Расчёт гребного винта, обеспечивающего судну заданную скорость.

Данные закладываемые в расчёт:

= 12 узлов. = 6,168 м/с. = 4,2 м/с.

- КПД валопровода, т.к. МО в корме = 0,98

P = 276,674 кН. R_э = 198,375 кН. = 1,053

Обороты винта 280…340 об/мин.

Таблица 2.

1.	Обороты винта (об/мин)	Принято по данным.
2.	Обороты винта n (об/с)	Принято по данным.	4,67	5,0	5,33	5,67
3,	Коэффициент задания.		0,48	0,46	0,45	0,44
4.	Относительная поступь винта.		0,31	0,29	0,28	0,27
5.	Исправленная поступь.		0,32	0,3	0,29	0,28
6.	Оптимальный диаметр винта. (м)		2,81	2,8	2,717	2,645
7.	Коэффициент упора винта.		0,198	0,176	0,174	0,172
8.	КПД винта в свободной воде.		0,43	0,42	0,418	0,415
9.	Пропульсивный коэффициент.		0,453	0,442	0,44	0,437
10.	Мощность главного двигателя.(кВт)		1378,09	1412,38	1418,8	1429,54

 

Определение частоты оборотов и необходимой мощности.

 

 

график. №1

 

Ne

По полученным данным получаем:

n = 5,28 об/с.

Расчёт гребного винта, обеспечивающего максимальную скорость судна.

 

Таблица 3.

1.	Скорость судна (уз). us	дано	11,5		12,5
2.	Скорость судна (м/с). u	дано	5,911	6,186	6,425	6,682
3.	Средняя скорость воды в диске винта (м/с).		4,025	4,2	4,375	4,55
4.	Коэффициент задания.		0,439	0,458	0,477	0,496
5.	Относительная поступь винта.		0,28	0,29	0,31	0,32
6.	Исправленная относительная поступь винта.		0,288	0,30	0,32	0,33
7.	Оптимальный диаметр винта (м).		2,731	2,736	2,741	2,743
8.	Коэффициент упора.		0,185	0,184	0,202	0,195
9.	кпд винта в свободной воде.		0,398	0,418	0,42	0,423
10.	Пропульсивный кпд.		0,419	0,436	0,442	0,445
11.	Мощность главного двигателя (кВт).		1427,83	1431,82	1471,23	1519,77

Определение диаметра гребного винта и максимально достижимой скорости.

 

 

График 2

 

 

D_гр.в. = 2,737 м. u_{s max} = 12,18 уз.

 

3.

Выбор главного двигателя

И редуктора.

 

 

В качестве главных двигателей (ГД) устанавливаются два среднеоборотных дизеля фирмы «WARTSILA» марки 8L20C, с понижающими частоту вращения реверс-редукторами, работающими на винты фиксированного шага (ВФШ).

Дизели – четырёхтактные, нереверсивные, рядные с газотурбинным наддувом и промежуточным охлаждением воздуха.

Дизель имеет следующие основные характеристики:

Максимальная длительная мощность, кВт…………..1440

Диаметр цилиндра, мм………………………………...200

Количество цилиндров, шт……………………………8

Ход поршня, мм………………………………………..280

Максимальные обороты, об/мин……………………..1000

Минимальные обороты, об/мин……………………...720

Удельный расход топлива, кг/кВт*ч…………………0,192

Удельный расход масла, г/кВт*ч……………………..0,9

Среднее эффективное давление, бар………………....25,8

Габариты:

длина, мм……………………………………….3776

высота, мм……………………………………...2777

ширина, мм……………………………………..1850

масса двигателя, т……………………………...10,5

Главный двигатель рассчитан на работу на топливе MDO вязкостью до 14 сСт и дизельном топливе с температурой вспышки не ниже 60^о С.

 

Определение области допустимых режимов работы двигателя.

1. кВт.

2. кВт.

3. кВт.

4. кВт.

5. оптимальные обороты двигателя.

об/мин.

Область допустимых режимов работы двигателя 8L20C

 

график. № 3

 

 

 

Выбор редуктора.

Выбор типа редуктора и его конструктивной схемы зависит от передаваемого крутящего момента, передаточного числа, типа судна, установки, двигателя, от взаимного расположения двигателей и редуктора, числа двигателей, работающих через редуктор на винт, конструкции и расположения муфт, наличие или отсутствия дополнительного отбора мощности.

 

1. Крутящий момент

2. Передаточное отношение

где: - максимальные обороты винта.

 

По рекомендации фирмы – изготовителя ГД принимаем два реверс – редуктора типа WAF 842.

 

4.

Расчёт элементов

Валопровода.

 

Валопровод.

На судне предусматривается две валовых линии. Каждая из валовых линий включает в себя промежуточный и гребной валы.

Дейдвудное устройство оборудуется кормовым и носовым (с пневмостопом) уплотнениями гребного вала.

Гребной вал опирается на дейдвудный подшипник скольжения, смазываемый пресной водой, и выносной подшипник скольжения (из баббита), расположенный в МО, с индивидуальной смазкой, заливаемой в корпус подшипника.

Установка дейдвудной трубы с подшипником скольжения предусматривается с применением полимерного материала.

Упорный подшипник встроен в реверс-редуктор.

Движители.

В качестве движителей предусмотрены два гребных винта фиксированного шага (ВРШ) диаметром 2,7 м.

Гребные винты изготавливаются из нержавеющей стали.

 

1. Диаметр промежуточного вала.

где: F – коэффициент, численное значение которого выбирают в зависимости от типа двигательной установки.

F=100 – для СДУ с прямой и редукторной передачей.

N_e – максимальная длительная мощность двигателя.

N_e=1440 кВт.

n_max – максимальные обороты двигателя.

n_max=1000 об/мин.

 

мм.

мм. – для класса А1

2. Диаметр гребного вала.

 

где: К – коэффициент, при котором предусматривается или бесшпоночное соединение гребного вала с винтом или при соединении гребного вала с винтом при помощи шпонки.

К=1,22 – бесшпоночное соединение.

К=1,26 – соединение со шпонкой.

мм.

мм. – для класса А1

Из стандартных диаметров валов выбираем:

d_пр = 125 мм.

d_гр = 170 мм.

3. Соединение валов.

3.1. Диаметр соединительного болта.

(выполняем методом последовательного приближения)

где: i – число болтов.

i = 6 – 12 (8)

D – диаметр окружности для расстановки болтов.

D = d_пр + 3*d_Б

I – е приближение.

d_Б = 32 мм.

D = 125 + 3*32 = 221 мм мм.

II – е приближение.

d_Б = 24 мм.

D = 125 + 3*24 = 197 мм мм.

Принимаем болты с резьбой М24 в количестве 8 шт.

 

4. Длина гребного вала.

L_гр = L_рем = L_ап + L_нос + L_корм

где: L_ап = (0,05…0,055)* L_пп

где: L_пп – длина судна.

L_пп = 128,2 м.

L_ап = 0,05*128,2 = 6,41 м.

L_нос = 1 м.

L_корм = 3*d_гр = 3*0,17 = 0,51 м.

L_гр = L_рем = 6,41 + 1 + 0,51 = 7,92 м.

 

5. Длина промежуточного вала.

L_пр.в = L_гр – 1 = 7,92 – 1 = 6,92 м.

 

6. Толщина фланцев.

6.1. Толщина фланца промежуточного вала равна диаметру болта.

мм.

6.2. Толщина фланца гребного вала.

мм.

т.к. выбирается max значение, то толщина фланцев равна 31,25 мм.

 

7. Расстояние между опорами.

где: L_моп – расстояние между опорами.

d – диаметр соответствующего вала.

 

Для промежуточного вала.

Для гребного вала.

7.1. Расстояние между опорами промежуточного вала.

Кормовыми опорами.

м.

Носовыми опорами.

м.

Размеры входят в допустимый диапазон.

7.2. Расстояние между опорами гребного вала.

м.

так как расстояние между опорами гребного вала не входят в допустимый диапазон для гребного вала:

то следует поставить ещё один промежуточный опорный подшипник.

 

5.

Предварительный расчёт

Судовой электростанции.

Для предварительного расчёта мощности судовой электростанции воспользуемся эмпирическими зависимостями:

Для ходовых режимов

Где: - средняя мощность судовой электростанции на ходовом режиме (кВт)

- постоянная величина, зависящая от типа СЭУ судна (кВт)

для ДУ транспортных судов составляет от 20 до 50 кВт, но для некоторых типов транспортных судов(контейнеровозов и метановозов) может достигать от 200 до 350 кВт, что объясняется наличием на этих судах крупных потребителей электроэнергии

(вентиляторы грузовых трюмов, газовые компрессоры,установки инертных газов), которые не связанны непосредственно с ГД.

кВт (т.к. у нас унивирсальный сухогруз).

- мощность ГД (кВт).

кВт.

Для стояночных режимов

где: - средняя мощность судовой электростанции на стояночных

режимах (кВт)

- постоянная величина, зависит от тех же параметров, что и Р_хо (кВт).

=15…30 кВт.

- размерный коэффициент пропорциональности зависит от типа

судна и может изменяться от 0.002 для сухогрузных судов

и танкеров до 0.055 для контейнеровозов и метановозов.

=0,025 кВт/т.

D - дедвейт судна.

D = 5010 т.

кВт.

Из полученных данных выбираем в качестве источников электроэнергии в составе основной электростанции 3 дизель-генератора с синхронными генераторами трехфазного тока фирмы «Катерпиллер» типа САТ 3306, мощностью 160 кВт частотой 50 Гц, с частотой вращения 1500 об/мин (один из них резервный)

 

 

6.

Расчёт и комплектование

Систем СЭУ.

Топливная система.

а) Подача топлива.

1. Часовой расход топлива МDO.

м³/ч.

Где:

N_e – максимальная длительная мощность главного двигателя.

N_e = 1440 кВт.

- количество работающих ГД.

= 2

- плотность топлива MDO.

= 0,9 т/м³.

- фактический удельный расход топлива ГД.

где:

- удельный расход топлива ГД.

= 0,192 кг/кВт*ч.

- дополнительный расход топлива на навесные топливные, масляные насосы и насосы охлаждения низкотемпературного и высокотемпературного контуров.

= 0,005 кг/кВт*ч. (по данным фирмы изготовителя).

- коэффициент, учитывающий допуск фирмы-поставщика.

= 0,05.

кг/кВт*ч.

м³/ч.

2. Часовой расход дизельного топлива.

2.1. для ГД.

м³/ч.

Где:

- плотность дизельного топлива.

= 0,86 т/м³.

м³/ч.

2.2. для ДГ.

м³/ч.

Где:

- фактический удельный расход топлива ДГ.

- эксплуатационная нагрузка работающих ДГ на ходу судна.

Принимаем = =286,4 кВт.

Где:

- удельный расход топлива ДГ.

= 0,211 кг/кВт*ч.

- коэффициент, учитывающий допуск фирмы-поставщика.

= 0,05.

- КПД генератора.

= 0,92.

кг/кВт*ч.

м³/ч.

 

3. Объём расходной цистерны топлива MDO.

Расходная цистерна топлива MDO предназначена для подачи топлива MDO к ГД.

В соответствии с п.13.8.1. части VIII Правил РС для варианта расходных топливных цистерн на судне может быть предусмотрена одна расходная цистерна топлива MDO. Вместимость расходной топливной цистерны рекомендуется принимать такой, чтобы она могла обеспечить работу всех потребителей на максимальном режиме в течение восьми часов.

Пополнение расходных цистерн MDO предусматривается от постоянно работающего сепаратора топлива MDO из запасных цистерн MDO.

м³.

Где:

- коэффициент недолива.

= 1,01

- коэффициент теплового расширения топлива.

=1,015

- коэффициент отстоя в расходной цистерне.

= 1,05

- время работы потребителей.

= 8 ч.

м³.

 

4. Объём расходной цистерны дизельного топлива.

Расходная цистерна дизельного топлива предназначена для подачи дизельного топлива к ГД и ДГ.

В соответствии с п.13.8.1. части VIII Правил РС для варианта расходных топливных цистерн на судне должны быть предусмотрены две расходные цистерны дизельного топлива для ГД и ДГ. Вместимость расходной топливной цистерны рекомендуется принимать такой, чтобы она могла обеспечить работу всех потребителей на максимальном режиме в течение не менее 4 часов.

 

4.1. Расчётная расходная вместимость одной расходной цистерны.

где: - время ходовой вахты.

= 4 ч.

м³.

4.2. Время пополнения расходной цистерны.

где: - производительность топливоперекачивающего насоса.

= 13,4 м³/ч.

ч.

4.3. Количество топлива, соответствующего min уровню в цистерне.

м³.

4.4. Требуемая вместимость одной расходной цистерны.

где: - коэффициент недолива.

= 1,01

- коэффициент теплового расширения.

= 1,015

- коэффициент отстоя в расходной цистерне.

= 1,05

м³.

 

5. Объём смесительной цистерны.

м³.

 

6. Топливоподкачивающий насос.

Поставляется вместе с ГД фирмой-поставщиком.

Марка насоса ACE 0,25N3.

Производительность W_тпн = 1,43 м³/ч.

Давление Р = 0,8 МПа.

 

7. Подогреватель топлива.

Для достижения необходимой вязкости тяжёлого топлива его необходимо нагреть до температуры 120…150 ^оС.

7.1. Расход тепла на подогрев топлива.

где: W_тн = W_тпн = 1,43 м³/ч.

с – теплоёмкость мазута.

с = 2,1 кДж/кг*К

Т₁ – температура топлива на входе в подогреватель.

Т₁ = 50 ^оС.

Т₂ - температура топлива на выходе из подогревателя.

Т₂ = 130 ^оС.

кВт.

7.2. Поверхность подогревателя.

где: - коэффициент запаса.

= 1,15

- коэффициент теплопередачи.

= 0,3 кВт/м³*К

- температурный напор.

= 100 ^оС.

м².

 

 

б). Подсистема хранения топлива.

1. Объём цистерны аварийного запаса топлива MDO.

Аварийный запас топлива MDO должен обеспечивать работу главного двигателя в течении 24-х часов.

где: - плотность топлива MDO.

= 0,9 т/м³.

- часовой расход топлива МDO.

= 0,659 м³/ч.

- количество работающих ГД.

= 2

м³.

2. Топливоперекачивающий насос.

Предназначен для заполнения расходных цистерн топлива и выдачи топлива другому судну.

Производительность топливоперекачивающего насоса определяется из условия обеспечения ЭУ топливом на режиме его max потребления.

где: - время между запусками насоса.

= 4ч.

- длительность работы насоса.

ч.

- часовой расход дизельного топлива для ДГ.

= 0,08 м³/ч.

м³/ч.

По требованию заказчика к установки на судно принимаются два электроприводных топливоперекачивающих насоса производительностью 10 м³/ч. при давлении 0,4 МПа.

Выбираем 2 топливоперекачивающих насоса марки НМШ 32-10-13,4/4Б-13.

= 13,4 м³/ч. Р = 0,4 МПа.

Один насос предусматривается использовать для перекачки и выдачи дизельного топлива из запасных цистерн, а также для подачи дизельного топлива в расходные цистерны.

Второй насос предусматривается использовать для выдачи топлива МDO из запасных цистерн и в качестве резервного средства для подачи топлива МDO в расходную цистерну.

3. Объём переливной цистерны.

Определяется интенсивностью приёма топлива. Переливная цистерна должна иметь объём не менее 10 – минутной производительности топливоперекачивающего насоса.

где: ₂ – коэффициент теплового расширения топлива.

₂ = 1,015

₄ – коэффициент мёртвого запаса.

₄ = 1,02

W_Б – производительность бункеровочного насоса дизельного топлива на базах Морского Флота.

W_Б = 50 т/ч.

- плотность дизельного топлива.

= 0,86 т/м³.

- время подачи топлива бункеровочным насосом.

= 0,17 ч.

м³/ч.

4. Запас топлива МDO.

где: L – дальность плавания.

L = 5000 миль.

u_s – скорость судна (расчётная).

u_s = 12 уз.

т.

5. Запас дизельного топлива.

т.

 

Подсистема очистки топлива.

1. Объём отстойной цистерны.

где: - удельный расход топлива ГД.

= 0,192 кг/кВт*ч.

N_e – максимальная длительная мощность главного двигателя.

N_e = 1440 кВт.

м³.

2. Сепараторы топлива.

2.1. Сепаратор топлива МDO.

Предназначен для постоянной сепарации топлива МDO при подачи в расходную цистерну топлива MDO.

Выбор типоразмера сепаратора для системы топливоподготовки производится из условия обеспечения очистки топлива МDO от воды и механических примесей до требуемых норм при обеспечении потребного суточного расхода топлива для работы в ходовом режиме двух главных двигателей.

где: - часовой расход топлива МDO.

= 0,659 м³/ч.

- коэффициент запаса.

= 1,15

Т₁ – условное время работы в сутки не саморазгружающегося сепаратора при сепарации топлива МDO, обеспечивающее дополнительный запас по производительности сепаратора для компенсации расхода топлива при работе ГД в период остановки сепаратора на очистку барабана.

Т₁ = 20 ч.

м³/ч.

 

2.2. Сепаратор дизельного топлива.

Предназначен для сепарации дизельного топлива в случае его обводнения или загрязнения.

Выбор типоразмера сепаратора для системы топливоподготовки производится из условия обеспечения очистки топлива МDO от воды и механических примесей до требуемых норм при обеспечении потребного суточного расхода топлива для работы в наиболее напряжённом, ходовом, режиме двух главных двигателей и дизель-генераторов.

где: В_ГД2 - часовой расход дизельного топлива двумя главными двигателями.

В_ГД2 = 0,69 м³/ч.

В_ДГ - часовой расход дизельного топлива работающими ДГ в ходовом режиме.

В_ДГ = 0,08 м³/ч.

Т₂ - условное время работы в сутки не саморазгружающегося сепаратора при сепарации дизельного топлива с учётом его меньшей загрязнённости и более редких остановках сепаратора для чистки барабана.

Т₂ = 22 ч.

- коэффициент запаса.

= 1,15

 

м³/ч.

 

3. Объём цистерны отходов сепарации.

где: - часовой расход топлива МDO.

= 0,659 м³/ч.

- плотность топлива MDO.

= 0,9 т/м³.

м³.

Из полученных данных выбираем 2 сепаратора топлива СЦ – 1,5 – 4М.

Производительность ……………………………………..1,5 м³/ч.

Давление нагнетания …………………………………….0,24 МПа.

Мощность двигателя ……………………………………..3,2 кВт.

Частота вращения ………………………………………...142 об/мин.

Длина ……………………………………………………...895 мм.

Ширина …………………………………………………....730 мм.

Высота ……………………………………………………..800 мм.

Масса (НЕТТО) …………………………………………...220 кг.

Выбираем насос сепаратора ШФ 5 – 25 – 3,6/4Б – 13.

Производительность …………………………………….3,6 м³/ч.

Давление нагнетания …………………………………….0,4 МПа.

Мощность двигателя ……………………………………..2,2 кВт.

Частота вращения ………………………………………...1450 об/мин.

Длина ……………………………………………………...597 мм.

Ширина …………………………………………………....265 мм.

Высота ……………………………………………………..331 мм.

Масса (рабочая) …………………………………………...60,5 кг.

 

4. Расчёт подогревателя сепаратора.

4.1. Расчёт тепла в подогревателе сепаратора.

где: W – производительность насоса сепаратора.

W = 3,6 м³/ч.

c – теплоёмкость топлива.

с = 2,1 кДж/кг*К

T₁ – температура топлива перед подогревателем.

T₁ = 30 ^оС.

T₂ – температура топлива после подогревателя.

T₂ = 98 ^оС.

кВт/ч.

4.2. Площадь поверхности подогревателя сепаратора.

где: ₃ - коэффициент запаса.

₃ = 1,15

- коэффициент теплопередачи.

= 0,3

- температурный напор в подогревателе.

= 60 ^оС.

м².

Характеристики топлив.

 

Тяжёлое топливо:

 

Мазут М 40 (ГОСТ10585-75)

- плотность при 50оС, т/м3	0,9
- вязкость при 50оС, сСт
- содержание механических примесей, %
- содержание воды, %	0,4…0,6
- содержание серы, %	до 1
- зольность, %	0,15
- температура застывания, оС
- низшая теплота сгорания, кДж/кг

 

Лёгкое топливо:

 

марка С (ГОСТ 305-85)

- плотность при 50оС, т/м3	0,86
- вязкость при 50оС, сСт	3,8
- содержание механических примесей, %	-
- содержание воды, %	-
- содержание серы, %	до 1
- зольность, %	0,01
- температура застывания, оС	-15
- низшая теплота сгорания, кДж/кг
- температура вспышки, оС

 

Для пуска и маневровых режимов может использоваться топливо марок Л, С, З.

Химические присадки добавляемые в топливо:

- для снижения температуры застывания: А110Х, А504Х, А804Х. Вводятся в концентрации 0,02 %, что снижает температуру застывания на 20…30^оС;

-для улучшения воспламеняемости: алкилнитраты, альдегиды RCHO, кетоны RCOR. Приводят к уменьшению загрязнения окружающей среды;

- многофункциональные: ВНИИМП-11115;

- антикоррозионные: MgSO₄;

- для улучшения сгорания: соли Mg, Ca, Ba, Zn в концентрации 0,05…0,5 %.

 

Система смазки.

1. Главный масляный насос.

Подача главного масляного насоса рекомендованная фирмой – изготовителем двигателя 8L20C:

Q_гмн = 47,6 м³/ч.

Выбираем два винтовых насоса марки А23В 63/25 – 50/4.

Q_гмн = 50 м³/ч.

 

2. Объём сточно-циркуляционной цистерны.

где: ₃ - коэффициент вспенивания.

₃ = 1,5

- коэффициент загромождения.

= 1,06

z_м – краткость циркуляции.

z_м = 5…10 (8)

м³.

 

3. Температура масла перед охладителем.

Т₁ = 63 ^оС.

 

4. Фильтры грубой и тонкой очистки.

Поступают вместе с главным двигателем.

5. Запас циркуляционного масла.

где: i – кратность смены масла за рейс.

i = 1.

g_м – удельный расход масла.

g_м = 0,9 * 10^-3 г/кВт*ч.

T – продолжительность рейса.

T = 1000 ч.

N_e – максимальная длительная мощность главного двигателя.

N_e = 1440 кВт.

n – кол – во ГД.

n = 2.

- плотность масла.

= 0,914 т/м³.

т.

 

6. Объём цистерны запаса масла.

т.

 

7. Объём цистерны грязного масла.

Вместимость цистерны грязного масла дизелей определяется из условия одной смены циркуляционного масла в одном ГД, одной смены масла в обоих реверс – редукторах и одной смены масла во всех вспомогательных дизель – генераторах за принятую дальность плавания.

где: - коэффициент недолива.

= 1,01

- коэффициент теплового расширения.

= 1,015

- коэффициент мёртвого запаса.

=1,02