Суховантажник "Варнемюнде"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вступ

суховантажник ?????? ?????? ?????????

Суховантажник «Варнемюнде» побудовано у 1972 році верф'ю «Варновверфт», м. Варнемюнде, НДР.

Т/х «Варнемюнде» призначений для перевезення генерального та рідкого вантажу (рослинного масла), контейнерів.

Це трьохпалубне судно, з баком, з машинним відділенням і надбудовою у кормі, має бульб у підводній носовій кінцевій частині та транцеву корму, з надлишковим надводним бортом. Воно має 7 водонепроникних перебірок та поперечну систему набору. Район плавання: необмежений. Дальність плавання - 12500 миль; екіпаж - 33 чоловіка.

Основні характеристики судна

довжина, м,

найбільша L_max 150,37;

між перпендикулярами L 140,10;

ширина В, м 21,80;

висота борта Н, м 13,60;

осадка з повним вантажем Т, м 8,84;

водотоннажність D при Т=8,84 м, т 18560;

дедвейт DW при Т=8,84 м, т 12050;

загальна місткість вантажних трюмів, рег. т 6093,70;

дальність плавання L_max, милі 12500.

Відповідно до проектних даних при потужності головного двигуна (ГД) N _е0 =8240 кВт за умов здавально-приймальних випробувань (свіжопофарбований корпус, глибока вода, сила вітру до 3-х балів, інтенсивність хвилювання до 2-х балів) швидкість ходу судна складає при осадці 8,84 м (тобто судно с повним вантажем) v_s0=18,54 вуз.

Суднова енергетична установка (СЕУ) скомплектована із типового для теплоходів енергетичного обладнання.

ГД - це МОД K8Z70/120E (8ДКРН 70/120) фірми МАН Бурмейстер і Вайн потужністю 8240 кВт і частотою обертання 140 хв-, двотактний, реверсивний, крейцкопфний, з вбудованим головним упорним підшипником. ГД передає механічну енергію на гвинт фіксованого кроку.

До складу суднової електростанції (CEC) входять 4 основні дизель-генератори (ДГ) марки SKL 8VD36/24A-1, n=500 об/хв номінальною потужністю двигунів 440 кВт кожний.

Допоміжна котельна установка, яка забезпечую парою загальносуднові споживачі та споживачі MB, має у своєму складі один допоміжний водотрубний котел ESH 2,5 паропродуктивністю 2,5 т/год і тиском пари 0,8 МПа та один утилізаційний котел Ла Монт AKS2,2-2,4 паропродуктивністю 2,5 т/год і тиском пари 0,8 МПа.

Для розпалення допоміжного котла, запуску ГД і ДГ застосовується легке дизельне паливо з температурою спалаху не нижче 60°С, а для подальшої роботи - важке паливо з в'язкістю не більше 3500 с Редвуда при 100 єС зі вмістом сірки не більше 5% і температурою спалаху не нижче 60єС.

Судно має традиційні для суховантажника загальносуднові системи: осушення, баластну, побутового водопостачання, стічну. газовідвідну, протипожежну і кондиціонування повітря жилих, загальносуднових і службових приміщень.

Рис. 1. Поперечний розріз сухо вантажника «Варнемюнде»



Рис. 2. Часові параметри побудови танкера «Победа»: - початок будівництва (закладання кіля); - здача під електромонтаж; - спуск судна на воду;  - початок швартових випробувань;  - початок ходових випробувань; - початок ревізій; - здача судна замовнику (підписання здавально-приймального акта)

1. Аналіз технічної експлуатації судна та його енергетичної установки

1.1 Параметри експлуатаційно-ремонтних циклів судна

Для суховантажника характерні певні етапи, так звані експлуатаційно-ремонтні цикли (ЕРЦ). На підставі аналізу експлуатації подібних суден моделюємо ЕРЦ для суховантажника «Варнемюнде» [2, рис. 2, с. 8…15].

При цьому застосовуємо нормативну тривалість міждокових періодів, яка для суховантажника становить 2 роки [2, с. 7], та зміну відносної сумарної трудомісткості заводських ремонтів судна з плином часу його експлуатації [2, рис. 5, с. 10].

На підставі цього модельовано відносну сумарну тривалість заводських ремонтів для суховантажника «Варнемюнде», яка зображена на рис. 1.1. На цьому рисунку Т - вік судна, тобто час, в роках, який минув від початку експлуатації до певного моменту, а l_р - довжина відрізку, що відповідає сумарній тривалості заводських ремонтів до цього моменту, поділеної на тривалість заводських ремонтів за 28 років експлуатації судна.

Відповідно до цього рисунку тривалість j-го заводського ремонту, в добах, підраховуємо за такою формулою:

(1)

де - середньорічна тривалість ремонту, доби;

- розрахунковий вік судна на початок останнього заводського ремонту, роки;

, - довжини відрізків у будь-яких одиницях виміру, відповідно до рис. j=1,2,…, 7.

Згідно зі статистикою для сучасних транспортних суден = 15…28 діб, а = 24…30 років [1]. Для подальших розрахунків, згідно з завданням, приймаємо:

=21 діб; = 20 років.

Довжина розрахункового «відрізку» становить = 58,4 мм. Тоді формула (1) приймає вигляд:

. (2)

Тривалість і-го докового ремонту транспортних суден , де і=1, 2, 3…, згідно зі статистичними даними, частіше всього лежить в межах від = 8…10 діб до =20…25 діб, і кожне наступне докування, як правило, триваліше попереднього [1]. Для суховантажника «Варнемюнде» згідно з завданням, приймаємо: = 9 діб; = 20 діб.

Характер залежності тривалості докового ремонту, що здійснюється окремо, не заводського ремонту, від віку судна зображено на рис. 1.2, на якому значення відповідає , а - .

Згідно з цим рисунком при віці судна на початок докування T_і тривалість і-го докування визначається як

, (3)

де , - довжини відрізків у будь яких одиницях виміру відповідно до рис. 2. Згідно з рис. 1.2 довжина «розрахункового» відрізку становить = 55,4 мм.

Тоді рівняння (3) для подальших розрахунків приймає вигляд:

. (4)

На рис. 1.3 зображено розрахунковий експлуатаційно-ремонтний графік суховантажника «Варнемюнде». Його часові параметри визначені наступним чином.

Для транспортних суден нормативна тривалість міждокового періоду ф_д складає 2 або 1 рік [2, с 7]. Приймаємо для суховантажника, не залежно від його віку ф_д = 2 роки.

Тоді вік судна на початок 1-го окремого (без заводського ремонту) докування буде Т_д1 = ф_д = 2 роки [1].

При цьому, згідно з рис. 1.2, = 0, а тривалість 1-го окремого докування = 9+0,1815·0=9 діб.

Вік судна на початок 1-го заводського ремонту складається з тривалості двох міждокових періодів і першого докування, тобто:

2 + 9:365 + 2 = 4,02 року.

При цьому віці 5,5 мм, а тривалість першого заводського ремонту відповідно до рівняння (2) 7,19· 5,5 = 39,5 доби.

Вік судна на початок 2-го окремого докування складає з 3-х міждокових періодів і тривалості першого докування та першого заводського ремонту, тобто: року.

При цьому віці (див. рис. 1.2) l_д2 = 5,8 мм, а тривалість 2-го окремого докування, відповідно до рівняння (4)

доби

Далі розрахунки здійснюються аналогічно.

2-й заводський ремонт:

року.

7,19· 9,56 = 68,7 доби доби.

3-е окреме докування:

року.

доби

3-й заводський ремонт:

року.

7,19· 14,86 = 106,84 доби.

4-е окреме докування:

року.

доби

4-й заводський ремонт:

року.

7,19· 10,35 = 74,42 доби.

 року.

доби

5-й заводський ремонт:

року.

7,19· 23,69 =170,33 доби.

6-е окреме докування:

року.

доби

6-й заводський ремонт:

року.

7,19·16,57= 119,14 доби.

Цей заводський ремонт вже не здійснюється, оскільки при віці Т_сп ?25 роки судно було вилучене з експлуатації і продано на металобрухт.

1.2 Район плавання та його гідрометеорологічні умови

Рейсова лінія суховантажника «Варнемюнде», відповідно до завдання, зображена на рис. 4; вона пролягає у «літній» та «тропічній» зонах. Для визначення витрати палива головним двигуном за рейс необхідно знати довжини окремих ділянок рейсової лінії, оскільки швидкість судна на ділянках може бути різною.

Довжина Бузько-Дніпровсько-лиману-каналу (БДЛК) від п. Миколаїв до траверси п. Очаків (L₁=43 милі) та довжина ділянки рейсової лінії від траверси п. Очаків до п. Севастополь (L₂=174 милі) визначені за допомогою укрупненої карти прибережної зони України (див. рис. 1.4).

Відстань від п. Севастополь до входу в протоку Босфор L₃, від виходу з протоки Босфор (Стамбулу, порту бункерування) до Джорджтауну L₅ визначено за допомогою програми Google Earth та сайту www.searates.com.

L₃= 280 миль, L₅ = 5170 миль.

Довжина ділянки рейсової лінії у протоці Босфор складає L₄ = 15 миль [7].

На рейсовій лінії вибрано точку А в Атлантичному океані, в якій визначається кліматична зона [3, с 332-336], та згідно з [1] побудовано гістограму розподілу хвиль 3%-ї забезпеченості (рис. 1.5). Як бачимо, найбільша ймовірність відповідає висоті хвиль h_3% = 1-2 м. На цьому рисунку позначена висота хвиль h_3% = 3,0 м, яка передбачена завданням.

1.3 Режими роботи судна та ЕУ під час рейсу

Розглянемо режими роботи головного двигуна в залежності від рейсової лінії.

Рейсова лінія судна передбачає прохід у вузькостях:

у БДЛК - зі швидкістю ходу 9,0 вуз;

у Босфорі - зі швидкістю ходу 10,0 вуз.

Навантаження на головний двигун визначається виходячи з того, що між швидкістю руху і пропульсивною потужністю двигуна залежність приблизно кубічна.

Як випливає з попереднього підрозділу, на рейсовій лінії є дві ділянки, де рух судно обумовлюється їх особливостями, а саме: швидкість ходу судна в БДЛК складає 9 вуз [8], а у протоці Босфор - 10 вуз [9]. Що ж стосується інших ділянок рейсу, то там швидкість ходу й навантаження на ГД відповідають, як правило, режиму повного ходу.

Згідно з завданням, перехід від п. Миколаїв до п. Севастополь здійснюється в баласті, далі - з повним вантажем. Для визначення режимів навантаження необхідно знайти залежність швидкості ходу судна від потужності, яку він розвиває на відповідних ділянках рейсу.

Визначення такої залежності пов'язано з ґрунтовними розрахунками при проектуванні пропульсивної установки та результатами ходових випробувань.

Однак для визначення режимів роботи та подальшого розрахунку витрати палива доцільно скористатись приблизною залежністю

(5)

де - швидкість ходу судна, N_e - ефективна потужність ГД, а С - коефіцієнт пропорційності.

У вступі зазначено, що при ЗПВ суховантажника «Варнемюнде» при потужності ГД N_e0 = 8240 кВт рухається зі швидкістю ходу з повним вантажем v_s0 =18,54 вуз. Тоді, вважаючи прийнятною для задач даної курсової роботи залежність (5), при будь-якій можливій потужності N_e можна визначити швидкість, як

. (6)

Приймемо специфікаційну (максимально тривалу) потужність ==8240 кВт. Тоді експлуатаційна потужність =0,9= 0,9·8240= 7416 кВт, а експлуатаційна швидкість ходу за умов ЗПВ вуз.

Умови в розрахунковому рейсі відрізняються від умов ЗПВ. На швидкість ходу судна впливають стан підводної частини його корпусу, інтенсивність і напрямок хвилювання. Для визначення швидкості ходу необхідно визначити вік судна та час, що минув після останнього докування.

Визначимо характерні дати в роках (див. рис. 1.3):

Завершення останнього докуванння

знаходження судна у точці А

(8)

У цих рівняннях: Т_зд і Т_А - роки завершення останнього докування для

розрахунковою рейсу і знаходження судна в точці А на рис. 1.3 відповідно; - кількість діб у і-му місяці, а саме - у січні (), лютому (), квітні (), травні () і т.д. Поряд з цим дата 28.10.95 (точка А) відповідає = 28 діб.

Час, що минув від останнього докування стосовно точки А:

в роках ДD=D_А - D_з.д =1995,8247 - 1995,4949 = 0,329

в місяцях - ф_* = 12 ДD = 12 ·0,3976 = 3,9576

Прийнято ф_*=4,0 місяця.

Тривалість цього докування в роках

(11)

де - тривалість докування в добах, згідно з рис. 1.3 = 17,38 діб.

Вік судна у рейсі в точці А

Т_* =Т_д6+ + ДD= 23,40 + 0,0476 + 0,3298 = 23,78. (12)

Прийнято Т_*=23,8 року.

Зменшення швидкості ходу судна внаслідок шорсткості його підводної частини визначається за даними рис. 1.6 [1], а внаслідок хвилювання - рис. 1.7 і рис. 1.8 [1]. При цьому кут напрямку хвилювання стосовно курсу судна знайдено за допомогою рис. 1.9. Цей кут визначається як

, (13)

де q_хв - куг напрямку хвилювання;

q_c - кут напрямку руху судна, визначений відповідно до рис. 1.4.

Тут прийнято, що напрямки вітру і хвилювання співпадають, тобто q_хв= q_в.

Швидкість ходу суховантажника «Варнемюнде» при Т_*= 23,8 року, ф* =4 місяця, h_3% = 3,0 м, =10° і при = 7416 кВт (з повним вантажем) або при =6304 кВт (в баласті) розраховується таким чином:

 вуз (14)

Величини цього рівняння означені у табл. 1.1.

Відповідно до рівняння (6) та даних табл. 1.1 залежність = f(N_e)

розраховується за наступними рівняннями:

судно з повним вантажем

; (15)

судно в баласті

(16)

Розрахункові координати чотирьох точок залежності = f(N_e) такі:

судно з повним вантажем

N_e, кВт 1077 3635 7416 10334

, вуз 8,00 12,00 15,22 17,00

судно в баласті

N_e, кВт 915 3089 6304 8785

, вуз 8,00 12,00 15,22 17,00

За цими даними побудовано залежність = f(N_e) для суховантажника «Варнемюнде» з повним вантажем та в баласті, яка зображена на рис. 1.10.

Пропульсивна потужність ГД коливається в достатньо широких межах. Вона залежить від заданої комерційної (договірної) швидкості ходу, яка підтримується до появи форс-мажорних обставин, частіше всього до хвилювання моря не більше, ніж 5 балів (h_3%? 3,5 м), тобто від інтенсивності хвилювання, сили вітру та їх напрямків відносно курсу судна, його віку та часу, що минув після останнього докування.

Як показано на рис. 1.10, при специфікаційній потужності ГД =8250 кВт швидкість ходу є максимально можливою і складає у баласті = 16,55 вуз і з повним вантажем =15,70 вуз. Комерційна швидкість зазвичай дещо менша - для зменшення ймовірності перевантаження окремих циліндрів ГД. Для подальших розрахунків приймемо цю швидкість для 2, 3, 5 і 7-ї ділянки рейсової лінії однаковою, а саме: v_s = v_s3 = v_s5= v_s7 = 15,22 вуз, яка, згідно з рис. 1.10, забезпечується N_e =7416 кВт для судна з повним вантажем та N_е= 6304 кВт - у баласті. У каналах й вузькостях (БДЛК, протока Босфор, Суецький канал) хвилювання не значне і воно практично не впливає на пропульсивну потужність ГД. Ця потужність розраховується наступним чином:

у БДЛК (ділянка 1 на рейсовій лінії, швидкість v_s1 = 9 вуз)

= 921 кВт

у протоці Босфор швидкість v_s4 =10 вуз

кВт.

На рис. 1.10 потужності i відповідають швидкостям 9 і 10 вуз на відкритих акваторіях з h_3% = 3,0 м, V_B = 25,5 вуз і = 10°. Таким чином потужність ГД в БДЛК менша на: 1136 - 921 = 215 кВт, а у протоці Босфор 2074-1488 =586 кВт. Згідно з даними рис. 1.10 потужність ГД в БДЛК складає 921 кВт, а у протоці Босфор - 1488 кВт, що відповідає значенням режиму малого ходу (МХ). У режимі ПХ споживачі водяної пари задовольняються від утилізаційного котла (УК) при роботі його на відхідних газах ГД, а при русі судна в каналах (БДЛК, протока Босфор, Суецький канал) до допоміжного котла також підводиться паливо. Витрати електричної енергії можуть бути прийняті однаковими для режимів ПХ і МХ. Згідно з проектною документацією приймаємо споживану від групового розподільчого щита (ГРЩ) електричну енергію Е_грщ ⁼ 1200 кВт.

