Модернизация энергетической установки буксирного судна проекта 1587

Размещено на http://www.allbest.ru/

42

Оглавление

Введение

1. Анализ показателей судна и его энергетической установки

2. Обоснование состава главной энергетической установки

3. Определение параметров согласованного гребного винта

4. Расчёт систем энергетической установки

5. Проектирование судового валопровода

6. Сопоставление показателей энергетических установок судна и проекта

Выводы

Библиографический список

Введение

Современное развитие транспортного флота зависит от мирового кризиса, которое приводит к уменьшению грузооборота, а следовательно произошёл обвал заказов на строительство новых судов.

В связи с этим проектировать и строить новые суда стало нерентабельно, так как это требует больших капиталовложений, поэтому в целях уменьшения финансовых затрат лучше модернизировать старые проекты или принимать обдуманное и взвешенное решение по проектирование новых проектов, так как они могут быть не востребованы в условиях кризиса.

Судовая энергетическая установка (СЭУ) состоит из комплекса оборудования, предназначенного для преобразования энергии топлива в механическую, электрическую и тепловую энергий и транспортировки их к потребителям. Указанные виды энергии обеспечивают:

- движение судна с заданной скоростью;

- безопасность и надёжность плавания;

- работу механизмов машинного помещения, палубных механизмов и устройств;

- электрическое освещение;

- действие средств судовождения, управления механизмами, сигнализации и автоматики;

- общесудовые и бытовые нужды экипажа и пассажиров;

- выполнение различных производственных операций на транспортных судах, судах технического флота и специального назначения.

Цель: В качестве целевой установки данной курсовой работы выступает требование о повышении энергетической эффективности СЭУ, которое может предусматривать:

- замену главных и вспомогательных двигателей на дизели с более низким удельным расходам топлива и масла.

- перевод главных двигателей и вспомогательных котлов на использование менее дефицитных топлив (например моторных);

- замену вспомогательных утилизационных котлов на котлы большей производительности и эффективности (при увеличении мощности главных двигателей);

- использование валогенераторов (при потребности в электроэнергии в ходовом режиме менее 40ч50 кВт).

Буксирные суда в наше время занимают важное место в обслуживании других судов. Основная задача буксиров данного проекта обслуживание портов.

1. Анализ показателей судна и его энергетической установки

Темой настоящего курсового проекта является модернизация энергетической установки буксирного судна проекта 1587. Характеристика судна проекта 1587 приведена в таблице 1, его энергетической установки - в таблице 2.

Таблица 1 Характеристика судна проекта 1587

№ п/п	Параметры, единицы измерения	Численные значения
1	Класс судна	“М”
2	Размерения корпуса, длина ширина	21 7
3	Водоизмещение, т	132
4	Грузоподъемность, т	54
5	Мощность,	398
6	Осадка,	1,6
7	Скорость, . С составом порожнем	10 18,7
8	Число мест для экипажа	9
9	Автономность,часов.	10
10	Тип движителя	ГВН
11	Количество движителей	2
12	Диаметр винта,	0,95
13	Шаг винта, м	1,2
13	Сухая масса СЭУ, т	17,2
14	Габариты машинного отделения, длина ширина	5 7

Таблица 2. Характеристика основных элементов энергетической установки судна проекта 1587

Элементы энергетической установки и их параметры, единицы измерения	Численные значения
1. ГЛАВНЫЕ ДВИГАТЕЛИ: количество марка номинальная эффективная мощность, номинальная частота вращения коленчатого вала, род топлива удельный эффективный расход, : топлива масла	2 6ЧНВД26А 199 750 Диз. 0,220 0,0016
2. ГЛАВНАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ: тип передаточное отношение	Реверс-редуктор 1:2:5
3. СУДОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ: количество марка дизеля номинальная эффективная мощность, номинальная частота вращения коленчатого вала, удельный эффективный расход топлива, (масла) марка валогенератора количество валогенераторов номинальная мощность валогенератора,	2 14,7 1500 0,282 0,0023 ЕС62-4С 12
4. КОТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА: марка автономного котла количество теплопроизводительность, расход топлива, марка утилизационного котла количество теплопроизводительность,	- 1 - - - - - -

На основе данных табл. 1 и 2 выполняется расчёт показателей установки судна (табл. 2.3).

1. Эффективная мощность главной ЭУ:

,

где - количество ГД;

- номинальная эффективная мощность ГД, .

2. Энергооснащённость судна:

,

где - водоизмещение судна в полном грузу, т.

3. Энергонасыщенность по отношению к:

- длине машинного отделения (МО)

- площади МО

,

где - мощность вспомогательных двигателей СЭУ, ;

и - длина в м и площадь МО в .

