Судовые автоматизированные энергетические установки

Содержание

Введение

. Обоснование состава основного силового комплекса корабля

.1 исходные данные

.2 выбор главных двигателей

.3 выбор главной передачи

.4 выбор валопровода и движителя

.5 оценка энергетической эффективности обоснованного состава главной энергетической установки судна

.6 оценка энергетической эффективности обоснованного состава основного энергетического комплекса судна

Состав и функции основных элементов вспомогательного энергетического комплекса

.1 выбор вспомогательной котельной установки

.2 выбор морской электростанции

.3 обоснование оптимального режима работы вспомогательных двигателей

.4 рекуперация тепла в системе охлаждения судовой энергетической установки

Расчет систем судовых энергетических установок

.1 расчет топливной системы судовой энергетической установки

.2 расчет масляной системы судовой энергетической установки

.3 расчет системы охлаждения судовой энергетической установки

.4 расчет системы сжатого воздуха судовой энергетической установки

.5 выбор компрессоров судовых электростанций

.6 расчет газоразрядной системы судовой энергетической установки

.7 выбор опреснительной установки

Обоснование оптимальных режимов энергопотребления судовой энергетической установки судов

.1 обоснование скоростного диапазона оптимального режима использования мощности модернизируемого судна

.2 оценка степени обеспечения потребности судна от утилизации тепловых газов модернизируемого судна

.3 Матрица энергоснабжения модернизированного судна

.4 обоснование оптимального режима энергопотребления судовой энергетической установки модернизируемого судна

.5 обоснование диапазона скоростей оптимального режима использования мощности проектируемого судна

.6 оценка степени обеспечения потребностей судна от утилизации тепловых газов проектируемого судна

.7 оценка степени обеспечения потребности судна в использовании тепла охлаждающей воды проектируемого судна

.8 Матрица энергоснабжения проектируемого судна

.9 обоснование оптимального режима использования мощности судовой энергетической установки проектируемого судна

Вывод

Рекомендации

Введение

СЭУ-состоит из комплекса оборудования (тепловые двигатели, механизмы, аппараты, магистрали, системы), предназначенного для преобразования энергии топлива в механическую, электрическую и тепловую энергию и транспортировки ее потребителям. Эти виды энергии обеспечивают:

движение судна с заданной скоростью;

безопасность и надежность плавания;

эксплуатация машин в машинном отделении, палубных механизмов и приспособлений;

электрическое освещение;

эксплуатация навигационного оборудования, систем управления механизмами, сигнализации и автоматики;

Общие придворные и бытовые нужды экипажа и пассажиров;

выполнение различных производственных операций на транспортных судах, судах технического флота и судах специального назначения (грузовые операции, перевалка жидких грузов, земляные работы, средства пожаротушения и др.);

Современное развитие транспортного флота характеризуется созданием высокопроизводительных грузовых, буксирных и пассажирских судов; повышением их мощности и скорости; оснащением их высокоэффективными и экономичными механизмами, устройствами, системами, средствами механизации и автоматизации; стандартизацией и унификацией отдельных механизмов и судовых энергетических установок в целом.

С увеличением грузоподъемности и скорости кораблей увеличивается их энергообеспечение и мощность маршевых двигателей. В связи с этим судовые энергетические установки, на долю которых приходится около 35% общей стоимости строительства судов, оказывают большое влияние на технические, эксплуатационные и экономические показатели флота. Техническая эксплуатация флота имеет большое значение в повышении эффективности водного транспорта, на ее долю приходится около 50% затрат, приходящихся на стоимость грузовых и пассажирских перевозок.

1. обоснование состава основного силового комплекса корабля

Основной энергетический комплекс-это комплекс, в котором вырабатываемая энергия используется для приведения в движение гребных винтов.

ГЭК включает в себя: главные двигатели, главный редуктор, валопровод, движитель.

Маршевые двигатели, используя энергию теплоты сгорания топлива и кислорода, вырабатывают необходимое количество механической энергии.

При проектировании судов тип ГД уточняется в техническом задании, а его основные параметры создаются на стадии эскизного проектирования.

Основная трансмиссия представляет собой совокупность механизмов преобразования энергии ГД в энергию, обеспечивающую эффективное выполнение винтами своих функций.

ГП, кроме того, может обеспечивать: разделение ГД и винтов, реверсирование, снижение скорости вращения, преобразование крутящего момента, разделение и суммирование мощности ГД.

Валопровод это совокупность устройств <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D1%80%D0%B0%D0%B1%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D1%83%D1%81%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B0>, механизмы <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D1%80%D0%B0%D0%B1%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D1%83%D1%81%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B0><https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D1%80%D0%B0%D0%B1%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D1%83%D1%81%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B0><https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D1%80%D0%B0%D0%B1%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D1%83%D1%81%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B0><https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B5%D1%85%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B7%D0%BC> и соединения, используемые для передачи крутящего момента <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B5%D1%85%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B7%D0%BC><https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B5%D1%85%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B7%D0%BC><https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B5%D1%85%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B7%D0%BC><https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%BE%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82_%D1%81%D0%B8%D0%BB%D1%8B> от двигателя <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%BE%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82_%D1%81%D0%B8%D0%BB%D1%8B><https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%BE%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82_%D1%81%D0%B8%D0%BB%D1%8B><https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%BE%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82_%D1%81%D0%B8%D0%BB%D1%8B><https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B2%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C> к грузчику <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B2%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C><https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B2%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C><https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B2%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C><https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B2%D0%B8%D0%B6%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C> и передача тягового давления от последнего к корпусу корабля<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B2%D0%B8%D0%B6%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C><https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B2%D0%B8%D0%B6%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C><https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B2%D0%B8%D0%B6%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C><https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D1%83%D0%B4%D0%BD%D0%BE>.

Движители-это специальные устройства, преобразующие механическую работу судовой силовой установки в постоянное давление, преодолевающее сопротивление и создающее поступательное движение судна.

