Потребление теплоты на ходовом режиме

Максимальное потребление теплоты в ходовом режиме [1, c. 26]

Q_{å x} = k_о^.k_c^.k_з ^.( Q_oт + Q_cб + Q_т ) =

= 0,87×1,1×0,9∙(50000 + 7500 + 8625) = 56953 кДж/ч = 15.8 кВт,

где k_о = 0,87 – коэффициент одновременности на ходовом режиме;

k_c = 1,1 – коэффициент запаса;

k_з = 0,9 – коэффициент загрузки потребителей на ходовом режиме;

Q_от = 50000 кДж/ч – расход на отопление;

Q_сб = 7500 кДж/ч – расход на санитарно-бытовые нужды;

Q_т = 8625 кДж/ч – расход на технические нужды.

Общее количество теплоты, которое может быть утилизировано [1, c. 28]

где - доля теплоты, приходящаяся на выпускные газы:

;

- коэффициент,учитывающий потери теплоты в окружающую среду и загрузку ДВС;

=42000 кДж/кг- низшая рабочая теплота сгорания топлива;

- минимальная температура выпускных газов двигателя() и температура воздуха выпускных газов УК;

- коэффициент избытка воздуха ДВС ( для СОД);

- теоретическое количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива, кг/кг; - удельная теплоёмкость газов, кДж/кг·К;

=0,211 кг/кВт·ч - удельный расход топлива ДВС;

=1400кВт- суммарная мощность главных двигателей.

 

Выбор автономного и утилизационного котлов

Автономный котёл выбирается по величине общего потребления теплоты в стояночном режиме Q_åС = 25458 кДж/ч = 7.07 кВт. Выбираем котел TURBO-13R. Характеристики автономного котла приведены в таблице 3.2.

Таблица 3.2. Основные характеристики автономного котла TURBO-13R

Характеристика	Значение
Тепловая мощность, ккал/ч
Рабочее давление воды Р, кг с/см2	8,5
Расход топлива, ккал/ч	14008,62
Масса котла без воды, кг

 

Так как Q_ут больше, чем Q_åХ, то производительность утилизационного котла выбирается по величине максимального потребления теплоты в ходовом режиме Q_{å x} =56953 кДж/ч = 15.8 кВт. Выбираем утилизационный водогрейный котел КАУ-1.7. Характеристики утилизационного котла приведены в таблице 3.3.

Таблица 3.3. Основные характеристики утилизационного котла КАУ-1.7

Характеристика	Значение
Тепловая мощность, кВт
Рабочее давление пара, МПа	0,13
Поверхность нагрева, м2	1,7
Температура газов на выходе из котла, °С
Температура газов до котла, °С
Масса котла с водой, т	0,354
Масса котла без воды, т	0,304

Выбор оборудования и устройств СЭУ

Система сжатого воздуха

Система предназначена для пуска дизелей, продувки трубопроводов и поддержания постоянного давления в пневмоцистернах, обеспечения работы пневматических инструментов, механизмов, тифонов и т.д.

В соответствии с “Правилами” устанавливаю на судне два компрессора: автономный с приводом от электродвигателя.

Пуск дизеля проводят сжатым воздухом с давлением 2,5 ¸ 3 МПа. Запас сжатого воздуха в баллонах для пуска главного двигателя должен быть не менее чем на 6 пусков. Число баллонов не менее двух с равной емкостью. Для пуска вспомогательных двигателей должен быть предусмотрен хотя бы один баллон вместимостью достаточной для выполнения 6 пусков вспомогательного двигателя большей мощности. Трубы выполнены из стали Ст 20, горячекатанные, бесшовные. Арматура выполнена из бронзы.

Определяем емкость пусковых баллонов главного двигателя из условия 6 пусков двигателя. Суммарная емкость определяется по формуле:

м³

где: v = 9 м³/м³ – удельный расход воздуха на 1 м³ объема цилиндра двигателя;

V_s - рабочий объем цилиндра двигателя, м³;

м³

D_ц = 0,25 м – диаметр цилиндра двигателя;

S= 0,34 м – ход поршня;

z = 8 – число цилиндров двигателя;

n = 2 – число двигателей;

m = 6 – число последовательных пусков;

P_o = 0,1 Мпа – давление окружающей среды;

P = 3 Мпа – давление в баллонах для СОД;

P_min = 1,5 Мпа – минимальное давление при котором возможен запуск СОД.

