8 Расчет энергетических запасов

Масса запасов рабочих сред (топлива, масла, и технической воды) определяется не только типом и мощностью ЭУ, но и дальностью, автономностью и среднеэксплуатационной скоростью судна.

Общий запас топлива определяется по формуле:

Bт = (k^.be^.Ne + k₁^.be₁^.Ne₁ + k’^.B_к)^.t_пл ,кг,

где k - количество главных двигателей, k = 1;

k₁ - количество вспомогательных двигателей АДГ75, k₁ = 2;

k’ - количество автономных вспомогательных котлов, k’ = 1;

be - удельный расход топлива главным двигателем, be = 0,197 кг/(кВт·ч);

be₁ - удельный расход топлива вспомогательными двигателями АДГ75,

be₁ = 0,229 кг/(кВт·ч);

B_к - расход топлива автономным вспомогательным котлом, Bк = 5,1 кг/ч;

t_пл - автономность плавания, t_пл = 360 ч.

Bт = (1^. 0,197^.2160+ 2^.0,229^.85 + 1^.5,1)^. 360 = 169038 кг,

Емкость запасных топливных цистерн

,м³,

где k_м - коэффициент, учитывающий мертвый запас, k_м = 1,1;

r_т - плотность топлива, r_т = 850 кг/м³;

м³.

Общий запас масла определяем по формуле:

Bм = (k^.b_м^.Ne + k₁^.b_м1^.Ne₁ + G_м^сум/t_м)^.t_пл ,кг,

где b_м - удельный расход масла главными двигателями, b_м = 0,001 кг/(кВт-ч);

b_м1 - удельный расход масла вспомогательными двигателями АДГ75,

b_м1 = 0,00115 кг/(кВт-ч);

G_м^сум - суммарное количество масла, заливаемого в картер главных и вспомогательных двигателей:

(см. п.7.3).

t_м - периодичность смены масла, заливаемого в картер главных и вспомогательных двигателей для СОД, t_м = 275 ч.

Bм = (1·0,00156·2160+2·0,00115·85+1800/275)^.360 =3640кг

Емкость запасных масляных цистерн:

, м³,

где r_м = 850 кг/м³ - плотность масла;

м³

7 Выбор оборудования и систем сэу

7.1 Cистема сжатого воздуха

Система предназначена для пуска дизелей, продувки трубопроводов и поддержания постоянного давления в пневмоцистернах, обеспечения работы пневматических инструментов, механизмов, тифонов и т.д. Его вырабатывают компрессоры.

В соответствии с Правилами 7 на судне устанавливают два компрессора: навесной с приводом от ГД и автономный ручной или с приводом от электродвигателя.

Пуск дизеля проводят сжатым воздухом с давлением 2,5  3 Мпа для МОД и СОД. Запас сжатого воздуха в баллонах должен быть не менее, чем на 6 пусков. Число баллонов не менее двух с равной емкостью.

Суммарная емкость баллонов:

Для главного двигателя:

v^.Vs^.z^.n^.m^.Po

V_б =  (м³)

P - Pmin

где:

v = 7 м³/м³ - удельный расход воздуха на м³ объема цилиндра двигателя

3,14^.D_ц^2.S

V_s =  (м³) - рабочий объем цилиндра двигателя,

4

Dц=0,28 м - диаметр цилиндра двигателя,

S=0,3 м - ход поршня,

3,140,28^2.0,3

Vs =  = 0,018 (м³),

4

z=8 - число цилиндров двигателя,

n=1 - число двигателей,

m = 6 - число последовательных пусков,

Po = 0,1 Мпа - давление окружающей среды,

P = 3 Мпа - давление в баллонах для СОД,

P_min =1,5 Мпа - минимальное давление при котором возможен запуск ГД для СОД,

Принимаем два баллона для пуска главного двигателя ёмкостью по 0,4 м³.

Для вспомогательных двигателей:

v = 7 м³/м³ - удельный расход воздуха на м³ объема цилиндра двигателя;

Dц=0,13 м - диаметр цилиндра двигателя;

S=0,14 м - ход поршня;

3,140,13^2.0,14

Vs =  = 0,0018 (м³);

4

z=6 - число цилиндров двигателя;

n=3 – число вспомогательных двигателей;

m = 6 - число последовательных пусков;

Po = 0,1 Мпа - давление окружающей среды,

P = 7 Мпа - давление в баллонах для ВОД,

P_min =1,5 Мпа - минимальное давление при котором возможен запуск для ВОД,

Принимаем два баллона для пуска вспомогательного двигателя ёмкостью по 0,03 м³.