1.1 исходные данные

Исходные данные курсовой работы приведены в таблице 1.

силовой судовой топливный двигатель

Таблица 1-исходные данные модернизируемого судна

1.2 Выбор главных двигателей

В первом приближении Мощность ГД может быть определена исходя из равенства Адмиралтейских коэффициентов проектируемого судна и прототипа. Равенство Адмиралтейских коэффициентов вычисляется по формуле (1).

(1)

где: GGM - смещение после модернизации, так как смещение не является целью модернизации G m = GM = G, t;

G - водоизмещение до модернизации, Т;

общая мощность ГД до модернизации судна, кВт;

V - скорость корабля перед модернизацией;

Vм - скорость корабля после модернизации.

Vm

Чтобы выбрать ГД и затем оценить его конкурентоспособность, мы будем использовать формулу (2) для расчета мощности, необходимой для одного ГД.

(2)

Рассмотрим три двигателя и выберем наиболее конкурентоспособный, название параметров и данные двигателя приведены в таблице 2.

Таблица 2 - параметры выбранных двигателей

Используя данные, полученные из табл.2 используя формулу (3), рассчитаем коэффициент конкурентоспособности Государственной думы.

(3)

где: Р-литровая емкость ГД, ;

- максимальная литровая емкость ГД, ;

rсрок службы Р - ДГ до капитального ремонта, тыс. часов;

- максимальный срок службы Госдумы до капитального ремонта, тыс. часов;

м - удельный вес ГД,; ммин - минимальный удельный вес ГД,; бе - удельный расход топлива ГД, кг/кВт * ч;

bemin - минимальный удельный расход топлива DG, кг/кВт * ч;

B - удельный расход масла ГД, кг/кВт * ч;

ВМин -минимальный удельный расход масла DG, кг/кВт * ч;

C - стоимость ГД, УГ; C - цена топлива. (для дизельного топлива c=1; для моторного топлива C=0,5);

Для двигателя класса 6HRN36 / 45:

= 0,722

Для двигателя 6vd26 / 20AL:

Для двигателя 6NVD48A-2U:

КК= = 0,811

Вывод:

После расчета коэффициента конкурентоспособности в качестве основных двигателей мы выбираем два дизельных двигателя 6vd26/20AL.

.3 выбор главной передачи

Выбранные двигатели марки 6vd26/20AL являются нереверсивными, и поэтому мы принимаем передачу заднего хода для дальнейшего расчета.

Расчеты параметров для выбора RRприведены в таблице 3.

Таблица 3-Расчет параметров передачи заднего хода

На основании данных, полученных из таблицы 3, принимаем две коробки передач заднего of the RRхода марки RR 640. Его основные параметры приведены в таблице 4.

Таблица 4-параметры передачи заднего хода

.4 выбор валопровода и движителя

Для получения требуемых диаметров промежуточного и гребного валов используйте формулу (4) для расчета минимально допустимого диаметра линии вала.

мм (4)

где: PE-номинальная эффективная мощность ГД, кВт;

nn - номинальная частота вращения коленчатого вала DG,

передаточное число;

Км - коэффициент, учитывающий неравномерность крутящего момента, для четырехтактных двигателей Ат, км=1,15.

=141,5 мм

Мы принимаем промежуточный вал диаметром dPR=145 мм

При выборе диаметра карданного вала необходимо учитывать, что его диаметр должен быть на 15% больше диаметра промежуточного вала. Используя формулу (5), рассчитаем карданный вал.

, мм (5)

Используя формулу (5):

мм

Принимаем карданный вал диаметром, мм

Вывод: в данном сечении были рассчитаны и приняты диаметры гребного вала, мм, и промежуточного вала dDP=145, мм. В дальнейшем выбранные валы проверяются на прочность, крутильные колебания, изгибные колебания и продольную устойчивость. Кроме того, для дальнейшего рассмотрения мы принимаем двигательную установку типа VFS.

1.5 обоснование оптимального режима работы маршевого двигателя

Оптимальный режим работы Государственной Думы должен обеспечивать: скорость, безопасность и экономичность. Требуемая скорость вращения коленчатого вала назначается из прямой зависимости скорости судна от скорости вращения коленчатого вала. Безопасность обеспечивается прямым контролем: механического, теплового, технического состояния дизельных двигателей, косвенными параметрами: такими как температура выхлопных газов,

использование ограничительных характеристик: например, зависимость мощности ГД от скорости вращения коленчатого вала при сохранении теплового и механического напряжения двигателя в допуске.

Используя формулу (6), рассчитаем предельные характеристики крутящего момента.

, (6)

где: ПЭ - номинальная эффективная мощность главного двигателя, кВт; - отношение дробной частоты вращения коленчатого вала к номинальной частоте вращения коленчатого вала.

Для выбора конкретного режима работы ГД необходимо соблюдать дополнительные требования:

Рассчитаем эффективный КПД маршевого двигателя по формуле (7).

(7)

где: - удельная теплота сгорания топлива, ;

- минимальный удельный расход топлива ДГ, который определяется графически, исходя из Рис. 3,.

Используя формулу (8), рассчитаем эффективную мощность ГД.

, кВт (8)

где: - отношение эффективной мощности к номинальной мощности двигателя, определяется графически, исходя из Рис. 3; ПЭ - номинальная эффективная мощность ДГ, кВт.

, кВт

Используя формулу (9), рассчитаем эффективную скорость вращения коленчатого вала ГД.

(9)

где: nэф - отношение эффективной частоты вращения коленчатого вала к номинальной частоте вращения коленчатого вала, определяемой графически, Рис. 3; - номинальная частота вращения коленчатого вала, .

Используя формулу (10), рассчитаем среднее эффективное давление ДГ.

кПа (10)

где: TT-ход GD, выбранный двигатель 6vd26 / 20AL является четырехтактным двигателем (TT=4);

Эффективная мощность ГД, кВт;

- Количество цилиндров, шт.;

S - ход поршня, см;

D - диаметр поршня, см;

- эффективная частота вращения коленчатого вала ГД, .

,кПа

Используя формулу (11), рассчитаем эффективный часовой расход топлива ГД.

, (11)

где: - минимальный удельный расход топлива DG,;

Эффективная мощность ГД, кВт.

Таблица 5-адаптивные поправки при различных условиях

Используя формулу (12), рассчитаем минимальный расход топлива ГД.

, (12)

где: be -удельный расход топлива ГД, кг/кВтч;

- механическая эффективность (;

- общая частота вращения коленчатого вала, ;

nn - номинальная частота вращения коленчатого вала DG,

- адаптивная коррекция ( = ), таблица 5.

Используя формулу (13), рассчитаем экономию топлива главного двигателя.

(13)

где: EE - эффективный часовой расход топлива GD,;

PE -номинальная эффективная мощность главного двигателя, кВт;

be -удельный расход топлива ГД, кг/кВтч.

1.6 оценка энергетической эффективности обоснованного состава основного судового энергетического комплекса

Для оценки энергетической эффективности ГЭС рассчитаем скорость вращения гребных валов по формуле (14).

nв (14)

где: nn-номинальная частота вращения коленчатого вала ГД, - передаточное число.

nв

Далее по формуле (15) вычисляем пропульсивный коэффициент, представляющий собой отношение буксирной мощности, затрачиваемой на перемещение судна с заданной скоростью, к мощности механизмов, предназначенных для этой же цели.

(15)

где: nV-скорость вращения гребных валов, ;

По формуле (16) рассчитаем КПД принятого дизельного двигателя марки 6вд26/20АЛ.

(16)

где: - удельная теплота сгорания топлива, для дизельного топлива, , ;

- Удельный расход топлива двигателя 6ВД26/20АЛ, кг / кВтч.

Используя формулу (17), рассчитаем эффективный КПД основного энергетического комплекса.

(17)

где: - КПД ГД; - КПД главной передачи, =0,97); - КПД линии вала, (=0,98); - коэффициент тяги.

Вывод: В табл.6 приведены марки выбранного оборудования ГЭК.

Таблица 6-сводная таблица принятого оборудования

2. обоснование состава судового вспомогательного энергетического комплекса

ГЭС является составной частью судовой энергетической установки, предназначенной для обеспечения жизнедеятельности людей на судне и работы судовых механизмов. Основными элементами ГЭС являются вспомогательные паровые котлы. Вырабатываемый пар используется на судне для обогрева помещений, приготовления пищи, работы опреснителей воды, привода турбонасосов, грузовых лебедок, защиты от обледенения и т. д.

Основной задачей судовой электростанции является выработка электроэнергии, необходимой для нужд потребителей на судне.

Выбор количества и мощности дизель-генераторов, судовых электростанций производится на основе нагрузочного стола СЭС. В первом приближении емкость СЭС определяется статистическими зависимостями.

Опреснительная установка-это совокупность вспомогательных механизмов и систем, используемых для получения пресной воды из морской. ВОУ является неотъемлемой частью вспомогательной энергетической установки. Вода, получаемая в ВОУ, называется опресненной. Целью опреснения является пополнение запасов технической воды (питательной и дистиллированной) и бытовой (питьевой).

.1 выбор вспомогательной котельной установки

Общий объем тепла складывается из расходов на отопление, санитарно-технические и технологические нужды. Используя формулу (18), рассчитаем необходимое количество тепла.

(18)

где: Xe - количество ГД, шт.;

- количество членов экипажа, чел.;

PE - номинальная эффективная мощность главного двигателя, кВт.

Для дальнейшего выбора котла-утилизатора воспользуемся формулой (19) для расчета количества тепла, которое может быть использовано в нем.

(19)

где: Xe - количество ГД, шт.;

be -удельный расход топлива GD, кг/кВтч;

PE - номинальная эффективная мощность главного двигателя, кВт;

- удельная теплота сгорания топлива, для моторного топлива, , .

На основании произведенных расчетов выбираем АК и МК, результат приведен в таблице 7.

Таблица 7-маркировка и параметры принятых котлов

2.2 выбор судовой электрической станции

Используя формулу (20), рассчитаем величину мощности судовой электрической станции.

(20)

где: Xe-количество блоков ГД; PE-номинальная эффективная мощность главного двигателя, кВт.

Исходя из расчетного количества мощности СЭС, выберем ДГ переменного тока, параметры и Марка ДГ приведены в таблице 8.

Таблица 8-основные параметры ГД

Вывод: после расчета NСЭС принимаем два ДГ марки ДГР75М1 / 1500

.3 обоснование оптимального режима работы вспомогательных двигателей

Для обоснования оптимального режима работы вспомогательных двигателей по формуле (21) рассчитаем удельный расход топлива VD.

(21)

где: - доля мощности VD;

- адаптивная коррекция, указанная в таблице 9;

- механическая эффективность (;

bEB - удельный расход топлива DG, .

Таблица 9-адаптивные поправки при различных условиях

На рис. 4 показана зависимость удельного расхода топлива ГД от отношения общей мощности ГД к номинальной эффективной мощности ГД.

По формуле (22) определим эффективную мощность DG.

, кВт (22)

где: Rvef-отношение эффективной общей мощности к номинальной эффективной мощности ГД, определяемое графически из Рис. 4, (Rvef=0,8);

RV - номинальная эффективная мощность DG, кВт.

Используя формулу (23), определим эффективную эффективность ГД.

(23)

где: - минимальный эффективный расход топлива DG, определяемый графически на Рис. 4, ;

- удельная теплота сгорания дизельного топлива, , .

Используя формулу (24), рассчитаем эффективный часовой расход топлива DG.

, (24)

где: - минимальный эффективный расход топлива DG, определяется, ;

Rve - эффективная мощность ДГ, кВт.

Используя формулу (25), рассчитаем среднее эффективное давление ДГ.

,кПа (25)

где: D - диаметр поршня DG, м;

S - ход поршня DG, м;

- количество цилиндров DG, шт.;

ТТ - скорость хода ДГ (ДГ марки ДГР75М1 / 1500, является четырехтактным), и поэтому ТТ=4;

Rve - эффективная мощность ДГ, кВт;

nDG - номинальная частота вращения коленчатого вала DG,

,кПа

Используя формулу (26), рассчитаем экономию топлива DG.

,% (26)

где: VVE - эффективный часовой расход топлива DG, ;

bEB - удельный расход топлива DG, ;

RV - номинальная эффективная мощность DG, кВт.

,%

2.4 рекуперация тепла в системе охлаждения судовой энергетической установки

Полезное использование части тепловых потерь главных двигателей позволяет значительно снизить расход топлива в СЭУ. Проектирование систем рециркуляции заключается в решении следующих задач: определение потоков теплопотерь с оценкой их количества и уровня температуры;

выявление потенциальных потребителей тепловой энергии, как ее количества, так и качества;

составление баланса тепловой энергии, между ее источником и потребителем;

выбор оптимальной схемы рециркуляционной системы;

расчеты для определения результирующего эффекта;

В судовых дизельных установках количество тепловых потоков, которые могут быть утилизированы, включает:

теплота выхлопных газов;

тепло, отводимое от наддувочного воздуха;

тепло пресной воды в системе охлаждения двигателя.

В технической документации на питание двигателя указываются значения энергетических потоков и температур указанных рабочих сред. Выхлопные газы, направляемые в отработанные парогенераторы для производства пара с давлением 0,3-1,5 МПа или горячей воды, обладают наибольшим температурным потенциалом.

Вывод: в таблице.10 введите выбранное оборудование в VEC.

Таблица 10-Сводная таблица принятого оборудования

3. расчет систем судовых энергетических установок

Сем systems<http://www.marineterms.ru/term/%D0%A1%D0%98%D0%A1%D0%A2%D0%95%D0%9C%D0%AB%20%D0%A1%D0%A3%D0%94%D0%9E%D0%92%D0%AB%D0%A5%20%D0%AD%D0%9D%D0%95%D0%A0%D0%93%D0%95%D0%A2%D0%98%D0%A7%D0%95%D0%A1%D0%9A%D0%98%D0%A5%20%D0%A3%D0%A1%D0%A2%D0%90%D0%9D%D0%9E%D0%92%D0%9E%D0%9A> представляет собой совокупность трубопроводов, устройств, аппаратов, механизмов и другого оборудования, предназначенных для обеспечения работы судовой энергетической установки. Каждая система используется для перемещения некоторой рабочей среды (топлива, масла, воздуха и т. д.).

По своему назначению системы делятся на: паровые, топливные, конденсатно-питательные, воздушно-газовые, масляные и водяные охлаждения.

Основными требованиями к системе являются: надежная работа в судовых условиях, устойчивость к коррозии и эрозии, вызванной движущимися веществами, а также предотвращение загрязнения окружающей среды.

Топливная система-предназначена для приема, хранения, перекачки, очистки, подогрева и подачи топлива в двигатели и котлы, а также для перекачки топлива на берег или другие суда. В СЭУ в основном используется жидкое топливо, представляющее собой продукт перегонки нефти различного состава.

Масляная система <http://www.marineterms.ru/term/%D0%9C%D0%90%D0%A1%D0%9B%D0%AF%D0%9D%D0%AB%D0%95%20%D0%A1%D0%98%D0%A1%D0%A2%D0%95%D0%9C%D0%AB> - это система Сэм, обеспечивающая: прием, перекачку, хранение, очистку и подачу масла к механизмам, а также его доставку на другие суда. Назначение масляной системы-смазывать трущиеся детали и охлаждать их, а также обеспечивать работу гидравлических устройств.

Система охлаждения СЭУ-предназначена для отвода избыточного тепла от газовой турбины, дизель-генератора, компрессоров, подшипников ГП и валопроводов. Рабочая среда-морская вода.

Система охлаждения модернизированного сосуда состоит из двух контуров:

первый контур-это отдельный замкнутый контур, в котором циркулирует пресная вода.;

второй контур - разомкнутый контур, по которому циркулирует морская вода.

Основной задачей системы сжатого воздуха СЭУ является подготовка и хранение сжатого воздуха для пуска ГД, ВД, эксплуатации Тифон-пневмосистемы и технических нужд.

Система сжатого воздуха состоит, по крайней мере, из двух компрессоров на борту, двух цилиндров для каждого DG, одного цилиндра для каждого DG, цилиндра Typhon, технического цилиндра и т. д.

Газоотводная система предназначена для удаления отработавших газов из газогенератора, дизель-генератора, котлов и камбуза в атмосферу.

3.1 расчет топливной системы судовой энергетической установки

Используя формулу (27), рассчитаем емкость запасных баков.

Для DT: (27)

Для дизельного топлива:

где: - коэффициент времени работы, = 0,6;

Xe - количество ГД, шт.;

be - удельный расход топлива ГД, кг/кВтч;

PE - номинальная эффективная мощность ДГ, кВт;

HC - количество единиц АК, шт.;

VK - расход топлива AK, ;

- коэффициент использования автономного котла, - автономность = 360, ч;

- плотность топлива, ДТ: =930,., дизельное топливо:: =860,;

XB - количество ДГ, шт.; bEB - удельный расход топлива ДГ, кг/кВтч; RV - номинальная эффективная мощность ДГ.

Для DT:

Для дизельного топлива:

Используя формулу (28), рассчитаем емкость расходных баков для Государственной думы.

(28)

где: Хе - количество ГД, шт.;

be - удельный расход топлива ГД, кг/кВтч;

PE - номинальная эффективная мощность двигателя, кВт;

- плотность топлива =860,.

Используя формулу (29), рассчитаем емкость расходных баков для дизельного топлива.

(29)

где: ХВ - количество ДГ, шт.;

bEB - удельный расход топлива DG, ;

RV - номинальная эффективная мощность DG, кВт; - плотность топлива=860,.

Используя формулу (30), рассчитаем емкость расходных баков для АК.

(30)

где: ХК - количество автономных котлов, шт.;

VK - расход топлива AK,; - плотность топлива=930,.

Используя формулу (31), рассчитаем подачу топливного насоса для ГД.

(31)

где: Vрулежная дорожка - вместимость расходных баков для ДГ,

- время заполнения бака, = 1, ч.

Используя формулу (32), рассчитаем подачу топливного насоса для ДГ.

, (32)

где: VRG - емкость расходных баков для ДГ, ;

- время заполнения бака,

= 1, ч.

Используя формулу (33), рассчитаем подачу топливного насоса для АК.

(33)

где: VПК - емкость расходных баков для АК, ;

- время заполнения бака,

= 1, ч.

Используя формулу (34), рассчитаем суточную потребность в топливе для сепаратора.

(34)

где: Хе - количество ГД, шт.;

be - удельный расход топлива ГД, кг/кВтч;

PE - номинальная эффективная мощность ДГ, кВт; XB - количество ДГ, шт.;

bEB - удельный расход топлива DG,; Pb-номинальная эффективная мощность DG, кВт; - плотность топлива=860,.

.2 расчет масляной системы судовой энергетической установки

Используя формулу (35), рассчитаем емкость запасных баков.

(35)

где: - коэффициент времени работы, = 0,6;

Xe - количество ГД, шт.;

VM - удельный расход масла DG, кг/кВт * ч;

PE - номинальная эффективная мощность ДГ, кВт;

XB - количество ДГ, шт.;

BB - удельный расход масла DG, кг/кВт * ч;

RV - номинальная эффективная мощность DG, кВт;

- автономность = 360, ч;

ам-удельная масса масла в отработавших баках и картере двигателя, АМ =2,8, ;

- суммарная мощность всех двигателей на корабле, кВт; - плотность масла = 899.

По формуле (36) рассчитаем емкость циркуляционного бака ГД.

(36)

где: PE - номинальная эффективная мощность ГД, кВт.

Используя формулу (37), рассчитаем емкость циркуляционного бака ГД.

(37)

где: RV - номинальная эффективная мощность DG, кВт.

Используя формулу (38), рассчитаем общий объем циркулирующих резервуаров:

(38)

где: - емкость циркуляционного бака ГД, ;

- емкость циркуляционного бака ДГ, .

Используя формулу (39), рассчитаем емкость резервуара отделенного масла.

, (39)

de: - общий объем циркуляционных резервуаров, .

Используя формулу (40), рассчитаем подачу масла насосом.

(40)

где: - емкость бака отделенного масла,

Используя формулу (41), рассчитаем подачу резервного циркуляционного насоса для ГД.

(41)

где: - доля тепла, отводимого от масла, для GD = 5%;

VM - удельный расход масла DG, кг/кВт * ч;

PE - номинальная эффективная мощность ДГ, кВт;

- удельная теплота сгорания топлива, для дизельного топлива,.

См - теплоемкость масла см=2,1, ; - плотность масла = 899;

- разница температур масла на входе и выходе дизеля =.

Используя формулу (42), рассчитаем подачу резервного циркуляционного насоса для ДГ.

(42)

где:: - доля тепла, отводимого от масла, для DG = 7%;

BB - удельный расход масла DG, кг/кВт * ч;

RV - номинальная эффективная мощность DG, кВт;

- удельная теплота сгорания дизельного топлива , .

См - теплоемкость масла см=2,1, ;

- плотность масла = 899;

- разница температур масла на входе и выходе дизеля =.

Используя формулу (43), рассчитаем производительность сепаратора.

(43)

где: - общий объем циркуляционных баков,; - время разделения, = 10, ч.

.3 расчет системы охлаждения судовой энергетической установки

Используя формулу (44), рассчитаем отвод необходимого количества тепла от отдельного замкнутого контура ГД.

, (44)

где: ATV - доля тепла, отводимого водой, для GD ATV=0,15;

be - удельный расход топлива ГД, кг/кВтч;

PE - номинальная эффективная мощность ДГ, кВт;

- удельная теплота сгорания топлива , ;

SV - теплоемкость пресной воды см=4,19,;

- плотность пресной воды = 1000,;

- разность температур пресной воды на входе и выходе дизеля =.

Используя формулу (45), рассчитаем отвод необходимого количества тепла от отдельного замкнутого контура ГД.

(45)

где: ATV - доля тепла, отводимого водой, для DG ATV=0,175;

bEB - удельный расход топлива DG, ;

RV - номинальная эффективная мощность DG, кВт;

- удельная теплота сгорания топлива, для дизельного топлива , ;

СВ - теплоемкость пресной воды см=4,19,; - плотность пресной воды = 1000,; - разность температур пресной воды на входе и выходе дизеля =.

Используя формулу (46), рассчитаем подачу морской воды в разомкнутый контур.

(46)

где: ATV - доля тепла, отводимого водой, для GD ATV=0,15;

АТМ - доля тепла, отводимого маслом, АТМ=0,05;

be - удельный расход топлива ГД, кг/кВтч;

ПЭ - номинальная эффективная мощность ДГ, кВт; - удельная теплота сгорания топлива,

,; NW - теплоемкость морской воды см=3,98 ;

- плотность морской воды = 1020; - разность температур морской воды на входе и выходе дизеля =.

Используя формулу (47), рассчитаем поверхность теплопередачи водяного охладителя.

