Размещено на http://www.allbest.ru/

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине

«Судовые энергетические установки»

Модернизация энергетической установки сухогрузного судна проекта 507 с целью повышения его энергетической эффективности

Введение

Речной транспорт - неотъемлемая составная часть транспортной системы России и его развитию присущи те же тенденции, что и развитию транспортной системы в целом.

Такими тенденциями являются: ресурсосбережение; повышение надежности, безопасности и экологической чистоты; повышение производительности за счет роста грузоподъемности, увеличение скорости перевозок, компьютеризации, механизации и автоматизации, а также снижение собственной массы транспортных средств; повышение гибкости и мобильности за счет максимальной унификации и стандартизации грузовых единиц (модулей), обеспечения их технологической совместимости; повышение качества транспортных услуг, в том числе, комфортности и безопасности пассажирских перевозок.

Основной целью курсового проекта является повышение его энергетической эффективности. Также ознакомимся с составом различных судовых энергетических установок, их возможностями, технико-экономическими показателями, освоим методики обоснования и выбора судового оборудования.

В ходе выполнения работы необходимо:

1. Выбрать новый двигатель и обосновать его выбор.

2. Рассчитать системы энергетической установки и выбрать их составляющие, если есть необходимость.

3. Выбрать котельные установки.

4. Описать комплектацию судовой электростанции и по необходимости выбрать новую.

5. Спроектировать судовой валопровод.

6. Сопоставить показатели энергетических установок судна и проекта и сделать вывод по работе.

1. Анализ показателей судна и его энергетической установки

Для выполнения последующих обоснований и расчетов приведем краткую характеристику судна проекта 507 и его энергетической установки.

Таблица 1. Характеристики судна проекта 507

№ п.п.	Параметры, единицы измерения	Численные значения
1	Класс	0
2	Размерения корпуса, м: длина ширина	135 16,5
3	Водоизмещение, т	6729
4	Грузоподъемность, т	5300
5	Мощность, кВт	1472
6	Осадка, м	3,5
7	Скорость в полном грузу, км/ч	21
8	Число мест для экипажа	20
9	Автономность, сут	15
10	Тип движителя	Гребной винт
11	Количество движителей	2
12	Диаметр винта, м	1,8
13	Шаг винта, м	1,55
14	Габариты машинного отделения, м длина ширина	14,4 16,5

Таблица 2. Характеристики основных элементов энергетической установки судна проекта 507

№ п.п	Элементы ЭУ и их параметры, единицы измерения	Численные значения
1	ГЛАВНЫЕ ДВИГАТЕЛИ
	Количество	2
	Марка	8ЧРН32/48АУ
	Номинальная эффективная мощность, кВт	736
	Номинальная эффективная частота вращения коленчатого вала, мин?-1	375
	Род топлива	Мот. и Диз.
	Удельный эффективный расход, кг/(кВт*ч) - Топлива - Масла	0,218 0,001952
2	ГЛАВНАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ
	Тип	Прямая
	Передаточное отношение	-
3	СУДОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ
	Количество дизель-генераторов	2
	Марка дизель-генераторов	ДГРА150/750
	Номинальная эффективная мощность, кВт	150
	Номинальная эффективная частота вращения коленчатого вала, мин?-1	750
	Удельный эффективный расход, кг/(кВт*ч) - топлива - масла	0,234 0,00105
	Марка валогенератора	ДГС-92/4
	Количество и их номинальная мощность, кВт	50
4	КОТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА
	Марка автономного котла	КОАВ-68
	Количество	1
	Теплопроизводительность, кДж/ч	284000
	Расход топлива, кг/ч	8,2
	Марка утилизационного котла	КУВ-100
	Количество	2
	Теплопроизводительность, кДж/ч	420000

На основе таблицы 1 и таблицы 2 выполняется расчет показателей установки судна (таблица 3):

1. Эффективной мощности главной энергетической установки, кВт:

,

где х и - количество и номинальная эффективная мощность главного двигателя

2. Энергооснащенности судна проекта 507

,

где Q - водоизмещение судна в полном

грузу, т;

3. Энергооснащенности по отношению к:

- длине машинного отделения (МО):

= (+)/Lмо = (1472+)/14,4 = 123 кВт/м

- площади машинного отделения:

= (+)/Sмо = (1472+)/237,6 = 7,44 кВт/м,

где и

количество и мощность вспомогательных двигателей, кВт

4. Энергоемкости работы судна:

е = (3600)/() = ()/() = 47,6 кДж/т, где т, G - грузоподъемность, т;

V - скорость судна в полном грузу, км/ч

5. Абсолютного коэффициента полезного действия судовой установки:

= 42500 кДж/кг - для дизельного топлива

= 42000 кДж/кг - для моторного топлива

- удельный эффективный расход топлива главного двигателя кг/

/, где - КПД вспомогат. автономного котла

кг/кВт•ч

6. Эффективного КПД установки:

, , - количество автономных, утилизационных котлов и других

устройств

7. КПД судового пропульсивного комплекса:

- эффективный КПД главного двигателя

- КПД передачи; для прямой -

- КПД валопровода;

- пропульсивный КПД движителя;

8. КПД энергетического комплекса:

- эффективный КПД

вспомогательного двигателя

- КПД электрогенератора

Таблица 3. Показатели энергетической установки судна пр. 621

№ п.п.	Наименование показателя, единицы измерения	Численные значения
1	Эффективная мощность главной ЭУ, кВт	736
2	Энергооснащённость, кВт	0,22
3	Энергонасыщенность по отношению к: длине МО, кВт/м площади МО, кВт/м2	123 6,47
4	Энергоёмкость работы судна, кДж/паскм	47,6
5	Удельная масса ЭУ, кг/кВт	-
6	Эффективный КПД установки	0,32
7	Абсолютный КПД установки	0,357
8	КПД судового комплекса	0,19
9	КПД энергетического комплекса	0,37

Для повышения энергетической эффективности установок могут предусматриваться:

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

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

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

- использование валогенераторов;

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

2. Обоснование выбора главной энергетической установки

Целью данного раздела является обоснование и выбор главных двигателей, а также выбор типа главной передачи.

Исходными данными при выборе главных двигателей являются: мощность главной энергетической установки (ЭУ) судна ; количество и частота вращения движителей.

Предметом рассмотрения курсового проекта является модернизация ЭУ сухогрузного судна с целью повышения его энергетической эффективности.

Для обоснования марки ГД необходимо подобрать два двигателя разных марок, мощность которых близка (в диапазоне 100-120% P), т.е. 294-353 кВт, к требуемой и сравнить их с установленным по комплексному параметру качества.

Удельная мощность дизеля:

; l, s, h - длина, ширина, высота двигателя, м.

кВт/м

кВт/м

кВт/м

Удельная масса двигателя:

; М - масса дизеля, кг.

кг/кВт

кг/кВт

кг/кВт

Стоимость двигателя:

;

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

Комплексный параметр качества:

КПД судового комплекса:

При выборе двигателей для крупных транспортных судов можно принимать = 0,1; = 0,12; = 0,24; = 0,14; = 0,19; = 0,14; = 0,07.

В качестве главного двигателя выбирается двигатель, имеющий наибольшее значение комплексного параметра . При равных значениях предпочтение отдается дизелю, который в составе ЭУ имеет больший КПД судового комплекса. На основе анализа данных таблицы 4 выбираем двигатель 6ЧНС20/28, т.к. в этом случае получаем большее значение = 0,75 и большее значение = 0,212.

Таблица 4. Сопоставление параметров судовых дизелей

Наименование параметра, единицы измерения	Марка двигателя
	8ЧРН32/48АУ	6ЧРН30/38	4ЧНС20/28
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Номинальная эффективная мощность, кВт	736	736	720
Номинальная частота вращения, об/мин	375	375	1000
Реверсивность	да	да	нет
Род топлива	Диз., Мот.	Диз., Мот.	Мот.
Удельный эффективный расход - топлива, кг/кВт·ч - масла, кг/кВт·ч	0,218 0,00195	0,204 0,0011	0,196 0,0006
Ресурс до капитального ремонта, тыс. ч	30	75	48
Габаритные размеры, м;
Масса, кг
РАСЧЕТНЫЕ ДАННЫЕ
Удельная мощность, кВт/м3	24,23	34	93,63
Удельная масса, кг/кВт	31,38	23,09	10
Стоимость, руб.	57448,47	112977	109518,5
ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ
Удельная мощность,	0,0258	0,0363	0,1
Удельная масса,	0,038	0,0519	0,12
Уд. расход топлива,	0,21	0,23	0,24
Уд. расход масла,	0,043	0,073	0,14
Ресурс,	0,076	0,19	0,114
Стоимость,	0,07	0,0356	0,0367
Род топлива	Диз., Мот.	Диз., Мот.	Мот.
Комплексный показатель качества	0,46	0,61	0,75
Тип главной передачи	прямая	прямая	реверс-редуктор
КПД судового комплекса	0,19	0,20	0,212

