Расчетные характеристики масляных цистерн

Тип двигателя	Место хранения масла	Кратность циркуляции z, 1/ч	Удельное количество масла bму, л/кВт	Периодичность смены масла, ч
МОД СОД СОД с повышенной частотой вращения КВ ВОД ВОД	Сточная цистерна » » » » » » Картер	4…15 25…40 50…60 75…90 80…100	1,4…5 1,5…3,0 1,0…1,5 0,5…1,5 0,25…0,6	5000 1000 800 500 300

Объём сточно-циркуляционной цистерны (маслосборника) принимают на 40…50% больше объема хранящегося в циркуляционной системе масла. Это объясняется тем, что масло в цистерну поступает нагретым и вспененным, и поэтому цистерна заполняется обычно не более чем на 0,7...0,8 высоты. Объём сточно-циркуляционной цистерны V_цц, м³, определяют по формуле

где Q_мо - подача откачивающей секции насоса, м³/ч; z - кратность циркуляции масла (принимается по табл. 2), k =1,05...1,07 - коэффициент, учитывающий «мёртвый» остаток.

Объем цистерн расходных или сепарированного масла, V_рм, м³, зависит от вместимости систем смазки двигателей и определяется по формуле

,

где ∑V_мс – суммарная вместимость маслосборников и картеров работающих главных и вспомогательных двигателей, м³.

Объем цистерны отработавшего масла, м³,

V_ом = 0,6n∑V_цц,

где n - число смен масла за период автономного плавания, определяется по данным табл.2; ∑V_цц – суммарный объем сточно-циркуляционных цистерн главных и вспомогательных двигателей, м³. Как правило, вместимость цистерны отработавшего масла определяется из условия одной смены циркуляционного масла за принятую автономность плавания.

Объем запасных масляных цистерн, м³, для хранения запаса масла на период автономного плавания составит

,

где В_м – общий запас масла, кг; - плотность масла, кг/м³, k_м =1,1 – коэффициент, учитывающий «мертвый» запас. Общий запас масла, кг, определяется по формуле

B_м = (kb_мN_e+k' )τ_пл,

где b_м, - удельные расходы масла главных и вспомогательных двигателей, кг/кВт·ч; – суммарное количество масла, заливаемого в картеры двигателей, кг; τ_м – периодичность смены масла, ч, в главных и вспомогательных двигателях (принимается из табл. 2); τ_пл – автономность плавания, ч.

5. Топливная система

Топливные системы предназначены для приема, хранения, перекачивания, очистки, подогрева и подачи топлива к главным и вспомогательным двигателям, автономным топливным котельным установкам.

Вначале дается краткое описание системы с указанием: назначения системы, сорта топлива (марка, ГОСТ), используемого для главных, вспомогательных двигателей и автономных котлов, состава оборудования (отстойные, расходные и утечного топлива цистерны, дежурно-топливные и топливоперекачивающие насосы, сепаратора и т. д.). Указывается материал труб и арматуры, контрольно-измерительные приборы.

Большинство двигателей теплоходов при мощностях N_e > 400 кВт на основных режимах плавания работают на тяжелых (вязких) сортах топлива. Легкое (маловязкое) топливо используется при пуске, на переходных режимах и перед остановкой. Поэтому в составе дизельных СЭУ необходимо наличие двух топливных систем: тяжелого и легкого топлива. Первая система обеспечивает также работу автономных котлов, а вторая - работу вспомогательных двигателей.

Следует отметить, что при работе на тяжелых сортах топлива в системах необходимо установить подогреватели, которые обеспечивают подогрев и снижение вязкости топлива перед подачей его в двигатель, необходимо предусмотреть также подогрев топлива и во всех топливных цистернах.

Далее определяют параметры комплектующего оборудования.

