Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Судовые энергетические установки. Методические рекомендации
.pdf
32
Далее выполняются расчеты для всех режимов работы судна. Схема рас-
МИЗ
ККК
i
ip
К
О
кВтNККN
АЗОА.Р.
,
АкВ,
cos
А.Р.
П.Р.
N
N
чета одинакова для всех режимов, показана в графах 12-17.
Графа 12 - коэффициент загрузки механизма на режиме Км оценивается по
опытным данным или по статистическим сведениям для однотипных судов.
Коэффициент Км показывает, какая часть номинальной мощности механизма
используется для его работы на данном режиме.
Примерные значения коэффициента Км для ряда судовых потребителей в
зависимости от типа судна приводится в таблице...
Графа 13 - коэффициент загрузки электродвигателя в режиме:
Графа 14 – коэффициент одновременности определяется как отношение
числа однотипных потребителей, работающих в режиме к общему числу этих
потребителей
Потребляемая мощность однотипных потребителей на режиме:
графа 16 - активная мощность:
графа 17 - полная мощность:
Значения коэффициента мощности (графа 15) на режиме, а в ряде случаев и
КПД электродвигателя (графы 6 и 7) берутся по ТУ соответствующих механизмов.
Для маломощных потребителей изменениями η и cos φ пренебрегают.
Потребители, неработающие на расчетном режиме, не учитываются.
В зависимости от длительности работы на рассматриваемом режиме потребители подразделяются на три категории:
А - работающие постоянно;
Б - работающие периодически;
В - работающие эпизодически (кратковременно).
К категории А относятся потребители, непрерывно работающие на данном режиме.
К категории Б относятся потребители, включение которых требуется для
периодически выполняемых операций (подкачка баллонов сжатого воздуха,
пополнение расходных цистерн и т.д.).
К категории В относятся потребители, включаемые в работу на непродолжительное время от случая к случаю, причем момент их включения в работу
определяется экипажем (осушительный, балластный насосы и т.д.).
При выборе мощности судовой электростанции обычно не предусматривается одновременная работа всех потребителей категории В т.к. в слу-
чае необходимости их питание может быть обеспечено отключением неответственных потребителей категории Б, некоторой перегрузкой ДГ (до 10% в течение часа) либо подключением резервных ДГ.
Максимальная нагрузка судовой электростанции на каждом из режимов определяется как сумма максимальной длительной нагрузки потребителей категорий А и Б плюс нагрузка от наиболее мощного потребителя категории В.
33
Выполнив подобные расчеты по всем группам потребителей и по всем
И
К
режимам работы судна, определяют на каждом режиме суммарные потребляемые мощности всех групп и категорий потребителей.
Определив значение мощности, необходимой для удовлетворения потре-
бителей в электроэнергии на всех режимах работы судна, комплектуют электростанцию по мощности наиболее нагруженного режима.
Загрузка работающих генераторов ( прежде всего на ходовом и других основных режимах) должна составлять не менее 65–70% их номинальной мощности;
число генераторов и их типов должно быть минимальным; во всех случаях когда это, возможно, целесообразно применять однотипные генераторы;
на каждом режиме (кроме аварийного) в резерве должно быть не менее
одного генератора, способного заменить наибольший по мощности из работающих;
на режиме стоянки с грузовыми операциями допускается запас мощности
ДГ не более 10%.
По возможности судовая электростанция комплектуется из однотипных
генераторов, число которых обычно составляет 2–3, на некоторых типах судов
может достигать 5–6.
Аварийная электростанция обязательно предусматривается на судах
вместимостью более 5 тыс. рег. т. Аварийный ДГ должен был полностью автономным с запасом топлива не менее, чем на 6 ч. работы (на пассажирских судах – 36 ч); его
мощность, должна обеспечивать питание аварийного освещения , радио-
оборудования, рулевой машины , пожарного насоса , сигнальных огней и на-
вигационных приборов.