Объем тифонных баллонов

м³,где:

= 6 м³/мин - расход свободного воздуха тифоном;

_c = 10 мин - время подачи сигнала для пополнения баллона;

P₀ = 0,1 Мпа – давление окружающей среды;

P_1t = 3 Мпа - начальное давление в тифонном баллоне;

P_2t = 0,5 Мпа - минимальное давление в тифонном баллоне,

.

Подача воздуха на вспомогательные механизмы производится из тифонных баллонов.

Подача компрессора

Подача компрессора определяется из условия заполнения пусковых баллонов в течение 1 часа от Pmin до рабочего давления.

м³/ч,

где:

=0,4 -суммарный объем пусковых баллонов главного двигателя, м³,

.

2. Система охлаждения

Система предназначена для охлаждения двигателей и отвода тепла от рабочих жидкостей: масла, воды, топлива и от продувочного воздуха.

Состав системы: насосы (обеспечивают циркуляцию воды в системе), охладители (для отвода тепла в воду), расширительные цистерны (для компенсации объема и удаления воздуха из системы), терморегуляторы (поддерживают температуру воды и охлаждающей жидкости), трубопроводы.

Тип системы охлаждения - двухконтурная замкнутая.

Подача насоса пресной воды

,

где:

коэффициент запаса подачи;

доля теплоты, отводимая пресной водой;

Q_н^р = 42700 кДж/кг - низшая теплота сгорания топлива;

плотность воды;

теплоемкость воды;

-разность температур на входе и выходе из двигателя;

b_e = 0,197 кг/кВт^.ч - удельный расход топлива ГД

Ne = 2160 кВт - мощность ГД

.

Подача насоса забортной воды

,

где:

коэффициент запаса, учитывающий расход забортной воды на охлаждение компрессора;

доля теплоты, отводимая пресной водой,

-доля теплоты отводимая с маслом,

теплоемкость забортной воды,

- перепад температуры забортной воды,

.

Мощность, потребляемая насосом.

С целью унификации насосы пресной и забортной воды рекомендуется принимать с одинаковой производительностью. Необходимый напор насосов должен быть не менее 0,25 МПа. Выбираем насосы с производительностью 20 м³/ч. Тогда мощность, потребляемая насосом, равна:

,

где:

коэффициент запаса мощности,

Q = 0,0055м³/с - подача насоса;

Р = 250 кПа - давление;

 = 0,55 - к.п.д. насоса;

.

Поверхность охлаждения холодильника системы охлаждения определяется по формуле

, м²,

где k =3 кВт/м²К - общий коэффициент теплопередачи;

Δt_ср- средняя разность температур:

,

где - температура пресной (внутреннего контура) воды на выходе из двигателя;

–температура пресной (внутреннего контура) воды за холодильником;

- температура забортной воды перед водяным холодильником;

- температура забортной воды после водяного холодильника.

80 ^oC.

2. Система масла

Масляная система обеспечивает подачу масла к трущимся поверхностям для уменьшения их трения и для отвода тепла, выделяющегося при трении. В состав оборудования входят

расходные, циркуляционные масляные цистерны, насосы, сепараторы, цистерны отработанного масла, холодильники, фильтры, терморегуляторы и др. Тип системы смазки - с “мокрым” картером. Суммарное количество масла в системе 375 кг, срок службы масла в главных двигателях и вспомогательных дизелях составляет 275 ч.

По назначению масляные насосы разделяются на перекачивающие, циркуляционные (нагнетательные и откачивающие) и прокачивающие. Выбор перекачивающего насоса производят исходя из необходимого времени перекачки требуемого объема масла.

Принципиальная схема масляной системы ДЭУ

На рисунке 7.1 показана принципиальная схема масляной системы дизельной установки. Масло в запасную цистерну 11 принимается с главной палубы (с двух бортов), где размещаются наливные палубные втулки 10. К трубопроводу, выходящему из запасной цистерны, подключены всасывающие магистрали резервного масляного насоса 12 и насоса 13 с ручным приводом. Всасывающие магистрали насосов 12 и 13 через систему трубопроводов и вентилей могут подключаться к трубопроводам цистерны сепарированного масла 14, сточной 20, маслосборников 2 циркуляционной смазочной системы главных дизелей, картеров главного 1 и вспомогательных 8 дизелей.

Нагнетательные магистрали насосов 12, 13 через систему трубопроводов и вентилей

позволяют раздельно подавать масло в маслосборники 2, в картеры вспомогательных дизелей 8, в нагнетательную магистраль циркуляционного насоса 4, отстойную 15 и сточную 20 цистерны, к упорным подшипникам 22 и при необходимости через палубные втулки 9 на главную палубу для выдачи на берег или другим судам.

Главный дизель 1 имеет циркуляционную смазочную систему с «сухим» картером. Масло из картера дизеля 1 отсасывающим насосом 3 подается в маслосборник 2, откуда циркуляционным насосом 4 направляется в фильтр грубой очистки 5 и далее через терморегулятор 6, холодильник 7 или в обход него в главную распределительную магистраль дизеля на смазку и охлаждения узлов последнего.

В случае выхода из строя одного из насосов 3 или 4 включается резервный масляный насос 12. Прокачка масла перед пуском дизеля может осуществляться резервным 12 или насосом 13 с ручным приводом. Свежим маслом циркуляционная смазочная система главного дизеля заполняется через маслоприемники 2 резервным или насосом с ручным приводом из запасной 11 или цистерны сепарированного масла 14. Отработавшее масло из циркуляционной смазочной системы удаляется через маслосборники 2 самотеком в сточную цистерну 20, которая оборудована змеевиковым подогревателем 21.

Из сточной цистерны масло насосом 12или 13 подается в отстойную цистерну 15. Отсюда масло насосом сепаратора 16 направляется в подогреватель масла 17 и затем в сепаратор 19. Из последнего очищенное масло насосом сепаратора 18 направляется в цистерну 14 или маслосборники 2, а загрязненные остатки из сепаратора и из поддонов всех цистерн сливаются в цистерну 20. Сепаратор должен осуществлять на ходу судна или на стоянках сепарирование масла, циркулирующего в смазочных системах дизелей. Для этой цели масло из маслосборников 2 поступает в сепаратор и после сепарирования вновь возвращается в маслосборник.

Вспомогательные дизели 8 имеют смазочную систему с «мокрым» картером. Заполнение системы свежим маслом производится в картеры дизелей насосом 13 с ручным приводом. Отработавшее масло из картера сливается самотеком в цистерну 20.

Рисунок 7.1 - Принципиальная схема масляной системы ДЭУ

Общее количество масла в картерах главных и вспомогательных двигателей

_, т,

где:

r_м=850 кг/м³ - плотность масла;

k_м=1,1 - коэффициент мёртвого запаса;

k=1 - количество ГД;

k₁=3 - количество АДГ75;

V=1^.N_e^.10^-3 - ёмкость маслосборника ГД;

V=1×2160^.10^-3=2,16 (м³);

N_e1=85 кВт - мощность АДГ75;

V₁ = 0,7^.N_e1^.10^-3 (м³) - ёмкость маслосборника АДГ75;

V₁=0,7×85×10^-3=0,06 (м³);

т.

Подача перекачивающего насоса:

V_р

Q_v =  ^.K (м³/с),

3600

где:

- объем расходной масляной цистерны;

V_МС = 2,34 м³ - объем масла;

 = 1 ч - время перекачки

K = 1,18- коэффициент запаса

2,57

Q_v =  ^.1,18 =

3600

Подача масляного насоса

где = 850 кг/м³ - плотность масла;

кДж/кг К - теплоемкость масла,;

- температурный перепад масла в масляном холодильнике.

.

Подача откачивающих масляных насосов принимается в 2…2,5 раза выше, чем подача нагнетательного, но при меньшем давлении (не более 0,1…0,15 МПа).

Мощность, потребляемая насосом:

k_з^.Q_v^.H

N =  (кВт)

_н

H = 400 кПа - напор для СОД,

_н = 0,55 - кпд насоса,

Q_v = - подача насоса,

K_з = 1,2 - коэффициент запаса мощности,

.

Для очистки масла в систему включается сепаратор.

Объем сточно-циркуляционной цистерны:

Q_v

V_цц = 1,45^. ^.K_з (м³),

Z

где:

Q_v = - подача циркуляционного насоса,

Z = 30 -кратность циркуляции масла для СОД,

K_з = 1,05 - коэффициент, учитывающий мертвый запас

.

Объем цистерн сепарированного масла:

V_cм = 1,3 V_МС (м³) - для одного ГД