1.3.2 Требования к эу сухогруза и выбор типа эу

При проектировании судна следует руководствоваться следующими основными соображениями:

- Экономия времени и средств как во время плавания, так и при стоянке в порту.

- Возможность обеспечения одновременной работы максимального количества грузоподъемных, грузообслуживающих механизмов.

- Оптимальный расход топлива движительной установкой и силовым генератором.

- Оптимальные обводы корпуса.

- Расчетный срок эксплуатации (30 лет).

- Защита груза от загрязнения.

- Простота в эксплуатации и при проведении инспекций.

Учитывая требования к ЭУ сухогруза, а как-то: надежность, большой срок службы, экономичность, а также опыт постройки и эксплуатации судов данного типа, наиболее целесообразным является применение энергетической установки дизельного типа.

Поршневые двигатели внутреннего сгорания (дизели) относятся к тому классу тепловых двигателей, у которых химическая энергия топлива пре­образуется в тепловую непосредственно внутри рабочего цилиндра.

Значительный температурный перепад между наибольшей темпера­ту­рой газов при сгорании и наименьшей их температурой в конце процесса расширения (около 800  1000 К) обуславливает получение высокого ко­эф­фициента полезного действия рабочего цикла.

Применяемый в этих двигателях способ использования химической энергии топлива является одним из наиболее рациональных, так как позво­ляет обойтись при осуществлении рабочего цикла без промежуточного ра­бо­чего тела (например, пара).

Несмотря на наличие ряда тепловых потерь (в основном с отрабо­тав­шими газами и в охлаждающую цилиндр среду), современные двига­тели внутреннего сгорания, и в особенности дизели, являются наиболее эконо­мичными среди других видов тепловых двигателей, а следовательно, и наи­более совершенными.

Судовые дизельные установки (СДУ) по сравнению с другими ви­дами энергетических установок обладают рядом технико-экономических и экс­плуатационных показателей:

• постоянной готовностью к действию благодаря минимальному вре­мени, необходимому для подготовки дизеля к пуску;

• высокой степени использования теплоты топлива: эффективный КПД лежит в пределах от 40 до 45 %, что соответствует удель­ному расходу топлива от 160 до 140 ;

• возможностью длительной работы без пополнения запасов топ­лива на судне;

• пожаро- и взрывобезопасностью;

• относительно низким температурным уровнем, создаваемым в ма­шинном отделении, что создает хорошие условия для работы об­служивающего персонала;

• простотой осуществления дистанционного автоматического управле­ния;

• широким диапазоном мощности, частоты вращения, габаритов и массы двигателей, позволяющим создавать высокоэффективные установки для судов самого различного назначения и тоннажа.

1.3.3 Определение мощности ду сухогруза и выбор типа дизеля

При выборе типа главного двигателя (дизеля) судна необходимо руководствоваться величиной буксировочной мощности.

Буксировочная мощность – это мощность, которую необходимо за­тратить на преодоление сил сопротивления.

Ориентировочно значение эффективной мощности (Nе) можно получить при помощи обратного адмиралтейского коэффициента:

где D_B - водоизмещение судна, т.

Значение Ne, можно определить при помощи коэффициента энергонасыщенности:

Примерные значения коэффициента энергонасыщенности для сухогруза равны: 0,30,9.

Выбираем для нашего типа судна:

Находим эффективную мощность по формуле:

Сравниваем полученное значение Ne, со значением оценочной эффективной мощности по формуле:

Ne=0.5(N_e1+N_e2)=2472 кВт.

Опираясь на вышеприведенный расчет, а именно на полученные данные по мощности главного двигателя, выбираем для судна один двигатель внутреннего сгорания – дизель четырехтактный с V-образным расположением цилиндров и струйным распыливанием топлива. За прототип целесообразно принять двигатель 16ЧН 26/26 (12ЧН 26/26). Реверс в СЭУ будет осуществляться за счет применения реверс-редуктора, что упростит конструкцию дизеля.

Одна из основных задач проектирования - правильный выбор типа главного двигателя. Исходными данными для этого служит тип и назначение судна, районы плавания, режимы работы установок, условия размещения двигателей, требования к массогабаритным показаниям установки, а также требования Регистра.

Малооборотные ДВС (МОД), как правило, используются в установках с прямой передачей. Они обладают высокой цилиндровой мощностью (до 3000 кВт) и большим ресурсом (до 100000 час), однако значительно уступают другим типам ДВС по массогабаритным показателям.

Тяжелое топливо, стоимость которого по отношению к легкому дизельному топливу ниже в среднем в 2 раза, применяется в МОД и СОД.

Использование среднеоборотного дизеля (СОД) вместо МОД такой же мощности обеспечивает уменьшение массы установки в 1,52 раза и сокращение занимаемого ею объема в 1,41,7 раза.

Быстроходные ДВС (ВОД) устанавливают главным образом на судах на подводных крыльях и воздушной подушке.

Мощность дизеля:

По агрегатной мощности Ne дизель относится к дизелям высокой мощности (Ne=2000 ÷20000л.с.)

Цилиндровая мощность изменяется в широких пределах в зависимости от D, s, n и р_е:

где i – число цилиндров,

i = 12 – принимаем для судового четырехтактного двигателя;

Частота вращения и средняя скорость поршня:

При непосредственном соединении дизеля с винтом задаётся частота вращения n_B винта. Частота вращения дизелей, работающих через редукторную передачу, может быть выбрана повышенной, поэтому при непосредственном соединении с винтом обычно применяют МОД, а при редукторной передаче СОД и ВОД.

Принимаем среднеоборотный дизель, работающий через редукторную передачу, который при необходимой развиваемой мощности (2472л.с.) имеет оптимальные массогабаритные показатели по сравнению с малооборотными дизелями.

Главным критерием дизеля является ход поршня:

Зная агрегатную и цилиндровую мощность, число оборотов, принимают диаметр цилиндра D.

Выбранные значения D и S, их отношение и средняя скорость поршня С_m должны соответствовать классу проектируемого двигателя:

Для СОД – n=300750 об/мин;

S/D=1,01,8;

Сm=6,510 м/с.

Принимаем для СОД при частоте оборотов n = 750 об/мин:

s = 260 мм, D = 260 мм, s/D = 1,0.

Число цилиндров:

В прототипе 16ЧН 26/26 16 цилиндров, принимаем количество цилиндров 12, так как необходимая мощность меньше мощности прототипа

Габариты ДВС:

Определяющим габаритом для ДВС является его длина. В первом приближении длина двигателя на фундаментальной раме равна:

где: а - расстояние между осями, выраженное в количестве диаметров цилиндра, D: Для четырехтактных СОД а= от 1,2 до 1,4

Принимаем а = 1,2.

Ширина двигателя на фундаментальной раме:

где b - коэффициент, равный 5,2-6 для СОД и ВОД со сложным расположением цилиндров,

принимаем b = 5,9.

Высота двигателя от оси коленчатого вала до крайней верхней точки:

где b₁ - коэффициент, равный для тронковых ДВС 4,65,0,

принимаем b₁ = 5.

Расстояние по высоте от оси коленчатого вала до нижней точки:

где b₂ - коэффициент, равный 1,252, принимаем b₂ = 2.

Общая высота двигателя:

Массу двигателя можно определить через удельную массу g_Д:

Величина g=1020 кг/кВт для двух- и четырехтактных СОД. Принимаем g_Д = 10.

После принятия решения о размере двигателя следует оценить ожидаемое значение среднего эффективного давления Р_е (МПа) по формуле:

где z=0.5 – коэффициент тактности.

Характеристики прототипа (2-2Д49) двигателя приведены (табл.1.1):

Таблица 1.1

Параметр	Ед.изм.	Значение параметра
Количество цилиндров	-	12
Диаметр цилиндра	мм	260
Ход поршня	мм	260
Выходная мощность	кВт	2472
Частота вращения	об/мин	750
Среднее эффективное давление	бар	20,12
Средняя скорость поршня	м/с	5,7
Чистая масса двигателя	т	15,17
Охлаждающая среда:
Рубашка цилиндра	-	пресная вода
Воздухоохладитель системы очистки	-	пресная вода
Поршень	-	смазочное масло
Система пуска	-	сжатый воздух (максимальное давление 30 бар)

Используемые масла М10Г2ЦС М14Г2ЦС М16Г2ЦС(ГОСТ 12337-84)

Дизельное топливо летнее/зимнее ГОСТ 305–8

Внешний вид дизеля сухогруза представлен на рис.1.2

Рис.1.2 Внешний вид дизеля сухогруза

Сборочный чертеж дизеля – поперечный разрез 12 ЧН 26/26 представлен на рис. 1.3.

Рис. 1.3 Главный двигатель

Двигатель устанавливается фундаментной рамой на двойное дно, усиленное в районе установки. С боков и кормы двигатель закреплен с помощью упоров. Рама двигателя устанавливается на прокладки. Компенсаторы вибрации устанавливаются в верхней части двигателя.

Главная энергетическая установка сухогруза состоит из одновальной дизельной установки. Главный двигатель судна - среднеоборотный дизель. Крутящий момент от двигателей передается на вал, редуктор и далее на гребной винт.

В кормовой части машинного отделения располагаются насосы воды, масла, компрессоры (2 шт), баллоны с воздухом. В носовой части - цистерны масла, топлива, дизель-генераторы (2 шт), главный распределительный щит, паровой котел.

Чертеж расположения пропульсивной установки сухогруза и компоновки машинного отделения представлен на рис.1.4.

Рис. 1.4 Компоновка машинного отделения