(47)

где: ATV - доля тепла, отводимого водой, для GD ATV=0,15;

be - удельный расход топлива ГД, кг/кВтч;

PE - номинальная эффективная мощность ДГ, кВт;

- удельная теплота сгорания топлива, для дизельного топлива , ;

KV - коэффициент, зависящий от типа водяного охладителя, для трубчатых теплообменников KV=0,7,;

- средняя разница температур на входе и выходе водяного охладителя = 41С.

= 6,96,

.4 расчет системы сжатого воздуха судовой энергетической установки

Используя формулу (48), рассчитаем объем воздуха, необходимый для запуска одного ДГ.

(48)

где: - число Пи, = 3,14; D - диаметр поршня ГД, М; S - ход поршня ГД, м; - Количество цилиндров ГД, шт.

Используя формулу (49), рассчитаем объем воздуха, необходимый для запуска одного ДГ.

(49)

где: - число Пи, = 3,14;

Db - диаметр поршня DG, м;

SV - ход поршня DG, м;

- количество цилиндров ДГ, шт.

Используя формулу (50), рассчитаем мощность пусковых цилиндров ГД, которые рассчитываются из условий шести пусков для нереверсивных двигателей.

(50)

где: - удельный расход сжатого воздуха при пуске на один рабочий объем двигателя =9,;

- объем воздуха, необходимый для запуска одного ГД, ;

Xe - количество ГД, шт.;

- количество пусков =6;

Po - давление воздуха Po=0,098, МПа;

- начальное давление воздуха в баллонах, МПа;

- минимальное давление, при котором возможен пуск, МПа.

= 0,22,

Используя формулу (51), рассчитаем емкость пусковых цилиндров ГД.

(51)

где: - удельный расход сжатого воздуха при пуске на один рабочий объем двигателя =9,;

- объем воздуха, необходимый для запуска одного ГД, ;

XB - количество ГД, шт.;

- количество пусков =6;

Po - давление воздуха Po=0,098, МПа;

- начальное давление воздуха в баллонах, МПа;

- минимальное давление, при котором возможен пуск, МПа.

= 0,043,

Используя формулу (52), рассчитаем емкость тифозного баллона.

(52)

где: КН - коэффициент насыщения сигнала, КН = 0,128;

- свободное потребление воздуха ;

- длительность передачи сигнала, мин;

Po - давление воздуха Po=0,098, МПа; - начальное давление воздуха в баллонах, МПа; - минимальное давление, при котором возможен пуск, МПа.

= 0,15,

Используя формулу (53), рассчитаем количество пусковых цилиндров.

Шт (53)

где: - емкость пусковых цилиндров ГД, ;

- емкость пусковых цилиндров DG, ;

- объем цилиндра =0,04,.

ПК

Используя формулу (54), вычисляем число цилиндров Тифона.

Шт (54)

где: - емкость брюшного цилиндра, ;

- объем цилиндра =0,2,.

, Шт.

.5 выбор компрессоров судовых электростанций

Используя формулу (54), рассчитаем подачу компрессора.

(55)

где: - емкость пусковых цилиндров ГД, ;

- емкость пусковых цилиндров DG, ;

- начальное давление воздуха в баллонах, МПа;

- минимальное давление, при котором возможен пуск, МПа;

Po - давление воздуха Po=0,098, МПа;

- время впрыска баллона =1 час.

3.6 расчет газоразрядной системы судовой энергетической установки

Используя формулу (56), вычислим площадь дымохода одного ГД.

(56)

где: пятичасовой расход топлива DG, ;

коэффициент избытка воздуха; о-теоретически необходимое количество воздуха, для сжигания 1 кг топлива, принимаем Lo = 14,33 кг/кг; R - газовая постоянная, для продуктов сгорания принимаем= 0,287 кДж / кг * град; T - температура выхлопных газов для дизеля, принимаем,

Т =600 к; - допустимая скорость движения газа в трубопроводе, примем для четырехтактных дизелей 35 м/с; РТ-допустимое давление в трубопроводе, примем равным 103,5 кПа;

Используя формулу (57), рассчитаем диаметр трубопровода для одного ГД.

, м (57)

где: - площадь дымохода GD,; - число PI, ;

,м

Используя формулу (58), рассчитаем площадь дымохода, для одного ГД.

(58)

где: BB - часовой расход топлива DG, ;

коэффициент избытка воздуха; о-теоретически необходимое количество воздуха, для сжигания 1 кг топлива принимаем Lo = 14,33 кг/кг; - газовая постоянная, для продуктов сгорания принимаем R = 0,287 кДж / кг * град;

T - температура выхлопных газов за Дизелем, полагаем, T =500 к;

- допустимую скорость движения газа в трубопроводе, принимаем для четырехтактных дизелей 35 м/с; РТ-допустимое давление в трубопроводе, принимаем равным 103,5 кПа;

Используя формулу (59), рассчитаем диаметр трубопровода, для одного ГД.

, м (59)

где: - площадь дымохода DG,; - число PI, ;

, м

Используя формулу (60), рассчитаем площадь дымохода АК.

(60)

где: ВК - часовой расход топлива АК, ;

коэффициент избытка воздуха; о-теоретически необходимое количество воздуха, для сжигания 1 кг топлива принимаем Lo = 14,33 кг/кг; - газовая постоянная, для продуктов сгорания принимаем R = 0,287 кДж / кг * град;

T - температура выхлопных газов за Дизелем, полагаем, T =450 к;

- допустимую скорость движения газа по трубопроводу мы принимаем для четырехтактных дизелей 22 м / с;

РТ - допустимое давление в трубопроводе, примем равным 103,5 кПа;

Используя формулу (61), рассчитаем диаметр трубопровода, для АК.

, М (61)

где: - площадь дымоходов АК,; - число Пи, ;

, м

.7 выбор опреснительной установки

Используя формулу (62), рассчитаем требуемую производительность ВОУ.

Wt = (62)

где: - количество членов экипажа, чел.; - сумма всех дизельных двигателей на судне, кВт;

- теплопроизводительность всех котлов на судне, .