Для малых и средних по тоннажу судов мощность АДГ обычно не превышает 10-100кВт, а для крупных пассажирских судов может достигать 30 кВт
и более. В дополнение к АДГ предусматривается аккумуляторная батарея с емкостью , достаточной для питания названных выше потребителей в течение 30
минут. На пассажирских судах обязательна установка аккумуляторных батарей
аварийного освещения ( время питания не менее 30 минут).
P.S. Составление таблицы нагрузок судовой электростанции в курсовом
проекте выполняется частично, только с целью обучения, поэтому таблица нагрузок заполняется только для групп:
- электродвигателей механизмов энергетической установки;
- электропривод механизмов судовых устройств;
- электродвигатели общесудовых и специальных систем.
В таблице нагрузок коэффициентом использования электродвигателя
задаются, а не определяются по формуле и для всех потребителей определяют
только активную мощность.
Т.к. данных для определения мощности судовой электростанции недостаточно, ее принимают по прототипу.
По окончании расчета делается вывод:
- мощностью, какого режима определяется мощность судовой электро-
станции;
34
- приводится состав судовой электростанции с указанием числа, мощно-
сти, марки дизель – генератора; приводится краткое описанное первичных двигателей и принципиальные схемы систем: топливной, масляной, охлаждения,
пуска.
Таблица 3
СХЕМА ТАБЛИЦЫ НАГРУЗОК СУДОВОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
35
Таблица 4
ПОТРЕ-
БИТЕЛИ
ТИПЫ СУДОВ
Пассажирские
Грузо-
вые
Танкеры
Паромы
РЕЖИМЫ
хо-
довой
сто
ян-
ка
ава-
рий-
ный
ходо-
вой
стоянка
с грузо-
выми
операциями
аварий
ый
ходо-
вой
стоянка с
грузовы-
ми опе-
рациями
ава
рий
ый
ходо-
вой
сто
ян-
ка
аварий-
ный
Рулевая
Машина
0,6 - 0,7
0,4 - 0,6
0,4 - 0,6
0,6 - 0,6
Брашпиль
- - - - 0,8
- - 0,8
- - -
-
Шпиль
- - - - 0,8
- - 0,8
- - -
-
Пожарный
насос
-
0,2 1 - - 1 - -
1
0,2 - 1
Компрессор
0,2
0,5 - 0,2 - -
0,3
0,6
-
0,3
0,6
-
Балластный
Насос
-
0,5 -
0,2
- 0,2
- 0,5
Санитарный насос
0,5
0,4 - 0,2
0,2
-
0,2
0,2
-
0,2
0,2
-
Топливный
насос
0,5
0,5 - 0,5 - -
0,3 - -
0,5
0,5
-
Освещение
0,2-
0,8
0,2-
0,8
0,8
0,2-
0,6
0,2-0,6
0,6
0,2-
0,6
0,1-1
0,6
0,2-
0,6
0,2-
0,6
0,6
Сепаратор
-
0,8 - -
0,2
- - 0,2
- - 0,2
-
вентиляция
0,6
0,8 - 0,4
0,4
-
0,4
0,4
-
0,4
0,4
-
3''''''
10
kkceвexeвeeyeT
BNbNbNgG
Средние значения коэффициента загрузки некоторых судовых механизмов
Определение запасов топлива, масла и воды
Количество запасов топлива, масла и воды зависит от их удельных расхо-
дов, мощности установки, режимов ее работы и автономности плавания судна.
Определение запасов топлива
Запас топлива для дизельных установок, главных и вспомогательных двигателей, автономного котла, работающих на дизельном топливе, можно определить по формуле:
где: b
, b
e
e’, be
’’ – удельные расходы топлива, принимаемые в зависимости от
,т
нагрузки, соответственно главных и вспомогательных двигателей в ходовом
режиме и на стоянке, кг/кВт·ч.
N
’
ев,
’’
N
– эффективная мощность вспомогательных двигателей соответ-
ев
ственно в ходовом режиме и на стоянке, кВт.
х – продолжительность ходового режима в автономном плавании;
х = х ·
э
– процент ходового времени в зависимости от типа судна:
х
36
пассажирское – 0,62; сухогрузное – 0,60; буксиры – толкачи – 0,65;
k
P
H
k
k
Q
Q
B
10
3
8,085,0
к
к
хеуеТТ
В
NвG
3'''''
10)(
M
Э
eв
M
x
eMceвMxeyMeyMM
NNNgNgNgG
M
x
M
Э
X
τ
Э
τ
М
τ
x
Э
M
танкеры – 0,50; э – продолжительность автономного плавания, ч.;
Вк - расход топлива вспомогательными котлами на ходу и на стоянке;
- время работы вспомогательных котлов на ходу и на стоянке.
к
Расход топлива водогрейными вспомогательными котлами вычисляется по
формуле:
;
где: Q
Q
— теплопроизводительность котла, кДж/ч,
k
н
— удельная теплота сгорания дизельного топлива , кДж/ч,
p
– КПД котла равный 0,7 – 0,8
к
При работе двигателей на тяжелом топливе в их общем запасе топлива предусматриваю не менее 15-20% дизельного топлива.
При использовании тяжелого топлива главными двигателями и автономными
котлами его запасы определяют по формуле:
,т
При расчете запасов масла, принимаемых на судно, необходимо учитывать в
смазочной системе, происходящие при работе главных двигателей и вспомогательных, а также смену масла в системе за период автономного плавания.
Потери масла в смазочной системе определяются удельным расходом
масла, который мало зависит от нагрузки двигателя и на всех режимах принимается равным удельному расходу его при работе на номинальном режиме. Количество смен масла в циркуляционной смазочной системе зависит от установленного срока его службы.
Общий запас масла определяют по формуле:
,
где: вM, в
могательными двигателями, кг/кВт·ч.;
ных цистернах или картерах двигателей, кг/кВт·ч.;
’
- удельный расход циркуляционного масла главными и вспо-
M
– удельная масс масла в сточ-
М
,
- количество
смен масла в смазочных системах главных и вспомогательных двигателей;
- продолжительность автономного плавания;
- продолжительность ходового режима в автономном плавании;
- срок службы масла.
Удельный эффективный расход масла зависит от типа и мощности двигателей;
- продолжительность ходового режима в автономном плавании 312ч;
- продолжительность автономного плавания – 480 ч;
- срок службы масла – 2880 и 4320, ч;
37
Удельный эффективный расход масла зависит от типа и мощности двигателей:
310
310
310
M
a
для главных дизелей морских судов – (0,6 –3,7)*
дизелей – (1,8 – 4,5)*
оборотных – (1,5-4,5)*
Удельная масса масла
кг/кВт·ч.; для дизелей речных судов главных мало-
кг/кВт*ч.
, кг/кВт*ч.
, а для вспомогательных
Для быстроходных и средней быстроходности дизелей:
без охлаждения поршней – 2,7; с охлаждения поршней – 2,95.
Для малооборотных дизелей:
без охлаждения поршней – 2,53; с охлаждением поршней – 2,70.
Ориентировочный срок службы масла до замены
МОД – 5000 ч.; СОД – 1000 ч.; СОД с повышенной частотой вращения коленчатого вала – 800 ч.; ВОД – 500 ч.; ВОД (с мокрым картером) – 300 ч.
Запас пресной технической воды, принимаем на суда «река – море» мор-
ские, должен обеспечивать пополнение утечек из циркуляционных систем охлаждения двигателей, конденсатно – питательных систем котельных установок.
На речных судах запас пресной воды определяется массой в системах охлаждения и вспомогательных котлов.
В начальной стадии проектирование запас технической воды можно подсчитать по формуле:
GB = B·(Neg + N
ев
-3
)·10
В – удельная масса общего запаса пресной технической воды, кг/ кВт.
на морских и «река - море» судах – 0,03-0,06, на речных судах – 0,01-0,04.
