СУДОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

 

Выполнила:

Студентка Зотова Антонина Группа 55 ЭУ 1

 

Проверил:

Даниловский Алексей Глебович

 

Санкт-Петербург

2004 г.

РЕФЕРАТ

Курсовой проект содержит 42 стр., 11 рис.

 

СУДОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕКАЯ УСТАНОВКА, МОЩНОСТЬ, МАЛООБОРОТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, ЦИЛИНДР, АГРЕГАТ, РЕЖИМ, ЧАСТОТА, ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ, СРЕДНЕОБОРОТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, РЕДУКТОР, ВАЛОПРОВОД, ВАЛ, МАШИННОКОТЕЛЬНОЕ ОТДЕЛЕНИЕ, ОБОРУДОВАНИЕ, СИСТЕМА

 

Спроектировать судовую энергетическую установку, выбрать главный двигатель, рассмотреть системы, входящие в состав судовой энергетической установки, и подобрать оборудование систем. Определить размеры машиннокотельного отделения судна и расположить в нем подобранное оборудование судовой энергетической установки.

 

СОДЕРЖАНИЕ

	ВВЕДЕНИЕ
	ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
1.	Определение требуемой мощности.
2.	Выбор МОД.
	2.1.	Определение длины и массы четырех цилиндров агрегата.
3.	Построение диаграммы допустимых расчетных режимов.
	3.1.	Определение мощности на режиме МДМ.
	3.2.	Определение мощности на режиме ОДР.
	3.3.	Определение мощности на эксплуатационном режиме.
	3.4.	Определение частоты на эксплуатационном режиме.
	3.5.	Определение частоты при испытаниях.
	3.6.	Определение располагаемой мощности при эксплуатационных оборотах.
	3.7.	Определение располагаемой мощности на привод валогенератора.
	3.8.	Определение нагрузки судовой электростанции на ходу.
4.	Определение диаметра гребного винта.
	4.1.	Определение максимального диаметра винта.
5.	Выбор альтернативного СОД.
	5.1.	Определение оптимальных оборотов винта.
	5.2.	Определение передаточного отношения редуктора.
	5.3.	Определение крутящего момента на входном валу.
	5.4.	Выбор редуктора.
	5.5.	Определение длины СОД.
	5.6.	Определение длины агрегата СОД.
6.	Определение диаметров валопроводов.
	6.1.	Определение диаметра промежуточного вала.
	6.2.	Определение диаметра гребного вала.
	6.3.	Уточнение диаметра гребного винта.
	6.4.	Выбор диаметров промежуточного и гребного вала из типоразмерного ряда.
	6.5.	Определение диаметра болта.
	6.6.	Определение диаметра фланца.
7.	Определение размеров МКО
	7.1.	Определение LАП.
	7.2.	Определение LКОН.
	7.3.	Определение LРЕМ. ГР.В.
	7.4.	Определение LМКО.
	7.5.	Определение расстояния до оси вала.
	7.6.	Определение расстояния между опорами.
	7.7.	Определение допусков.
8.	Параметры, предъявляемые фирмой изготовителем МОД к оборудованию.
9.	Выбор насосов.
	9.1.	Выбор циркуляционного топливного насоса.
	9.2.	Выбор топливоподкачивающего насоса и насоса смази распределительного вала.
	9.3.	Выбор насоса пресной воды.
	9.4.	Выбор насоса забортной воды.
	9.5.	Выбор главного масляного насоса.
10.	Расчет теплообменного аппарата.
	10.1.	Определение температур на входе и выходе из теплообменного аппарата.
	10.2.	Определение среднего температурного напора маслоохладителя.
	10.3.	Определение среднего температурного напора водоводяного холодильника.
	10.4.	Определение поверхности теплопередачи маслоохладителя.
	10.5.	Определение поверхности теплопередачи водоводяного холодильника.
	10.6.	Выбор водоводяного холодильника.
	10.7.	Выбор маслоохладителя.
11.	Топливная система.
	11.1.	Определение запасов топлива.
	11.2.	Определение запасов тяжелого и легкого топлива.
	11.3.	Определение суммарного объема цистерны запаса тяжелого топлива.
	11.4.	Определение суммарного объема цистерны запаса легкого топлива.
	11.5.	Определение часового расхода топлива.
	11.6.	Определение объема отстойной цистерны.
	11.7.	Определение объема расходной цистерны тяжелого топлива.
	11.8.	Определение объема расходной цистерны легкого топлива
	11.9.	Определение производительности сепаратора.
	11.10.	Определение подачи топливоподкачивающего насоса.
12.	Система смазки двигателя.
13.	Расчет системы смазки подшипников коленчатого вала.
	13.1.	Определение VСЦ.
	13.2.	Определение запаса масла.
	13.3.	Определение подачи масляного насоса.
14.	Системы охлаждения.
15.	Расчет системы сжатого воздуха.
	15.1.	Определение необходимого количества воздуха.
	15.2.	Определение суммарного объема баллонов.
	15.3.	Определение числа баллонов.
	15.4.	Определение объема одного баллона.
	15.5.	Определение суммарной производительности компрессоров для заполнения всего объема за 1 час.
	15.6.	Определение производительности одного компрессора.
	15.7.	Определение производительности подкачивающего компрессора.
	15.8.	Выбор главного компрессора.
	15.9.	Выбор подкачивающего компрессора.
16.	Определение утилизации теплоты в дизельной установки.
	16.1.	Определение отклонения мощности на эксплуатационном режиме от спецификационной мощности.
	16.2.	Определение поправок по массе и температуре.
	16.3.	Определение количества газов.
	16.4.	Определения температуры газов.
	16.5.	Определение температур.
	16.6.	Определение количества теплоты отобранной у газов.
	16.7.	Определение количества пара.
	16.8.	Определение расхода пара на общесудовые нужды.
	16.9.	Выбор КАВ.
17.	Расчет опреснительной установки.
	17.1.	Определение требуемой подачи испарительной установки.
	17.2.	Определение фактической подачи испарительной установки.
	17.3.	Выбор опреснительной установки.
18.	Выбор судовой электростанции
19.	Выбор сепаратора масла.
20.	Выбор сепаратора топлива.
21.	Расположение СЭУ.
	ЗАКЛЮЧЕНИЕ
	Список используемой литературы

