Курсовая работа (т): Расчет систем энергетических установок

По табл. 3.1 построить график зависимости частоты вращения от мощности и от диаметра гребного винта и на основании технико-экономического сравнения рассматриваемых вариантов передач выбрать главные двигатели.

lр - относительная поступь (снимаемая с корпусной диаграммы), /4/.

График.1 - Зависимость частоты вращения от эффективной мощности двигателя и от диаметра гребного винта

По данным таблицы строим график 1 - зависимость частоты вращения от эффективной мощности двигателя и от гребного винта. На основании технико-экономических показателей выбираем главный двигатель для судна. По графику видно (точка А), наиболее соответствует двигатель будет 6S350PN,с характеристиками

Мощность двигателя - 500кВт

Частота вращения коленчатого вала - 375 об/мин

При установке такого двигателя диаметр винта будет равен Д=2,17м, а также запас мощности составит 15 кВт.

3. Расчет элементов главной судовой передачи

.1 Выбор элементов передачи

В соответствии с принятым или рекомендуемым в задании типом передачи разрабатывают схему с указанием ее элементов от главного двигателя до движителя. На схеме передачи указывают основные части валопровода (опору в кронштейне с концевым подшипником, тормоз, жесткие компенсирующие муфты). В случае отбора мощности на валогенератор, его привод должен быть указан на схеме. Эта схема является основанием для разработки передачи на чертеже машинного помещения.

При выборе отдельного редуктора или реверс редуктора указывают его марку и передаточное число.

В качестве опорных и упорных подшипников валопровода на судах речного флота применяют преимущественно подшипники качения.

Опорные подшипники подбирают по соответствующим Государственным стандартам и нормам. Величина допускаемых расстояний между опорными подшипниками не должны превышать для валов диаметром 60 мм - 2,5 м; 80мм - 3 м; 100 мм - 4 м. Для валов других диаметров они определяются расчетом (lвп = 0,125м·d), где d - диаметр вала, см; lвп - длина вала, м). Для расчета упорного подшипника принимают

P = 0,6Pк

где Рк - упор комплекса (если винт в насадке).

.2 Расчет валопровода

Расчеты диаметров валов по формулам, приведенным в настоящей главе, являются предварительными, поскольку размеры всех элементов валопровода после формирования крутильной схемы должны быть уточнены по результатам расчета напряжений от крутильных колебаний, в том числе на режимах, соответствующих частотам вращения, запретным для длительной работы.

В случае, когда вследствие особой геометрии элементов валопровода определение диаметров валов с помощью формулы /4.2.1/ невозможно, в Речной Регистр должны быть представлены специальные расчеты прочности.

Диаметр промежуточного, упорного или гребного вала, должен быть не менее определяемого по формуле, мм.:

 , /4.2.1/

где Rm - временное сопротивление материала вала, МПа. Формула /4.2.1/ достоверна при Rm = 400÷600 МПа, в случае Rm > 600 МПа в формулу следует подставлять Rm = 600 МПа;

k - коэффициент:

для промежуточных валов с коваными фланцами или фланцевыми бесшпоночными муфтами k = 130;

для промежуточных валов со шпоночными муфтами k = 140;

для упорных валов в подшипниках качения k = 142;

для гребных валов на расстоянии не более 4-х диаметров гребного вала от носового торца ступицы гребного винта k = 160;

для гребных валов на расстоянии более 4-х диаметров гребного вала от носового торца ступицы гребного винта k = 150;

СEW - коэффициент усиления:

для судов без ледового усиления СEW = 1,0;

для судов, предназначенных для плавания в битом льду, СEW = 1,05;

для ледоколов и судов ледокольного типа СEW = 1,07;

Р - расчетная мощность, передаваемая валом, кВт;

n - расчетная частота вращения, мин-1;

di - диаметр осевого отверстия вала, мм, если этот диаметр меньше или равен 0,4dr, то можно принять di = 0;

dr - действительный диаметр вала, мм.

Диаметр носовой части гребного вала на участке от дейдвудного сальника до фланца или муфты может быть постепенно уменьшен до значения, равного 1,05 диаметра промежуточного вала. Участки гребного вала, имеющие контакт с водой, в случае, когда вал не имеет сплошной облицовки или другой эффективной антикоррозионной защиты, должны иметь наружный диаметр, который на 5% больше определенного с помощью формулы /4.2.1/.