Проектирование и расчет основных элементов систем СЭУ
Работа главных и вспомогательных двигателей обеспечивается соответствующими системами, подающими топливо, масло, охлаждающую воду, сжатый
воздух для пуска и реверса двигателей и судовых нужд, отводящими отработанные газы. Кроме двигателей потребителем воды и топлива является вспомогательный котел, имеющий соответствующие системы. При использовании тяжелых и вязких топлив предусматривают дополнительные механизмы и устройства для очистки и подготовки топлива перед подачей к двигателю.
Каждая система может быть подразделена на две части: непосредственно
связанную с дизелем и судовую. Первая часть системы является неотъемлемым,
конструктивным элементом дизеля. К ней присоединяется судовая часть, состав
и компоновка которых зависит не только от мощности и конструкции дизеля,
но и от расположения механизмов в машинном отделении.
Последовательность проектирования
1) Определяют состав данной системы, предусматривая все необходимые
механизмы, оборудование и емкости, включая резервные.
2) Разрабатывают принципиальную схему системы с учетом требований
надежности, живучести и удобства эксплуатации, предусмотренных правилами Регистра. В разработанной схеме должны быть предусмотрены
38
все необходимые механизмы, оборудование и ѐмкости, которые подлежат
з.в.зз
Р
НееТ.М.Т.В.
/
В
Н
Δtρс
QN)*gа(аК
Q
310
дальнейшему расчету, а также резервные механизмы, агрегаты и магистрали
подачи рабочего тела, повышающие надѐжность и живучесть системы.
3) Производят расчет параметров механизмов, объемов цистерн и другого
оборудования, комплектующего данную систему.
4) Выбирают комплектующее оборудование с оптимальными показателя-
ми по КПД, массе и габаритам.
Система охлаждения
Система охлаждения предназначена для отвода теплоты от различных механизмов, устройств, приборов и рабочих сред в теплообменных аппаратах.
Рабочими средами в СЭУ бывают: забортная и пресная вода, масло, топливо и воздух. Вода по сравнению с другими охлаждающими средами имеет
большую теплоемкость и при скорости 0,5÷0,25 м/с высокие коэффициенты теплопередачи. Это легкодоступная охлаждающая среда, которая широко применяется в установках всех типов.
В СЭУ наибольшее распространение получили системы охлаждения забортной водой. Забортная вода поступает через кингстонные ящики. В соответствии с требованиями Правил Регистра в каждом МО должно быть не менее двух кингстонных ящиков, через которые можно принимать забортную воду при любых условиях эксплуатации. Как правило, один кингстонный ящик
днищевой, другой – бортовой. Их оборудуют устройствами для подачи пара
давлением 0,5 мПа, горячей воды и сжатого воздуха Р = 0,3 мПа, применяемых
для подогрева воды в ящиках и для продувания приемных решеток. Кроме того,
в верхней части кингстонного ящика предусматривается трубопровод для отвода воздуха, попавшего вместе с водой.
Отвод охлаждающей воды за борт осуществляется через невозвратно –
запорные клапаны. Для того, чтобы нагретая вода в системе охлаждения, при
отводе не попадая в приемные отверстия, последние располагают в нос от отливных. Наиболее сложные системы охлаждения в дизельных установках,
обычно двухконтурные (пресной и забортной водой). Пресная вода циркулирует по замкнутому кругу, на входе в двигатель поддерживается не ниже 55°С, а
на выходе не более 60–75°С в главных малооборотных ДВС и 75–85°С – в
главных среднеоборотных и вспомогательных двигателей.
Забортной водой осуществляется охлаждение надувного воздуха, циркуляционного масла и пресной охлаждающей воды двигателей, топлива или пресной воды, используемых для понижения температуры форсунок, компрессоров, испарителей, конденсаторов, рефрижераторных установок, подшипников
судового валопровода и других элементов СЭУ. Кроме того, забортная вода используется в качестве рабочей среды в опреснительных установках. Подачу насоса внешнего контура, а также подачу резервного охлаждающего насоса определяют, исходя из условия обеспечения отвода теплоты от воды внутреннего
контура, циркуляционного масла и др.
