Проектирование дизельной судовой установки рефрижератора дедвейтом 9852 тонны и скоростью хода 20 узлов

МИНИСТЕРСТВО  ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

 

«ГОСУДАРСТВЕННАЯ  МОРСКАЯ АКАДЕМИЯ ИМЕНИ АДМИРАЛА

С.О.МАКАРОВА»

 

Судомеханический факультет

 

                                  Кафедра:     Теплотехники, СК и ВУ           

 

                                                                                      К защите допустить:

                                                                                      Начальник кафедры

 

                                                                                    «____»______________2010 г.

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к дипломному проекту  на тему:

 

Проектирование дизельной  судовой установки рефрижератора

 дедвейтом  9852 тонны и скоростью хода 20 узлов

 

 

 

с узловым вопросом:    Модернизация холодильной установки  провизионных

 кладовых.

 

 

Дипломник

Руководитель: 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург 20 10

Оглавление 

Введение………………………………………………….……………..................2

Условные обозначения………………………………………………………........3

1. Расчёт ходкости  судна..……………………………….…………………….....4

1. Расчёт сопротивления воды движению судна и буксировочной мощности…………………..…….…………………………..…...………...4
2. Расчёт элементов гребного винта и потребной мощности силовой установки при заданной скорости судна……….……………...………....6

2. Главный двигатель……………………………………………………………16

    2.1 Обоснование  выбора типа главного двигателя…………………………16

    2.2 Описание двигателя………………………………………………………17

    2.3 Выбор и обоснование  рабочих параметров……………………………..23

3. Электростанция………………………………………………...……………..26

3.1Выбор типа судовой электростанции……………….………...................26

3.2 Расчёт нагрузки судовой электростанции.……………………….……..26

     3.3 Определение мощности на различных режимах…..…………….……..30

4. Модернизация холодильной установки провизионных кладовых…….…..31

     4.1 Введение………………………………………………………….……….31

     4.2 Монреальский протокол………………………………………….……...34

     4.3 Калорический расчёт…………………………………………….……….35

     4.4 Выбор хладагента………………………………………………….……..40

     4.5 Вывод……………………………………………………………….……..42

     4.6 Установка сбора хладагента……………………………………….…….43

     4.7 Замена R22 на R422D…………………………………………….………47    

5. Автоматизация СЭУ………………………………………………….……….49

     5.1Описание общего раздела автоматизации…...………………………….49

     5.2 Автоматизация главного двигателя……………………………...……...50

     5.3 Автоматизация систем…………………………………………………...50

5.4 Автоматизация судовой холодильной установки………………….…..52

6. Техническое обслуживание и ремонт теплообменных аппаратов, 
входящих в судовую холодильную установку…………………….…..…..60

     6.1 Описание воздухоохладителя…………………………...………………60

     6.2 Требования российского морского регистра судоходства……..……...61

     6.3 Техническое обслуживание………………………..…………………….63

6.4 Проблемы, связанные с теплообменными аппаратами…………..…….66

     6.5 Определение наличия утечек фреона  и их устранение…….………….67

     6.6 Испытания………………………………………………….……………..68

7. Безопасность  жизнедеятельности…………………..………..………………70

    7.1 Техника безопасности при работе с оборудованием холодильной установки………………………………………………………………….70

    7.2 Общее описание  системы водяного пожаротушения…………………..72

    7.3 Требования по охране морской среды…………………………………...73

    7.4 Обеспечение  пожарной безопасности на судах………………………...76

Заключение…………………………………………………………………..…...81

Список литературы…………………………………………………………..…..82

Введение.

 

Широкое внедрение  холодильной техники во многие области деятельности человека и ее главенствующая роль при хранении продуктов питания во многом обязаны появлению в 30-х годах прошлого столетия галогенизированных углеродов (фреонов). Эти вещества, обладая хорошими термодинамическими свойствами в качестве хладагентов, химически инертны, не горючи, малотоксичны. Поэтому вполне допускался выброс в атмосферу летучих паров фреонов при ремонте и обслуживании холодильного оборудования, при производстве вспенивающихся веществ в качестве аэрозольных пропиллентов и растворителей. Однако именно высокая химическая стабильность некоторых видов фреонов приводит к их длительному существованию в атмосфере Земли. Этот фактор в сочетании с резко увеличившейся эмиссией этих галогенуглеродов послужила причиной разрушения озонового слоя в стратосфере Земли. Незамедлительная реакция международного сообщества получила отражение в Монреальском протоколе по веществам, разрушающим озоновый слой, - документе, который оказал фундаментальное влияние на развитие холодильной техники в современном столетии, связанное с усилением поиска заменителей запрещенных озоноразрущающих веществ - альтернативных хладагентов и разработкой новых видов холодильной техники, а также условий и средств ее эксплуатации.

Уже к 90-м годам XX в. были предложены в качестве хладагентов вещества, не содержащие разрушителей озона. Первым промышленным хладагентом нового типа явился R134a (SUVA 134а) для замены R12.

Значительно сложнее  было найти хладагент для замены R502 и R22, т. к. для получения нужных теплофизических свойств требовались смеси горючих и негорючих веществ. В настоящее время подобные хладагенты созданы почти во всех областях холодильной техники.

Хотя к сожалению  новые озонобезопасные хладагенты не столь эффективны, как их вредные  предшественники, но это не имеет значения из-за гораздо большей важности сохранения озонового слоя Земли.

 

 

 

 

 

 

 

 

Условные обозначения.

 

L - длина судна по ГВЛ, м;

B – ширина судна, м;

Т – осадка судна, м;

V – объемное водоизмещение судна,  м³;

d – коэффициент общей полноты;

b - коэффициент полноты площади мидель-шпангоута;

a - коэффициент полноты площади грузовой ватерлинии;

r - массовая плотность воды, кг/м³;

n - кинематический коэффициент вязкости, м²/с;

g – ускорение свободного падения,  м/с²;

u_S – скорость судна, узлы;

u - скорость судна, м/с;

Fr - число Фруда;

Re – число Рейнольдса;

x - коэффициент полного сопротивления;

x_f0, x_w, x_r – коэффициенты трения, волнового и остаточного сопротивления;

x_v – коэффициент вязкостного сопротивления;

x_n – корреляционный коэффициент (надбавка на шероховатость);

x_а – коэффициент сопротивления выступающих частей;

EPS – буксировочная мощность, кВт;

Np – мощность, подводимая к гребному  винту. кВт;

x_возд – коэффициент воздушного сопротивления;

S – ход поршня, м;

D – диаметр поршня, м;

C_m – скорость хода поршня, м/с;

Q_H  - теплота сгорания топлива МДж/кг;

a - коэффициент избытка воздуха;

V_h - рабочий объем цилиндра, м³;

V_с - объем камеры сжатия, м³;

Р_s - давление наддува, МПа;

L’_о - масса воздуха теоретически необходимая для сгорания, кг;

Dt_ст - подогрев воздуха от  стенок цилиндра, ºС;

Т_г - температура остаточных газов, ºС;

g_г – коэффициент остаточных газов;

h_н - коэффициент наполнения;

Pi - индикаторное давление, МПа;

Ni - индикаторная мощность, кВт;

Pe - среднее эффективное давление, МПа;

Ne - эффективная мощность, кВт;

g_ц - цикловая подача топлива, кг/цикл;

h_е - эффективный КПД.

 

1. Расчет ходкости  судна.

 

В качестве прототипа используется рефрижератор, судно имеет один винт, бульбообразную носовую оконечность. Машинное отделение расположено  в корме под надстройкой, имеется  четыре грузовых трюма, предназначенных для перевозки продуктов.

 

1.1. Расчет  сопротивления воды движению  судна и буксировочной мощности.

Исходные данные:

Длина L= 151,26 м

Ширина B= 21,63 м

Осадка T= 8,72 м

Объемное водоизмещение V= 15628 м³

Коэффициент общей  полноты d= 0,55

L/B= 7,00

B/T= 2,48

Количество  гребных винтов и рулей – по 1.

Скорость хода 20 уз.

 

Расчет.

 

Площадь смоченной  поверхности корпуса судна без  выступающих частей:

W_ГК=LT(2+1,37(d-0,274)B/T)

W_ГК =151,26*8,72*(2+1,37(0,55-0,274)*2,48)=3875м²

Площадь выступающих частей:

W_ВЧ=0,045W_ГК

W_ВЧ =0,045*3875=174 м²

Площадь полной смоченной поверхности:

W=W_ГК + W_ВЧ

W=3875+174=4049м² .

 

Для расчета  остаточного сопротивления воспользуемся  результатами испытаний систематической  серии №1 как наиболее подходящей по геометрическим соотношениям. Результаты расчета приведены в таблице 1.1.

 

 

 

 

 

Таблица 1.1

Расчет сопротивления  воды движению судна и буксировочной  мощности с использованием данных серии  №1

№	Обозначение	Числовые значения
1	Vs	18	19	20	21	22
2	V=0,514·(1)	9,25	9,77	10,28	10,79	11,31
3	V2=(2)2	85,60	95,37	105,68	116,51	127,87
4	Fr =V/√(g∙L)	0,24	0,25	0,27	0,28	0,29
5	Re·10-8=V∙L/	8,7	9,2	9,7	10,1	10,6
6	ζf·103=f(Re), рис 1 и 2	1,60	1,58	1,57	1,55	1,48
7	ζr =f(δ;Fr), рис.6	0,88	0,93	1,06	1,29	1,54
8	KL/B=ζr(L/B=7)/ζr(L/B=5,46) ,  рис.8	0,82	0,79	0,81	0,73	0,70
9	KB/T=f(Fr;L/B), рис.9 - 11	1,19	1,19	1,18	1,23	1,85
10	ζ∙103=[7]·[8]·[9]	0,86	0,88	1,01	1,16	2,00
11	ζn·103=, табл.1	0,20	0,20	0,20	0,20	0,20
12	ζа∙103=, табл.3	0,10	0,10	0,10	0,10	0,10
13	ζ∙103=[6]+[10]+[11]+[12]	2,76	2,77	2,88	3,01	3,78
14	R=Ω·ρ/2·[3]·[13]·10-3 ,кН	490	550	652	728	1003
15	EPS=[14]·[2], кВт	4533	5374	6703	7855	11342

 

 

График зависимости R и EPS от скорости судна показан на рис. 1.1.

 

Рис. 1.1 Зависимость R и EPS от скорости судна.

 

 

1.2. Расчет элементов  гребного винта и потребной  мощности силовой установки судна  при заданной скорости судна.

 

Выбор конструктивного типа движителя, ориентировочных значений скорости хода судна и диаметра гребного винта.

 

Принимаем в качестве движителя  цельнолитой гребной винт. Материал изготовления гребного винта – бронза АЖН 9-4-4.

Для выбора значений D_ор используем номограмму для определения диаметра гребного винта в зависимости от мощности силовой установки и скорости обтекания гребного винта (Рис. 1.1 методических указаний). Ориентировочное значение буксировочной мощности судна определяем из графика зависимости EPS от скорости судна V_s (Рис. 1.1), приняв скорость V_s=20уз.

 

Из графика зависимости EPS от скорости судна V_s (Рис.1.1) находим: EPS=6703 кВт.

N_{e ор} = EPS / 0,64

 N_{e ор} = 6703/ 0,64 =10473 кВт.

Для входа в номограмму (Рис. 1 методических указаний) определяем:

V_as =V_s (1-w’_т)

Для грубой оценки w_т используем формулу Тейлора:

w’_т = 0,5*d-0,05

w’_т =0,5*0,55-0,05=0,225

V_as = 14*(1-0,225)=15,5 уз

Из диаграммы (Рис.1 методических указаний) находим:

D_ор = 5,4 м.

 

Проверяем выбранное значение D_ор с точки зрения расположения гребного винта за кормой. В соответствии с рекомендациями (Методические указания)

D_пред =0,72*Т = 0,72*8,72=6,3 м

Значение D_пред больше значения D_ор = 5,4 м, поэтому для дальнейших расчетов принимаем D_ор =5,4 м.

 

Определение коэффициентов взаимодействия гребного винта с корпусом судна.

 

Коэффициент попутного потока:

w_т = , где

из расчета сопротивления воды движению судна при V_s = 20 уз принимаем:

W = 4049 м²

С_v = 1,04*(z_f + z_п)*10^-3

С_v =1,04*(1,57+0,2)*10^-3=1,86*10^-3

j -коэффициент продольной полноты

j=

j=0,55/0,98=0,56

Принимаем D = D_ор =5,4 м

Полученное значение w_т проверяем по формуле Э. Папмеля:

w_т = 0,165 ;

Dw_т = 0,1*(Fr – 0,2) т.к. число Fr= >0,2;

Dw_т = 0,1*(0,27 – 0,2)=0,007

w_т = 0,165* 0,195

Принимаем окончательно: w_т =0,206

Коэффициент засасывания определяем по формуле  Холтропа:

t=

t 0,156

Полученное  значение проверяем:

0,7w_т £ t£0,9w_т

0,144 £ 0,156£0,185

Окончательно принимаем: t=0,156

 

Коэффициент неравномерности поля скоростей  в диске гребного винта принимаем: i₁=i₂=1

 

Коэффициент влияния корпуса судна определяем по формуле: