Введение
Судовая энергетическая установка (СЭУ) предназначена для обеспечения движения судна и снабжения необходимой энергией всех судовых потребителей. От СЭУ существенно зависят экономические показатели транспортного судна, уровень его строительной стоимости и текущих эксплуатационных затрат по содержанию. Затраты на СЭУ в среднем составляют 20...35 % общей строительной стоимости судна и 40...60 % затрат на содержание судна на ходу. Кроме того, основные качества транспортных судов - безопасность плавания, мореходность и провозоспособность - в значительной мере обеспечиваются СЭУ. В связи с этим проектирование СЭУ является одним из важнейших этапов создания судна.
Механизмы и оборудование СЭУ, предназначенные для обеспечения движения судна, составляют главную энергетическую установку (ГЭУ). Основными элементами ГЭУ являются главный двигатель, валопровод и движитель.
Источники электроэнергии с первичными двигателями, преобразователями и передаточными трассами составляют электроэнергетическую установку.
Технические комплексы, обеспечивающие различные судовые нужды (опреснение воды, паровое отопление, кондиционирование воздуха и т.д.), относятся к вспомогательной установке.
Функционирование главной, вспомогательной и электроэнергетической установок обеспечивается различными системами, основными из которых являются топливные, масляные, охлаждения, сжатого воздуха, газоотвода и др.
Анализ состава мирового коммерческого флота показывает, что в качестве СЭУ на транспортных судах в основном используются дизельные установки с малооборотными и среднеоборотными дизелями. Основам
, (1)
где R - сопротивление движению судна, Н;
vS - скорость судна, м/с.
Валовая мощность определяется следующим образом:
, (2)
где 
- пропульсивный КПД;
- КПД валопровода.
Мощность на фланцах главных двигателей или агрегатов в случае работы прямо на винт Ne = NВ. При наличии в составе ГЭУ передач, одинаковых на всех гребных валах
, (3)
где 
- КПД передачи.
Ориентировочно значение эффективной мощности Ne можно получить при помощи обратного адмиралтейского коэффициента:
, (4)
где DВ - водоизмещение судна, Т; 1/C – обратный адмиральский коэффициент; 
- скорость судна в узлах.
В приближённых расчётах, пренебрегающих формулой корпуса и КПД передачи, этим выражением пользуются для
. т (5)
Примерные значения коэффициента энергонасыщенности aМ приведены для судов некоторых типов в таблице 1.
Таблица 1
Энергонасыщенность судов некоторых типов
изменяется в широких пределах в зависимости от D, s, n и ре.
. (6)
должны соответствовать классу проектируемого двигателя (см. таблицу 3).
Таблица 3
Частота вращения и средняя скорость поршня.
. (7)
- для двухтактных крейцкопфных МОД
, (8)
где i - число цилиндров; а - расстояние между осями, выраженное в количестве диаметров цилиндра, D (см. табл. 4).
Ширина двигателя на фундаментальной раме:
, (9)
где b - коэффициент, равный 2,3...2,6 для МОД и 2,1...2,4 для СОД и ВОД;
S - ход поршня двигателя.
Таблица 4
Высота двигателя от оси коленчатого вала до крайней верхней точки:
, (10)
, (11)
где в 2 - коэффициент, равный 1,25...2.
Общая высота двигателя:
. (12)
Массу двигателя можно определить через удельную массу gд:
. (13)
Величину gд найдём из таблицы 5.
Таблица 5
Удельная масса двигателя.
. (14)
, (15)
(16)
Таблица 6
Количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1 кг топлива.
, Па, (17)
, (18)
где F - площадь поршня;
f - площадь сечения полностью открытых впускных клапанов.
Величину к = F /f найдём из таблицы 7
Табицла 7
Величина к = F /f
. (19)
. (190)
Отсюда
4, (191)
где 
(здесь 
— коэффициент тактности двигателя, равный для четырехтактных двигателей 0,5 и для двухтактных — единице; 
— число цилиндров двигателя); 
— среднее индикаторное давление (теоретическое среднее индикаторное давление).
Рис. 21 Суммарная диаграмма касательных сил двухтактного дизеля
суммарной диаграммы касательных сил в масштабе чертежа необходимо площадь между кривой и осью абсцисс
Рис. 20. Диаграмма касательных сил цилиндра двухтактного дизеля
на участке длиной 
поделить на длину этого участка диаграммы в сантиметрах. Если кривая суммарной диаграммы касательных сил пересекает ось абсцисс, то для определения 
. (20)
Для расчёта двухтактных и четырёхтактных двигателей с наддувом:
, (21)
повышение температуры воздуха Dt в следствие нагрева его в системе двигателя составляет по опытным данным для дизелей 10...20 0С, причём четырёхтактных без наддува 15..20 0С, четырёхтактных с наддувом и двухтактных 5..10 0С.
В случае расчёта четырёхтактных двигателей с наддувом и двухтактных двигателей должно быть учтено повышение температуры заряда Dt1 в следствии сжатия в нагнетательном или продувочном насосе:
, (22)
где n - показатель политропы сжатия в нагнетателе или насосе.
Величина показателя политропы сжатия для поршневых насосов 1,4...1,6; для ротационных нагнетателей 1,5...1,7; для центробежных нагнетателей 1,7...2,0.
Коэффициент e - степени сжатия может быть определён по таблице 8.
Таблица 8
Коэффициент степени сжатия
. (23)
. (24)
, (25)
, (185)
. (186)
(187)
. (188)
, (189)
где 
— отношение высоты выпускных окон к ходу поршня известно из
расчета устройств продувки и выпуска двигателя.
Дальнейшее построение диаграммы совершенно аналогично построению диаграммы четырехтактных двигателей. Конец диаграммы bda, соответствующий периоду выпуска и продувки, зависит от типа последней и воспроизводится по образцу действительных индикаторных диаграмм.
, (183)
где 
,—объем цилиндра, занятый выпускными окнами.
Рис18. Индикаторная диаграмма двухтактного дизеля
При построении диаграммы примем
. (26)
. (27)
На основании таблицы 10 выбирается показатель политропы n1
Таблица 10
Показатель политропы
, 
. (28)
. (29)
. (30)
, (177)
. (178)
Неуравновешенный момент в вертикальной и горизонтальной плоскостях находится по зависимостям:
, (179)
. (180)
Результаты расчётов заносятся в таблицу. Максимально неуравновешенный момент равен:
, (181)
. (182)
7. Особенности динамического расчета двухтактных ДВС
, (171)
. (172)
Положение вектора моментов на диаграмме мотылей относительно мотыля первого цилиндра, расположенного в ВМТ, определяется углом j1 из выражения:
. (173)
8. Аналогично определяются неуравновешенные силы инерции и моменты сил инерции 2-го порядка:
строится схема мотылей 2-го порядка;
определяются угол 2j, силы инерции 2-го порядка и моменты сил инерции 2-го порядка;
данные расчётов заносятся в таблицу;
определяются:
, (174)
, (175)
. (176)
(31)
Действительный коэффициент молекулярного изменения:
. (32)
Приближённые значения средних мольных теплоносителей Дж/кмоль∙К по опытным данным могут быть подсчитаны по следующим формулам:
1) при постоянном объёме
- для азота
, (33)
- для кислорода
, (34)
- для водорода
, (35)
- для окиси углерода
, (36)
- для водяного пара
, (37)
- для воздуха
, (38)
- для углекислого газа
. (39)
при постоянном давлении:
- для азота
, (40)
- для кислорода
, (41)
, (42)
- для окиси углерода
, (43)
- для водяного пара
, (44)
- для воздуха