Насосы. В топливных системах применяются в основном поршневые, шестеренные и винтовые насосы. Поршневые насосы имеют высокую всасывающую способность и практически не изменяющуюся подачу с увеличением давления в системе. Общий КПД поршневых насосов составляет 70…90%. Для привода применяют преимущественно электродвигатели, привод от коленчатого вала двигателя встречается редко. Наибольшее распространение в судовых дизельных установках получили шестеренные насосы, имеющие КПД в пределах 50…70%. Всасывающая способность их достаточно высока, но уступает поршневым. Подача насосов не превышает 50…60 м³/ч при давлении 0,5 МПа. Насосы приводятся в действие как от электродвигателя, так и от коленчатого вала. Винтовые насосы находят применение для перекачки вязких жидкостей. В судовых их подача обычно не превышает 300…400 м³/ч, а давление 1,0…1,2 МПа, КПД составляет 80…85%.

При выборе подачи насоса и создаваемого им давления необходимо учитывать, что слишком большие их значения ведут к росту мощности привода, что снижает эффективность установки.

Подача насосов системы в общем случае определяется по выраже­нию

, м³/ч,

где V - объем топлива, который необходимо перекачать на номинальном режиме работы установки, м³; τ - время, в течение которого необходимо перекачать заданный объем, ч; i - число одновременно действующих насосов; k=1,15…1,18 - коэффициент запаса по подаче.

Мощность, потребляемая насосом, определяется аналогично мощности насоса системы охлаждения.

Топливоперекачивающие насосы предназначены для заполнения расходных цистерн, перекачки топлива по судну и выдачи его на берег или другому судну. При определении параметров топливоперекачивающего насоса принимается, что подача насоса должна быть такой, чтобы обеспечить откачку топлива, из наибольшей по объему цистерны основного запаса V_оз, м³, за время = 2...4 часа. В то же время насос должен обеспечить перекачку не менее суточного расхода топлива главным двигателем за время =1…2 ч на режиме его максимального потребления. Таким образом,

где В - часовой расход топлива главным двигателем, кг/ч; b_е - удельный расход топлива, кг/кВт·ч; N_е - мощность главного двигателя, кВт; i – число одновременно действующих насосов, ρ_т - плотность топлива, кг/м³, принимается в зависимости от сорта используемого топлива, в расчетах можно принять = 840 кг/м³ - для легкого топлива и = 920 кг/м³ – для тяжелого при температуре 60 ^оС.

Давление, развиваемое насосом, принимается от 0,25 до 0,5 МПа. В установках, где поставлен отдельный топливоперекачивающий насос легкого топлива, то его подача должна обеспечить перекачку не менее четырёхчасового расхода топлива за время τ₂ = 0,2…0,5 ч при давлении 0,2…0,4 МПа.

Топливоперекачивающий насос должен обладать хорошими всасывающими способностями и развивать большое давление. С этой точки зрения предпочтительна установка поршневого насоса. На судах небольшого водоизмещения применяют винтовые или шестеренные насосы.

Для подачи топлива из цистерны основного запаса в расходную устанавливают топливоподкачивающий (дежурный) насос, подача которого выбирается из условия заполнения расходной цистерны за 20…30 мин:

, м³/с,

где V - объём заполняемой цистерны, м³.

Подача топливоподкачивающих насосов должна в 1,5…2,5 раза превышать часовой расход топлива двигателем. Расчетное давление дежурного насоса принимается 0,25…0,50 МПа.

Топливоподкачивающие насосы устанавливают винтового или шестеренного типа.

Подача ручного резервного насоса выбирается из условия заполнения расходной цистерны в течение 1 ч

^.

Сепараторы. Предназначены для очистки топлива в случае его обводнения или загрязнения. Выбор типоразмера сепаратора производится из условия обеспечения очистки топлива от воды и механических примесей до требуемых норм в количестве, необходимом для работы на расчетном ходовом режиме главных двигателей (ГД), двигателей ДГ и автономных котлов. Производительность устанавливаемого для очистки топлива сепаратора определяют из условия очистки суточного расхода топлива за 8...12 ч:

м³/ч,

где k – количество ГД, b_e – удельный расход ГД, кг/кВт·ч N_e – мощность ГД, кВт, - количество ДГ, - удельный расход топлива двигателем ДГ, кг/кВт·ч, - мощность двигателя ДГ, - количество автономных котлов, B_к – часовой расход топлива котла, кг/ч, ρ_т – плотность топлива, кг/м³, принимается в зависимости от сорта используемого топлива (в расчетах можно принять ρ_т = 840 кг/м³ - для легкого топлива и ρ_т = 920 кг/м³ – для тяжелого).

