Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Судовые энергетические установки. Методические рекомендации
.pdf
22
где
k
2
k
2
d
l
174
max
3
n
N
F
d
пр
3
100
n
N
k
d
гр
5,703,0
гр
dS
= 8400 – для подшипников скольжения смазываемых маслом;
Минимальное расстояние между смежными опорными подшипниками ва-
лопровода должно быть не менее
подшипника. В дейдвудных трубах длинной менее 4,5 диаметров вала в случае
применения подшипников в скольжения с водяной смазкой и 3-ех диаметров в
случае применения скольжения смазываемых маслом допускается установка
одного кормового подшипника.
валов определяются по следующим формулам:
где: F = 95 – для механических установок с роторными, главными механиз-
мами или ДВС, оборудованными гидравлическими или электромагнитными
муфтами;
F = 100 – для других типов механических установок с ДВС;
N – расчетная мощность на промежуточном валу, кВт;
n – расчетная частота вращения промежуточного вала, об/ мин.;
– диаметр упорного вала должен быть не менее 1,1 диаметра промежуточного
вала,
– расчетный диаметр гребного вала, должен быть не менее определяемого по
формуле:
= 5200 – для дейдвудных подшипников всех типов;
, мм;
Как правило, в дейдвудной трубе гребной вал должен опираться на два
Для судов, имеющих класс Российского Морского Регистра, диаметры
– расчетный диаметр промежуточного вала должен быть не менее
мм;
где: k = 1,22 – если применяется безшпоночное соединение гребного винта
k = 1,26 – если шпоночное соединение гребного винта с валом.
Диаметры валов ледоколов и судов с ледовыми усилениями должны пре-
вышать расчетные значения на величину, указанную в таблице 5.2.5, раздел 5
«Валопроводы» Правил Морского Регистра.
Гребные валы должны быть надежно защищены то соприкосновения с
морской водой.
Облицовки гребных валов должны изготавливаться из сплавов, обладающих высокой коррозийной стойкостью к морской воде.
Толщина бронзовой облицовки вала должна быть не менее определяемой
по формуле:
мм
23
Расстояние между серединами соседних подшипников валопровода при
dld 5,5
n
300
G
в
мисжо
d
гр
сж
P
2
4
d
гр
W
М
n
о
и
отсутствии в пролете сосредоточенных масс должно удовлетворять условию:
где: l – расстояние между подшипниками, м.;
d – диаметр вала между подшипниками, м.;
λ = Р4 при n ≤ 500 об/ мин.; λ = 300/
n – расчетная частота вращения вала, об/ мин.;
Примечание: При определении диаметров валов необходимо пользовать-
ся Правилами Морского и Речного Регистра, раздел «Валопроводы».
Проверочный расчет на прочность гребного вала
Проверку прочности вала при сложном напряженном состоянии выпол-
няют путем определения эквивалентных приведенных напряжении по энергетической теории прочности и расчетных запасов прочности по отношению к
пределу текучести:
– при n > 500 об/ мин.;
где: – набольшее нормальное напряжение , кПа;
– касательное напряжение кручения, кПа;
Проверочный расчет гребного вала производит в общем случае для участ-
ка между опорами в дейдвудной трубе и консоли, на которой навешен гребной
винт.
Усилие от массы гребного винта
нагрузку, приложенную в центре консоли.
