Судовая энергетика

Задача 1

Определить объем камеры сжатия V c, среднее индикаторное, среднее эффективное давление, индикаторную и эффективную мощность четырехтактного ДВС, если площадь индикаторной диаграммы f мм2, длина диаграммы L=40 мм, масштаб пружины индикатора M=6 мм/МПа, диаметр поршня двигателя D м, ход поршня S м, число цилиндров i, частота вращения n l/мин, степень сжатия , механический к.п.д

Как теоретическую часть применим:

Методическое пособие для практических занятий при решении задач

Основные формулы и определения при решении задач Абрамов В.А.

Мощность, развиваемая газами в цилиндре двигателя, называется индикаторной мощностью, которую можно определить по формуле

, кВт, (3.1)

где: D - диаметр цилиндра, м; S - ход поршня, м; рi - среднее индикаторное давление, МПа;

n - частота вращения коленвала двигателя, об/мин.; i - число цилиндров; z - коэффициент тактности (z=1 - для двухтактных ДВС и z = 0,5 - для четырехтактных ДВС).

Под pi понимают условное среднее давление, действующее на поршень и совершающее за один рабочий ход работу, равную работе цикла. Величину pi можно определять по индикаторным диаграммам, снимаемым при работе двигателя посредством специального прибора-индикатора

, МПа, (3.2)

где: f - площадь индикаторной диаграммы, мм2; I - длина индикаторной диаграммы, мм;

М - масштаб пружины, установленной на индикаторе, мм/МПа. Мощность, развиваемая двигателем на выходном фланце его вала (т.е. с учётом механических потерь на преодоление трения в частях двигателя и на привод навешанных механизмов) называется эффективной мощностью двигателя

, кВт, (3.3)

где: м - механический к.п.д. двигателя. Под ре понимают среднее условное давление, действующее на поршень, за вычетом условного давления механических потерь

ре=рi•м, МПа.

Отношение полного объема цилиндра (Va) к объему камеры сжатия (Vc) называется степенью сжатия

; от сюда следует (3.4)

где: - рабочий объем цилиндра, т.е. объем, описанный поршнем из одного крайнего положения в другое.

РЕШЕНИЕ.

По формуле (3.2) рассчитываем среднее индикаторное давление, действующее на поршень

Рі = f / l * M = 177/40 * 6 = 0,74 МПа.

Среднее єффективное давление

ре = рі * зм = 0,74 * 0,85 = 0,629 МПа.

По формуле (3.1) рассчитываем индикаторную мощность

(рD2 /4*60) *S*pi*n*i*z*103 = (3,14*0,152/4*60) * 0,18*0,74*1500*6*0,5*1000 = 176,45 кВт.

Эффективная мощность по формуле (3.3)

Ne = Ni * зм = 176,45*0,85 = 149,98 кВт.

Рабочий объем цилиндра

Vs = рD2/4 *S = (3,14*0,152/4) * 0,18 = 0,0032 м3.

Объем камеры сжатия рассчитывается по формуле (3.4)

Vc = Vs / (Э - 1) = 0,0032/(15 - 1) = 0,00023 м3.

парообразование холодильный установка сжатие

Задача 4

Определить мощность привода насоса N кВт, если давление на нагнетательном патрубке P МПа, насос расположен над уровнем перекачиваемой жидкости с плотностью, кг/м3 на высоте z м, подача насоса Q м3 /ч, коэффициент полезного действия , скорость движения жидкости C м/с.

Основные формулы и определения при решении задач

По уравнению Бернулли полный напор, создаваемый насосом определяется по формуле

, м (5.1)

а мощность, затрачиваемая на привод насоса

, кВт (5.2)

где: С - скорость движения жидкости, м/с; g = 9.8 м/с2 - ускорение свободного падения;

Р - давление в нагнетательном патрубе насоса Па (1МПа = 106Па); с - плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3; Z - высота расположения насоса над уровнем перекачиваемой жидкости, м; з - общий к.п.д. насоса; Q - производительность насоса м3/ч

РЕШЕНИЕ

По формуле (5.1) находим полный напор, создаваемый насосом

Н = (С2/2g) +(P/с*g)+Z = 82/2*9,8 + 800000/900*9,8 + 4 = 98 м.

Мощность привода насоса по формуле (5.2)

N = Q*H* с / 3600*102* з = 200*98*900/3600*102*0,7 = 68,63 кВт.

Boпpoc контрольной работы

(номер вопроса соответствует последней цифре шифра студента)

8. Изобразите принципиальную схему и опишите работу электрогидравлической рулевой машины с насосом переменной производительности.

В качестве примера приведена схема гидравлической рулевой машины с лопастным приводом типа РЭГ ОВИМУ-7 (Рис.1). Эта машина, в свое время была разработана научно-исследовательским сектором тогда еще Одесского высшего инженерного морского училища в двух вариантах, отличающихся различным конструктивным выполнением золотниково-распределительного устройства. Лопастной гидравлический привод в этой машине устанавливается непосредственно на баллере руля, что уменьшает ее габаритные размеры и позволяет вести монтажные и модернизационные работы, не выводя судно из эксплуатации.