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Судовая энергетическая установка – сложная подсистема судна, которая состоит из комплекса механизмов, аппаратов и устройств, предназначенных для выработки трех основных видов энергии, необходимых на судне:

– механической энергии для движения судна;

– электрической энергии для различных судовых нужд;

– тепловой энергии в виде энергии пара для отопления помещений и обогрева различных потребителей – оборудования, рабочих тел, перевозимого груза.

За счет выработки в необходимом количестве трех видов энергии судовая энергетическая установка обеспечивает функционирование судна по прямому назначению – перевозку грузов и различной техники, работу других подсистем судна, жизнедеятельность людей на судне, оказывает влияние на безопасность и эффективность эксплуатации судна.

Для судовой энергетической установки характерна сложная структура. В ее состав в основном входит оборудование энергетических систем и трубопроводов. Между которыми существуют сложные физические, параметрические и технико-экономические связи. Для процессов, протекающих в энергетическом оборудовании, характерны значительные изменения параметров – температуры, давления, скорости, сил и моментов, напряжений и деформаций, турбулентности, шума и вибрации, теплопередачи и др. Учет особенностей этих процессов при проектировании судовой энергетической установки связан с необходимостью анализа сложного спектра номинальных и эксплуатационных, расчетных и нерасчетных, переменных и переходных режимов оборудования, энергетических систем и энергетических комплексов.

 

 

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

 

Вариант № 4.

Тип судна – сухогруз.