Наибольшее нормальное напряжение в гребном валу:
Тогда напряжение сжатия при действии упора гребного винта:
где Р - упор винта, кН;
рассматриваем как сосредоточенную
, кПа;
- диаметр гребного вала, м;
; к Па;
24
где:
2
2
2
l
G
М
q
в
о
dW
rn
3
32
м
3
D
G
в
в
3
47,1
D
в
2,05,0
4
2
d
r
q
м
кН
м
кН
3
10
2
300
м
d
W
М
гр
к
кр
к
n
N
3
480
2
3
kon
15,3
n
Т
n
n
2
l
1
l
1
l
2
l
- изгибающий момент, кНм;
- момент сопротивления изгибу расчетного сечения вала,
, кН/м – усилие то массы винта;
- диаметр винта, м;
- дисковое отношение винта;
,
- интенсивность нагрузки вала собственной массой;
l – длина пролета между опорами, м;
γ = 77 – масса единицы объѐма материала вала,
;
, кПа – напряжение от неточности монтажа;
Касательное напряжение кручения определяется выражением
; кПа
Тогда общее расчетное напряжение
Запас прочности относительно предела текучести материала вала и обще-
го расчетного напряжения выражается соотношением:
Определение критической частоты вращения валопровода
при поперечных колебаниях
Критическую частоту вращения гребного вала при поперечных колебани-
ях определяем по методу Бриннеля. Валопровод заменяют двухопорной балкой
со свешивающимся концом:
Гребной винт на консоли на расстоянии
центра опоры А в подшипнике
кронштейна. Остальная часть вала до опоры В в дейдвудной трубе имеет длину
. Предполагают, что каждый из пролетов
и
балки несет равномерно рас-
пределенную нагрузку, но с разными интенсивностями q1 и q2 при этом q2 > ql,
что соответствует действительности.
25
Интенсивность нагрузки вала - собственной массой.
1
2
2
q
l
G
q
В
1
2
,минn
кр
1
2
11
2
3
1
2
2
30
**3,31
q
gIE
lq
q
l
l
n
кр
6
10
4
64
Г
dI
4
м
Нn2
20100
2
22
Н
НК
В
n
nn
k
Нагрузка - от массы гребного винта.
Где - дисковое отношение.
Интенсивность нагрузки пролета вала:
Критическую частоту вращения
, при которой возникают попе-
речные колебания вала, подсчитывают по эмпирической формуле :
,
где Е- модуль упругости , равный для стали 216*
его оси ,
- экваториальный момент инерции сечения вала относительно
;
КПа;
g =9,8 – ускорение свободного падения м / с².
Критическая частота вращения вала должна быть значительно больше ее
номинального значения
, при этом необходимый запас частоты вращения,
%
При отсутствии этого запаса необходимо изменить расстояния между
опорами.
Проверка вала на продольную устойчивость
Проверка вала на продольную устойчивость производят при больших
длинах пролетов между опорами и малом поперечном сечении вала.
Она заключается в нахождении критической силы Ркр ,кН или критического
напряжения и оценки запаса устойчивости.
Валы судового валопровода лежат в подшипниках свободно. В таком
случае проверяемый вал, находящийся в пролете, можно рассматривать, как
вращающийся стержень, свободно лежащий на двух шарнирных опорах и сжатый силой упора, создаваемого движителем.
26
При расчете допускают следующие допущения: осевая сжимающая сила
Fi
l
J
i где,
max
КР
П
2
КР
2
П
1
m
П
5,2
m
КР
У
Р
Р
К
m
Р
приложена к центру вала и сечение вала по длине пролета не меняется. Необходимость проверки вала на продольную устойчивость устанавливают в зависимости от его гибкости:
радиус инерции сечения вала ,м;
F- площадь поперечного сечения; м ².
J- момент инерции.
Валы, у которых λ < 80 , называются жесткими, и их расчет на
продольную устойчивость обычно не проводят. Если λ ≥ 80 , то такие валы
называются гибкими.
Для гибких валов критическую силу определяют по формуле:
где nm - максимальная частота вращения вала, об/мин;
Пкр - критическая частота вращения вала при поперечных колебаниях, об/мин;
При Пm >
сомножитель
принимают равным единице.
Коэффициент запаса продольной устойчивости рекомендуют брать:
где
= (1,25 1.30)* Р - максимальный упор гребного винта, кН.
,
Если Ку меньше рекомендуемого, то следует изменить расстояние между
опорами вала.