4. Энергоёмкость работы судна:

,

где Mn=G для сухогрузных судов, где G -грузоподъёмность, т;

- скорость судна в полном грузу, .

5. Удельная масса ЭУ:

,

где - сухая масса энергетической установки, т.

Таблица 3. Показатели энергетической установки судна Проекта 1587

№ п/п	Наименование показателя, единицы измерения	Численные значения
1	Эффективная мощность главной ЭУ,	398
2	Энергооснащённость,	3,0
3	Энергонасыщенность по отношению к: длине МО, площади МО,	85,12 12,2
4	Энергоёмкость работы судна,	265
5	Удельная масса ЭУ,	43,2
6	КПД судового комплекса	0,182

КПД судового ( пропульсивного ) комплекса судна проекта 1587:

,

где - эффективный КПД главного двигателя;

- КПД главной передачи установки, принимаемый равным для реверс- редукторной передачи принимаем ;

и - КПД валопровода (0,98) и пропульсивный КПД движителя ( для гребных винтов речных судов ).

.

2. Обоснование состава главной энергетической установки с выбором основных ее элементов и согласование ее с гребным винтом

Исходными данными при выборе главных двигателей являются:

- мощность главной энергетической установки судна ;

- количество и частота вращения движителей .

Поскольку заданием предусмотрено повышение энергетической эффективности, то изменение тягового усилия не требуется и мощность главной энергетической установки останется прежней.

Количество главных двигателей следует принимать равным числу их для судна, указанного в задании.

Теплоход проекта 1587 имеет силовую установку, состоящую из двух двигателей внутреннего сгорания марки 6НВД26А мощность 199 кВт каждый при 750 об/мин. Двигатели шестицилиндровые, четырехтактные. Один двигатель правого вращения другой левого. Управление двигателями централизованное с рубки. Кроме того сохранена возможность управления главными двигателями из моторного отделения, не нарушая регулировки централизованного управления. Пуск двигателя воздушный. Двигатели 6НВД26А морально устарели. В качестве альтернативы этим двигателям можно рассмотреть применение двигателей марки 6Л150ПВ-1 (6ЧСПН15/18) фирмы ЧКД и двигателей 6ЧСПН2А18/22, как освоенных в отечественной промышленности и хорошо зарекомендованных себя на речных судах.

Для обоснования марки главного двигателя необходимо выбранные двигатели сравнить с установленными на судне по комплексному параметру качества.

Расчёт комплексного параметра качества производим по формуле:

,

где - комплексный параметр качества дизеля;

- удельная мощность дизеля, ;

- длина, ширина и высота дизеля, м;

- максимальное значение удельной мощности среди рассматриваемых двигателей, ;

- удельная масса дизеля, ,

где М - масса дизеля, кг;

- минимальное значение удельной массы среди рассматриваемых двигателей, кг/кВт;

- удельный эффективный расход топлива дизеля, ;

- минимальное значение удельного эффективного расхода топлива среди рассматриваемых двигателей, ;

- удельный эффективный расход масла дизеля, ;

- минимальное значение удельного эффективного расхода масла среди рассматриваемых двигателей, ;

- ресурс дизеля до капитального ремонта, ;

- максимальное значение ресурса среди рассматриваемых двигателей, ;

- условный показатель рода топлива, используемого дизелем ( для тяжёлого топлива , а для лёгкого ( дизельного ) - );

- минимальное значение стоимости среди рассматриваемых двигателей;

- коэффициенты весомости ( ).

При выборе двигателей для транспортных судов можно принять

.

Таблица 4. Сопоставление параметров судовых дизелей

Наименование параметра, единица измерения	6НВД26А	6Л150ПВ-1 (6ЧСПН15/18)	6ЧСПН2А18/22
1. Номинальная эффективная мощность,	199	200	200
2. Номинальная частота вращения коленчатого вала,	750	1200	750
3. Реверсивность	0	0	0
4. Род топлива	0	0	0
5. Удельный эффективный расход топлива,	0,220	0,219	0,204
6. Удельный эффективный расход масла,	0,0016	0,0020	0,0014
7. Ресурс до капитального ремонта,	36	15	55
8. Габаритные размеры, : длина ширина высота	3,7 1,31 1,77	2,33 1,11 1,51	2,84 1,1 1,74
9. Масса,	5200	3500	4610
Расчетные данные
10. Удельная мощность,	23,20	51,21	33,9
11. Удельная масса,	26,13	17,50	23.1
12. Стоимость	20680	13055	29576
Относительные:
13.Удельная мощность	0,0453	0,1000	0,0718
14.Удельная масса	26,13	17,50	23,05
15.Удельный расход топлива	0,2225	0,2236	0,2400
16.Удельный расход масла	0,1225	0,0980	0,1400
17.Ресурс	0,1244	0,0518	0,1900
18.Род топлива	0	0	0
Стоимость	0,0442	0,0700	0,0309
19. Комплексный показатель качества	0,6393	0,6634	0,7638
20. Тип главной передачи	Реверс-редуктор	Реверс-редуктор	Реверс-редуктор
21. КПД судового комплекса	0,1821	0,1830	0,1964

