Расчет судна по методологическим характеристикам

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.7. Топливные  характеристики источников энергии  СЭУ.

 

Для оценки эффективности  работы СЭУ и судовых котлов требуется  определить зависимости расхода  топлива от номинальной мощности двигателя и паропроизводительности котла:

- относительная  величина расхода топлива в  зависимости от относительной  мощности двигателя ;

- абсолютный расход топлива в зависимости от относительной мощности двигателя ;

- относительный  удельный расход топлива в  зависимости от относительной  мощности двигателя ;

- удельный расход топлива в зависимости от относительной мощности двигателя ;

- относительный расход топлива в зависимости от относительной паропроизводительности котла ;

- абсолютной расход топлива в зависимости от относительной паропроизводительности котла ;

Относительную величину расхода топлива на двигатель  от относительной мощности двигателя  можно выразить следующим образом:

 

где a,b,c – безразмерные коэффициенты, полученные в результате испытаний дизеля

Удельный расход топлива можно выразить следующей  зависимостью:

 

Относительный расход топлива от относительной паропроизводительности котла:

 

Значения безразмерных коэффициентов a, b, c варьируются в следующих пределах:

	a	b	c
ГД , ВДГ	0.05-0.80	0.35-0.90	0.02-0.45
ВПК	0.02-0.16	0.72-0.96	0-0.05

 

Установлено, что  для выборок более 60 двигателей разного  типа и назначения и 30 ВПК в пределах среднеквадратичных значений погрешностей, не превышающих обычно допускаемые  в инженерных расчетах ±(2…3)% во всем диапазоне наиболее вероятных в  эксплуатации нагрузочных режимов, практически можно использовать единые обобщенные аналитические выражения  топливных характеристик:

двигателей     -   

ВПК  -    

Показатели теплоэкономичности номинального и долевых равновесных  режимов. Основным показателем теплоэкономичности работы агрегата является его КПД: 

- главного двигателя 

 

- ВДГ

 

- ВПК

 

где Q_нi =42000 кДж/кг – расчетная теплота сгорания топлива; q_п=2400…2500 кДж/кг.

 

 

Топливные характеристики ГД

 

Удельный расход топлива, кг·кВт/ч 0,215

Номинальная мощность, кВт  3820

Расход топлива  при  , кг/ч  821,3

Теплота сгорания топлива, кДж/кг  42000

 

	Относительная нагрузка двигателя
	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1
Относительный расход топлива	0,3791	0,4564	0,5375	0,6224	0,7111	0,8036	0,8999	1,0000
Расход топлива , кг/час	311,4	374,8	441,4	511,2	584,0	660,0	739,1	821,3
Относительный удельный расход топлива	1,2637	1,1410	1,0750	1,0373	1,0159	1,0045	0,9999	1,0000
Удельный расход топлива , кг·кВт/час	0,2717	0,2453	0,2311	0,2230	0,2184	0,2160	0,2150	0,2150
Эффективный КПД  двигателя	0,3154	0,3494	0,3708	0,3843	0,3924	0,3968	0,3987	0,3986

 

 

 

Топливные характеристики ВДГ

 

Удельный расход топлива, кг·кВт/ч 0,220

Номинальная мощность, кВт  810

Расход топлива  при  , кг/ч  178,2

Теплота сгорания топлива, кДж/кг  42000

 

	Относительная нагрузка двигателя
	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1
Относительный расход топлива	0,3791	0,4564	0,5375	0,6224	0,7111	0,8036	0,8999	1,0000
Расход топлива , кг/час	67,6	81,3	95,8	110,9	126,7	143,2	160,4	178,2
Относительный удельный расход топлива	1,2637	1,1410	1,0750	1,0373	1,0159	1,0045	0,9999	1,0000
Удельный расход топлива , кг·кВт/час	0,2780	0,2510	0,2365	0,2282	0,2235	0,2210	0,2200	0,2200
Эффективный КПД  двигателя	0,3083	0,3414	0,3624	0,3755	0,3835	0,3878	0,3896	0,3896

 

Топливные характеристики ВПК 

 

Паропроизводительность, кг/ч  4000

Расход топлива  при  , кг/ч  300

Теплота сгорания топлива, кДж/кг  42000

 

	Относительная паропроизводительность котла
	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
Относительный расход топлива	0,3476	0,4384	0,5300	0,6224	0,7156	0,8096	0,9044	1,0000
Расход топлива , кг/час	104,3	131,5	159,0	186,7	214,7	242,9	271,3	300,0
Эффективный КПД котла	0,6575	0,6951	0,7187	0,7344	0,7452	0,7528	0,7581	0,7619

 

 

 

1.8. Работа, произведенная двигателями МДК, АСЭС и всей дизельной группой агрегатов СЭУ.

 

Структурная схема СЭУ  является комбинированной с отбором  мощности на валогенераторы, поэтому  рассчитываем:

А_z = A_zм + А_zэ    и      А_Д = А_z + А_m

Среднегодовая относительная  нагрузка главного двигателя N_С=0,7÷0,9.

Расчет работы следует провести для двух составов элементов рейса: при Т_л=3800 ч и Т_с=1200 ч и при Т_л=3700 ч и Т_с=1300 ч

 

Расчет  работы при составе элементов  рейса  Т_л=3800 ч и Т_с=1200 ч

 

1) При N_CZ=1

Действительная работа главного двигателя A_Z :

 

Отнесенная к  фланцу отбора мощности действительная работа двигателя:

 

Работа, затраченная  на обеспечение движения судна:

 

Здесь – относительная нагрузка ВГ переменного тока; - время работы ВГ переменного тока; - относительная нагрузка ВГ постоянного тока; – время работы ВГ постоянного тока; η``_z = 0,857 - КПД ЭС в составе ВГ; – номинальная мощность ГД; - мощность ВГ переменного тока; - мощность ВГ постоянного тока.

Таким образом:

 

Работа, затраченная  на обеспечение судовых потребителей эл.энергией:

 

Отнесенная к  фланцу отбора мощности действительная работа двигателя:

 

Работа, произведенная  дизель-генераторами:

 

Работа, произведенная  СЭУ:

 

Работа, полезно  использованная потребителем:

 

 

 

 

2) При N_CZ=0.9

Отнесенная к  фланцу отбора мощности действительная работа двигателя:

 

Работа, затраченная  на обеспечение движения судна:

 

Здесь – относительная нагрузка ВГ переменного тока; - время работы ВГ переменного тока; - относительная нагрузка ВГ постоянного тока; – время работы ВГ постоянного тока; η``_z = 0,857 - КПД ЭС в составе ВГ; – номинальная мощность ГД; - мощность ВГ переменного тока; - мощность ВГ постоянного тока.

Таким образом:

 

Работа, затраченная  на обеспечение судовых потребителей эл.энергией:

 

Отнесенная к  фланцу отбора мощности действительная работа двигателя:

 

Работа, произведенная  дизель-генераторами:

 

Работа, произведенная  СЭУ:

 

Работа, полезно  использованная потребителем:

 

 

 

 

3) При N_CZ=0.8

Отнесенная к  фланцу отбора мощности действительная работа двигателя:

 

 

 

 

 

Работа, полезно  использованная потребителем:

 

 

4) При N_CZ=0.7

Отнесенная к  фланцу отбора мощности действительная работа двигателя:

 

 

 

 

 

Работа, полезно  использованная потребителем:

 

 

5) При N_CZ=0,6

Отнесенная к  фланцу отбора мощности действительная работа двигателя:

 

 

 

 

 

Работа, полезно  использованная потребителем:

 

 

 

 

 

 

Расчет  работы при составе элементов  рейса  Т_л=3700 ч и Т_с=1300 ч

 

1) При N_CZ=1,0

Отнесенная к  фланцу отбора мощности действительная работа двигателя:

 

 

 