Определение теплопроизводительности
и состава вспомогательной котельной установки
Вспомогательная котельная установка предназначена для обеспечения те-
плотой (в виде пара или горячей воды) следующих потребителей:
- систем отопления;
- камбуза, душевых, прачечной;
- пожарной системы и паротушения;
- системы обогрева кингстонов и другой донно-забортной арматуры;
- водоопреснители;
- систем подогрева тяжелого топлива;
- систем подогрева груза и мойки грузовых танков на танкерах;
- вспомогательных механизмов и устройств котельной установки;
- специальных вспомогательных механизмов с паровым приводом и д.р.
Определение теплопроизводительности и состава котельной установки
производят в следующем порядке:
27
1. Определяют требуемую теплопроизводительность, составив предварительно
Потребители
теплоты
Макс. расход
теплоты Q,
кДж/ч
Режим работы судна
ходовой
стояночный
Коэф. за-
грузки Кз
Потребное кол-во
теплоты Qo.x,
кДж/ч
Коэф.
загрузки
К3
Потребное колво теплоты
Qос кДж/ч
∑Qo.x=
∑Qo.c=
xo
Q
o
K
c
K
x
Q
.
..co
Q
o
K
c
K
c
Q
перечень потребителей теплоты для проектируемого судна.
2. Обосновывают выбор типа котельной установки
(паровой или водогрейной)
3. При необходимости определяют паропроизводительность котельной
установки.
4. Выбирают необходимое количество автономных котлов, указав их тип и основные характеристики.
5. Определяют количество теплоты, которое можно получить при работе утилизационного котла.
6. Выбирают соответствующий утил. котел и делают вывод – обеспечивает ли
утил. котел полностью судовые нужды в теплоте на ходовом режиме или требуется параллельная работа автономного котла.
7. Если проектируемое судно нефтеналивное и требуется подогрев груза, определяют необходимый расход пара и выбирают один или два паровых котла,
указав их тип и основные характеристики.
Требуемая теплопроизводительность вспомогательной котельной уста-
новки на различных режимах работы судна определяется суммированием расходов теплоты всеми потребителями. Для этого составляют таблицу нагрузки
котельной установки с учетом степени загрузки каждого потребителя на данном режиме и коэффициента одновременной работы. Расчет выполняется в
табличной форме. Перечень потребителей теплоты и другие необходимые данные используют по котельным установкам судов, однотипных с проектируемым.
Таблица 2
Коэффициенты загрузки К3 можно принять для потребителей теплоты в
ходовом и на стояночных режимах изменяющимся в пределах 0.5 - 0.9 .
Количество теплоты, фактически потребляемой на судне в ходу и на сто-
янке, подсчитывают по формулам:
где: Кс =1.1 - коэффициент запаса; К0 = 0.8 - 0.9 - в ходовом режиме;
К0 = 0.7 - 0.8 - на стоянке; Ко и Ко - коэффициенты одновременности.
28
В случае отсутствия данных по расходам теплоты судовыми потребителями,
e
N
2515
можно воспользоваться следующими эмпирическими формулами.
Расход теплоты на отопление:
для буксиров и толкачей - Q
для сухогрузов и танкеров - Q
для пассажирских судов - Q
где:
- мощность главного двигателя;
= 25100 + 63 • Ne;
0T
= 83800 + 42 • G;
0T
= 1250 • (6.5 * A1 + 5 • А2)
0T
G - грузоподъемность судна, т; A1 - число членов экипажа;
А2 - число пассажиров.
Расход теплоты на санитарно бытовые нужды зависит от численности
экипажа и пассажиров на судне:
- удельный расход теплоты на приготовление горячей мытьевой воды:
для пассажиров судов 1250 ÷1670 кДж/чел*ч
на толкачах и грузовых судах 1880 ÷ 2720 кДж/чел*ч
- удельный расход теплоты на приготовление кипяченой питьевой воды:
для пассажирских судов 395÷ 380 кДж/чел*ч
на толкачах и грузовых судах 400 ÷ 420 кДж/чел*ч
Расход теплоты на подогрев топлива, масла и другие технические
нужды составляет: Q
= (0.14÷0.15)(Q
П.T
OT+QС-Б
).