Выводы по разделу: В качестве главного двигателя судна следует выбирать дизель, имеющий наибольшее значение комплексного параметра. При равных значениях предпочтение отдается дизелю, который в составе главной ЭУ имеет больший КПД судового комплекса. На основе анализа данных таблицы 4 выбираем двигатель 6ЧСПН2А18/22 ,так как в этом случае получаем большее значение =0,7638 и большие

Для двигателя 6ЧСПН2А18/22 реверс-редуктор поставляет завод-изготовитель дизеля в двух модификациях:25РРП-230-1.67 с передаточным числом на передний ход 1,67 и на задний ход 2,00 и 25РРП-230-2.14 с передаточными числами соответственно 2,14 и 2,00.(рис 1)

Вмонтированный упорный подшипник рассчитан на осевой упор 40кН.Несоосность его 265 мм. Габариты реверс - редуктора 1020Х680ХН45 мм. Общая масса редуктора составляет 30% массы двигателя. От ведущего вала приводятся следующие механизмы: электрогенератор постоянного тока напряжением 28 В, мощностью 1,2 кВт, трюмный насос с подачей 4,5 м3/ч. Управление реверс -редуктором дистанционное путем поворота золотника и изменения направления подачи масла под подшипники фрикционных муфт переднего или заднего ходов.

При изменении скорости движения судна (увеличение или уменьшение мощности главного двигателя) необходимо новую мощность согласовать с работой гребного винта, т.е. определить основные его элементы. В рассматриваемом проекте диаметр винта, мощность двигателя и обороты гребного вала остаются неизменными. Поэтому согласование производить не нужно.

3. Проектирование судового валопровода

Судовой валопровод является одним из основных элементов СЭУ и служит для передачи механической энергии от ГД к движителю, а также передачи развиваемого движителем упора корпусу судна. Нарушение работоспособности валопровода приводит к снижению скорости хода судна или полной потере хода. Ремонты валопровода в большинстве случаев требуют вывода судна из эксплуатации и постановки его в док. В связи с этим к надежности валопровода предъявляют особо высокие требования.

Разработка принципиальной схемы валопровода

В разрабатываемой установке применена реверс-редукторная передача. Валопроводы имеют уклон 0052 по отношению к основной линии и идут параллельной диаметральной плоскости. Каждый движительный комплекс состоит (рис 2) из гребного вала 8 защищенного кожухом 4, ленточного тормоза 11, дейдвудной трубы 7 с уплотнением 6 дейдвуда в водонепроницаемой переборке 5, кормовой опоры 3 гребного вала, гребного винта 2 в насадке с обтекателем 1, кормового опорного роликового подшипника 9, опорного шарикового подшипника 12 промежуточного вала 13, опорного шарикового подшипника 15 проставочного вала 16 присоединенного к реверс - редуктору 17 с встроенным упорным подшипником, а также эластичной муфты 14.Гребной и промежуточный валы соединены с помощью конической муфты 10.

При расположении винта на консоли длинной L2 в м.

L2 = (1,6-3,3) dг+(2,5-3) dг /2=1, м.

Длина дейдвудного пролета L1 в м

Где dг- диаметр гребного вала, м, предварительно принимаем dг=0,14.

коэффициент, принимаемый =14 т.к. n мин-1

n - частота вращения гребного вала, мин-1, n=750/2,14=350 мин-1 (с учетом передаточного числа редуктора 1:2,14 на переднем ходу).

Принимаем длину дейдвудного пролета вала L1



Рис. 2. Схема валопровода

Выбор материала валов и определение их диаметров

По правилам Регистра валы судовых валопроводов должны изготовляться из стальных поковок с временным сопротивлением 430-690 МПа.

В качестве материала для валов можно использовать сталь Ст5 с временным сопротивлением пределом текучести .

Диаметры валов для СЭУ с - тактными главными двигателями должны быть не менее в мм:

- промежуточного для судов классов “ М “ и “ О “

;

Упорного вала нет, т.к. упорный подшипник встроен в реверс-редуктор, ---гребного

,

где - номинальная мощность, передаваемая промежуточным валом, ;

- коэффициент, учитывающий неравномерность крутящего момента и принимаемый равным для 6 цилиндровых - тактных ДВС - 1,15; принимаем km=1,4

- номинальная частота вращения промежуточного вала, ; принимаем равной частоте вращения главного двигателя деленной на передаточное число редуктора на переднем ходу, т.к. передача реверс-редукторная nпр=750/(2,16

- коэффициент, принимаемый равным для валов без облицовки 10; с облицовкой 7,принимаем вал с облицовкой, следовательно kг=7.

