Проектирование СЭУ морского танкера

Расход топлива автономным котлом определяется по формуле:

 

                                                                       Qк

Bк = ((((  , кг/ч,

                                                                    Qнр .  (к

 

где Qк - теплопроизводительность котла, Qк = 262800 кДж/ч;

Qнр - низшая теплота сгорания дизеля.

Основные характеристики утилизационного водогрейного котла КАУ - 1,7

Характеристика	Значение
Тепловая мощность Nк, кВт	29
Рабочее давление воды P, МПа	0,13
Температура воды (наибольшая) на  выходе из котла tгв, оС	90
К.П.Д. (использованного тепла) h, %	~9
Температура газов на входе  в котел tвх, оС	400
Температура уходящих газов tух, оС	120
Площадь поверхности нагрева F, м2	1,7
Полное аэродинамическое сопротивление  котла Dh, кПа	1,8
Теплонапряженность поверхности нагрева qн, кВт/м2	17,1
Масса котла с водой Gк +Gв, кг	354
Масса котла без воды Gк, кг	304

 

Количество циркулирующей воды в утилизационном котле

 

      Qк

Dц = ¾¾  , кг/ч,

      220

 

где Qк - теплопроизводительность котла, Qк = 104400 кДж/ч.

 

        104400

Dц = ¾¾¾¾ = 474,6 (кг/ч).

 

6. РАСЧЕТ ПОТРЕБНОЙ МОЩНОСТИ  СУДОВОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

 

 

Механизмы и оборудование, устанавливаемые на судне, входят в состав вспомогательной установки, систем энергетической установки и общесудовых систем. Энергия, потребляемая этими механизмами, как правило, электрическая, привод электрический или гидравлический.

Согласно Правилам Регистра выбирают род тока и величину напряжения в сети для всех групп потребителей, т.е. механизмов, обслуживающих ЭУ, судовые системы палубных механизмов и прочих потребителей. Род тока и напряжение могут быть едиными для всех потребителей, но могут быть различными для отдельных групп. В настоящее время на судах применяется в основном переменный ток. Величина напряжения регламентирована Правилами Регистра, которые разрешают применять на судах генераторы с номинальным напряжением при переменном токе 133, 230 и 400 в.

Судовая электростанция должна удовлетворять следующим требованиям:

• загрузка работающих генераторов должна составлять не менее 60-70% их номинальной мощности;
• число установленных генераторов должно быть минимальным и они должны быть однотипными;
• в каждом режиме (кроме аварийного) в резерве должно быть не менее одного генератора, способного заменить наибольший по мощности из работающих
• Исходя из этого, оснащаем судовую электростанцию тремя генераторами, один из которых - резервный.

Для транспортных судов нашего класса с ДВС наибольшая мощность судовой электростанции в ходовом режиме считается по формуле

 

Nx = Nxo + a . Ne + NБП,

где Nхо - постоянная величина, зависящая от типа СЭУ и судна, Nхо = 18,0 кВт;

а - размерный коэффициент, а = 0,028;

Ne - суммарная мощность, Ne = 1500 кВт;

NБП – расчётная мощность бытовых потребителей, NБП = 0,01.Ne = 13 кВт;

Nx = 18 + 0,028.1500 + 13 = 73 (кВт)

Для стояночных режимов среднюю нагрузку электростанции можно найти через водоизмещение или дедвейт:

 

Nc = Nco + b.D + NБП,

 

где Nco - постоянная величина, Nco = 11 кВт;

b - размерный коэффициент, b = 0,002 кВт/т;

D - водоизмещение, D = 3819 т;

Nc = 11 + 0,002.3819 + 13 = 31,6 (кВт).

По мощности судовой электростанции в ходовом режиме (Nx=68,0 кВт) и в режиме стоянки (Nс=30,5 кВт) выбираем тип дизель - генератора из [1] Приложение 5.

В качестве  основного и резервного дизель - генератора выбираем ДГ-100/750, для стояночного режима - дизель - генератор типа ДГ-50. Основные характеристики дизель - генераторов представлены в таблице 8.1.

     

            Таблица 8.1

Характеристики дизель - генераторов

Характеристика	ДГ-100/750	ДГ-50
Мощность, кВт      Двигателя      Генератора	110 100	59 50
Тип дизеля	6Ч 18/22	6Ч 12/14
Тип генератора	ГСС-103-8М	МСК 83-4
Частота вращения, об/мин	750	1500
Масса, кг	5000	2020
Удельный расход масла, 10 кг/кВт×ч	5,4	8,5
Удельный расход топлива, г/кВт×ч	0,225	0,260
Род тока	3-х фазн., переменный	3-х фазн., переменный
Напряжение, В	400/230	400/230

 

7. РАСЧЕТ  ЗАПАСОВ ТОПЛИВА, МАСЛА

 

 

Масса запасов рабочих сред (топлива, масла, и технической воды) определяется не только типом и мощностью ЭУ, но и дальностью, автономностью и среднеэксплуатационной скоростью судна.

