Введение
Цель данной работы - проектирование энергетической установки морского транспортного судна, а именно лесовоза дедвейтом 27461 т.
Основное содержание процесса проектирования СЭУ - обоснование принимаемых технических решений с точки зрения системной оптимизации судна. Основной метод обоснования проектных решений - сравнение различных вариантов энергетических комплексов (допустимых решений, удовлетворяющих условиям работоспособности) на основе системного анализа и критериев эффективности (для определения оптимального решения). При этом основным методом проектирования СЭУ является комплектование из стандартных и унифицированных элементов, развитых в типоразмерные ряды.
Под автоматизированным проектированием подразумевается процесс проектирования, реализуемый во взаимодействии человека с ЭВМ с помощью систем автоматизированного проектирования (САПР, CAD System).
САПР - это организационно-техническая система, включающая в себя математическое (совокупность математических моделей и алгоритмов), программное (совокупность программ на машинных носителях), информационное (совокупность данных, необходимых для проектирования), техническое (совокупность взаимосвязанных средств обработки информации), методическое (правила эксплуатации САПР и методики проектирования) и организационное (совокупность документов, регламентирующих работу проектной организации с САПР) обеспечение.
Применение в проектировании САПР позволяет решать следующие задачи:
- повышение качества проектирования путём увеличения числа рассматриваемых вариантов энергетических комплексов и глубины их проработки, что повышает достоверность выбора оптимальных решений;
- снижение трудоёмкости оптимизационных исследований, требующих многократных расчётов;
- сокращение сроков проектирования и уменьшение затрат.
Ввиду большого различия требований, методик проектирования, состава и типоразмерных рядов оборудования для различных типов энергетических установок (ДЭУ, ГТУ, ПТУ) разработка универсальной САПР не представляется возможной.
Для морских транспортных судов в 95% случаев применяется типовая конструктивная схема: одновальная дизельная энергетическая установка с малооборотным главным двигателем (МОД) и прямой передачей на винт фиксированного шага (ВФШ). Типовая тепловая схема предусматривает раздельную утилизацию теплоты выхлопных газов (на получение насыщенного пара) и охлаждающей воды (на работу опреснительной установки).
При выполнении данной работы используется комплекс автоматизированного эскизного проектирования ДЭУ морских транспортных судов, разработанный на кафедре океанотехники и энергетических установок института судостроения и морской арктической техники (СЕВМАШВТУЗ). Комплекс состоит из нескольких модулей, реализующих последовательно следующие задачи:
1. расчёт ходкости судна для определения требуемого буксировочного сопротивления;
2.1. выбор вариантов главного двигателя, удовлетворяющих условиям работоспособности;
2.2. проектирование валопровода;
3. расчёт мощности судовой электростанции (СЭС) и комплектование генераторной установки;
4. расчёт потребности судна в паре, параметров выхлопных газов на эксплуатационном режиме, выбор оптимальной схемы и комплектование вспомогательной котельной установки (ВКУ);
5. расчёт требуемых параметров систем ЭУ и комплектование вспомогательного оборудования систем;
П. 3 - 5 выполняются для всех вариантов ГД, отобранных в п. 2.
6. Расчёт приведённых затрат по всему комплексу оборудования ЭУ и расчёт согласованного критерия.
На основе анализа приведённых затрат по всему комплексу оборудования ЭУ для различных вариантов производится выбор оптимального варианта ЭУ.
Расчёт ходкости судна
Для расчёта ходкости в используемом комплексе автоматизированного эскизного проектирования применён метод Холтропа-Меннена, дающий хорошую точность результатов для морских транспортных судов.
Метод основан на определении различных составляющих полного сопротивления движению судна. Достоинством данного метода является удобство его реализации для расчётов на ЭВМ, достигаемое благодаря тому, что в нем не используются графические зависимости (как в других методах).
Полное буксировочное сопротивление движению судна определяется по формуле:
где 
- сопротивление трения;
- сопротивление выступающих частей;
- волновое сопротивление;
- сопротивление носового бульба;
- сопротивление транца;
- сопротивление шероховатости;
- сопротивление воздуха.
Результат работы модуля САПР для расчёта ходкости представлен на рисунке 1.
В результате определено полное буксировочное сопротивление движению судна R = 660 кН.
Рис. 1. Расчёт ходкости в модуле САПР
Комплектование пропульсивной установки (ПУ).
Пропульсивная установка в общем случае включает в себя главный двигатель, систему передачи мощности от двигателя к движителю (редуктор, валопровод), движитель (гребной винт).
На судах рассматриваемого типа применяется следующая конструктивная схема: дизельная энергетическая установка с малооборотным главным двигателем и прямой передачей мощности на винт фиксированного шага). Соответственно, редуктор в данной схеме отсутствует.
2.1. Выбор вариантов главного двигателя.
Модуль выбора главного двигателя взаимодействует с информационной базой данных (ИБД) типоразмерных рядов главных двигателей фирмы MAN.
Каждый двигатель характеризуется областью допустимых режимов длительной мощности (рис. 2).
Рис. 2. Режимы длительной мощности главного двигателя
Точка Н – режим номинальной максимальной длительной мощности (НМДМ) - параметры для этого режима приводятся в базе данных двигателей (
);
Точка С – режим спецификационной максимальной длительной мощности (СМДМ) – соответствует расчету требуемой для движения с заданной скоростью с учетом морского запаса мощности 
. На этот режим проектируются системы ЭУ и выбирается вспомогательное оборудование.
Точка Э – режим длительной эксплуатационной мощности (ДЭМ) - на этом режиме в основном работает энергетическая установка для обеспечения движения судна с заданной скоростью v. Именно для этого режима определяются оптимальные характеристики гребного винта.
Соответствие двигателя условиям работоспособности, в соответствии с которым осуществляется выбор подходящих для данного судна вариантов, можно выразить следующим образом:
;
где: 
- мощность дизеля в точке НМДM, кВт;
- цилиндровая мощность, кВт.
Алгоритм модуля САПР производит выбор главных двигателей, способных обеспечить требуемую мощность, с учётом габаритных ограничений машинного отделения, а также находит для каждого из вариантов двигателя оптимальный режим длительной эксплуатационной мощности (Neэ, nэ), соответствующий минимальному часовому расходу топлива при оптимальном диаметре гребного винта (и, соответственно, максимальном значении пропульсивного КПД).
Поле задания исходных данных для выбора главного двигателя в модуле САПР представлено на рис. 4.
Таблица результатов работы модуля САПР, содержащая удовлетворяющие условиям работоспособности варианты главного двигателя и их параметры, представлена на рис. 5.