- диаметр гребного винта, .Dв=0,95 м.

Найдены диаметры валов округляются в большую сторону до значений, оканчивающихся на 5 или на 0.Поэтому окончательно принимаем dпр=105 мм, гребного dг=140 мм.

Расчёт валов на прочность

Расчёт валов на прочность выполняется по приведённым напряжениям с помощью следующей формулы:

,

где - наибольшие нормальные напряжения сжатия, ;

- напряжения сжатия от упора движителя, ;

- наибольшие напряжения при изгибе, ;

- напряжения кручения, ;

кэ - запас прочности, принимаемый равным для промежуточного вала 2,8, а для гребного - 3,15;

=- упор движителя, ;

Рен - номинальная мощность главного двигателя, ; Рен=200 кВт,

- номинальная мощность, передаваемая валом, Рв=200 кВт

;

- номинальная частота вращения вала, ; nв=6,67 с-1

- диаметр рассчитываемого вала, м;

- скорость судна, с составом барж, ; V=2,78 м/c,

= -

максимальный изгибающий момент на гребном вале в при расположении винта на консоли длиной в .

Производим расчет гребного вала диаметром dг=dв=0,140 м, для него

Где ;

;

;

Кэ - запас прочности, для гребного -3,15.

Условие прочности для гребного вала выполняется.

Производим расчет промежуточного вала диаметром dпр=dв=0,105 м, для них

;

Где ;

;

;

;

Кэ - запас прочности, для промежуточного вала- 2,8.

Условие прочности для промежуточного вала выполняется.

Оценка запаса по критической частоте вращения и продольной устойчивости гребного вала

Необходимый запас по критической частоте вращения гребного вала обеспечивается, если:

Где l2 и l1 - длина дейдвудного пролета и консоли гребного вала, м,

n1-номинальная частота вращения гребного вала мин-1.

Необходимый запас по критической частоте обеспечен.

Проверке гребного вала на продольную устойчивость подлежат валы, у которых

м

Где lmax- максимальная длинна дейдвудного пролета вала, м, выше определено lmax=l1=3,74 м.

Проверка необходима.

Для таких валов необходим запас по продольной устойчивости обеспечивается, если:

Условие продольной устойчивости соблюдается.

Выводы по разделу: В данном разделе была разработана принципиальная схема валопровода, был выбран материал вала и определён его диаметр. Также был произведен расчёт вала на прочность, в результате которого выяснилось, что вал удовлетворяет условиям прочности, и оценка по критической частоте вращения и продольной устойчивости гребного вала.

4. Расчёт систем обслуживающих энергетической установки

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

Судовая часть топливной системы 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 ).

Принципиальная схема представлена на (рис 3). Главные 1 и вспомогательные 16 дизелей ели, а также автономный вспомогательный котел 2 работают на одном сорте топлива. Топливо поступает на судно самотеком через палубные наливные втулки 12, фильтр грубой очистки 13 в цистерны основного запаса 14, соединенные трубопроводом. Из цистерны 14 топливо подается через фильтр 10 топливоперекачивающим насосом 9 с электроприводом или ручным насосом 8 в расходные цистерны 5 для автономного котла, главных 6 и вспомогательных 7 дизелей. Из соответствующих расходных цистерн через быстрозапорный клапан с дистанционным приводом оно самотеком поступает к вспомогательному дизелю и через спаренные фильтры грубой очистки 18-к главным. К автономному котлу топливо подается форсуночным насосом 4 через фильтр 3. Сепаратором 15 оно очищается от воды и механических примесей, после чего подается из запасных цистерн в расходные.

В сточную цистерну 17 стекает утечное топливо от дизелей и из поддона расходных цистерн. Из сточной цистерны оно одним из насосов 8 или 9 или через сепаратор 15 может быть возвращено в расходную цистерну.

Предусмотрена возможность перекачки топлива насосом 9 или 8 из запасных, расходных и сточной цистерн через палубную втулку 11 на берег или другие суда.



Принципиальная схема топливной системы. (рис 3)

Вместимость цистерн в определяется:

- запасных для дизельного топлива:

;

- расходных ( расходно-отстойных ) для главных двигателей

Дизельного топлива:

;

- расходных для вспомогательных двигателей

;

- расходных для вспомогательных автономных котлов

;

- сточной

;

- аварийного запаса топлива

,

где , и - количество главных двигателей, вспомогательных двигателей и автономных котлов; для проекта 1587: х=2, хb=2, xk=1,

, и - номинальные эффективные мощности главного двигателя, вспомогательного двигателя и суммарная мощность всех дизелей СЭУ, ; для проекта 1587: Ре=200 кВт,

Реb=14,7 кВт и кВт,

и - удельные эффективные расходы топлива главного и вспомогательного двигателей, ; из табл.4 и 2, соответственно, bе=0,204 и beb=0,282,

- расход топлива автономного котла, ; из табл. 2 Вк=3,0 кг/ч,

1,1 - коэффициент, учитывающий “ мёртвый “ запас топлива;

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

- коэффициент ходового времени, принимаемый равным для буксирных судов - 0,65;

- коэффициент использования автономного котла, принимаемый равным 0,25;

- продолжительность автономного плавания, ч; из табл. 1 ч,

- плотность топлива, принимаемая равной для дизельного топлива

- 860 ,

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

для дизельного топлива:

;

где - вместимость расходной ( расходно-отстойной ) цистерны, ;

- время её заполнения.

Выбор насоса производиться по таблице в Приложении 10 [1]. Выбираем шестеренчатый насос ШФ 2-25-1,4/16Б-13 обеспечивающий подачу 1,4 при давлении нагнетания 1,6 МПа, частоте вращения 1450 об\мин, мощности приводного электродвигателя 2,2 кВт, имеющего габариты 790х397х355 мм и сухую массу 58 кг.

Производительность сепаратора определяется из условия очистки суточной потребности топлива за 8-12 :

для дизельного:

 ;

Выбор сепаратора производиться по таблице в Приложении 11[1]. Для главных и вспомогательных двигателей подойдет сепаратор марки НСМ-2 производительностью 0,5 м3/ч, мощностью электропривода 2,2 кВт, габаритами 1050х500х1190 массой нетто 265 кг.

Вывод:

Использование штатных топливоперекачивающих насосов для главных двигателей 6ЧСПН2А 18/22 не представляется возможным. После модернизации выбираем топливоперекачивающий насос ШФ2-25-1,4/16Б-13 производительностью 1,4.

Принимаем сепаратор дизельного топлива НСМ-2 с подачей 0,5 .

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.

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 вспомогательного 8 дизелей.

Нагнетательные магистрали насосов 12, 13 через систему трубопроводов и вентилей позволяют раздельно подавать масло в маслосборники 2, в картер вспомогательного дизеля 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 систему с «сухим» картером. Масло из картера дизеля 1 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 дизеля.

В случае выхода из строя одного из насосов 3 или 4 включается резервный насос 12. Прокачка масла перед пуском может осуществляться насосом 12 или насосом 13 с ручным приводом. Свежим маслом система заполняется 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. Вспомогательный дизель 8 имеет смазочную систему с «мокрым» картером. Заполнение системы свежим маслом производиться в картер дизеля насосом 13 с ручным приводом. Отработавшее масло из картера сливается самотеком в цистерну 20.



Принципиальная схема масляной системы (рис 4).

Вместимость цистерн определяется:

- запасных

;

- циркуляционных ( маслосборников ) главных двигателей, при этом используем значение средней скорости поршня двигателя марки 6ЧСПН2А18/22, имеющего ход поршня S=0,22 м

м/с

Полученное значение сm<6,5 м/с- двигатель тихоходный,

для тихоходных главных дизелей

;

для быстроходных вспомогательных дизелей

;

- расходных ( или сепарированного масла )

главных дизелей

;

- сточных и отстойных

,

где и - удельные эффективные расходы масла главного и вспомогательного двигателей, ; из таблиц 4 и 2,соответственно Сeir=0,002 и Сeirb=0,0023

- удельная масса масла в сточных цистернах или картерах двигателей, принимаемая равной для тихоходных дизелей 2,7 , быстроходных - - 2,95 ;

- плотность масла, принимаемая равной 899 ;

и - суммарная вместимость маслосборников или картеров главных и вспомогательных двигателей, . и

Подачи насосов определяются:

- резервного циркуляционного

;

- маслоперекачивающего (для заполнения расходных цистерн )

главного двигателя

;

вспомогательного двигателя

,

где - доля теплоты, отводимая маслом, принимаемая равной для тихоходных дизелей 0,05…0,07, быстроходных - 0,07…0,08;

- низшая удельная теплота сгорания топлива, принимаемая равной для дизельного топлива 42700 ;

- теплоёмкость масла, принимаемая равной 2…2,2 ;принимаем См=2,1

- разность температур масла на входе и выходе из дизеля, принимаемая равной 6-12, принимаем =10

Выбор маслоперекачивающего насоса производится по таблице в Приложении 10 [1]. Выбираем шестеренный насос марки ШФ 0,6-25-0,36/25Б обеспечивающий подачу 0,36 при давлении нагнетания 2,5 МПа, частоте вращения 1430 об/мин, мощности приводного электродвигателя 1,0 кВт, имеющего габариты 586х202х245 мм и сухую массу 25,5 кг.

Производительность сепаратора определяется из условия обеспечения необходимой кратности очистки масла:

,

где 1,5…3,5- кратность очистки масла (большие значения для тихоходных дизелей ); принимаем 3,0

- суммарная вместимость маслосборников главных и вспомогательных двигателей, ;

- время работы сепаратора в сутки, равное 8-12 ч. Принимаем ч.

Выбор сепаратора производиться по таблице в Приложении 11[1], выбираем сепаратор марки НСМ-2 производительностью 0,5 ,кВт, габаритами 1050х500х1190 мм и массой 265 кг.

Вывод: Использование штатных маслоперекачивающих насосов для главных двигателей 6ЧСПН2А 18/22 не представляется возможным. После модернизации выбираем маслоперекачивающий насос ШФ 0,6-25-0,36/25Б обеспечивающий подачу 0,36 при давлении нагнетания 2,5 МПа, частоте вращения 1430 об/мин, мощности приводного электродвигателя 1,0 кВт, имеющего габариты 586х202х245 мм и сухую массу 25,5 кг.

Оставить старый сепаратор для нового двигателя не представляется возможным поэтому выбираем сепаратор марки НСМ-2 производительностью 0,5 ,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.

Система охлаждения главных двигателей и двигателя дизель - генератора - двухконтурная.

Система охлаждения внутреннего контура, масла и надувочного воздуха осуществляется забортной водой в охладителях. Главная магистраль (соединительная труба) забортной воды соединяет выгороженные в корпусе ящик забортной воды и бортовой кингстонный ящик. Вода, поступающая из кингстонного ящика, проходит через фильтр, а в ящике забортной воды - через сетчатые отбойные листы.

Принципиальная схема системы водяного охлаждения показана на рис 5. Вода внутреннего контура насосом 26, навешанного 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 водо-водяной 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 убыли 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 из ящика забортной воды 20 или 16 через парный 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 поступает в ящик забортной воды. В трубопроводе 23 циркулирует масло смазочной системы дизеля, а в трубопроводе 13 - надувочный воздух. Забортной водой охлаждаются компрессоры 11. По трубопроводу 30 вода поступает на охлаждение подшипников валопровода, смазку дейдвудной трубы др.

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 подводиться по трубопроводу 17. Трубопровод 18 служит для подачи воды в систему водоснабжения судна.

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

Внутренний контур охлаждения на всех двигателях целиком смонтирован заводом - поставщиком. Заполнение внутренних контуров охлаждения главных двигателей производиться от системы водоснабжения водой через поплавковые клапаны в расширительных бачках емкостью по 25 л.

Вода от всех охлаждаемых агрегатов отводиться за борт.



Принципиальная схема системы водяного охлаждения (рис 5)

Подача насосов определяется:

- внутреннего контура

главного двигателя

;

- внешнего контура

главного двигателя

;

где - доля теплоты, отводимая водой, принимаемая равной для тихоходных дизелей с наддувом 0,12…0,17, быстроходных - 0,15-0,20; Принимаем: aтв=0,15

aтм -доля теплоты, теплоты отводимая маслом, от всего количества теплоты, введенного с топливом, для главных двигателей [4, стр 143] aтм=0,08

и - теплоёмкости пресной воды внутреннего контура и забортной воды внешнего контура, равные 4,19 и 3,98 соответственно;

и - плотности воды внутреннего контура и забортной воды, равные 1000 и 1020 соответственно;

и - разности температур воды во внутреннем контуре на выходе и входе в дизель и во внешнем контуре на выходе и входе в холодильник, принимаемые равными 10-12 и 15-25 соответственно, принимаем и

В целях унификации принимаем =8,6 ,

Поверхность охлаждения водяного холодильника определяется:

где - общий коэффициент теплопередачи от воды к воде, равный для трубчатых холодильников 0,58…0,82 ; пластинчатый- 1,00…1,16 Принимаем пластинчатый холодильник с kтв=1,0

 - среднелогарифмическая разность температур для противоточных холодильников,

и - температуры воды во внутреннем контуре на выходе из дизеля и холодильника, принимаемые равными 75-90 и 65-80 соответственно; принимаем tв=80 и tв=70

и - температуры забортной воды на входе и выходе из водяного холодильника, принимаемые равными 30-32 и 45-50 соответственно, принимаем t3=32, и t3=45

В системах водяного охлаждения получают распространение холодильники пластинчатого типа.

Вывод: Модернизация система водяного охлаждения для выбранного нами двигателя не требуется.

