Проектирование СЭУ морского танкера

 

 

 

   Таким  образом установлены критерии  для окончательного выбора дизеля ,который, по сравнению с другими,наилучшим образом может быть применен в качестве главного двигателя на заданном судне.Расчет ведется с учетом весовых коэффициентов в таблице 3.3

а1=1,8      а3=1,4       а5=1,1      а7=0,8       а9=0,2

а2=1,6      а4=1,2       а6=0,9      а8=0,4

                                                                                                                     Таблица 3.3

Обозначение	Rс	L	Bд	Gy	Pe	Nп	Cm	be	bм	Сумма баллов
Hanshin	5,4	8	7	3,6	3,3	2,7	1,6	0,4	0,2	32,2
Wartsila-Vasa, Финляндия»	3,6	1,6	1,4	2,4	1,1	0,9	4	0,8	0,8	16,6
M.A.N.-B&W, Германия-Дания	9	6,4	2,8	6	2,2	1,8	3,2	1,2	0,2	32,8
SKL,ГДР	1,8	3,2	4,2	1,2	4,4	4,5	0,8	1,6	0,6	22,3
Россия	7,2	4,8	5,6	4,8	5,5	3,6	2,4	2	0,4	36,3

 

                                                       

Из рассмотренных типов двигателей по результатам суммирования баллов по всем показателям в качестве главных двигателей для дальнейшего проектирования выбираем двигатель фирмы WARTSILA-VASA,  Финляндия,  4ЧН22/26.

Двигатель четырехтактный среднеоборотный (n =1100 об/мин) с наддувом, мощностью Ne=750 кВт, что удовлетворяет заданию с некоторым запасом. Выбор обуславливается следующими положительными качествами данного двигателя:

• необходимой агрегатной мощностью;
• относительной экономичностью (небольшой расход масла и топлива);
• возможностью использования дешёвых сортов топлива;
• большим ресурсом;
• надежностью;
• невысоким уровнем шума и вибрации.

  Так как число оборотов выбранного  двигателя не входит в допустимый  диапазон 

(см. к.п. по ОК), то устанавливаем редуктор с передаточным отношением i=4.

            

 

 

 

 

 

 

4. РАСЧЕТ ВАЛОПРОВОДА

4.1. Выбор  количества валов

Выбор количества валов зависит от мощности установки, назначения судна и его осадки, а также требований, предъявляемых к маневренности и живучести суднаничении диаметра винта осадкой судна;

• при необходимости обеспечения высоких маневренных качеств судна

     для повышения живучести  СЭУ.

Число валов определяется назначением судна, районом плавания, типом, мощностью и числом главных двигателей.

С учетом изложенного на проектируемом судне целесообразно использовать двухвальную установку. Это объясняется наличием двух главных двигателей и невозможностью передачи всей мощности на один вал из-за  ограничения  диаметра  винта

(Dв £ 4,8м) вследствие малой осадки.

 

4.2. Расчет  основных элементов валопровода

 

Проектирование судового валопровода дизельной установки проводится в соответствии с требованиями Правил Речного Регистра России [Т.2].

             

  4.2.1. Промежуточный вал

 

В соответствии с Правилами Речного Регистра России  (п.2.2.) диаметр промежуточного вала dпр. должен быть не менее определяемого по формуле:

dпр , мм,

 

где L - коэффициент  для валов судов класса «М», L =24,7

Р - расчетная мощность, передаваемая валом, Р=750 кВт

            n - номинальная частота вращения промежуточного вала, n = 5,5 c-1;

k - коэффициент для дизельных установок,

k = q (a-1);

            для четырехтактных двигателей q = 0,4;

 

a – коэффициент, a= 2,15; 

k =0,4·(2,15-1)=0,46

 

dпр.= 144,2 мм.

 

Для дальнейших расчетов  принимается диаметр промежуточного вала  dпр = 145 мм.

  4.2.2. Упорный вал

 

В соответствии с пунктом 2.3. Правил Регистра диаметр упорного вала dуп в районе упорного гребня должен превосходить диаметр промежуточного dпр не менее, чем на 10%

 

dуп = 1,1 dпр =1,1*145=159,5 мм.

               Принимается диаметр упорного  вала  dуп=160 мм.  

 

             4.2.3. Гребной вал

Диаметр гребного вала dг должен быть не менее определенного по формуле

dг=1,1.dпр. + k.DB , мм,

где k = 7   - для вала со сплошной облицовкой и для вала без облицовки с масляной смазкой дейдвудных подшипников;

DB =2 м - диаметр винта.

dг=1,1·145+7·2=173,8 мм.

Принимается диаметр гребного вала dг =190мм.

Для защиты вала от коррозии применяем бронзовую облицовку. Толщина бронзовой облицовки S должна быть не менее:

S ³ 0,03.dг + 7,5 , мм,

S ³ 13,2 мм.

Толщина бронзовой облицовки принимается равной S =14 мм.

Наряду с определением основных размеров валопровода по Правилам Морского Регистра России определяется критическая частота вращения вала и проводится проверка вала на продольную устойчивость.

4.3. Проверка  валопровода на продольную устойчивость

Проверка на продольную устойчивость выполняется при больших длинах пролетов между опорами и при малом поперечном сечении вала. Необходимость проверки вала на продольную устойчивость устанавливается в зависимости от его гибкости:

l = Lmax / i,

где Lmax  - длина вала между опорами, Lmax = 3,5 м;

i  - радиус инерции сечения вала:

i =

, м,

I  - момент инерции сечения  вала,

I = p.dг2/64=0,0018

F - площадь поперечного сечения  вала,

F = p.d2/4 =0,028

i =0,25

l =3,5/0,25=14

При  l < 80  вал  считается  жестким  и  его  расчет  на  продольную  устойчивость  не производится.

            4.4. Проверка критической частоты  вращения гребного вала.

          Для определения критической  частоты вращения гребного вала  при поперечных коле-баниях валопровод условно заменяется двухопорной балкой с одним свешивающимся кон-цом. Частота вращения вала, при которой возникают его поперечные колебания вычисляют-ся так:

                                    n2кр=(1-3,3(l2/l1)3·(q2/q1))·30·П/l12·√E·I·g/q1 ,  c-1

         где  l2=1,5м - расстояние от середины опоры в кронштейне до центра масс гребного

         винта, м;

                 l1=8,8м – остальная длина гребного вала, м;

                q1 - интенсивность нагрузки вала собственной массой пролета вала длиной l1, кН/м,

                                                                        q1=6dг2 ,

                                                                q1=6·0,192=0,217,

                 q2 – интенсивность нагрузки пролета вала длиной l2, кН/м,

                                                                    q2=q1+Gв/l2,

                                                              Gв=1,47· Dв3·O, кН,

         где  Dв=2м – диаметр гребного винта, м;

                О=0,5 – дисковое отношение гребного  винта;

                                                        

Gв=1,47·23·0,5=5,88 кН,

                                                        q2=0,217+5,88/1,5=4,1 кН/м;

                Е=2,16·106кПа – модуль упругости;

                I=Пdг4/64=3,14·0,194/64=0,000064м4-экваториальный момент инерции сечения вала         

                относительно его оси;

                g=9,8м/с2-ускорение свободного падения.

     n2кр=(1-3,3(1,5/8,8)3·(5,1/0,217))·30·3,14/8,82·√2,16·106·0,000064·9,8/0,217 =  66об/c

           Критическая частота вращения  вала должна быть значительно  больше ее номинально-  го значения n2н, при этом необходимый запас частоты вращения должен составлять:

                                                     kн=((n2кр-n2н)/n2н)·100%>20%,

                                             kн=((66-5,5)/5,5)·100%=1100%>20%.

5. РАСЧЕТ  ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ СУДНА ВЫБОР

АВТОНОМНОГО И УТИЛИЗАЦИОННОГО КОТЛОВ

 

Вспомогательные, утилизационные и комбинированные котельные установки предназначены для обеспечения паром низких параметров на стояночном и ходовом режимах вспомогательных потребителей СЭУ и общесудовых потребителей с ДУ и ГТУ -  для отопления помещений, санитарно-бытовых нужд, для обеспечения работы главной энергетической установки (подогреватели топлива, масла и т.д.). Автономные котлы используют тот же сорт топлива, что и главные установки.