3. Выбор редуктора

При выборе типа редуктора определяющими параметрами являются максимально допустимый крутящий момент и частота вращения входного вала редуктора, выше которого редуктор работать не должен. При выборе типа редуктора необходимо стремиться к тому, чтобы частота вращения выходного вала редуктора была возможно близкой к частоте вращения валопровода судна прототипа. Выбираю редуктор ZFW8000NR: максимально допустима мощность 760 кВт, ,=0,76, максимальная частота (об/мин)=1450.

Определение параметров согласованного гребного винта

Приближенно элементы гребного винта определяются по уравнению:



- изменение скорости судна

км/ч

- скорость судна после модернизации, км/ч

- скорость судна до модернизации

Скорость определяется по формуле адмиралтейского коэффициента С_а:

км/ч

Изменение коэффициента момента

Где изменение мощности на гребном валу, кВт

Мощность передаваемая ГВ до модернизации, кВт



Мощность передаваемая ГВ после модернизации, кВт

Коэффициент попутного потока

Для судов с туннельными формами кормы а=-0,05; х=1

- коэффициент полноты водоизмещения

Для судов относительная скорость которых , к значению вводится поправка на влияние волнообразования

Относительная поступь гребного винта

V - скорость судна до модернизации в м/с

При условии, что согласование производится за счет изменения шага винта ( равны нулю) уравнение упрощается:

Где зависимости =18,3 и =0,4 определяются с помощью графиков из приложения

С учетом изменения шага винта, шаг винта на проекте

м

4. Расчет вспомогательной котельной установки

Вспомогательные котельные установки являются наиболее распространенными источниками теплоты на судах. Для удовлетворения потребности в теплоте в ходовом режиме на судах мощностью более 200 кВт, как правило, устанавливаются водогрейные или паровые котлы, использующие теплоту выпускных газов двигателей. Потребность судна в теплоте на стоянках удовлетворяется автономными котлами, работающими на жидком топливе. Общее количество теплоты на судовые нужды складывается из расходов теплоты на отопление помещений, санитарно-бытовые нужды, подогрев топлива и масла в системах ЭУ, а также на подогрев перевозимого груза и воды для мытья танков на танкерах.

Расход теплоты на подогрев топлива, масла и другие технические нужды :

кДж/ч

и - считались ранее.

Количество теплоты, отводимое от двигателя выпускными газами :

кДж/ч

кг/() - удельная масса выпускных газов для - тактных ДВС

кДж/- массовая теплоемкость газов

Расчет количества потребления теплоты на судне

Потребители тепла	Расчет-ный расход теплоты кДж/ч	Режим работы судна
		Ходовой	Стояночный
		Коэффициент загрузки	Потребное количество теплоты кДж/ч	Коэффициент загрузки	Потребное количество теплоты кДж/ч
Отопление, Qот Сан.-быт. нужды, Qсб Технич. нужды, Qпт	Q	kax	Qox=kaхQ	Kaс	Qoс=kaсQ
	306400 48000 53160	0,9 0,9 0,9	275750 43200 47844	0,8 0,8 0,8	245120 38400 42528
Итого		Qох= 366804	Qос= 326048
Количество фактически потребляемой теплоты	Qх=1,1kоQох=322788	Qс=1,1kоQос=251057

Автономный котел КОАВ-68, который стоял на судне до модернизации, полностью подходит по количеству потребляемой теплоты. Для сравнения: количество фактически потребляемой теплоты Q_х = 251057 кДж/ч, а теплопроизводительность котла 284000 кДж/ч. Утилизационный котел КУВ-100 оставляем, т.к. его теплопроизводительность удовлетворяет в количестве потребляемой теплоты и не превышает количество теплоты, полученное от двигателя с выпускными газами.

