Двигателя судна


Управление судовым главным двигателем на морском судне

Для пуска, контроля работы и остановки главного двигателя служит специальный пост управления, расположенный сбоку на двигателе или на его торцевой стенке. У паротурбинной установки пост управления находится около корпуса турбины высокого давления рядом с трубопроводом пара, ведущим к турбинам переднего и заднего хода. К посту управления относятся машинный телеграф, системы пуска и обеспечения работы двигателя и турбины (рукоятка управления системой сжатого воздуха, клапаны управления подводом пара и т. д.), а также ряд контрольно-измерительных приборов (манометры, термометры, указатели частоты вращения и др.), с помощью которых оператор может контролировать работу энергетической установки.

Машинный телеграф

1 — рукоятка; 2 — кавитирующий указатель; 3 — подтверждение: «машина-мостик»; 4 — сообщение: «мостик-машина»; 5 — приемник; 6 — указатель команд; 7 — кавитирующий рычаг; 8 — датчик

Машинный телеграф служит для передачи команд о ходе с мостика в машинное отделение. Выбранная на ходовом мостике определенная скорость появляется в виде команды на телеграфе в машинном отделении. Одновременно звучит сильный звонок, перекрывающий шум машинного отделения. Выполнение команды отражается на пульте ходового мостика, при этом происходит согласование выбранной и действительной скорости, и звуковой сигнал в машинном отделении умолкает. С развитием судостроения и усовершенствованием судовых двигателей пост управления судном постоянно оснащался все большим количеством контрольно-измерительных приборов. С целью улучшить условия работы в машинном отделении и защитить работающих там людей от высоких температур и вредного воздействия шума в машинном отделении стали устанавливать отдельные звуконепроницаемые посты управления с соответствующими установками кондиционирования воздуха. На рисунке ниже показаны такие посты управления.

Посты управления судном

а — центральный пост управления; b — пост управления механизмами

Стремление к сокращению численности команды судна и к применению механизмов и установок с оптимальными параметрами способствовало прогрессу автоматизации. Автоматизация охватила сначала непосредственное управление отдельными агрегатами главного двигателя (например, автоматическое регулирование температуры охлаждающей воды и смазочного масла, вязкости топлива, температуры отработавших газов и т. д.). Затем она распространилась и на всю судовую энергетическую установку (трюмные системы, системы балластной воды и т. д.). В конечном счете все это привело к уменьшению численности экипажа судна и к автоматизированной энергетической установке. Управление главным двигателем было переведено на мостик. На следующем рисунке изображен ходовой мостик современного судна с пультом дистанционного управления.

Пульт управления на мостике

К обязанностям технического персонала таких судов относятся контроль за работой энергетических установок, их техническое обслуживание и ремонт при авариях. Следующим шагом в автоматизации машинных процессов явилось применение электронных вычислительных машин, которые автоматически обрабатывают команды, полученные при измерении параметров мощности энергетических установок, и выбирают наиболее рациональные условия работы. Так, например, вычислительная машина контролирует мощность двигателя и цилиндров, крутящий момент и частоту вращения в зависимости от внешних условий (ветер, волнение, нагрузка и т. д.). На нижнем рисунке дана схема автоматизированной энергетической установки. Из схемы видно, что команды можно передавать с мостика и параллельно с поста управления судном. В последнее время наряду с энергетической установкой ЭВМ используют и для управления другими рабочими процессами на судне, такими как погрузка и разгрузка жидких грузов на танкерах, определение остойчивости судна, выбор оптимального маршрута, определение местоположения судна в море, предупреждение столкновений и автоматическое уклонение судна от столкновений с другими судами или неподвижными препятствиями.

Автоматизированная энергетическая установка

а — пульт управления; b — память; с — главный двигатель; d — пост управления механизмами

seaships.ru

Подбор двигателя и винта судна

Цель: Основной целью расчета является выбор ВРШ и, при необходимости, передаточного отношения редуктора, обеспечивающих при полном использовании мощности главного двигателя максимальную скорость хода в расчетных условиях плавания.

Исходные данные:

1) Судно: Рыбодобывающее обрабатывающее судно типа «Моряна».

2) Главные размерения: Длина между перпендикулярами

Ширина судна

Осадка судна

Коэффициент общей полноты

3) Расчетный режим работы: режим траления.

4) Плотность воды

5) Кривые буксировочного сопротивления представлены на рис 1.

-режим эксплуатационного рейса на свободном ходу. -режим сдаточных испытаний. -режим траления.

Кривые буксировочного сопротивления представлены на рис.1.

6) Главный двигатель: Alpha V23

- номинальная мощность:

- номинальная частота вращения:

.

- удельный расход топлива

.

Паспортная диаграмма движителя представлена на рис.2.

Рейсовое задание:

- перечень эксплуатационных режимов, характеризующихся зависимостями

, где - требуемая тяга на i – том режиме

- режимы:

(рис.1.)

- длина пути

, которая должна быть пройдена на каждом режиме:

- суточная продолжительность работы судна принимается 24 часа

1. Определение исходных расчетных величин.

В данном расчете известным является главный двигатель и расчетные условия плавания (зависимость буксировочного сопротивления

от скорости хода ). (1) полезная тяга.

Расчетным условием плавания является режим траления. Особенностью расчета является отсутствие заданной скорости хода, а следовательно и необходимой полезной тяги. Однако исследования показали, что полезную тягу можно найти через произведение пропульсивного коэффициента

на коэффициент механических потерь при передачи мощности от главного двигателя на винт. открытые винты (2) (3)

На стадии выбора серийной диаграммы

можно принять: для режима буксировки воза.

Представив графически (1) и (3) можно найти ожидаемую скорость хода

и соответствующую ей полезную тягу.

Графики представлены на рис.2.

1.1. Габаритный диаметр винта

- для одновальных судов. (4) - осадка судна в месте расположения движителя. .

1.2. Коэффициент попутного потока

:- формула Хекшера для траулеров. - коэффициент продольной полноты.

1.3. Поступательная скорость гребного винта

: - скорость судна в узлах . (5)

1.4.Коэффициент засасывания

: (6) - коэффициент засасывания на свободном ходу. - формула Хекшера для траулеров. (7) . - коэффициент нагрузки гребного винта по полезной тяге. (8) - плотность морской воды. -площадь диска гребноговинта. (9)

1.5. Упор гребного винта

: (10) .

2.Выбор расчетной серийной диаграммы.

Выбор осуществляется таким образом, чтобы в первую очередь обеспечить максимальный коэффициент полезного действия гребного винта при отсутствии кавитации и достаточной прочности движителя.

2.1. Минимальное дисковое отношение

из условия отсутствия кавитации: (11) - минимальное дисковое отношение из условия отсутствия опасных форм кавитации. (12) - количество лопастей. - количество гребных валов. - гидростатическое давление на оси гребного винта. (13) - атмосферное давление. - ускорение свободного падения. - заглубление оси гребного винта. . (14) . - давление насыщенных паров воды.

2.2.Минимальная относительная толщина

(15) - коэффициент учитывающий механические свойства материала винта. - углеродистая сталь. .

Вывод: В качестве расчетной серии принимаем:

AU-CP4-70; (Z=4;

;).

Серия гарантирует отсутствие опасных форм кавитации.

3. Выбор гребного винта.

3.1. Выбор гребного винта в первом приближении.

Для расчета воспользуемся вспомогательным коэффициентом

Результаты расчета представлены в таб.1 и на рис.1.

Таб.1

Результаты:

=0,790;

3.1.1. Расчет оптимальной частоты вращения винта

3.1.2. Передаточное отношение редуктора.

Принимаем

10,8. ; ; .

4. Выбор расчетной (рабочей) диаграммы.

Выбираем серию АU - CP4 – 70 c

.

5. Построение кривой предельной тяги и кривой предельного упора.

Результаты расчета представлены на рис.4 и таб. 2.

Таб.2

6. Анализ кривой предельной тяги и предельного упора.

6.1. Режим траления.

Максимальная скорость хода:

Максимальный упор:

.

Максимальная полезная тяга:

6.2. Режим эксплуатационного рейса. (свободный ход)

Максимальная скорость хода:

Максимальный упор:

.

Максимальная полезная тяга:

6.3. Режим сдаточных испытаний. (свободный ход)

Максимальная скорость хода:

Максимальный упор:

.

Максимальная полезная тяга:

7. Проверка выбранного винта на прочность и отсутствие кавитации.

7.1. Проверка на отсутствие кавитации.

Воспользуемся формулой (11) и получим.

При эксплуатации гарантируется отсутствие опасных форм кавитации.

7.2. Проверка на прочность.

.

Выбранный гребной винт имеет запас прочности.

Расчет производился для режима буксировки воза т.к. является наиболее тяжелым режимом эксплуатации.

8. Заключение.

Выбранный винт имеет следующие характеристики: Серия: AU-CP4-70; Z=4;

; ; ;

Выбор оптимального движителя.

Оптимальным в курсовом проекте принимается движитель, обеспечивающий выполнение рейсового задания в кротчайшие сроки при минимальных затратах топлива.

В качестве критерия качества движителя принимаем коэффициент:

, где

t – время выполнения рейсового задания , ч.

Ge – рейсовый расход топлива на работу главного двигателя, т.

Наилучшим признается движитель, который соответствует максимальному значению критерия к.

Рейсовое задание включает в себя следующую информацию:

- перечень эксплуатационных режимов, характеризующихся зависимостями

, где - требуемая тяга на i – том режиме

- режимы:

(рис.1.)

- длина пути

, которая должна быть пройдена на каждом режиме:

- суточная продолжительность работы судна принимается 24 часа.

- плановые скорости снимаются с паспортной диаграммы судна и кривых предельных тяг соответственно для случаев с ВФШ и ВРШ движителями.

В соответствии с изложенным входящие в критерий к параметры t и Ge могут быть определены как:

, где (S)=миля - плановая скорость хода в i – х условиях плавания, уз. - удельный расход топлива на номинальном режиме работы, г/кВт*ч. - относительный удельный расход топлива на i – том режиме, % от ; - снимаем с паспортной диаграммы двигателя. - эффективная мощность, развиваемая двигателем на полной скорости в i – х условиях плавания, кВт. Для ВФШ снимаем с машинной диаграммы судна, для ВРШ . - продолжительность плавания на i – том ржиме, ч.

n – количество рассматриваемых вариантов эксплуатационных режимов, n = 3.

Расчет критерия качества К представлен в табл.

Вывод: Оптимальным движителем в курсовом проекте принимаем ВФШ.

Список литературы:

1. Войткунский Я.И. ”Справочник по теории корабля” ,- Л, Судостроение.1985г. Том.1.

2. Горянский Г.С., Моторный А.В. “Методические указания по курсовому и дипломному проектированию для студентов специальности 140112”.- Калининград – 1985г.

mirznanii.com

Лекция 14. Взаимосвязь типа судна и ЭУ — Мегаобучалка

Влияние типа судна на состав и основные параметры СЭУ. Дизельные установки судов транспортного, промыслового и технического флота.

 

Передача мощности от двигателя к движителю.Мощность главных двигателей передается на движитель с помощью валопровода и электрической передачи. При элект­ропередаче происходит двойное превращение энергии, что делает ее КПД ниже КПД валопровода. Кроме того, к недо­статкам электрического привода относится сложность оборудо­вания и необходимость увеличения числа обслуживающего пер­сонала. Поэтому на речных судах основным видом передачи мощности от двигателя к гребному винту является валопровод.

Взаимодействие главного двигателя с гребным винтом и корпусом судна.Главный двигатель, соединенный с гребным винтом, рабо­тает в гидродинамическом комплексе: двигатель — винт — кор­пус. Все элементы этого комплекса, называемого пропульсивным или движительным, взаимосвязаны. Поэтому от правиль­ного их сочетания зависят эксплуатационные показатели судна, которые оцениваются в виде КПД движительного комплекса где: NR — буксировочная мощность, затрачивае­мая на движение судна с заданной скоростью; Ne— эффектив­ная мощность главного двигателя. Величина для современ­ных транспортных судов находится в пределах 0,5—0,7.

Для увеличения КПД движительного комплекса необхо­димо, чтобы корпус имел такие обводы подводной части, при которых сопротивление воды движению судна было бы наи­меньшим, и чтобы элементы гребного винта соответствовали главному двигателю.

Если диаметр и шаг винта превышают требуемые для дан­ного случая размеры, то это приведет к перегрузке двигателя на номинальном режиме. Для характеристики указанного не­соответствия введено понятие «тяжелого» винта, т. е. винта, для работы которого с номинальной частотой вращения у дви­гателя не хватает мощности. При таком несоответствии двига­тель работает с пониженной частотой вращения, что является неэкономичным.

Если диаметр и шаг винта будут меньше требуемых для данного случая размеров, то при номинальной частоте враще­ния двигателя винт потребляет мощность меньшую, чем может развить двигатель. Для характеристики такого несоответствия введено понятие «легкого» винта. При легком винте двигатель при номинальной частоте вращения не развивает номинальной мощности, что приводит к недоиспользованию мощности.

Судовые энергетические установки. Вопрос о том, удастся ли получить высокие скорости у судов обычного или необычного типа, зависит прежде всего от прогресса в судовом машиностроении. Наибольшая мощность применяемых на судах энергетических установок составляет 85 тыс. кВт (на 30-узловом транспортном судне). Для 35-узлового судна потребуется уже мощность порядка 140—180 тыс. кВт.

Наибольшие из построенных до сего времени энергетических установок имеют мощность 175 тыс. кВт (на пассажирском судне) и 265 тыс. кВт (на авианосце). Однако корабли обоих этих типов не могут сравниваться с транспортными судами, ибо эксплуатируются в совершенно иных условиях. Превышения указанных мощностей можно ожидать, когда речь идет о больших трансокеанских судах на воздушной подушке, для которых потребуются мощности порядка 350—550 тыс. кВт. Мощность тепловой электростанции, обеспечивающей электроэнергией город с миллионным населением, составляет около 200 тыс. кВт. Для размещения агрегатов и подсобных служб такой электростанции требуется производственная площадь около 10 тыс. м2, на борту же судна для размещения установки можно выделить только от 1000 до 1500 м2 площади. Отсюда вполне очевидно, что развитие судового машиностроения должно ориентироваться на двигатели с большой концентрацией мощности, требующие незначительных площадей и кубатуры.

Какие типы главных двигателей имеются в настоящее время и появятся в будущем? Если говорить об обычных транспортных судах, то на них в подавляющем большинстве случаев стоят дизели и значительно реже паротурбинные установки.

Газовые турбины и атомные установки, широко используемые в военном кораблестроении, до сих пор практически не нашли применения в торговом флоте

По мере дальнейшего роста скоростей и размеров судов вопрос об увеличении мощности судовых энергетических установок делается все более актуальным.

Одновременно к установке должны предъявляться следующие требования:

— малый объем, необходимый для ее размещения;

— относительно высокая надежность;

— длительный срок службы;

— низкий расход топлива.

Энергетическая установка должна, кроме того, легко поддаваться автоматизации.

Из всех двигателей непосредственно на гребной винт могут работать только малооборотные дизели с частотой вращения 100—200 об/мин (в некоторых случаях до 300 об/мин). Все остальные типы двигателей вследствие слишком высокой для гребного винта частоты вращения требуют понижающего редуктора. Это создает условия для применения многомашинных установок, когда на один гребной винт через редуктор работает сразу несколько двигателей и мощность, передаваемая на винт, возрастает. Если 2 - 4 среднеоборотных дизеля будут работать на один редуктор, то мощность, передаваемую на один гребной винт, уже сейчас можно довести до 55 тыс. кВт.

Дальнейшее увеличение мощности может быть достигнуто путем применения многовальных установок с двумя или тремя гребными винтами. Но для того, чтобы повышенную мощность перспективных главных двигателей превратить с помощью гребных винтов в толкающий судно упор, требуется еще исследовательская работа в области самих гребных винтов.

В настоящее время максимальная мощность, которую гребной винт может переработать, составляет у гражданских судов около 45 тыс. кВт и у боевых кораблей — примерно 65 тыс. кВт на один винт. Дальнейшее повышение мощности винтов только за счет увеличения их диаметров невозможно, так как диаметр гребного винта должен быть меньше осадки судна. Например, гребной винт 250 000-тонного танкера с энергетической установкой мощностью 24 тыс. кВт имеет диаметр 9,4 м и массу почти 60 т. Большие размеры гребных винтов создают значительные технологические трудности при отливке. Новые пути увеличения мощности открывает применение соосных, расположенных один за другим гребных винтов противоположного вращения.

