Модернизация Энергетической установки буксирного судна

ВВЕДЕНИЕ
         Судовая энергетическая установка это комплекс машин, механизмов,
теплообменных аппаратов, источников энергии, устройств и трубопроводов
 и прочих систем  предназначенных для обеспечения движения судна, а также снабжения энергией различных его механизмов. При проектировании, изготовлении, ремонте и модернизации судовой энергетической установки необходимо определять наиболее рациональный вариант компоновки и состава судовой энергетической установки (СЭУ) для достижения экономичной, надежной и долговечной работы СЭУ, а также обеспечить ее безопасность и эргономичность в процессе эксплуатации.
         Современное развитие транспортного флота характеризуется созданием высокопроизводительных грузовых, буксирных и пассажирских судов; повышением их мощности и скорости хода; оборудованием с высокоэффективными и экономичными механизмами, устройствами, системами, средствами механизации и автоматизации; стандартизацией и унификацией отдельных механизмов и судовых энергетических установок в целом.
          Предметом рассмотрения настоящей работы является буксир проекта Р18А. Это большие буксиры класса "река-море" советской постройки 60-х гг. Однопалубный двухвинтовой буксир с удлиненным баком, предназначен для буксировки плотов-сигар по озеру Байкал. Спроектирован ЦТКБ. Головное судно "Байкал" построено на судоверфи имени Ярославского в 1967 году .Буксиры проекта Р18А до настоящего времени находятся в эксплуатации ,занимают свою нишу в спектре оказания транспортных услуг и являются востребованным .Модернизацию теплохода проекта Р18А необходимо произвести с целью увеличения энергетической эффективности , путем уменьшения расходов на топливо и обслуживание силовой установки, а также повышения общей эффективности судовой энергетической установки (СЭУ).
          За время эксплуатации элементы СЭУ подвергались физическому износу и морально устарели. Поэтому мероприятия по модернизации СЭУ представляются целесообразными .Экономичность каждого из элементов дизельной энергетической установки (ДЭУ) оценивается его КПД и в различной степени отражается на экономичности ДЭУ в целом. Современные ДЭУ оборудуются турбогенераторами, работающими на паре от утилизационного котла (УК), вакуумными водоопреснительными установками (ВОУ), использующими тепло воды, охлаждающей дизели, валогенераторами, гидроприводом вспомогательных механизмов (ВМ). При этом не только увеличиваются расходы топлива, масла, но повышается ресурс вспомогательных дизелей, котлов.
        Экономичность ДЭУ во многом зависит от согласования режимов работы механизмов, их технического состояния, использования средств утилизации, рационального распределения расходов топлива на главные и вспомогательные потребители. Всё это отражается на КПД установки. Исходя из этого тема проекта «Модернизация Энергетической установки буксирного судна с целью

 повышения его энергетической эффективности» оказывается актуальной.
Таким образом. Для достижения  цели проекта предусматривается: 
1. Замена ГД на более совершенные с более низкими удельными расходами топлива;
2. Разработка систем, обеспечивающих работу ГД;
3. Разработка судового валопровода и его элементов;
4. Разработка вспомогательной энергетической установки;
5. Выполнение обоснования эксплуатационных режимов работы СЭУ;
6. Разработка комплексных мероприятий по повышению энергетической эффективности СЭУ;



































1 . Анализ показателей судна и его энергетической установки.

        Для выполнения последующих обоснований и расчетов приведем краткую    характеристику буксира  проекта Р18А (изображен на рисунке 1)  и его энергетической установки (таблица 1.1, таблица 1.2). Данные приведены из методического указания по выполнению курсового проекта [1].

Рис.1. Буксир проекта Р18А
                                                        
                                                        Таблица 1.1

Характеристики судна проекта Р18А
№
Параметры, единицы измерения
Численные
значения
1
Класс
М
2
Размеры корпуса, м:
- длина
- ширина
- высота борта

41,00
9,00
4,40
3
Водоизмещение, т
541,00
4
Грузоподъёмность, т 
10,00
                                                                                                     Продолжение таблицы 1.1
5
Мощность, кВт
884,00
6
Осадка, м
3,10
7
Скорость в полном грузу, км/ч
5,00
8
Число мест для экипажа
21,00
9
Автономность, сутки
10,00
10
Тип движения
ГВН
11
Количество движителей
2,00
12
Диаметр винта, м
1,86
13
Габариты машинного отделения, м:
- длина
- ширена

10,00
9,00

                                                                                                                                                                                                                                            Таблица 1.2

Характеристики судна проекта Р18А
№
Элементы ЭУ и их параметры, единицы измерения
Числовые значения
1
ГЛАВНЫЕ ДВИГАТЕЛИ:
- количество
- марка
- номинальная эффективная мощность. КВт
- номинальная частота вращения коленчатого вала, об/мин
- род топлива
- удельный эффективный расход:
 топлива, кг/(кВт*ч)
 масла, кг/(кВт*ч)

2
8НВД48АУ
442
330
Диз. 

0,224 
0,0017
2
ГЛАВНАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ:
- тип
- передаточное отношение


Прямая
0,99
Продолжение таблицы 1.2
3
СУДОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ:
- количество дизель генераторов
- марка дизель генератора
- номинальная эффективная мощность, кВт
- номинальная частота вращения коленчатого вала, об/мин
- удельный эффективный расход топлива, кг/(кВт*ч)
- марка валогенератора

2
ДГ-100-3
110
750
0,234
-
4
КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ:
- марка автономного котла (тип)
- количество
- теплопроизводительность, кДж/ч
- расход топлива, кг/ч
- марка утилизационного котла
- количество
- тепло/паропроизводительность, кг/ч (кДж/ч)

КОАВ-200
1
838000
21
КАУ-6
2
302400

                      
1.2 Анализ технического уровня оборудования

          На основе таблицы 1.1 и таблицы 1.2 выполняем расчет показателей СЭУ судна. Расчет производится на основании рекомендаций, приведенных в методических указаниях по выполнению курсового проекта [1] и в соответствии с требованиями Российского Речного Регистра [2]:

1.Эффективная мощность главной энергетической установки, кВт:
Ру = n*Ре=2*442=884кВт, где n и Ре-количество и номинальная эффективная мощность главного двигателя.

2. Энергооснащенность судна проекта Р18А:
q = Py/Q=884/541=1,634 кВт/т, где Q–водоизмещение судна в полном
грузу, т;

3.  Энергооснащенность по отношению к длине машинного отделения :
= (Py+xb*Peb)/Lmo=(884+2*110)/10= 110*4 кВт/м

-площади машинного отделения:
= (Py+xb*Peb)/Smo=(884+2*110)/90 = 12*27 кВт/м^2, где  и 
количество и мощность вспомогательных двигателей, кВт

4. Энергоемкость работы судна:
е =3600Py/(Mn*V)=3600*884/(10*149*5)= 42,52 кДж/т*км, где
Mn=10*Rt=10*149, Rt-тяговое усилие, кН
V–скорость судна в полном грузу, км/ч

5. Абсолютный коэффициент полезного действия судовой установки:
ny=(3600(n*pe+xb*Реb)+Qп) / (n*Qн*B+xb*QнB*Bb+xk*Qнк*Bк)  
=((3600*(2*442+2*110)) +146102)) /
(2*42000*198+2*42000*25,74+1* 42000*25) = 0,207

-расход теплоты на бытовые нужды
Qп= Qот+Qсб=80792+65310=146102 кДж/ч; 
Qот- расход теплоты на отопление помещений
Qсб- расход теплоты на санитарно-бытовые нужды
Qот=25100+63Py=80792 кДж/ч
Qсб =nэк(qвм+qвп)=21(2700+410)=65310 кДж/ч
nэк-число членов экипажа.
qвм+qвп-расход теплоты на приготовление гор.мытьевой+кип.питьевой            воды ,принимаем 2700+410 кДж/чел.ч.    
В, Bb, Вк-Расход топлива в кг/ч главного и вспомогательного  двигателей, котла  В=bе*pе=0,224*884=198 кг/ч
bе -удельный эффективный расход топлива главного двигателя кг/кВт.ч

Bb=beb*peb=0,234*110=25,74 кг/ч
beb-удельный эффективный расход топлива вспомогательного двигателя
Вк=Qk/nk*Qнк=840000/0,8*42000=25 кг/ч
Qk-теплопроизводительность вспомогательного котла 
Qнк-низшая удельная теплота сгорания топлива главного,
вспомогательного двигателей и автономного котла 
Qнк= 42000 кДж/кг
  
