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

Выбираем Е=14

Механический  КПД (h_м) с применением на судах газотурбинного наддува происходит повышение механического КПД. Анализируя формулу  
hм=1-Nм/Ni. Нетрудно установить, что при отмеченных выше условиях  Ni возрастает, а Nм уменьшается. У дизелей с ГТН  hм  имеет значения 0,93-0,97

Принимаем hм=0,95

Показатель  политропы сжатия n , является функцией теплообмена при сжатии Та и Ра, а также учитывает утечку заряда через неплотности поршневых колец. Чем больше отдача тепла от газов к стенке, тем меньше n. Все мероприятия, приводящие к снижению температуры стенок снижают среднее значение политропы n. При охлаждении поршней маслом теплоотвод будет меньше, чем при охлаждении водой, поэтому для случая охлаждения маслом  n, увеличивается. Значение n лежит в пределах 1,36-1,37.

Принимаем n=1,36

Показатель  политропы расширения n2 . Этот  показатель зависит от следующих факторов и является функцией j, Рz, a. В начале процесса расширения  обычно происходит догорание топлива, повышается температура продуктов сгорания – показатель политропы на этом участке уменьшается. Во второй части процесса расширения происходит отдача тепла от газов к стенке, n2 увеличивается. Изменяется  n2 вследствие изменения коэффициента избытка воздуха a,  n2 будет больше при больших значениях a. С увеличением j показатель n2 будет уменьшаться и наоборот, т.к. процесс догорания переносится на линию расширения. По опытным данным  n2 =1,2-1,3

Принимаем n2=1,23

Коэффициент избытка воздуха a является одним из критериев совершенства двигателя, характеризует процесс смесеобразования и теплонапряжённости. Величина a зависит от типа двигателя, нагрузки, продувки и её совершенства. Увеличение a сильно влияет на теплонапряжённость, оно даёт возможность понизить среднюю температуру рабочего процесса. Однако при чрезмерных избытках воздуха (a>3) при малых цикловых подачах из-за снижения температуры стенок камеры сгорания и ухудшения распыливания воспламенение топлива наступит позднее,  относительные потери теплоты с газами возрастают, и уменьшается индикаторный КПД. Значения a для ДВС с наддувом  находится в пределах 1,8-2,4.

Принимаем a=2

Коэффициент остаточных газов g_г.  Он характеризует степень заполнения цилиндра продуктами сгорания, увеличивается степень сжатия и температура остаточных газов -    g_г  уменьшается. У двухтактных двигателей g_г зависит от степени совершенства очистки цилиндра, которая определяется типом продувки, давлением продувочного воздуха, подбором фаз и проходных сечений органов выпуска и продувки.

Принимаем g_г =0,09

Давление  наддува Рs способствует изменению мощности двигателя, однако чрезмерное увеличение Рs способствует увеличению механической и тепловой напряженности.

Принимаем   Рs= 0,305 МПа      

Коэффициент использования тепла при сгорании x_г учитывает потери от неполноты сгорания и потери в окружающую среду через стенки рабочего цилиндра за период сгорания. Он зависит от степени перемешивания топлива с воздухом, от скорости сгорания смеси, от рода топлива и условий охлаждения. С увеличением оборотов ухудшается смесеобразование и уменьшается  x_г

Принимаем x_г=0,80

 

 

3. ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ.

 

3.1  Выбор типа судовой электростанции.

 

В соответствии с требованиями Правил Регистра РФ на морском судне должно быть предусмотрено не менее двух основных источников электроэнергии, при этом выбор количества и мощность источников электроэнергии определяется режимами силовой установки судна на ходу и на маневрах. Также при выборе источников электроэнергии должен обеспечиваться аварийный режим работы судна при выходе из строя основных источников. Мощность аварийного источника должна обеспечивать бесперебойную работу систем, необходимых для движения и безопасности судна на данном режиме.

 

На судах грузоподъемностью  выше 300 рег. т. должен быть предусмотрен аварийный источник электроэнергии, как правило, аварийный дизель-генератор (АДГ), расположенный выше палубы водонепроницаемых  переборок и должен обеспечивать в течение определенного времени питание потребителей, указанных в Правилах Регистра РФ (аварийное освещение, рулевой привод, радиостанция и т.д.).

