Дипломная (вкр): Проектирование судовой энергетической установки

Принимаем ближайшее значение дискового отношения .

2.1.4 Расчет гребного винта, обеспечивающего судну заданную скорость

Скорость потока:

,

где v- скорость движении судна.

Упор гребного винта:

- упор гребного винта.

- машинное отделение в корме.

Задаваясь частотой вращения гребного винта в диапазоне n=80-140 об/мин, дальнейшие расчеты ведем в таблице.

Таблица № 2 «Расчет гребного винта, обеспечивающего заданную скорость»

Коэффициент задания:

Оптимальный диаметр гребного винта:

,

где j- значение относительной поступи

Пропульсивный КПД:

,

где - коэффициент влияния корпуса;

- пропульсивный коэффициент

Необходимая мощность двигателя:

,

где - расчетное сопротивление.

Рис.6 Диаграмма для расчета гребных винтов (Z_л=4; A_E/A₀=0.70)

По результатам расчетов строим зависимость  и  на рисунке 7

Рис. 7 зависимость  и .

3. Выбор ГД

Выбор главного двигателя - малооборотного дизеля, произведён из типоразмерного ряда МE фирмы MAN и Wärtsilä

Типоразмерный ряд МE фирмы MAN

Одним из основных достоинств двигателей с электронным управлением является более низкий расход топлива на эксплуатационных режимах работы (в диапазоне мощности от 50 до 85 % от максимальной длительной мощности). Минимальный расход топлива достигает предельной величины - 155 г/(кВт·ч). Более высокая экономичность двигателей серии ME достигается тем, что фазы и интенсивность впрыскивания топлива, а также фазы открытия и закрытия выпускного клапана являются оптимальными при всех постоянных и переходных режимах работы. В двигателях ME предусматривается непрерывный мониторинг цилиндров двигателя и автоматическое поддержание одинаковой нагрузки по всем цилиндрам. Это повышает надежность работы двигателя в целом и увеличивает периоды между осмотрами цилиндров. В конструкции двигателя в связи с отсутствием распределительного вала для обеспечения впрыскивания топлива и подъема выпускных клапанов используется гидравлический контур масла, находящийся под давлением 200 бар. Контур содержит отфильтрованное масло из циркуляционной системы главного двигателя. Также применена система цилиндровой смазки типа Alpha, играющая большую роль в реализации задач экологической безопасности. Наряду с электронной системой топливоподачи и газораспределения другим преимуществом двигателя ME является экологический аспект его эксплуатации. Во- первых, в отличие от двигателей серии МС (МС-С) двигатель ME за счет гибкого регулирования топливной аппаратуры и системы газораспределения может настраиваться на различные «низкоэмиссионные режимы», при которых эмиссия может быть существенно ниже. Это особенно важно при эксплуатации судов в экологически чистых «зеленых» зонах, когда требуется удовлетворять более жестким, нормам, чем нормы IMO, оговариваемым местным законодательством. Во-вторых, в настоящее время рассматривается проект по включению в требования MARPOL 73/78 контроля эмиссии твердых частиц (что пока не предусмотрено в нормах IMO). Как известно, на эмиссию частиц в значительной степени влияет величина подачи цилиндрового масла. Испытание показывают, что при снижении величины подачи цилиндрового масла эмиссия частиц также снижается. Однако процесс износа цилиндровой втулки и поршневых колец также зависит от расхода цилиндрового масла. Необходимо выбирать и поддерживать оптимальную для каждого режима работы (включая переходные режимы) величину подачи масла, минимизирующую как эмиссию частиц, так и динамику износа цилиндропоршневой группы. При выборе величины подачи масла также должно приниматься во внимание содержание серы в топливе. Эта функция в двигателях ME решается компьютером с использованием лубрикатора специальной конструкции типа Alpha. По данным фирмы MAN, оснащение двигателя ME такими лубрикаторами наряду с улучшением эко- логических показателей двигателя приводит к значительному снижению затрат на цилиндровое масло (примерно на 20 %). Зачастую судовладельцы судов с МОД запрашивают глубокую очистку от оксидов азота отработавших газов и требуют оснащения главного двигателя так называемым SCR реактором (SCR - Selective Catalitic Reduction), использование которого обычно дает 90 %-ное и большее снижение содержания оксидов азота в выпускных газах. SCR- технология обладает большой гибкостью и может быть разработана на любой уровень очистки (от 50 до 99 %). Все необходимые функции SCR - очистки отработавших газов от хорошо интегрируются в интеллектуальном двигателе серии ME. Одним из важных специфицируемых параметров главного судового двигателя является минимально-устойчивая частота вращения коленчатого вала. При прохождении узкостей, каналов, при выполнении маневренных операций требуется устойчивая работа главного двигателя при минимальной частоте вращения. Судовые дизели серии МС (МС-С) имеют специфицируемый уровень минимально-устойчивой частоты вращения коленчатого вала, равный 25 % от номинальной частоты вращения. Работа на частотах вращения нижеуказанной становится невозможной по ряду причин, обусловленных конструктивными особенностями топливной аппаратуры и ее приводом. Двигатель ME с электронным управлением обеспечивает достаточно интенсивное впрыскивание топлива в цилиндр двигателя и стабильную регулировку цикловой подачи независимо от скоростного режима работы двигателя. Благодаря этому двигатель устойчиво работает при частоте вращения коленчатого вала, которая составляет всего лишь 10-12 % от номинальной частоты вращения. Двигатель ME имеет значительно лучшие свойства приемистости. Гибкое управление фазой открытия выпускных клапанов позволяет интенсивней разгонять ротор турбокомпрессора, тем самым повышая давление продувочного воздуха (давление наддува). Это, в свою очередь, позволяет более динамично увеличивать подачу топлива в цилиндры двигателя. Возможность динамической нагрузки двигателя важна при выполнении маневренных операций. Система управления интеллектуальным двигателем ME включает в себя систему предупреждения перегрузки двигателя, контролирующую его перегрузку вследствие действия ряда факторов («утяжеления» винта, обрастания корпуса судна, появления встречного ветра, усиления волнения моря, выполнения режима буксировки и т. п.). Система предупреждения перегрузки повышает надежность эксплуатации двигателя. Еще одним преимуществом является то, что двигатель серии ME становится легче своего предшественника (МС или МС-С). Например, двигатель ME с диаметром цилиндра 600 мм легче двигателя МС-серии на 3 т на каждый цилиндр.