, м³
39
где:
/
В
К
з
с
з
ρ
..вз
t
..ВТ
а
..МТ
а
Н
Р
Н
ННЗ
Н
η
РQК
N
3600
З
К
З
К
Н
η
= 1,4-1,5 – коэффициент запаса, учитывающий дополнительный расход
забортной воды на охлаждение компрессоров, подшипников и др.
=3,98 кДж/кг К – теплоемкость забортной воды; 4,19 кДж/кг К – теплоемкость пресной воды;
воды ; 1 т/м³ - для пресной воды;
=(1,02 т/м³ - для морской воды)- плотность забортной
= 15-25 °С – разность температур воды на
выходе из холодильника и на входе в него.
- доля теплоты , отводимая водой внутреннего контура;
- для дизелей без наддува и охлаждения поршней = 0,2-0,25;
- для дизелей с наддувом = 0,12-0,17;
- для быстроходных дизелей = 0,15-0,20.
- доля теплоты , отводимая маслом ;
- для тихоходных дизелей без охлаждения поршней маслом = 0,05-0,07;
- с охлаждением поршней маслом = 0,08-0,10;
- для быстроходных дизелей без охлаждения поршней маслом = 0,07-0,08;
Рабочее давление
Мощность, потребляемая насосом:
для насосов малых мощностей (до 4 кВт);
стей - коэффициент запаса мощности;
обычно составляет 200-300 КПа (0,2-0,3 Мпа).
, где :
= 1,2-1,5 –
= 1,1-1,5 – для насосов больших мощно-
- КПД насоса.
Для обеспечения пуска главного двигателя в холодное время года его про-
гревают от системы охлаждения вспомогательного двигателя или от конденсатно – питательной системы вспомогательного котла.
Возможен вариант прогрева главного двигателя путем подогрева воды
внутреннего контура в специальном подогревателе с одновременной циркуляцией воды в системе охлаждения, обеспечиваемой резервным насосом.
Резервное охлаждение – резервный охлаждающий насос с автономным
приводом, пожарный или балластные насосы.
Топливная система
Топливная система предназначена для приема, хранения, перекачки, очистки, подогрева и подачи топлива к главным и вспомогательным двигателям, к
главным и вспомогательным котлам, а также для передачи его на берег или на
другие суда.
В связи с обширностью выполняемых функций топливная система может
быть подразделена на ряд самостоятельных систем. Кроме того часто в СЭУ
используют несколько сортов топлива и в этом случае предусматривают самостоятельные трубопроводы для каждого из видов топлива, например, дизельного, тяжелого, котельного. Все это усложняет систему.
Всю топливную систему можно условно разделить на три участка:
- прием, хранение и перекачка;
- топливоподготовка;
- расходный топливный трубопровод;
40
Приемоперекачивающий трубопровод выполняет следующие функции:
- прием топлива с берега или с другого судна;
- выдача топлива на берег или на другое судно;
- размещение топлива по заполненным цистернам;
- подачу топлива в отстойные и расходные цистерны.
Для приема топлива на главной палубе или под нею прокладывают постоянный трубопровод с приемными отростками, выведенными к обоим бортам в
специальные приемные станции, отделенные от других помещений. Топливо
может быть принято с любого борта.
Топливоподготовку осуществляют для улучшения качества топлива, так
как за период длительного хранения топливо загрязняется и обводняется, что
приводит к изменению его физико-химических свойств.
Из цистерн основного запаса топливо топливоперекачивающим насосом
подают в отстойные цистерны для предварительной очистки путем отстаи-
вания. Для эффективности отстаивания тяжелых топлив их вязкость понижают
путем подогрева: моторных топлив до 40 , мазутов до 50-60 .
Отстоявшееся топливо подают на сепарацию – следующий этап топливоподготовки.
Сепарация – наиболее распространенный способ очистки топлив: от механических примесей – кларификация; от воды – пурификация.
Такая классическая система очистки топлива на практике часто нарушается. На ряде теплоходов, например, не предусматривают отстойных цистерн. В
этом случае легкое топливо подается из цистерн запаса сепаратором в расходную цистерну. Высоковязкое топливо из цистерны запаса через подогреватель
направляется сепаратором в расходную цистерну тяжелого топлива. Поскольку
очистка топлива сепаратором во много раз эффективнее его очистки путем отстаивания в цистерне, такое решение вполне оправдано, а сепараторы в этом
случае работают в режиме пурификации.
Расходно-топливный трубопровод составляет часть общей топливной
системы СЭУ и служит для подвода топлива из расходных цистерн к топливным насосам двигателей и котлов. В расходных цистернах находится отсепарированное и прошедшее топливоподготовку готовое к использованию топливо.
Большинство дизелей транспортных теплоходов на основных режимах плавания работают на тяжелых (вязких) сортах топлива. При запуске, на переходных
режимах и перед остановкой используют легкое (маловязкое) топливо. В этом
случае в составе СЭУ необходимо наличие двух топливных систем: тяжелого и
легкого топлива; первая обеспечивает также работу вспомогательного котла, а
вторая- работу вспомогательных двигателей.
Если главный и вспомогательные двигатели работают только на
легком топливе, а вспомогательный котел на тяжелом, то для него предусматривается отдельная система топливоподачи.
По назначению различают следующие топливохранилища:
41
– цистерны основного запаса, вместимость которых определяется по
3
,м
ρ
GК
.
V
Т
ТМ
З.Т.Ц
М
К
Т
ρ
Т
ρ
Т
ρ
Т
G
Т
ееdМ
А.Т.Ц.
ρ
NвXК
V
3
1024
d
X
Т
ееdМ
ГЛ
Р.Ц.
ρ
Nв)x(К
V
3
10128
Т
еВ
/е/
dМ
ВСП
Р.Ц.
ρ
NвxК
V
3
104
Т
А.К.КМ
К
Р.Ц.
ρ
ВXК
V
3
104
/
d
x
К
X
А.К.
В
,ккг/
ηQ
Q
В
КРН
К
А.К.
К
Q
Р
Н
Q
К
η
1000
120060
е
СТ.Ц
N
),,(V
е
N
формуле:
где:
для дизельного топлива
=1.1 – коэффициент, учитывающий «мертвый» запас топлива:
- плотность топлива:
=0,83 т/м³; для моторного топлива
=0,86 т/м³;
- запас топлива.
– цистерны аварийного запаса, вместимость которой определяется по
формуле:
где :
- количество главных дизелей.
– отстойная цистерна, вмещающая суточный запас топлива;
– расходные цистерны; суммарную вместимость для главных дизелей оп-
ределяют из условия хранения не менее 8- часового расхода дизельного топлива и 12- часового расхода при работе дизелей на тяжелом топливе:
– вместимость расходных цистерн для вспомогательных дизелей и авто-
номного котла определяют из условия обеспечения их работы не менее 4ч:
где:
;
- количество вспомогательных дизелей;
- количество котлов;
;
- расход топлива автономным вспомогательным котлом.
;
где:
- теплопроизводительность котла, кДж/ч;
- удельная теплота сгорания топлива, кДж/ч ;
- 0,7-0,8 - КПД котла.
– сточная цистерна, которая служит для сбора стоков из поддонов рас-
ходных цистерн, фильтров, вместимость сточной цистерны по опытным данным составляет:
где :
- суммарная мощность главных и вспомогательных дизелей, кВт.
,
Возможны случаи, когда утечное топливо из форсунок и ТНВД дизелей
тоже собирается в сточной цистерне.
– цистерна грязного топлива, куда собирают отстой из расходно-
отстойных цистерн и остатки после сепарации.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]