Таблиця 1.1. Розрахунок потужності ГД і швидкості ходу суховантажника «Варнемюнде» на рейсовій лінії «Миколаїв…Джорджтаун»

Найменування величини	Позначення	Одиниці виміру	Формула або джерело	Числове значення
1. Проектні пропульсивні параметри за умов ЗПВ: швидкість ходу судна	нs	вуз	[5, с. 98…100]	18,54
потужність ГД	Nе	кВт		8240
2. Потужність ГД: специфікаційна (максимальна тривала)		кВт	Прийнято	8240
експлуатаційна			0,9	7416
3. Експлуатаційна швидкість ходу при за умов ЗВП для судна з повним вантажем		вуз		17,90
4 Рік: завершення останнього докування стосовно розрахункового рейсу	Тз.д	роки	Рис. 3	1995
здійснення рейсу у точці А (див. рис. 4)	ТА			1995
5. «Дата» (в роках): завершення останнього докування стосовно розрахункового рейсу	Dз.д	роки	Розрахунок за формулами (7) і (8)	1995,49
для точки А на рейсовій лінії	DА			1995,82
6. Час, що минув від завершення останнього докування до знаходження судна в точці А	ДD	роки	DА - Dз.д	0,3298
	ф*	міс.	12 · ДD	4
7. Тривалість останнього докування стосовно розрахункового рейсу		доби	Рис. 3	17,38
		роки		0,0476
8.Вік судна: на початок останнього докування стосовно розрахункового рейсу	Тд6	роки	Рис. 3	23,40
у рейсі в точці А	Т*		Тд6 + + ДD	23,8
9. Зменшення швидкості ходу судна: внаслідок корозії корпусу з плином часу - при Т*	ДнsТ	вуз	Рис. 6, а	0,558
внаслідок обростання корпусу - при ф*	Днsф		Рис. 6, б	0,256
10. Швидкість ходу судна при , Т*, ф* і h3%=0.		вуз	- ДнsТ - Днsф	17,09
11. Потужність ГД, що відповідає для судна в баласті		кВт	(0,85…0,90) [1], прийнято 0,85	6304
12. Висота хвиль h3%-і забезпеченості	h3%	м	Задано	3,0
13. Кут напрямку хвилювання стосовно курсу судна	qw	град	Рис. 9, рівняння (13)	10
14. Швидкість ходу судна-прототипу - D=33297 т: проектна	н0	вуз	[3], рис. 7	15,0
при h3%=3,0 м і qw=10?	нw			13,7
15. Поправка на зміну швидкості ходу	он	-	Рис. 8	1,26
16. Розрахункова швидкість ходу судна за гідрометеорологічних умов в точці А при (з вантажем) або при (в баласті)	нsр	вуз		15,22

1.4 Технічне обслуговування, ремонт СЕУ

1.4.1 Структура і чисельність екіпажів

Основні завдання екіпажа полягають в несенні вахт, виконанні робіт по технічному обслуговуванні (ТО) корпусу судна, його двигунів, механізмів і пристроїв, забезпеченні побутових і санітарних потреб екіпажа судна та пасажирів. До старшого командного складу віднесені капітан, перший і старший помічник капітана, старший механік. До командного складу (окрім тих, що входять в старший) відносяться помічники капітана, механіки і електромеханіки, начальних радіостанції, електрорадіонавігатори, боцман.

Капітан судна є керівником екіпажа і несе всю відповідальність за судно, вантаж та людей, які на ньому знаходяться. Старший механік, як заступник капітана по технічній експлуатації (ТЕ), забезпечує правильну експлуатацію судна, несе відповідальність за технічний стан корпусу і технічних засобів судна.

1.4.2 Підготовка системи стисненого повітря до дії та контрольовані параметри під час її роботи

При підготовці пневматичної системи до дії перед пуском дизеля необхідно:

продути з балонів пускового повітря воду і масло;

перевірити тиск в балонах;

підготувати до роботи і пустити компресор, переконатися в його нормальній роботі;

перевірити дію засобів автоматизованого управління компресором;

наповнити балони повітрям;

продути пусковий трубопровід при закритому стопорному клапані дизеля.

Безпосередньо перед пуском дизеля слід відкрити клапани на пускових балонах і трубопроводі пускового повітря.

Після пуску дизеля і періодично під час його роботи необхідно перевіряти на дотик температуру трубопроводів пускового повітря, відповідних до пускових клапанів. При нагріві труби дизель необхідно зупинити, а відповідний клапан замінити. Якщо зупинити дизель неможливо, циліндр необхідно відключити.

Компресор повинен підкачувати повітря в балони під час маневрів. В процесі роботи двигуна в сталому режимі повітря в пускові балони підкачують при пониженні в них тиску.

Після зупинки двигуна пускові балони наповнюють стислим повітрям, що забезпечує постійну готовність пускової системи до дії.

Під час роботи компресора необхідно стежити за параметрами масла, охолоджуючої води і стислого повітря в системах, обслуговуючих компресор. Тиск масла після циркуляційного насоса не повинний бути нижче 1,5 кгс/см^2, а температура масла в картері не повинна перевищувати 60°С. тиск повітря після I і II ступені повинний відповідати паспортним даним компресора, температура повітря після холодильників повинна складати 40-60°, для чого слід регулювати подачу охолоджуючої води.

Після кожної години роботи необхідно відкривати продувальні вентилі водомасловіддільників I і II ступені. У тропічних умовах продування необхідне через кожні 30 хв.

Для зупинки компресора слід відкрити продувальний вентиль II ступеня, закрити запорний вентиль на повітряній магістралі після компресора, відкрити продувальний вентиль I ступеня і вимкнути електродвигун, після цього закрити підведення охолоджуючої води.

Технічне обслуговування передбачає роботи по підтримці компресора в належному технічному стані. Ці роботи залежно від змісту і об'єму виконують щодня і в терміни, передбачені планом-графіком профілактичних оглядів і ремонтів суднового устаткування.

Щодня при використанні компресора для підкачки повітря в балони проводять зовнішній огляд агрегату для своєчасного виявлення можливих пошкоджень. Під час роботи компресора оглядають з'єднання трубопроводів для виявлення нещільності. Після зупинки компресора насухо протирають його зовнішні поверхні і трубопроводи обслуговуючих систем. Відмічені несправності усувають.

Через кожні 100 г. роботи, але не рідше чим через 3 місяці, необхідно перевіряти затягування болтів і гайок компресора, очищати масляний і повітряний фільтри і перевіряти на спрацьовування запобіжний клапан II ступеня, підвищуючи тиск на працюючому компресорі вище 25 кгс/см2.

Через кожні 200 г. роботи, але не рідше чим через 6 місяців, окрім перерахованих робіт, необхідно змінювати масло в картері компресора. При цьому картер, насос і маслопроводи слід очищати і промивати.

Всмоктуючі і нагнітальні клапани компресора потрібно розбирати, очищати від нагару, промивати і перевіряти на щільність гасовою пробою. При нещільності необхідне притирання або заміна відповідних деталей.

1.4.3 Ремонт енергетичного обладнання

Ремонт елементів СЕУ та деякого іншого обладнання й устаткування здійснюється практично постійно протягом рейсу:

членами машинної команди (МК);

судновими робочими бригадами (СРБ),

на стоянках під завантажувальними-розвантажувальними операціями:

членами МК і СРБ;

береговими робочими бригадами (БРБ), з виводом судна з експлуатації:

заводськими робочими під час докових та заводських ремонтів.

Ремонт здійснюється переважно за ремонтними відомостями, які складаються судновим командним складом і представниками судноремонтних заводів, та відповідною конструкторсько-технологічною документацією.

1.5 Витрати палива на головний двигун за рейс

Для визначення витрати палива необхідні дані тривалості роботи ГД на окремих ділянках рейсової лінії, його потужність та питома витрата палива на цих ділянках.

На рис. 1.11 схематично показана рейсова лінія «Миколаїв…Джорджтаун» та позначені довжини окремих її ділянок.

Протягом рейсу робота ГД з виходом на режим МХ або ПХ складає не суттєву частку часу та витрату палива. Для спрощення режим малого ходу (МХ), перехідні режими не аналізуються при визначенні рейсової витрати палива [1]. На рис 1.12 схематично зображена рейсова лінія, на ділянках якої позначені тривалість переходів ф₁…ф₅, потужності ГД N_e1…N_e5 та швидкості ходу суховантажника н_s1…н_s5. Тривалість переходів на окремих ділянках рейсової лінії знаходилась за визначеними довжинами та швидкостями ходу.

Питома витрата палива двигуна залежить від його навантаження [3, с. 154-156]. Для визначення питомої витрати налива при характерних потужностях використовуємо рис. 1.13 [3, с. 157], за допомогою якого визначаємо зміни витрати палива Дb_e та буз залежність b_e = f(N_e), зображену на рис. 1.14 за такими даними:

N_e, кВт 3507 5610 7013

b_e, г (кВт·год) 213,4 210,1 212.7

При цьому питома витрата палива b_e розраховувалась за формулою

b_e= +Дb_e,

де = 217,6 г/(кВт·год) - номінальна питома витрата палива двигуна 6ДКРН 67/174 (6L67GFC) при номінальній потужності =8680 кВт. Значення величини одержано з [5, с. 99]. На рис. 1.15 показано часові параметри побудови серійних суден; у цій серії т/х «Варнемюнде» є головним судном, ГД побудовано у 1971 році (рік прийнято довільно з огляду на дату закладання кіля рис. В2). Зміна питомої виграти палива Дb_e одержана при точці оптимізації координати на полі вибору параметрів якої такі: = 0,85, = 0,95; при цьому оптимізаційна потужність

N_eо = · = 8680 · 0,85 = 7378 кВт.

На заданій рейсовій лінії та прийнятих обмеженнях рейсова витрата палива ГД (з теплотою згоряння Q_і = 42707 кДж/кг) визначається наступним чином:

В_ГД=10 ^- [N_e1b_e1ф₁+ N_e2b_e2ф₂+ N_e3b_e3 ф₃ + N_e4b_e3,5(ф₃ + ф₅)]=

=10 ^- [921·220,41·4,8+6304·211,92·11,4+7416·214,4·(18,4+339,7)+

+1488·219,29·1,5] = 0,974+15,23+569,4+0,489=586,1 т

Значення потужності ГД N_e та тривалості переходів ф на окремих ділянках рейсової лінії взяті з рис. 1.12. а питомої витрати палива b_е - з рис. 1.14.

На теплоходах уже значений час використовується, як правило, важке паливо, для якого частіше всього Q_ік = 40000 кДж/кг. Таким чином, фактична рейсова витрата палива ГД становить

т

У графічній частині курсового проекту - на аркуші КР.7.090509.5214.25.01 зображено номінальні й експлуатаційні характеристики суховантажника «Варнемюнде» у режимі повного ходу з повним вантажем на рейсовій лінії «Миколаїв… Джорджтаун».

2. Визначення потоків енергії в еу на сталому режимі повного ходу судна

2.1 Зовнішні параметри сталого режиму руху судна

Відповідно до даних завдання, визначено швидкість уявного вітру, що діє на корпус судна. На рис. 2.1 зображено зовнішні параметри, а саме: швидкості характерного вітру та їх напрямки. Це здійснено шляхом геометричного складання векторів істинного та курсового вітру. При цьому швидкість вітру: курсового V_K=15,22, істинного V = 25,5 і уявного V_r = 40,57 вуз (масштаб 1 мм - 0,25 вуз); для уявного вітру кут напрямку q_r =45°.

2.2 Технічні (номінальні) параметри основного енергетичного обладнання, яке працює на режимі

Технічні параметри головного двигуна:

Тип Дизель

Марка 8ДКРН 70/120 (K8Z70/120E)

Потужність, кВт

специфікаційна 8240

оптимізаційна 7378

Частота обертання, хв. ^- 140

Номінальна питома витрата палива, 217,6 г/(кВт·год)

Тип передачі на гребний вал Пряма

Технічні параметри допоміжних дизель-генераторів:

Кількість Три

Тип Дизель

Марка SKL 8VD36/24A-1

Потужність, кВт 440

Частота обертання, хв. ^- 500

Номінальна питома витрата палива, 225 г./(кВт·год)

Потужність генераторів, кВт 400

Технічні параметри утилізаційного котла:

Кількість Один

Тип Ла Монт AKS2,2-2,4

Паропродуктивність, т/год 2,5

Тиск пари, МПа 0,8

2.3 Ступінь навантаження основного обладнання на режимі

В обраній точці рейсу А (див. рис. 1.4) судно повністю завантажено і має повний хід. На цьому режимі потужність ГД 7416 кВт, що складає 0,85 від номінальної потужності; ступінь навантаження визначається по відношенню до специфікаційної потужності і складає =7416:8240 = 0,9.

Для виробітку електричної енергії на ходовому режимі, згідно з прийнятою ситуацією, працює два ДГ з однаковим навантаженням, вони забезпечуються споживання енергії від ГРЩ = 722 кВт. Споживана енергія від ГРЩ від одного ДГ складає:

Е'_ГРЩ = 0,5 Е_ГРЩ = 0,5·722 = 361 кВт. Ступінь навантаження кожного із працюючих ДГ:

електрогенератора = 0,5 ·k_в: N_г = 0,5·722·1,03: 400 =0,93;

двигуна ДГ = 0,5 ·k_в: (з_г · N_д) = 0,5·722·1,03: (0,91·440) = 0,93.

Тут k_в - коефіцієнт втрат на лінії «ДГ. ГРЩ», k_в = 1,03; з_г - ККД

електрогенератора, з_г =0,91; N_г - номінальна потужність електрогенератора; N_д - номінальна потужність двигуна.

Оскільки точка А знаходиться у «літній» зоні, то вважаємо, що УК забезпечує всі потреби в парі.

2.4 Локальні енергетичні потоки в основному устаткуванні

У даному розділі, згідно з рекомендаціями [2], в табличній формі подано розрахунок потоків енергії на режимі повного ходу судна в ГД, ДГ і УК.

2.4.1 Потоки енергії у двигуні K8Z70/120E

У табл. 2.1 наведено прийняті та розраховані значення термодинамічних параметрів ГД суховантажника «Варнемюнде». Коефіцієнт корисної дії (ККД), або частку корисно використаної енергії е_кор, розраховано відповідно до питомої витрати палива b_е=214,4 г/(кВт·год) - п.п. 3…6. Частки енергії е_м, е_нп та е_в.г визначено за допомогою рис. 2.2 [1], а е_о.в-як залишковий член енергетичного балансу - п. 10.

Зазначимо, що цей розрахунок потоків дає одні із можливих знань величин, тобто він є детермінованим. Однак, як свідчить матеріал, поданий на рис. 3.25 у [6, с. 88, 89], та аналіз параметрів малообертових двигунів в експлуатації, величини b_е, е_кор, е_м, е_н.п, та їм подібні - це неоднозначні, індетерміновані, показники суднових ГД.

За даними табл. 2.1 побудовано одні із можливих потоки енергії ГД суховантажника «Варнемюнде» у режимі повного ходу в Атлантичному океані в літній кліматичній зоні, які зображені на рис. 2.3. На цьому рисунку частка енергії, що виділилася у циліндрах двигуна при повному згорянні палива, е_п, прийнята за одиницю (за 100%).

2.4.2 Потоки енергії у дизель-генераторі SKL 8VD36/24A-1

Як визначено у підрозділах 1.3 і 2.3, енергія, що відводиться від групового розподільного шита (ГРЩ), складає 722 кВт. Проте зазначимо, що вона може коливатися у значному діапазоні. На відміну від попереднього розрахунку, далі наведений розрахунок для одного із двох, працюючих на режимі ДГ (див. табл. 2.2) проведено більш ретельно для з'ясування локальних, хоча і невеликих, потоків енергії. Найбільший вплив на величину окремих потоків енергії, в кВт, мають значення електричної енергії яка відводиться від ГРЩ Е_грщ = 722 кВт та ефективної питомої витрати палива на двигуни ДГ = 225 г./(кВт·год).

Як бачимо, в табл. 2.2 наведені абсолютні і відносні потоки.

Для подання результатів розрахунків у графічній формі сформуємо табл. 2.3. яка відповідає табл. 2.2. У табл. 2.3, частка енергії, що втрачається на лінії «клеми генератора - ГРЩ», визначається таким чином: = k_в - 1 = 1,03 - 1 = 0,03.

На рис. 2.4 зображено потоки енергії у ДГ і ГРЩ для повного ходу суховантажника «Варнемюнде» в Атлантичномуу океані. За 100% прийняте енергію, що виділилася при згорянні палива у циліндрах двигуна.

2.4.3 Потоки енергії в утилізаційному котлі AV-6

Необхідна продуктивність УК на суховантажниках суттєво залежить від пори року, кліматичної зони, тощо.

Приймемо, що водяної пари від УК достатньо для повного забезпечення її споживачів, а температура газів, коли ГД розвиває потужність 7425 кВт, складає перед УК 336°С, а за ним - 205°С. Температура перед котлом t_в.г = 336 °С визначена відповідно до рис. 2.5 [6] для двигуна сімейства GFС.

У табл. 2.4 подано розрахунок енергії, яка відводиться від УК водяною парою (Е_п, е_п) та газами (Е_г, е_г). При цьому не враховані незначні потоки енергії, наприклад, випромінювання гарячою поверхнею УК в машинне відділення. За даними цієї таблиці побудовано рис. 2.6.

Таблиця 2.1. Розрахунок потоків енергії у ГД на режимі ПХ

Найменування величини	Позначення	Одиниці виміру	Формула або джерело	Числове значення
1. Потужність двигуна	Ne5	кВт	Підрозділ 1.3	7416
2. Питома витрата палива	be5		Рис. 10	214,4
3. Витрата палива	Вп	кг/год	10 - Ne5 be5	1590,0
4. Нижча теплота згоряння палива	Qi		Стандарт ISO [3]	42707
5. Енергія, що виділяється при згорянні палива	Еп	кВт	Вп Qi/3600	18862
6.ККД двигуна (частка корисно використаної енергії)	екор	%	(Ne5/ Еп) 100	39,3
7. Енергія, що відводиться маслом	відносна	ем	%	Рис. 13	4
	абсолютна	Ем	кВт	ем Еп/100	754,4
8. Енергія, що відводиться від наддувного повітря	відносна	ен.п.	%	Рис. 13	6,6
	абсолютна	Ен.п.	кВт	ен.п. Еп/100	1244,9
9. Енергія газів, що відводиться від турбокомпресора	відносна	ев.г.	%	Рис. 13	34
	абсолютна	Ев.г.	кВт	ев.г Еп/100	6413
10. Енергія, що відводиться охолоджуючою водою	відносна	ео.в.	%	100 - екор - ем-ен.п. - - ев.г.	16,1
	абсолютна	Ео.в.	кВт	ео.в Еп/100	3037

Таблиця 2.2. Розрахунок потоків енергії у допоміжному ДГ на режимі ПХ

Найменування величини	Позначення	Одиниці виміру	Формула або джерело	Числове значення
1. Споживана енергія із ГРЩ від одного ДГ	Еґгрщ	кВт	Підрозд. 2.3	361
2. Коефіцієнт витрат на лінії «електрогенератор-ГРЩ»	kв	-	1,005…1,030 [2]	1,03
3. Електроенергія на клемах генератора	Ек.г	кВт	Еґгрщ· kпе	371,83
4. Втрата енергії на лінії «електрогенератор-ГРЩ»	Епв	кВт	Ек.г - Еґгрщ	10,8
5. Номінальна потужність генератора	Nнг	кВт	Підрозд. 2.2	400
6.ККД генератора на номінальній потужності	знг	-	[2, с 27, рис. 15]	0,91
7. Ступінь завантаження генератора		-	Ек.г/ Nнг	0,93
8.Відносний ККД генератора	з''г		[2, с 27, рис. 16]	0,989
9. Механічна енергія, що підводиться до генератора	Емех	кВт	Ек.г/(знг з«г)	413,1
10. Енергія, що втрачається в генераторі	Ез	кВт	Емех - Ек.г	41,3
11. Частка енергії, що втрачається через електричні втрати	kЕ	-	0,25…0,32 [2], прийнято	0,3
12. Енергія, що втрачається через електричні втрати	ЕЕ	кВт	Ез· kЕ	12,4
13. Енергія, що втрачається через механічні втрати в генераторі	Ем.г	кВт	Ез - ЕЕ	28,9
14. Ефективна питома витрата палива двигуном на номінальному режимі			Підрозд. 2.2	0,225
15. Номінальна потужність двигуна	Nд	кВт	Підрозд. 2.2	440
16. Ступінь завантаження двигуна		-	Емех / Nд	0,93

Таблиця 2.3. Потоки енергії у ДГ, %

Найменування величини	Позначення	Числове значення
1. Енергія газів: перед ТК за ТК	ег.ц ег.ТК	43,4 37,7
2. Енергія, підведена до палива у підігрівачі	епід	0,40
3. Енергія, відведена безпосередньо у МВ від двигуна	ем.в	0,40
4. Енергія: відведена від ГРЩ на клемах генератора втрачена на лінії «клеми генератора-ГРЩ»	еГРЩ ек.г	32,3 33,3 1,00
5. Енергія, втрачена в генераторі: «електрична» «механічна» загалом	еЕ ем.г ез	1,1 2,6 3,7
6. Енергія, відведена маслом	ем	6,5
7. Енергія, відведена охолоджуючою водою і маслом в забортну воду	ез.в	25,3
8. Енергія, відведена охолоджуючою водою	ев	14,8
9. Енергія, відведена у повітроохолоджувачі	еп.о	4,00
10. Енергія стисненого повітря за ТК	ес.т	5,70
11. Енергія внесена в циліндри надувним повітрям	ен.п	1,70
12. Механічна енергія, що підводиться до генератора	емех	37,0

Таблиця 2.4. Розрахунок потоків енергії в утилізаційному котлі

Найменування величини	Позначення	Одиниці виміру	Формула або джерело	Числове значення
1. Температура газів: на вході в котел на виході з котла	tв.г tґв.г	єС єС	Рис. 16 Прийнято	311 205
2. Енергія газів на вході в котел	Ев.г	кВт	Табл.2.1	6413
3. Сумарний коефіцієнт надлишку повітря	бУ	-	[2, с. 35]	3,2
4. Теоретична кількість повітря для згоряння палива	L0		[2, с. 35]	14,3
5. Витрати палива на ГД	Вп	кг/год	Табл.2.1	1590,0
6.Кількість газів від ГД, що надходять в котел	Gг	кг/год	Вп(бУ L0+1)	74348
7. Середня теплоємність газів у котлі:	сг		сг =1,03+0,000063 (tв.г + +tґв.г)	1,0625
8.Кількість енергії, що відбирається від газів у котлі і відводиться водяною парою: абсолютна відносна	Епар епар	кВт -	Gг · сг (tв.г - tґв.г)/3600 100 Епар / Ев.г	2326 36,27
9.Кількість енергії, що відводиться газами з котла: відносна абсолютна		% кВт	100 - еп Ев.г - Епар	63,72 4087

2.5 Потоки енергії в СЕУ

Енергія від головного двигуна підводиться до гвинта з деякими втратами в підшипниках валопроводу, де враховується ККД валопроводу з_в. Отже, енергія, підведена до гребного гвинта,

Е_г.г =N_e5 з_в,

де N_e5 - енергія на фланці двигуна у режимі ПХ судна, кВт;

з_в - ККД валопроводу, приймаємо з_в =0,98 [1].

Тоді

Е_г.г =7416·0,98=7267,7 кВт

Кількість теплоти, яка відводиться від підшипників валопроводу,

Е_пш =N_e - Е_г.г =7416-7267,7=148,3 кВт

Е_R = Е_г.г · з_п =7267,7·0,65=4724,0 кВт,

де з_п - пропульсивний коефіцієнт, прийнято з_п =0,65 відповідно до розрахунків ходовості за проектною документацією.

Енергія розсіяна на гвинті

Е_роз =Е_г.г - Е_R =7267,7 - 4724=2544 кВт

Розподіл енергії в СЕУ суховантажника на ходовому режимі розраховується в табл. 2.5.

Енергія, що відводиться при згорянні палива в СЕУ, а саме в ГД та в двох ДГ, визначається як

Е_СЕУ = Е_п +2=18862+2·1116,5=21095 кВт

Енергія газів за турбокомпресорами двох ДГ

2Е_г.ТК= е_г.ТК·2=0,377·2·1116,5=841,8 кВт

Енергія, що відводиться забортною водою,

Е_з.в =Е_о.в + Е_н.п + Е_м +2 (Е_в+Е_п.о+)=3037+1244,9+754,4+2 (165,2+19,37+72,9)=5551 кВт

Енергія, що відводиться відхідними газами в СЕУ,

Е_г=+2 Е_г.ТК=4087+841,8 =4929 кВт.

У графічній частині курсової роботи - на аркуші КР.7.090509.5214.25.02, відповідно до табл. 2.5, зображено потоки енергії в СЕУ в частках від енергії, що виділилась при згорянні палива у ГД та ДГ. Таким чином, енергія, що виділилась при згорянні в СЕУ, прийнята за одиницю, тобто е_СЕУ=1.

Таблиця 2.5. Розподіл енергії в СЕУ на ПХ суховантажника «Варнемюнде»

Найменування	Позначення та величина
	абсолютна	відносна
1. Енергія, що виділилася при згорянні палива в СЕУ	ЕСЕУ	21095	еСЕУ	1,00
2. Те ж саме у ГД	Еп	18862	еп	0,894
3. Те ж саме у ДГ		2233		0,106
4. Зовнішні потоки енергії в ГД: з відхідними газами	Ев.г	6413	ев.г	0,304
з водою, що охолоджує: деталі двигуна	Ео.в	3037	ео.в	0,144
надувне повітря	Ен.п	1245	ен.п	0,059
з маслом	Ем	754	ем	0,036
механічна енергія на фланці ГД	Ne7	7416	еe7	0,352
5. Зовнішні потоки енергії разом в двох ДГ: з відхідними газами	2 Ег.ТК	841,8	ег.ТК	0,039
з водою, що охолоджує: деталі двигуна	2 Ев	330	ев	0,016
надувне повітря	2 Еп.о	90	еп.о	0,004
з маслом	2	146		0,007
електроенергія від ГРЩ	ЕГРЩ	722	еГРЩ	0,034
6. Енергія водяної пари на виході із сепаратора УК	Епар	2326	епар	0,110
7. Енергія газів за УК		4087		0,194
8. Механічна енергія, що підводиться до гвинта	Ег.г	7267,7	ег.г	0,345
9. Теплова енергія, що відводиться від підшипників валопроводу	Епш	148,3	епш	0,007
10. Енергія упору гребного гвинта	ЕR	4724	еR	0,224
11. Енергія, розсіяна на гвинті	Ероз	2544	ероз	0,121
12. Енергія, що відводиться забортною водою	Ез.в	5551	ез.в	0,263
13. Енергія, що відводиться відхідними газами	Ег	4929	ег	0,234

Висновки

Аналіз потоків енергії в СЕУ і в її основних елементах показує, що для застарілих МОД та ДГ виробництва 70-х минулого століття притаманна значна частина енергії, що відводиться в наволишне середовище.

Корисно в СЕУ використовуються:

енергія упору гвинта - 22,4%;

енергія водяної пари - 11,0%;

електрична енергія - 3,4%.

Таким чином показник енерговикористання «брутто» на т/х «Варнемюнде» становить у режимі ПХ

При цьому не враховано, що певна частка водяної пари та електричної енергії споживається самою СЕУ для роботи її основних елементів, а саме ГД та ДГ. Якщо вважати, що на це витрачається 50%, то показник енерговикористання «нетто» буде

Параметри енерговикористання на судні можна підвищити за рахунок енергозберігаючих суднових технологій шляхом застосування:

сучасних МОД та ДГ;

скайтів - для зменшення упору гребного гвинта при v_s = idem;

машинних відділень зменшених розмірів;

більш досконалих гребних гвинтів тощо.

Список літератури

Шостак В. II, Методичні вказівки по вивченню дисципліни «Випробування та експлуатація СЕУ» / В.П. Шостак, А.Ю. Манзюк. - Миколаїв - НУК, 2009. - 55 с.

Шостак В.П. Потоки енергії в дизельних установках морських суден: [навчальний посібник] / Володимир Павлович Шостак: УДМТУ, 1997 - 57 с.

Проектування пропульсивної установки суден з прямою передачею потужності на гвинт: [навчальний посібник], / В.П. Шостак, В.І. Гершанік, В.П. Кот, M.C. Бондаренко; за ред. В.П. Шостака, Миколаїв: УДМТУ. 2003. - 500 с.

Правила технической эксплуатации судовых технических средств: РД 31.21.30-83. - [Чинний від 1984-07-01]. М.: В/О «Мортехинформреклама, 1984. - 388 с.

Морские наливные транспортные суда: каталог: - Л.: Транспорт, 1987. - 191 с.

Шостак В.П. Имитационное моделирование судовых энергетических установок / В. П Шостак, В.И. Гершаник. - Л.: Судостроение. 1988. - 256 с.

Размещено на Allbest.ru