 

Работа, произведенная  дизель-генераторами:

 

 

Работа, полезно  использованная потребителем:

 

 

 

2) При N_CZ=0,9

Отнесенная к  фланцу отбора мощности действительная работа двигателя:

 

 

 

 

Работа, произведенная  дизель-генераторами:

 

 

Работа, полезно  использованная потребителем:

 

 

 

 

 

3) При N_CZ=0,8

Отнесенная к  фланцу отбора мощности действительная работа двигателя:

 

 

 

 

Работа, произведенная  дизель-генераторами:

 

 

Работа, полезно  использованная потребителем:

 

 

 

 

4) При N_CZ=0,7

Отнесенная к  фланцу отбора мощности действительная работа двигателя:

 

 

 

 

Работа, произведенная  дизель-генераторами:

 

 

Работа, полезно  использованная потребителем:

 

 

 

 

5) При N_CZ=0,6

Отнесенная к  фланцу отбора мощности действительная работа двигателя:

 

 

 

 

Работа, произведенная  дизель-генераторами:

 

 

Работа, полезно  использованная потребителем:

 

 

 

 

 

Для наглядного представления  вышеизложенного результаты расчетов сведем в табл.

 

 

1.9. Относительные  величины увеличения расхода  топлива

 

Для расчета увеличения расхода топлива требуется ввести следующие величины:

- σ_2рн =0,1 – показатель неравномерности

- σ_2i =0,3 – показатель неравномерности

- к_р =2 – эмпирический коэффициент

- φ_iгд=1,4375 - для ГД с числом цилиндров i=8

- φ_iвдг=1,166 - для ВДГ с числом цилиндров i=6

Расчет эффективности  использования главного двигателя (ГД) и вспомогательного дизель-генератора (ВДГ) сопряжен с расчетом производных  показателей неравномерности, а  также относительной величины увеличения расхода топлива. Расчетные формулы  вышеперечисленных параметров приведены  ниже.

- Относительный часовой  расход топлива  :

 

- Показатель неравномерности σ_2рс :

 

- Показатель неравномерности σ_2n :

 

- Относительное увеличение часового расхода топлива :

 

 

- Контрольный часовой расход топлива B_K , кг/час:

 

- Контрольный удельный  расход топлива b_K , кг/кВт·час

 

- Коэффициент эффективности технического использования двигателя η_Э :

 

Результаты расчета  сведем в табл.1.9.1 и 1.9.2.

 

Табл.1.9.1

Эффективность технического использования главного двигателя

 

Параметр	Относительная мощность двигателя
	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1
Относительный часовой расход топлива	0,379	0,456	0,538	0,622	0,711	0,804	0,900	1,000
Показатель неравномерности σ2рс	0,405	0,322	0,272	0,222	0,182	0,149	0,122	0,100
Показатель неравномерности σ2рс2	0,164	0,104	0,074	0,049	0,033	0,022	0,015	0,010
Показатель неравномерности σ2n	1,215	0,996	0,816	0,666	0,546	0,447	0,366	0,300
Показатель неравномерности σ2c2	1,476	0,992	0,666	0,443	0,298	0,200	0,134	0,090
σ2c2- σ2рс2	1,312	0,888	0,592	0,394	0,265	0,178	0,119	0,080
	0,0592	0,0586	0,0523	0,0433	0,0347	0,0269	0,0204	0,0152
Относительное увеличение часового расхода топлива	0,0851	0,0842	0,0752	0,0623	0,0499	0,0386	0,0293	0,0219
Контрольное значение часового расхода топлива BK, кг/час	337,9	406,4	474,6	543,0	613,1	685,5	760,7	839,2
Контрольное значение удельного расхода топлива bK, кг/кВт·час	0,2948	0,2660	0,2485	0,2369	0,2293	0,2243	0,2213	0,2197
Коэффициент технического использования двигателя ηэ	0,2907	0,3223	0,3450	0,3618	0,3738	0,3821	0,3874	0,3901