СЭУ, Модуль 6.8., Чистяков А.Ю., 21.03.11

Судовые энергетические установки

Модуль 6.8

6.8.1. Судовые энергетические запасы. Энергетические запасы и автономность судна.

Судовые энергетические запасы (СЭЗ), т. е. запасы топлива, смазочного масла и пресной воды, необходимые для обеспе­чения работы СЭУ, в значительной мере определяют авто­номность судна или длительность выполнения судном своих функций при определенных, заранее предусмотренных режимах его использования.

Очевидно, что масса СЭЗ и автономность судна связаны зависимостями

,

где — масса СЭЗ, т; —часовой расход энергетических за­пасов в -м режиме использования судна, т/ч; — продолжи­тельность -го режима, ч; — количество расчетных режимов; — автономность, ч.

Обычно значения при проектировании относятся к прямо или косвенно заданным величинам, и задача заключается в опре­делении и . Вместе с тем, при изменяющихся условиях использования судна часто приходится решать и обратную за­дачу, т. е. при известной определять значения .

Топливо составляет основную часть массы СЭЗ (исключение в этом отношении представляют лишь ядерные энергетические установки). К непосредственным потребителям топлива на судне относятся главные и вспомогательные парогенераторы, главные и вспомогательные ДВС и ГТД, а также такие вспо­могательные устройства, как генераторы инертного газа и уст­ройства для сжигания мусора. Расход топлива для какого-либо режима работы СЭУ определяется составом введенных в дей­ствие потребителей топлива, причем различные потребители часто используют топливо различных сортов.

Режимы работы СЭУ могут быть разделены на ходовые и стояночные. Расходы топлива для ходовых режимов, как пра­вило, значительно больше, чем для стояночных. Количество рассматриваемых расчетных режимов работы СЭУ обычно ограничивают, принимая во внимание только наиболее харак­терные длительные режимы.

Расчетные режимы использования судна и их продолжи­тельность в технических заданиях на проектирование в прямой форме обычно не указывают, а задают лишь скорость судна и дальность плавания. Указанные режимы включают:

• ходовые режимы;

• стояночные режимы с проведением активных операций, определяемых назначением судна (погрузка, выгрузка, стоянка с пассажирами на борту и др.);

• стоянка без проведения активных операций (непроизво­дительные простои судна).

Продолжительность -го ходового режима составляет

,

где — продолжительность -го ходового режима, ч; — дальность плавания, мили, при скорости судна , уз.

Продолжительность -го стояночного режима с проведением активных операций в общем виде будет

,

где — продолжительность стоянки с проведением активных операций, ч;— объем работы по проведению-й операции (например, объем грузовой операции, т); — интенсивность выполнения -й операции (например, интенсивность грузовых работ, т/ч).

Интенсивность выполнения операций зависит от их харак­тера (например, рода груза), от конструктивных особенностей судна (например, размеров грузовых люков, производительно­сти судовых погрузочно-разгрузочных устройств и т. п.) и от внешних условий (например, технической оснащенности порта, организации грузообработки судов и т. п.).

Значения интенсивности выполнения стояночных активных операций при расчетах принимают в соответствии с действую­щими нормативами или на основе опытных данных по близким прототипам.

Общая продолжительность стояночного времени с учетом стоянки без проведения активных операций может быть опре­делена как

,

где — коэффициент полезного использования стояночного времени; для морских транспортных судов .

Таким образом, автономность судна может быть представ­лена в виде суммы

где — суммарное ходовое время, ч;— количество расчет­ных ходовых режимов за период автономности; — количе­ство расчетных стояночных режимов с проведением активных операций.

Прогнозирование характеристик наиболее вероятных режи­мов использования проектируемого судна может быть доста­точно обоснованным лишь для специализированных судов, предназначенных для работы на определенной трассе. Во мно­гих случаях прогнозирование эксплуатационного использования морских судов за весь срок их службы не может быть одно­значным, и расчеты СЭЗ в этих случаях приобретают в извест­ной степени условный характер.

Определение характеристик расчетных режимов следует производить с учетом особенностей использования СЭУ и су­дов, для которых они предназначены.

Для судов с ДВС расчетные скорости хода определяют, ис­ходя из эксплуатационной мощности двигателей, равной 85— 90 % их номинальной (длительной максимальной) мощности. Установки грузовых транспортных судов с ДВС мощностью более 2000 кВт могут обеспечить работу утилизационного па­рогенератора, производительность которого будет достаточна для удовлетворения общесудовых потребностей. При этом ис­ключается необходимость работы вспомогательного парогене­ратора на топливе в ходовых режимах. При мощности более 6000—6500 кВт установки с ДВС, имеющие развитую систему утилизации теплоты, могут обеспечить не только тепловой, но и электрической энергией все вспомогательные судовые потре­бители. В этом случае расход топлива в ходовых режимах бу­дет иметь место только для главных ДВС.