№ п/п	Наименование	Обозначение	Величина	Единицы измерения
1.	Полное водоизмещение	D		т.с.
2.	Дедвейт	DW		т.с.
3.	Экспериментальная скорость	uЭ		узлов
4.	Длина судна между перпендикулярами	LПП		м
5.	Ширина на миделе	В		м
6.	Расчетная осадка	Т	6,5	м
7.	Высота борта	НБ		м
8.	Коэффициент общей полноты	кОБ	0,69	-
9.	Сопротивление движению судна	R		кН
10.	Установленная мощность судовой электростанции	РЭЛ		кВт
11.	Число людей на судне	zЭ		человек
12.	Дальность плавания	LПЛ		Миль

 

 

1. Определение требуемой мощности.

;

где Ne_ТРЕБ – мощность требуемая для движения судна с заданной скоростью; R = 235 (кН) – сопротивление движению судна с заданной скоростью; h_ПРОП = 0,62 ¸ 0,65 – пропульсивный КПД; h_ВАЛ = 0,99 – КПД валопровода; h_ПЕР = 1 – КПД прямой передачи; к_N = 1,1 ¸ 1,15 – коэффициент запаса на неблагоприятные условия эксплуатации, связанные с увеличением сопротивления движению судна.

(кВт).

 

2. Выбор МОД.

По рассчитанной в п. 1 требуемой мощности Ne_ТРЕБ из типоразмерного ряда производим выбор МОД.

Марка цилиндра – S 35 МС.

№ п/п	Наименование	Обозначение	Величина	Единицы измерения
1.	Мощность одного цилиндра	NЦ		кВт
2.	Число цилиндров	zЦ		шт.
3.	Диаметр цилиндра	DЦИЛ	0,35	м
4.	Ход поршня цилиндра	SЦ	1,4	м
5.	Частота на режиме МДМ	nMAX		об/мин.
6.	Частота на нижней границе ОДР	nMIN		об/мин.
7.	Удельный расход топлива на режиме МДМ	Ве	0,178	кг/кВтч
8.	Среднее эффективное давление на режиме МДМ	РеМАХ	19,1	бар
9.	Среднее эффективное давление на нижней границе ОДР	РеМIN	15,3	бар
10.	Масса шести цилиндрового агрегата	GA6		т
11.	Масса одного цилиндра	GЦ	10,88	т
12.	Длина шестицилиндрового агрегата	LА6	4,72	м
13.	Длина одного цилиндра	LЦ	0,6	м
14.	Вертикальный габарит	НГАБ	5,42	м
15.	Ремонтный габарит	НРЕМ	7,08	м
16.	Ширина двигателя по фундаментной раме	ВФР	2,2	м

 

2.1. Определение длины и массы четырех цилиндрового агрегата.

;

(м).

;

(т).

 

3. Построение диаграммы допустимых расчетных режимов.

3.1. Определение мощности на режиме МДМ.

;

(кВт).

 

3.2. Определение мощности на режиме ОДР.

;

(кВт).

 

3.3. Определение мощности на эксплуатационном режиме.

;

(кВт).

 

 

3.4. Определение частоты на эксплуатационном режиме.

;

(об/мин).

 

3.5. Определение частоты при испытаниях.

;

(об/мин).

 

3.6. Определение располагаемой мощности при эксплуатационных оборотах.

;

(кВт).

 

3.7. Определение располагаемой мощности на привод валогенератора.

;

(кВт).

 

3.8. Определение нагрузки судовой электростанции на ходу.

;

(кВт)

 

Диаграмма Рис.1

 

 

4. Определение диаметра винта.

;

где t = 0,2 – коэффициент засасывания, учитывающий работу винта за корпусом судна;

n_В = n_Э = 164 (об/мин).

(м).

 

4.1. Определение максимального диаметра винта.

;

где Т = 6,5 (м) – расчетная осадка; к_D = 0,7.

(м).

 

5. Выбор альтернативного СОД.

По рассчитанной в п. 1 требуемой мощности из типоразмерного ряда производим выбор СОД.

Марка цилиндра – L 32/40.