Ниже представлен типоразмерный ряд МЕ фирмы MAN

Рис. 8 «Типоразмерный ряд ME фирмы MAN»

Из ряда ДВС типа МЕ фирмы MAN и Wärtsilä выбираем агрегат с мощностью не ниже чем =13300 кВт.

Для перечисленных выше данных Ne выбираем три наиболее подходящих нам двигателя: RT-flex 58T version E, S50ME-С9 и G60ME-C9.

Из всех типоразмеров цилиндров, указанных в ряде МE выбраны те, которые могут обеспечить требуемую мощность СЭУ. Из них исключены типоразмеры цилиндров, использование которых в агрегате недопустимо с учетом ремонтных работ в процессе эксплуатации. Высота агрегата  должна быть меньше заданной высоты борта рассматриваемого судна.

Оставшиеся марки цилиндров проанализированы по массогабаритным характеристикам и по удельному расходу топлива.

Таблица №3 «Технические показатели альтернативных вариантов МОД»

Рассмотрим представленные выше варианты:

Двигатель марки G60 ME-C9 имеет минимальный удельный расход топлива из всех выше представленных двигателей, однако у него максимальные масса-габаритные характеристики к тому же он имеет излишний запас мощности, что сказывается на его экономической эффективности.

Двигатель марки RT-flex 58T имеет максимальный удельный расход топлива из всех вышеуказанных двигателей, но имеет допустимые масса-габаритные характеристики.

Двигатель марки S50 ME-C8 по всем своим характеристикам находится между двумя другими двигателями. При достаточно большой длине он имеет наименьшую высоту, наименьший вес и относительно малый удельный расход топлива, а так же он не имеет избытка мощности.

В результате, был выбран двигатель S50 ME-C8, который имеет допустимые масса - габаритные характеристики, относительно малый удельный расход топлива и необходимый запас мощности.

Рис. №9 « Основные параметры выбранного двигателя»

Рис. №10 «Поперечный разрез двигателя С50 ME-C8 »

4. Расчет основных параметров валопровода

. Определение основного расчетного диаметра валопровода - диаметра промежуточного вала.

мм

пв - диаметр промежуточного вала, мм

F - коэффициент, зависящий от типа механической установки

F = 95 - механические установки с ротативными механизмами или с ДВС, оборудованными гидравлическими или электромагнитными муфтами.

F = 100 - для других типов ДВС

Nе - мощность на номинальном режиме (режим СМДМ), кВт

nн - частота вращения вала на номинальном режиме, об/мин

,04 - коэффициент увеличения

. Определение диаметра гребного вала.

мм

,08 - коэффициент увеличения

dгр - диаметр гребного вала, мм

К - коэффициент, определяемый конструкцией вала

К= 1,26 - применено шпоночное соединение гребного винта с гребным валом

Диаметры валов ледоколов и судов с ледовыми усилениями увеличиваются в соответствии с рекомендациями Регистра РФ

Коэффициент увеличения диаметров валов

Таблица 3

. Определение диаметра болтов, соединяющих валы

мм

dБ - диаметр болта, мм

i - количество болтов (6 или 8)

D - диаметр центровой окружности расточки болтов, мм

 мм

выбираем диаметр болтов из типоразмерного ряда

. Определение диаметра фланцев валов

мм, округляем до 1100 мм.

Dфл - диаметр фланца, мм

Выбор диаметров валов из типоразмерного ряда

Таблица 4

.Определение расстояния между серединами смежных подшипнков (при отсутствии сосредоточенных масс)

,5.d^1/2 < l < l.d^1/2

м

l - расстояние между подшипниками, м

l - коэффициент, l = 14 ,при n < 500 об/мин

n - частота вращения вала, об/мин

d - диаметр вала, м

5. Определение главных параметров и комплектование СЭУ

.1Топливная система

Назначение. Состав

Топливная система дизельного двигателя состоит из расходно-топливной системы и системы топливоподготовки.

Система топливоподготовки предназначена для предварительной подготовки топлива и подачи его расходно-напорные цистерны. Предварительная подготовка включает в себя подогрев топлива до необходимой температуры (снижение его вязкости), фильтрацию, ввод присадок и др. необходимые операции. Система топливоподготовки включает в себя следующие основные элементы: запасные и расходные топливные цистерны, фильтры, насосы, сепараторы, подогреватели топлива и топливопроводы.

Расходно-топливная система осуществляет точную дозировку топлива в двигатель через форсунки зависимости от режима работы дизеля, распределение топлива по цилиндрам и впрыскивание топлива в камеру сгорания двигателя с необходимым давлением. Расходно-топливная система включает в себя: циркуляционные насосы, топливоподкачивающие насосы, фильтры тонкой очистки, подогреватель, расходные цистерны тяжелого и легкого топлива. Форсунки предназначены для впрыскивания порции топлива в камеру сгорания двигателя в мелко распыленном виде. Обычно в дизельных двигателях применяются форсунки различных типов: открытые, нормальные закрытые, клапанно-сопловые и штифтовые. Тип используемой в дизеле форсунки определяют: способ подачи топлива в цилиндр и необходимая при сгорании форма факела.

В системе используются два вида топлива: мазут и легкое дизельное топливо, которое не требует предварительного подогрева. Легкое топливо предназначено для пуска и остановки двигателя, работе на частичных режимах и маневрировании, тяжелое - для основных эксплуатационных режимов. Оно требует специальной обработки для обеспечения качества сгорания.

Основными функциями топливоподающей аппаратуры являются:

точная дозировка подачи топлива на цикл;

обеспечение требуемого давления впрыска топлива на определенном участке рабочего цикла в течение короткого промежутка времени;