Курсовая работа (т): Расчет систем энергетических установок

Расчет систем энергетических установок

Содержание

Введение

.    Исходные данные

.    Выбор главных двигателей

.    Расчет элементов главной судовой передачи

.    Расчет валопровода

.    Расчёт систем энергетической установки

.1  Топливная система

.2  Масляная система

.3  Система водяного охлаждения

.4  Система сжатого воздуха

.5 Газовыпускная система

.    Технико-экономические показатели

Заключение

Библиографический список

Введение

Современное развитие транспортного флота характеризуется созданием высокопроизводительных грузовых, буксирных и пассажирских судов; повышением их мощности и скорости хода; оборудованием высокоэффективными и экономичными механизмами, устройствами, системами, средствами автоматизации и механизации; стандартизацией и унификацией отдельных механизмов и судовых энергетических установок в целом.

С ростом грузоподъёмности и скорости хода судов увеличивается их энергооснащённость и мощность главных двигателей. В связи с этим судовые энергетические установки, затраты на которые составляют около 35% общей строительной стоимости судов, оказывают большое влияние на технико-эксплуатационные и экономические показатели флота. Большое значение в повышении эффективности работы речного транспорта имеет техническая эксплуатация флота; на неё приходится около 50% расходов, отнесённых на себестоимость перевозок грузов и пассажиров.

Судовая энергетическая установка состоит из комплекса оборудования (тепловых двигателей, механизмов, аппаратов, магистралей, систем), предназначенного для преобразования энергии топлива в механическую, электрическую и тепловую энергию и транспортировки её к потребителям. Указанные виды энергии обеспечивают: движение судна с заданной скоростью; безопасность и надёжность плавания; работу механизмов машинного помещения, палубных механизмов и устройств; электрическое освещение; действие средств судовождения, управления механизмами, сигнализации и автоматики; общесудовые и бытовые нужды экипажа и пассажиров; выполнение различных производственных операций на транспортных судах, судах технического флота и специального назначения.

Судовая энергетическая установка должна удовлетворять следующим основным технико-экономическим и эксплуатационным требованиям:

·   быть экономичной, т. е. строительная стоимость и эксплуатационные затраты на неё должны быть оптимальными;

·   ГСЭУ должна обеспечивать заданную скорость хода судна, обладать достаточными маневренными качествами на всех режимах его движения и иметь высокий моторесурс;

·   снабжать потребителей различными видами энергии и холодом при высокой экономичности процессов превращения тепловой энергии в механическую и электрическую;

·   процессы управления и регулирования должны быть автоматизированы;

·   быть надёжной, т. е. иметь оптимальную вероятность безотказной работы, требовать минимальное время на устранение неисправностей и сохранять работоспособность в аварийных ситуациях;

·   при работе не оказывать вредного воздействия на обслуживающий персонал, пассажиров и не загрязнять окружающую среду;

·   иметь малые габариты и массу.

В качестве главных и вспомогательных двигателей в ДЭУ применяются поршневые ДВС - дизели, работающие по отрытому циклу.

Дизельные энергетические установки получили широкое распространение на судах различного назначения вследствие ряда положительных особенностей:

·   возможности создания большого диапазона агрегатных мощностей на базе стандартных типоразмеров цилиндров;

·   доступности использования различных типов передач;

·   сравнительно высокой экономичности;

·   относительной простоты автоматизации управления.

На речных транспортных судах новой постройки в качестве главных и вспомогательных двигателей устанавливают исключительно дизели.

На речном флоте в большинстве случаев в качестве главных применяют четырёхтактные дизели с наддувом, реверсивные среднеоборотные и нереверсивные повышенной оборотности.

В качестве вспомогательных обычно устанавливаются четырёхтактные дизели без наддува повышенной оборотности.

Широкому распространению дизелей в СЭУ способствует непрерывное улучшение их технико-экономических показателей путём совершенствования наддува и рабочего процесса, применения тяжёлых сортов топлива, использования двухконтурной системы охлаждения, повышения надёжности и моторесурса, автоматизации процессов управления, контроля и диагностирования.

Дальнейшее повышение экономичности судовых дизелей в основном должно происходить за счёт утилизации теплоты выпускных газов и охлаждающей дизель воды. Теплота, получаемая в утилизационном котле, работающем на выпускных газах, и охлаждающей дизель воды может быть использована в системе теплоснабжения судна или для получения искусственного холода. На теплоходах с большими агрегатными мощностями, работающих длительное время на постоянном режиме и потребляющих большое количество электроэнергии, пар, получаемый в утилизационных котлах, можно использовать в паровой турбине турбоэлектрогенератора.

Повышение экономичности СЭУ тесно связано с увеличением уровня их надёжности и ресурса. Поэтому на перспективу предусматривается увеличение ресурса дизелей, приближение сроков службы дизеля к срокам службы судна, резкое увеличение сроков службы до первой переборки, сроков необслуживаемой работы, что позволит значительно снизить затраты на техническое обслуживание и ремонт.

Эффективное использование СЭУ, надёжная их эксплуатация и высокая производительность труда обслуживающего персонала обеспечиваются комплексной автоматизацией установки. Автоматизированные СЭУ с безвахтенным обслуживаем получили широкое распространение на судах речного флота.

.         Исходные данные

Вариант _6__ Группа_2__ тип судна___грузовое__класс__0___автономность__10_сут__

Основные технические характеристики судна

По данным задания выбираем судна прототип:

Сухогрузный теплоход грузоподьемностью 1800т.Класс «0» Проект №Р25Б

2. Выбор главных двигателей

Гидродинамический расчет и выбор главной энергетической установки осуществляется в следующей последовательности:

определяются сопротивление воды движению судна R, кН:

R = x( r/2)s  2 ,         (1)

где x - безразмерный коэффициент сопротивления воды движению судна;

r - плотность воды, т/м3;

s - площадь смоченной поверхности судна, рассчитанная по заданию, м2;

 - скорость движения судна, м/с (для буксира-толкача скорость с составом).

В соответствии с принципом разделения полного сопротивления на составляющие безразмерный коэффициент сопротивления представляют в виде суммы коэффициентов

x = xост + xтр + xшер + xвн ,         (2)

дизельный энергетический топливный двигатель

где xост - коэффициент остаточного сопротивления;

xтр - коэффициент сопротивления трения;

xшер - надбавка на шероховатость;

xвн - надбавка на выступающие части.

Коэффициент по формуле (2) определяется по результатам модельных испытаний и эмпирическим формулам. Однако хорошую сходимость результатов расчета дает определение безразмерного коэффициента x по судну прототипу, когда основные размеры судов отличаются не значительно /2/.

x = 2 Pe xв hп hпр hвл / (r sпр  3)=2·369·2·1·0,97/(1·1335·5,4 3)=0,0068 (3)

где Pe - эффективная мощность одного главного двигателя судна-прототипа, кВт;

xв - количество двигателей (движителей);

hп, hвл- КПД передачи и валопровода. Определяется с использованием приложения 5.

Принимаем:hп=1, hвл=0,97

hпр - пропульсивный КПД;

sпр - смоченная поверхность судна-прототипа, смоченная поверхность рассчитывается два раза, сначала по судну-прототипу и подставляется в формулу (3), а потом по заданию и подставляется в формулу (1)

s = L(0.8d + 0.2)·(B + 2Tк) при d0,7       (4)

s = L(0.5d + 0.4) · (B +2Tк) при d< 0,7     (5)

Для катамаранных судов

 = 2L (1.36Tк +1.13d B)         (6)

где L, B, Tк - длина, ширина и осадка кормой судна-прототипа, м;

d - коэффициент водоизмещения.

Sпр = Lпр(0.8d + 0.2)·(Bпр + 2Tк)=96·(0,8·0,75+0,2) ·(12,5+2·2,44)=1335м2

Для винтов без насадок пропульсивный КПД определяется:

hпр =[(1 - t)/(1 - y)] hр (7)

где y, t - коэффициенты попутного потока и засасывания;

для бортового винта:

y = (0,55d - 0,2); t = 0,8y (1 + 0,25y),      (8)

для винта, расположенного в диаметральной плоскости:

y = (0,5d - 0,05); t = 0,6y(1 + 0,67y)        (9)

Определяем сопротивление воды движению судна:

R = x( r/2)s  2=0,0068·(1/2) ·1492·52=127кН

Определяем коэффициент попутного потока:

y = (0,5d - 0,05)=0,5·0,84-0,05=0,37

Определяем коэффициент попутного потока:

t = 0,6y(1 + 0,67y)=0,6·0,37·(1+0,67·0,37)=0,277

hр - расчетный кпд винта; его значение снимают с корпусной диаграммы при диаметре Dв, шаге Hв, дисковом отношении Ɵ и относительно поступи lр винта судна-прототипа.

lр = р /(Dв×nв) (10)

где nв - частота вращения движителя, с-1;

р - скорость поступательного перемещения винта, м/с;

р=  (1 - y)=5·(1-0,277)=3,6м/с     (11)

Для винтов в направляющих насадках пропульсивный КПД

hпр = [0,92/(1 - yв)]×hк (12)

yв = св×y (13)

где св = 0,6 - для бортовых винтов;

св = 0,5 - для винтов расположенных в диаметральной плоскости.

hк - расчетный КПД комплекса винт-насадка. Его значение снимают аналогично hр.

Если в задании даны размеры судна, отличающиеся от судна-прототипа, то вторично вычисляют его площадь смоченной поверхности по формулам (4,5,6) и потом вычисляют сопротивление воды движению судна по формуле (1).

Если по буксиру-толкачу указана его скорость движения легкачем, л, то сопротивление движению Rл находят по формуле (1) и пересчитывают на сопротивление воды его движению с составом Rс, кН

 = Rл(vп/vс)1/2

Найдя величину сопротивления воды движению судна при заданной скорости, расчеты первого этапа выбора главных двигателей и типа передачи выполняют в следующем порядке:

Определяют упор винта для самоходного судна, кН

Рт = R/[xв×(1 - t)]=127/(3×(1-0,277))=58,6кН

Для буксира-толкача, кН

Рт = (Rл + Z) /[xв×(1 - t)] = Rc /[x×(1 - t)],  (14)

где Rл - определяют по формуле (1);

Z - тяга на гаке при движении с составом на тросе или упор при толкании, кН.

Выбирают ряд значений диаметров винта четыре варианта между максимальными и минимальными.

Максимальный диаметр винта в метрах принимают

Dвmax = 0,82 × Тк - одновальных установок и катамаранов;вmax = 0,7 × Тк - для двух вальных установок;

Dвmax = 0,75 × Тк=0,75×2,9=2,2м - для трех вальных установок;

Dвmax = 1,15 × Тк - для судов с туннельными обводами кормы.

Минимальный диаметр винта

Dвmin = 0,5×Тк=0,5×2,9=1,45м.

Принимаем: D2=1,7м; D3=2м

Для расчета в первом приближении принимают дисковые отношения q=(0,5 ¸ 0,58), число лопастей Z=4 или одинаковым с винтом судна-прототипа.

Для всех четырех вариантов рассчитывают коэффициент упора диаметра kd¢, частоту вращения nв, мощность, подведенную к винту, и эффективную мощность двигателя по формулам:

Kd¢ = Dв×р       (15)

nв = 60×р/(lр×Dв)       (16)

Рр = Р×р/hр      (17)

Ре = Рр/(hвл×hп) (18)

где hвл - КПД валопровода, см. приложение

hп - КПД передачи, см. приложение

hp - КПД винта с диаграммы (для винтов в насадках hк).

Расчеты сводим в табл. 3.1.

Таблица 3.1 Результаты гидродинамического расчета