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

 

Определение числа лопастей и дискового отношения гребного винта и выбор расчетной диаграммы.

 

Дисковое отношение гребного винта  определяем по диаграмме для рационального  дискового отношения (Рис.3 методических указаний):

Для входа  в диаграмму уточняем значение:

V_as= V_{s op} (1-w_т)

V_as = 20*(1-0,206)=15,88 уз

 

Для определения q используем диаграмму и по значениям:

D_ор =5,4 м , N_{е ор} =10473  кВт ,

Находим q=0,64

 

Для выбора числа лопастей гребного винта определяем коэффициент нагрузки гребного винта по упору:

s_р =

Т.к. s_р < 2,5 то в соответствии целесообразно принять число лопастей Z=4

Расчетная диаграмма М4-65.

 

Учет механических потерь в линии  валопровода.

 

Исходя из то, что МО судна находится  в корме, принимаем:

h _пер= 1 и h _вал = 0,99

 

Выбор расчетного режима при проектировании гребного винта.

 

В соответствии с заданием тип двигателя  – ДВС,  МОБ,  2^х-тактный . Следовательно при плавании судна с d=0,55 , сроки докования 12 мес. и преимущественно в умеренных широтах принимаем коэффициент увеличения частоты вращения К=1,04.

Принимаем: n_расч= n_ном=127 мин^-1 , N_{е расч} = N _{е ном} / к³ .

 

Расчет потребной мощности силовой  установки и оптимальных элементов  гребного винта, при заданной скорости хода судна.

 

Расчет исходных  данных для  определения наибольшей скорости выполнен в табл. 1.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1.2

Расчет исходных данных для определения  мощности и частоты вращения силовой  установки и оптимальных элементов  гребного винта.

№ п/п	Расчетные формулы  и величины.	Размер- ность		Числовые значения
1	n	с-1		1,5	1,7	1,9		2,1	2,3
2	KNT=			1,17	1,11	1,03		0,99	0,95
3	I=f(KNT)			0,768	0,732	0,678		0,646	0,621
4	H/D= f(KNT)			1,06	1,02	0,97		0,94	0,91
5	h0= f(KNT)			0,682	0,669	0,650		0,638	0,625
6	D=	м		6,25	5,87	5,47		5,26	5,05
7	h=h0 hK			0,723	0,709	0,689		0,676	0,663
8	Ne =	кВт		9366	9548	9827		10012	10220
Постоянные  величины			zP = 1				Dпред=6,3 м
VS зад =20 уз			z=4				hк = 1,06
VP =0,514Vs зад (1-wТ)=8,16 м/с			К=1,04				q=0,65
R=652000 Н			EPS= 6703000 Вт				Pe=R/zP =652000 Н
t =0,156			диаграмма М4-65				P= 772512 Н
wT =0,206			r=1025 кг/м3

 

По результатам расчета строим графики (N_e, D, I, H/D)=f(n) на рисунке 1.2.

 

 

 

 

 

 

а)

n, с^-1

б)

n, с^-1

Рис. 1.2 Графики  зависимости N_е, D, I, H/D от n_с

Из графика  для n_ном=2,1 с^-1 определяем:

N_{e потр} =10020 кВт

D= 5,26 м

I= 0,650

H/D=0,93

 

Проверка гребного винта на кавитацию.

 

,

где Р_о =101300 Н/м² – атмосферное давление

h₀ = T-(D/2+0,2)=8,72-(5,26/2+0,2)=5,89 м

R = 652000 Н -сопротивление судна при скорости 20 уз по графику на рисунке 1.1;

P_V=2335 Н/м² - давление насыщенны паров;

0,63

q >q_расч;

т.е. дисковое отношение рассчитанного  гребного винта обеспечивает  отсутствие кавитации.

 

Конструктивные характеристики гребного винта.

 

На основании выполненного расчета  примем окончательно следующие конструктивные элементы гребного винта.

Диаметр гребного винта  D=5,26 м.

Конструктивное шаговое отношение  H/D= 0,93

Дисковое отношение     q = 0,65

Число лопастей  z= 4

Направление вращения – левое.

Материал – бронза АЖН-9-4-4

 

Выбор двигателя.

 

В соответствии с полученной мощностью N_{e потр} =10020 кВт выбираем двигатель S50MC-C  фирмы «MAN» номинальной мощностью 12640 кВт и номинальной частотой вращения n=127 об/мин.

 

Расчет паспортных характеристик  и построение паспортной диаграммы.

 

Расчет паспортных характеристик  выполнен в таблице 1.3 для следующих  табличных значений n и I:

 

n=(0,8; 0,9; 0,97; 1,0; 1,04)n_ном;

I=0,350; 0,450; 0,550; 0,650; 0,750.