 

Рис. 14.1 Судовые энергетические установки:

1 — низкооборотный дизель, непосредственно работающий на гребной винт; 2 — дизель-редукторная установка; 3 — паротурбинная установка; 4 — газовая турбина; 5 — атомная установка; 6 — газотурбинная установка с электрической передачей на винт

 

В этой связи нельзя не упомянуть часто применяемые гребные винты в насадках. Благодаря окружающей его кольцевидной насадке, винт может при одинаковой мощности и равных условиях эксплуатации обеспечить транспортному судну увеличение упора до 6%. Это немаловажное преимущество может использоваться, однако, только на тихоходных судах. На быстроходных применение винтов в насадках невыгодно, так как собственное сопротивление насадки перекроет выигрыш.

В будущем для достижения больших скоростей здесь могут применяться гребные винты, имеющие более высокий коэффициент полезного действия, чем у водометных движителей, состоящих из центробежного насоса и сопла. Водометные движители найдут применение в особенно благоприятной области — на быстроходных судах на подводных крыльях.

До сих пор остался без ответа вопрос о том, какого именно типа энергетические установки будут преимущественно применяться в будущем. Сравнение массы и стоимости энергетических установок представляет в благоприятном свете многомашинные установки со среднеоборотными дизелями и, пожалуй, прежде всего газовые турбины. Если в качестве главного судового двигателя принять газовую турбину, то можно уменьшить массу установки на 50% по сравнению с паровой турбиной и на 60% по сравнению с тихоходным дизелем, непосредственно работающим на гребной винт. При мощности 30 тыс. кВт экономия массы составляет от 1000 до 1500 т.

Сравнение габаритов дает такие результаты: газовая турбина 20 тыс. кВт имеет длину 7 м, высоту 1,5 м, а массу всего 8,5 т. Длина же тихоходного дизеля примерно 20 м, высота около 10 м, а масса почти 1000 т. Если сравнивать энергетические установки в целом, а не только главные двигатели, разница будет несколько меньше, так как для газовой турбины требуются редуктор и сложная система каналов для подвода свежего воздуха и отвода отработавших газов.

Диапазон мощностей свыше 35 тыс. кВт до настоящего времени занимают паровые турбины. Однако и здесь в перспективе с ними будут конкурировать газовые турбины. Преимущественная сфера применения мощных двигателей — по-видимому, быстроходные контейнеровозы и суда с горизонтальной погрузкой. Скорости свыше 30 уз требуют мощностей от 55 до 100 тыс. кВт. При меньшем пределе газовая турбина будет иметь массу 20 т, в отличие от 1400-тонной паротурбинной установки. Еще более важной является экономия площади. Длина машинного отделения газотурбинного судна при указанной мощности будет вдвое меньше, чем у паротурбинного. Благодаря этому грузовместимость газотурбинного судна возрастет на 10—20%. Примерно в такой же степени возрастет количество перевозимого груза.

 

Рис. 14.2 Движители для передачи большой мощности или для быстроходных судов:

1 — трехвальная установка; 2 — гребной винт в насадке; 3 — соосные гребные винты противоположного вращения; 4 — водометный движитель

 

С применением электрической передачи газовые турбины позволяют осуществить совершенно новые принципы компоновки машинных отделений. Например, в очень небольшом и низком помещении в корме можно расположить гребной электродвигатель, приводящий гребной винт через редуктор, Этот двигатель будет получать питание от главной электростанции — генераторов электрического тока, приводимых непосредственно газовыми турбинами. Поскольку главная электростанция может находиться в любом месте судна, ее можно разместить в сравнительно небольшом машинном отделении на палубе. При этом резко сократится длина воздушных и газоотводных каналов, газовые турбины будут легко доступны и замена их после истечения срока службы не составит ни малейшего труда.

Однако для того, чтобы такой проект мог быть осуществлен, необходимо существенное снижение цен на электрооборудование. Кроме того, следует иметь в виду, что электрическая передача всегда связана с большими потерями мощности. Особую проблему представит также борьба с шумом, создаваемым работающими в надстройке на главной палубе газовыми турбинами.

Кроме указанных, газовая турбина имеет и другие преимущества: малые расходы на обслуживание, возможность быстрой замены (в течение 4—6 ч), быстрая готовность к действию и, разумеется, большая концентрация мощности в очень малом объеме.

Почему же, несмотря на многочисленные преимущества, газовые турбины до сих пор не нашли широкого применения в судовых энергетических установках? Это объясняется следующими причинами:

1) очень велик удельный расход топлива: газовая турбина расходует от 310 до 340 г на 1 кВт-ч, т.е. приблизительно на 40—50% больше, чем дизель.

2) в газовой турбине может сжигаться только легкое и потому дорогое топливо (например, дизельное), в то время как любой мало- или среднеоборотный дизель работает на тяжелом моторном топливе, стоимость которого на мировом рынке составляет около 60% стоимости дизельного топлива;

3) моторесурс, т.е. время между двумя переборками, у газовой турбины составляет всего 1500 ч, что намного ниже, чем у дизелей или паровых турбин.

 

 

Рис. 14.3 Энергетические установки с низкооборотным дизелем и газовыми турбинами

 

Рис.14.4 Газотурбоэлектроход с газовыми турбинами, установленными в надстройке

 

Таким образом, если судовладелец решил поставить на свое судно газовую турбину, он должен иметь для этого достаточно веские основания. В будущем этот тип двигателей должен все чаще встречаться на быстроходных судах, ибо мощные энергетические установки другого типа окажутся более тяжелыми и займут значительно больше места, что неблагоприятно скажется на грузоподъемности и грузовместимости судна.

Для очень быстроходных судов, особенно для судов на подводных крыльях и на воздушной подушке, газовые турбины представляют собой неизбежную необходимость. Повышения экономичности газовых турбин можно ожидать лишь в связи со снижением удельного расхода топлива. Но поскольку это наступит, по-видимому, не скоро, можно полагать, что в первое время увеличится число дизельных установок с редуктором, которые во многих случаях, особенно на быстроходных судах, заменят самый экономичный двигатель — малооборотный дизель.