5. Расчет систем энергетической установки

Для обеспечения нормальной работы двигатели (главные и вспомогательные) и котельная установка СЕУ оборудуются системами: топливной, масляной, водяного охлаждения, сжатого воздуха и газовыпуска. Каждая система может быть подразделена на две части: непосредственно связанную с двигателями и судовую.

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

При использовании на судах тяжелого топлива применяется двухтопливная система. Пуск двигателя из холодного состояния осуществляется на дизельном топливе с переключением на моторное (тяжелое) топливо после прогрева двигателя.

Вместимость цистерн, м³:

- запасных тяжелого топлива

=61,87 м³

- коэффициент ходового времени, для танкеров = 0,5

- коэффициент использования автономного котла =

- плотность топлива, для моторного = 930 кг/м³

- продолжительность автономного плавания, ч.

- запасных дизельного топлива

м³ для дизельного топлива 860 кг/м³

- расходных (расходно-отстойных) для главных двигателей

м³

- расходных для вспомогательных двигателей

м³

- расходных для вспомогательных автономных котлов

м³

- сточной

м³

- суммарная мощность всех дизелей СЭУ, кВт

- аварийного запаса топлива

 м³

1,1 - коэффициент, учитывающий «мертвый» запас топлива

8, 12, 4, 24 - регламентируемая продолжительность потребления топлива из соответствующих цистерн, ч.

Для перекачки топлива из запасных цистерн в расходные должны быть предусмотрены топливоперекачивающий насос с механическим приводом и резервный ручной насос. При наличии сепаратора топлива в качестве резервного изредка используется насос сепаратора. На судах с суточным расходом топлива менее 1т допускается устанавливать один ручной насос.

В соответствии с требованиями Правил Речного Регистра РФ подача насоса для перекачивания топлива из запасных цистерн в расходные определяется:

м³/ч

м³/ч

м³/ч

ч. - время заполнения расходной (расходно-отстойной) цистерны.

Производительность сепаратора определяется из условия очистки суточной потребности топлива за 812 ч:

м³/ч

, - плотности моторного и дизельного топлив соответственно.

Поверхность теплопередачи подогревателя топлива определяется:

м³

- требуемое повышение температуры топлива,

- общий коэффициент теплопередачи от воды к топливу, кВт/(м²К)

- среднелогарифмическая разность температур для противоточных топливоподогревателей,

= 10 и = 25- разность температур горячей воды и топлива на входе и выходе из подогревателя.

кДж/(кг•К) - теплоемкость топлива

Выбор насоса производится по таблице в приложении 18. Выбираем насос для главного двигателя марки ШФ8-25-5,8/4Б-12, производительностью 5,8 м³/ч, номинальной мощностью 1,4 кВт, тип электродвигателя 2ДМШМ112S4, мощностью 2,2 кВт, работает на переменном токе, cosц = 0,8. Насос для вспомогательного двигателя марки ШФ2-25-3,6/4Б-12, с подачей 2,8 м³/ч, номинальной мощностью 1,1 кВт, тип электродвигателя 2ДМШ112S4, мощностью 2,2 кВт, работает на переменном токе, cosц = 0,8. Насос автономного котла марки ШФ8-25-0,8 /16Б-12, с подачей 0,8 м³/ч, номинальной мощностью 0,9 кВт, тип электродвигателя 2ДМШМ112SA6, работает на переменном токе, cosц = 0,64

Выбор сепаратора производится по таблице в приложении 16. Выбираем сепаратор марки СЦ - 1,5-4М, производительностью 1,5 м³/ч, электродвигатель - АОМ42-4Щ2, мощностью 3,2 кВт.

Масляная система предназначена для приёма, хранения, очистки и подачи масла к потребителям. В её состав входят: цистерны, маслоперекачивающие насосы, оборудование для очистки (фильтры, сепараторы), подогреватели и система трубопроводов с арматурой и КИП. Масло используется для смазки трущихся деталей главных и вспомогательных механизмов, а также для отвода тепла, выделяющегося при трении, для охлаждения поршней двигателей, для питания систем автоматического регулирования. Каждый двигатель должен иметь независимую масляную систему.

Принципиальная схема масляной установки показана на рисунке. Масло в запасную цистерну 11 принимается с главной палубы (с двух бортов), где размещаются наливные палубные втулки 10. К трубопроводу, выходящему из запасной цистерны, подключены всасывающие магистрали резервного масляного насоса 12 и насоса 13 с ручным приводом. Всасывающие магистрали насосов 12 и 13 через систему трубопроводов и вентилей могут подключаться к трубопроводам цистерны сепарированного масла 14, сточной 20, маслосборников 2 циркуляционной смазочной системы главных дизелей, картеров главных 1 и вспомогательных дизелей 8. Нагнетательные магистрали насосов 12 и 13 через систему трубопроводов и вентилей позволяют раздельно подавать масло в маслосборники 2, в картеры вспомогательных дизелей 8, в нагнетательную магистраль циркуляционного насоса 4, отстойную 15 и сточную 20 цистерны, к упорным подшипникам 22 и при необходимости через палубные втулки 9 на главную палубу для выдачи на берег или другим судам.

Главные дизели 1 имеют циркуляционную смазочную цистерну с «сухим» картером. Масло из картера дизеля отсасывается насосом 3 и подается в маслосборник 2, откуда циркуляционным насосом 4 направляется в фильтр грубой очистки 5 и далее через терморегулятор 6, холодильник 7 или в обход него в главную распределительную магистраль дизеля на смазку и охлаждение узлов последнего.

В случае выхода из строя одного из насосов 3 или 4 включается резервный насос 12.

Подкачка масла перед пуском может осуществляться насосом 12 или насосом 13. Свежим маслом система заправляется через маслосборники 2 резервным или ручным насосом из запасной 11 или цистерны сепарированного масла 14. Отработавшее масло удаляется через маслосборники 2 самотеком в сточную цистерну 20, которая оборудована змеевиковым подогревателем 21. Из сточной цистерны масло насосом 12 или 13 подается в отстойную цистерну 15. Вспомогательные дизели 8 имеют смазочную систему с «мокрым» картером. Заполнение системы свежим маслом производится в картеры насосом 13. отработавшее масло стекает в цистерну 20.

Вместимость цистерн определяется:

- запасных

м³

и - удельные эффективные расходы масла главного и вспомогательного двигателей, кг/(кВтч)

- удельная масса масла в сточных цистернах или картерах дизелей, для быстроходных = 2,95 кг/кВт

= 900 кг/м³ - плотность масла

- циркуляционных (маслосборников) главных двигателей

 м³

- циркуляционных (маслосборников) вспомогательных двигателей, для них как для быстроходных дизелей

м³

- расходных (или сепарированного масла)

м³

м³

- сточных и отстойных

м³

Подачи насосов, м³/ч:

- резервного циркуляционного

м³/ч

С_М - теплоёмкость масла, принимаемая 2ч2,2 кДж/(кгК);

t_М - разность температур масла на входе и выходе из дизеля, принимаемая равной 6ч12 С

- маслоперекачивающего (для заполнения расходных цистерн)

м³/ч

м³/ч

Производительность сепаратора Q_СМ определяется из условия обеспечения необходимой кратности очистки масла:

м³/ч

- кратность очистки масла

V_ЦМ - суммарная вместимость маслосборников главных и вспомогательных двигателей, м³

_С = 8ч12 ч. - время работы сепаратора в сутки

Выбираем сепаратор марки НСМ-2, производительностью 0,5 м³/ч, мощностью 2,2 кВт.

Система водяного охлаждения предназначена для отвода теплоты от втулок цилиндров, крышек цилиндров, смазочного масла, газовыпускного коллектора у крупных дизелей без наддува и других механизмов энергетической установки.

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

Принципиальная схема системы охлаждения показана на рисунке. Вода внутреннего контура насосом 26, навешенным на дизель 28, по распределительной трубе 27 подается в зарубашечное пространство дизеля и турбокомпрессора 29. Нагретая вода направляется из дизеля и турбокомпрессора в терморегулятор 8, который в зависимости от температуры воды распределяет ее поток в холодильник 9 и на перепуск. После водяного холодильника оба потока смешиваются и поступают во всасывающую магистраль насоса 27. Наиболее высоко расположенные на турбокомпрессоре и дизеле участки трубопровода внутреннего контура соединены трубами 1, 2 с расширительной цистерной 3, которая сообщается с атмосферой. Расширительная цистерна обеспечивает по трубопроводу 6 отвод паров воды и воздуха из системы водяного охлаждения, по трубопроводам 5 и 4 - пополнение воды во внутреннем контуре и ее слив при переполнении цистерны.