. Выбираем стандартный объем пускового баллона 0,5м³

Объем тифонных баллонов:

м³

где: V_м = 3 м³/мин – расход свободного воздуха тифоном;

t_c = 10 мин – время подачи сигнала для пополнения баллона;

P_1Т = 3 МПа – начальное давление в тифонном баллоне;

P_2Т = 0,5 МПа – минимальное давление в тифонном баллоне.

Стандартный объем тифонных баллонов 1,3 м³

 

Подача воздуха на вспомогательные механизмы производится из баллонов, объем которых считается следующим образом:

м³

где: v = 9 м³/м³ – удельный расход воздуха на 1 м³ объема цилиндра двигателя;

V_s - рабочий объем цилиндра двигателя, м³;

м³

D_ц = 0,106 м – диаметр цилиндра двигателя;

S= 0,127 м – ход поршня;

z = 6 – число цилиндров двигателя;

n = 2 – число дизель - генераторов;

m = 6 – число последовательных пусков;

P_o = 0,1 Мпа – давление окружающей среды;

P = 3 Мпа – давление в баллонах для СОД;

P_min = 1,5 Мпа – минимальное давление при котором возможен запуск СОД.

. Выбираем стандартный объем пускового баллона 0,025м³

Суммарный объем баллонов принимается равным:

V_∑=1+1,3+0,05=2,35м³

Подача компрессоров определяется из условия заполнения баллонов в течение 1 часа от P_min до рабочего давления.

Q_k = V_Σ^.(P-P_min)/(Р₀*t), м³/ч

где: V_Σ=2,35 м³ - суммарный объем баллонов главных двигателей, вспомогательных двигателей и тифона.

Q_k =2,35^.(3 –1.5)/(0.1*1)= 35,25 м³/ч=36м³/ч

Система охлаждения

Система предназначена для охлаждения двигателей и отвода тепла от рабочих жидкостей: масла, воды, топлива и от продувочного воздуха.

Состав системы: насосы (обеспечивают циркуляцию воды в системе), охладители (для отвода тепла в воду), расширительные цистерны (для компенсации объема и удаления воздуха из системы), терморегуляторы (поддерживают температуру воды и охлаждающей жидкости), трубопроводы, приемные кингстоны.

Подача насоса внутреннего контура определяется по формуле:

где: к_з = 1,25 – коэффициент запаса подачи;

а_в = 0,35*0,2=0,07 – доля теплоты, отводимая пресной водой;

b_e = 0,211 кг/кВт^.ч – удельный расход топлива ГД;

Ne = 700 кВт –мощность ГД;

= 42000 кДж – низшая теплота сгорания топлива;

r = 1000 кг/м³ – плотность воды;

с_в = 4.19 кДж/кг^.град – теплоемкость пресной воды;

Dt_вп = 10 ^оС – разность температур на входе и выходе из двигателя.

Подача насоса забортной воды определяется по формуле:

где: = 1,4 - коэффициент запаса, учитывающий расход забортной воды на охлаждение компрессора;

а_м = 0,04 - доля теплоты, отводимая с маслом;

C_вз = 4,2 кДж/кг·град - теплоемкость забортной воды;

Dt_вз = 15 ^оС - перепад температуры забортной воды.

С целью унификации насосы пресной и забортной воды рекомендуется принимать с одинаковой производительностью. Необходимый напор насосов должен быть не менее 0,25 МПа. Выбираем насосы с производительностью 25 м³/ч. Тогда мощность, потребляемая насосом, равна:

где: =1,2 - коэффициент запаса мощности,

Q = 25 м³/ч - подача насоса;

H = 250 КПа - напор;

h = 0,6 - к.п.д. насоса.

