Дипломная (вкр): Проектирование судовой энергетической установки

Проектирование судовой энергетической установки

Содержание

Введение

. Основные технические сведения о судне прототипе

. Разработка конструктивной схемы СЭУ

.1 Определение требуемой мощности

.1.1 Расчет ходкости

.1.2 Расчет сопротивления судна

.1.3 Расчет гребного винта

.1.4 Расчет гребного винта, обеспечивающего судну заданную скорость

. Выбор главного двигателя

. Расчет основных параметров валопровода

. Определение главных параметров и комплектование СЭУ вспомогательным оборудованием. Разработка систем

.1 Топлимная система

.2 Маслянаясистема

.3 Система охлаждения

.4 Система пускового воздуха

.5 Газовыпускная система

. Определение главных параметров и комплектование агрегатами основного оборудования СЭС

. Котельная установка

. Расчет энергетических запасов

. Конструктивный узел

Заключение

Список используемых источников

Введение

Целью данного дипломного проекта является проектирование судовой энергетической установки, выбор главного двигателя, проектирование систем, входящих в состав судовой энергетической установки, и подбор оборудования систем. Определение расположения в машинном отделении подобранного оборудования судовой энергетической установки.

За прототип взят танкер-химовоз Mare Di Ravenna . Данное судно было построено в 2006 г по заказу итальянской компании на Южно-Корейской верфи SLS Shipbuilding, которая специализируется на постройке химовозов водоизмещением до 61000т, и предназначено для перевоза жидких химикатов и нефтепродуктов. Стоит отметить, что это одно из нескольких судов, построенных для итальянских заказчиков данной верфью.

В связи с высокими требованиями безопасности по строительству химовозов Mare Di Ravenna имеет двойной корпус, грузовое пространство разделено на шесть грузовых и два отстойных танка. Внутренние стенки танков гладкие и покрыты эпоксидной смолой, подходящей для контакта с химикатами и нефтепродуктами. Для приема и выкачки груза на судне установлены 12 насосов производительностью 600м^3/ч каждый, что позволяет работать с шестью видами груза одновременно. Судно имеет ледовый класс Ice2

ЗАДАНИЕ

Исходные данные

Таблица№1

1. Основные технические сведения о судне прототипе

«Химовоз Mare di Ravenna»

Длина (наибольшая): 185,00 м;

Длина между перпендикулярами:174.00 м;

Ширина: 32,2 м;

Высота борта: 19,1 м;

Осадка:

Конструктивная: 11.00 м;

По грузовую линию: 13,20 м;

Водоизмещение: 61000 т;

Дедвейт: 51000 т;

Скорость: 15 узлов;

Рис. №2 «Чертеж судна Mare di Ravenna»

2. Разработка конструктивной схемы СЭУ

Конструктивная схема - это схема, в которой показывается, как вырабатывается механическая энергия в СЭУ и способ ее передачи на движитель. В конструктивной схеме описываются:

)        Количество и тип движителей

)        Количество и тип ГД

)        Наличие или отсутствие редуктора или электропередачи мощности

)        Наличие или отсутствие дополнительных источников механической энергии (утилизационные газовые турбины, паровые турбины)

)        Способ привода генераторов электроенергии.

В связи с тем, что морские гражданские суда имеют большую осадку и высоту борта, то для них преимущественно применение ПК с МОД. Наличие значительной высоты борта у таких судов позволяет разместить МОД с грузоподъемным устройством для возможности его разборки в случае необходимости. Преимущество по энергетической эффективности и ресурсу МОД практически исключает возможность эффективного использования на таких судах ПК других типов.

Недостатки МОД

) больший вертикальный размер, чем у других типов ДД.

) Большая масса.

) требуется подогрев топлива;

) требуется очистка топлива.

Достоинства МОД

) отсутствие редуктора приводит к передаче мощности непосредственно на гребной вал;

) применение крейцкопфа с ползуном, снимающего боковые усилия;

) большой моторесурс: около 120 000 часов;

) широкое распространение МОД делает менее трудоемким поиск запасных частей;

5) высокая экономичность;

) возможно использование дешёвых остаточных высоковязких топлив;

) высокая надёжность, удобство в обслуживании;

Преимущество по энергетической эффективности и ресурсу МОД практически исключает возможность эффективного использования на таких судах ПК других типов.

В данном случае это одновальная установка с МОД, с расположением продольной оси ПК в ДП. В качестве движителя выбран винт фиксируемого шага (ВФШ).

Род тока выбираю трехфазный, переменный, как наиболее универсальный и надежный.

Все типы современных судовых дизелей выполняют с газотурбинным наддувом. Это позволяет обеспечить подачу воздуха в цилиндры под повышенным давлением, увеличить массовый заряд воздуха в цилиндре, сжечь больше топлива, увеличить среднее эффективное давление и мощность, вырабатываемую двигателем.

2.1 Определение требуемой мощности

.1.1 Расчет ходкости

Расчет ходкости, приведенный в дипломном проекте необходим для определения зависимости сопротивления движению от скорости движения судна и зависимость буксировочной мощности от сопротивления движению и скорости судна. В дальнейшем найденные зависимости будут использоваться для выбора оптимального двигателя работающего в составе пропульсивного комплекса.