Прием забортной воды осуществляется через днищевой и бортовой кингстоны, расположенные в ящиках забортной воды 20, 16, соединенных трубопроводом. Забортная вода через фильтр 19 подается насосом внешнего контура 25, навешенным на дизель последовательно в холодильники надувочного воздуха 12, масла 10 и охлаждающей воды внутреннего контура 9, а затем по трубе 7 сливается за борт или по трубе 15 - в ящик забортной воды. В трубопроводе 23 циркулирует масло смазочной системы дизеля, а трубопроводе 13 - надувочный воздух. Забортной водой охлаждаются компрессоры 11. По трубопроводу 30 вода поступает на охлаждение подшипников валопровода, смазку дейдвудной трубы.

В случае выхода из строя насоса внутреннего контура 26 забортная вода насосом 25 будет подаваться ко всем потребителям и через трехходовой клапан по трубе 24 - в распределительную трубу 27. Из дизеля по трубе 7 вода направляется за борт или в ящик забортной воды.

Вспомогательный дизель имеет независимую систему водяного охлаждения и отдельную расширительную цистерну. Забортная вода к нему подводится по трубопроводу 17. Трубопровод 18 служит для подачи воды в систему водоснабжения судна.

В качестве резервного может быть использован насос, который подает воду по трубопроводу 21.

Подача насосов:

- внутреннего контура

м³/ч

м³/ч

- внешнего контура

м³/ч

м³/ч

а_тв = - доля теплоты, отводимая водой для тихоходных ДВС

а_тм = 0,08 - доля теплоты, отводимая маслом

С_в = 4,19 кДж/(кгК) и С_а = 3,98 кДж/(кгК) - теплоемкости пресной воды внутреннего контура и забортной воды внешнего контура.

_в = 1000 кг/м³ и _а = 1020 кг/м³ - плотности воды внутреннего контура и забортной воды соответственно.

t_в = и t_а =- разности температур во внутреннем контуре на выходе и входе в дизель и во внешнем контуре на выходе и входе в холодильник.

В целях унификации

м³/ч; м³/ч;

Поверхность охлаждения водяного холодильника:

м²

м²

k_ТВ = кВт/(м²К) коэффициент теплопередачи от воды к воде для пластинчатых холодильников.

-

средне логарифмическая разность температур для противоточных холодильников.

t_В`= и t_В``=- температуры воды во внутреннем контуре на выходе из дизеля и холодильника.

t_а`= и t_а``=- температура забортной воды на входе и выходе из водяного холодильника.

Выбираем насосы:

- для системы охлаждения главного двигателя - марки НЦВ 25/20 с подачей 25 м³/ч; тип электродвигателя - АОМ-41-2, мощностью 3 кВт, работает на переменном токе, cos=0,88

- для системы охлаждения вспомогательного двигателя - марки НЦС-3 с подачей 8 м³/ч; тип электродвигателя - АО2-32-2, мощностью 4 кВт, cos=0,8

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

Вместимость баллонов:

- пусковых

м³

м³

= м³/м³ - удельный расход свободного воздуха на 1 м³ объема цилиндра дизелей при пуске.

м³ - рабочий объем цилиндра.

м³

П_р = 12 - число последовательных пусков и реверсов двигателя, для реверсивного двигателя.

П_р = 6 - для нереверсивного двигателя.

p_о = 0,098 МПа - давление окружающей среды

p_б1 = МПа и p_б2 = МПа - начальное давление воздуха в баллоне после его заполнения и нижний его предел, при котором еще возможен пуск двигателя.

- для тифона

м³

k_н = 0,128 - коэффициент насыщения сигналами

м³/мин - расход тифоном свободного воздуха

и - начальное давление воздуха в баллоне после его заполнения и нижний его предел, при котором еще возможна подача сигнала

мин - продолжительность подачи сигнала.

По Правилам Речного Регистра РФ число пусковых баллонов должно быть не менее двух для каждого главного двигателя и одного - для вспомогательного двигателя, где V_б - ёмкость пускового баллона по ГОСТ 9731-79 или ГОСТ 999-73, баллоны нужной емкости - приложение 14.