По общему количеству теплоты, потребляемому на наиболее нагружен-
ном режиме, определяют теплопроизводительность котельной установки. Расчетная производительность должна быть на (
) % выше максимальной по-
требности, чтобы можно было компенсировать снижение производительности в
процессе эксплуатации.
На дизельных судах в состав вспомогательной котельной установки входят:
- автономные паровые котлы, работающие на жидком топливе;
- утилизационные паровые котлы, использующие теплоту выхлопных газов ди-
зелей;
- комбинированные паровые котлы, имеющие как топочную, так и утилизаци-
онную части.
На речных судах и судах прибрежного плавания для обеспечения судовых нужд
в теплоте вместо паровых котлов, могут быть установлены водогрейные.
Учитывая это, обосновывают выбор типа котельной установки (паровой или
водогрейной)
В случае выбора водогрейной котельной установки выбирают один или два
водогрейных котла, указав марку и основные характеристики.
В случае выбора паровой котельной установки определяют ее паропро-
изводительность по формуле:
где: Q – максимальная величина теплоты, потребной на судне, кДж/кг
- энтальпия пара и - энтальпия питательной воды, кДж/ кг.
29
По полученной паропроизводительности выбирают один или два вспомога-
7,02,0 Р
Ct
130110
26
q
r
rкВткг
q
r
/1211
ккгкДж
С
р
/13,105,1
t
1
10
o
t
2
С
о
215185
С
о
250220
95,0
t
QQ
xук
Q
x
QQ
xук
Q
ук
тельных котла, указав их марку и основные характеристики.
Параметры пара. Для бытовых нужд и теплообменных аппаратов обыч-
но используются насыщенный пар низкого давления с параметрами
мПа;
, имеющий более высокий коэффициент теплоот-
дачи, чем перегретый;
Количество теплоты, которое можно получить при работе утилизаци-
онного котла зависит от типа двигателя, его параметров и определяется по
формуле:
где: - эффективная мощность дизеля, кВт;
тырехтактных (удельная масса газов выходящих из дизеля);
- для двухтактных (удельная масса газов выходящих из
кг / кВт · r – для че-
дизеля);
- температура газов на входе в котел, принимаемая на
- массовая теплоемкость газов;
С ниже температу-
ры газов на выходе из дизеля;
- температура газов, уходящих из котла, ориентировочно принимаемая:
- для водогрейного котла
для парового котла
;
;
- коэффициент потери теплоты в окружающую среду.
Если количество теплоты
ционного котла выбирается по величине
ность утилькотла принимается равной
, то теплопроизводительность утилиза-
, если
, то производитель-
.
По принятой в итоге расчета теплопроизводительности утилькотла в за-
висимости от типа принятой вспомогательной котельной установки выбирают
водогрейный или паровой котел, приводят его марку и основные характеристики. Паропроизводительность утилькотла определяют по формуле, аналогично
определению паропроизводительности вспомогательного котла.
Определив тип и состав вспомогательной котельной установки, необходимо сделать вывод – обеспечивает ли утилизационный котел полностью су-
довые нужды в теплоте на ходовом режиме или требуется параллельная ра-
бота вспомогательного котла.
Производительность автономного вспомогательного котла должен быть
достаточной для обеспечения всех нужд судна в теплоте на любом режиме без
работы утилизационного котла.
30
Расход пара на подогрев груза нефтеналивного судна до температуры
7060
o
hh
DW
DW
D
nbn
под
3
72,2
1540
hh
G
D
nbn
под
730
С определяется по следующим формулам:
а) для морских танкеров в зимний период
; кг/ч
б) для речных танкеров в холодное время навигации:
; кг/ч
где: DW - дедвейт судна, т; G – грузоподъемность судна, т.
Определив необходимый расход пара, выбирают один или два паровых котла.
Для крупных морских танкеров в данном случае применяться котлы марки КВ.
Определение мощности и состава
судовой электростанции
Судовая электростанция генерирует электроэнергию необходимых пара-
метров и распределяет ее между судовыми потребителями в соответствии с
режимами работы судна. Она должна обеспечивать снабжение электроэнергией
всех потребителей на всех режимах работы судна и удовлетворять требованиям
простоты, удобства обслуживания, высокой надежности при минимально возможных начальной стоимости, массе, габаритах и эксплуатационных затратах.
По назначению судовые электростанции подразделяются на главные, об-
щесудовые и аварийные.
Главные электростанции обеспечивают питание электроэнергией
гребных электродвигателей дизель-электроходов, и входят в состав гребных
электроэнергетических установок. На некоторых судах с ДЭУ может предусматриваться частичный или полный отбор мощности от главной электростанции на другие судовые потребители.
Судовая электростанция(общесудового назначения) снабжает электро-
энергией все судовые потребители на всех основных режимах эксплуатации судна.
Аварийная электростанция питает электроэнергией ограниченное чис-
ло жизненно важных потребителей в случае выхода из строя судовой электростанции.
По роду тока электростанции делятся на электростанции переменного и
постоянного тока.
Основные потребители электроэнергии на судах объединяются в сле-
дующие группы:
-электродвигатели механизмов энергетической установки;
-электропривод механизмов судовых устройств;
-электродвигатели холодильных, морозильных и технологических установок;
-электродвигатели общесудовых и специальных систем;
-навигационное оборудование, устройства судовождения, радио и связь;
-электрическое освещение;
-бытовые потребители;
31
- специальные потребители.
Д
N
Д
М
И
N
N
К
И
К
η
NК
N
ДИ
А.Д.
П.Д.
N
cos
А.Д.
П.Д.
N
N
А.Д.А
iNN
П.Д.П
iNN
Род тока, напряжение, частота.
Для большинства судовых потребителей применяется переменный ток
напряжением 380 (силовые потребители) или 220В и частотой 50 Гц.
На теплоходах предпочтительны электростанции на переменном токе.
Используется ток 50 Гц, на зарубежных судах - 60 Гц.
Частота вращения двигателей с непосредственным приводом судовых ге-
нераторов переменного тока, должна быть кратна частоте тока.
Определение потребной мощности судовой электростанции.
Потребная мощность судовой электростанции может быть определена
двумя способами: табличным (по таблице нагрузок) и аналитическим. . Табличный метод наиболее распространен в отечественной практике проектирования, он заключается в составлении таблицы нагрузок генераторов на различных
режимах работы судна, основные из которых:
ходовой режим (в грузу, в балласте).
съемка с якоря;
стоянка с грузовыми операциями (с пассажирами),
стоянка без грузовых операции (без пассажиров);
маневренный режим;
аварийный режим (выход из строя основной электростанции).
Для судов-специального назначения учитывают также режимы, определяемые их назначением и спецификой работы, например, на буксирах - ход с
возом, на ледоколах - ход во льдах и т.п.
Все потребители, вносимые в таблицу, делятся на указанные ранее группы
Порядок составления и расчетов таблицы следующий:
в графе 1 перечисляются все потребители с разбивкой группы. Исходными данными для расчетов являются номинальные данные потребителей - графы 2, 4, 6 и 7:
данные графы 3 необходимы, т.к. обычно мощность механизма N м не
равна мощности электродвигателя
.
По номинальным данным потребителей подсчитываются:
графа 5 - коэффициент использования электродвигателя:
обычно
0.85÷1.0
графа 8 - потребляемая электродвигателем активная мощность N
графа 9 – полная мощность,
, кВ*А
Суммарные мощности потребителей одного типа подсчитывают по формулам: графа 10 – активная
графа 11 – полная
А.Д
, кВт;
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]