Обоснование состава главной энергетической установки

 

Целью данного раздела является обоснование и выбор главных двигателей.

Исходными данными при выборе главных двигателей являются:

- мощность главной энергетической установки судна Р_у;

- количество и частота вращения движителей n_д.

Количество главных двигателей следует принимать равным числу их у судна, указанного в задании.

Требуемая мощность двигателей Р_т определяется делением суммарной

мощности ЭУ на количество движителей или число главных двигателей судна.

Выбор марки дизелей производится из каталогов и справочников, а также из приложений настоящего пособия по их номинальной эффективной мощности. При выборе следует учитывать необходимость резерва мощности в пределах 10-20 % на компенсацию ухудшения технического состояния и отличие реальных условий эксплуатации от условий заводских стендовых испытаний. При этом следует ориентироваться на двигатели отечественного производства, отдавая предпочтение четырехтактным дизелям, имеющим меньшие удельные расходы топлива, масла и больший ресурс по сравнению с двухтактными аналогами. На судах не­большого водоизмещения и скоростных судах в качестве главных двигате­лей следует использовать высокооборотные дизели возможно меньшей массы и габаритов с достаточным уровнем надежности. При равных или близких значениях показателей экономичности и надежности приоритет следует от­давать дизелям, способным работать на недефицитных видахболее дешевых сортах топлива, в частности, на моторном. Некоторые марки судовых дизелей и их основные показатели приведены в приложении 7, а также в каталогах [9] и альбомах обо­рудования речного флота [10].

Предметом рассмотрения курсового проекта (первым вариантом задания) является достижение энергетической эффективности судовой энергетической установки, которая заключается в минимизации расхода топлив и масел, стоимости двигателя, утилизации теплоты двигателя, увеличении его ресурса, уменьшении площади, занимаемой им в машинном отделении.

В этом случае для обоснования марки главного двигателя необходимо в соответс­твии с указанными выше рекомендациями подобрать 2-3 двигателя разных марок, мощность которых близка (в диапазоне (80110÷120%)Р_т) к требуемой, и сравнить их с установленными на судне по комплексному параметру качества.

Вторым вариантом задания на курсовое проектирование могут выступать требования об изменении скорости движения или тягового усилия. В этих случаях требуемая мощность главной энергетической установки определяется на основе гидродинамического расчета [1] или приближенно по формулам адмиралтейских коэффициентов:

Р_ут=Р_у·R_tт·V_т/(R_t·V), кВт – для буксиров

или

Р_ут=Р_у· (V_т/V)^3,25, кВт, - для остальных видов водоизмещающих судов

где Р_ут и Р_у – требуемая и существующая номинальная эффективная мощность главной энергетической установки судна, кВт;

R_tт и R_t – требуемое и существующее тяговое усилие, кН;

V_т и V – требуемая и существующая скорость движения судна с составом или в полном грузу, км/ч;

Для обоснования марки главного двигателя необходимо в соответс­твии с указанными выше рекомендациями подобрать 2-3 двигателя разных марок, мощность которых близка к требуемой (в диапазоне (100÷120%)Р_т) к требуемой, и сравнить их с установленными на судне по комплексному параметру качества:

,

где К_о – комплексный параметр качества дизеля;

p=P_e/(l·s·h) – удельная мощность дизеля, кВт/м³;

Р_е – номинальная эффективная мощность дизеля, кВт;

l, s и h – длина, ширина и высота дизеля в м;

Р_max – максимальное значение удельной мощности среди рассматриваемых дизелей, кВт/м³;

m=M/P_e – удельная масса дизеля, кг/кВт;

M – масса дизеля, кг;

m_min - минимальное значение удельной массы среди рассматриваемых дизелей, кг/кВт;

b_o – удельный эффективный расход топлива дизеля, кг/кВт·ч;

b_omin – минимальное значение удельного эффективного расхода топлива среди рассматриваемых дизелей, кг/кВт·ч;

b – удельный эффективный расход масла дизеля, кг/кВт·ч;

b_min – минимальное значение удельного эффективного расхода масла среди рассматриваемых дизелей, кг/кВт·ч;

r - ресурс дизеля до капитального ремонта, тыс. ч.;

r_max – максимальное значение ресурса среди рассматриваемых дизелей, тыс. ч.;

j – условный показатель рода топлива, используемого дизелем (для тяжелого топлива j-1, а для легкого (дизельного) – j-0);

