- •1 Описание и основные характеристики проектируемого судна
- •2 Обоснование выбора типа сэу
- •3 Выбор и технико-экономическое обоснование выбора главных двигателей и типа главной передачи
- •4 Расчет валопровода
- •4.1 Выбор числа валов
- •4.3 Соединения валов
- •4.4 Соединение гребного винта с валом
- •4.5 Подшипники валов
- •4.6 Тормозные устройства
- •4.8 Проверка вала на продольную устойчивость
- •6 Расчет теплоснабжения судна, выбор автономных и утилизационных котлов
- •6.2 Выбор автономного и утилизационного котлов
- •8 Расчет энергетических запасов
- •7 Выбор оборудования и систем сэу
- •7.1 Cистема сжатого воздуха
- •7.4. Система топлива
- •9 Размещение механизмов в машинном отделении
- •11 Расчет технико-экономических показателей сэу
- •10 Автоматизация
- •Литература
8 Расчет энергетических запасов
Масса запасов рабочих сред (топлива, масла, и технической воды) определяется не только типом и мощностью ЭУ, но и дальностью, автономностью и среднеэксплуатационной скоростью судна.
Общий запас топлива определяется по формуле:
Bт = (k.be.Ne + k1.be1.Ne1 + k’.Bк).tпл ,кг,
где k - количество главных двигателей, k = 1;
k1 - количество вспомогательных двигателей ДГ50, k1 = 2;
k’ - количество автономных вспомогательных котлов, k’ = 1;
be - удельный расход топлива главным двигателем, be = 0,194 кг/(кВт·ч);
be1 - удельный расход топлива вспомогательными двигателями ДГ50, be1 = 0,260 кг/(кВт·ч);
Bк - расход топлива автономным вспомогательным котлом, Bк = 3 кг/ч;
tпл - автономность плавания, tпл = 240 ч.
Bт = (1. 0,194.960+ 2.0,260.59 + 1.3). 240 = 52781 кг,
Емкость запасных топливных цистерн
,м3,
где kм - коэффициент, учитывающий мертвый запас, kм = 1,1;
rт - плотность топлива, rт = 0,85.103 кг/м3;
м3.
Общий запас масла определяем по формуле:
Bм = (k.bм.Ne + k1.bм1.Ne1 + Gмсум/tм).tпл ,кг,
где bм - удельный расход масла главными двигателями, bм = 0,001 кг/(кВт-ч);
bм1 - удельный расход масла вспомогательными двигателями ДГ50,
bм1 = 0,00085 кг/(кВт-ч);
Gмсум - суммарное количество масла, заливаемого в картер главных и вспомогательных двигателей:
(см. п.7.3).
tм - периодичность смены масла, заливаемого в картер главных и вспомогательных двигателей для МОД, tм = 525 ч.
Bм = (1·0,001·960+2·0,00085·59+880/525).240 =657кг
Емкость запасных масляных цистерн:
, м3,
где rм = 900 кг/м3 - плотность масла;
м3
Общий запас технической воды
Gв = ав.(кNe + к’Nе`).10-3 , т,
где ав = 0,02 кг/кВт – удельная масса общего запаса технической пресной воды
Gв = 0,02(1.960 + 3.59) .10-3 = 0,0227 т.
7 Выбор оборудования и систем сэу
7.1 Cистема сжатого воздуха
Система предназначена для пуска дизелей, продувки трубопроводов и поддержания постоянного давления в пневмоцистернах, обеспечения работы пневматических инструментов, механизмов, тифонов и т.д. Его вырабатывают компрессоры.
В соответствии с Правилами 7 на судне устанавливают два компрессора: навесной с приводом от ГД и автономный ручной или с приводом от электродвигателя.
Пуск дизеля проводят сжатым воздухом с давлением 2,5 3 Мпа для МОД и СОД. Запас сжатого воздуха в баллонах должен быть не менее, чем на 6 пусков. Число баллонов не менее двух с равной емкостью.
Суммарная емкость баллонов
v.Vs.z.n.m.Po
Vб = (м3)
P - Pmin
где:
v = 6 кг/м3 - удельный расход воздуха на м3 объема цилиндра двигателя
3,14.Dц2.S
Vs = (м3) - рабочий объем цилиндра двигателя,
4
Dц=0,23 м - диаметр цилиндра двигателя,
S=0,3 м - ход поршня,
3,140,232.0,3
Vs = = 0,0125 (м3),
4
z=6 - число цилиндров двигателя,
n=1 - число двигателей,
m = 12 - число последовательных пусков,
Po = 0,1 Мпа - давление окружающей среды,
P = 3 Мпа - давление в баллонах для СОД,
Pmin =1,2 Мпа - минимальное давление при котором возможен запуск ГД для СОД,
Принимаем два баллона для пуска главного двигателя ёмкостью по 0,3 м3.
Объем тифонных баллонов
Vм.tc.Po
V = (м3),
P1t - P2t
где:
Vм = 6 м3/мин - расход свободного воздуха тифоном,
c = 10 мин - время подачи сигнала для пополнения баллона,
P1t = 3 Мпа - начальное давление в тифонном баллоне
P2t = 0,4 Мпа - минимальное давление в тифонном баллоне
.
Подача воздуха на вспомогательные механизмы производится из тифонных баллонов.
Подача компрессора
Подача компрессора определяется из условия заполнения пусковых баллонов в течение 1 часа от Pmin до рабочего давления.
Qk = Vb.(P-Pmin) (м3/ч)
где:
- суммарный объем пусковых баллонов главных двигателей,
.
Система охлаждения
Система предназначена для охлаждения двигателей и отвода тепла от рабочих жидкостей: масла, воды, топлива и от продувочного воздуха.
Состав системы: насосы (обеспечивают циркуляцию воды в системе), охладители (для отвода тепла в воду), расширительные цистерны (для компенсации объема и удаления воздуха из системы), терморегуляторы (поддерживают температуру воды и охлаждающей жидкости), трубопроводы.
Тип системы охлаждения - двухконтурная замкнутая.
Подача насоса пресной воды
,
где:
коэффициент запаса подачи;
доля теплоты, отводимая пресной водой;
Qнр = 42700 кДж/кг - низшая теплота сгорания топлива;
плотность воды;
теплоемкость воды,
-разность температур на входе и выходе из двигателя.
be = 0,194 кг/кВт.ч - удельный расход топлива ГД
Ne = 960 кВт - мощность ГД
.
Подача насоса забортной воды
,
где:
коэффициент запаса, учитывающий расход забортной воды на охлаждение компрессора;
доля теплоты, отводимая пресной водой,
доля теплоты отводимая с маслом,
теплоемкость забортной воды,
- перепад температуры забортной воды,
.
Мощность, потребляемая насосом.
С целью унификации насосы пресной и забортной воды рекомендуется принимать с одинаковой производительностью. Необходимый напор насосов должен быть не менее 0,25 МПа. Выбираем насосы с производительностью 20 м3/ч. Тогда мощность, потребляемая насосом, равна:
,
где:
коэффициент запаса мощности,
Q = 20 м3/ч - подача насоса;
H = 250 кПа - напор;
= 0,55 - к.п.д. насоса;
.
Система масла
Масляная система обеспечивает подачу масла к трущимся поверхностям для уменьшения их трения и для отвода тепла, выделяющегося при трении. В состав оборудования входят расходные, циркуляционные масляные цистерны, насосы, сепараторы, цистерны отработанного масла, холодильники, фильтры, терморегуляторы и др. Тип системы смазки - с “мокрым” картером. Суммарное количество масла в системе 375 кг, срок службы масла в главных двигателях и вспомогательных дизелях составляет 275 ч.
По назначению масляные насосы разделяются на перекачивающие, циркуляционные (нагнетательные и откачивающие) и прокачивающие. Выбор перекачивающего насоса производят исходя из необходимого времени перекачки требуемого объема масла.
Принципиальная схема масляной системы ДЭУ
На рисунке 7.1 показана принципиальная схема масляной системы дизельной установки. 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 главного 1 и вспомогательных 8 дизелей.
Нагнетательные магистрали насосов 12, 13 через систему трубопроводов и вентилей позволяют раздельно подавать масло в маслосборники 2, в картеры вспомогательных дизелей 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.
Главный дизель 1 имеет циркуляционную смазочную систему с «сухим» картером. Масло из картера дизеля 1 отсасывающим насосом 3 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 охлаждения узлов последнего.
В случае выхода из строя одного из насосов 3 или 4 включается резервный масляный насос 12. Прокачка масла перед пуском дизеля может осуществляться резервным 12 или насосом 13 с ручным приводом. Свежим маслом циркуляционная смазочная система главного дизеля заполняется через маслоприемники 2 резервным или насосом с ручным приводом из запасной 11 или цистерны сепарированного масла 14. Отработавшее масло из циркуляционной смазочной системы удаляется через маслосборники 2 самотеком в сточную цистерну 20, которая оборудована змеевиковым подогревателем 21.
Из сточной цистерны масло насосом 12или 13 подается в отстойную цистерну 15. Отсюда масло насосом сепаратора 16 направляется в подогреватель масла 17 и затем в сепаратор 19. Из последнего очищенное масло насосом сепаратора 18 направляется в цистерну 14 или маслосборники 2, а загрязненные остатки из сепаратора и из поддонов всех цистерн сливаются в цистерну20. Сепаратор должен осуществлять на ходу судна или на стоянках сепарирование масла, циркулирующего в смазочных системах дизелей. Для этой цели масло из маслосборников 2 поступает в сепаратор и после сепарирования вновь возвращается в маслосборник.
Вспомогательные дизели 8 имеют смазочную систему с «мокрым» картером. Заполнение системы свежим маслом производится в картеры дизелей насосом 13 с ручным приводом. Отработавшее масло из картера сливается самотеком в цистерну 20.
Рисунок 7.1 - Принципиальная схема масляной системы ДЭУ
Общее количество масла в картерах главных и вспомогательных двигателей
, т,
где:
rм=900 кг/м3 - плотность масла;
kм=1,1 - коэффициент мёртвого запаса;
k=1 - количество ГД;
k1=3 - количество ДГ50;
V=1.Ne.10-3 - ёмкость маслосборника ГД;
V=1×960.10-3=0,96 (м3);
Ne1=59 кВт - мощность ДГ50;
V1 = 0,7.Ne1.10-3 (м3) - ёмкость маслосборника ДГ50;
V1=0,7×59×10-3=0,04 (м3);
(т).
Подача перекачивающего насоса:
V
Qv = .K (м3/ч),
где:
V = 0,98 м3 - объем масла;
= 1 ч - время перекачки
K = 1,18- коэффициент запаса
0,98
Qv = .1,18 = 1,156м3/ч
1
Количество отводимой теплоты:
,
где:
доля теплоты, отводимая с маслом
.
Подача циркуляционного насоса:
k.Qм
Qv = ,
.c.(T2-Т1)
где:
= 850 кг/м3 - плотность масла,
c = 2 кДж/кг.К - теплоемкость масла,
k = 1,18 - коэффициент запаса по подаче,
(T2-Т1) = 10 оС - температурный перепад в масляном холодильнике,
.
Мощность, потребляемая насосом:
kз.Qv.H
N = (кВт)
3600. н
H = 400 кПа - напор для МОД,
н = 0,55 - кпд насоса,
Qv = 110,4 м3/ч - подача насоса,
Kз = 1,2 - коэффициент запаса мощности,
.
Для очистки масла в систему включается сепаратор.
Объем сточно-циркуляционной цистерны:
Qv
Vцц = 1,45. .Kз (м3),
Z
где:
Qv = 110,4 м3/ч - подача циркуляционного насоса,
Z = 15 -кратность циркуляции масла для МОД,
Kз = 1,06 - коэффициент, учитывающий мертвый запас
.
Объем цистерн сепарированного масла:
Vcм = 1,3 V (м3) - для одного ГД