Питание привода осуществляется лопастным насосом Г12-14 (ЛЗФ-70) постоянной подачи 73 л/мин с частотой вращения 1000 об/мин и мощностью 5,6 кВт,

Гидравлическая рулевая машина работает при давлении рабочей жидкости 40 кгс/см2. Она состоит из рабочего цилиндра 16, лопастного насоса 21 с электродвигателем, золотниково-распределительного устройства 7, сдвоенного перепускного клапана 15 привода, предохранительного клапана 8 насоса, пружинного буферного колпака 20, бака для рабочей жидкости 9 и системы рычагов управления.

При среднем положении золотника 11, как показано на рис. 2, работа насоса 21 вызовет лишь циркуляцию рабочей жидкости по кольцу в направлении, указанном пунктирными стрелками. При этом жидкость, нагнетаемая насосом под золотник 11, возвращается в трубопровод через правое верхнее отверстие корпуса золотниковой коробки. При вращении штурвала, находящегося в рулевой рубке, например, в правую сторону каретка телемотора 1 перемещается вправо (в нос) в направлении, указанном сплошными стрелками, в результате чего шток золотника 11 перемещается вправо вместе с ним. Одновременно кулачковый механизм 13 перемещает разгружающий золотник 4 также вправо, вследствие чего закрывается канал а и жидкость, нагнетаемая насосом под золотник, выходит через окно, открытое золотником, в трубопровод по направлению, указанному сплошными стрелками, к рабочему цилиндру 16. Рабочий цилиндр удерживается от вращения четырьмя лапами, прикрепленными к палубе, и имеет на внутренней поверхности неподвижные крылья.

Как видно из рисунка, на вертикальном валу рабочего цилиндра закреплены лопасти, жестко соединенные со ступицей сектора ранее имевшейся на судне паровой рулевой машины.

При нагнетании жидкости в две диаметрально противоположные полости цилиндра вал с крыльями и баллер 18 руля 17 поворачиваются в данном случае против часовой стрелки. Поворот баллера вызовет перемещение рычага 12 сервомотора (обратная связь), при этом рычаг 14 поворачивается и смещает золотник до тех пор, пока закроются окна 10 золотниковой коробки, а кулачковое устройство 13 станет в первоначальное положение. Давление рабочей жидкости на кольцевую поверхность разгрузочного золотника 4 совпадает с направлением действия пружин, в результате чего этот золотник сместится и откроет канал а, вследствие чего возобновится циркуляция жидкости по кольцу/указанному пунктирными стрелками. В результате руль останется в переложенном на борт положении и показания аксиометра будут соответствовать ранее заданному углу перекладки. Можно проследить по схеме, что при вращении штурвала в левую сторону баллер повернется по часовой стрелке.

Фиксатор 6 с пружиной 5 предназначен для уменьшения ошибки между показаниями аксиометра и действительным положением пера руля. Фиксатор не позволяет золотнику 4 открыть окно, а до полного закрытия золотником окон 10, т. е. до установления руля на заданный угол.

В рабочем положении системы, когда происходит перекладка руля и золотник 4, закрывая окно а, находится в правом положении, фиксатор под действием пружины находится в нижнем положении, вследствие чего кольцевая торцевая поверхность золотника 4 не испытывает давления, так как объем над ней соединен каналом с отливной полостью.

К концу маневра, когда в связи с прикрытием золотником окон 10 давление в системе возрастает, фиксатор поднимается, преодолев давление пружины 5, и соединяет каналы полости высокого давления золотникового устройства с каналами, идущими к кольцевой поверхности, обеспечивая повышение давления на торцевую кольцевую поверхность золотника 4.

Сила, образовавшаяся от давления на эту поверхность и совпадающая с ней по направлению действия пружины золотника 4, сместит его в первоначальное (допусковое) положение; окно откроется, и давление в системе снизится.

Устройство фиксатора обеспечивает также разгрузку нагнетательной сети трубопровода при недопустимом повышении давления, выполняя в этом случае функции предохранительного клапана, хотя схемой предусматривается специальный предохранительный клапан 8, который срабатывает в случае заклинивания золотника 4 (в эксплуатации случаев заклинивания не наблюдалось).

Рулевая машина может работать и без фиксатора 6. Если он выключен (поднят), то уменьшается точность отработки машиной заданных углов, однако нормы Регистра соблюдаются.

Между рычагом управления 14 и баллером 18 в системе сервомоторов предусмотрена жесткая пружина 19, в нормальных условиях не работающая, но являющаяся демпфером при резких поворотах руля от ударов зыби. В последнем случае схемой предусматривается возможность перепуска рабочей жидкости из нагнетательных полостей рабочего цилиндра 16 во всасывающие окна через сдвоенный перепускной предохранительный клапан 15, который срабатывает при увеличении расчетной нагрузки на руль в 2,5 раза, т. е. при давлении 100 кгс/см2.

Описанная конструкция золотников распределительного устройства обеспечивает начало перекладки руля при перемещении распределительного золотника 11 на 3 мм и смещении разгрузочного золотника на 7 мм. Начало перекладки руля происходит при смещении каретки телемотора 1 на 6 мм, что соответствует повороту штурвала на 90°. Заданный поворот штурвала может быть уменьшен за счет удлинения толкателя 3 разгрузочного золотника при регулировании системы путем вывинчивания его из развилки 2.

При этом первоначальное живое сечение перепускного окна а уменьшится и потребуется меньший ход разгрузочного золотника до начала перекладки руля.

Распределительный золотник 11 обеспечивает полное открытие окон 10 при повороте штурвала на 1,5 оборота. При повороте штурвала на 40--60° окна открываются на 1--1,5 мм и насос перекачивает жидкость в цилиндр со скоростью 15 м/с. Чувствительность установок может быть повышена за счет уменьшения ширины окна а при определенном изменении золотника. В последней модели рулевой машины ее пуск осуществляется за 0,1 с.

Сервомотор обеспечивает работу машин и в том случае, когда в процессе перекладки руля удар волны (или другое внешнее воздействие) заставит сработать механизм возврата золотника, так как при этом руль несколько отклонится и своим движением посредством сервомотора снова закроет окно а, после чего поворот руля будет продолжаться до заданного угла перекладки.

Элементы гидравлической системы рулевых машин связаны между собой трубопроводами. Масляный трубопровод состоит из главного (соединяющего насосы с цилиндрами привода баллера через клапанные коробки) и вспомогательных трубопроводов, а также трубопровода манометров. Рулевые машины снабжены комплектом контрольно-измерительных приборов, обеспечивающих нормальную эксплуатацию.

Руление машины всех групп предназначены для перекладки одного руля. Машины с малым моментом на баллере предназначены дли небольших судов смешанного плавания (река--море).

Ряд машин серии «Р» включает электрогидравлическне рулевые машины 12 типоразмеров и 7 модификаций (машины на два руля). При этом 9 типоразмеров ряда заменяют 36 типоразмеров электрогидравлических и электрических рулевых машин, находившихся до последнего времени в эксплуатации.

Система управления новыми рулевыми машинами электрическая дистанционная с электрической связью и обеспечивает три вида управления: автоматическое (авторулевой), следящая система, простое дистанционное.

Электропривод насосов рулевых машин работает на переменном токе 380 В или постоянном токе 220 В.

Система дистанционного управления представляет собой сочетание электрических, механических и гидравлических элементов и наиболее полно отвечает требованиям эксплуатации.

Рис. 1. Схема РЭГ ОВИМУ-7

Исполнительный механизм системы управления в рулевых машинах первой группы воздействует на распределительный золотник и установлен на раме насосного агрегата; в рулевых машинах второй и третьей групп исполнительный механизм регулирует наклон цилиндрового блока насоса регулируемой подачи и размещается непосредственно на корпусе насоса.

При разработке типизированной конструкции электрогидравлических рулевых машин значительное внимание было уделено унификации отдельных узлов и деталей, а также комплектующих изделий. Так, аксиально-поршневые насосы переменной производительности в рулевых машинах второй и третьей групп имеют единую кинематическую схему и отличаются только геометрическими размерами. В рулевых машинах Р11--Р15 использован насос только одного типоразмера -- 11Д № 5, в машинах же Р17 и Р18 -- насос 11Д № 20.

Рулевые машины указанных групп имеют единую принципиальную схему трубопроводов. Полностью унифицирована для всего типизированного ряда система управления. Приводы баллера двухцилиндровых Р11 и Р13 и четырехцилиндровых рулевых машин Р15 и Р16 унифицированы и составлены из одинаковых элементов (за исключением румпелей). Два типоразмера масляных цистерн применяют для рулевых машин девяти типоразмеров.

Использованная литература

1. Кобзарь В.М., Абрамов В.А. Судовая энергетика: учебное пособие. Одесса: ОНМА, 2008.-108 с.

2. Акимов П.П. Судовые автоматизированные энергетические установки. - М.: Транспорт, 1980. - 352 с.

3. Лебедев О.Н., Калашников С.А. Судовые энергетические установки и их эксплуатация.-М.: Транспорт, 1987,-335 с.

4. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. - М.: Высш. шк. , 1980. - 312 с.

5. Овсяников М.К., Петухов В. А. Дизели в пропульсивном комплексе морских судов: Справочник. - Л.: Судостроение, 1987. - 256 с.

6. Овсяников М.К., Петухов В.А. Судовые автоматизированные энергетические установки: Учебник для высш. инж. мор. уч-щ. -М.:Транспорт, 1989. - 256 с.

Размещено на Allbest.ru