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1.3

Паспортные характеристики.

J		Коэф. упора, тяги, момента	Скорость, тяга, мощность	n	102	114	123	127	132
				no	1,69	1,91	2,05	2,10	2,20
				no2	2,87	3,63	4,22	4,41	4,85
				no3	4,86	6,91	8,66	9,26	10,67
0,35	Кт	0,312	Vs	уз	8,7	9,7	10,5	10,8	11,3
	Ке	0,263	Pe	кН	761	963	1118	1189	1298
	КQ	0,0454	Ne	кВт	8413	11978	14996	16431	18751
0,45	Кт	0,271	Vs	уз	11,1	12,5	13,5	13,9	14,5
	Ке	0,229	Pe	кН	662	838	974	1035	1130
	КQ	0,0401	Ne	кВт	7431	10580	13246	14513	16562
0,55	Кт	0,229	Vs	уз	13,6	15,3	16,5	17,0	17,8
	Ке	0,193	Pe	кН	558	707	821	872	953
	КQ	0,0348	Ne	кВт	6449	9182	11495	12595	14373
0,65	Кт	0,181	Vs	уз	16,1	18,1	19,5	20,1	21,0
	Ке	0,153	Pe	кН	443	560	651	691	755
	КQ	0,0298	Ne	кВт	5522	7862	9843	10785	12308
0,75	Кт	0,135	Vs	уз	18,6	20,9	22,5	23,2	24,2
	Ке	0,114	Pe	кН	330	417	485	515	563
	КQ	0,0248	Ne	кВт	4595	6543	8192	8976	10243

Расчетные формулы  и постоянные величины.	Ke=KT(1-t)	VS= , уз
Pe=Kei1rn2D410-3, кН		D=5,26 м
wТ= 0,206	t=0,156	r=1025 кг/м3

Паспортная  диаграмма построена на рисунке 1.3

Рис. 1.3 Паспортная диаграмма

 

 

 

 

Выводы.

 

Пользуясь диаграммой находим:

 

1) Скорость хода судна в эксплуатации  в грузу с чистым корпусом  при  
n_ном=127 об/мин, V_S = 20,1 уз, мощность двигателя  N_e = 10750 кВт.

 

2)Запас мощности при движении  судна с V_S = 20,1 уз, при n_ном = 145 об/мин в грузу с чистым корпусом:

3) Максимальная скорость на испытаниях  V_{S max}= 21 уз при n_ном = 150 об/мин.

 

4) Эксплуатационная скорость хода  судна в средних эксплуатационных условиях при возросшем на 20 % сопротивлении среды движению судна:

V_{S экс} =18,5 уз  при n_экс = 123 об/мин и N_e = 10300 кВт.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Главный двигатель.

2.1 Обоснование выбора типа главного двигателя.

 

  За прототип для дипломного  проекта принимается рефрижератор  с основными параметрами:

название                                                                                        «Baltic Melody»

дедвейт                                                                                                          9852 т

длина                                                                                                        152,26 м

ширина                                                                                                        21,63 м

винт                                                                         ВФШ   4 лопасти    D 5,26 м

мощность главного двигателя                                                              12640 кВт

 

Большая часть  эксплуатируемого парка 2-х тактных дизелей достигается за счёт фирмы “MAN B&W”. С 1980 года “MAN B&W” выпускает только длинноходовые двухтактные двигатели с прямоточно-клапанной продувкой, передающие мощность непосредственно на винт при пониженной частоте вращения. Для лучшей приспособленности к судам различного назначения в спецификации дизелей типа МС фирмы “MAN B&W” предусмотрены три серии дизелей, различающихся отношением хода поршня к диаметру.

Термический КПД  последних модификаций МОД этой фирмы достигает 53-54%. Соответственно эффективный расход достигает g_e= 170г/кВт*час. Привлекательным моментом двигателя является снижение затрат на ремонт и запасные части упрощающие обслуживание. Также фирма “MAN B&W”, при больших мощностях ГД, рекомендуется использовать турбокомпаундную систему позволяющую дополнительную экономию топлива. Используемые высокоэкономичные турбокомпрессоры типа VTR с изобарной системой наддува, обеспечивают работу ГД при меньшем времени открытия выпускного клапана и большей степени расширения газа в цилиндре, при которой снижается температура и энергия выпускных газов. Следует отметить недостаток изобарной системы наддува, связанной с недостаточной энергией газов, необходимой для разгона турбокомпрессора на пусковых режимах и работе на малых ходах. Эта проблема решается посредством включения электроприводной воздуходувки, вступающей в работу при мощностях ГД ниже 25% от номинального значения.

Однако простота конструкции узлов изобарной  системы наддува удешевляет стоимость  изготовления и повышает КПД на номинальном режиме ГД, что и объясняет её использование в двухтактных двигателях фирмы “MAN B&W”.

 

 

 

 

2.2 Описание двигателя.

Фундаментная рама и рамовые подшипники.

Фундаментная рама выполнена монолитной с размещением цепного привода и упорного подшипника в кормовой части. Фундаментная рама состоит из высоких сварных продольных балок и сварных поперечных балок с литыми постелями для подшипников.

Для ее крепления к судовому фундаменту используются длинные податливые фундаментные болты совместно с приспособлениями для гидрозатяжки.

Фундаментная рама изготовляется без уклона в случае установки на эпоксидных клиньях или с уклоном 1:100 в случае установки на чугунных клиньях.

Масляный поддон, изготовленный из стального листа, приваренного к фундаментной раме. В масляном поддоне собирается масло, сливаемое из систем циркуляционной смазки и масляного охлаждения. В районе каждого третьего цилиндра в поддоне предусмотрены горловины с сеткой для вертикального слива масла. В качестве дополнения могут быть предусмотрены горизонтальные сливы с каждого торца.

Рамовые подшипники состоят из стальных вкладышей, залитых белым металлом. Нижний вкладыш может выкатываться и закатываться с помощью специального инструмента и гидравлических приспособлений для подъема коленчатого вала. Вкладыши удерживаются на месте крышкой подшипника.

Цепной привод размещен в кормовом конце двигателя.

Упорный подшипник.

Упорный подшипник типа B&W-Michell состоит, в первую очередь, из упорного гребня на коленчатом валу, опоры подшипника и чугунных сегментов, залитых белым металлом. Упорный вал является при этом неотъемлемой частью коленчатого вала.

Упор гребного винта передается через упорный гребень, сегменты, фундаментную раму фундаменту двигателя и концевым клиньям. Упорный подшипник получает смазку от системы смазки двигателя.

Валоповоротное устройство и его маховик.

Маховик валоповоротного устройства имеет цилиндрические зубцы и крепится к фланцу упорного вала. Маховик вращается шестерней редуктора валоповоротного механизма, смонтированного на фундаментной раме.

Валоповоротный механизм приводится электродвигателем с встроенной передачей и тормозом. Валоповоротное устройство оборудовано блокировкой, не допускающей пуска главного двигателя при включенном валоповоротном устройстве. Включение и выключение валоповоротного устройства осуществляется вручную путем осевого перемещения шестерни. Также может присутствовать блок управления валоповоротным устройством, состоящий из пускателя и переносного пульта с кабелем длиной 10 метров.

 

 

Картер.

Картер может быть выполнен в виде одной или большего числа секций. Картер выполняется литым или сварным. На стороне выпуска двигателя предусмотрены предохранительные клапаны и люки для каждого цилиндра.

На стороне распределения двигателя картер снабжается большими крышками люков для каждого цилиндра.

Направляющие крейцкопфа укреплены в картере.

В картере установлены трубы с прорезями для слива масла, охлаждающего поршни. Картер соединяется с фундаментной рамой на винтах. Анкерные связи выполнены цельными. Для предотвращения вибрации для каждой анкерной связи предусмотрены эластичные стопорные устройства в верхней части картера. Затяжка анкерных связей осуществляется гидродомкратами.

Блок цилиндров, втулка цилиндра и сальник поршневого штока.

Блок цилиндров выполнен из чугуна. Совместно с цилиндровыми втулками он образует полость продувочного воздуха и водяную охлаждающую полость. В верхней части отсека цепного привода установлен блок звездочек. На стороне распределения двигателя блоки цилиндров снабжены лючками для очистки полости продувочного воздуха и осмотра продувочных окон. К блоку цилиндров крепится коробка распределительного вала и лубрикаторы. Кроме того, к блоку цилиндров крепятся маслопроводы подачи масла для охлаждения поршней и для смазки. На днище блока цилиндра располагается сальник поршневого штока с уплотнительными кольцами для продувочного воздуха и маслосъемными кольцами, препятствующими попаданию масла в продувочную полость.

В верхней части блока цилиндров размещен подвод охлаждающей пресной воды и на блоке цилиндров размещены сливы из сальников поршневых штоков.

Втулки цилиндров отлиты из легированного чугуна и подвешены в блоках с помощью низко расположенных фланцев. Верхняя часть втулки окружена чугунной охлаждающей рубашкой. Втулка цилиндра имеет продувочные окна и сверления для штуцеров цилиндровой смазки. Распределительный вал покоится во вкладышах, залитых белым металлом, в блоке распредвала.