6. Эффективный КПД установки:
nэу  =3600(x*pе-xв*pв) / [x*bе*pе*Qн+xb*beb*peb*Qнb+(xk*Qk)/nk-x*Qy-xД*QДР]
nэу =(3600*2*442 2*110)/[(2*0,224*442*42000+2*0,234*110*42000+
+(1*840000)/0,8 -2.302400]=0,291
xв  ,xb,xk. ,xД -  количество вспомогательных двигателей ,автономных, утилизационных котлов и других устройств ,использующих отработавших газов и охлаждающей воды

7. КПД судового пропульсивного комплекса:
nск = nе*nп*nвnпр.  =0,38*0,985*0,50=0,184
nе- эффективный КПД главного двигателя
nе=3600/(QH*be)=3600/42000*0,224=0,383
nпр- пропульсивный КПД движителя = 0,5

?в-КПД валопровода=0,985

8. КПД энергетического комплекса:
?эк= (x*bе*pе.*Qн*?е*?п*?в+xb*beb*peb*QнВ *?eb*?r+xk*Bк*Qн.*?к) /    (x*bе*pе*Qн+xb*beb*peb*Qнb+xk*Вк*Qн)
neк = (2*442*0,224*42000*0,38*0,985+2*0,234*110*42000*0,37*0,75+1*42000* *25*0,8)/(2*442*0,224*42000+2*110*0,234*42000+1*42000*25)=0,39
neb=3600/(Qн*beb)=3600/(42000*0,234)=0,37-КПД вспомогательного двигателя
ne=3600/(Qн*be)=3600/(42000*0,224)=0,38-КПД главного двигателя

      Все, приведенные выше, результаты расчетов показателей установки судна сведены в таблицу 1.3.

Таблица 1.3
Показатели судна проекта Р18А
№
Элементы ЭУ и их параметры, единицы измерения
Числовые значения
1
Эффективная мощность главной ЭУ, кВт
884,00
2
Энергонасыщенность, кВт/т
1,63
3
Энергонасыщенность по отношению к:
- длине машинного отделения, кВт/м
- площади машинного отделения, кВт/м^2
110,40
12,27
4
Энергоемкость работы судна, кДж/т*км
42,52
5
Абсолютный КПД установки
0,20
6
Эффективный КПД установки
0,29
7
КПД судового комплекса
1,84
12
КПД энергетического комплекса
             0,39

1.2 Анализ рынка и показателей современного судового энергетического оборудования.
        Сегодня проблемы отечественного судового дизелестроения – это следствие невнимания к его проблемам: старые суда и дизели, контрафактные запчасти, низкое качество технического обслуживания и ремонта, отсутствие средств на разработку и производство новых современных моделей дизелей и замену технологического производственного оборудования, низкое качество комплектующих деталей и узлов, отсутствие инвестиций в отрасль и кооперации, обновления производства и освоения технологий обеспечение заказов и др. В настоящее время новое проектирование и попытки произ- водства новых моделей инициируются разработчиком, а не определяется государственными программами. Рыночная экономика не в состоянии решать заявленные проблемы дизелестроения и вопросы государственного и регионального масштаба. К сожалению, транспортная стратегия России не рассматривает вопросы развития дизелестроения, что является одним из основных сдерживающих факторов развития всей отрасли. Вместе с тем, чрезвычайно актуальными остаются вопросы модернизации производства и разработки новых моделей перспективных дизелей, т.к. на обозримую перспективу развития энергетики судовые дизели будут оставаться важным продуктом, обеспечивающим важнейшие отрасли государственного значения – транспорт и промышленность. Однако, на большинстве вновь строящихся судов в настоящее время устанавливаются зарубежные дизели. Причины для этого множество, но основными являются: завышенный на 15- 30 % расход топлива и масла отечественных дизелей по сравнению с зарубежными аналогами; лучшие экологические, ресурсные и массогабаритные показатели, приспособленность для работы на тяжелых топливах зарубежных двигателей и др.
         Анализ опыта эксплуатации отечественных и зарубежных дизелей на российских судах показывает, что использование в последнее время дизелей зарубежных фирм на вновь строящихся судах не всегда является оправданным, а иногда и ошибочным.
        Анализ ответов дизелестроительных предприятий на поставленные вопросы позволяет заключить: – суммарный размер средств по заявке 5 предприятий на модернизацию производства и выполнения перспективных разработок составил 11,52 миллиарда рублей; – все предприятия отметили необходимость модернизации производства с обновлением производственных фондов, закупки современного оборудования и внедрения прогрессивных технологий; – все предприятия разрабатывают новые модели дизелей, при этом предпочитают либо собственные разработки, либо сов- местные с зарубежными фирмами на основе инжиниринговых компаний; – в новых моделях перспективных двигателей используются современные достижения в двигателестроении для обеспечения технико-эксплуатационных показателей, соответствующих уровню лучших зарубежных образцов; – отмечается необходимость поддержки отрасли государством и инвестиций в предприятия; – высказана единодушная поддержка предложения о создании на федеральном уровне межотраслевого научно- технического Центра с координацией всех сфер деятельности. В целом можно отметить, что, несмотря на обострившуюся конкуренцию в мировом дизелестроении, отечественные предприятия в тяжелых условиях продолжают совершенствовать и развивать свою продукцию и при государственной поддержке предприятий перспективы производства современных дизелей в будущем вызывают определенный оптимизм. Адресная поддержка отечественного судового дизелестроения даст возможность исправить сложившуюся ситуацию и окажет содействие по достижению 
продукцией российского дизелестроения уровня зарубежных аналогов.
                                                                                                                  
2.1 Обоснование и выбор главных двигателей проекта Р18А.

        Цель  раздела состоит в обоснование и выбор главных двигателей и  типа передачи.
        Исходные данные при выборе главных двигателей : 
мощность главной энергетической установки (ЭУ) судна Рy ;количество и частота вращения движителей nд.
        Исходя из задания, предусматривающего повышение энергетической эффективности СЭУ, мощность главной энергетической установки не изменяем. Главные двигатели изменяем на более новые и эффективные, с более низкими удельными расходами топлива и масла.
       Теплоход проекта Р18А имеет силовую установку, которая состоит из двух двигателей марки 8НДВ48АУ (8ЧРН 32/48), каждый обладает мощностью в 442кВт при 330 оборотах в минуту. Имеют восемь цилиндров, четырёхтактные с наддувом. Управление из рулевой рубки (централизованное). Управление главными двигателями из машинного отделения, происходит без нарушения регулирования централизованного управления. Пуск двигателя воздушный.
      Двигатели 8НВД48АУ устарели. В качестве замены этим двигателям можно рассмотреть применение двигателей марки 6ЧНР30/38 мощностью 442 кВт при 330 об/мин и марки 6ЧНСП18/22-600 мощностью 463 кВт при 500 об/мин.  
      Для выбора главного двигателя, их необходимо сравнить по комплексному параметру качества:
,
где Ко – комплексный параметр качества дизеля;
p = Pe / (l*s*h) – удельная мощность дизеля, кВт/м3;
Ре – номинальная эффективная мощность дизеля, кВт;
l, s и h – длина, ширина и высота дизеля в м;
Рmax – максимальное значение удельной мощности среди рассматриваемых дизелей, кВт/м3 ;
m=M/Pe – удельная масса дизеля, кг/кВт;
M – масса дизеля, кг;
mmin - минимальное значение удельной массы среди рассматриваемых дизелей, кг/кВт;
bo – удельный эффективный расход топлива дизеля, кг/кВт·ч;
bomin – минимальное значение удельного эффективного расхода топлива среди рассматриваемых дизелей, кг/кВт·ч;
b – удельный эффективный расход масла дизеля, кг/кВт·ч;
bmin – минимальное значение удельного эффективного расхода масла среди рассматриваемых дизелей, кг/кВт·ч;
r - ресурс дизеля до капитального ремонта, тыс. ч.;
rmax – 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*[(Pe0,87*r0,48)/(be1,58*b0,23)] – стоимость дизеля; 
Сmin – минимальное значение стоимости среди рассматриваемых дизелей;
ai (i=1?7) – коэффициенты весомости основных параметров, принимаемые в  зависимости от типа судна (?ai=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 2.1).
  
Таблица 2.1
 
Параметры
8НВД48АУ
6ЧРН30/38
6ЧНСП18/22-600
1
Номинальная мощьность, Ре,  кВт 
442
442
443
2
Номинальная частота вращения,  n, об/мин, 
330
330
500
3
Удельный расход, кг/кВт*ч
 
 
 
4
Топлива, bа
0,224
0,204
0,221
5
Масла
0,0017
0,0011
0,002
6
Род топлива
1
1
0
7
Габариты, м
 
 
 
8
Длина, l
6,115
4,964
4,190
9
Ширина, b
1,750
1,622
1.090
10
Высота, h
2,840
2,696
2,165
11
Масса, M, кг
23100,000
17000,000
6725,000
12
Ресурс, R, тыс.ч
30
75
50
13
Удельная мощность, p,  кВт/м^3
14,54
22,71
31,62
14
Удельная масса, m, кг/кВт 
52,26
34,48
14,36
15
Стоимость, C
36360,61
79535,49
56904,02
16
Тип главной передачи
прямая
прямая
реверс-редуктор
17
Комплексный параметр качества,  Ко
0,608
0,731
0,618
18
КПД судового комплекса, ?
0,184
0,2035
0,1830
19
Реверсивность
1
1
0
Сопоставление параметров судовых дизелей


1. Дизельный двигатель работающий на моторном и дизельном топливе 1, работающий только на дизельном 0.
 2. Реверсивный двигатель 1,не реверсивный 0
 Вывод: В качестве главного двигателя выбираем дизель, имеющий наибольшее значение комплексного параметра. При равных показателях Ко, предпочтение отдается дизелю, имеющему больший КПД судового комплекса. На основе анализа таблицы 2.1 выбираем двигатель фирмы ОАО "Коломенский завод"  6ЧНР 30/38. На рисунке 2 представлен продольный разрез дизеля.
 


Рис.2 Продольный разрез дизеля 6ЧНР30/38

        Рядные, среднеоборотные, четырехтактные, реверсивные с газотурбинным наддувом и охлаждением надувочного воздуха. Их конструкция специально разработана для применения в качестве судовой установки и удовлетворяет требованиям, предъявляемым к двигателям данного назначения. Коленчатый вал соединяется с гребным валом через упругую разобщительную шинно-пневматическую муфту. Регулятор частоты вращения коленчатого вала — всережимный, непрерывного действия, обеспечивает астатическую регуляторную характеристику. Двигатели выпускаются правого и левого вращения. Реверсивные двигатели имеют пневматический реверс. Рабочий цилиндр механизма реверса расположен на одной оси с распределительным валом со стороны поста управления. Перемещение распределительного вала при реверсе осуществляется поршневым сервомотором, при этом ролики рычагов привода впускных и выпускных клапанов скользят по наклонным плоскостям переходных участков комплекта кулачковых шайб. В этот комплект входят впускные и выпускные шайбы прямого и обратного хода и топливная шайба симметричного профиля. 
          Топливная система состоит из топливоподкачивающего насоса шестеренчатого типа, фильтров грубой и тонкой очистки, насоса высокого давления, форсунок и трубопроводов. Они приспособлены работать на тяжелом топливе.
         Система смазки дизеля циркуляционная под давлением с «сухим» картером, цилиндры смазываются разбрызгиванием, турбокомпрессор и редуктор смазываются от масляной системы дизеля, в которую входят насос предварительной прокачки масла, двухсекционный шестеренчатый масляный насос, водомасляный охладитель, фильтр грубой очистки масла и центрифуга.
         Система охлаждения двухконтурная включает в себя насос внутреннего контура, насос внешнего контура, водяной охладитель.
         Наддув дизеля осуществляется турбокомпрессором типа 2ТК или 6ТК.
         Пуск дизеля производится сжатым воздухом под давлением 25—30 бар.
         Дизель приспособлен для подключения системы дистанционного управления. Дизель поставляется с комплектом контрольно-измерительных приборов и покупных изделий; одиночным, групповым и ремонтным комплектами инструмента и приспособлений и комплектом механизмов, электрооборудования и устройств.
         Преимущества дизеля 6 ЧНР 30/38:  
 - модульная конструкция, обеспечивающая высокую эффективность при производстве, эксплуатации и ремонте;
- эксплуатация без ограничения по климатическим условиям;
- сохранение работоспособности при противодавлении выхлопных газов до 5м.;
- экологические показатели по токсичности ОГ удовлетворяют требования МАРПОЛ73/78 и IMO
       Получаем большее значение комплексного параметра равному 0,731, ресурсу до капитального ремонта 75 тысяч часов и большее значение КПД судового комплекса равное 0,2035

                 2.2 Разработка принципиальной схемы валопровода.

       Судовой валопровод - это один из основных элементов СЭУ и служит для передачи механической энергии к движителю от ГД, а также передачи упора корпусу судна развиваемого движителем. Ремонт валопровода в большинстве случаев требуют вывода судна из эксплуатации и постановки его в док. В связи с этим к надежности валопровода предъявляются особо высокие требования. Нарушение работоспособности валопровода приводит к снижению скорости хода судна или потере хода. 
       Применена прямая передача. Валопроводы имеют уклон 052' по отношению к основной линии и идут параллельно диаметральной плоскости.                 Каждый движительный комплекс состоит  из гребного вала, защищенного кожухом, ленточного тормоза, дейдвудной трубы  с уплотнением, дейдвуда в водонепроницаемой переборке, кормовой опоры  гребного вала, гребного винта  с обтекателем, кормового опорного роликового подшипника, опорного шарикового подшипника  проставочного вала  присоединенного к маховику двигателя, упорного шарикового подшипника, вала, а так же эластичной муфты. Упорный и гребной  валы соединены с помощью конической муфтой.
       Валопроводы должны изготовляться из стальных поковок с временным 
сопротивлением 430-690 МПа (По Правилам Регистра валы судовых валопроводов). В качестве материала для валов можно использовать сталь Ст5 с временным сопротивлением  ?в = 500-640 МПа и пределом текучести 
?т = 260-290 МПа.
      Диаметры валов для СЭУ с 4х-тактными главными двигателями должны быть не менее:
-промежуточного 
Dп р= L*3?(pе(1+к))/?в=96*3?(442*(1+0,46))/330)=143 мм
nв  –частота вращения вала, об/мин
k –коэффициент, учитывающий неравномерность крутящего момента
k = q(a-1); q= 0,4 для 4х-тактных ДВС; а –отношение максимального индикаторного крутящего момента к среднему индикаторному крутящему моменту
а = 2,15 –для шестицилиндровых двигателей.
-упорного в районе упорного гребня
dуп=1,05*dпр=1,05*143=150 мм
-гребного
dгр=1,1*dпр + k*Dв=1,1*143+7*1,86=174 мм

k–коэффициент для гребных валов; k = 7 –для гребных валов с сплошной
облицовкой
Dв–диаметр винта, 1,86 м
    Величина диаметров валов уточняется с учетом качества материала по формуле:
dпр=143*3?500/(2*500-430)=137 мм
dуп=150*3?500/(2*500-430)=143,6 мм
dгр=174*3?500/(2*500-430)=166,57 мм
где:  ?в =500 МПа - временное сопротивление материала вала в МПа, 
d1-диаметр промежуточного или гребного вала, определённого по вышеуказанным формулам.
      Найденные диаметры валов округляются в большую сторону до значений, оканчивающихся на 5 или на 0. Поэтому окончательно принимаем: dпр= 145 мм; dуп = 160 мм;  гребного dгр = 175 мм.
-Допустимый крутящий момент 
Мкр=716,2*(ре/n)*1,36=716,2*(442/330)*1,36=1304,61 Н*м

 Вывод: Выбираем соединительную фланцевую муфту по допустимому крутящему моменту  Мкр в кН*м и максимальной частоте вращения, устанавливаем для соединения с промежуточным валом. Выбираем фланцевую муфту: Мкр=10000 Н*м, диаметром 160  мм, масса 115 кг.


          


2.3 Расчет на прочность основных элементов валопровода

1) Расчет валов на прочность выполняется по приведенным напряжениям ?пс помощью следующей формулы:
?п= (??0?^2+?3?к?^2 )^(1/2)  1,2 
где l2 и l1 -длина дейдвудного пролета и консоли гребного вала, м;
nг- номинальная частота вращения гребного вала, мин-1.

Вывод:  Необходимый запас по критической частоте обеспечен.

5) Проверке гребного вала на продольную устойчивость подлежат валы, у которых
lмах>20 dг = 20 * 0,175 = 3,5 м,
где lмах- максимальная длина дейдвудного пролета вала, выше определенного lмах= l1= 4,18 
Проверка необходима.
Для таких валов необходимый запас по продольной устойчивости обеспечивается, если
104500000 dг4/lмах2 = 104500000* ?0,175?^4/?4,18 ?^2= 5600 > 2,75N = 2,75*143 = 393 

Вывод: Условие продольной устойчивости соблюдается.

6) Критическое число оборотов
nк=12,08.dв/ ?l0 ?^2* ?10?^6 об/мин
nк=12,08*17,5 /?375 ?^2* ?10?^6=1503 об/мин

7)Определяем экваториальный момент инерции сечения вала в см4
J=3,14*dd^4 /64 = (3,14*?17,5?^4)/64=4601 см4

8)Радиус инерции
I = ?J/F = ?(4601/240,4) =4,38 см

9) Гибкость вала 
?=l0/i=375/4,38= 85,62 -жесткий вал

10)Расчет тормоза валопровода:
     Тормоз  выбирается по величине крутящего момента Мг в кН·м, создаваемого застопоренным гребным винтом.
Mr = k ?Dв ???V (1-??)]?^2? ?(Z/Z)гр, 
где k=0,048 –постоянная, выбираемая по графикам из приложения 11, в зависимости от шагового и дискового отношений гребного винта, Dв=1,86 м –диаметр винта в метрах, V=5 
–скорость судна в м/с, ?  = 0,466 –коэффициент попутного потока корпуса судна, z–фактическое число лопастей винта, zгр – число лопастей гребных винтов, по которым построены графики приложения 11.
      Шаговое отношение гребного винта это отношение шага винта к его диаметру, а дисковое отношение гребного винта это отношение площади поверхности всех лопастей к площади круга, описываемого лопастью при вращении винта.
      Тормозной момент выбранного тормоза не должен быть меньше  величины крутящего момента Мг (расчётной), а тип тормоза выбираем по приложению 10.
Мг=0,048*?1,86?^3 [5(1-0,466)]^2*1= 22 кН*м

Вывод: Выбираю тормоз с тормозным моментом 35 кН*м, момент затяжки 700 Н*м, высота тормоза 935мм, масса 170 кг.

2.4 Обоснование рабочих режимов работы главных двигателей
	Расчет координат ограничительных характеристик судовых главных двигателей приведен в таблице 2.5. В таблице 2.4 указаны характеристики
двигателя, заменяемого главные энергетические установки. Обобщенные зависимости мощности главного двигателя от частоты вращения коленчатого вала представлены на диаграмме.    
                                                                                                              	                                                                                                                   
Таблица 2.4
Характеристика двигателя прототипа                                                                                                                                                             
№
Параметры
6ЧНР 30/38
1
Номинальная мощность, Ре, кВт 
442
2
Номинальная частота вращения, n, об/мин n
330
3
Удельный расход, кг/кВт*ч
Топлива, ba
Масла

0,204
0,0011
4


5


6
Род топлива
Дизельное, моторное
7
Габариты, м
Длина, l
Ширина, b
Высота, h

4,2
1,6
2,51
8


9


10


11
Масса, M, кг 
17000
12
Ресурс, R,  тыс. ч. 
75
Продолжение таблицы 2.4
13
Удельная мощность, p, кВт/м^3 
31,03
14
Удельная масса, m, кг/кВт 
28,21
15
Стоимость, C
78552,1
16
Тип главной передачи
прямая
17
Комплексный параметр качества Ko
0,731


                                                                                                                                                                                    Таблица 2.5 

Расчет координат ограничительных характеристик судовых ГД.

№
Параметры
Численные значения
1
Марка дизеля
6ЧНР30/38
2
Номинальная мощность, Ре,  
442,00
44200
442,00
442,00
442,00
442,00
3
Номинальная частота вращения, n, об/мин 
330
330
330
330
330
330
4
Механический КПД двигателя, ?м
0,78
0,78
0,78
0,78
0,78
0,78
5
Доля номинальной частоты вращения, об/мин 
1,00
0,90
0,80
0,70
0,50
0,30
6
Долевая частота вращения, n, об/мин
330,00
295,00
262,00
230,00
161,00
97,00
7
Адаптивная поправка к КПД
0,00
0,03
-0,07
-0,03
-0,01
-0,10
8
Внешняя номинальная мощность, Рв, кВт 
442,00
410,17
330,56
302,32
221,35
43,35
9
Мощность, ограниченная по тепловой напряженности, Ра, кВт 
442,00
383,33
324,67
265,00
147,67
45,33
10
Мощность, ограниченная по механической напряженности, Рм, кВт 
442,00
397,74
353,78
309,87
221,65
122,82
11
Мощность по винтовой облегченной, Ро, кВт 
353,00
258,10
181,09
121,43
44,00
10,45
Продолжение таблицы 2.5
12
мощность по винтовой нормальной, Рн, кВт
442,00
322,37
225,36
151,79
57,25
12,31
13
мощность по винтовой швартовой, Рш, кВт 
-
735,69
513,45
342,35
128,48
26,95

      Координаты характеристик определяем с помощью следующих зависимостей:
-Мощность, ограниченная по тепловой напряженности, кВт Ра
-Мощность, ограниченная по механической напряженности, кВт Рм
-Мощность по винтовой облегченной, кВт Ро
-Мощность по винтовой нормальной, кВт Рн
-Мощность по винтовой швартовой, кВт Рш,
где внешняя номинальная мощность, кВт Рв:

Мощность, ограниченная по тепловой напряженности, кВт Ра:

Мощность, ограниченная по механической напряженности, кВт Рм:

Мощность по винтовой облегченной, кВт Ро:

Мощность по винтовой нормальной, кВт Рн:

Мощность по винтовой швартовой, кВт Рш:                                                   
      Для обоснования возможных режимов работы главных двигателей в эксплуатации по рассчитанным координатам строим ограничительные и винтовые характеристики (рис.2.4).
      
Рис.2.4 Обобщенные зависимости мощности главного двигателя от частоты вращения коленчатого вала

Вывод: Эксплуатационные режимы работы главных двигателей, с наддувом и без наддува ограничиваются: cверху - часть линий швартовой характеристики и ограничительной по тепловой const); справа - линией номинальной частоты вращения коленчатого вала; снизу - линией облегченной винтовой характеристики; слева - линией минимально - устойчивой частоты вращения коленчатого вала (0,3 ne).

Расчет параметров главных двигателей по винтовой
характеристике
№
Наименование параметра, единицы измерения

	Численное значение


Исходные данные

1
Марка дизеля

6ЧНР30/38

2
Номинальная эффективная мощность, Рен, кВт

442
3
Номинальная частота вращения коленчатого вала, ne, мин-1

330
Продолжение таблицы Расчет параметров главных двигателей по винтовой
характеристике

4
Удельный эффективный расход топлива
bе, кг/(кВт? ч)
0,2
5
Низшая удельная теплота сгорания топлива, Qн, кДж/кг

42500
6
Механический коэффициент полезного действия на номинальном режиме 

0,88
7
Внутренний диаметр цилиндра D, м

0,2

8
Ход поршня S, м

0,26

9
Число цилиндров, z

6

10
Тактность, ?m
4

                                                      Расчетные данные
11
Доля номинальной частоты вращения, об/мин
1,0
0,9
0,8
0,8
0,5
0,3
12
Долевая частота вращения, n,об/мин 
330
295
264
233
164
97
13
Адаптивная поправка к КПД
0
0,02
0,01
-0,03
-0,07
-0,011
14
Долевая мощность, Рд, кВт 
442
321
224
148
57
11
15
Эффективный КПД на режиме, ?е
0,398
0,400
0,380
0,355
0,310
0,274
16
Удельный расход топлива на режиме, кг/кВт*ч
0,212
0,211
0,216
0,235
0,273
0,309
17
Часовой расход топлива, кг/ч
112,36
111,75
119,86
126,76
138,46
171,76
18
Среднее эфективное давление на режиме, рм
1,298
1,052
0,835
0,477
0,211
0,115

     


 По результатам расчетов строим графики изменения показателей главных двигателей при их работе по винтовой характеристике (рис.2.5, 2.6).
                                                                                                    
Рис. 2.5 Изменения показателей главных двигателей при их работе по винтовой характеристике

Рис.2.6 Изменения показателей главных двигателей при их работе по винтовой характеристике

Вывод: Наиболее экономичный режим работы главных двигателей характеризуется удельным расходом топлива bе=bemin= 0,211 кг/(кВт  ч), которому соответствуют следующие значения параметров двигателя на этом режиме: мощность двигателя на режиме Рд= 322 кВт, долевая частота вращения коленчатого вала n= 297 мин-1, эффективный коэффициент полезного действия на режиме ?e= 0,4, часовой расход топлива : Вe= 81,4 кг/ч, среднее эффективное давление : Рe= 1,051 МПа.





































3. Модернизация судовой вспомогательной энергетической установки.
3.1 Расчет судовой электростанции

        Судовая электростанция это комплекс генераторных агрегатов и главного распределительного щита предназначенный для производства электроэнергии и в соответствии с режимами работы судна распределяет ее между судовыми потребителями в соответствии. Она должна удовлетворять требованиям: простоты, удобства обслуживания, высокой надежности при минимально возможных: начальной стоимости, массе, габаритах и эксплуатационных затратах и обеспечивать работу, на всех режимах работы судна,  бесперебойное снабжение электроэнергией высокого качества всех ответственных потребителей .
Расчет мощности судовой электростанции производят в следующей последовательности:
         Выбирают в соответствии с Правилами Регистра род тока и напряжение.
Они могут быть с одн.......................