C=0,77*[(P_e^0,87*r^0,48)/(b_e^1,58*b^0,23)] – стоимость дизеля;

С_min – минимальное значение стоимости среди рассматриваемых дизелей;

a_i (i=1÷7) – коэффициенты весомости основных параметров, принимаемые в зависимости от типа судна (Σa_i=1). При выборе двигателей для крупных транспортных судов можно принимать a₁=0,1; а₂=0,12; а₃=0,24; а₄=0,14; а₅=0,19; а₆=0,14; а₇=0,07. Сопоставление производят в табличной форме.

Таблица 4

Сопоставление параметров судовых дизелей

Наименование параметров, единица измерения	Производитель и Ммарка дизеля
Штатный ГД	Вариант 1	Вариант 2
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ Номинальная эффективная мощность, кВт Ном. Частота вращения коленчатого вала, мин-1 Реверсивность Род топлива Удельный эффективный расход топлива, кг/кВт·ч Ресурс до капитального ремонта, тыс.ч

Продолжение таблицы 4

Габаритные размеры, м: длина х ширина х высота Масса, кг РАСЧЕТНЫЕ ДАННЫЕ Удельная мощность, кВт/м3 Удельная масса, кг/кВт Стоимость ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ: Удельная мощность Удельная масса Удельный расход топлива Удельный расход масла Ресурс Род топлива Стоимость КОМПЛЕКСНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ КАЧЕСТВА Тип главной передачи КПД СУДОВОГО КОМПЛЕКСА

1. Реверсивному дизелю присваивается 1, а нереверсивному – 0;

2. Для дизеля, работающего на моторном и дизельном топливе, присваивается 1, а только на дизельном топливе – 0.

В качестве главного двигателя суднка следует выбирать дизель, имеющий наибольшее значение комплексного параметра. При равных значениях К_опредпочтение отдается дизелю, который в составе главной ЭУ имеет больший КПД судового комплекса η_ск.

В пояснительной записке приводится мотивированный выбор марки главных двигателей с указанием характеристик основных систем, навешенных механизмов, степени автоматизации и перечня поставляемого с дизелями оборудования (холодильников, пусковых баллонов и т.п.).

 

Выбор редуктора

 

При выборе типа главной передачи [5] для транспортных речных судов с реверсивными главными двигателями, частота вращения коленчатого вала которых не превышает 300÷350 мин^-1 предпочтение отдается прямой передаче. При частоте вращения коленчатого вала больше указанных значений используется редукторная передача. В случае нереверсивных главных двигателей применяется главная передача с реверсивной муфтой или реверс-редуктором. Для ледоколов, паромов и крупных пассажирских судов предпочтение отдается электрической передаче. Гидропередача обычно в составе с зубчатой применяется на буксирах и толкачах.

При выборе типа редуктора опредеяющими параметрами являются максимально-допустимые крутящий момент и частота вращения входного вала редуктора, выше которых редуктор работать не должен. При выборе типа редуктора необходимо стремиться к тому, чтобы частота вращения выходного вала редуктора была возможно близкой к частоте вращения валопровода судна-прототипа. Крутящий момент на выходном фланце двигателя в Н·м определяется по формуле:

[C1]

где Р_е подставляется в Вт, а n – в об/мин. Если редуктор встроен в корпус двигателя и поставляется заводом изготовителем (дизель-редукторный агрегат – ДРА), то необходимости в выборе редуктора нет.

Из монографии [5] или из приложения 8 выбирается тип редуктора, выписываются: марка, передаточное отношение, габариты, масса. Определяется частота вращения выходного вала редуктора, с которой будет вращаться вся линия валопровода, включая винт.

n_в= n·i – частота вращения на выходном фланце редуктора, об/мин;

n – частота вращения главного двигателя, об/мин;

i – передаточное отношение редуктора (отношение частоты вращения ведомого вала к частоте вращения вала ведущего).

 

2.6. Определение параметров согласованного гребного винта [12]

 

При изменении скорости движения судна (увеличение или уменьшение мощности главного двигателя) необходимо новую мощность согласовать с работой гребного винта, т.е. определить основные его элементы. Согласование работы двигателя и гребного винта рекомендуется производить на номинальной частоте вращения при мощности, составляющей 85% от номинального значения, т.е. расчет производить при меньшем сопротивлении корпуса судна.

Приближенно элементы гребного винта определяются по уравнению:

где ΔН – изменение шага винта, м;

ΔD_в и D_в –изменение диаметра винта, диаметр винта, м;

Δn и n – частота вращения гребного винта, об/сек; изменение частоты вращения гребного винта;

Δn=n₀–n₁, где n₀ – частота вращения гребного винта до модернизации в об/с,

n₁ – частота вращения гребного винта после модернизации в об/с;

С₁; С₂; С₃; С₄ – коэффициенты;

С₁=φ₁(Н/D_в; λ_е)

С₂= –5К₂·φ₁(Н/D_в; λ_е)+ Н/D_в

С₃=3К₂·φ₁(Н/D_в; λ_е)+λ_е·φ₂(Н/D_в; λ_е)

С₄=ΔV_е·φ₂(Н/D_в; λ_е)/(n·D_в)

ΔV_е - изменение скорости судна

ΔV_е=V_т -V, км/ч

V_т – скорость судна после модернизации, км/ч;

V – скорость судна до модернизации, км/ч. Если изменение скорости судна заложено в исходных данных курсового проекта, то значение V_т берется из задания. Если в исходных данных курсового проекта говорится о модернизации энергетической установки с целью повышения энергетической эффективности, то V_т определяется по формуле адмиралтейского коэффициента С_а:

С_а=Q^2/3·V_т³/ Р_у,

где Q – водоизмещение судна в м³, Р_у – мощность главных двигателей в кВт;

ΔК_р – изменение коэффициента момента;

ΔР_гв – изменение мощности на гребном валу, кВт;

ΔР_гв = P_{гв 1} – Р_{гв 0}

Р_гв0 – мощность передаваемая гребному винту до модернизации, кВт;

Р_гв1 – мощность передаваемая гребному винту после модернизации, кВт;

Р_гв0 = Р_{ен 0} ·η_в·η_п; Р_{гв 1} = Р_{ен 1}·η_в·η_п

Р_ен0 и Р_ен1 – эффективная номинальная мощность двигателя до модернизации и после модернизации, кВт;

η_в и η_п – КПД валопровода и передачи; η_в =0,98÷0,99 (упорный опорный подшипники); η_п =0,96÷0,97 (реверс-редукторная передача); η_п = 0,87÷0,9 (электропередача на двойном токе); η_п = 0,85÷0,92 (гидродинамическая передача);

ρ – плотность воды, т/м³.

При условии, что согласование производится за счет изменения шага винта (ΔD_в /D_в равны нулю) уравнение упрощается:

где зависимости φ₁ и φ₂ определяются с помощью графиков на рис. 1,2 для открытых винтов и на рис. 3,4 для винтов в насадке;

λ_е относительная поступь гребного винта

λ_е=V·(1–ψ)/(n₀·D_в)

где V – скорость судна до модернизации в м/с,

ψ – коэффициент попутного потока

где δ – коэффициент полноты водоизмещения;

δ=V_ов/(L·B·T)

L – длина корпуса судна расчетная, м; B – ширина корпуса судна расчетная, м; T – осадка расчетная, м; х – количество гребных винтов; V_ов – объемное водоизмещение судна, м³.

Для судов, относительная скорость которых , к значению ψ рекомендуется вводить поправку на влияние волнообразования

Δψ=

где g – ускорение силы тяжести, g=9,87 м/с².

Для гребных винтов в насадке

где K_ψ – коэффициент учитывающий увеличение попутного потока в диске винта за счет свеса кормовой оконечности судна, выбираемый по графику на рис. 5.

Для судов с обычными (нетуннельными) обводами кормовой оконечности а=0,043, K_ψ=1, “х” равняется числу винтов.

Для судов с туннельными формами кормы а= –0,05; х=1 (независимо от количества винтов).

Для винтов, установленных в туннелях, при определении ψ вместо диаметра винта D_в следует подставлять осадку судна кормой Т_к.

Рис.1. График для открытого гребного винта.

Рис. 2. График для открытого гребного винта.

 

Рис. 3. График для гребного винта в насадке.

 

Рис. 4. График для гребного винта в насадке

 

Рис. 5. График К_ф(Д/Т_к); h=(h₁-h₂)/D_в

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: