Влияние обрастания корпуса судна на характеристики пропульсивного комплекса

Содержание

Введение...................................................................................................................4

1. Пропульсивный комплекс и его характеристики..........................................6

2. Обрастание  корпуса.....................................................................................16

3. Пагубное влияние обрастания корпуса........................................................19

4.Способ защиты...............................................................................................22

5. Пневматическая  оболочка............................................................................26

6. Способ контроля  скорости...........................................................................19

7. Способ Кави-джет  очистки...........................................................................32

8. Способ непрерывного  обдува........................................................................34

9. Экологический  способ....................................................................................37

Заключение.......................................................................................................40

Список использованных источников...................................................................41

Приложение А.....................................................................................................42

Приложение Б....................................................................................................43

Приложение В....................................................................................................44

Приложение Г.....................................................................................................45

Приложение Д.....................................................................................................46

Приложение Е.....................................................................................................47

Приложение Ж...................................................................................................48

Приложение И...................................................................................................49

Приложение К..................................................................................................50

Приложение Л..................................................................................................51

Приложение М..................................................................................................52

Приложение Н...................................................................................................54

Введение

 

 

Задача данной работы: изучить проблему влияния обрастания корпуса морского судна на характеристики пропульсивного комплекса.

Цель работы: понять что и в какой мере влияет на степень обрастания и характеристики двигателя судна, определить оптимальный метод борьбы с обрастанием корпуса судна.

Актуальность темы: тема является актуальной и перманентной, поскольку проблема обрастания корпуса морских судов, платформ и портовых сооружений влияет как на экономическую так и на техническую составляющую работы мирового торгового флота.

Теоретическая и практическая значимость: ежегодные убытки от обрастания судоходных компаний США в настоящее время превышают 1 млрд. долларов, а общий мировой ущёрб только от морского обрастания составляет более 60 млрд. долларов в год, из них около 30% приходится на обрастание судов.

Годовое биологическое загрязнение судна сокращает его крейсерскую скорость 1на 30-50%, и как следствие, ресурсы двигателей и другого моторного оборудования, при этом значительно увеличиваются расходы на топливо и ремонт, являющиеся основной статьей эксплутационных расходов водного транспорта.

При толщине слоя загрязнения в 2- 3 см вес мелких ракушек на 1 квадратный метр превышает 50 кг. Естественно это отражается и на остойчивости судна, не говоря уже о существенном снижении максимально развиваемой скорости. Тем самым, при наличии оптимального для данного (определённого) судна решения борьбы с обрастанием корпуса, можно избежать значительных потерь.

Структура и объём: Данная дипломная работа состоит из введения, 9 глав, заключения, и приложений. Работа изложена на 54 страницах, включая приложения, и содержит 3 фотографии, 8 схем и 4 таблицы. Список литературы содержит 15 наименований.

Для начала необходимо разобраться, что из себя представляет "пропульсивный комплекс"...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Пропульсивный комплекс

и его характеристики

 

Пропульсивная система (от англ. propulsion - движение) − Гидромеханическая система, включающая корпус судна и пропульсивную установку, в которой энергия рабочего тела преобразуется в упор, сообщающий движение корпусу судна. Пропульсивная установка является исполнительной частью главной энергетической установки. В наиболее общем случае состоит из движителей, валопроводов, главных судовых передач и главных двигателей.

При наличии главных двигателей, в которых энергия топлива непосредственно преобразуется в механическую энергию, пропульсивная установка (далее П. К.) является главной электрической установкой. Взаимодействие элементов П. К. может включать различные виды прямых и обратных связей: механических (например, между главной передачей, валопроводом и гребным винтом), гидродинамических (например, между греб, винтом и корпусом) и др.

Появление этих связей имеет весьма сложную закономерность и существенно зависит от условий плавания (волнение, лед, буксировка и т.д.).

Объединение корпуса и пропульсивной установки в единую систему обеспечивает возможность теоретического исследования сложных явлений их взаимодействия с целью оптимизации использования энергии для движения судна в масштабе всего П.К., а не отдельных его элементов. Возможны различные модели работы П.К. Так, например в схему с ВРШ, удобно использовать как в условиях проектирования, так и эксплуатации.

 Более сложной является  модель, учитывающая динамику взаимодействия  элементов П.К. Впервые она разработана  профессором В. И. Небесновым в середине 50-х гг. XX в. и представляет собой систему дифференциальных уравнений. Математическая модель позволяет оценивать параметры работы П.К. при неустановившемся движении судна (разгон, остановка, реверсирование и т. д.), что имеет большое значение для создания систем автоматического управления.

Выбор типа модели зависит от временного интервала, на котором определяются параметры работы П.К., и допущений, принятых при ее разработке. Техническое совершенство П.К. определяется его способностью преобразовывать механическую энергию главного двигателя в движение судна с наименьшими потерями независимо от условий плавания.

Показателем технического совершенства пропульсивного комплекса служит КПД пропульсивной установки. В зависимости от типа, он может составлять:

- У паровых машин − 20-22% (см. Прил. А);

- Паро-турбинных установок − 34-35% (см. Прил. Б);

- Двигатель внутреннего сгорания − 40-42% (см. Прил. В);

- Газо-турбинные установки  − 28-32% (см. Прил. Г);

- Атомные установки − 30-35% (см. Прил. Д).

Кроме того, целесообразность выбора элементов пропульсивной установки определяется эффективностью судовой энергетической установки в целом.

Ниже изложены способы определения основных показателей двигателя. Начнём с мощности двигателя, индикаторную мощность определяют по среднему индикаторному давлению и частоте вращения двигателя:

                   Ni = pi х  0,785DSni /  60  х  75 z  и. л. с.                         (1)

где рі − среднее индикаторное давление, кг-с/см2;

D − диаметр цилиндра, см;

S − ход поршня, см;

n − частота вращения вала, об/мин;

і − число цилиндров двигателя.

Среднее индикаторное давление определяют по индикаторной диаграмме2 (см. Прил. Е), которую снимают с помощью механического индикатора. Индикатор регистрирует в определенном масштабе давление газов в цилиндре в зависимости от положения поршня или угла поворота мотыля. Иными словами, индикаторная диаграмма представляет собой (в координатах р—V) кривую изменения давления газов в цилиндре в зависимости от хода поршня. Такие диаграммы называют нормальными.

Электрические индикаторы позволяют получить диаграммы, развернутые по углу поворота мотыля или по времени (в координатах           р-v, t-s).

Во время индицирования следует обеспечить постоянную частоту вращения и нагрузку на двигатель. На режиме номинальной нагрузки при установившемся тепловом режиме двигателя снимают обычно по 2-3 индикаторные диаграммы.

Обычно записывается не более двух циклов. После этого закрывают индикаторный кран, снимают бумагу с диаграммой и записывают на ней дату и время индицирования, номер цилиндра, частоту вращения двигателя и масштаб пружины. После окончания индицирования индикатор необходимо тщательно осмотреть и смазать.

По нормальной индикаторной диаграмме подсчитывают среднее индикаторное давление рі и индикаторную мощность Мі цилиндра. Для этого с помощью планиметра определяют площадь нормальной индикаторной диаграммы / с погрешностью измерения не более 1%.

Величину площади диаграммы определяют по формуле:

                                                   f = ka мм2                                                    (2)

где k − постоянная планиметра;

а − разность отсчетов планиметра до и после обвода диаграммы, мм2.

На диаграмме записывают результат как среднее трех обводов диаграммы.

В случае отсутствия планиметра площадь индикаторной диаграммы

вычисляют известным приближенным графическим методом (по средней высоте диаграммы).

Среднее индикаторное давление определяют по выражению:

                                              pi = f/ml=hi /т                                           (3)

где т − масштаб индикаторной диаграммы, мм/(кг-с/см2);

1 − длина диаграммы, мм;

hi − средняя высота диаграммы, мм.

Для определения индикаторной цилиндровой мощности применяют упрощенные формулы:

Для четырехтактных двигателей простого действия:

                                          N =FS/9000pi и.л. с.                                    (4)

Для двухтактных двигателей простого действия:

                                        N = FS/4500 pi п и. л. с.                                (5)

Для получения N (в кВт) необходимо полученное значение N1 (в и. л. с.) умножить на 0,736.

Определение крутящего момента и эффективной мощности двигателя. Мощность на валу двигателя непосредственно измерить невозможно. Но зная величину крутящего момента Мкр, можно определить мощность, потребляемую гребным винтом, и определить соответствие винта корпусу судна и главному двигателю.

С другой стороны, определив Мкр и проиндицировав двигатель, можно определить величину механических потерь, наметить пути повышения экономичности установки.

Для определения Мкр на заводских стендах и в лабораториях применяют тормоза различной конструкции (гидравлические, электрические и иногда механические). На морских судах для определения Мкр используют переносные или штатные торсиометры3, измеряющие непосредственно не крутящий момент, а параметры, которые его характеризуют. Например, Мкр часто определяют по углу скручивания ф вала.

Точность измерения крутящего момента зависит от внешних факторов (вибрации подшипников, температуры воздуха), а также от конструкции торсиометра, схемы измерений, состояния его механической и электрической частей.

Торсиометр следует устанавливать подальше от фланцев, шпоночных канавок и соединительных муфт на промежуточном валу возможно ближе к двигателю. Датчик торсиометра надо устанавливать как можно ближе к узловой точке крутильных колебаний вала, т. е. там, где амплитуда крутильных колебаний вала минимальна.

При отсутствии на двигателе индикаторных приводов, а на валу— торсиометра эффективную мощность можно определить по косвенным показателям (расходу топлива, частоте вращения, температуре выпускных газов, среднему давлению газов). Эти способы определения мощности дизеля применяют только при наличии на судне графических зависимостей

основных параметров (характеристик), построенных по результатам стендовых или ходовых испытаний.

Например, анализируя результаты замеров на судне, скажем, температуры выхлопных газов tr и частоты вращения п, и используя график зависимости Мкр построенный в процессе испытаний двигателя, можно определить Мир, а затем и Ne.

Мощность дизеля, работающего на электрический генератор, можно определить штатными приборами по величинам напряжения и силы тока:

На генератор постоянного тока:

                                         Ne = nr IU/1000 кВт                                   (6)

На генератор переменного тока:

                               Ne = V3 cos ф Hr IU/1000 кВт,                            (7)

где I и U − сила тока и напряжение на клеммах генератора, А, В;

Цг и соs ф − к.п.д. генератора и коэффициент мощности, определяемые по паспортной характеристике.

Определение расхода топлива и смазочного масла. Расход топлива является основной величиной, характеризующей экономичность работы двигателя, качество регулирования рабочего процесса, состояние трущихся поверхностей и топливной аппаратуры.

Эффективный КПД двигателя определяют по выражению:

                                              1 = 632/ge Q,                                           (8)

где ge − расход топлива;

Q − теплота сгорания топлива.

В судовых условиях расход топлива определяют весовым и объемным способами. Однако в большинстве случаев при проведении теплотехнических испытаний пользуются объемным способом.