Поверхность охлаждения холодильника системы охлаждения:

где: к= 1400 кДж/м^2.ч^.оС - общий коэффициент теплопередачи для холодильников без турбулизаторов,

Dtср - средняя разность температур,

Dtср = ( t_п’ - t₃’ ) / ( t_п’’ - t₃’’ )=(90-5)/(80 -50)=17 ^оС

t_п’=90^оС - температура пресной (внутренний контур) воды на входе из двигателя;

t_п’’=80 ^оС -температура пресной (внутренний контур) воды на выходе;

t₃’=5 ^оС - температура забортной воды на входе;

t₃’’=50 ^оС - температура забортной воды на выходе.

Масляная система

Масляная система обеспечивает подачу масла к трущимся поверхностям для уменьшения их трения и для отвода тепла, выделяющегося при трении. В состав оборудования входят расходные, циркуляционные масляные цистерны, насосы, сепараторы, цистерны отработанного масла, холодильники, фильтры, терморегуляторы и др. Суммарное количество масла в системе:

кг

м³

По назначению масляные насосы разделяются на перекачивающие, циркуляционные (нагнетательные и откачивающие) и прокачивающие. Выбор перекачивающего насоса производят исходя из необходимого времени перекачки требуемого объема масла.

Определяю параметры перекачивающего насоса:

где: V = 0,77 м³ - объем масла;

t = 1 ч - время перекачки.

Для расчёта отводимой теплоты используем формулу:

Q_м=а_м ^. be ^. Ne^.Q_н^р=0,04·0,211·700·42000=248136 кДж/ч

Подача циркуляционного насоса:

где: r = 900 кг/м³ - плотность масла; c = 1,7 кДж/кг·К - теплоемкость масла;

k = 1,15 - коэффициент запаса по подаче;

DT = 10 ^оС - температурный перепад в масляном холодильнике.

Выбираю насосы с производительностью 25 м³/ч.

Мощность потребляемая насосом:

H = 200 кПа - напор для СОД;

h_н = 0,6 - кпд насоса;

Q = 25 м³/ч - подача насоса;

K_з = 1,2 - коэффициент запаса мощности.

Для очистки масла в систему включается сепаратор.

Поверхность охлаждения масляного холодильника:

где: к= 950 кДж/м^2.ч^.оС - общий коэффициент теплопередачи для холодильников без турбулизатора,

Dtср - средняя разность температур,

Dtср = [( t_м’ + t_м’’ ) - ( t_в’ + t_в’’ )]/2=[(55+40)-(30+35)]/2=10 ^оС

t_м’= 55 ^оС - температура масла перед холодильником;

t_м’’= 40 ^оС -температура масла за холодильником;

t_в’= 30 ^оС - температура забортной воды перед холодильником;

t_в’’=35 ^оС - температура забортной воды после холодильника.

Определяю суммарное количество масла, заливаемого в картер двигателей:

где: r_м = 900 кг/м³ - плотность масла;

k_м = 1,1 - коэффициент мертвого запаса;

k = 2 - количество ГД;

k’ = 2, k’’ =1 - количество дизель-генераторов каждого типа;

V_мс - емкость маслосборника ГД;

V_мс = 0,77 м³

Ne₁ = 120 кВт – мощность ADJ -120;

Ne₂ = 50 кВт - мощность ADJ -50;

V’ - емкость маслосборника ADJ -120;

V’= 1,1^.Ne₁^.10^-3=1,1^.120^.10^-3=0,132 м³

V’’ - емкость маслосборника ADJ -50;

V’’ = 1,1^.Ne₂^.10^-3=1,1^.50^.10^-3=0,055 м³

т

Объем сточно-циркуляционной цистерны:

где: Q_v = 25 м³/ч – подача циркуляционного насоса;

z=25 – кратность циркуляции масла для СОД;

K_з = 1,05 – коэффициент, учитывающий мёртвый запас.

Объем цистерн сепарированного масла:

V_cм = 1,3 V _МС =1,3·0,77=1 м³

Топливная система

Система предназначена для приема, хранения, перекачки, подогрева, очистки и подачи распыленного топлива в цилиндры дизеля.

