Обоснование состава главной энергетической установки

Целью данного раздела является обоснование и выбор главных двигателей.

Исходными данными при выборе главных двигателей являются:

- мощность главной энергетической установки судна Р_у ;

- количество и частота вращения движителей n_д .

Количество главных двигателей следует принимать равным числу их у судна, указанного в задании.

Требуемая мощность двигателей Р_т определяется делением суммарной

мощности ЭУ на количество движителей или число главных двигателей судна.

Выбор марки дизелей производится по их номинальной эффективной мощности. При этом следует ориентироваться на двигатели отечественного производства, отдавая предпочтение четырехтактным дизелям, имеющим меньшие удельные расходы топлива, масла и больший ресурс. На судах небольшого водоизмещения и скоростных судах в качестве главных двигателей следует использовать высокооборотные дизели возможно меньшей массы и габаритов с достаточным уровнем надежности. При равных или близких значениях показателей экономичности и надежности приоритет следует отдавать дизелям, способным работать на недефицитных видах топлива, в частности, на моторном. Некоторые марки судовых дизелей и их основные показатели приведены в приложении 7, а также в каталогах [9] и альбомах оборудования речного флота [10].

Предметом рассмотрения курсового проекта (первым вариантом задания) является достижение энергетической эффективности судовой энергетической установки, которая заключается в минимизации расхода топлив и масел, стоимости двигателя, утилизации теплоты двигателя, увеличении его ресурса, уменьшении площади, занимаемой им в машинном отделении.

В этом случае для обоснования марки главного двигателя необходимо в соответствии с указанными выше рекомендациями подобрать 2 двигателя разных марок, мощность которых близка (в диапазоне (80÷120%)Р_т ) к требуемой, и сравнить их с установленными на судне по комплексному параметру качества.

Вторым вариантом задания на курсовое проектирование могут выступать требования об изменении скорости движения или тягового усилия. В этих случаях требуемая мощность главной энергетической установки определяется на основе гидродинамического расчета [1] или приближенно по формулам:

Р_ут=Р_у·R_t_т·V_т/(R_t·V), кВт

или

Р_ут=Р_у· (V_т/V)^3,25, кВт,

где Р_ут и Р_у – требуемая и существующая номинальная эффективная мощность главной энергетической установки судна, кВт;

R_t_т и R_t – требуемое и существующее тяговое усилие, кН;

V_т и V – требуемая и существующая скорость движения судна с составом или в полном грузу, км/ч;

Для обоснования марки главного двигателя необходимо в соответствии с указанными выше рекомендациями подобрать 2 двигателя разных марок, мощность которых близка (в диапазоне (100÷120%)Р_т ) к требуемой, и сравнить их с установленными на судне по комплексному параметру качества:

где К_о – комплексный параметр качества дизеля;

p=P_e/(l·s·h) – удельная мощность дизеля, кВт/м³ ;

Р_е – номинальная эффективная мощность дизеля, кВт;

l, s и h – длина, ширина и высота дизеля в м;

Р_max – максимальное значение удельной мощности среди рассматриваемых дизелей, кВт/м³ ;

m=M/P_e – удельная масса дизеля, кг/кВт;

M – масса дизеля, кг;

m_min - минимальное значение удельной массы среди рассматриваемых дизелей, кг/кВт;

b_o – удельный эффективный расход топлива дизеля, кг/кВт·ч;

b_o_min – минимальное значение удельного эффективного расхода топлива среди рассматриваемых дизелей, кг/кВт·ч;

b – удельный эффективный расход масла дизеля, кг/кВт·ч;

b_min – минимальное значение удельного эффективного расхода масла среди рассматриваемых дизелей, кг/кВт·ч;

r - ресурс дизеля до капитального ремонта, тыс. ч.;

r_max – максимальное значение ресурса среди рассматриваемых дизелей, тыс. ч.;

j – условный показатель рода топлива, используемого дизелем (для тяжелого топлива j-1, а для легкого (дизельного) – j-0);

C=0,77*[(P_e^0,87*r^0,48)/(b_e^1,58*b^0,23)] – стоимость дизеля;

С_min – минимальное значение стоимости среди рассматриваемых дизелей;

a_i (i=1÷7) – коэффициенты весомости основных параметров, принимаемые в зависимости от типа судна (Σa_i=1). При выборе двигателей для крупных транспортных судов можно принимать a₁=0,1; а₂=0,12; а₃=0,24; а₄=0,14; а₅=0,19; а₆=0,14; а₇=0,07. Сопоставление производят в табличной форме.

Таблица 4

Сопоставление параметров судовых дизелей

Наименование параметров, единица измерения	Марка дизеля
Наименование параметров, единица измерения
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ Номинальная эффективная мощность, кВт Ном. Частота вращения коленчатого вала, мин^-1 Реверсивность Род топлива Удельный эффективный расход топлива, кг/кВт·ч Ресурс до капитального ремонта, тыс.ч

Продолжение таблицы 4

Габаритные размеры, м: длина х ширина х высота Масса, кг РАСЧЕТНЫЕ ДАННЫЕ Удельная мощность, кВт/м³ Удельная масса, кг/кВт Стоимость ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ: Удельная мощность Удельная масса Удельный расход топлива Удельный расход масла Ресурс Род топлива Стоимость КОМПЛЕКСНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ КАЧЕСТВА Тип главной передачи КПД СУДОВОГО КОМПЛЕКСА

1. Реверсивному дизелю присваивается 1, а нереверсивному – 0;

2. Для дизеля, работающего на моторном и дизельном топливе, присваивается 1, а только на дизельном топливе – 0.

В качестве главного двигателя судка следует выбирать дизель, имеющий наибольшее значение комплексного параметра. При равных значениях К_опредпочтение отдается дизелю, который в составе главной ЭУ имеет больший КПД судового комплекса η_ск.

В пояснительной записке приводится мотивированный выбор марки главных двигателей с указанием характеристик основных систем, навешенных механизмов, степени автоматизации и перечня поставляемого с дизелями оборудования (холодильников, пусковых баллонов и т.п.).

Выбор редуктора

При выборе типа главной передачи [5] для транспортных речных судов с реверсивными главными двигателями, частота вращения коленчатого вала которых не превышает 300÷350 мин^-1 предпочтение отдается прямой передаче. При частоте вращения коленчатого вала больше указанных значений используется редукторная передача. В случае нереверсивных главных двигателей применяется главная передача с реверсивной муфтой или реверс-редуктором. Для ледоколов, паромов и крупных пассажирских судов предпочтение отдается электрической передаче. Гидропередача обычно в составе с зубчатой применяется на буксирах и толкачах.

При выборе типа редуктора опредеяющими параметрами являются максимально-допустимые крутящий момент и частота вращения входного вала редуктора, выше которых редуктор работать не должен. При выборе типа редуктора необходимо стремиться к тому, чтобы частота вращения выходного вала редуктора была возможно близкой к частоте вращения валопровода судна-прототипа. Крутящий момент на выходном фланце двигателя в Н·м определяется по формуле:

где Р_е подставляется в Вт, а n – в об/мин. Если редуктор встроен в корпус двигателя и поставляется заводом изготовителем (дизель-редукторный агрегат – ДРА), то необходимости в выборе редуктора нет.

Из монографии [5] или из приложения 8 выбирается тип редуктора, выписываются: марка, передаточное отношение, габариты, масса. Определяется частота вращения выходного вала редуктора, с которой будет вращаться вся линия валопровода, включая винт.

n_в= n·i – частота вращения на выходном фланце редуктора, об/мин;

n – частота вращения главного двигателя, об/мин;

i – передаточное отношение редуктора (отношение частоты вращения ведомого вала к частоте вращения вала ведущего).

2.6. Определение параметров согласованного гребного винта [12]

При изменении скорости движения судна (увеличение или уменьшение мощности главного двигателя) необходимо новую мощность согласовать с работой гребного винта, т.е. определить основные его элементы. Согласование работы двигателя и гребного винта рекомендуется производить на номинальной частоте вращения при мощности, составляющей 85% от номинального значения, т.е. расчет производить при меньшем сопротивлении корпуса судна.

Приближенно элементы гребного винта определяются по уравнению:

где ΔН – изменение шага винта, м;

ΔD_в и D_в –изменение диаметра винта, диаметр винта, м;

Δn и n – частота вращения гребного винта, об/сек; изменение частоты вращения гребного винта;

Δn=n₀–n₁ , где n₀– частота вращения гребного винта до модернизации в об/с,

n₁– частота вращения гребного винта после модернизации в об/с;

С₁; С₂; С₃; С₄ – коэффициенты;

С₁=φ₁(Н/D_в; λ_е)

С₂= –5К₂·φ₁(Н/D_в; λ_е)+ Н/D_в

С₃=3К₂·φ₁(Н/D_в; λ_е)+λ_е·φ₂(Н/D_в; λ_е)

С₄=ΔV_е·φ₂(Н/D_в; λ_е)/(n·D_в)

ΔV_е- изменение скорости судна

ΔV_е=V_т-V, км/ч

V_т – скорость судна после модернизации, км/ч;

V – скорость судна до модернизации, км/ч. Если изменение скорости судна заложено в исходных данных курсового проекта, то значение V_т берется из задания. Если в исходных данных курсового проекта говорится о модернизации энергетической установки с целью повышения энергетической эффективности, то V_т определяется по формуле адмиралтейского коэффициента С_а :

С_а=Q^2/3·V_т³/ Р_у,

где Q – водоизмещение судна в м³, Р_у – мощность главных двигателей в кВт;

ΔК_р – изменение коэффициента момента ;

ΔР_гв – изменение мощности на гребном валу, кВт;

ΔР_гв = P_{гв 1} – Р_{гв 0}

Р_гв0 – мощность передаваемая гребному винту до модернизации, кВт;

Р_гв1 – мощность передаваемая гребному винту после модернизации, кВт;

Р_гв0 = Р_{ен 0}·η_в·η_п ; Р_{гв 1}= Р_{ен 1}·η_в·η_п

Р_ен0 и Р_ен1 – эффективная номинальная мощность двигателя до модернизации и после модернизации, кВт;

η_в и η_п – КПД валопровода и передачи; η_в =0,98÷0,99 (упорный опорный подшипники); η_п =0,96÷0,97 (реверс-редукторная передача); η_п= 0,87÷0,9 (электропередача на двойном токе); η_п = 0,85÷0,92 (гидродинамическая передача);

ρ – плотность воды, т/м³ .

При условии, что согласование производится за счет изменения шага винта (ΔD_в /D_в равны нулю) уравнение упрощается:

где зависимости φ₁ и φ₂ определяются с помощью графиков на рис. 1,2 для открытых винтов и на рис. 3,4 для винтов в насадке;

λ_е относительная поступь гребного винта

λ_е=V·(1–ψ)/(n₀·D_в)

где V – скорость судна до модернизации в м/с,

ψ – коэффициент попутного потока

где δ – коэффициент полноты водоизмещения;

δ=V_ов/(L·B·T)

L – длина корпуса судна расчетная, м; B – ширина корпуса судна расчетная, м; T – осадка расчетная, м; х – количество гребных винтов; V_ов – объемное водоизмещение судна, м³.

Для судов, относительная скорость которых , к значению ψ рекомендуется вводить поправку на влияние волнообразования

Δψ=

где g – ускорение силы тяжести, g=9,87 м/с².

Для гребных винтов в насадке

где K_ψ – коэффициент учитывающий увеличение попутного потока в диске винта за счет свеса кормовой оконечности судна, выбираемый по графику на рис. 5.

Для судов с обычными (нетуннельными) обводами кормовой оконечности а=0,043 , K_ψ=1, “х” равняется числу винтов.

Для судов с туннельными формами кормы а= –0,05; х=1 (независимо от количества винтов).

Для винтов, установленных в туннелях, при определении ψ вместо диаметра винта D_в следует подставлять осадку судна кормой Т_к.

Рис.1. График для открытого гребного винта.

Рис. 2. График для открытого гребного винта.

Рис. 3. График для гребного винта в насадке.

Рис. 4. График для гребного винта в насадке

Рис. 5. График К_ф(Д/Т_к); h=(h₁-h₂)/D_в

Дата добавления: 2019-07-17; просмотров: 239; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!