В установках, работающих только на легком топливе, продолжительность сепарации принимается по нижнему значению.

В соответствии с рекомендациями Правил в топливной системе необходимо предусмотреть установку не менее двух саморазгружающихся сепараторов топлива одного типа, которые должны обеспечивать очистку как тяжелого, так и легкого топлива.

Подогреватели. Для поддержания необходимой вязкости тяжелого топлива в допустимых пределах (обычно около 10…15 сСт) в состав системы включают подогреватели. Подогрев ведется как в запасных, так и расходных цистернах. В запасных цистернах топливо подогревается водой или паром до температуры 30…60 ⁰С, в расходных - до 40…60 ⁰С, в подогревателях тяжелого топлива перед подачей в двигатель - 110…120 ⁰С; при этом температура должна быть не менее чем на 10 ⁰С ниже температуры вспышки паров топлива. При расчете подогревателя определяется теплообменная поверхность.

Расчет ведут в следующей последовательности. Поток теплоты Р, кВт, необходимый для подогрева тяжелого топлива и доведения его до температуры, при которой оно будет иметь требуемую вязкость, составит (без учета теплопотерь в окружающую среду через стенки цистерны):

Греющая поверхность подогревателя F, м²:

Расход греющего пара (воды) G, кг/ч:

В приведенных формулах: Q_v - объем подогреваемого топлива, м³; ρ_т - плотность подогреваемого топлива, кг/м³; с_т - теплоемкость подогреваемого топлива (может быть принята = 1,68…2 кДж/кг·К); T₁, T₂ - начальная и конечная температура подогреваемой жидкости, К; k₁ = =1,1…1,15 — коэффициент запаса греющей поверхности; k – коэффициент теплопередачи, который может быть принят: от воды к воде – 1,2…2,3 кВт/м²·К, от конденсирующегося пара к воде – 2,9…4 кВт/м²·К, от конденсирующегося пара к маслу (мазуту) – 0,12…0,4 кВт/м² ·К, - температурный напор; T_s – температура греющего пара при рабочем давлении, в расчетах можно принять равной 150 ⁰С; i , i – энтальпия греющего пара и конденсата (для водяных грелок соответственно энтальпия горячей и холодной (на выходе из подогревателя) воды, кДж/кг; η =0,97…0,98 – КПД подогревателя.

Окончательный выбор подогревателей производится по каталогам выпускаемой продукции.

Цистерны. Вместимость запасных цистерн определяется в зависимости от сорта используемого топлива.

При использовании тяжелого топлива главными двигателями и автономными котлами его запас определяется по формуле

В этом случае запас легкого топлива, необходимый для работы главных и вспомогательных двигателей,

Для дизельных установок, в которых главные и вспомогательные двигатели, автономные котлы работают на легком топливе, его запас можно определить по формуле

Емкость запасных цистерн, м³, для каждого вида топлива определяется по общей формуле

где - коэффициент, учитывающий «мертвый» запас.

Объём расходной цистерны принимается из условия хранения не менее 12-часового расхода тяжелых сортов топлива и не менее 8-часового расхода легкого топлива, м³:

В расчетную формулу введены коэффициенты, учитывающие недолив k_н = 1,01 и тепловое расширение k_т = 1,05. Целесообразно устанавливать отдельные расходные цистерны на каждый главный двигатель, а также на вспомогательные двигатели и автономные котлы.

Объём расходных цистерн для вспомогательных двигателей и автономных котлов определяют из условий обеспечения их работы в течение 4 часов (не менее), м³:

Отстойные цистерны предназначены для естественного отделения из топлива воды и механических примесей. Вместимость отстойных цистерн определяется из условия обеспечения отстаивания топлива, необходимого для работы ГД в течение 24 часов. Объем цистерн, м³, определяется по формуле

Объём цистерн вспомогательного назначения определяется из расчета на 1000 кВт мощности и составляет соответственно: цистерны грязного топлива и масла 0,1…0,3 м³, цистерны сбора протечек топлива и масла 0,3…0,1 м³. Объём цистерн сбора отходов сепарации должен составлять 8…12% суточного расхода топлива.