Если говорить об энергетических установках завтрашнего дня, нельзя обойти вниманием атомные энергетические установки. Установки такого типа уже доказали свою пригодность в качестве главных двигателей и безопасность эксплуатации на многочисленных боевых кораблях, а также на советских ледоколах «Ленин», «Арктика» и «Сибирь» и на трех гражданских судах. Однако атомные установки до сих пор еще неэкономичны.

Существуют различные мнения о том, начиная с какой мощности атомные энергетические установки становятся экономичнее обычных. Результаты исследований колеблются между значениями 45 и 70 тыс. кВт. Естественно, что исследовательские работы в области применения атомной энергии для движения судов продолжаются; цель этих исследований — сдвинуть границу экономичности к более низким значениям мощности. Оптимистические прогнозы обещают, что через несколько лет атомные установки уже начиная с 15 тыс. кВт станут конкурентоспособными с энергетическими установками других типов.

Поскольку разведанных запасов нефти достаточно для того, чтобы и в 2000 г. покрывать мировые потребности в топливе, очевидно, не будет крайней необходимости в замене энергетических установок обычного типа атомными, особенно когда речь идет о сравнительно «малых» мощностях. Это нерационально уже хотя бы потому, что эксплуатация судов-атомоходов во многих странах мира регламентирована законодательными ограничениями. Эти законы, хотя и преследуют благую цель защиты окружающей среды, тем не менее, затрудняют эксплуатацию таких судов. Во многие порты вход судам с атомными установками вообще запрещен. Необходимые конструктивные мероприятия по обеспечению безопасности, к числу которых относится устройство тяжелого защитного контейнера для атомного реактора и ограждение реакторного отделения достаточным числом водонепроницаемых переборок на случай столкновения судов, не только сопряжен с увеличением массы, но и сильно увеличивают стоимость атомной установки по сравнению с установками обычного типа.

Атомные энергетические установки в будущем смогут стать экономичными там, где требуются большие мощности и где грузы перевозятся на дальние расстояния. У универсальных сухогрузных судов, многих специализированных транспортных и пассажирских судов такие предпосылки отсутствуют. Поэтому вопрос о применении атомной энергии на судах такого типа пока не стоит. В то же время немалая часть контейнеровозов со скоростями 30 уз и более, а также супертанкеров и больших судов для перевозки навалочных грузов к концу века перейдет на атомную энергию.

Однако ожидают, что теперешние установки с водяным реактором под давлением и паровой турбиной уступят место газоохлаждаемым высокотемпературным реакторам в сочетании с газовой турбиной.

До XXI века широкого применения атомной энергии в морском торговом флоте не предполагается. Для последующего периода возникают дополнительные проблемы.

Поиски новых первичных источников энергии являются важной задачей. Известно, что уже появились и работают достаточно мощные батареи, составленные из топливных элементов. Однако, поскольку у двигателей этого типа трудно будет добиться большой концентрации мощности, их применение и в будущем, по-видимому, ограничится автомобильным и железнодорожным транспортом. Таким образом, и в дальнейшем наибольшее значение будут иметь двигатели внутреннего сгорания, а также газовые и паровые турбины.

Вопросы для самопроверки

Как влияет тип судна на состав и основные параметры СЭУ?

Особенности энергетических установок судов транспортного и технического флота.

Лекция 15.