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 определяется:

- пусковых

;

- для тифона

,

где - удельный расход свободного воздуха на 1 объёма цилиндра дизелей при пуске, который составляет 8-10 ;

- рабочий объём цилиндра,

; для двигателя 6ЧСПН2А18/22

и - внутренний диаметр цилиндра и ход поршня, ;

- число цилиндров двигателя;

- число последовательных пусков и реверсов двигателя, принимаемое равным 12 для реверсивных дизелей, и 6 нереверсивных дизелей,

- давление окружающей среды, равное 0,098 ;

и - начальное давление воздуха в баллоне после его заполнения и нижний его предел, при котором ещё возможен пуск дизеля, принимаемые равными 3-6 и 0,5-1,0 соответственно; принимаем =3 МПа и =0,5 МПа

- коэффициент насыщения сигналами, принимаемый равным 0,128;

- расход тифоном свободного воздуха, принимаемый равным 1-6 ; принимаем

- продолжительность подачи сигнала, принимаемая равной для судов класса «Л» и «Р» “ - 3 ;

и - начальное давление воздуха в баллоне после его заполнения и нижний его предел, при котором ещё возможна подача сигнала, принимаемые равными 3 и 0,5 соответственно.

По Правилам Речного Регистра РФ число пусковых баллонов nб=Vпб/Vб должно быть не менее двух для каждого главного двигателя и одного - для вспомогательного двигателя, где Vб -емкость пускового баллона по ГОСТ 9731-79 или ГОСТ 999-73 м3, а компрессоров - не менее двух на судно ( один может быть навешен на двигатель ) с подачей каждого по свободному воздуху не менее:

,

где - время заполнения баллонов, принимаемое равным 1 ч.

Выбор компрессора и баллонов, производиться по таблицам в Приложении 12 и 13 [1]. Выбираем компрессор КВД-Г имеющий подачу 10 ,

Давление нагнетания 3 МПа, мощность приводного электродвигателя 4 кВт, а также баллоны для пуска главных двигателей вместимостью по 0,04 м3 на рабочее давление 3 МПа 273 мм, длиной 1115 мм, массой 66 кг и баллон для тифона вместимостью 0,04 м3 на рабочее давление 3 МПа диаметром 273 мм, длиной 1115 мм, массой 66 кг. Число пусковых баллонов для главных двигателей.

штуки.

Принимаем nб=4 шт.

Каждый баллон, как правило, оснащается манометром, предохранительный клапаном, клапаном для продувания сконденсировавшей воды, масла, клапаном для заполнения и расхода воздуха. Баллоны стремятся располагать по бортам с уклоном в корму, обеспечивающим скопление конденсатов в местах расположения клапанов продувания.

Система сжатого воздуха (рис 6) обслуживается электроприводным компрессором 3 марки КВД-Г, производительностью 10 , давлением 3 МПа, с электродвигателем переменного тока напряжением 220 В, мощностью 4 кВт.

Сжатый воздух, в ходовом и в стояночном режиме от компрессора КВД-Г, подается через маслоотделитель 2 в четыре баллона 1 вместимостью по 0,04 м3. Для запуска главных двигателей используются обе группы баллонов 1, поставляемых с двигателями, баллон 4 вместимостью 0,04 м3 служит для подачи воздуха к тифону, к пневмоцистернам, пневмоустройствам утилизационных котлов и т.д. Наполнение его производиться от компрессора или от одной из групп баллонов 1. Пуск вспомогательного двигателя на судне проекта 1587 осуществляется электростартером Ст-25. Четыре баллона 1 наполняются воздухом давлением 3 МПа, один баллон 4 емкостью 0,04 м3 для тифона стеклоочистителя наполняется воздухом давлением 0,6 МПа через редукционный клапан 5. Из магистрали тифона воздуха редуцируется до 0,25 МПа и подается к пневмоцистернам и на хозяйственные нужды, воздухом, редуцированным до 0,1 МПа, продувается решетки захлопок кингстонного ящика и ящика забортной воды.

Система сжатого воздуха выполнена из труб по ГОСТ 8734-75 на штуцерно-торцовых соединениях, арматура - стальная и латунная.

Вывод: Использование стационарного компрессора не представляется возможным. Из полученных расчетов принимаем компрессор марки КВД-Г, производительностью 10 , давлением 3 МПа, с электродвигателем переменного тока напряжением 220 В, мощностью 4 кВт.



Система газовыпуска предназначена для отвода в атмосферу выпускных газов от главных и вспомогательных дизелей, 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 определяется:

- для главного двигателя

;

Где ge -удельный расход топлива, ge=0,204 кг/(кВт ч), Ne- мощность двигателя на номинальном режиме, Ne=200 кВт, a- cуммарный коэффициент избытка воздуха, принимаем для главных дизелей а=1,95, L0-теоретически необходимое количество воздуха, кг, для сжигания 1 кг топлива, принимаем L0=14,33 кг/кг, Rг=0,287 кДж(кг град), Т- температура выпускных газов за дизелем, принимаем Т=600 К, сг- допустимая скорость движения газов в трубопроводе, принимаем для четырехтактных дизелей равной 30 м/с, р- допустимое давление в трубопроводе, принимаем р=1,03*102 кПа.