Используя формулу (63), рассчитаем теплоту, затраченную на производство пресной воды.

(63)

где: - требуемая производительность ВОУ, .

Используя формулу (64), рассчитаем количество тепла от оборотной воды.

(64)

где: пятичасовой расход топлива DG, ;

- общая мощность ГД, кВт;

- удельная теплота сгорания топлива, для дизельного топлива, .

Используя формулу (65), рассчитаем количество пресной воды из оборотной охлаждающей воды.

(65)

где: - количество тепла от оборотной воды, .

После расчета системы охлаждения поверхность теплопередачи водяного охладителя была принята равной F= 6,96.

4. обоснование оптимальных режимов энергопотребления судовой энергетической установки судов

Основной целью оптимизации работы Сэм является определение оптимальной скорости судна, оптимального режима ГД и схемы питания. Чтобы оценить и сравнить выбранное оборудование проектируемых и модернизированных судов, рассчитаем оптимизацию работы СЭУ для того и другого варианта.

4.1 обоснование диапазона скоростей оптимального режима использования мощности модернизируемого судна

Расчет выполняется при условии нормальной винтовой характеристики (KV=1).

Используя формулу (66), рассчитаем удельный расход топлива для модернизированного судна.

(66)

где: - доля мощности ГД;

- адаптивная коррекция, указанная в таблице 13;

- механический КПД (; бе - удельный расход топлива ГД, .

Vo= 0,222 и достигается при частоте вращения коленчатого вала GD 292, об / мин.

Используя формулу (67), рассчитаем часовой расход топлива модернизированного судна.

, (67)

где: - удельный расход топлива DG модернизированного судна, ;

Xe - количество DGS;

ПЭ - номинальная эффективная мощность ГД модернизируемого судна, кВт; - доля мощности ГД.

= 101,41,

= 150,03,

4.2 оценка степени обеспечения потребности судна от утилизации тепловых газов модернизируемого судна

(68)

где: VM-часовой расход топлива модернизированного судна, ;

- удельная теплота сгорания топлива, , ;

XY - количество оборотных котлов модернизируемого судна, шт.; - теплопроизводительность оборотного котла модернизируемого судна, шт.

.3 Матрица энергоснабжения модернизированного судна

Таблица 11-Матрица энергоснабжения модернизированного судна

.4 обоснование оптимального режима энергопотребления судовой энергетической установки модернизируемого судна

По формуле (69) рассчитаем для каждого режима энергоемкость транспортировки с нормальной винтовой характеристикой (КВ=1).

(69)

где: VM-часовой расход топлива модернизированного судна,;

- удельная теплота сгорания дизельного топлива,

,, для DT, ;

- количество работающих ДГС в режиме;

RV - номинальная эффективная мощность DG, кВт;

количество работающих блоков АК в режиме;

VK-часовой расход топлива АК, ;

- количество работающих галогеногенераторов в рабочем режиме;

- удельный расход топлива ГД модернизируемого судна,

RG - номинальная мощность галогеногенератора, кВт;

количество работающих систем управления в каждом режиме;

G - водоизмещение модернизируемого судна, т.;

Vn - скорость модернизированного судна при полной загрузке,

- доля власти Б-га.

,

Используя формулу (70), рассчитаем оптимальную скорость модернизированного судна в грузе.

(70)

где: Vn-скорость судна, модернизируемого в грузе,;

- оптимальная общая частота вращения коленчатого вала,

Используя формулу (71), рассчитаем оптимальную частоту вращения коленчатого вала главного двигателя модернизированного судна.

(71)

где: - номинальная частота вращения коленчатого вала ГД модернизированного судна,

- оптимальная общая частота вращения коленчатого вала,

используя формулу (72), рассчитаем Мощность ГД модернизированного судна в оптимальном режиме.

кВт (72)

где: Xe-количество ГД модернизируемого судна, шт.;

PE - номинальная эффективная мощность ГД модернизируемого судна, кВт;

- оптимальная общая частота вращения коленчатого вала,

квт

Используя формулу (73), рассчитаем часовой расход топлива ГД модернизированного судна.

(73)

где: ROM - ГД модернизированного судна в оптимальном режиме, кВт; - оптимальный удельный расход топлива ГД модернизированного судна bМО=0,222, .

Используя формулу (74), рассчитаем экономию топлива модернизированного судна.

(74)

где: Vn-скорость судна, модернизируемого в грузе,;

PTO - часовой расход топлива DG модернизированного судна,

Vом - оптимальная скорость модернизированного судна в грузе,

- количество работающих DGS;

be - удельный расход топлива DG модернизированного судна e,

PE-номинальная эффективная мощность ГД модернизируемого судна, кВт.

Вывод: после расчета режима оптимального энергопотребления СЭУ модернизированного судна оказалось, что при использовании судна в оптимальном режиме экономия топлива составляет 36%.

.5 обоснование скоростного диапазона оптимального режима энергопотребления проектируемого судна

Расчет выполняется при условии нормальной винтовой характеристики (KV=1).

Используя формулу (75), рассчитаем удельный расход топлива для проектируемого судна.

(75)

где: - доля мощности ГД; - адаптивная коррекция.

- механический КПД (; be - удельный расход топлива DG,

Оптимальный удельный расход топлива Vo= 0,208, достигается при вращении коленчатого вала GD, n = 820, об / мин.

Используя формулу (76), рассчитаем часовой расход топлива проектируемого судна

, (76)

где: - удельный расход топлива DG проектируемого судна, ;

Xe - количество DGS;

ПЭ - номинальная эффективная мощность ГД проектируемого судна, кВт; - доля мощности ГД.