megaobuchalka.ru

Введение

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 6

1выбор главных двигателей 7

1.1Расчет мощности главных двигателей 7

1.2Технико-экономическое обоснование 8

2выбор способа передачи мощности от главного двигателя к движителю 12

3Расчет валопровода 15

3.1Определение диаметра валопровода 15

3.2Проверочный расчет прочности промежуточного вала 16

3.3Проверочный расчет прочности гребного вала 16

3.4Проверочный расчет на критическую частоту вращения гребного вала 18

3.5Проверочный расчет вала на продольную устойчивость 20

4Расчет систем СЭУ 23

4.1Расчет топливной системы 23

4.1.2Расчет системы тяжелого топлива 25

4.2Расчет масляной системы 28

4.3Расчет системы охлаждения 33

4.4Расчет системы сжатого воздуха 35

4.5Расчет газовыпускной системы 37

5Расчет общесудовых систем 39

5.1Система осушения 39

5.2Система балластная 40

5.3Системы противопожарные 41

5.4Системы санитарные 44

5.5Система вентиляции машинных и насосных отделений 48

5.6Грузовая и зачистная системы 50

5.7Расчет количества теплоты, потребной на судне 51

5.8Определение общих запасов на судне топлива, масла и воды 53

6Расчет судовой электроэнергетической системы 55

6.1Выбор рода тока 55

6.2Выбор номинального напряжения СЭЭС 56

6.3Выбор частоты тока СЭЭС 59

6.4Расчет мощности судовой электростанции 61

6.5Выбор количества и мощности генераторных агрегатов основной электростанции 64

6.6Выбор аварийного источника электроэнергии 66

7Расчет затрат на оборудование 68

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 69

Список используемых источников 70

Введение 5

1 выбор главных двигателей 6

1.1 Расчет мощности главных двигателей 6

1.2 Технико-экономическое обоснование 7

2 выбор способа передачи мощности от главного двигателя к движителю 11

3 Расчет валопровода 14

3.1 Определение диаметра валопровода 14

3.2 Проверочный расчет прочности промежуточного вала 15

3.3 Проверочный расчет прочности гребного вала 16

3.4 Проверочный расчет на критическую частоту вращения гребного вала 18

3.5 Проверочный расчет вала на продольную устойчивость 20

4 Расчет систем СЭУ 23

4.1 Расчет топливной системы 23

4.1.1 Расчет системы легкого топлива 23

4.1.2 Расчет системы тяжелого топлива 26

4.2 Расчет масляной системы 29

4.2.1 Расчет масляной системы при работе двигателя на легком топливе 31

4.2.2 Расчет масляной системы при работе двигателя на тяжелом топливе 33

4.3 Расчет системы охлаждения 35

4.3.1 Расчет системы охлаждения при работе двигателя на легком топливе 36

4.3.2 Расчет системы охлаждения при работе двигателя на тяжелом топливе 37

4.4 Расчет системы сжатого воздуха 38

4.5 Расчет газовыпускной системы 40

4.5.1 Площадь сечения газовыпускного трубопровода за дизелем 41

4.5.2 Площадь сечения газовыпускного трубопровода за утилизационным котлом 41

4.5.3 Площадь сечения газовыпускного трубопровода за автономным котлом 41

5 Расчет общесудовых систем 42

5.1 Система осушения 42

5.2 Система балластная 43

5.3 Системы противопожарные 44

5.3.1 Система водотушения 44

5.3.2 Система воздушно-механического пенотушения 46

5.4 Системы санитарные 48

5.4.1 Система водоснабжения 49

5.4.2 Система сточно-фановая 51

5.5 Система вентиляции машинных и насосных отделений 52

5.6 Грузовая и зачистная системы 55

5.7 Расчет количества теплоты, потребной на судне 56

5.8 Определение общих запасов на судне топлива, масла и воды 59

6 Расчет судовой электроэнергетической системы 61

6.1 Выбор рода тока 61

6.2 Выбор номинального напряжения СЭЭС 62

6.3 Выбор частоты тока СЭЭС 66

6.4 Расчет мощности судовой электростанции 67

6.5 Выбор количества и мощности генераторных агрегатов основной электростанции 71

6.6 Выбор аварийного источника электроэнергии 72

7 Расчет затрат на оборудование 75

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 76

Список используемых источников 77

Современные суда оборудованы большим количеством машин и механизмов различного назначения, которые приводят их в движение с необходимой скоростью, содействуют созданию комфортных условий в жилых и служебных помещениях, выполняют перегрузочные операции, производят углубление, очистку водных путей и другие работы.

Комплекс устройств, предназначенных для полного удовлетворения всех потребителей на судне различными видами энергии, принято называть судовой энергетической установкой (СЭУ). Часть такой установки, обеспечивающую энергией основные производственно-технические нужды судна (движение, дноуглубительные работы), относят к главной, а вторую часть установки, предназначенную для снабжения электроэнергией, паром горячей водой и другими энергоносителями неосновных потребителей, - к вспомогательной. Суда, выполняющие транспортную работу, могут иметь одну или несколько главных энергетических установок.

  1. Выбор главных двигателей

    1. Расчет мощности главных двигателей

Так как по заданию необходимо увеличить грузоподъемность судна, то для расчета мощности необходимо воспользоваться формулой адмиралтейских коэффициентов:

где – мощность проектируемого судна,кВт;

– водоизмещение проектируемого судна,т;

– скорость проектируемого судна, км/ч;

– адмиралтейский коэффициент, определяемый по формуле

где – мощность главного двигателя судна-прототипа,кВт;

– скорость судна-прототипа,км/ч;

– водоизмещение судна прототипа,т;

Теперь под рассчитанную мощность необходимо подобрать четыре двигателя.

Для дальнейших расчетов были выбраны двигатели следующих марок:

  1. Wärtsilä 8R22HF-D – это двигатель, который установлен на судне-протатипе. Четырехтактный, с газотурбинным наддувом, применяется в качестве главного судового двигателя. Передача мощности гребному винту осуществляется через реверс-редуктор. Способен работать на тяжелом топливе (Возницкий И. В. Современные судовые среднеоборотные двигатели, 2003г. страница 56).

  2. Wärtsilä 6L20 – четырехтактный, с газотурбинным наддувом, применяется как в качестве главного судового двигателя, так и вспомогательного. Передача мощности гребному винту осуществляется через реверс-редуктор. Так же способен работать на тяжелом топливе (Возницкий И. В. Современные судовые среднеоборотные двигатели, 2003г. страница 70).

  3. Weichai CW12V200ZC – это дизель производства китайской фирмы Weichai, являющейся одной из ведущих в мире по производству двигателей. Четырехтактный, с газотурбинным наддувом, применяется в качестве главного судового двигателя или вспомогательного. Передача мощности гребному винту осуществляется через реверс-редуктор (интернет источник: http://wfyuxing.en.alibaba.com/product/329594544-200469313/Weichai_CW200ZC_Diesel_Engine.html)

  4. МАК 8M20 – дизель производства американской фирмы Caterpillar. Четырехтактный, с газотурбинным наддувом, применяется в качестве главного судового двигателя. Передача мощности гребному винту осуществляется через реверс-редуктор (Возницкий И. В. Современные судовые среднеоборотные двигатели, 2003г. страница 106).

Для выбора оптимального двигателя необходимо произвести экономический расчет.

studfiles.net

Подбор двигателя и винта судна

CoolReferat.com

Цель: Основной целью расчета является выбор ВРШ и, при необходимости, передаточного отношения редуктора, обеспечивающих при полном использовании мощности главного двигателя максимальную скорость хода в расчетных условиях плавания. Исходные данные:

1)   Судно: Рыбодобывающее обрабатывающее судно типа «Моряна».

2)   Главные размерения: Длина между перпендикулярами

                                     Ширина судна

                                             Осадка судна

                                              Коэффициент общей полноты

3)   Расчетный режим работы: режим траления.

4)   Плотность воды                                                                                                 

5)   Кривые буксировочного сопротивления представлены на рис 1.

 -режим эксплуатационного рейса на свободном ходу.

 -режим сдаточных испытаний.

  -режим траления.

Кривые буксировочного сопротивления представлены на рис.1.

6)   Главный двигатель: Alpha V23

-         номинальная мощность:

  -   номинальная частота вращения: .

-         удельный расход топлива .

Паспортная диаграмма движителя представлена на рис.2.

  Рейсовое задание:

-         перечень эксплуатационных режимов, характеризующихся зависимостями   , где  - требуемая тяга на i – том режиме

-         режимы:

                               (рис.1.)

                             -         длина пути , которая должна быть пройдена на каждом режиме: 

                                                                                                                         

                           

-  суточная продолжительность работы судна принимается 24 часа1.    Определение исходных расчетных величин.

В данном расчете известным является главный двигатель и расчетные условия плавания (зависимость   буксировочного сопротивления от скорости хода ).                          

                                                                                    (1)                                                                                                     

полезная тяга.

Расчетным условием плавания является режим траления. Особенностью расчета является отсутствие заданной скорости хода, а следовательно и необходимой полезной тяги. Однако исследования показали, что полезную тягу можно найти через произведение пропульсивного коэффициента  на коэффициент механических потерь при передачи мощности  от главного двигателя на винт.

открытые винты                                                            (2)                                         

                                                                           (3)                                        

На стадии выбора серийной диаграммы можно принять: для режима буксировки воза.

Представив графически (1) и (3) можно найти ожидаемую скорость хода  и соответствующую ей полезную тягу.

Графики представлены на рис.2.

1.1. Габаритный диаметр винта - для одновальных судов. (4)                                 

- осадка судна в месте расположения движителя.

 

.                                                          

1.2. Коэффициент попутного потока :- формула Хекшера для траулеров.

  - коэффициент продольной полноты.

 

1.3. Поступательная скорость гребного винта :

  - скорость судна в узлах

 

  .                                                       (5)                                                                                                    

1.4.Коэффициент засасывания:                       (6)                                              

   - коэффициент засасывания на свободном ходу.

   - формула Хекшера для траулеров.                   (7)                                               

   .  - коэффициент нагрузки гребного винта по полезной тяге.

                                                                                   (8)              

 - плотность морской воды.

  -площадь диска гребноговинта.                                (9)                                                                                                                    

                                                       

  

  

1.5. Упор гребного винта :                                          (10)                                                                       

   .2.Выбор расчетной серийной диаграммы.Выбор осуществляется таким образом, чтобы в первую очередь обеспечить максимальный коэффициент полезного действия гребного винта при отсутствии кавитации и достаточной прочности движителя.

2.1. Минимальное дисковое отношение  из условия отсутствия кавитации:                                (11)                                 

- минимальное дисковое отношение из условия отсутствия опасных форм кавитации.

                                                             (12)                 - количество лопастей.

- количество гребных валов.

- гидростатическое давление на оси гребного винта.

                                                                                 (13)             

- атмосферное давление.

- ускорение свободного падения.

- заглубление оси гребного винта.

.                                                    (14)          

.

- давление насыщенных паров воды.

2.2.Минимальная относительная толщина (15)            

- коэффициент учитывающий механические свойства материала винта.

- углеродистая сталь.

.          

Вывод: В качестве расчетной  серии принимаем:

 AU-CP4-70; (Z=4;;).

Серия гарантирует отсутствие опасных форм кавитации.3. Выбор гребного винта.

3.1. Выбор гребного винта в первом приближении.Для расчета воспользуемся вспомогательным коэффициентом Результаты расчета представлены в таб.1 и на рис.1.                  

Таб.1

                               
4,65 4,90 5,20
1,65 1,74 1,82
2,53 2,74 2,94
0,30 0,31 0,32
0,780 0,785 0,790
0,33 0,34 0,35
137 134 132
9,81 8,64 7,78
0,178 0,176 0,174
113 110 109
  Результаты: =0,790;  3.1.1. Расчет оптимальной частоты вращения винта

3.1.2. Передаточное отношение редуктора.

Принимаем 10,8.

   ;

;

     .

4. Выбор расчетной (рабочей) диаграммы.

  Выбираем серию АU - CP4 – 70 c .5. Построение кривой предельной тяги и кривой предельного упора.

   Результаты расчета представлены на рис.4 и таб. 2.

www.coolreferat.com

Работа двигателя в ходу судна

Работа двигателя в ходу судна

Из приведенных винтовых характеристик при различных значениях относительной поступи гребно­го винта ?р (рис. 174) следует, что чем боль­ше ?р, т. е. чем больше скорость судна v, тем меньше мощность двигателя при том же числе оборотов вала его. Такая зависи­мость объясняется тем, что чем больше ско­рость судна, тем меньше значение коэффи­циента k2, а потому при постоянном п об/мин будет меньше момент Мв и соот­ветственно мощность двигателя. Основной эксплуатационный режим работы судна должен соответствовать режиму работы главного двигателя с номинальной мощностью и числом оборотов или быть несколько меньше их значений. При ходе судна мощность двига­теля главным образом зависит от сопротивления движению судна, кото­рое в свою очередь зависит от скорости судна, осадки его, глубины судо­вого хода и скорости течения воды и ветра.

При увеличении сопротивления движению судна скорость его и число оборотов двигателя уменьшаются, если орган управления подачей топлива остается в неизменном положении. При увеличении подачи топлива ско­рость судна может быть восстановлена, если подача за цикл будет находиться в допустимых пределах, т. е. если позволит ограничитель подачи.

Движущая сила или полезная тяга гребного винта судна без воза (гру­зового или пассажирского судна) Ре.г.в равна силе сопротивления движению судна R.

Зависимость силы Ре.г.в от скорости судна v[Ре.г.в = f(v)] представляет собой винтовую характеристику двигателя (кривая 1, рис. 175), пересечение которой с кривой 2 наибольшего допустимого значения Ре.г.в (точка 3) опре­деляет наибольшую скорость судна. Наибольшее допустимое значение ре.г.в при разных скоростях судна определяется из условия Мв = Мном = const. Здесь Мном — вращающий момент двигателя при номинальных мощности Ne ном и числе оборотов nнoм. Штормовая погода и малая глубина судового хода повышают сопротивление движению судна. В штормовую погоду вследствие качки судна создаются ненормальные условия работы гребного винта и выведенное из диаметральной плоскости положение руля, для поддержания судна по заданному курсу, оказывает дополнительное со­противление движению судна. Следует заметить, что перекладка руля на большой угол при движении судна вызывает значительное повышение нагрузки на двигатель, и если при этом не будет уменьшена скорость судна, то двигатель в этот период может оказаться нагруженным больше, чем при Мном. Так, например, согласно опытным данным, при угле пере­кладки руля в 30° от диаметральной плоскости судна для сохранения Мв = Мном необходимо скорость судна снизить до 0,915 ?ном.

Зависимость силы тяги гребного винта Ре.г.в от скорости судна при раз­личной силе ветра приведена на рис. 176.

Точки пересечения 1,2,3 заградительной характеристики Мном = const с кривыми силы ветра показывают, насколько скорость судна снижается в зависимости от силы ветра при сохранении неизменным номинального крутящего момента двигателя.

При движении судна по судовому ходу с малой глубиной вследствие повышенного волнового сопротивления и сопротивления трения сила тяги гребного винта при той же скорости судна больше, чем при движении судна

на глубокой воде. Следовательно, при переходе судна на мелководье, если топливный насос не имеет ограничителя подачи топлива, возможна пере­грузка двигателя.

На рис. 177 показано изменение сопротивления воды движению судна в зависимости от глубины судового хода h. Кривая 1 показывает сопротив­ление движению судна на глубокой воде, а кривая 1? — на мелко­водье. Как видно из приведенных зависимостей, влияние мелководья проявляется начиная со скорости судна ?1 > 0,3?gh и перестает влиять по достижении скорости ?3 =?gh. При скорости ?gh > ? > 0,3 ?gh это влияние достигает максимальной величины. Для избежания перегрузки двигателя необходимо при переходе судна с глубокой воды со скоростью ?2 = ?ном понизить скорость до ?2?, при которой R2' = R2, Ре. г.в2' = Р е. г.в2; M2' = M2.

При ходе буксирного судна с возом сила тяги гребного винта Ре.г.в складывается из силы тяги на гаке судна Z и силы сопротивления движению судна R:

При движении судна без воза Z = 0 и потому Ре.г.в = R.

С увеличением буксируемого воза сила тяги на гаке, при той же ско­рости судна, возрастает, а потому возрастает сила тяги винта и вращающий момент его. При одном и том же значении силы тяги гребного винта с уве­личением воза скорость судна уменьшается.

На приведенном выше рис. 175 показаны винтовые характеристики двигателя, установленного на буксирном судне, при различной величине буксируемого воза. Кривая 4 представляет собой винтовую характеристику двигателя при малом буксируемом возе, а кривая 5 — при большом возе. Точки пересечения указанных характеристик с кривой наибольшего допустимого значения Ре.г.в (кривая 2) определяют наибольшие скорости судна ?? и ?" при данных буксируемых возах.

При увеличении буксирного воза и соответственном уменьшении его скорости коэффициент момента гребного винта k2 возрастает, а потому, со­гласно формуле (256), при неизменном положении органа подачи топлива число оборотов вала двигателя уменьшится. При буксировке тяжелого воза, особенно при встречном ветре, происходит значительное снижение числа оборотов вала двигателя. При этом, вследствие увеличения (по времени) опережения подачи топлива, максимальное давление цикла возрастает, а температура выпускных газов может снизиться. Таким образом, при бук­сировке больших возов в неблагоприятных условиях хода судна, вследствие снижения числа оборотов вала п < nном, возрастают напряжения в деталях двигателя и судового валопровода. Для избежания этого, при указанных условиях работы судна, рекомендуется угол опережения подачи топлива уменьшать, однако не допуская при этом значительного повышения темпе­ратуры выпускных газов.

При буксировке воза методом толкания, т. е. при расположении буксир­ного судна за кормой толкаемого им воза, уменьшается сопротивление по­следнего вследствие уменьшения зоны вихревого попутного потока, устра­нения сопротивления струи воды, отбрасываемой гребным винтом буксира, компактности и лучшей устойчивости толкаемого воза на курсе. Одновре­менно с этим уменьшается и сопротивление движению самого буксира- толкача, расположенного в зоне попутного потока, создаваемого возом.

При движении буксира-толкача, в отличие от буксира, вследствие уве­личения скорости попутного потока скорость воды в диске гребного винта уменьшается, уменьшается его относительная поступь, возрастает сила тяги гребного винта и вращающий момент его. Таким образом, буксировка воза толканием одним и тем же буксиром позволяет повысить скорость хода его по сравнению со скоростью при буксировке на тросе. Одновременно с этим возрастает и необходимая мощность буксира-толкача. При переводе буксира с буксировки воза на тросах к толканию необходимо проверить возможность сохранения неизменным номинального числа оборотов вала двигателя.

В случае недопустимого повышения тепловых и механических напря­жений в деталях двигателя, при сохранении n= nном, следует подачу топ­лива за цикл оставить неизменной, т. е. двигатель будет работать с мощ­ностью, соответствующей внешней характеристике номинальной мощности при меньшем числе оборотов п <nном.

vdvizhke.ru


Смотрите также