Ориентировочный внутренний диаметр

м.

- для вспомогательного котла

Площадь сечения газовыпускных трубопроводов Fт в м2 определяется:

где - часовой расход топлива автономным котлом, ; B=3,0 кг/ч

- коэффициент избытка воздуха, принимаемый равным для , автономных котлов - 1,2…1,3, a=1,25

- температура выпускных газов, принимаемая равной за автономным котлом - 423…573 К; Т=550 К

- допустимая скорость движения газов в трубопроводе, принимаемая равной для автономного котла vт = 20 ;

pт- допустимое давление в трубопроводе, принимаем равным 1,03*102 кПа

- теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 топлива;

Ориентировочный внутренний диаметр

м.

Вывод: Модернизация системы газа-выпуска не требуется.

5. Сопоставление показателей энергетических установок судна и проекта

Для оценки правильности принятых в курсовом проекте решений необходимо произвести сопоставление спроектированной ( проект ) и существующей ( судно ) установок по указанным в табл. показателям, значительная часть которых была определена в предыдущих разделах пояснительной записки. Расчёты остальных показателей спроектированной установки необходимо выполнить с помощью формул, приведённых в разделе 1

- КПД судового ( пропульсивного ) комплекса судна проекта

=

Где be-удельные эффективные расходы главных двигателей судна проекта, КПД главной передачи судна проекта - реверс-редукторной передачи 0,97, - КПД валопровода, принимаем =0,98, - пропульсивный КПД, принимаем =0,5

Анализ данных таблицы 5 показывает, что судно-проект обладает преимуществом перед судном, т.к. замена главных двигателей привела к повышению КПД судового.

Таблица 5

Сводная таблица показателей энергетических установок

Наименование параметра, единица измерения	Численное значение
	Прототип	Судно
Тип судна Тяговое усилие, кН Скорость с составом, ГЛАВНЫЕ ДВИГАТЕЛИ: марка количество номинальная эффективная мощность, род топлива удельный эффективный расход топлива, ТИП ГЛАВНОЙ ПЕРЕДАЧИ ВАЛОГЕНЕРАТОРЫ: марка ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРЫ: марка количество номинальная эффективная мощность, род топлива удельный эффективный расход топлива, Сухая масса СЭУ, т Эффективная мощность главной ЭУ, Энергооснащённость, Энергонасыщенность по отношению к: длине МО, площади МО, Энергоёмкость работы судна, К.П.Д. судового комплекса	буксир 54 10 6НВД26А 2 199 Диз., 0,220 Реверс-редуктор ЕС62-4С 2 14,7 Дизельное 0,282 17,2 398 3,0 85,5 12,2 265 0,182	буксир 54 10 6ЧСПН2А18/22 2 200 Диз 0,204 Реверс-редуктор ЕС62-4С 2 14,7 Дизельное 0,282 11,005 400 3,0 85,5 12,2 265 0,1964

Выводы

В ходе выполнения курсового проекта на тему «Разработать проект модернизации ЭУ буксира проекта 1587 с повышением его энергетической эффективности» установлено, что судно-проект обладает преимуществом перед судном, т.к. замена главных двигателей 6НВД26А на 6ЧСПН18/22 привела к увеличению, за счет лучших показателей этих двигателей, КПД судового комплекса.

Разработанные топливная, масляная, охлаждения, пуска и газовыпуска системы и валопровод обеспечивают функционирование СЭУ с новыми ГД.

энергетический установка судно

Библиографический список

1. А.С. Баев. Методические указания по курсовому проектированию проектированию по дисциплине “ Судовые энергетические установки “, СПбГУВК, 1997 г..

2. Справочник по серийным транспортным судам: том 9, М.: Транспорт, 1978-1991 г..

3. Г.А. Конаков, Б.В. Васильев. Судовые энергетические установки и техническая эксплуатация флота. Учебник. М.: Транспорт, 1980 г..

4. Альбомы оборудования речного флота. Л.: ЦТКБ МРФ, 1976-1987 гг..

5. Недошивин А.И., Петрова Т.И. Судовые энергетические установки. Метод. указания по курсовому проектированию. СПб.: СПГУВК. 2004.-55 с.

6. Иванченко А.А., Хандов А.М. Судовые энергетические установки: уч.-метод.пособие по курсовому проектированию.--СПб.: СПГУВК. 2009 - 110 С.

Размещено на Allbest.ru