Общий запас топлива определяется по формуле:

 

Bт = (k.be.Ne + k1.be1.Ne1 + k2.be2.Ne2 + k’’.Bк).tпл (кг),

 

где k - количество главных двигателей, k = 2;

k1 - количество вспомогательных двигателей ДГ-100/750, k1 = 2;

k2  - количество вспомогательных двигателей ДГ-50, k2 =1;

k’’ - автономных вспомогательных  котлов, k’’ = 1;

be - удельный расход топлива главными двигателями, be = 0,224 кг/(кВт-ч);

be1 - удельный расход топлива вспомогательными двигателями ДГ-100/750,

        be1 = 0,225 кг/(кВт-ч);

be2 - удельный расход топлива вспомогательными двигателями ДГ-50,

        be2 = 0,26 кг/(кВт-ч);

Bк - расход топлива автономным вспомогательным котлом, Bк = 7,16 кг/ч;

tпл - автономность плавания, tпл = 360 ч.

Bт = (2. 0,224.750 + 2.0,225.110 + 1.0,26.59 + 1.7,16). 384 = 156672 (кг),

 

Емкость запасных топливных цистерн

 

   kм . Bт

Vцт = ¾¾¾ ,м3,

  rт

 

где kм - коэффициент, учитывающий мертвый запас, kм = 1,1;

rт - плотность топлива,  rт = 0,85.103 кг/м3;

 

       1,1. 156672

    Vцт = ¾¾¾¾¾ = 202,8 (м3).

          0,85.103

Общий запас масла определяем по формуле:

 

Bм = (k.bм.Ne + k1.bм1.Ne1 + k2.bм2.Ne2 + Gмсум/tм).tпл ,кг,

 

где bм  - удельный расход масла главными двигателями, bм = 0,0022 кг/(кВт-ч);

bм1 - удельный расход масла вспомогательными двигателями ДГ-100/750,

        bм1 = 0,0054 кг/(кВт-ч);

bм2 - удельный расход масла вспомогательными двигателями ДГ-50,

        bм2 = 0,0085 кг/(кВт-ч);

Gмсум - суммарное количество масла, заливаемого в картер главных и вспо-могательных двигателей, Gмсум = 1915 кг;

tм - периодичность смены масла, заливаемого в картер главных и вспомога-тельных двигателей для СОД, tм = 270 ч.

 

Bм = (2.0,0022.750 + 2.0,0054.110 + 1.0,0085.59 +1915/270).384 = 4638 (кг).

 

Емкость запасных масляных цистерн

 

   kм .  Bм

Vцм = ¾¾¾ , м3,

rм

 

где rм = 0,84.103 кг/м3 - плотность масла,

 

1,1. 4638

      Vцм = ¾¾¾¾ = 5,5 (м3).

0,84.103

 

Общий запас технической воды

 

Gв = ав.(кNe + кNе`).10-3 , т,

 

где ав = 0,02  кг/кВт – удельная масса общего запаса технической пресной воды.

 

Gв = 0,02(2.750 + 2.110) .10-3 = 0,034 т.

 

8. РАСЧЕТ  И ВЫБОР ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ  И ОБОРУДОВАНИЯ СИСТЕМ, ОБСЛУЖИВАЮЩИХ  ГЭУ

 

Основой для выбора оборудования и устройств систем ЭУ является:

• тип и мощность главных двигателей,
• расходы топлива и масла;
• габариты отсека МКО и принципы размещения основного оборудования;
• параметры рабочих сред;
• условия эксплуатации установки;
• состав вспомогательного комплекса (СЭС, вспомогательные котлы и др.).

При определении параметров оборудования выполняются расчеты подачи насосов и мощности их приводов, а также площадей поверхностей теплообменных аппаратов.

В состав СЭУ входят следующие системы:

• сжатого воздуха;
• охлаждения;
• масла;
• топлива;
• газовыпуска.

8.1. Cистема сжатого воздуха

 

Система предназначена для пуска и реверсирования дизелей, продувки трубопроводов и поддержания постоянного давления в пневмоцистернах,  обеспечения работы пневматических инструментов, механизмов, тифонов и т.д. Сжатый воздух вырабатывают компрессоры.

В соответствии с Правилами Регистра на судне устанавливаются два компрессора: навесной (с приводом от ГД) и автономный (ручной или с приводом от электродвигателя).

Пуск дизеля проводят сжатым воздухом с давлением 2,5 ¸ 3 МПа (для МОД и СОД). Запас сжатого воздуха в баллонах должен обеспечивать не менее, 6-ти пусков. Число баллонов не менее двух с равной емкостью.

8.1.1. Суммарная  емкость баллонов 

v . Vs . z . n .  m . Po

Vб = ¾¾¾¾¾¾¾¾ , м3,

P – Pmin

 

где v - удельный расход воздуха на м3 объема цилиндра двигателя,

v = 6...9 м3/м3 (принимается равным 7 м3/м3);

Vs - рабочий объем цилиндра двигателя,

 

3,14 . Dц2 . S

Vs = ¾¾¾¾¾¾ , м3;

4

Dц - диаметр цилиндра двигателя, Dц = 0,22 м;

S - ход поршня, S = 0,26 м.

 

   3,14 . 0,222 . 0,26

Vs = ¾¾¾¾¾¾¾ = 0,01 (м3);

              4

 

z - число цилиндров двигателя, z = 4;

n - число двигателей, n = 2;

m - число последовательных пусков, m = 6;

Po - давление окружающей среды, Po = 0,1 МПа;

P - давление в баллонах, P = 2,7 МПа;

Pmin - минимальное давление, при котором возможен запуск СОД,

                Pmin = 0,15 МПа;

 

         7,0 . 0,01 . 4 . 2 . 6.  0,1

Vб =  ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ = 0,13 (м3).

                                                                 2,7 – 0,15

 

8.1.2. Объем  тифонных баллонов

 

Vм .  tc . Pо

  V = ¾¾¾¾¾ , м3,

P1t - P2t

 

где Vм - расход свободного воздуха тифоном, Vм = 3 м3/мин;

tc - время подачи сигнала без пополнения баллона, tc = 10 мин;

P1t - начальное давление в тифонном балоне, P1t = 3 МПа;

P2t - минимальное давление в тифонном балоне, P2t = 0,5 МПа;

 

        3 . 10 .  0,1

V = ¾¾¾¾¾¾  = 1,2 (м3).

            3 - 0,5

 

8.1.3. Подача  компрессора 

 

Подача компрессора из условия заполнения пусковых баллонов в течение 1 часа от минимального давления  до рабочего давления

 

Vб . (P - Pmin)

Qk = ¾¾¾¾¾¾¾ , м3/ч,

Po . tз

 

где Vб - суммарный объем пусковых баллонов главных двигателей, Vб = 1,74 м3;

tз - время заполнения пусковых баллонов, tз = 1 ч;

Pmin - минимальное давление, при котором возможен запуск СОД, Pmin = 0,15 кПа;

 

                                                        1,74 . (2,7 - 0,15)

Qk = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾ = 45,0 (м3/ч).

                                                                 0,1 .  1

 

8.1.4. Необходимая емкость пусковых  баллонов для вспомогательных

двигателей

 

  v .  (Vsв .  zв .  nв + Vsв’.  zв’.  nв’) .   m .  Po

Vбв =  ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ , м3,

P - Pmin

 

где Vsв - рабочий объем цилиндра вспомогательного двигателя;

3,14 . Dцв2 .  Sв

Vsв = ¾¾¾¾¾¾¾ , м3,

4

 

Для ДГ-50:

Dцв = 0,12 м - диаметр цилиндра;

Sв = 0,14 м - ход поршня;

zв = 6 - количество цилиндров;

nв = 1 - количество вспомогательных двигателей;

Pо = 3 МПа - рабочее давление в баллонах.

 

                                                        3,14 . 0,122  .  0,14

Vsв =  ¾¾¾¾¾¾¾ = 0,00158 (м3).

            4

 

Для ДГ-100/750:

Dцв = 0,18 м - диаметр цилиндра;

Sв = 0,22 м - ход поршня;

zв = 6 - количество цилиндров;

nв = 2 - количество вспомогательных двигателей.

 

             3,14 .  0,182 .  0,22

Vsв = ¾¾¾¾¾¾¾¾ = 0,0056 (м3);

              4

 

         7 . (0,00158 . 6 . 1+0,0056 .  6 . 2) . 6 . 0,1

Vбв = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ = 0,12 (м3).

2,7 - 0,15

8.2. Система охлаждения

 

Система предназначена для охлаждения двигателей и отвода тепла от рабочих жидкостей: масла, воды, топлива и от продувочного воздуха.

Состав системы: насосы (обеспечивают циркуляцию воды в системе), охладители (отвод теплоты в воду), расширительные цистерны (компенсация объема и удаление воздуха из системы), терморегуляторы (поддержание температуры воды и охлаждающей жидкости), трубопроводы.

Тип системы охлаждения - двухконтурная замкнутая.