= 76,36,

= 108,88,

4.6 оценка степени обеспечения потребностей судна от утилизации тепловых газов проектируемого судна

(77)

где: VP-часовой расход топлива проектируемого судна, ;

- удельная теплота сгорания топлива, , ;

XY - количество котлов-утилизаторов проектируемого судна, шт.;

- теплопроизводительность рециркуляционного котла проектируемого сосуда, .

Обеспечение потребности проектируемого сосуда от утилизации тепла газов достигается при частоте вращения коленчатого вала GD, n = 620 об / мин.

.7 оценка степени обеспечения судовой потребности от использования тепла охлаждающей воды проектируемого судна

(78)

где: VP-часовой расход топлива проектируемого судна, ;

- удельная теплота сгорания топлива, , ;

- количество членов экипажа;

- суммарная мощность всех двигателей на проектируемом судне, кВт;

- суммарная тепловая мощность всех котлов на проектируемом судне, МДЖ.

Обеспечение потребности проектируемого сосуда от утилизации тепла охлаждающей воды достигается при частоте вращения коленчатого вала GD, n = 820 об / мин.

.8 Матрица энергоснабжения проектируемого судна

Таблица 12-матрица питания проектируемого судна

.9 обоснование оптимального режима использования мощности судовой энергетической установки проектируемого судна

По формуле (79) рассчитаем для каждого режима энергоемкость транспортировки с нормальной винтовой характеристикой (КВ=1).

(79)

где: VP-часовой расход топлива проектируемого судна,;

- удельная теплота сгорания дизельного топлива,,, для ДТ , ;

- количество работающих ДГС в режиме;

RV - номинальная эффективная мощность DG, кВт;

количество работающих блоков АК в режиме;

VK-часовой расход топлива АК, ;

количество работающих систем управления в каждом режиме;

- теплопроизводительность котла-утилизатора проектируемого сосуда, кДж / ч;

- количество Воу проектируемого судна;

G - водоизмещение проектируемого судна, т.;

Vn - скорость проектируемого судна при полной нагрузке,

- доля власти Б-га.

,

,

,

,

,

Используя формулу (80), рассчитаем оптимальную скорость проектируемого судна в грузе.

(80)

где: VVN-скорость проектируемого судна в грузе,;

- оптимальная общая частота вращения коленчатого вала,

Используя формулу (81), рассчитаем абсолютную скорость вращения коленчатого вала ГД проектируемого судна.

(81)

где: - номинальная частота вращения коленчатого вала ГД проектируемого судна, - оптимальная дробная частота вращения коленчатого вала,

используя формулу (82), рассчитаем пропускную способность ГД проектируемого судна в оптимальном режиме.

кВт (82)

где: Xe-количество ГД проектируемого судна, шт.;

ПЭ - номинальная эффективная мощность ГД проектируемого сосуда, кВт; - оптимальная дробная частота вращения коленчатого вала,

квт

Используя формулу (83), рассчитаем часовой расход топлива ГД проектируемого судна.

(83)

где: ROP - GD проектируемого судна в оптимальном режиме, кВт; - оптимальный удельный расход топлива GD проектируемого судна bpo=0,208, .

Используя формулу (84), рассчитываем экономию топлива проектируемого судна.

(84)

где: VVN-скорость проектируемого судна в грузе,;

GP-часовой расход топлива DG проектируемого судна,

Vop - оптимальная скорость проектируемого судна в грузе,

- количество работающих DGS;

be - удельный расход топлива DG проектируемого судна,

ПЭ - номинальная эффективная мощность ГД проектируемого судна, кВт.

Вывод: после расчета режима оптимального использования мощности Сэм проектируемого судна оказалось, что при использовании судна в оптимальном режиме экономия топлива составляет 49%.

Вывод

. При расчете основного силового комплекса в качестве основных двигателей были выбраны два дизеля 6вд26/20АЛ . Параметры дизельного двигателя приведены в таблице 13.

Таблица 13-параметры дизельного двигателя.

в качестве основной передачи RR были приняты две коробки передач заднего хода марки RR 640RR, а их параметры приведены в таблице 14.

Таблица 14-параметры передачи заднего хода

В качестве гребных винтов были выбраны два винта фиксированного шага, а также диаметры гребного вала, мм, и промежуточныедиаметры вала, DP=145, мм.

После проведения расчетов оказалось, что эффективный КПД ГЭС составляет 19,2%.

. При расчете вспомогательного энергетического комплекса нами были выбраны автономные и утилизационные котлы, параметры которых приведены в таблице 15.

Таблица 15-параметры VEC.

Рекомендации

1. судовые энергетические установки / Артемов Г. А., Волошин В. П. и др. л.: судостроение, 1987.480 С.

2. Кейн А. Б. судовые двигатели внутреннего сгорания. - СПб.: судостроение, 1993. - 288 с.

. Румб В. К., Яковлев Г. В., шаров Г. И., Медведев В. В., Минасян М. А.

Судовые электростанции. Судовые дизельные электростанции. Учебник, Санкт-Петербург: СПбГМТУ, 2007.535 С.

. Конаков Г. А., Васильев Б. В. судовые энергетические установки и Техническая эксплуатация флота. М.: транспорт, 1980, 423 С.

5. Овсянников М. К., Петухов В. А. судовые автоматизированные энергетические установки. М.: транспорт, 1989, 256 с.

. Камкин С. В., Возницкий И. В., Шмелев В. П. Эксплуатация судовых дизелей. Учебник, М.: транспорт, 1990, 344 С.

. Фомин Ю. Я., Горбань А. И., Добровольский В. В. судовые двигатели внутреннего сгорания / / судостроение, 1989.

. Корнилов Е. В., Бойко П. В. системы Дау с судовыми двигателями. Одесса: Феникс, 2006, 260 С.

. Баев А. С. судовая энергетическая установка как объект управления. Учебное пособие. - С.-Пб.: СПбГМТУ, 2012. - 195 С.

. Баев А. С. судовые энергетические установки и техническая эксплуатация. Монография. С-Пб.: СПбГМТУ, 2015. 397 С.