Существующие современные методы расчета подразделяются на следующие группы:

методы расчета полного сопротивления или мощности;

методы расчета остаточного сопротивления;

методы, основанные на пересчете остаточного сопротивления с прототипа.

Методы первой группы (способ адмиралтейских коэффициентов, методы Э.Э Папмеля, Эйра, Дайсона и др.), обладающие наименьшей точностью и применяются для сугубо ориентировочной оценки величины буксировочной мощности.

Методы второй группы позволяют производить расчеты буксировочных сопротивления и мощности с более высокой точностью, поскольку возникающие в этом случае погрешности связаны только с определением остаточного или волнового сопротивления при достаточной точности расчета сопротивления трения судна. Основой для разработки методов этой группы являются результаты анализа буксировочных испытаний систематических серий моделей типов судов.

Методы третьей группы позволяют рассчитать буксировочное сопротивление и мощность с достаточно высокой степенью точности при условии достаточно близких значений относительных геометрических характеристик и общего характера обводов судна-прототипа.

В данном дипломном проекте, расчет ходкости будет производиться методом второй группы, так как, из выше изложенного, методы второй группы являются самыми оптимальными (методы первой группы не обеспечивают необходимой точности значений величины буксировочной мощности; расчет буксировочного сопротивления методами третьей группы не представляется возможным в виду отсутствия сведений по судну-прототипа).

2.1.2 Расчет сопротивления судна

Сопротивление движению судна представляет собой проекцию главного вектора сил давления м касательных напряжений трения, действующих на корпус судна и выступающие части со стороны воды и воздуха, на направление движения судна. Расчетным режимом при оценки ходкости будет являться продольное установившееся движения, которое совпадает с направлением ДП судна. Величины сопротивления зависят от главных размерений и коэффициента полноты судна, от состояния наружной обшивки, скорости и режима движения, от параметров осадки и условий эксплуатации.

Определение величин необходимых для расчета:

Объемное водоизмещение , м² , составляет:

;

где: - полное водоизмещение, т; - плотность морской воды стандартная, т/м³.

Коэффициент полноты , составляет:

;

где: -длина судна по КВЛ, м; В -ширина на миделе, м; Т - осадка судна на миделе, м.

Соотношения размеров судна (геометрические характеристики):

;;

;

Расчет площади смоченной поверхности определяем по формуле Семеки для тихоходных и среднескоростных судов с коэффициентом общей полноты больше 0,65) [1]:

;

В рассматриваемом методе применяется традиционное разделение сопротивления на составляющие:

=

где: - скорость судна, м/с.

Коэффициенты дополнительных составляющих сопротивления С_А и С_АР определятся в соответствии с рекомендациями отраслевого стандарта и составляют :

Коэффициент надбавки на шероховатость С_А при длине судна 185 м. составляет 0,2·10^-3;

Коэффициент сопротивления выступающих частей С_АР для одновинтового судна с двумя рулями составляет 0,1·10³;

Коэффициент остаточного сопротивления составляет:

где:  (δ, Fr) - снимается с графика (рис. 1); коэффициент влияния  по графику (рис.3).

Коэффициент влияния находится в виде:

где:  определятся по графику (, рис.2) в функции от относительной длины L/B рассчитываемого судна и стандартного в данной серии для которого L/B =5,73.

Коэффициент сопротивления трения эквивалентной пластины  определяем из формулы Прандтля - Шлихтинга:

=

где:  - критерий Рейнольдса.

=

где: v - кинематическая вязкость воды (при t= 4⁰С) , м²/с.

Число Фруда находится из выражения:

=

где: g - ускорение свободного падения, м/с².

Значение буксировочной мощности , кВт, находится из выражения:

где: - сопротивление движению судна, кН;  - скорость судна, м/с.

Рис. 3 Зависимость C_R (δ; Fr)

Рис.4 Зависимость С_R (L/B; Fr)

Рис.5 Зависимость k_В/Т (В/Т; Fr)

2.1.3 Расчет гребного винта

1. Выбор геометрических характеристик и определение коэффициента взаимодействия

Судно одновинтовое, число лопастей =4.

Максимальный диаметр гребного винта:

Коэффициент попутного потока:

Коэффициент засасывания:

Коэффициент влияния неравномерности потока на момент и упор принимаем

Определим минимально допустимое дисковое отношение.

из условия обеспечения прочности:

,

где- относительный диаметр ступицы винта;

- относительная толщина сечения лопасти на радиусе 0,6 м;

- допускаемые напряжения материала лопасти для углеродистой стали и марганцовистой латуни;= 1,15- коэффициент, учитывающий условие работы винта (для транспортных судов равен 1,15);

В качестве расчетного берем сопротивление, на 15% превышающее таковое на тихой воде:

Величина значения дискового отношения из условия из условия отсутствия вредных последствий кавитации:

,

где,- статическое давление на оси гребного винта,

- удельный вес воды ,

- заглубление оси винта,

- атмосферное давление,

- давление насыщенных паров воды,

- число гребных винтов (в данном случае 1).

Таким образом, более жесткие требования к дисковому отношению предъявляет условие отсутствия кавитации. Это типично для гребных винтов транспортных судов.