Оценка эксплуатационных качеств элементов судового энергетического комплекса

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

АТЫРАУСКИЙ ИНСТИТУТ НЕФТИ И ГАЗА

Факультет: ИНДУСТРИАЛЬНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

Кафедра: «ТЕХНОЛГИЧЕСКИЕ МАШИНЫ И ТРАНСПОРТ»

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему: Оценка эксплуатационных качеств элементов судового энергетического комплекса

Шифр и наименование специальности «5В071500-Морская техника и технологии»

Выполнил: студент Абдигани Сагадат Жумаханович

Руководитель: Кенжегалиев Батырбек Акимгалиевич

Атырау - 2016

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ОСНОВНАЯ ЧАСЬ

• 1.1 Цели и задачи курсовой работы
• 1.2 Общая характеристика судовой энергетической установки
• 1.2.1 Общие сведения о главном двигателе
• 1.2.2 Система наддува главного двигателя
• 1.3 Исходные данные для проведения расчета
• 1.3.1 Данные по эксплуатационным характеристикам судна
• 1.3.2 Данные по эксплуатационным характеристикам главного двигателя

1.3.3 Данные по техническим характеристикам главного двигателя

1.4 Расчет технических характеристик работы судовой энергетической установки

• 1.4.1 Расчет общих технических характеристик
• 1.4.2 Расчет индикаторных характеристик
• 1.4.3 Расчет эффективных характеристик
• 1.5 Выбор оптимального режима эксплуатации судовой энергетической установки
• 1.5.1 Расчет номинальной винтовой характеристики
• 1.5.2 Расчет заданной винтовой характеристики
• 1.5.3 Расчет ограничительной винтовой характеристики
• 1.6 Расчет теплоутилизационного контура судовой энергетической установки
• 1.6.1 Тепловой расчет теплоутилизационного контура
• 1.6.2 Расчет производительности и мощности насосов
• 1.6.3 Расчет потребностей судна в паре, воде и электричестве
• 1.7 Оценка возможности замещения элементов судовой энергетической установки
• 1.7.1 Расчет расхода топлива
• 1.7.2 Замещение вспомогательного котла утилизационным котлом
• 1.7.3 Замещение дизель-генератора валогенератором
• 1.7.4 Расчет эффективности замещения

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

• Главной энергетической установкой называют ту часть СЭУ, которая обеспечивает движение судна. Эту часть называют пропульсивной установкой. судовой энергетический генератор

В качестве главных двигателей на современных судах используются двигатели внутреннего сгорания (ДВС), паро- или газотурбинные установки (ПТУ или ГТУ), а также ядерные установки (ЯУ). Согласно с требованиями, которые предъявляются к СЭУ, тип судна определяет число ГД, винтов, место расположения СЭУ и другие технические характеристики. В настоящее время большинство судов оборудованы дизельными энергетическими установками, а лишь небольшая часть судов - ПТУ и ГТУ. Сегодня дизеля - более экономичные тепловые двигатели, что позволяет, кроме того, сравнительно просто механизировать и автоматизировать основные производственные процессы на судне.

В сравнении с другими машинами тепловые двигатели, ДВС, имеют существенные преимущества: горячий источник теплоты находится как бы внутри самого двигателя, что приводит к его компактности - нет необходимости в больших теплообменных поверхностях, через которые теплота подводится от горящего источника к рабочему телу, как это происходит в циклах ПТУ.

Цель

Основной целью курсовой работы является анализ работы судовой энергетической установки при заданных условиях эксплуатации, выбор режима работы судовой энергетической установки по ограничительным параметрам, а также по параметру максимальной прибыли при эксплуатации судна.

Задача

* Произвести общую оценку судовой энергетической установки;

* Рассчитать винтовые и ограничительные характеристики судовой энергетической установки;

* Выбрать режим эксплуатации судовой энергетической установки по условиям ограничения нагрузки;

* Дать анализ тепловой схемы судовой энергетической установки и оценить степень утилизации тепла;

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1.1 Цели и задачи курсовой работы

Основная цель курсовой работы

Основной целью курсовой работы является анализ работы судовой энергетической установки при заданных условиях эксплуатации, выбор режима работы судовой энергетической установки по ограничительным параметрам, а также по параметру максимальной прибыли при эксплуатации судна.

Основные задачи курсовой работы

· Произвести общую оценку судовой энергетической установки;

· Рассчитать винтовые и ограничительные характеристики судовой энергетической установки;

· Выбрать режим эксплуатации судовой энергетической установки по условиям ограничения нагрузки;

· Выбрать режим эксплуатации судовой энергетической установки по условиям максимальной прибыли;

· Дать анализ тепловой схемы судовой энергетической установки и оценить степень утилизации тепла;

· Рассчитать потребности судовой энергетической установки в топливе, смазке и пресной воде на заданный рейс.

