Загрузка...
Расчет судовой энергетической установки
1. Введение. Общая характеристика судна
За прототип к курсовому проекту был взят т/х "михаил Стрекаловский".
Номер и автор проекта: 743, "Варновверфт", ГДР
Год и место постройки: 1981, ГДР, г. Вернемюнде
Тип судна: Однопалубное, с удлиненным ютом, надстройкой и МО в корме, с ледокольным носом и транцевой кормой.
назначение: Перевозка навалочных грузов, руд, зерна и контейнеров.
˄ 1- Одноотсечная непотопляемость
А2 — обьем автоматизации механической установки позволяет ее эксплуатацию одним оператором из центрального поста управления без постоянного присутствия обслуживающего персонала в машинных помещениях.
У Л — самостоятельное плавание в Арктике в летне-осенний период навигации в легких ледовых условиях и замерзающих не арктических морях круглогодично.
Корпус
количество палуб — 1 непрерывная
Количество водонепроницаемых переборк — 8.
Рис. 1. т/х "михаил Стрекаловский"
I.Основные показатели судна:
·Длина наибольшая м
·Длина между перпендикулярами L┴┴, м — 154,88
·Ширины B, м — 22,86
·Осадка средняя Т , м — 9,88
·Водоизмещение D , т — 27340
·Дедвейт DW , т — 19252
·Скорость хода , уз — 15,29
·Район плавания — неограниченный
·Дальность плавания S, миль — 6000
·Экипаж, чел. — 38
·Общая вместимость трюма, твиндека и верхней палубы, м3 — 26219
II.Энергетическая установка:
·Дизель
·Тип главного пропульсивного двигателя -MAH K8Z70/120E
·Мощность, кВт — 8240
·Частота вращения вала, об/мин -140
·Удельный расход топлива, г/кВт·ч — 217.5
·Тип передачи на гребной вал — прямая
·Валопровод состоит из гребного вала диаметром 599 мм, длиной 7920 мм без облицовки и промежуточного вала диаметром 470 мм и длинной 4900мм,
·Материал дейдвудного подшипника -Баббит;
·Движитель — один ВФШ со съемными 4-мя лопастями, сталь, диаметром 5150 мм, масса винта 18960 кг, частота вращения 140 об/мин;
·Электростанция: род тока — переменный трёхфазный, напряжение 380В. Напряжение сети освещения и отопления 220В.
Источниками электроэнергии являются четыре дизель-генератора марки 8VD36-24A- 1- мощностью 4 x 440 кВт и генератором SSED639 — 12v мощностью 4×400 кВт.
·Вспомогательная котельная установка содержит 2 паровые ФЭБ Дампфер-цеугебау, паропроизводительностью 1х2.5 тч, 1х4 тч пара с давлением 0,5-0,7 МПа.
Располагая данными судна-прототипа можно получить данные, которые можем использовать в последующих расчётах.
Такими данными являются:
·объёмное водоизмещение судна, м3
где т/ м3- плотность морской воды
·коэффициент общей полноты
·коэффициент относительного удлинения судна
·коэффициент — отношение ширины теоретической ватерлинии к осадке
·площадь смоченной поверхности, которая определяется по формуле Семеки В.А. т.к. судно-прототип имеет :
м2
·по формуле Лаппа оценим пропульсивный К.П.Д.
·определим мощность подведённую к гребному винту (валовая мощность).
кВт
Где — к.п.д. валопровода
— к.п.д. передачи, у судна-протатипа передача через трехступенчатый редуктор
·относительная мощность электростанции
где кВт — суммарная мощность электростанции.
кВт — валовая мощность пропульсивной установки
·относительная паропроизводительность вспомогательной котельной установки
кг/кВтч
где кг/ч
·провозоспособность судна — прототипа, это количество груза перевезенное на расстояние
S=3000 миль за эксплуатационный период суток, тонно-миль
где = 0,93…0,95 — коэффициент использования дедвейта;
=0,68 — коэффициент ходового времени
коэффициент потери скорости по гидрометеоусловиям — принимается по таблице 1
Таблица 1
Коэффициент потери скорости
Vs, уз1011…1213…1415…1617…1819…20свыше 20kv0,90,920,930,940,960,970,975
тонно-миль
2. Технические, энергетические и экономические характеристики различных типов ГПК
В задании на курсовую работу в качестве ГПК указана одновальная ГТУ с ГТД двухкомпрессионный с промежуточным охлаждением воздуха, регенератором (с ГТУ 5500л.с. Бритиш Томпсон Хаустон).На судне-прототипе установлен ГПК с ГТУ 4 СПГГ GS-34
. Оценим характеристики этих пропульсивных комплексов:
ХарактеристикиГПК с ГТУ 4 СПГГ GS-34ГПК с ГТУ 5500л.с. Бритиш Томпсон Хаустон Мощность двигателя, кВт36804043Частота вращения, об/ мин55003500Удельный расход топлива, кг/кВт ч0,2650,301Удельная масса, кг/кВт37,842.29КПД,%31,828
Анализируя приведённые в таблице характеристики, можно сделать следующие выводы:
. ГПК с ГТУ 5500л. Бритиш Томпсон Хаустон обладает меньшей экономичностью чем ГПК с ГТУ 4 СПГГ GS-34. Коэффициент изменения к.п.д. равен:
. Удельный расход топлива у ГПК с ГТУ 5500л.с. больше, чем у ГПК с ГТУ 4 СПГГ GS-34
СПГГ GS-34. Коэффициент изменения удельного расхода топлива равен:
. Удельная масса ГПК с ГТУ 4 СПГГ GS-34 меньше массы ГПК с ГТУ 5500л.с. Бритиш Томпсон Хаустон.
Коэффициент изменения удельной массы равен:
Окончательное суждение о преимуществах этих типов ГПК можно сделать после анализа энергетической, эксплуатационной и экономической эффективности.
3. Определение пропульсивной мощности и мощности ГД
В задании на КР заданы главные размерения судна, техническая скорость и коэффициент полного сопротивления движению судна. Располагая этими данными можно определить буксировочное сопротивление и буксировочную мощность.
Буксировочное сопротивление определяется по следующей формуле:
буксировочный пропульсивный паровой котел
где кг/м3- плотность морской воды
Коэффициент общей полноты определяется по следующей формуле:
где м3
Площадь смоченной поверхности, которая определяется по формуле Семеки В.А. т.к. судно-прототип имеет :
м2
Скорость судна в задании в узлах, поэтому переведём узлы в м/с.
м/с
Полученные значения подставляем в формулу
Н =470,832 кН
Буксировочная мощность.
кВт
Пропульсивный КПД винта:
где =0,69- КПД винта в свободной воде,
=0,07- коэффициент засасывания,
=0,05- коэффициент попутного потока.
Определяем пропульсивную мощность (мощность подведенную к гребному валу)
кВт
чтобы определить мощность на выходном фланце главного двигателя, необходимо учесть потери трения в подшипниках валопровода и в прямой передаче.
Эти потери оцениваются: =0.97…0.99 — КПД валопровода
=0,975…0,985 — КПД передачи
Принимаю: =0,98
=0,985.
Мощность главного двигателя:
кВт
Выводы:
На основании выполненных расчётов, заданного прототипа судна, принимаю решение:
. Установить в качестве главного двигателя, газовую турбину 5500л.с. Бритиш Томпсон Хаустон с максимальной мощностью кВт;
. Для обеспечения расчетной пропульсивной мощности установить две таких турбины, работающих на один гребной вал.
. Коэффициент использования максимальной мощности αен = 0,934, при этом пропульсивная мощность будет:
кВт
4. установка двух ДВС повышает надежность судна. При работе одного двигателя судно будет двигаться со скоростью:
Где — пропульсивная мощность при работе одной ГТУ, кВт;
= 7288,45 кВт — рассчитанная пропульсивная мощность;
— скорость судна при работе одной ГТУ, уз;
=21 уз — скорость судна согласно заданию.
уз.
. Комплектация тепловой схемы главного пропульсивного комплекса (ГПК)
Согласно заданию на курсовую работу задана газотурбинная установка. В состав ГТУ входят две ГТУ ….. ГТУ работают на гребной вал через зубчатую передачу.
Структурная схема ГПК показана на рис.1.
Рис.1 Структурная схема ГПК: 1-трехступенчатый редуктор; 2- газовая турбина низкого давления; 3- газовая турбина высокого давления; 4- компрессор низкого давления; 5- компрессор высокого давления; 6- камера горения (сгорания); 7- топливный насос — регулятор; 8- шестеренный масляный насос с приводом от двигателя; 9- автоматический распределитель топлива (АРТ); 10- шестеренный масляный насос редуктора; 11- воздухоохладитель; 12- регенератор.
На тепловой схеме главного пропульсивного комплекса (ГПК) должны быть показаны: топливная, масляная системы, система охлаждения.
Устройства и механизмы системы должны обеспечивать:
·прием топлива в цистерны запаса и откачку топлива из них
·перекачивание топлива из одной цистерны в другую, в отстойные и расходные цистерны;
·подготовку топлива к сжиганию (промывку, сепарирование, ввод присадок, фильтрование;
·подачу топлива к топливным насосам.
Топливная система состоит из цистерн для хранения запасов топлива, отстойных и расходных цистерн, топливных насосов, сепараторов, подогревателей, трубопроводов с запарной и регулирующей арматурой, контрольно-измерительных приборов и автоматических устройств. Схема топливной системы ГТУ показана на рис.2 (а,б,в).
Рис. 2а. Приемно-перекачивающая и расходно-остаточная топливная система: 1- приемная втулка; 2- фильтр; 3- цистерна суточного запаса топлива (диптанк); 4- колонка указательная с плоским стеклом; 5- гусек воздушной трубы; 6- цистерны запаса топлива, расположенные в междудонном пространстве ( в составе корпуса судна); 7- гусек воздушно-измерительной трубы; 8- сетка приемная без клапана; 9- шестеренные электронасосы для перекачки топлива; 10- сдвоенный топливный фильтр; 11- отстойные расходные цистерны; 12- цистерны сбора нефтеостатков; 13- к насосу для удаления нефтеостатоков; 14- к топливным сепараторам.
Рис. 2б. Система топливоподготовки: 1- топливо от перекачивающего электронасоса; 2- отстойно — расходные цистерны; 3- слив нефтесодержащих вод в цистерну сбора нефтеостатков; 4- топливо на второй сепаратор; 5- сепаратор топлива; 6- отсепарированное топливо от второго сепаротора; 7- расходные топливные цистерны; 8- к топливоподкачивающему насосу.
Рис. 2в. Расходная топливная система ГТД: 1- топливо из расходно-отстойной цистерны; 2- расходные топливные цистерны; 3- топливо ко второму топливному насосу; 4- топливо от второго топливного насоса; 5- топливный насос; 6- сдвоенный топливный фильтр тонкой очистки; 7- автоматический электромагнитный клапан подачи топлива к пусковым форсункам ГТД; 8- электромагнитный клапан подачи топлива к ГТД; 9- стоп-кран с электропневмоприводом ( при нарушении режима работы двигателя прекращает подачу топлива к форсункам камеры сгорания и топливо сливается в расходные цистерны); 10- автоматический распределитель топлива; 11- топливный насос-регулятор; 12- пусковой двигатель (стартер); 13- ГТД компановочной схемы 1ТК, 1СТ.
Масляная система ГТД обеспечивает отвод тепла трения от подшипниковых узлов, зубчатых приводных передач. Схема масляной системы ГТД показана рис.3.
Рис.3. Схема масляной системы ГТД: 1- ГТД; 2- масляный насос с приводом от двигателя; 3- маслобак; 4- магнитный фильтр; 5- автономный электромасляный шестеренный насос; 6- палубная втулка для приема масла; 7- приемный фильтр; 8- запасная масляная цистерна; 9- масляный сепаратор; 10- масло подогреватель; 11- терморегулирующий клапан; 12- маслоохладитель; 13- в цистерну грязного масла; 14- отстой в цистерну грязного масла.
Масляная система редуктора подает масло на смазку зубчатого зацепления и подшипников скольжения. Схема масляной системы редуктора показана на рис.4.
Рис.4 Масляная система редуктора ГТУ: 1- двухступенчатый редуктор; 2- гл. упорный пошипник (ГУП); 3- фильтр;4- масляная циркуляционная цистерна; 5- приемная сетка; 6- электромагнитный клапан; 7- приводной масляный насос; 8- электромасляный насос; 9- терморегулирующий клапан; 10- маслоохладитель; 11 — маслоподогреватель; 12- сдвоенный масляный фильтр; 13- повод забортной воды из системы охлаждения; 14- отвод воды; 15- подвод пара к маслоподогревателю; 16- отвод конденсата в цистерну грязных конденсатов; 17- сепаратор.
Система охлаждения забортной водой.
Забортная вода из системы подается в масло- и воздухоохладители, на опреснительные установки в систему охлаждения вспомогательных двигателей (дизельгенераторов, газотурбогенераторов), на охлаждение масла в подшипниках валопровода. Схема системы охлаждения показана на рис. 5.
Рис.5. Схема системы охлаждения забортной водой: 1- бортовой кингстонный ящик; 2- приемный кингстон; 3- днищевой кингстонный ящик; 4- приемная решетка; 5- насосы центробежные; 6- вода на охлаждение ДГ; 7- вода в маслоохладители; 8- вода в охладители масла подшипников валопровода; 9-вода к ОУ; 10 -пар на продувку приемной решетки; 12- слив воды на продувку приемной решетки; 13- отливной кингсон.
Согласно заданию на КР предусмотрено использование тепловой энергии отработавших газов ГТД в комбинированном котле.
Комбинированный котел располагают в выхлопном газоходе главного двигателя.
Схема комбинированного котла показана на рис.6.
Рис. 6. Схема комбинированного котла: 1- пароводяной коллектор-сепаратор; 2- потолочный дырчатый щит; 3- пароперегреватель; 4- конвективно-испарительная поверхность; 5- опускные трубы; 6- водяной коллектор; 7- пароперегреватель со стороны газовой части; 8- патрубок подвода уходящих газов; 9- устройство сажеобдува; 10- водяной коллектор утилизационной части; 11- испарительная секция; 12- трубы экрана; 13- стенка каркаса разделяющая котел на топливную и газовую часть.
Рис. 7. Опреснительная установка: 1- пар от вспомогательного котла; 2- пар от утилизационного котла; 3- забортная вода из системы охлаждения; 4- водоподогреватель; 5- испаритель; 6- сепаратор; 7- эжектор рассола; 8- конденсатор; 9- пароструйный эжектор; 10- электроконденсатный центробежный насос; 11- солемеры; 12- удаление дистиллята с повышенной соленостью; 13- цистерна дистиллята; 14- слив дистиллята с повышенной соленостью в трюм; 15- дистиллятный центробежный электронасос; 16- дистиллят в теплый ящик; 17- отливной кингстон; 18- приемный кингстонный ящик; 19- приемный кингстон; 20- насос забортной воды.
Рис.8. Дизель-генераторная установка: 1- расширительный бак пресной воды; 2- расходная топливная цистерна; 3- расходная масляная цистерна; 4- сдвоенный масляный фильтр; 5- топливный фильтр; 6- спуск отстоя топлива в цистерну грязного топлива; 7- спуск отстоя в цистерну грязного масла; 8- подача топлива из запасной цистерны; 9- подача масла из запасной цистерны; 10- пусковой и подкачивающий агрегат топлива (11) и масла (12); 13- ДВС с приводными механизмами; (14-шестеренный масляный нагнетательный насос; 15- шестеренный топливоподкачивающий насос; 16 — центробежный насос пресной охлаждающей воды; 17- центробежный охлаждающий насос забортной воды; 18- шестеренный маслооткачивающий насос); 19- электрогенератор переменного тока; 20- охладитель пресной воды; 21- приемный кингстон; 22 — кингстонный ящик; 23- отливной кингстон; 24- масляный фильтр; 25- маслоохладитель.
Рис. 9. Компрессорная станция и система сжатого воздуха: 1- поршневой электрокомпрессор с приводными центробежным насосом охлаждения пресной водой (2) шестеренным масляным насосом (3); 4- масляный фильтр; 5- маслоохладитель; 6- масляная цистерна компрессора; 7- расширительная цистерна пресной воды; 8- водоохладитель; 9- масловлагоотделитель; 10- блок осушки воздуха; 11- баллоны воздуха высокого давления; 12- баллон воздуха высокого давления для системы управления ГТУ; 13- воздух в систему управления ГТУ; 14- редукционный клапан низкого давления; 15- баллон воздуха низкого давления; 16- воздух низкого давления на хозяйственно-бытовые нужды; 17- редукционный клапан среднего давления; 18- влагомаслоотделитель; 19- баллон воздуха среднего давления; 20- воздушный клапан с дистанционным управлением; 21- тифон.