Суда, перевозящие груз только в одном направлении (неф­теналивные суда, газовозы и др.), выполняют обратные переходы в балласте при неполной осадке. В этом случае при вин­тах фиксированного шага главные двигатели смогут развивать уменьшенную по отношению к нормальной эксплуатационной мощность (примерно 0,95 нормальной эксплуатационной мощ­ности), а скорость судна будет несколько больше скорости при полной осадке (примерно на 5—7%). При ВРШ главные двигатели в балластном переходе смогут развивать полную мощ­ность, что приведет к дополнительному возрастанию скорости (ориентировочно на 7—9 % по отношению к скорости хода в полном грузу).

Подогрев нефтяных грузов и мойка грузовых танков на нефтеналивных судах, а также охлаждение грузовых трюмов на рефрижераторных судах требуют значительных дополни­тельных расходов энергии, что должно учитываться при расче­тах СЭЗ. В целях экономии энергии разогрев нефтяных грузов при дальних переходах часто осуществляют только за несколько суток до прибытия в порт назначения.

Для буксирных судов характерными ходовыми режимами являются ход с возом и свободный ход при значительно боль­шей скорости, с использованием полной мощности установки. В связи с этим в технических заданиях на проектирование та­ких судов дальность плавания обычно не оговаривают, а указывают требуемую продолжительность работы СЭУ при полной мощности без пополнения СЭЗ.

Режимы работы СЭУ рыбодобывающих судов отличаются сравнительно большим разнообразием. Наиболее характерными режимами следует считать переходы в район промысла и обратно, переходы в районе промысла, совершаемые во многих случаях с пониженной скоростью, а также режим траления. В районе дальнего промысла СЭЗ таких судов могут неодно­кратно пополняться с обеспечивающей базы — нефтераздатчика. В связи с различными возможными условиями исполь­зования рыбодобывающих судов определение характеристик режимов работы СЭУ для них может носить многовариантный характер.

Изменения водоизмещения и скорости судна по мере рас­ходования СЭЗ при расчетах автономности обычно не учиты­вают, однако в отдельных случаях, когда СЭЗ составляют зна­чительную долю нагрузки, может оказаться необходимым учи­тывать такие изменения.

Выполнение расчетов СЭЗ при проектировании СЭУ и судна требует специального внимания, так как масса СЭУ по суще­ству должна рассматриваться как суммарная масса собственно установки и обеспечивающих ее работу СЭЗ. Для морских су­дов масса СЭЗ не только соизмерима с массой СЭУ, но во многих случаях значительно превышает ее, оказывая сущест­венное влияние на нагрузку судна в целом.

На начальных стадиях проектирования масса СЭЗ , т, во многих случаях может определяться приближенно на основе расчета расхода топлива для наиболее характерного ходового режима:

,

где — коэффициент, учитывающий запасы масла и техниче­ской воды; — коэффициент, учитывающий расходы топлива на стоянках, потери топлива, эксплуатационный запас; — дальность плавания, мили; — расчетная скорость судна, уз; — удельный расход топлива на СЭУ для расчетного режима,; — суммарная мощность главных агрегатов при расчетной скорости хода, .

Численные значения коэффициентов и могут прини­маться на основе данных по близким прототипам. Ориентиро­вочно коэффициенты составляют: ; .

Значение должно быть определено как

Приведенные ниже выражения для определения запасов топлива и масла следует рассматривать не как однозначно установленные и пригодные для всех случаев, а лишь как типовые примеры определения СЭЗ. Расчеты СЭЗ для каждой отдельной СЭУ должны уточняться с учетом особенностей установки и конкретных условий эксплуатационного использования судна.

Расчеты СЭЗ целесообразно выполнять в табличной форме. Многовариантные расчеты СЭЗ и дальности плавания при од­новременном многообразии расчетных режимов могут быть вы­полнены с использованием ЭВМ по заранее разработанной программе.

Объем цистерн , для хранения СЭЗ определяют по формуле

,

где — коэффициент «мертвого» запаса (); — коэффициент недолива ();— коэффи­циент, учитывающий объем, занимаемый набором ();— коэффициент теплового расширения при нагреве ()—учитывают только для топливных цистерн, имеющих обогрев; — расчетный запас топлива, масла или технической воды, т; — плотность соответственно топлива, масла или воды, кг/м³.