1.2 Общая характеристика судовой энергетической установки

1.2.1 Общие сведения о главном двигателе

Среди всего многообразия фирм, производящих дизельные двигатели для нужд морского и речного флота, фирма MAN Burmeister&Wain является основным поставщиком главных судовых малооборотных дизелей. Широкий модельный ряд и многолетние традиции производства позволили фирме занять лидирующие положение на рынке. К настоящему времени наибольшее распространение в сегменте судовых малооборотных дизельных двигателей получили двигатели серии S50-98MC (рис. 1).

Дизельные двигатели серии MAN B&W S50-98MC это однорядные, двухтактные, крейцкопфные, реверсивные двигатели с газотурбинным наддувом.

Характерной особенностью двигателей серии S50-98MC является использование механизма отбора мощности у распределительного вала для осуществления впрыска топлива и работы выпускных клапанов.Кроме того двигатели этой серии оснащены пневмоэлектрической системой управления, обеспечивающей регулирование частоты вращения коленчатого вала двигателя посредством электрогидравлического регулятора.

Особенностью топливной системы двигателей серии S50-98MC является то, что каждый цилиндр двигателя оснащен индивидуальным топливным насосом высокого давления, плунжер которого приводится в движение посредством кулачковой шайбы, расположенной на распределительном валу. Оптимальное значение удельного расхода топлива при наименьшем содержании окислов азота в выхлопных газах достигается за счет системы регулирования момента впрыска топлива в цилиндр (система VIT - Variable Injection Timing), входящей в конструкцию топливного насоса.



Рис. 1. Общий вид дизельного двигателя серии MAN B&W S50-98MC:

1 - фундаментная рама; 2 - коленчатый вал; 3 - станина; 4 - шатун; 5 -

крейцкопфный узел; 6 - шатун; 7 - втулка цилиндра; 8 - распределительный вал; 9 - гидропривод; 10 - рубашка цилиндра; 11 - крышка цилиндра; 12 - выпускной клапан; 13 - выпускной ресивер; 14 - газотурбонагнетатель; 15 - продувочный ресивер; 16 - воздухоохладитель.

Особенностью системы газораспределения двигателей серии S50-98MC является то, что работа выпускных клапанов регулируется кулачками, расположенными на распределительном валу.При этом открытие каждого клапана осуществляется индивидуально, посредством соответствующего гидравлического привода, а закрытие - посредством воздушной пружины, размещенной в корпусе клапана.Оптимальное значение удельного расхода топлива при наименьшем содержании окислов азота в выхлопных газах достигается за счет системы регулирования угла закрытия выпускного клапана (система VEC - Valve Exhaust Closing), входящей в конструкцию выпускного клапана.

Особенностью системы смазки двигателей серии S50-98MC является то, что смазка коленчатого и распределительного вала двигателя осуществляется раздельно. При этом смазка коленчатого вала, а также других элементов цилиндрово-поршневой группы и цепной передачи механизма газораспределения осуществляется посредством центральной смазочной системы. Смазка распределительного вала, а также питание гидравлической системы открытия выпускных клапанов обеспечивается автономной системой смазки. Смазка цилиндра осуществляется посредством специальных смазочных насосов, управляемых электронной системой, что обеспечивает более равномерное распределение масляной пленки по поверхности цилиндра, и как следствие более низкий расход масла.

Особенностью системы пуска и реверсирования двигателей серии S5098MC является то, что пусковые клапаны, установленные на каждом цилиндре, открываются посредством сжатого воздуха, подающегося от воздухораспределителя, и закрываются при помощи специальных пружин.

Дизельный двигатель MAN B&W 6S50MC является шестицилиндровым двигателем серии S50-98MC (рис. 1). Номинальная мощность данного двигателя составляет 9480 кВт при 127 об/мин. Вращение двигателя - правое.

1.2.2 Система наддува главного двигателя

Система наддува двигателей серии S50-98MC состоит из газотурбонагнетателя, воздухоохладителя, продувочного ресивера и выхлопного коллектора.

Для обеспечения необходимого давления продувочного воздуха в дизельном двигателе MAN B&W 6S50MC используется два газотурбонагнетателя фирмы ASEA Brown&Boveri - ABB VTR 564-32 (рис. 2), которые подают воздух в общий продувочный ресивер.

Турбина и компрессор газотурбонагнетателя установлены на одном валу. Компрессор всасывает воздух из машинного отделения через воздушный фильтр, также выполняющий функции глушителя. Далее, сжатый в компрессоре воздух, поступает в воздухоохладитель, а затем в воздушный ресивер. Воздухоохладитель представляет собой поверхностный теплообменник трубчатого типа, по змеевикам которого циркулирует охлаждающая вода. Из ресивера воздух через продувочные окна и пластинчатые клапаны направляется в цилиндры двигателя,где,смешиваясь с топливом,образует воздушнотопливную смесь.

Рис. 2. Общий вид системы наддува двигателя серии MAN B&W S5098MC:

1 - привод выпускного клапана; 2 - выпускной клапан; 3 - кожух выпускного клапана; 4 - крышка цилиндра; 5 - втулка цилиндра; 6 - блок цилиндра; 7 - продувочные окна; 8 - поршень; 9 - привод электрической воздуходувки; 10 - электрическая воздуходувка; 11 - всасывающая часть электрической воздуходувки; 12 - расширительное кольцо; 13 - выпускной ресивер; 14 - расширительное кольцо; 15 - компрессор; 16 - турбина; 17 - воздушные заслонки; 18 - продувочный ресивер; 19 - водоотделитель; 20 - воздухоохладитель; 21 - расширительное кольцо; 22 - воздуховод; 23 - воздушные заслонки.

В процессе сгорания воздушно-топливной смеси в цилиндрах двигателя совершается механическая работа, а отработавшие газы, удаляются из цилиндров через выпускные клапаны. Из цилиндров двигателя газы поступают в выхлопной коллектор, где импульсы от каждого цилиндра выравниваются, в результате чего давление в коллекторе поддерживается постоянным. Далее газы попадают в газовую турбину и затем удаляются через газоход. Трубопровод, соединяющий цилиндры двигателя и выхлопной коллектор, оснащен системой конденсаторов, предназначенных для защиты конструкции от неравномерного термического расширения.

Турбокомпрессор ABB VTR 564-32 использует теплоту отработавших газов для подачи сжатого воздуха в цилиндры двигателя. Данный турбокомпрессор состоит из одноступенчатой осевой газовой турбины и центробежного компрессора, имеющих общий ротор.

Отработавшие в цилиндрах двигателя газы поступают в сопловой аппарат турбины через сопловую камеру, отлитую в газоподводящей части корпуса турбины. После расширения в каналах соплового аппарата отработавшие газы совершают работу на рабочих лопатках турбины, закрепленных на диске, откованном заодно с валом ротора. Далее отработавшие газы выбрасываются в атмосферу через выпускной патрубок, расположенный в газовыпускной части корпуса турбины.

Воздух засасывается в компрессор через фильтр-глушитель, закрепленный на корпусе компрессора с помощью фланцевого соединения. Фильтр состоит из металлической сетки, заполненной фильтрующим материалом (шелковая ткань и синтетические материалы), а глушитель - из металлических пластин, оклеенных войлоком. Пройдя фильтр и конфузор приемного патрубка корпуса компрессора, воздух поступает в каналы вращающегося направляющего аппарата и рабочего колеса. Рабочее колесо, а также элементы вращающегося направляющего аппарата изготавливают из поковок алюминиевого сплава и закрепляют на валу с помощью шпонок. От осевого смещения они удерживаются нажимной гайкой. Из рабочего колеса воздух поступает в направляющий аппарат компрессора, состоящий из щелевого (безлопаточного) диффузора и лопаточного диффузора, где дополнительно сжимается. После этого, пройдя улитку и выпускной патрубок, воздух подводится к воздухоохладителю и продувочному ресиверу двигателя.

Ротор турбокомпрессора отковывают из жаропрочной стали. Он лежит в подшипниках качения. Подшипник со стороны турбины - роликовый, однорядный, со стороны компрессора - шариковый, двухрядный.

Масло к подшипникам подается от шестеренных масляных насосов, получающих вращение от ротора турбокомпрессора. Масло забирается из масляных ванн, отлитых в корпусе. Для наблюдения за уровнем масла предусмотрены специальные смотровые стекла.

Рабочие лопатки турбины имеют переменный по высоте профиль. Для повышения вибрационной жесткости их соединяют в пакеты посредством связной проволоки. Лопатки заводят в пазы с торца диска; они удерживаются от осевого смещения специальными пластинками, которые после установки лопатки отгибают. В холодном состоянии лопатки в пазах подвижны, что компенсирует неодинаковое расширение лопаток и диска.

Газовпускная и газовыпускная части корпуса турбины отлиты из чугуна и соединены с помощью шпилек и болтов. Стенки корпуса турбины, омываемые газами, охлаждаются пресной водой, поступающей из системы охлаждения двигателя. Вода подводится через распылители в нижнюю часть корпуса, а отводится в верхней части корпуса. Подвод охлаждающей воды снизу обеспечивает удаление из охлаждаемых полостей пузырьков воздуха, которые могли бы привести к местному перегреву стенки корпуса. Распылители предупреждают механическое разрушение корпуса охлаждающей водой. Теплоизолирующий экран, установленный в выпускном патрубке турбины, препятствует передаче тепла от уходящих газов к сжимаемому воздуху.

Сопловой аппарат турбины, выполненный в виде чугунного соплового кольца с залитыми штампованными лопатками из аустенитной стали, крепится к корпусу болтами по фланцу внутренней обоймы и прижимается к корпусу специальной накладкой.Между кольцом и корпусом турбины предусматривается радиальный зазор, допускающий расширение соплового кольца при его нагревании.Расширение в окружном направлении компенсируется тремя тепловыми вырезами во внутренней обойме.

Лабиринтное уплотнение на наружной стенке рабочего колеса компрессора предназначено для уменьшения утечки воздуха. Для этой же цели служит и внутреннее уплотнение ротора.

В камеру концевого уплотнения ротора со стороны турбины по специальному каналу подводится уплотняющий воздух, препятствующий выходу газов из турбины. При нормальном уплотнении ротора через сетку в машинное отделение поступает небольшое количество воздуха. Прорыв газа через сетку свидетельствует о загрязнении канала и необходимости его очистки.

Также уплотняющий воздух подводится по специальному каналу в камеру концевого уплотнения ротора со стороны компрессора с целью предотвращения засасывания рабочим колесом паров масла и масляной пленки.

1.3 Исходные данные для проведения расчета

1.3.1 Данные по эксплуатационным характеристикам судна

Среднее расстояние, проходимое судном за рейс, L:

L ? 2309,00 миль - задано по условию.

Годовая длительность эксплуатации судна, Т:

T ? 360,00 сут. - задано по условию.

Средняя скорость движения судна за рейс (на заданном режиме), V:

? 10,00 уз - задано по условию.

1.3.2 Данные по эксплуатационным характеристикам главного двигателя

Номинальная мощность главного двигателя, N_e^н:

N_е^н ? 9400,00 кВт - задано по условию.

Номинальная частота вращения главного двигателя, n^н:

n^н ? 123,00 об / мин - задано по условию.

Среднее индикаторное давление на заданном режиме, p_i^з:

p_i^з ? 1,53 МПа - задано по условию.

Частота вращения главного двигателя на заданном режиме,n^з:

n^з ? 73,00 об / мин - задано по условию.

Среднее индикаторное давление p_i^з и частота вращения главного двигателя n^з определяют режим эксплуатации главного двигателя.

1.3.3 Данные по техническим характеристикам главного двигателя

Марка главного двигателя:

6S50MC - C - задано по условию.

Число цилиндров главного двигателя, i:

i = 4,00 шт - задано по условию.

Диаметр цилиндров главного двигателя, D:

D = 0,45 м - задано по условию.

Ход поршня главного двигателя, S:

S = 1,5 м - задано по условию.

Коэффициент тактности главного двигателя, m:

m = 0,78 - задано по условию.

Механический КПД главного двигателя, з_мех:

h_мех = 0,98 - задано по условию.

Тип наддува главного двигателя:

импульсный - задано по условию.

Давление наддува главного двигателя, p_к:

p_к = 0,24 МПа - задано по условию.

Рабочий объем цилиндра главного двигателя, V_ц:

1.3.4 Данные по экономическим характеристикам судна

Грузоподъемность судна за рейс, G:

G =105500,00 т - задано по условию.

Навигационные расходы судна за рейс, H:

H =12660000,00 руб - задано по условию.

Тариф на перевозку судном 1 т груза, S:

S = 350,00 руб / т - задано по условию.

1.3.5 Данные по экономическим характеристикам главного двигателя

Цена на топливо для главного двигателя, Ц_т^ГД:

Ц_т^ГД = 22000,00 руб / т - задано по условию.

Цена на топливо для дизель-генератора, Ц_т^ДГ:

Ц_т^ДГ = 25000,00 руб / т - задано по условию.

Цена на топливо для вспомогательного котла, Ц_т^ВК:

Ц_т^ВК = 15000,00 руб / т - задано по условию.

Цена на цилиндровое масло для главного двигателя и дизель- генератора, Ц_м^ГД-ДГ:

Ц_м^{ГД - ДГ} = 150000,00 руб / т - задано по условию.

1.4 Расчет технических характеристик работы судовой энергетической установки

1.4.1 Расчет общих технических характеристик

Процентное содержание углерода в топливе, С_т:

C_т = 87,00 % - принимается из опыта эксплуатации.

Процентное содержание водорода в топливе, H_т:

H _т =12,60 % - принимается из опыта эксплуатации.

Процентное содержание кислорода в топливе, O_т:

O_т = 0,40 % - принимается из опыта эксплуатации.

Процентное содержание серы в топливе, S_т:

H _т = 3,50 % - принимается из опыта эксплуатации.

Процентное содержание воды в топливе, W_т:

W_т = 0,00 % - принимается из опыта эксплуатации.

Низшая теплотворная способность 1 кг топлива, Q_т^н:

Коэффициент избытка воздуха для горючей смеси, б_в:

a_в = 2,10 - принимается из практики эксплуатации.

Здесь коэффициент избытка воздуха - отношение действительного количества воздуха в горючей смеси, подаваемой в цилиндр двигателя за цикл, к теоретическому количеству воздуха, необходимому для ее полного сгорания.

Теоретическое количество воздуха необходимое для сжигания 1 кг топ-лива, L_т^о:

Действительное количество воздуха необходимое для сжигания 1 кг топлива, L_т:

Коэффициент падения давления в продувочном ресивере двигателя, о_р:

о_р = 0,95 - принимается из практики эксплуатации.

Здесь коэффициент падения давления в продувочном ресивере - отношение давления воздуха на входе в продувочный ресивер двигателя к давлению воздуха на выходе из продувочного ресивера двигателя.

Давление воздуха в наддувочном компрессоре двигателя

Температура воздуха окружающей среды, t^атм:

t ^атм = 310,00 К - принимается из практики эксплуатации.

Давление воздуха окружающей среды, p^атм:

p^атм = 0,10 МПа - принимается из практики эксплуатации.

Показатель политропы сжатия воздуха в наддувочном компрессоре двигателя, n_в:

n_в = 1,50 - принимается из практики эксплуатации.

Температура воздуха в наддувочном компрессоре двигателя, t_к:

Температура воздуха в продувочном ресивере двигателя, t_р:

Коэффициент падения давления в цилиндре двигателя, о_ц:

о_ц = 0,95 - принимается из практики эксплуатации.

Здесь коэффициент падения давления в цилиндре двигателе - отношение давления воздуха на входе в цилиндр двигателя к давлению воздуха на выходе из цилиндра двигателя.

Коэффициент остаточных газов в цилиндре двигателя, г_г:

г_г = 0,10 - принимается из практики эксплуатации.

Здесь коэффициент остаточных газов - отношение количества газов, оставшихся в цилиндре двигателя от предыдущего цикла, к количеству све-жего воздуха, подаваемого в цилиндр двигателя.

Температура остаточных газов в цилиндре двигателя, t_г:

t_г = 700,00 К - принимается из практики эксплуатации.

Подогрев воздуха за счет трения о стенки цилиндра двигателя, t_в

t_в =10,00 К - принимается из практики эксплуатации.

Давление в цилиндре двигателя в начале процесса сжатия,

Температура в цилиндре двигателя в начале процесса сжатия, t_а:

Относительная доля хода поршня, потерянного на продувку цилиндра двигателя, ш:

y = 0,10 - принимается из практики эксплуатации.

Действительная степень сжатия горючей смеси в цилиндре двигателя,

е: е = 13,00 - принимается из практики эксплуатации.

Коэффициент наполнения цилиндра двигателя, м:

Здесь коэффициент наполнения цилиндра двигателя характеризует степень наполнения цилиндра свежим воздухом и выражает отношение действительного количества воздуха, поступившего в цилиндр двигателя за цикл, к тому количеству воздуха, которое могло бы заполнить рабочий объем цилиндра при давлении и температуре окружающей среды.

1.4.2 Расчет индикаторных характеристик

Индикаторная мощность двигателя на заданном режиме, N_i^з:

Индикаторный вращающий момент на валу двигателя на заданном режиме, M_i^з:

Индикаторный расход топлива на заданном режиме (часовой), B_i^з:

.

Индикаторный КПД двигателя на заданном режиме, з_i^з:

1.4.3 Расчет эффективных характеристик

Эффективный КПД двигателя на заданном режиме, з_e^з:

1.5 Выбор оптимального режима эксплуатации судовой энергетической установки

1.5.1 Расчет номинальной винтовой характеристики

Среднее эффективное давление на номинальном режиме, p_е^н:

Эффективная мощность на номинальном режиме, N_e^н:

N_e^н = 9500,00 кВт - задано по условию.

Индикаторная мощность на номинальном режиме, N_i^н:

Мощность механических потерь на номинальном режиме, N_мех^н:

Показатель степени, в:

в =1,10 - принимается из практики эксплуатации.

Среднее эффективное давление на номинальном режиме, p_e:



Среднее давление механических потерь на номинальном режиме, p_мех:

Среднее индикаторное давление на номинальном режиме, p_i

Эффективная мощность на номинальном режиме, N_e:

Механический КПД на номинальном режиме, з_мех:

По результатам проведенных вычислений строится номинальная винтовая характеристика - зависимость мощности главного двигателя, работающего на гребной винт, от частоты его вращения при номинальном режиме эксплуатации главного двигателя.

1.5.2 Расчет заданной винтовой характеристики

Среднее эффективное давление на заданном режиме,:

Среднее индикаторное давление на заданном режиме, :

Эффективная мощность на заданном режиме, :

Показатель степени, в:

в =1,10 - принимается из практики эксплуатации.

Среднее эффективное давление на заданном режиме,

Эффективная мощность на заданном режиме,

По результатам проведенных вычислений строится заданная винтовая характеристика - зависимость мощности главного двигателя, работающего на гребной винт, от частоты его вращения при заданном режиме эксплуатации главного двигателя.

1.5.3 Расчет ограничительной винтовой характеристики

Абсолютное значение ограничения по индикаторной мощности при длительной работе на заданном режиме:



Рис. 3. Скоростная ограничительная характеристика дизельного двигателя с изобарным наддувом (--- - длительная, - - - кратковременная работа).

Рис. 4. Скоростная ограничительная характеристика дизельного двигателя с импульсным наддувом (--- - длительная, - - - кратковременная работа).

Абсолютное значение ограничения по индикаторному давлению при кратковременной работе на заданном режиме:

Абсолютное значение ограничения по индикаторной мощности при кратковременной работе на заданном режиме:



Рис. 5. Зависимость индикаторного p_i, эффективного p_e давлений и давления механических потерь p_мех от частоты вращения главного двигателя n.

Рис. 6. Зависимость индикаторной N_i, эффективной N_e мощности и мощности механических потерь N_мех от частоты вращения главного двигателя n.

По результатам проведенных вычислений строится ограничительная характеристика - зависимость мощности главного двигателя, работающего на гребной винт, от частоты его вращения при ограничении некоторых параметров работы главного двигателя с целью недопущения возможных перегрузок, возникающих в процессе его эксплуатации.

1.6 Расчет теплоутилизационного контура судовой энергетической установки

1.6.1 Тепловой расчет теплоутилизационного контура

Количества тепла, получаемое при сохранении топлива в главном двигателе на заданном режиме, :

=

Коэффициент избытка продувочного воздуха в главном двигателе,:

=1.55 - принимается из практики эксплуатации.

Здесь коэффициент избытка продувочного воздуха - отношение количества свежего воздуха, подаваемого в цилиндр двигателя за цикл, к рабочему объему цилиндра двигателя.

Теоритическое количество воздуха необходимое для сжигания топлива,:

=32•= ?кг / кг

Температура газов на выходе из турбонагнетателя главного двигателя, :

= 600,00 К - принимается из практики эксплуатации.

Количество газов,уходящих из газотурбонагнетателя главного двигателя на заданном режиме,

Теплоемкость газов на выходе из газотурбонагнетателя главного двигателя,:

- принимается из практики эксплуатации.

Теплоемкость воздуха на входе в воздухоохладитель главного двигателя,:

- принимается из практики эксплуатации.

Доля тепла,передаваемая охлаждающей среде (воздушный холодильник) на заданном режиме,:

Доля тепла, передаваемая охлаждающей среде (водяной и масляной холодильники) на заданном режиме, :

1.6.2 Расчет производительности и мощности насосов

Плотность масла, охлаждающего элементы главного двигателя,:

- принимается из практики эксплуатации.

Плотность воды,охлаждающего элементы главного двигателя (пресная вода),:

- принимается из практики эксплуатации.

Плотность воды,охлаждающего элементы главного двигателя (забортная вода),:

- принимается из практики эксплуатации.

Теплоемкость масла, охлаждающего элементы главного двигателя,:

=2.00 кДж/(кг•°С) - принимается из практики эксплуатации.

Теплоемкость воды, охлаждающего элементы главного двигателя(пресная вода),:

=4.17 кДж/(кг•°С) - принимается из практики эксплуатации.

Теплоемкость воды, охлаждающего элементы главного двигателя,:

=3.95 кДж/(кг•°С) - принимается из практики эксплуатации.

Перепад температур между входом и выходом масляного холодильника,?:

?=20.00°С - принимается из практики эксплуатации.

Перепад температур между входом и выходом масляного холодильника(пресная вода),?:

?=8.00°С - принимается из практики эксплуатации.

Перепад температур между входом и выходом масляного холодильника(забортная вода),?:

?=8.00°С - принимается из практики эксплуатации.

Доля тепла, переданная охлаждающему маслу в водяном холодильника,:

=0,04 Дж/кг - принимается из практики эксплуатации.

Доля тепла, переданная охлаждающей воде в водяном холодильника(пресная вода),:

=0,08 Дж/кг - принимается из практики эксплуатации.

Доля тепла, переданная охлаждающей воде в водяном холодильника(забортная вода),:

=0,12 Дж/кг - принимается из практики эксплуатации.

=1,20 - принимается из практики эксплуатации.

КПД масляного насоса,:

=0,70МПа - принимается из практики эксплуатации.

КПД водяного насоса(пресная вода),:

=0,70МПа - принимается из практики эксплуатации.

КПД водяного насоса(забортная вода),:

=0,70МПа - принимается из практики эксплуатации.

1.6.3 Расчет потребностей судна в паре, воде и электричестве

Потери на охлаждение цилиндра пресной водой,:

=0,04кДж/кг - принимается из практики эксплуатации.

Количества тепла,необходимое для получение 1 кг дистиллята в опреснителе, :

3000,00 кДж/кг - принимается из практики эксплуатации.

Производительность вакуумной опреснительной установки на заданном режиме,:

=24,00=

Производительность котельной установки на заданном режиме,:

=1000,00+0,09•=

Мощность электроэнергитической установки на заданном режиме,:

=120,00+0,03•=

1.7 Оценка возможности замещения элементов судовой энергетической установки

1.7.1 Расчет расхода топлива

Число работающих дизель-генераторов на заданном режиме, i^ДГ:

i ^ДГ = 1,00 шт - принимается из практики эксплуатации.

Удельный расход топлива на дизель-генераторе на заданном режиме, g^ДГ:

g ^ДГ = 0,39 кг /(кВтЧ ч) - принимается из практики эксплуатации.

Удельный расход топлива на вспомогательном котле на заданном

режиме, g^ВК:

g ^ВК = 0,33 кг /(кВтЧ ч) - принимается из практики эксплуатации.

Механический КПД дизель-генератора, з^ДГ:

h ^ДГ = 0,95 - принимается из практики эксплуатации.

Мощность, снимаемая с главного распределительного щита на

заданном режиме, N^ГРЩ:

N^ГРЩ =120,00 + 0,03N_е^з = 120,00 0,03 ? 5514,17 ? 285,43 кВт.

1.7.2 Замещение вспомогательного котла утилизационным котлом

Длина выхлопного тракта главного двигателя, l_г:

l_г = 7,00 м - принимается из практики эксплуатации.

Погонное снижение температуры газов в выхлопном тракте главного двигателя, Дt_г:

Дt_г =1,50 К - принимается из практики эксплуатации.

Температура газов на входе в утилизационный котел, t^вхд_г:

Температура насыщенного пара в утилизационный котел, t_нп:

t_нп=470,00 К - принимается из практики эксплуатации.

Увеличение температуры стенки утилизационного котла из-за

загрязнения, Дt_з:

Дt_з= 20,00 єС - принимается из практики эксплуатации.

Увеличение температуры стенки утилизационного котла из-за температурного напора, Дt_н:

Дt_н= 30,00 єС - принимается из практики эксплуатации.

Температура газов на выходе из утилизационного котла (при условии отсутствия коррозии), t_г^вых ':

Температура газов на выходе из утилизационного котла (минимально

допустимая при эксплуатации), t_г^вых '':

Температура газов на выходе из утилизационного котла, t_г^вых:

t_г^вых = max(t_г^{вых '} ; t_г^{вых ''}) = max(487,55; 520,00) ? 520,00 К

Теплоемкость газов, уходящих из главного двигателя, c_г:

с_г= 1,05 кДж /(кг?К) - принимается из практики эксплуатации.

Количество тепла, забираемое утилизационным котлом у уходящих газов на заданном режиме, Q_г ^УК:

Энтальпия перегретого пара в утилизационном котле, i_пп:

i_пп = 2850,00 кДж/кг - принимается из практики эксплуатации.

Энтальпия питательной воды в утилизационном котле, i_вп:

i_вп = 250,00 кДж/кг - принимается из практики эксплуатации.

Механический КПД утилизационного котла, з_УК:

з_УК = 0,95 - принимается из практики эксплуатации.

Производительность котельной установки на заданном режиме до замещения, Q^КУ:

Q^КУ ? 1496,28 кг / ч.

Производительность котельной установки на заданном режиме после

замещения, Q^КУ ':

Коэффициент замещения вспомогательного котла утилизационным котлом, К^ВК-УК:

Коэффициент замещения вспомогательного котла утилизационным

котлом К^ВК-УК больше единицы, а значит, утилизационный котел может полностью заменить вспомогательный котел в процессе эксплуатации.

1.7.3 Замещение дизель-генератора валогенератором

Механический КПД генератора, размещаемого на гребном валу, з_ген:

з_ген = 0,85 - принимается из практики эксплуатации.

Механический КПД передачи для генератора, размещаемого на гребном валу, з_пер:

з_пер = 0,96 - принимается из практики эксплуатации.

Расход топлива на главном двигателе при выключенном валогенераторе на заданном режиме, G_т ^ГД:

G_т ^ГД ? 35,76 m / сут.

Расход топлива на главном двигателе при включенном валогенераторе

на заданном режиме, G_т ^{ГД '}:

Суммарный расход топлива судовой энергетической установки при

выключенном валогенераторе на заданном режиме, G_т:

G_т ? 39,83 m/cym.

Суммарный расход топлива судовой энергетической установки при включенном валогенераторе на заданном режиме, G_т':

Экономия топлива при включении валогенератора на заданном режиме, ДG_т:

Коэффициент замещения дизель-генератора валогенератором К^ДГ-ВК меньше единицы, а значит, утилизационный котел может полностью заменить вспомогательный котел в процессе эксплуатации.

1.7.4 Расчет эффективности замещения

Механический КПД передачи от фланца отбора мощности главного двигателя к гребному винту, з_фл:

з_фл = 0,99 - принимается из практики эксплуатации.

Механический КПД энергетической установки на заданном режиме без использования замещения, з_мех':

Механический КПД энергетической установки на заданном режиме c использованием замещения, з_мех'':

Суммарные расходы на рейс на заданном режиме без использования замещения, Э':

Суммарные расходы на рейс на заданном режиме с использованием замещения, Э'':

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе я произвел общую оценку судовой энергетической установки.Рассчитал винтовые и ограничительные характеристики судовой энергетической установки и сделал анализ тепловой схемы судовой энергетической установки и оценить степень утилизации тепла;

Таким образом использование на судне предлагаемой схемы утилизации тепла выгодно, как по причине экономии топлива (на ходовом режиме вспомогательный котел замещается утилизационным, а дизель-генератор - валогенератором), так и по причине снижения расходов на обслуживание и ремонт вспомогательного котла и дизель-генератора (после замещения вспомогательный котел и дизель-генератор использоваться не будут, однако им необходимо постоянное техническое обслуживание).

Использование на судне предлагаемой схемы утилизации тепла повышает суммарный КПД судовой энергетической установки за счет более рационального использования энергии отработавших газов.

Для поддержания эффективности предлагаемой схемы утилизации тепла необходимо следить за чистотой теплообменных поверхностей, своевременно очищать их от сажи, накипи и прочих отложений.

Входе работы были получены навыки в проектировании тепловых схем, изучены принципы совместной работы главных и вспомогательных комплексов судовой энергетической установки.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Башуров Б.П., Носенко С.Е., Шарик В.В. Эксплуатационные качества элементов судового энергетического комплекса. Часть 1. - Новорос-сийск: РИО НГМА, 2005.

2. Башуров Б.П., Носенко С.Е., Шарик В.В. Эксплуатационные качества элементов судового энергетического комплекса. Часть 2. - Новорос-сийск: РИО НГМА, 2005.

3. Башуров Б.П. Техническая эксплуатация энергетических установок судовых транспортных средств. Учебное пособие. - Новороссийск: РИО НГМА, 2001.

4. Башуров Б.П. Эксплуатационная надежность и контроль техническо-го состояния элементов судовых энергетических установок. Учебное пособие. - Новороссийск: РИО НГМА, 2001.

5. Башуров Б.П., Велиадзе Г.Т. Эксплуатационная надежность судовых вспомогательных механизмов. - М.: В/О «Мортехинформреклама», 1993.

6. Башуров Б.П., Семченко В.А. Техническое обслуживание судовых вспомогательных механизмов, установок и устройств. Учебное посо-бие - М.: В/О «Мортехинформреклама», 1995.

7. Васькевич Ф.А. Расчеты судовой силовой установки. Методическое пособие по курсовому и дипломному проектированию. - Новорос-сийск: РИО НВИМУ, 1987.

8. Васькевич Ф.А. Двигатели внутреннего сгорания. Теория, эксплуата-ция, обслуживание. Учебное пособие. - Новороссийск: РИО НГМА, 2004.

9. Васькевич Ф.А. Эксплуатация судовых силовых установок. Практическое пособие по эксплуатации судовых энергетических установок танкеров. - Новороссийск: РИО НГМА, 2004.

10. Возницкий И.В. Предотвращение аварий судовых двигателей внут-реннего сгорания. - М.: Транспорт, 1997.

Размещено на Allbest.ru