Судно имеет в носу бак, под ним - форпик длиной l = 9,6 м. Машинное отделение длиной l = 12,6 м и надстройка расположены в корме. Судно имеет в районе МО второе дно.

2. Обоснование выбора типа судовой энергетической установки

Большинство судов морского транспортного флота оборудованы дизель-ными установками с МОД (малооборотными двигателями), СОД (среднеобо-ротными двигателями) и ВОД (высокооборотными двигателями).

а) Установки с МОД

Применение МОД обусловлено их высокой экономичностью, возмож-ностью использования дешевых остаточных высоковязких топлив, высокой надежностью, отсутствием передач между двигателем и валопроводом, удобством обслуживания, низким уровнем шума и вибрации.

В состав ДУ с МОД входят один или несколько главных МОД; судовые валопроводы, гребные винты, системы.

МОД выпускаются с диаметром цилиндра от 350 до 900 мм и ходом поршня от 1000 до 3000 мм. Эти двигатели имеют достаточно низкие удельные расходы топлива - около 167-170 г/(кВт·ч). Число цилиндров МОД может изменяться 4 до 12, что позволяет перекрывать необходимый для СЭУ диа-пазон мощности ГД от 1,5 до 40 МВт. МОД могут работать на котельных мазутах с вязкостью выше 350 мм²/с и содержанием серы до 3-4%. Для работы на тяжелых сортах топлива необходима хорошая топливоподготовка - очитка, подогрев до 100-110 °С. В МОД применяются высокие давления впрыска (до 120 - 130 МПа), что способствует повышению качества горения. Стоимость остаточных топлив в 1,5 - 2 раза ниже дисциллятных.

Особенностью масляных систем МОД является наличие в них специа-льных лубрикаторных систем смазки цилиндров, которые обеспечивают по-дачу строго дозированных количеств масла в каждый цилиндр. Чтобы избе-жать образования кокса при сгорании масла, лубрикаторы обеспечивают подачу необходимого его количества в определенных точках цилиндра двигателя.

Основные теплонапряженные детали МОД (цилиндровые втулки, поршни, крышки) охлаждаются пресной водой.

б) Установки с СОД

Дизельные установки с СОД применяются на морских судах транспор-тного, технического, вспомогательного и промыслового флота, на судах сме-шанного плавания, речных и специальных. После установок с МОД они занимают второе место по распространенности и область их применения постоянно расширяется. К СОД обычно относятся двигатели, частота враще-ния которых составляет 350-750 об/мин. Поскольку для эффективной работы винтов требуется несколько меньшая частота вращения (60-150 об/мин), то в состав ДУ с СОД входят редукторы. Современные СОД отличаются больши-ми значениями среднего эффективного давления (р_е = 1,7-2 МПа), поэтому массогабаритные показатели СОД лучше, чем у МОД примерно в 1,5-2 раза. Высота ДРА с СОД почти в два раза меньше, чем с МОД. Судовые СОД выпускаются в рядном и V-образном исполнении. При рядном исполнении число цилиндров может быть от 6 до 10, а при V-образном от 10 до 18. Пропульсивные установки с СОД и механическими передачами могут иметь разнообразное конструктивное исполнение: одномашинные с одним ГД, подключенными к редуктору, двух-, трех-, или четырехмашинные, также подключенные к одному редуктору. Как и установки других типов, ДУ с СОД могут быть одно- и многовальными.

в) Установки с ВОД

К ВОД относят двигатели, имеющие частоту вращения более 750 об/мин. Ниже приведены сравнительные данные некоторых типов ДВС, применяемых в СЭУ. Высокооборотные двигатели имеют в сравнении с МОД и СОД лучшие массовые и стоимости показатели, однако большие удельные расходы топлива и масла, меньший ресурс работы и повышенный уровень шума. Большинство ВОД могут работать только на легких сортах топлива, вследствие чего они не нашли широкого применения на судах. Высокооборотные двигатели применяются на судах с динамическими принципами поддержания, катерах, портовых буксирах. Применение ВОД в ДУ позволяет значительно снизить массу и габариты ПУ, обеспечить более высокую ремонтопригодность и более низкую стоимость установки. СЭУ на основе СОД и МОД отличаются большим разнообразием конструктивных и компоновочных схем, которые во многом определяются типом и назначени-ем судов. В них чаще, чем в установках с МОД, применяется навешивание вспомогательных механизмов, что упрощает компоновку систем и уменьша-ет нагрузку СЭС. В то же время опыт эксплуатации СЭУ показывает, что навешивание механизмов может снижать ее надежность и ремонтопригод-ность.

Газотурбинные энергетические установки

Газотурбинные установки (ГТУ) применяются в основном на судах с динамическими принципами поддержания. В настоящее время на водоизмещающих судах ГТУ практически не применяются.

Простейшие ГТУ, по сравнению с другими типами СЭУ, имеют следующие преимущества:

- большую агрегатную мощность при минимальных удельной массе и габаритах;

- сравнительную простоту в обслуживании;

- достаточную приспособленность к автоматизации и дистанционному управлению.

Вместе с тем ГТУ имеют и ряд недостатков:

- относительно низкую экономичность из-за ограниченной начальной температуры газа;

- существенное влияние коррозионного воздействия внешней среды на надёжность и экономичность ГТУ открытого цикла;

- жёсткие требования к качеству топлива, используемого в ГТУ открытого типа;

- трудность осуществления реверса;

- большие размеры воздухо- и газоходов, усложняющие компоновку ГТУ.

Низкая экономичность ГТУ, плохая приспособленность к реверсу исключают ее применение на сухогрузном теплоходе.

Паротурбинные энергетические установки

Недостатком этих установок по сравнению с другими является низкая экономичность. Повышение экономичности возможно за счет применения дешевых сортов топлива и повышения КПД отдельных составляющих частей ПТУ. Паро- турбинные энергетические установки применяются в основном на морских судах с большими потребными мощностями на валу (до 200000-300000 кВт). Достигну- тые успехи в области повышения тепловой экономичности и надежности ПТУ сделали возможным их применение на судах с мощностью на гребном валу более 20000 кВт.

Так как проектируемое судно имеет значительно меньшую мощность на валу, то применение на нем ПТУ нецелесообразно.

Выводы

Описание свойств вышеперечисленных типов СЭУ необходимо для аргументированного выбора типа СЭУ на нашем судне. Основным критерии-ем выбора типа СЭУ является её экономическая целесообразность. При этом необходимо учитывать специфику судна. Как было указано выше ПТУ, ГТУ и ГПТУ становятся эффективными в основном при больших мощностях и высоких скоростях. Наше судно имеет сравнительно малую мощность (менее 2 МВт) и не высокую скорость (11 узлов ), в связи с чем экономичность использования данных установок вызывает сомнение. Кроме того, ТУ легко автоматизируются, но наше судно имеет низкий класс автоматизации - А3, поэтому преимущество ТУ не заметно. Практически в любом случае ТУ будет давать проигрыш в удельном потреблении топлива, но позволит эконо-мить на масле, что при наших мощностях заметно не будет. Также числен-ность обслуживающего персонала ТУ в большинстве случаев выше, чем у ДУ. ДУ, таким образом, представляются более привлекательным типом СЭУ для нашего судна с точки зрения затрат на эксплуатацию. Но эксплуатации-онные затраты не исчерпывают критерии выбора. Необходимо обратить вни-мание на ремонтопригодность, надежность, стоимость, технологичность и т.д. Большинство из этих показателей импонируют ДУ в силу их большей расп-ространенности (больше представительств фирм, больше мастерских запасных деталей и т.д.). Таким образом, наиболее эффективным типом СЭУ для на-шего судна является дизельная установка с МОД или СОД.

2.2 Выбор числа валов

Выбор вальности и числа главных двигателей обуславливается ограничениями по осадке, что делает невозможным установку винтов большого диаметра в кормовом подзоре. Двухвальная установка обеспечивает лучшую управляемости судна в условиях речного плавания, чем одновальная. Относительно большая ширина судна в сочетании с небольшой осадкой делает применение одновальной схемы не целесообразным ввиду очень низкого КПД винта, что значительно увеличивает потребную мощность главного двигателя, а соответственно и его цену, расходы на эксплуатацию в заданных условиях плавания. Применение двухвальной схемы с двумя дизелями повышает живучесть судна.

2.3 Сравнительный анализ показателей главных двигателей как независимых агрегатов

В качестве главных двигателей выбраны судовые дизели благодаря их высокой экономичности, возможности использования относительно дешёвых высоковязких сортов топлива, большому ресурсу, широкому диапазону агрегатных мощностей, сравнительно невысокому уровню шума, простоте обслуживания, относительно низким ценам. Среди положительных особенностей необходимо отметить также их быстрое время пуска.