В качестве движителя выбираем открытый гребной винт из-за высокого КПД по сравнению с другими типами движителей и простоты обслуживания. Обоснование выбора приведено в курсовом проекте по ОК. Проектируемое судно по типу судов, относится к судам транспортного флота, для которых более характерны установившиеся режимы плавания.        К наиболее важным требованиям энергетических установок таких судов относят: простоту, компактность, высокую надежность и экономичность.

Приближенные значения КПД передачи hл , валопровода hвп и главной передачи hгл

Одновременно, повышенные требования на маневренность, достижение больших тяговых усилий при пониженных оборотах гребного вала отходят на второй план. Поэтому для судов данного типа целесообразно применить прямую или редукторную передачу.

Использование прямой передачи наиболее рационально в сочетании с малооборотными двигателями при частоте вращения винтов до 200 об/мин.

Зубчатая передача применяется в тех случаях, если для проектируемого судна применение прямой передачи невозможно или экономически невыгодно.

·   относительно малые потери передаваемой мощности

·   компактность

·   высокая надежность

·   простота реализации отбора мощности для привода в действие валогенераторов и других механизмов

·   недопустимо разобщение двигателя и валопровода

С учетом выше изложенного предварительно выбирается прямая передача.

4. Расчет валопровода

При проектировании судового валопровода дизельной установки в соответствии с требованиями Правил Морского Регистра, производим определение основных размеров валопровода.

Так как рассчитываемый танкер имеет кормовое расположение МО, то промежуточный вал не требуется, а его расчет нужен лишь для расчета других валов.

. Диаметр промежуточного вала dпр должен быть не менее:

dпр = L(N(1+k)/n)1/3 = 26.1× (1500× (1+0,34× (1,85-1))/8,5)1/3 = 133 мм.

где L = 26.1 - коэффициент для валов морских судов;

N -номинальная мощность, предаваемая промежуточным валом от ГД, N = 500 кВт;

n -номинальная частота вращения промежуточного вала, n = 8,5 1/сек;

k = q(a-1) - коэффициент для дизельных установок;

q = 0,34 - коэффициент для установок с четырехтактными дизелями;

a = 1,85 коэффициент для четырех цилиндровых установок.

Найденное значение округляем в большую сторону до значений, установленных действующим стандартом и принимаем диаметр промежуточного вала равным dпр = 140 мм.

. Диаметр упорного вала dуп в районе упорного гребня должен превосходить диаметр принятого промежуточного вала не менее чем на 10% : dуп = 160 мм, а вне упорного подшипник может быть уменьшен до диаметра промежуточного вала.

. Диаметр гребного вала dг должен быть не менее определяемого по формуле

г = 1.1dпр+k×Dв,

где dпр - диаметр промежуточного вала, мм; k = 7 - для вала со сплошной облицовкой и для вала без облицовки с масляной смазкой дейдвудных подшипников; k = 10 - для вала без сплошной облицовки; Dв - диаметр гребного винта, м

dг = 1.1×140+10×2,17 = 176 мм

. Материал валов.

Промежуточные, упорные и гребные валы должны выполнятся из стали с временным сопротивлением более 430..690 МПа.

Диаметр вала изготовляемого из стали 430 МПа, может быть найден по формуле

где d - уменьшенный диаметр вала, мм; d0 - диаметр вала определенный по пунктам 1,2 и 3, мм; Rm - временное сопротивление материала вала, МПа.

Принято d = 190 мм.

. Отверстия и вырезы в валах нормируются следующим образом:

диаметр осевого отверстия в полом валу не должен превышать 0.4 от его наружного диаметра;

в случае выполнения в валу радиального отверстия диаметр вала должен быть увеличен на 20% по длине не менее семи диаметров отверстия. При это отверстие должно находится в середине длины утолщенной части.

-диаметр вала, в котором выполнен продольный вырез, должен быть не менее

³1.2d0+0,114(1.5l+b), мм,

где d - увеличенный диаметр вала, мм; d0 - расчетный диаметр, мм; l - полная длина выреза, мм; в -ширина выреза, мм, должна быть не менее 0.1d0, но и не более 0,25d0.

5.       Расчёт систем энергетической установки

Для обеспечения нормальной работы двигатели (главные и вспомогательные) и котельная установка СЭУ оборудуются системами: топливной, масляной, водяного охлаждения, сжатого воздуха и газовыпуска. Каждая система может быть подразделена на две части: непосредственно связанную с двигателем и судовую. В этом разделе приведён расчёт судовых систем СЭУ, а также требования Речного Регистра для данных систем.

Назначение систем СЭУ:

1. Топливная система - предназначена для приёма, перекачивания, хранения, подготовки к использованию (очистки, подогрева высоковязкого топлива) и транспортировки топлива к потребителям;

2. Масляная система - предназначена для приёма, хранения, очистки и подачи масла к потребителям;

3. Система водяного охлаждения - предназначена для отвода теплоты от втулок цилиндров, крышек цилиндров, смазочного масла, газовыпускного коллектора у крупных дизелей без наддува и других механизмов энергетической установки;

4. Система сжатого воздуха - предназначена для обеспечения пуска двигателей, подачи звукового сигнала, подпитки пневмоцистерн и работы пневматических систем автоматического управления и регулирования;

5. Газовыпускная система - предназначена для отвода в атмосферу выпускных газов от двигателей, котлов и камбуза.

5.1 Топливная система

Требования Регистра к топливной системе

Насосы.

Для перекачки топлива из запасных цистерн в расходные должны быть предусмотрены топливоперекачивающий насос с механическим приводом и резервный ручной насос. При наличии сепаратора топлива в качестве резервного может быть использован насос сепаратора.

На судах с суточным расходом топлива не менее 1 т допускается устанавливать один ручной насос.

Топливоперекачивающие насосы, а также насосы сепараторов, кроме местного управления, должны иметь средства для их остановки из всегда доступных мест вне помещений, в которых они установлены.

Расположение трубопроводов.

Топливные трубопроводы, как правило, должны быть отделены от трубопроводов других систем.

Трубопроводы, предназначенные для перекачки подогретого топлива под давлением, должны располагаться в хорошо видимых и доступных местах.

Топливные трубопроводы, как правило, не должны прокладываться над двигателями внутреннего сгорания, газовыпускными трубопроводами, паропроводами (за исключением паропроводов для подогрева топлива), паровыми котла ми и их дымоходами.

В исключительных случаях допускается прокладка топливных трубопроводов над указанным выше оборудованием при условии, что в этих районах трубопроводы не будут иметь разъемных соединений.

Приемные трубопроводы топлива от цистерн вместимостью более 50 л, расположенных вне междудонного пространства, а также трубопроводы, предназначенные для выравнивания уровня жидкости в цистернах, должны быть снабжены запорными клапанами, установленными непосредственно на цистернах. Эти клапаны должны иметь дистанционное закрытие из всегда доступных мест, расположенных вне того помещения, в котором находятся цистерны.

На расходных цистернах должны быть клапаны быстрозапорного типа.

Приемные трубопроводы из междудонных цистерн должны быть снабжены запорными клапанами, расположенными выше цистерн.

Устройства для подогрева топлива в системах.

Подогрев жидкого топлива может осуществляться только с помощью паровых или водяных змеевиков. Применение электронагревательных устройств для этой цели является предметом специального рассмотрения Речного Регистра.

Змеевики подогрева топлива должны располагаться в наиболее низких местах цистерн. В глубоких цистернах, в которых змеевики подогрева расположены на высоте, следует предусматривать возможность отключения отдельных секций змеевиков по мере снижения уровня топлива в цистернах.

Концы приемных топливных труб в расходных и отстойных цистернах должны располагаться над змеевиками подогрева таким образом, чтобы не происходило оголение последних.

Максимальная температура подогретого топлива в цистернах должна быть не менее чем на 108С ниже температуры вспышки паров топлива.

Для контроля за температурой подогреваемого топлива в необходимых местах должны быть установлены термометры.

Конденсат греющего пара должен проходить через смотровое устройство, позволяющее контролировать его чистоту.

Давление пара, применяемого для подогрева топлива, не должно превышать 0,5 МПа.

Устройства для удаления воды из топливных цистерн.

Для удаления воды в расходных и отстойных цистернах должны предусматриваться клапаны самозапорного типа и трубопроводы к сточным цистернам.

На сточных трубопроводах должны устанавливаться смотровые стекла. При наличии поддонов вместо стёкол допускается применение открытых воронок.

Устройства для сбора утечек топлива.

Вкладные цистерны, насосы, фильтры и другое оборудование в местах возможной утечки топлива должны снабжаться поддонами.

Сточные трубы от поддонов должны быть отведены в сточные цистерны.

Внутренний диаметр сточных труб должен быть не менее 15 мм.

При расположении сточной цистерны в междудонном пространстве должны быть приняты конструктивные меры, предотвращающие поступление воды в машинные помещения через открытые концы сточных труб в случае повреждения наружной обшивки. Должна быть предусмотрена предупредительная сигнализация по верхнему предельному уровню в сточных цистернах.