Система низкого давления (для подготовки и подачи топлива к системе высокого давления). Система включает в себя насосы, фильтры, сепаратор, подогреватели, цистерны и топливопроводы.

Система высокого давления (для впрыскивания топлива в камеру сгорания). Система включает в себя топливный насос высокого давления ТНВД и форсунку, соединенные между собой топливопроводом высокого давления.

Подача топливоперекачивающих насосов определяется по формуле:

где: b_e=0,211 кг/кВт·ч - удельный расход топлива ГД;

Ne= 700 кВт - мощность ГД;

r=900 кг/м³ - плотность топлива;

t₂= 2 ч - время перекачки топлива при давлении 0,3 МПа.

Выбираем насос 1ФС 2/20 с

Для подачи топлива из цистерны основного запаса в расходную установлен дежурный насос, подачу которого выбираю из условия заполнения расходной цистерны за 20 минут:

где: V_p - объем расходной цистерны из условия хранения 8-ми часового расхода дизельного топлива, м³.

k_M = 1,1 - коэффициент мертвого запаса;

k = 1,15 – коэффициент запаса;

Ne = 700 кВт - мощность ГД;

b_e=0,211 кг/кВт·ч - удельный расход топлива ГД;

r_т = 900 кг/м³ - плотность топлива.

Производительность сепаратора из условия очистки суточного расхода топлива за 8 часов:

где: k = 2 - количество ГД;

k’ = 2, k’’ =1 - количество основных дизель-генераторов каждого типа;

Ne = 700 кВт - мощность ГД;

b_e=0,211кг/ кВт·ч - удельный расход топлива ГД;

b_e’= 0,260 кг/ кВт·ч - удельный расход топлива ADJ- 120;

b_e’’ = 0,260 кг/ кВт·ч - удельный расход топлива ADJ- 50;

Ne₁ = 120 кВт – мощность ADJ- 120;

Ne₂ = 50 кВт - мощность ADJ- 50;

r_т = 900 кг/м³ - плотность топлива.

Целесообразно установить отдельные расходные цистерны на ГД, на вспомогательные двигатели и автономный котёл.

Объём расходных цистерн для вспомогательных двигателей и автономных котлов определяются из условия обеспечения их работы в течении не менее 4 часов:

Расчет объема расходных цистерн для автономного котла:

В_к =1,5 кг/ч - часовой расход топлива автономным котлом.

Газовыпускная система

Система обеспечивает наиболее рациональный отвод отработавших газов из цилиндров. Под рациональным отводом понимается такая организация газовыпуска, которая способствует максимальному использованию энергии рабочего тела в цилиндрах и вне их, качественной очистке и наполнению цилиндров, минимальному воздействию вредных отработавших газов на среду обитания.

Состав системы: выпускные коллекторы, предназначенные для отвода из цилиндров отработавших газов, глушители шума, компенсаторы, искрогасители, трубопроводы с малым сопротивлением выходу отработавших газов.

Главный двигатель, каждый вспомогательный двигатель и автономный котел оборудуются самостоятельными трубопроводами, которые выводятся на палубу в общий кожух-трубу.

Площадь проходного сечения трубопровода для главного двигателя:

где: a = 2 - коэффициент избытка воздуха при горении для СОД;

L_o = 14,4 кг/кг - количество воздуха теоретически необходимое для сгорания 1 кг топлива;

R_г = 287 Дж/кг^.К - газовая постоянная продуктов сгорания;

Р_г = 103 кПа - давление газа в выпускном коллекторе;

=750 К - температура выпускных газов за двигателем

с= 45 м/с - допускаемая скорость движения газов для двухтактных двигателей.

Площадь проходного сечения трубопровода для автономных котлов:

где: В_к =1,5кг/ч - часовой расход топлива автономным котлом;

a = 1,2 - коэффициент избытка воздуха при горении для котла;

Т_г = 500 К - температура газов за автономным котлом;

с = 20 м/с - допускаемая скорость движения газов для автономных котлов.

⇐ Предыдущая123

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: