Суднові дизельні установки та їх експлуатація

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ

ХЕРСОНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ МОРСЬКИЙ ІНСТИТУТ

Кафедра експлуатації суднових енергетичних установок

та загальноінженерної підготовки

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до виконання курсового проекту

«Суднові дизельні установки та їх експлуатація»

Херсон - 2010



Методичні вказівки до виконання курсового проекту з дисципліни

«Суднові дизельні установки та їх експлуатація» розглянуто й ухвалено на засіданні кафедри експлуатації суднових енергетичних установок та загальноінженерної підготовки

«21» січня 2010 р. протокол № 7

Завідувач кафедри

ЕСЕУ та ЗП, д.т.н., професор ____________ Малигін Б.В.

Начальник навчально-методичного відділу ________ Черненко В.В.

Білоусов Є.В.

Методичні вказівки до виконання курсового проекту з дисципліни «Суднові дизельні установки та їх експлуатація», - Херсон, ХДМІ, 2010. - 28 с. дизель газотурбінний паливо тиск



ЗМІСТ

ВВЕДЕННЯ

РОЗДІЛ 1. ПРИЗНАЧЕННЯ, ОБСЯГ І ЗМІСТ КУРСОВОГО ПРОЕКТУ

1.1 Організація й планування роботи

1.2 Завдання на виконання курсового проекту

РОЗДІЛ 2. ПОБУДОВА НАВАНТАЖУВАЛЬНОЇ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДИЗЕЛЯ З ГАЗОТУРБІННИМ НАДДУВАННЯМ

2.1 Побудова залежності годинної витрати палива від ефективної потужності

2.2 Побудова залежності питомої ефективної витрати палива від ефективної потужності дизеля при номінальної швидкості обертання

2.3 Побудова залежності ефективного ККД від ефективної потужності дизеля при номінальній швидкості обертання

2.4 Побудова залежності середнього ефективного тиску від ефективної потужності дизеля при номінальній швидкості обертання

2.5 Побудова залежності тиску наддування від ефективної потужності дизеля при номінальній швидкості обертання

2.6 Побудова залежності годинної витрати повітря від ефективної потужності дизеля при номінальній швидкості обертання

РОЗДІЛ 3. ПОБУДОВА ГВИНТОВОЇ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДИЗЕЛЯ З ГАЗОТУРБІННИМ НАДДУВАННЯМ

3.1 Побудова залежності ефективної потужності від швидкості обертання колінчатого вала

3.2 Побудова залежності годинної витрати палива від швидкості обертання колінчатого вала

РОЗДІЛ 4. ПОБУДОВА ЗОВНІШНЬОЇ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДИЗЕЛЯ З ГАЗОТУРБІННИМ НАДДУВАННЯМ

4.1 Побудова залежності годинної витрати палива від швидкості обертання

4.2 Побудова залежності ефективної потужності від швидкості обертання

ОФОРМЛЕННЯ ПОЯСНЮВАЛЬНОЇ ЗАПИСКИ

РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА



ВВЕДЕННЯ

Специфіка роботи й коло обов'язків командного складу морських суден вимагають глибоких знань в галузі суднової енергетики, тому що суднова енергетична установка (СЕУ), будучи складним інженерним комплексом, значимо визначає ефективність і безпеку морських перевезень, техніко-економічні показники роботи судна. З огляду на те, що переважна більшість СЕУ в цей час обладнаються судновими дизельними установками (СДУ), як головними, так і допоміжними, цілком логічно, що питання, пов'язані зі специфікою їхньої експлуатації винесені в окремий курс. До складу СДУ входять головний двигун, допоміжні установки, устаткування й системи, які забезпечують рух судна, роботу СДУ, нормальні умови життєдіяльностіекіпажа й пасажирів.

Теоретичні основи робочих процесів в елементах СДУ розглядаються в дисциплінах «Технічна термодинаміка», «Теплопередача» й «Гідромеханіка», «СДВЗ й їхня експлуатація», і т.д., які стосовно до базового напрямку 7.100302 «Експлуатація суднових енергетичних установок» зведені в курсі «СДВЗ й їхня експлуатація». Їхнім логічним розвитком є курс «Суднові дизельні установки і їхня експлуатація», де на первинному рівні розглядаються основні характеристики головних і допоміжних дизелів, допоміжних установок, механізмів й основні прийоми їхнього управління й експлуатації. Контрольним етапом освоєння курсантами даної дисципліни є виконання курсового проекту.

Дана дисципліна поза залежністю від подальшої спеціалізації курсантів, у силу своєї універсальності, має досить важливе значення для їхньої практичної діяльності стосовно до освітнього рівня фахівець «Експлуатація суднових енергетичних установок», що виходить із "Кодексу по стандартах підготовки, сертифікації й несення вахти, як доповнення "STCW-1978/ 1995 року.

Ціль дисципліни - формування стійких уявлень про особливості роботи СДУ, характери взаємодії її елементів й особливостей їхньої технічної експлуатації з урахуванням реальних умов плавання.

Завдання дисципліни - оволодіння практичними навичками в питаннях керування енергетичною установкою з урахуванням роду виконуваних обов'язків на рівні "моторист", "вахтовий механік", "вахтовий помічник".

При вивченні матеріалу необхідно приділити основну увагу самостійній роботі з підручниками при виконанні курсового проекту. Оглядові лекції, які слухаються в перебігу семестру для стаціонару й у період лабораторно-екзаменаційних сесій для студентів заочного відділення, стосуються лише вузлових питань.



РОЗДІЛ 1. ПРИЗНАЧЕННЯ, ОБ'ЄМ І ЗМІСТ КУРСОВОГО ПРОЕКТУ

Методичні вказівки до курсового проектування з розрахунку й побудові експлуатаційних характеристик чотирьох- і двотактних суднових двигунів внутрішнього згоряння (СДВЗ) і аналіз їхніх систем, призначені для студентів всіх форм навчання спеціальностей 7.100 302 «Експлуатація суднових енергетичних установок»

Ціль виконання курсового проекту - закріплення знань студентів по експлуатації СДУ й прищеплювання майбутнім фахівцям в області експлуатації водного транспорту, умінь і навичок у застосуванні теорії й наукових методів аналізу до рішення практичних завдань, пов'язаних з ефективною експлуатацією силових агрегатів суднових енергетичних установок.

Для студентів всіх форм навчання спеціальності 7.100 302 курсовий проект є основою для науково-дослідної роботи (НДР) і дипломного проектування (ДП) виконуваного по кафедрі "Експлуатації суднових енергетичних установок і загальноінженерної підготовки".

Курсовий проект містить у собі:

- титульний аркуш (додаток В);

- завдання на проектування (1 аркуш А4, додаток Г).;

- зміст;

- введення (2...4 аркуша А4);

- розрахунок навантажувальної характеристики двигуна (5...10 аркушів А4);

- розрахунок гвинтової характеристики двигуна (5...10 аркушів А4)

- розрахунок швидкісної характеристики двигуна (5...10 аркушів А4)

- аналіз структури, схемних рішень і конструкції елементів системи СДУ відповідно до варіанта завдання (табл. 1.2) (12...18 аркушів А4);

- аналіз отриманих результатів й (1...2 аркуша А4);

- графічне відображення розрахункових характеристик (1 аркуш А1);

- схема системи СДУ відповідно до завдання (1 аркуш А1);

- список використаної літератури (7...10 джерел).

У завдання на курсовий проект включені як двотактні, так і чотиритактні дизелі як найбільше що динамічно розвиваються двигуни суднового призначення. Пояснювальна записка виконується відповідно до ДЕРЖСТАНДАРТ 2105-95 і ДСТУ 3008-95, а графічний матеріал виконується на форматі А1 відповідно до ДЕРЖСТАНДАРТ 2109-73.

У введенні необхідно привести короткий огляд сучасного стану розвитку СДУ, службовців прототипом що розраховує. В огляді повинні бути відбиті тенденції розвитку двигунобудування, підвищення технічного рівня й терміну служби двигунів. Крім того, варто вказати особливі умови експлуатації суднових систем, для яких призначений двигун; привести основні параметри й показники роботи прототипу двигуна, що розраховує.

1.1 Організація й планування роботи

На настановному занятті студент отримує індивідуальне завдання. На цих заняттях викладачі допомагають усвідомити студентам зміст й обсяг завдання на курсовий проект, рекомендують літературу, необхідну для його виконання.

Виконаний та оформлений у вигляді пояснювальної записки й графічного додатка курсовий проект представляється викладачеві на перевірку.

1.2 Завдання на виконання курсового проекту

Вихідні дані для виконання курсового проекту студентами наведені в табл. 1.1. та 1.2. Студенти вибирають як прототип двигуни, параметри яких наведені в таблиці 1.1. Рекомендується при виборі варіанта орієнтуватися на дві останні цифри у заліковій книжці студента або вказівки викладача.

Завдання для аналізу системи визначається по останній цифрі шифру студента. При обчисленнях варто обмежуватися трьома значущими цифрами.

Завдання для студентів стаціонару видає викладач на підставі табл. 1.1 й 1.2.

Студенти заочної форм навчання, робота яких пов'язана з експлуатацією конкретних типів СЕУ, після узгодження з викладачем можуть виконувати розрахунок по СДУ судна, на якому вони працюють.



РОЗДІЛ 2. ПОБУДОВА НАВАНТАЖУВАЛЬНОЇ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДИЗЕЛЯ З ГАЗОТУРБІННИМ НАДДУВАННЯМ

Ціль роботи перебуває в побудові залежностей годинної витрати палива, питомої ефективної витрати палива, ефективного ККД, годинної витрати повітря, коефіцієнта надлишку повітря, середнього ефективного тиску, тиску наддування від ефективної потужності дизеля при номінальній швидкості обертання колінчатого валу дизеля. Робота виконується відповідно до даних таблиці 1.1.

2.1 Побудова залежності годинної витрати палива від ефективної потужності

Ця залежність носить лінійний характер, тому для її побудови необхідно всього дві точки. Перша точка відома - номінальна витрата палива дизелем при номінальній швидкості обертання й номінальної потужності. Друга точка являє собою витрату палива на холостому ходу при номінальній частоті обертання.

Для її визначення варто знайти потужність механічних втрат, що залежить тільки від швидкості обертання.

Середній тиск механічних втрат

p_mм = +11,8?c_m, кПа

де с_m - середня швидкість поршня, м/с,

D - діаметр циліндра, см.

Потужність механічних втрат



N_мех = , кВт

де D - діаметр циліндра, м,

S - хід поршня, м,

i - число циліндрів, од.,

n_н - номінальна частота обертання, хв^-1,

К_Т - коефіцієнт тактності для чотиритактних дизелів 2, для двотактних 1.

Далі варто побудувати координатні лінії, як це показано на рис. 1.1 і відкласти потужність механічних втрат як негативну вліво від нуля ефективної потужності. З'єднавши отриману точку із точкою номінального режиму, одержимо залежність годинної витрати палива від ефективної потужності, що розвиває дизель. Перетинання прямої з віссю ординат дасть значення годинної витрати палива на холостому ходу при номінальній швидкості обертання колінчатого валу.

Дану залежність варто будувати акуратно, оскільки вона використовується при виконанні іншого завдання.

Ця залежність носить нелінійний характер, тому вона будується по точках, які розраховуються по формулі

g_e = ,

де G_Т - значення годинної витрати палива за графіком на рис. 1.1, або за даними таблиці 2.1, кг/год.,

N_е - значення ефективної потужності за графіком на рис. 1.1, або за даними таблиці 2.1, кВт.

Числові значення питомої ефективної витрати палива заносяться в таблицю 2.1, після чого будується графічна залежність g_e = f(N_e).



2.3 Побудова залежності ефективного ККД від ефективної потужності дизеля при номінальній швидкості обертання

Числові значення ефективного ККД заносяться в таблицю 2.1, після чого будується графічна залежніст

з_e = f(N_e).

2.4 Побудова залежності середнього ефективного тиску від ефективної потужності дизеля при номінальній швидкості обертання

Ця залежність лінійна, для її побудови потрібні дві точки, які розраховуються по формулі

p_me = , кПа

де N_е - поточне значення ефективної потужності, кВт;

К_Т - коефіцієнт тактності;

D - діаметр циліндра, м;

S - хід поршня, м;

i - кількість циліндрів;

n - номінальна швидкість обертання, хв^-1.

Побудова графічної залежності

р_me = f(N_e)

здійснюється по двох точках, заповнення ж таблиці 2.1 може провадитися як за допомогою отриманого графіка, так і за допомогою формули (5).



2.5 Побудова залежності тиску наддування від ефективної потужності дизеля при номінальній швидкості обертання

Ця залежність лінійна, тому для її побудови потрібно дві точки. Одна точка відома - номінальний надлишковий тиск наддування при номінальній потужності. Друга точка - надлишковий тиск наддування на холостому ходу при номінальній швидкості обертання розраховується по емпіричній залежності

р_{int XX} = р_int ? , кПа

де р_int - надлишковий тиск наддування при номінальній потужності, кПа;

G_TXX - вартовий витрата палива на холостому ходу, кг/год.;

G_T - номінальний вартовий витрата палива, кг/год.

Побудова графічної залежності

р_int = f(N_e)

здійснюється по двох точках, заповнення ж таблиці 2.1 може провадитися як за допомогою отриманого графіка, так і за допомогою формули (6).

2.6 Побудова залежності годинної витрати повітря від ефективної потужності дизеля при номінальній швидкості обертання

Для побудови цієї залежності необхідно побудувати допоміжну залежність коефіцієнта наповнення циліндрів від дизеля. Вона лінійна й будується по формулі



Ф_с = ,

де р_а = 100 кПа - атмосферний тиск.

Значення коефіцієнта наповнення циліндрів заносяться в таблицю 2.1.

Годинна витрата повітря теж лінійна і розраховується по формулі

G_air = ? с_air ?Ф_с, кг/год.

4 ? К_Т

де с_air = 1,2 кг/м³ - щільність атмосферного повітря.

Значення годинної витрати повітря заносяться в таблицю 2.1, після чого будується графічна залежність

G_air = f(N_e).



РОЗДІЛ 3. ПОБУДОВА ГВИНТОВОЇ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДИЗЕЛЯ З ГАЗОТУРБІННИМ НАДДУВАННЯМ

Ціль роботи складається в побудові залежностей ефективної потужності, годинної витрати палива, питомої ефективної витрати палива, ефективного ККД, годинної витрати повітря, коефіцієнта надлишку повітря, середнього ефективного тиску, тиску наддування, циклової подачі палива, обертового моменту від швидкості обертання колінчатого валу дизеля при його роботі на гребний гвинт.

3.1 Побудова залежності ефективної потужності від швидкості обертання колінчатого вала

Ця залежність являє собою кубічну параболу виду

N_е = С ? n³, кВт

де С - постійний коефіцієнт гвинта, кВтЧхв³, він залежить тільки

завантаження судна й не залежить від режиму роботи дизеля,

С = , кВт Ч хв

де N_е - номінальна потужність дизеля, кВт,

n_н - номінальна швидкість обертання колінчатого валу, хв^-1.

Значення ефективної потужності заносяться в таблицю 3.1, після цього будується графік

N_е = f(n).



3.2 Побудова залежності годинної витрати палива від швидкості обертання колінчатого валу

Годинна витрата палива визначається по емпіричній залежності

G_T = G_ТН ? , кг/год.

де G_ТН - годинна витрата палива, кг/год., при номінальній швидкості обертання колінчатого вала, визначається за графіком на рисунку 1.1 залежно від діючої ефективної потужності дизеля;

n - поточна швидкість обертання, хв^-1, визначається за даними таблиці 3.1 залежно від діючої ефективної потужності дизеля;

n_н - номінальна швидкість обертання колінчатого вала, хв^-1.



РОЗДІЛ 4. ПОБУДОВА ЗОВНІШНЬОЇ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДИЗЕЛЯ З ГАЗОТУРБІННИМ НАДДУВАННЯМ

Ціль роботи перебуває в побудові залежностей годинної витрати палива, ефективної потужності, питомої ефективної витрати палива, ефективного ККД, годинної витрати повітря, коефіцієнта надлишку повітря, тиску наддування, обертового моменту від швидкості обертання колінчатого вала дизеля при його роботі по зовнішньої характеристики.

Зовнішня характеристика дизеля є обмежувальною по потужності, вона показує, яку граничну потужність може розвити дизель при фіксованій швидкості обертання колінчатого вала. Цю характеристику дизеля не можна визначити безпосереднім експериментом. Вона визначається шляхом послідовного зняття навантажувальних характеристик при фіксованих швидкостях обертання колінчатого вала.

Графічна залежність ефективної потужності дизеля від швидкості обертання при роботі по зовнішньої характеристики це крива, побудована при постійній цикловій подачі палива.

4.1 Побудова залежності годинної витрати палива від швидкості обертання

Провадиться по формулі

G_T = , кг/год.

де g_ц - номінальна циклова подача палива, приймається за даними таблиці 3.1, г/цикл.

Ця залежність лінійна, і для її побудови необхідно розрахувати всього дві точки.



4.2 Побудова залежності ефективної потужності від швидкості обертання

Провадиться по емпіричній формулі

Nе = Nеnom ? ?0,5?

де Nеnom - номінальна ефективна потужність, кВт.



ОФОРМЛЕННЯ ПОЯСНЮВАЛЬНОЇ ЗАПИСКИ

Пояснювальна записка оформляється відповідно до вимог, ГОСТ 2.105-95, ГОСТ 2.106-96 і ДСТУ 3008-95 на аркушах папера для письма формату А4 рукописним способом переважно чорним чорнилом (пастою), з висотою букв і цифр не менш 2,5 мм. На аркушах повинні бути нанесені відповідні рамки: форми 2 на аркуші, що іде за завданням (перший аркуш змісту (додаток Г)) і форми 2а на всіх наступних аркушах (додаток Д). За узгодженням з викладачем оформлення записки може виконуватися в комп'ютерному наборі з розрахунку 30...33 рядка на сторінці по 60...70 знаків у рядку. Цій вимозі відповідає шрифт Times New Roman 14 пт, при полуторному інтервалі між рядками.

Титульний аркуш вважається першим аркушем пояснювальної записки.

Зміст пояснювальної записки розміщається після аркуша завдання. На першому аркуші змісту заповнюється основний напис за формою 2. На наступних аркушах заповнюється основний напис за формою 2а (ГОСТ 2.104-68). Нумерацію аркушів робити в правому нижньому куті.

Пояснювальна записка розділяється на розділи й підрозділи, а при необхідності - на пункти й підпункти. Нумерація розділів, підрозділів, пунктів і підпунктів позначається арабськими цифрами з поділом їхніми крапками.

Кожен розділ починається з нового аркуша. Найменування розділів записується прописними буквами, підрозділів - рядковими (крім першої). Перенос слів у заголовках не допускається. Крапка наприкінці заголовків не ставиться.

Підкреслювати заголовки або виділяти кольоровим чорнилом не допускається.

Найменування розділів і підрозділів повинне відповідати змісту.

При розміщенні тексту пояснювальної записки рекомендується дотримувати відстаней: від рамки до границь на початку рядків - не менш 5 мм; наприкінці рядків -не менш 3 мм; від рамки до верхнього або нижнього рядка тексту - не менш 10 мм; від заголовка до наступного тексту й між заголовками розділу й підрозділу -10 мм; між текстом і наступним заголовком - 15 мм.

Скорочення слів у тексті й підписах під рисунками не допускається, за винятком загальноприйнятих, встановлених ГОСТ 7.11-2004 і ГОСТ 7.12-93.

Всі ілюстрації в тексті нумеруються арабськими цифрами усередині даного розділу. Слово «Рисунок» пишеться повністю, далі порядковий номер розділу й через крапку порядковий номер рисунка (Рисунок 2.1 - ), далі через дефіс з великої літери пишеться назва рисунка, крапка наприкінці назви не ставиться.

Короткі назви центруються, довгі вирівнюються по ширині з нового рядка.

Підрисуночні підписи поміщають за назвою рисунка з наступного рядка, після чого залишають порожній рядок і продовжують текст записки.

Цифровий матеріал повинен бути складений у вигляді таблиць. Якщо таблиць трохи, їх нумерують арабськими цифрами в межах даного розділу без знака №. Слово «Таблиця» і порядковий номер (Таблиця 1.1 -) пишеться перед заголовком таблиці без скорочень, крапка наприкінці назви не ставиться.

Короткі назви центруються, довгі вирівнюються по ширині з нового рядка. При переносі таблиці на інший аркуш її головку повторюють і над нею пишуть у правому верхньому куті "Продовження таблиці 1.1".

Діагональний розподіл головки таблиці не допускається. Висота рядків таблиці повинна бути не менш 8 мм. Цифри в графах таблиць варто розташовувати так, щоб класи чисел були один під іншим. Числові величини в одній графі повинні мати однакову кількість десяткових знаків.

Формули спочатку записуються в загальному вигляді, за тим після знака дорівнює підставляються чисельні значення, після чого провадяться перетворення й обчислення. Формули центруються і відокремлюються від тексту порожнім рядком зверху й знизу.

Наприкінці пояснювальної записки варто привести перелік використаних джерел. Посилання на джерело в тексті пояснювальної записки давати у вигляді номерів по переліку, заключні у квадратні дужки (наприклад [1]).

Графічна частина роботи виконується відповідно до ГОСТ 2.104-68, ГОСТ 2.109-73, ГОСТ 2.302-68, на аркушах формату А1. При необхідності, графічне відображення результатів розрахунку може бути представлене в пояснювальній записці, після відповідних розрахунків на аркушах формату А4 або в графічній частині у вигляді додатка на аркушах формату А1. При побудові креслень допускається використання спеціалізованих комп'ютерних форматів, з яких рекомендуються AutoCAD, Компас-3D.

При оформленні графічних матеріалів що виконуються за результатами розрахунків допускається використання спеціалізованих комп'ютерних форматів, з яких рекомендуються Excel, MatCAD.



РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА

1. Большаков В.Ф., Фомин Ю.Я., Павленко В.Н. «Эксплуатация судовых среднеоборотных дизелей». М. Транспорт. 1983.

2. Возницкий И.В., Камкин С.В., Шмелев В.П., Осташенков В.Ф. «Рабочие процессы судовых дизелей» М. Транспорт. 1985.

3. Гаврилов В.С., Камкин С.В., Шмелев В. . «Техническая эксплуатация судовых дизельных установок» М.Транспорт. 1985.

4. Королев Н.И. «Регулирование судовых дизелей» М. Транспорт. 1983.

5. Малиновский М.А., Фока А.А., Ролинский В.Й., Вахрамеев Ю.З. «Краткий справочник судового механика» О. Маяк. 1987.

6. Самсонов В.И., Худов Н.Н., Мирющенко А.А. «Судовые двигатели внутреннего сгорания», М.Транспорт. 1981.

7. Положение о технической эксплуатации морских и речных судов. О.ЮжНИИМФ. 1996.

8. Правила технической эксплуатации морских и речных судов. Дизели. О.ЮжНИИМФ, 1996.

9. Портнов Д.А. Быстроходные турбопоршневые двигатели с воспламенением от сжатия. М., Машгиз, 1963.

10. Леонтьевский Е.С. Справочник механика и моториста теплохода. М., Транспорт, 1981.

11. Лебедев О.Н., Сомов В.А., Калашников С.А. Двигатели внутреннего сгорания речных судов. М., Транспорт, 1990.

12. Судовые энергетические установки. Румб В.К., Яковлев, Г.В., Шаров Г.И. и др. Часть I. Судовые дизельные энергетические установки: Учебник, СПбМГУ. - СПб.: - 2007.

Размещено на Allbest.ru