…0,94 0,89…0,90 0,85…0,90 0,94…0,95 0,88…0,93 0,86…0,90

Размещено на allbest.ru