Расчет параметров судовой энергетической установки

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Выбор типа судовой энергетической установки и главного двигателя

Выбор типа установки для проектируемого судна обычно производится на основе сравнительной оценки наиболее перспективных вариантов СЭУ, удовлетворяющих поставленным требованиям. При окончательном выборе типа СЭУ учитывается не только возможность достижения оптимальных показателей, но и реальность поставок нового типа основного оборудования.

Исходными данными для выбора типа СЭУ в общем случае являются:

· тип и назначение судна;

· ориентировочная мощность главных двигателей на расчетных режимах;

· оптимальная частота вращения гребных винтов;

· район его эксплуатации и дальность плавания;

· скорость хода судна и основные характеристики его корпуса;

· требования к маневренности СЭУ;

· ориентировочные расходы энергии на судовые механизмы, системы и устройства в основных эксплуатационных режимах.

Наиболее важными требованиями к СЭУ транспортных судов являются: простота, компактность, высокая надёжность и экономичность.

Исходя из вышесказанного, проведем сравнение различных типов и выбор типа СЭУ.

Дизельные энергетические установки (ДЭУ).

Дизельные энергетические установки получили широкое применение на судах различного назначения вследствие ряда положительных особенностей:

· возможность создания больших агрегатных мощностей на базе стандартных типоразмеров цилиндров;

· доступность различных типов передач;

· относительная простота автоматизации управления.

В настоящее время все суда смешанного плавания оборудованы ДЭУ. Широкому распространению ДЭУ способствует непрерывное улучшение их технико-эксплуатационных показателей вследствие совершенствования наддува и рабочего процесса, применения тяжелых сортов топлива.

Газотурбинные энергетические установки (ГТУ).

Газотурбинные установки применяются в основном на судах с динамическими принципами поддержания и на водоизмещающих судах практически не применяются.

Простейшие ГТУ по сравнению с другими типами СЭУ имеют следующие преимущества:

· большая агрегатная мощность при минимальной удельной массе и габаритах;

· простота обслуживания;

· приспособленность к автоматизации и дистанционному управлению.

Вместе с тем ГЭУ имеют и ряд недостатков:

· относительно низкая экономичность из-за ограниченной начальной температуры газа;

· зависимость надежности и экономичности ГЭУ открытого цикла от коррозионного воздействия внешней среды;

· трудность осуществления реверса;

· жесткие требования к качеству топлива, используемого в ГЭУ открытого типа;

· большие размеры воздухо- и газоходов, что усложняет компоновку ГЭУ.

Паротурбинные энергетические установки (ПТУ).

Недостатком этих установок по сравнению с другими является низкая экономичность. Повышение экономичности возможно за счет применения дешевых сортов топлива и повышения кпд отдельных составляющих частей ПТУ.

Паротурбинные энергетические установки применяются в основном на морских судах с большими потребными мощностями на валу (до 20000 - 30000 кВт). Достигнутые успехи в области повышения тепловой экономичности и надежности ПТУ сделали возможным их применение на судах с мощностью на гребном валу более 20000 кВт.

Дизельные установки обладают наиболее высокой тепловой экономичностью по сравнению с СЭУ других типов. При этом дизельные СЭУ отличаются сравнительно несложным составом вспомогательного оборудования и простотой обслуживания, а также они устойчиво сохраняют значение эффективного КПД при сравнительно широком диапазоне изменения нагрузок. Поэтому на проектируемом судне устанавливается дизельная энергетическая установка.

Выбор главного двигателя.

На сухогрузах универсального назначения, лесовозах, танкерах, судах для навалочных и сыпучих грузов среднего тоннажа, рефрижераторах преимущественно используются одновальные установки с МОД мощностью до 22 000 кВт (30 000 л.с.).

Для нашего судна выбираем МОД 8ДКРН 74-160.

Табл. 1. Технические характеристики дизеля ДКРН 74/160

Тип двигателя: двухтактные реверсивные дизели, крейцкопфные, простого действия, с газотурбинным наддувом и промежуточным охлаждением наддувочного воздуха, с прямоточно-клапанной продувкой. Выпускается в шести- и восьмицилиндровом исполнении по лицензии фирмы “Бурмейстер и Вайн”. Дания.

2. Судовой валопровод

Судовой валопровод представляет собой систему валов и различных конструктивных элементов, соединяющих гребной винт с главным двигателем. О назначение валопровода состоит в передаче движетелю крутящего момента, развиваемого главным двигателем, восприятия осевой силы - реакции упора винта и передаче ее через упорный подшипник корпусу судна.

Выбор числа валов зависит от мощности установки, назначения судна и его осадки, а также требований, предъявляемых к маневренности и живучести судна.

Выборе числа валов для транспортных(грузовых) судов в большинстве случаев предпочтение отдают одновальной установке с гребным винтом фиксированного шага. Такая установка мощностью 25 000 - 30 000 кВт, как правило, обеспечивает достаточно высокий пропульсивный КПД, отличается простотой и удобством обслуживания, имеет минимальные массу, габариты и начальную стоимость.

В качестве материала валов, выбираем сталь 40Х.

судовой валопровод энергетический гребной

Рис. 1. Схема валопровода: 1 --дейдвудные подшипники, поддерживающие вал и винт; 2 -- кормовая втулка; 3 -- носовая втулка (устанавливается не всегда); 4 -- дейдвудная труба; 5 -- гребной вал; 6 -- ахтерштевень; 7 -- переборка ахтерпика; 8 -- промежуточный вал; 9 -- опорные подшипники (устанавливаются не всегда); 10 -- упорный вал; 11 -- двигатель внутреннего сгорания, непосредственно передающий мощность на гребной вал; 12 -- двигатель внутреннего сгорания или турбина с передачей мощности на вал через редуктор; 13 -- главный двигатель; 14 -- автономный упорный подшипник, служащий для передачи упора винта на корпус судна; 15 -- промежуточные опорные подшипники, поддерживающие вал снизу; 16 -- кормовой опорный подшипник, поддерживающий вал сверху и снизу; 17 -- дейдвудный сальник в машинном отделении; I -- мощность двигателя; II -- упор винта

3. Расчет основных элементов валопровода

Проектирование судового валопровода дизельной установки проводится в соответствии с требованиями Правил Морского Регистра Судоходства.

Промежуточный вал.

В соответствии с Правилами диаметр промежуточного вала dпр. должен быть не менее:

где:

N - расчетная мощность на промежуточном валу, кВт;

n - расчетная частота вращения промежуточного вала, об/мин.

в - Коэффициент, учитывающий крутящего момента. Для установок с ДВС:

в=(б-1)q.

Где:

б-отношение максимального индикаторного сумарног момента двигателя к среднему индикаторному крутящему моменту. Для 8-ми цилиндрового двухтактного двигателя б=1.2;

q-коэффициент вычисляют по формула взятой из правил Морского Регистра и приближенно его можно взять q=0.4±0.5

см=206 мм

Дальнейших расчетов принимаем диаметр промежуточного вала

Упорный вал

Упорный вал в районе упорного гребня должен превосходить диаметр промежуточного не менее, чем на 10%

Принимаем

Гребной вал.

Диаметр гребного вала должен быть не менее определенного по формуле:

где:

коэффициент, принимаемый в зависимости от типа механической установки, при соединении гребного винта с валом с помощью шпонки;

расчетная мощность на промежуточном валу, кВт;

расчетная частота вращения промежуточного вала, об/мин.

Принимаем

В соответствии с пунктом 2.4.2.1. Правил Регистра конус гребного вала под гребной винт должен выполняться с конусностью не более 1:12.

Для защиты вала от коррозии применяем бронзовую облицовку. Толщина бронзовой облицовки S должна быть не менее:

, мм

где:

dгр` =570 мм - действительный диаметр гребного вала

мм

Толщина бронзовой облицовки принимается равной S = 25 мм.

4. Ориентировочные размеры МО и эскиз плана трюма

Необходимая длинна МО между носовой и кормовой переборками на уровне настила двойного дна для одновальной установки определяется:

,

Где:

LД - длинна судовых двигателей и агрегатов (для МОД 8ДКРН 74/160 =15,7 м).

Значение коэффициента Кl для ЭУ мощностью более 4000кВт ориентировочно составляет 1,9 для ДУ с МОД расположенным в корме судна.

Из этого следует, что ориентировочные размеры МО:

На рисунках приведено общее расположение механизмов дизельной установки с малооборотным дизелем 6ДКРН 74/160.

Рис. 2. 1 -- блок перекачки тяжелого топлива; 2 -- блок топливо-подкачивающих насосов; 3 -- блок сепарации тяжелого и дизельного топлива; 4 -- блок сепарации масла; 5 -- блок циркуляционных масляных насосов с фильтрами; 6 -- блок маслоперекачки; 7 -- дизель; 8 -- аппарат пенотушения; 9 -- блок питательных насосов парогенератора; 10 -- блок смазки дейд-вудного уплотнения «Симплекс»; 11 -- блок насосов системы смазки ГД; 12 -- пожарный: насос; 13 -- оборудование для осушки и очистки пускового воздуха; 14 -- электрокомпрессор общесудового назначения; 15 -- подкачивающий компрессор системы пускового воздуха; 16 -- баллон сжатого воздуха общесудового назначения; 17 -- главные электрокомпрессоры; 18 -- баллон пускового воздуха ГД; 19 -- поршневой электронасос; 20 -- трюмный насос; 21 -- цистерна компрессорного масла; 22 -- насос общесудового назначения; 23 -- блок насосов и пневмоцистерн мытьевой и забортной воды; 24 -- блок охлаждающих насосов забортной воды ГД; 25 -- блок реле качки дизельного топлива; 26-- цистерна и сепаратор трюмных вод; 27 -- блок холодильников масла ГД; 28 -- блок насосов и охладителя пресной воды ГД; 29 -- водоопреснительная установка; 30 -- цистерна, сепарированного масла ДГ; 31 -- баллон пускового воздуха; 32 -- ДГ; 33 -- топливный и масляный баки ДГ; 34 -- станция жидкого фреона; 35 -- агрегат системы охлаждения ДГ; 36 -- станция кондиционирования воздуха; 37 -- водоразборная колонка; 38 -- блок углекислотного тушения; 39 -- шахта аварийного выхода; 40 -- блок смазки турбонагнетателей ГД; 41 -- отопительный агрегат; 42 -- расходная цистерна тяжелого топлива; 43 -- отстойная цистерна дизельного топлива; 44 -- напорная масляная цистерна турбонагнетателей; 45 -- утилизационный парогенератор; 46 -- вспомогательный парогенератор; 47 -- блок расходных топливных цистерн вспомогательного парогенератора; 48 -- блок охлаждения форсунок ГД; 49 -- мостовой кран на 5 т; 50 -- теплый ящик; 51 -- блок циркуляционных насосов утилизационного парогенератора; 52 -- крупногабаритные запасные части; 53 -- запас питьевой воды; 54 -- станция обработки питьевой воды; 55 -- расходная цистерна дизельного топлива; 56 -- глушитель-искрогаситель; 57 -- вытяжной вентилятор

Установка размещена в корме судна в одном общем МО. Вспомогательные механизмы и аппараты объединены в блоки, скомпонованные по функциональному признаку. Установка предусматривает утилизацию тепла отходящих газов и тепла охлаждающей воды главного дизеля.

Размещено на Allbest.ru