Принимая во внимание вышесказанное, принимаем  электростанцию переменного тока

 

Напряжение  силовой сети	440 В
Напряжение  сети освещения	220 В
Напряжение  сети переносного света	220 В
Аварийное напряжение	24 В

 

Далее приводится расчет мощности электростанции для  следующих режимов работы:

• ходовой режим с грузом;
• ходовой режим без груза;
• маневры;
• стоянка с грузовыми операциями.

 

3.2 Расчет  нагрузки судовой электростанции.

 

3.2.1 Насос циркулирующей  смазки

Система циркулирующей  смазки главного двигателя обслуживается  двумя насосами, один из которых  является резервным. Удельный маслоприток  при водяном охлаждении колеблется в пределах 10-16 л/кВтч.

Выбираем gм= 12 л/кВтч тогда подача насоса :

Q=1,5* gм*Ne=1,5*12*12,16=237,12 м³/ч=0,066 м³/с

1,5- коэффициент учитывающий  подачу масла

Мощность электродвигателя

Ne= Q*Н*g/(102*3600*h_н)=237,12*50*900/(102*3600*0,76)=38,2 кВт

Выбираем электродвигатель АВS 5-4 Ne=50кВт

 

3.2.2 Главный  насос забортной воды

Предназначен  для прокачки водяного, масляного  и воздушного холодильников. На судне  установлено два насоса, один из которых резервный

Производительность насоса забортной воды:

 

 

 

где С_зв =4 - теплоемкость забортной воды,

=10 К - разность температур  на входе и выходе из холодильника,

=1025 кг/м³ - удельный вес забортной воды;

 

 

 

Выбираем электродвигатель АBS 92-8, Nэ=75кВт.

 

3.2.3 Топливо перекачивающий насос.

На судне  устанавливаются два топливоперекачивающих  насоса, один резервный. Насосы винтовые, вертикальные. Насосы служат для перекачки  топлива из одних танков в другие. Ёмкость расходных танков обычно равна расходу топлива на ГД за одну вахту. Подача насоса определяется из условия

Заполнения  или откачки топлива за 10 часов, запас топлива, необходимый для  работы ГД в течении суток:

G=ge*Ne*24=0,18*12160*24= 52,5 т

Расход судна  за 30 ходовых суток 

G_мес= G*30=52,5*30=1575 т

Подача насоса:

Q=G_мес/10 =1575/10=157,5 м³/ч=0,044 м³/с

Мощность насоса при напоре 400 кПа

N=Q*H/h=0,044*400/0,87=20,2 кВт

Мощность электродвигателя

Nе=N/h_э=20,2/0,8=25кВт

Выбираем электродвигатель АBS 12-4 Nе=25кВт

 

3.2.4 Топливные  сепараторы

Устанавливается один топливный сепаратор. Количество сепараторов топлива должно быть не меньше суточного расхода топлива на ГД (G_сут=35 т) принимается пятикратная подача сепаратора с целью надежного обеспечения топливом механизмов и для улучшения качества сепарации

 

 

где i=1 – число параллельно работающих сепараторов;

          τ_ст =10 ч- время сепарации.

Принимаем к  установке сепаратор Sumgonig

Мощность электромотора Ne=10 кВт

Сепаратор масла  аналогичен по техническим характеристикам  топливному.

 

3.2.5 Насос забортной воды для охлаждения ДГ

Предназначен  для прокачки водяного, масляного  и воздушного холодильников, конденсаторов, тёплого ящика и рефрижераторных  установок.

Электродвигатель  АBS 34-2 Nе=100 кВт

 

3.2.6 Рулевое  устройство

Согласно правилам Регистра России мощность рулевого привода должна обеспечить перекладку руля с борта на борт (70^о) в течение 30 с на полном ходу судна. На судне установлена рулевая машина Р17. Руль приводится в действие электрогидравлической рулевой машиной с постоянным вращающим моментом на баллере руля, развиваемым при работе одного электроприводного насоса 400 кН/м. Для сокращения времени перекладки руля при маневрирование и плавании в узкостях может быть подключен второй насосный агрегат.

N одного электродвигателя - 35 кВт.

 

3.2.8 Брашпиль

Брашпиль выбирается по калибру цепи d:

d= ,

где: S=1 для судов с неограниченным районом плавания;

          t=1,55 – для цепей повышенной прочности;

N_С – характеристика якорного снабжения

N_С = D^2/3 +2*B*h+0,1*A,

где: D =9852 т – весовое водоизмещение судна;

h = 10,2 м - условная высота от летней грузовой ватерлинии до верхней кромки настила палубы у борта самой высокой рубки, имеющей ширину более 0,25 В;

А =1000 м² – площадь парусности в пределах длины судна L, считая от летней грузовой ватерлинии.

N_С = 9852^2/3 +2×21,63×10,2+0,1×1000=1002,

d= =49 мм.

Принимаем цепь d=52 мм и устанавливаем гидравлический брашпиль с приводом от гидравлической системы мощностью 100 кВт.

 

3.2.9 Осушительные  насосы.

Согласно требованиям Регистра на судах должно быть два осушительных насоса с независимыми двигателями. В качестве резервного применяется балластный насос. Насос должен обеспечить скорость тока 2 м/с при диаметре трубопровода 156 мм.

Подача насоса Q=(3/4*d)²=(3/4*156)²=306 м³/ч

Подача насоса с учётом 1,5 запаса

Q=1,5*Q=1,5*306=460 м³/ч=0,12 м³/с

Мощность на валу насоса при Н=300 кПа 

N= Q*H/h=0,12*300/0,8=22,6 кВт

Мощность потребляемая электродвигателем 

Nе= N/hе=22,6/0,8=28 кВт

Выбираем электродвигатель АО2-72-4 N=30кВт

 

3.2.10 Компрессоры  и баллоны пускового воздуха

Согласно требованиям  Регистра на судах должно быть не менее  двух компрессоров. Их производительность выбирается по ёмкости пусковых баллонов. Ёмкость пусковых баллонов должна обеспечивать 12 последовательных пусков ГД из холодного состояния. Рабочее давление воздуха Рмах=3 МПа. Минимальное пусковое давление Рмин=1,2 МПа.

Устанавливается два пусковых баллона по 15 м³. на судах неограниченного плавания производительность компрессоров должна обеспечивать заполнение сжатым воздухом всех баллонов от давления          0,5 МПа до рабочего в течении часа Nе=50кВт

 

3.2.11 Балластный  насос

Служит для  перемещения балласта, кроме того, дублирует осушительный насос:

Подача Q=0,2 м³/с; напор Н=300 МПа

Мощность на валу насоса:

N=Q*H/h=0,2*300/0,85=71 кВт

Nе= N/h_е=88 кВт

Выбираем электродвигатель АО2-84-4 Nе=100 кВт

 

3.2.12 Пожарные  насосы

  Суммарная  производительность стационарных  пожарных насосов:

Q=k×m²=0,008×117² =110 м³/час,

m=1,68 =1,68 =110,

где k=0,008 – коэффициент подачи для судов валовой вместимостью более 1000 регистровых тонн.

L,B,H – длина, ширина и высота борта судна, м;

    Выбираем  два центробежных вертикальных  водопожарных насоса с подачей Q=200 м³ / час каждый, марки RVP200MS, напор 1МПа, приводные электродвигатели мощностью Ne=30кВт.

 

3.2.13 Общесудовое  освещение

Расчетная мощность сети освещения в функции водоизмещения D судна (здесь h = 0,5-0,8 КПД трансформаторов или преобразователей, обеспечивающих питание сети освещения), кВт,

 Ne = = = 50,6 кВт;

 

3.2.14 Питательные  насосы вспомогательного котла

   Два насоса  мощностью N=10 кВт

 

3.2.15 Грузовые  компрессоры

Три винтовых компрессора  каждый мощностью N=100кВт

 

3.2.16 Циркуляционные насосы утилизационного котла

   Два циркуляционных  насоса мощностью N=5,5кВт

 

3.2.17 Неучтенные потери электроэнергии.

Неучтенные  потери электроэнергии на судне составляют 150кВт.

 

3.3 Определение  мощности на различных режимах.

По полученным значениям загрузки электростанции в различных режимах эксплуатации судна Р_х.гр, Р_х, Р_м, Р_ст.гр производим предварительную комплектацию силовой установки вспомогательными дизель-генераторами.

Выбор мощности типов вспомогательных дизель-генераторов  следует производить с таким расчетом, чтобы на ходу судна потребности в электроэнергии обеспечивались одним работающих ДГ при коэффициенте загрузки 0,7-0,8. Режимы маневров и стоянки с грузовыми операциями должны обеспечиваться двумя работающими дизель-генераторами.