 

5.1. Расчет  общего максимального потребления  теплоты по всему судну

на ходовом и стояночном режимах.

 

Максимальное потребление теплоты в стояночном режиме.

 

Qåc = kо.kc.kз.(Qoт + Qcб + Qт) (кДж/ч),

 

где kо - коэффициент одновременности, kо = 0,8;

kc - коэффициент запаса, kc = 1,1;

kз - коэффициент загрузки потребителей на стояночном режиме, kз = 0,77;

Qот - расход теплоты на отопление помещений для наливных судов,          

Qот = 20000 + 10.G, кДж/ч,

G - грузоподъемность судна, G = 6300 т;

Qoт =20000 + 10.6300 = 83000 (кДж/ч);

Qсб - расход теплоты на санитарно-бытовые нужды,

Qсб = nк (gм + gп), кДж/ч;

nк - число членов экипажа, nк = 14 чел;

gм - расход теплоты на приготовление горячей мытьевой воды, gм = 500 кДж/(ч×чел);

gп  - расход теплоты на приготовление питьевой кипяченой воды,

 gп = 100 кДж/(ч×чел);

 

Qсб = 14.(500 + 100) = 8400 (кДж/ч);

Qт - расход теплоты на технические нужды,

Qт = 0,14.(Qот + Qсб) , кДж/ч,

Qт = 0,14.(83000 +8400) = 12796 (кДж/ч);

Qåc = 0,8.1,1.0,77.(83000 + 8400 + 12796) = 70603 (кДж/ч).

 

Максимальное потребление теплоты в ходовом режиме:

 

Qåx = kо.kc.kз.(Qoт + Qcб + Qт), кДж/ч,

 

где kо - коэффициент одновременности на ходовом режиме kо = 0,95;

kc - коэффициент запаса, kc = 1,1;

kз - коэффициент загрузки потребителей на ходовом режиме, kз = 0,9;

 

Qåx = 0,95.1,1.0,9.(83000 + 8400  + 12796) = 97996 (кДж/ч).

 

Общее количество теплоты, которое может быть утилизировано:

 

Qут = 0,85.Ne.qг.Cp.(Tвх - Tух).hк, кДж/ч,

 

где Ne - эффективная суммарная мощность главных двигателей, Ne= 1500 кВт;

qг  - количество газов выходящих из двигателя, qг =  6,8 кг/(кВт-ч);

Cp - массовая теплоемкость газов, Cp = 1,13 кДж/(кг-град);

Tвх - температура газов на входе в котел, Tвх = 793 К;

Tyx - температура уходящих газов за котлом, Tyx = 473 К;

hк - коэффициент потери теплоты в окружающую среду, hк = 0,95;

 

Qyт = 0,85.1500.6,8.1,13.(793 - 473).0,95 = 29783 (кДж/ч).

 

5.2. Выбор автономного и утилизационного  котлов

 

Автономный котел выбираем по величине общего потребления теплоты в стояночном режиме Qåс.

Qåc = 70603 кДж/ч = 20,0 кВт.

Выбирается газотрубный автоматизированный котел КОАВ - 63.

Так как Qут (Q(х, то производительность утилизационного котла выбирается  по  величине  общего  потребления  теплоты  в ходовом режиме Q(х = 97996 кДж/ч = 27 кВт.

Выбираем утилизационный водогрейный котел КАУ-1,7.

 

 

5.3. Характеристики автономного  котла

 

Характеристики автономного котла приведены в таблице 5.1.

                       Таблица 5.1.

Основные характеристики автономного котла КОАВ - 63

ХарактеристикаЗначение Тепловая мощность Nк, кВт73 Рабочее давление воды P, МПа 0,12 Температура воды (наибольшая) на выходе из котла tгв, оС103 К.П.Д. (, %86 Температура уходящих газов tух, оС280Площадь поверхности нагрева F, м22,5 Теплонапряженность топочного объема qт, МВт/м3.ч3,8 Теплонапряженность поверхности нагрева qн, кВт/м229,2 Масса котла с водой Gк +Gв, кг670 Масса котла без воды Gк, кг590