 м³

м³

Выбираем баллоны для главных двигателей объёмом, 0,04 м³, рабочее давление 3 МПа, габариты - 273х1115х66 (длина, мм., ширина, мм., масса, кг.). Для вспомогательных двигателей объемом 0,04 м³, рабочее давление 3 МПа, габариты - 273х1115х66.

Подача компрессора:

м³/ч

Выбираю компрессор марки КВД-Г с подачей 10 м³/ч, давление нагнетания 3 МПа, мощность приводного электродвигателя 4 кВт, масса 300 кг.

Сжатый воздух, в ходовом и стояночном режиме от компрессора КВД-Г подается через маслоотделитель 2 в четырнадцать баллонов, один из которых (позиция 5) на 80 л, четыре (две группы по два баллона 1) по 40 л и две (позиция 3) по 40 л. Для пуска главных двигателей используются все группы баллонов 1 по 40 л, поставляемых с двигателями, баллон 5 на 80 л. Служит для подачи воздуха к тифону, к пневмоцистернам, пневмоустройствам утилизационных котлов и т.д. Наполнение его производится от компрессора или от одной из групп баллонов 1 по 40 л. Баллоны 3 предназначены для пуска вспомогательных двигателей. Четыре баллонов 1 и два баллона 3 наполняются воздухом давлением 3 МПа, один баллон 5 для тифона наполняется воздухом давлением 3 МПа через редукционный клапан 6. Из магистрали тифона воздух редуцируется до 0,25 МПа и подается к пневмоцистернам и на хозяйственные нужды.



Позиция на схеме	Наименование оборудования
1	Пусковые баллоны главных двигателей
2	Пусковые баллоны вспомогательных двигателей
3	Компрессоры
4	Баллон для тифона
5	Тифоны
6	Пневмоцистерны
7	Маслоотделитель
8	Охладитель
9	Редукционный клапан
10	Клапаны для продувки конденсата
11	Предохранительные клапаны
12	Клапаны

Система газовыпуска предназначена для отвода в атмосферу выпускных газов от главного и вспомогательного двигателей, котлов и камбуза.

В состав газовыпускной системы входят газовыпускные трубы на каждый главный и вспомогательный двигатель и автономный котёл, компенсаторы, изоляция, глушители и искрогасители.

Площадь сечения газовыпускных трубопроводов F_Т определяется:

м²

м²

м²

и - коэффициент избытка воздуха для сгорания для мало и среднеоборотных дизелей и автономных котлов соответственно.

L₀ = 14,3 кг - теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива

R = 0,287 кДж/(кг•К) - газовая постоянная продуктов сгорания

Т = 537ч773К и Т = 423ч573К - температура выпускных газов за дизелями и автономными котлами соответственно

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

р = (1,03ч1,04)•100 кПа - допустимое давление в трубопроводе

Диаметры трубопроводов:

м

м

м

6. Расчет нагрузки на судовую электростанцию и выбор дизель-генератора

судно энергетический гребной электростанция

По Правилам Регистра в качестве основного следует принимать переменный ток напряжением 400 или 230В частотой 50Гц. Решающее значение при выборе рода тока имеет род тока у основных потребителей.

При расчете судовой электростанции учитываются следующие коэффициенты:

- коэффициент использования мощности электродвигателей потребителей

P_П и P_d - номинальные мощности потребителя и его электродвигателя, кВт;

k_з - коэффициент загрузки потребителя;

- коэффициент одновременности работы потребителей;

n_УР и n_У - количество одноимённых потребителей, работающих на режиме и установленных на судне;

коэффициент общей одновременности, который можно принимать равным:

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

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

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

Потребляемая мощность одноимённых потребителей определяется:

активная , кВт

тоже на режиме, кВт

реактивная , квар

тоже на режиме, квар

Суммарная мощность потребителей на режиме:

- постоянно работающих

активная , кВт

реактивная

- периодически работающих

активная

реактивная

- эпизодически работающих

активная

реактивная

- всех с учётом потерь в сети

активная

реактивная

и, и, и - суммы активной и реактивной мощности постоянно, периодически, эпизодически работающих на режиме групп потребителей, соответственно в кВт и квар.

Суммарные мощности всех потребителей на режиме определяются путем суммирования всех мощностей потребителей для постоянно, периодически и эпизодически работающих отдельно и записываются в нижней части таблицы для каждого режима работы.