№ п/п	Наименование	Обозначение	Величина	Единицы измерения
1.	Мощность одного цилиндра	NЦ		кВт
2.	Число цилиндров	zЦ		шт.
3.	Диаметр цилиндра	DЦИЛ	0,32	м
4.	Ход поршня цилиндра	SЦ	0,4	м
5.	Частота на режиме МДМ1	nMAX		об/мин.
6.	Удельный расход топлива на режиме МДМ	Ве	0,179	кг/кВтч
7.	Вертикальный габарит	НГАБ	4,86	м
8.	Ширина двигателя	В	2,88	м
9.	Коэффициенты массы	AG	18,3	-
10.		BG	4,75	-
11.	Коэффициенты длины	AL	5,1	-
12.		BL	0,67	-

5.1. Определение оптимальных оборотов винта.

;

(об/мин).

 

5.2. Определение передаточного отношения редуктора.

;

.

 

5.3. Определение крутящего момента на входном валу.

;

.

 

5.4. Выбор редуктора.

Из типоразмерного ряда выбираем редуктор.

Типоразмер – 900.

№ п/п	Наименование	Обозначение	Величина	Единицы измерения
1.	Длина	L	1,9	м
2.	Ширина	В	2,16	м
3.	Высота	Н	2,55	м
4.	Масса	G	14,5	т

 

5.5. Определение длины СОД.

;

(м).

5.6. Определение длины агрегата СОД.

;

(м).

 

Т.к. 3,52 < 11,69, т.е. L_МОД < L_АГР^СОД, то в рассчитываемой судовой энергетической установке будем устанавливались МОД.

 

6. Определение диаметров валопроводов.

6.1. Определение основного расчетного диаметра валопровода – диаметра промежуточного вала.

;

(мм).

 

6.2. Определение диаметра гребного вала.

;

(мм).

 

6.3. Уточнение диаметра гребного винта.

Принимаем категорию ледового усиления – Л3. Т.е. судно может плавать круглогодично в легких ледовых условиях, в мелкобитом разреженном льду не арктических морей.

При категории ледового усиления Л3 необходимо увеличить диаметр гребного вала на 5%.

(мм).

 

6.4. Выбор диаметров промежуточного и гребного вала из типоразмерного ряда.

d_ПР = 260 (мм).

d_ГР = 360 (мм).

 

6.5. Определение диаметра болта.

;

где i = 6 ¸ 8 – число болтов; D – диаметр центровой окружности расточки болтов.

(мм).

(мм).

Из типоразмерного ряда выбираем диаметр болта (мм).

 

6.6. Определение диаметра фланца.

;

(мм).

 

7. Определение размеров МКО.

7.1. Определение L_АП.

;

;

(м).

 

7.2. Определение L_КОН.

;

(мм) = 1 (м).

 

7.3. Определение L_{РЕМ. ГР.В.}

;

где L_{НОС. ГР.В.} = 1 (м).

(м).

 

7.4. Определение L_МКО.

;

где L_НОС = 1 (м).

(м).

 

7.5. Определение расстояния до оси вала.

;

(м).

 

7.6. Определение расстояния между опорами.

На каждом валу должно быть не менее двух опор.

;

(м).

 

.

 

;

(м).

 

7.7. Определение допусков.

;

а) ;

.

б)

.

 

 

Рис. 2. МКО

 

 

8. Параметры, предъявляемые фирмой изготовителем МОД к оборудованию.

№ п/п	Наименование	Обозначение	Величина для 1-го цилиндра	Величина для 4-х цилиндров	Единицы измерения
1.	Расход воздуха	GVOZ	1,72	6,88	кг/с
2.	Расход газов	GGAZ	1,75		кг/с
3.	Температура газов	ТGAZ		°С
4.	Подача циркуляционного топливного насоса	W1	0,33	1,32	м3/ч
5.	Подача топливоподкачивающего насоса	W2	0,2	0,8	м3/ч
6.	Подача насоса пресной воды	W3	7,17	28,68	м3/ч
7.	Подача насоса забортной воды	W4	21,7	86,8	м3/ч
8.	Подача главного масляного насоса	W5			м3/ч
9.	Подача насоса смазки распределительного вала	W6	0,17*	0,68	м3/ч
10.	Отвод тепла от продувочного воздуха	QVOZ	273,3	1093,2	кВт
11.	Поток забортной воды через воздухоохладитель	WVOD	13,2	52,8	м3/ч
12.	Отвод теплоты с маслом	QМ	69,2	276,8	кВт
13.	Поток забортной воды через маслоохладитель	WM VOD	8,5		кВт
14.	Отвод теплоты от пресной воды	QHOL	116,7	466,8	кВт
15.	Подвод теплоты к топливу	QT	8,7	34,8	кВт

* – распределительный вал, кроме применяемой консистентной системы смазки применяется гидропривод выхлопного клапана, подача которого указана.

 

 

Характеристики насосов.

	Давление, бар	ТМАХ, °С
Топливный подкачивающий
Топливный циркуляционный
Смазки распределенный
Смазки распределительного вала
Забортной воды	2,5
Пресной воды

 

Потери теплоты в помещениях МКО на режиме МДМ в процентах от тепловыделения двигателем

Диаметр цилиндра, см	Потери теплоты, %
		2,0
		1,8
		1,5
		1,3
		1,2
		1,1

 

9. Выбор насосов.

9.1. Выбор циркуляционного топливного насоса.

Подача циркуляционного топливного насоса – W₁ = 1,32 (м³/ч).

В качестве циркуляционного топливного насоса принимаем шестеренный насос.

Марка – ШФ 2 – 25 – 1.4/165 – 13

№ п/п	Наименование	Обозначение	Величина	Единицы измерения
1.	Подача	W	1,4	м3/ч
2.	Давление нагнетания	Р	1,6	МПа
3.	Частота вращения	n		об/мин
4.	Мощность	N	2,2	кВт
5.	Длина	L		мм
6.	Ширина	В		мм
7.	Высота	Н		мм
8.	Масса сухая	GС		кг
9.	Масса рабочая	GР	58,5	кг

9.2. Выбор топливоподкачивающего насоса и насоса смази распределительного вала.

Подача топливоподкачивающего насоса – W₂ = 0,8 (м³/ч).

Подача насоса смазки распределительного вала – W₆ = 0,68 (м³/ч).

В качестве топливоподкачивающего насоса и насоса смазки распределительного вала принимаем винтовой насос.

Марка – ЭВ 0,6/25 – 1/6, 3Б – 2

№ п/п	Наименование	Обозначение	Величина	Единицы измерения
1.	Подача	W		м3/ч
2.	Давление нагнетания	Р	0,63	МПа
3.	Частота вращения	n		об/мин
4.	Мощность	N	1,15	кВт
5.	Длина	L		мм
6.	Ширина	В		мм
7.	Высота	Н		мм
8.	Масса сухая	GС		кг
9.	Масса рабочая	GР	30,5	кг
10.	Высота всасывания	НВСАС	6,5	м

 

9.3. Выбор насоса пресной воды.

Подача насоса пресной воды – W₃ = 28,68 (м³/ч).

В качестве насоса пресной воды принимаем центробежный насос.

Марка – НЦВ 40/30 Б.

№ п/п	Наименование	Обозначение	Величина	Единицы измерения
1.	Подача	W		м3/ч
2.	Напор	Р		Дж/кг
3.	Частота вращения	n		об/мин
4.	Мощность привода	N	7,5	кВт
5.	Длина	L		мм
6.	Ширина	В		мм
7.	Высота	Н		мм
8.	Масса	G		кг
9.	Минимальная подача	QMIN		м3/ч
10.	Максимальная подача	QMAX		м3/ч

 

9.4. Выбор насоса забортной воды.

Подача насоса забортной воды – W₃ = 86,8 (м³/ч).

В качестве насоса забортной воды принимаем центробежный насос.

Марка – НЦВ 100/30 А.