Высокие технико-экономические, эксплуатационные и другие качества энергетической установки в значительной степени обусловлены показателями главного двигателя. Технический уровень двигателя, как и любого другого изделия, оценивается с помощью показателей качества, которые имеют универсальный характер. При сравнении дизелей, выбранных для использования в качестве главных на судне, рассмотрим следующие показатели:

-мощность Ne, кВт;

-частота вращения n, об/мин;

-удельный расход топлива be, г/кВт-ч;

-удельный расход масла bm, г/кВт-ч;

-масса m, кг;

-габаритные размеры LxBxH, м;

-уровень шумности L, дБ;

-ресурс, тыс.ч.

Рассмотрим показатели дизелей более подробно:

-Мощность - это один из показателей назначения. Мощности двигателей должно быть достаточно для преодоления сопротивления движению судна и обес- печения скорости хода судна на основных режимах плавания.

-Частота вращения коленчатого вала. Выбор частоты вращения вала дви- гателя зависит от частоты вращения гребного винта, способа передачи мощности двигателя гребному валу, типа судна, срока службы двигателя и др.

- Удельный расход топлива и масла. Они служат критериями экономичности двигателей. Предпочтение отдаётся более экономичным двигателям.

-Габариты двигателя. Они зависят от мощности, тактности, числа цилинд- ров, средней скорости поршня, степени форсирования и т.д. При оценке имеющихся дизелей по рассматриваемому критерию проверяем, вписывается ли двигатель в габариты машинного отделения и есть ли возможность извлечения поршней из двигателя в судовых условиях.

-Удельная масса. Она считается критерием оценки совершенства конструк- ции двигателя в отношении достигнутой массы; этот показатель зависит от типа дизеля, частоты вращения, мощности, числа цилиндров, средней скорости поршня, степени форсирования и др. При анализе вариантов двигателей предпочтение отдаётся наиболее лёгким двигателям.

- Уровень шумности. Главный двигатель - один из основных источников шума на судне, вызывающих акустическое загрязнение окружающей среды. Форсирование дизелей и рост их мощности сопровождается увеличением динами- ческих нагрузок, что приводит к усилению вибраций; шум является одним из проявлений вибрации. Предпочтение отдаётся менее шумным двигателям.

-Ресурс (срок службы) двигателей. Он изменяется в очень широких пределах и зависит от ряда фактором, среди которых определяющими являются тип дизеля, диаметр цилиндра, средняя скорость поршня, цилиндровая мощность, частота вращения вала, удельная поршневая мощность, степень наддува, удельная масса, качество используемых топлива и масла, качество изготовления, условия эксплуатации. Срок службы до списания может определяться не только физическим состоянием двигателя, но и его моральным устареванием. В проекте предпочтение отдаётся двигателям с большим ресурсом.

Двигатели подобраны в соответствии с расчётами ходкости судна, выполненном в курсовом проекте по дисциплине «Основы кораблестроения».

Ne - потребная мощность главных двигателей при ходе судна в грузу на мелководье, кВт;

1,1Ne - увеличенная мощность главных двигателей на 10%, это необходимо для компенсации увеличения сопротивления движению судна из-за обрастания корпуса, кВт;

D - диаметр винта, м.

В результате получена ориентировочная мощность главного двигателя: Ne=3030 кВт.

Основные характеристики судовых дизель-редукторных агрегатов приведены в таблице 2.1. В таблицу вводим габариты и массу двигателей с учетом редукторов.

Таблица 2.1 Основные характеристики судовых двигателей

Также на рисунке 2.1 представлены значения данных двигателей. Оценку произведём по 5-балльной шкале. Наивысший балл присваивается двигателю с наилучшим параметром. В результате, для каждого двигателя выполняется суммирование баллов по всем показателям; в соответствии с суммарными баллами составляется упорядоченный перечень марок рассматриваемых двигателей.

Введём коэффициенты весомости по всем показателям. Важнейшим для грузовых судов считается расход топлива и масла, т.к. они составляют большую часть эксплуатационных расходов. Менее важными остаются габаритно-массовые показатели.

Результаты оценки представлены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 Оценка дизелей как независимых агрегатов

В качестве главного двигателя выбираем дизель-редукторный агрегат марки Wartsila 9ЧН26/32.

3. Расчет валопровода

В соответствии с Правилами Регистра (часть 7, п.5.2.1) диаметр промежуточного вала d_пр должен быть не менее:

,

где F = 100 - коэффициент, принимаемый в зависимости от типа уста-новки;

Р=3060 кВт - номинальная мощность, передаваемая промежуточным ва-лом;

n = 218 об/сек - номинальная частота вращения промежуточного вала;

мм.

Для дальнейших расчётов принимается диаметр промежуточного вала

d_пр = 240 мм.

3.1.2 Упорный вал

Диаметр упорного вала d_уп в районе упорного гребня должен превосходить диаметр промежуточного d_пр не менее чем на 10%:

d_уп = 1,1 d_пр = 1,1^.240= 264 мм.

Для дальнейших расчетов принимаем d_уп = 265 мм.

В связи с тем что судно проектируется с учётом эксплуатации во льдах, то необходимо увеличить диаметр на 5 %, по сравнению с расчётным значением.

d_уп.= 1,05 265 = 278,3 мм

Для дальнейших расчетов принимаем d_уп = 280 мм.

3.1.3 Гребной вал

Диаметр гребного вала d_г должен быть не менее определённого по формуле:

мм,

где k = 1,26 - при соединении гребного винта с валом при помощи шпонок;

Принимается диаметр гребного вала d_г = 305 мм.

В соответствии с пунктом 5.2.13 ''Правил…'' участок гребного вала под гребной винт должен выполняться с конусностью не более 1:12.

Для защиты вала от коррозии выбирается бронзовая облицовка. В соответ-ствии с пунктом 5.2.17 ''Правил…'' толщина S бронзовой облицовки должна быть не менее:

S 0,03^.d_г' + 7,5, мм,

где d_г' = 1,15·305 = 350 - действительный диаметр гребного вала, мм;

S 0,03350 + 7,5 = 18 мм.

Толщина бронзовой облицовки принимается равной S=18 мм.

3.2 Элементы валопровода

В зависимости от диаметра промежуточного вала подбираются изделия валопровода по каталогу. газотурбинный энергетический установка судно

3.2.1 Муфты соединительные

Выбирается муфта МШ2-300/1,2-10 ОН9-96-63. Диаметр конуса равен 300 мм.

3.2.2 Тормоз

Выбирается тормоз Ч84-03.023. Номер и диаметр шкива 6-300.

3.3 Материал валов

В качестве материала валов используется сталь с временным сопротивлением 430 МПа.

3.4 Диаметр болтов соединительных фланцев

Диаметр болтов соединительных фланцев должен быть не менее определенного по формуле:

, мм,

где - число болтов в соединении, ;

- радиус разметочной окружности болтов, .

мм.

Принят диаметр болтов соединительных фланцев мм.

3.5 Проверка валопровода на критическую частоту вращения

Для определения критической частоты вращения гребного вала при попереч-ных колебаниях валопровод условно заменяется двухопорной балкой с одним све-шивающимся концом. Частота вращения вала, при которой возникают его поперечные колебания, вычисляется по формуле:

; мин.^-1,

гдеL₂ = 0,7 м - расстояние от середины опоры до центра масс гребного винта;

L₁ = 3,5 м - остальная длина гребного вала;

q₁ - удельная нагрузка пролета вала L₁, кН/м;

q₁ = ^.d_г^2./4 = (3,14^.0,245^2.77) /4 = 3,63 кН/м;

= 77 - плотность стали, кН/м³;

q₂ - удельная нагрузка пролёта вала L₂ , кН/м;

q₂ = q₁ + G_в/L_{2 ,} кН/м,

G_в - нагрузка на вал, кН:

Gв = 1,47^.D_в^3. , кН,

D_в = 2,9 - диаметр винта, м;

= 0,55 - дисковое отношение;

G_в = 1,47^.2,9^3.0,55=19,7 (кН);

q₂ = 3,63 +19,7/0,7 = 31,7 кН/м;

I - экваториальный момент инерции сечения вала относительно его оси, м⁴;

I = ^.d_г²/64 = (3,14^.0,245²)/64 = 2,9·10^-3 м⁴;

E = 2,16^.10⁶ - модуль упругости материала вала, кПа;

мин^-1.

Критическая частота вращения вала должна быть равна или больше её номинального значения

3.6 Проверка валопровода на продольную устойчивость

Проверка на продольную устойчивость выполняется при больших длинах пролётов между опорами и при малом поперечном сечении вала. Необходимость проверки вала на продольную устойчивость устанавливается в зависимости от его гибкости:

= L_max / i,

где

L_max = 2,5 - длина вала между опорами, м;

i - радиус инерции сечения вала ,м:

, м,

I - момент инерции сечения вала, I = ^.d⁴/64, м⁴;

F - площадь поперечного сечения вала, F = ^.d²/4, м²;

i = d/4 = 0,245/4 = 0,061 м.

= 2,5/0,061 = 41.

При 80 вал считается жёстким и его расчёт на продольную устойчивость не производится.

Размещено на Allbest.ru