Полная мощность на режиме, кВ·А:

Выбор источника тока

Количество и мощность электрогенераторов выбирают по Р_общ, если Р_общ/S_общ > 0,8 и по S_общ, если Р_общ/S_общ < 0,8.

Единичная мощность генератора определяется по наименее нагруженному режиму, а их количество - по максимально нагруженному режиму.

При этом необходимо, что бы число генераторов и их типоразмеров было минимальным, а их загрузка, на всех режимах составляла не менее 70%. На каждом режиме (кроме аварийного) в резерве необходимо иметь не менее одного генератора, мощность которого обычно принимается равной мощности основного.

При выборе генераторов можно ориентироваться на те же приоритеты, что и при выборе главных двигателей, имея в виду, что генераторы на речных судах обычно используются в составе единого агрегата с нереверсивными четырехтактными дизелями повышенной оборотности или высокооборотными двигателями - дизель-генераторов.

В нашем случае Робщ/Sобщ0,8=0,63, значит выбираем по Sобщ. Электростанции оставляем старые в количестве 2 штуки.

Тем самым мы обеспечиваем необходимое количество мощности для бесперебойной работы судна и экономим место в машинном отделении. Марка ДГРА 100/750 мощность 150 кВт, частота вращения 750 об/мин.

Выводы

Задачей курсового проекта была модернизация энергетической установки сухогрузного судна проекта 507 с целью повышения его энергетической эффективности. В ходе выполнения проекта был произведен анализ показателей судна и его энергетической установки, результатом которого было решение о замене главных дизелей на дизеля с более низкими удельными расходами топлива и масла. При обосновании состава главной энергетической установки были выбраны 2 дизеля 4ЧНС20/28 (которыми будут заменены старые главные дизеля 8ЧРН32/48), имеющие большее значение комплексного параметра. Для них был выбран реверс-редуктор ZFW8000NR. Новая мощность была согласована с работой гребного винта за счет изменения его шага. Далее был произведен расчет вспомогательной котельной установки, итогом которого стало решение не производить замену автономного котла КОАВ-68 и 2-х утилизационных котлов КУВ-100, так как они полностью удовлетворяют новым расчетным данным потребления теплоты на судне. В расчете топливной и масляной систем энергетической установки были определены объемы топливных и масляных цистерн, выбраны топливоперекачивающие насосы для ГД, ВД, АК, сепаратор топлива, маслоперекачивающие насосы для ГД, ВД, сепаратор масла. В системе водяного охлаждения выбраны насосы внешнего контура для ГД и ВД, определена поверхность охлаждения водяного холодильника. В системе сжатого воздуха произведен расчет пусковых баллонов для ГД и ВД, определено их количество и выбраны 2 компрессора КВД-Г. В системе газовыпуска были определены диаметры проходных сечений выпускных труб. Далее был произведен расчет нагрузки на судовую электростанцию. Было принято решение оставить старые дизель-генераторы, так как они удовлетворяют нагрузкам на всех режимах. При проектирование судового валопровода были определены диаметры упорного и гребного валов, произведен расчет валов на прочность. В курсовом проекте определение положения центра тяжести машинного отделения было произведено только относительно диаметральной плоскости. Механизмы и оборудование были расположены так, чтобы уравновешивать статических моменты, ими созданные, относительно ДП. При определении схемы обеспечения судна электроэнергией и теплом на ходу, было установлено, что наиболее оптимальной является схема УК+АК+ВГ. Итогом курсового проекта стало сопоставление энергетических установок судна и проекта, из которого видна правильность принятых в курсовом проекте решений повышение энергетической эффективности данной энергетической установки. При расчетах появилась необходимость замены старого двигателя на новый. Новым двигателем был выбран двигатель фирмы 4L20 (4ЧНС20/28). Повышение КПД энергетической установки показано в таблице в предыдущем разделе.

Так же был проведен расчет станции электроснабжения. Старый дизель-генератор был оставлен, так как полностью удовлетворяет требованиям.

Так же были заменены автономный и утилизационный котлы, соответственно на новые КОАВ-68 и КУВ-100.

Список литературы

1. «Судовые энергетические установки» - Хандов А.М. Иванченко А.А.

2. «Судовые энергетические установки и техническая эксплуатация флота» - Конаков Г.А. Васильев В.В.

3. Справочник по серийным речным судам

Размещено на Allbest.ru