№ п/п	Наименование	Обозначение	Величина	Единицы измерения
1.	Подача	W		м3/ч
2.	Напор	Р		Дж/кг
3.	Частота вращения	n		об/мин
4.	Мощность привода	N		кВт
5.	Длина	L		мм
6.	Ширина	В		мм
7.	Высота	Н		мм
8.	Масса	G		кг
9.	Минимальная подача	QMIN		м3/ч
10.	Максимальная подача	QMAX		м3/ч

 

9.5. Выбор главного масляного насоса.

Подача главного масляного насоса – W₅ = 64 (м³/ч).

В качестве главного масляного насоса принимаем винтовой насос.

Марка – ЭВ 125/16 – 3 – 80/45.

№ п/п	Наименование	Обозначение	Величина	Единицы измерения
1.	Подача	W		м3/ч
2.	Давление нагнетания	Р	0,4	МПа
3.	Частота вращения	n		об/мин
4.	Мощность привода	N		кВт
5.	Длина	L		мм
6.	Ширина	В		мм
7.	Высота	Н		мм
8.	Масса сухая	GС		кг
9.	Масса рабочая	GР		кг
10.	Высота всасывания	НВСАС		м

 

 

10. Расчет теплообменного аппарата.

 

 

Рис. 3. Теплообменный аппарат.

где НЗВ – насос забортной воды; МО – маслоохладитель; ВВХ – водоводяной холодильник

 

10.1. Определение температур на входе и выходе из теплообменного аппарата.

Начальные параметры:

t_M = 42 °C

t_ПР = 75 °C

t_ЗВ1 = 32 °C

с_ЗВ = c_ПР = 4,2

с_М = 2,05

 

;

°C.

;

°C.

;

°C.

°C.

 

10.2. Определение среднего температурного напора маслоохладителя.

;

°C.

 

10.3. Определение среднего температурного напора водоводяного холодильника.

;

°C.

 

10.4. Определение поверхности теплопередачи маслоохладителя.

;

(м²).

 

10.5. Определение поверхности теплопередачи водоводяного холодильника.

;

(м²).

 

 

10.6. Выбор водоводяного холодильника

В качестве водоводяного холодильника принимаем кожухотрубный охладитель пресной воды марки – 26.9 – 420 – 4.

№ п/п	Наименование	Обозначение	Величина	Единицы измерения
1.	Поверхность теплопередачи	FВВХ	26,9	м2
2.	Расход забортной воды	GЗВ	26,4	кг/с
3.	Расход пресной воды	GПВ	2,7	кг/с
4.	Давление в полости забортной воды	РЗВ		МПа
5.	Давление в полости пресной воды	РПВ		МПа
6.	Гидравлическое сопротивление забортной воды	RГ	0,04	МПа
7.	Длина	L		мм
8.	Ширина (диаметр)	В		мм
9.	Высота	Н		мм
10.	Масса брутто	G		кг

 

10.7. Выбор маслоохладителя.

В качестве маслоохладителя принимаем кожухотрубного охладителя масла марки – ОКН 220 – 1050 – 1.

№ п/п	Наименование	Обозначение	Величина	Единицы измерения
1.	Поверхность теплопередачи	FМО		м2
2.	Расход забортной воды	GЗВ	125,1	кг/с
3.	Расход масла	GМ		кг/с
4.	Давление в полости забортной воды	РЗВ	0,6	МПа
5.	Давление в полости масла	РМ		МПа
6.	Гидравлическое сопротивление по воде	RГ	0,02	МПа
7.	Гидравлическое сопротивление по маслу	RМ	0,13	МПа
8.	Длина	L		мм
9.	Ширина (диаметр)	В		мм
10.	Высота	Н		мм
11.	Масса брутто	G		кг

 

11. Топливная система.

Топливная система предназначена для приема, хранения, перекачивания, очистки, подогрева и подачи топлива потребителю.

 

 

Рис. 4. Схема топливной системы.

11.1. Определение запасов топлива.

;

где к_М = 1,05 ¸ 1,2 – коэффициент морского запаса, учитывающий задержки судна в рейсах;