Соединив энергетическими связями элементы, показанные на рис. 1-9, мы получим тепловую схему главной пропульсивной установки в условиях графических обозначениях.
5. Определение основных характеристик энергетических систем ГПК
Топливная система
Для каждого МОД устанавливают по две отстойно-расходной цистерны. объем расходно-отстойной цистерны выбирается исходя из обеспечения работы главных двигателей на номинальной мощности в течение 12 ч.:
(16)
Где — плотность топлива для ГТД. При температуре подогрева топлива до 450С,
=895 кг/м3
м3
Суточный расход топлива при работе ГТУ на номинальной мощности:
(17)
Где — суммарная мощность ГПК, на судне установлено 2 МОД.
м3
Подача сепараторов из цистерны 2 в цистерну 7 (см.рис.2б) определяется из условия сепарации суточного расхода топлива за ч. Время сепарации принимаю ч.
м3/ч
Обычно устанавливают 3 топливных однотипных сепараторов (один из них резервный)
Подача одного сепаратор составит:
м3/ч
Из списка типоразмеров сепараторов выбираю центробежный сепаратор марки СЦС-3 со следующими параметрами:
Номинальная подача, м3/ч 3,0
Мощность электродвигателя, кВт — 8
Масса, кг 1000
Габариты, LxBxH, мм 1290 x 1010 x 1310
топливо из топливных запасных цистерн, диптанка подается в расходно-отстойные цистерны топливоперекачивающими насосами (см. рис.2а). Ёмкость запасных топливных цистерн обычно равна (100…150)т, принимаю 120т.
объем запасной цистерны составит:
м3
где =910 кг/м3 — плотность топлива при t =200С.
Продолжительность выкачки этого количества топлива составляет τвык = 4…6 ч, принимаю τвык = 6 ч.
Подача топливоперекачивающего насоса составит:
м3/ч
Мощность потребляемая топливо перекачивающим шестеренным насосом:
где — напор шестеренного насоса;
— КПД насоса
принимаю: ;
Вт = 11,1 кВт
Подача топливоперекачивающего насоса определяется по расходу топлива главным двигателем:
м3/ч
Мощность потребляемая топливоперекачивающим насосом:
В качестве топливоперекачивающего насоса выбираю винтовой насос с давлением нагнетания
КПД насоса
Вт = 1,66 кВт
Масляная система
Подача масляных насосов двигателя определяется количества тепла отводимого от узлов трения двигателя, которое определяется следующим образом:
кДж/ч
Подача масляного насоса двигателя
Где кДж/кг∙град — теплоемкость масла
кг/м3 — плотность масла
0С- предельно допустимая разность температур масла на выходе и входе.
м3/ч
количество масла, находящегося в системе при кратности циркуляции Кц=8
м3
объем циркуляционной масляной цистерны двигателя составляет (15…18%) от подачи масляного насоса:
м3
Мощность электродвигателя масляного насоса:
Где — коэффициент запаса мощности
МПа- напор масляного насоса, определяемый по давлению масла в системе автоматического управления.
— к.п.д. шестеренного насоса
Вт =31 кВт
Система охлаждения пресной водой
Тепло, воспринятое пресной водой от ГД:
Qпв = (0,085…0,150)beNeQPH = 0,1*0,301*4043*42700 = 51,9*105 кДж/ч,
Тепло, воспринятое пресной водой от поршней:
Qп = (0,04…0,050)beNeQPH = 0,04*0,301*4043*42700 = 20,78*105 кДж/ч,
Подача насоса пресной воды:
где CПВ=4,17 кДж/(кг*град) — теплоемкость пресной воды;
ΔtПВ=(8…10)0С = 100С — разность температур пресной воды между входом и выходом из водо-водяного охладителя.
ρПВ=1000 кг/м3 — плотность воды;
Мощность насоса пресной воды:
где κз=(1,15…1,25) = 1,2 — коэффициент запаса насоса по подаче;
ηНПВ=(0,65…0,70) = 0,68 — к.п.д. насоса;
ННПВ=(0,2…0,3) = 0,25 МПа — напор насоса.
выбираем центробежный насос НЦВ-250/20
Система охлаждения забортной водой
Тепло, воспринятое забортной водой от пресной воды, масла и воздуха в воздухоохладителе турбокомпрессоров:
Qзв=Qпв+Qм+Qв
где Qв — тепло, переданное от наддувочного воздуха охлаждающей забортной воде.
Qв=1,005*13,9*(401-293) = 1508,7 кДж/ч,
где =1,005 кДж/(кг град) — удельная теплоёмкость воздуха
=be*Ne*a *j*Lo/3600 = 0.301*4043*1.8*1.6*14.3/3600 = 13.9 кг/с
потребное количество воздуха
= 293 К — начальная температура воздуха
=*=293 = 401 К
температура воздуха после компрессора
k = 1,4 — показатель адиабаты сжатия
кДж/ч
Подача насоса заборной воды:
м3/ч
Где кДж/кг∙град — удельная теплоемкость забортной воды;
кг/м3 — плотность забортной воды;
— нагрев воды в охладителях, 0С принимаю 0С
Мощность потребляемая насосами забортной воды системы охлаждения:
Где — коэффициент запаса мощности электродвигателя, принимаю
МПа — напор создаваемый насосом;
— к.п.д. центробежного насоса.
выбираем центробежный насос НЦВ-250/30
Выбор утилизационного парового котла
Паропроизводительность комбинированного котла оценим используя относительную паропроизводительность комбинированного котла судна-прототипа;
кг/ч
Выбор опреснительной установки
Расход пресной воды:
QСУТ = QХ.Б + QСЭУ
QСЭУ — расход пресной воды на СЭУ
QСЭУ = 0,0002*∑Nгд = 0,0002*8086 = 1,6 т/сут
QХ.Б — расход пресной воды на хозяйственно-бытовые нужды.
QХ.Б. = n*(dП + dМ + dФ)*10-3 = 38*(50+100+50)*10-3 = 7,6 т/сут
n — количество членов экипажа
dП — расход питьевой воды на человека: dП = 50 л/(ч*сут)
dМ — расход мытьевой воды на человека: dМ = 100 л/(ч*сут)
dФ — фановые воды: dФ = 50 л/(ч*сут)
QСУТ = QХ.Б + QСЭУ = 7,6+1,6 = 9,2 т/сут = 9,2 м3/сут
выбираем ВОУ утилизирующую тепло дизелей, батарейную, одноступенчатую типа Д-4.
Выбор дизель-генератора
Мощность электроэнергетической установки:
кВт
Устанавливаем 3 ДГ с единичной мощностью:
кВт
В качестве ДГ устанавливаю 6Д150М, с параметрами
мощностью: 600 кВт
удельным расходом топлива: 224г/кВт∙ч
масса: 24600кг
6. Определение энергетической эффективности СЭУ
Энергетическая эффективность определяет основную долю затрат на эксплуатацию СЭУ.
Расчёт энергетической эффективности ведем для СЭУ судна лесовоз типа при скорости =15,2 узлов (прототип) и =18 узлов (согласно задания). На судне-прототипе установлен ГТУ 4 СПГГ GS-34 мощностью 3680 кВт, с частотой вращения 5500 об/мин и удельным расходом топлива =265 г/(кВт ч). На проектируемой установке установлено 2 газотурбины 5500л.с. Бритиш Томпсон Хаустон суммарной мощностью 8086 кВт (мощность одной ГТУ 4043 кВт). Суммарный удельный расход топлива 602 г/(кВт∙ ч),частота вращения гребного винта 115 об/мин.
Расчёт ведём в табличной форме.
Сравнительный анализ энергетической эффективности СЭУ.
№ п/пХарактеристики, размерностьОбозначениеРасчётная формула, источникЧисленные значения ГТУ 4 СПГГ GS-34ГПК с ГТУ 5500л.с. Бритиш Томпсон Хаустон1234561.Агрегатная мощность, кВтИз спецификации судна-прототипа и из задания на КП36802×40432.Удельный расход топлива, г/чИз спецификации судна-прототипа и МОД2652×3013.Дальность плавания , мSИз спецификации судна-прототипа и из задания на КП. Примечание: 1 миля = 1852 м11.1 11,1 4.Скорость хода, м/с7,819.2525.Эксплуатационный период, сИз задания на КП25.05 25,05 6.Коэффициент ходового времениИз задания на КП0,700,707.Коэффициент использования технической скоростиВыбираю из таблицы0.940.968.Нормируемое время маневровых и швартовых операций в портах погрузки и разгрузки, с=(28…44) с
Принимаю: =4040409.Ходовое время, с1,551,29 10.Стояночное время, с0,66 0,293 11.Время рейса, с2,21 1,583
12.количество рейсов за эксплуатационный периодZ111613.Коэффициент полезной мощности СЭУ, приведенный к номинальной мощности ГПК0,8290,82714.Коэффициент использования номинальной мощности- для дизельных установок
-для газотурбинных установок0,90,915.Пропульсивной к.п.д.Из предыдущих расчетов (раздел1, раздел 3)16.Относительный расход электрической энергии общесудовой и технологический комплексИз задания на КП0,120,1217.Относительный расход тепловой энергии общесудовой и технологический комплексИз задания на КП0,100,1018.потенциальная энергопроизводительность СЭУ, МДж=76,42167,5119.Фактическая потенциальная энергопроизводительность СЭУ, МДж=Z74,16169,3720.Расход топлива на главные двигатели, кг/с0,2761,3721.Расход топлива на дизельгенераторы, кг/с
Примечание: На судне-прототипе установлено три ДГ марки ДГТ 200/1, мощность дизеля =200 кВт, удельный расход топлива =212 г/(кВтч). На проектируемом судне установлено четыре ДГ марки 6Д150М, мощность дизеля =600 кВт, уд. Расход топлива =224 г/(кВтч)0,0360,11422.Расход топлива на ходовом режиме, кг/с=+0,60,29761,4323.Расход топлива на стояночном режиме, кг/сНа стоянке работает 2 ДГ .
— на судне-прототипе
— на проектируемом судне0,0720,11424.Расход теплоты на ходовом режиме, МВт=12,70761,0625.Расход теплоты на стояночном режиме, МВт=3,074,86726.К.П.Д. СЭУ на ходовом режиме0,1760,0827.К.П.Д. СЭУ на стояночном режиме0,2640,36528.Удельный расход топлива на ходовом режиме, кг/МДж0,000130,0002929.Удельный расход топлива на стояночном режиме, кг/МДж0,000080,000064анализ полученных данных в таблице условно показывает;
.Коэффициент изменения к.п.д. СЭУ
2.Коэффициент изменения расхода топлива
Т.о. выбранный вариант СЭУ уступает в энергетической эффективности СЭУ судна-прототипа.
7. Определение эксплуатационной эффективности СЭУ
Эксплуатационная эффективность СЭУ оценивается качеством установленной на судне энергетической установки. качество СЭУ оценивается показателями надёжности и эксплуатационными характеристиками. Надёжность является комплексными свойствами объекта, которые включает безотказность, ремонтопригодность, долговечность, сохраняемость или определённые сочетания этих свойств.
№ п/пНаименование характеристикОбозначениеРасчётная формулаЧисленные значенияГТУ 4 СПГГ GS-34ГПК с ГТУ 5500л.с. Бритиш Томпсон Хаустон1234561.Коэффициент готовности
где ч.- наработка до отказа;
— время восстановления работоспособности;0,9380,9382.Коэффициент технического использования
где =25,05 — среднегодовой эксплуатационный период ТИ;
=365 сут. =31.56106c.0,7930,7933.Масса СЭУ, т
где т/МВт;
MВт; MВт87,15158,424.Расчетный запас топлива на ходовом режиме, кг0,461,8445.запас топлива на ходовом режиме между портами бункеровки, кг0,4781,916.Полный запас ТСМ на рейс, кг
где =1.10…1.30 — коэффициент запаса топлива (большее значение принимают на коротких рейсах);
=0.03…0.08
=0.05…0.20 — относительный запас смазочных материалов и пресной воды.0,621 2,487.Полная масса СЭУ, кг=+0,7082,648.Удельная масса СЭУ, кг/МВт=/0,199*1060,409*1069.объем цистерн запаса топлива на ходовом режиме, м3
Где к1=1,02…1,05 — коэффициент загромождения цистерн;
к2=1,05 — коэффициент "мертвого" объема цистерн;
— удельный объем топлива, подогретого до температуры
перекачивания (40 °С), м3/кг,
,м3/кг0,0004970,0019810.объем цистерн запаса топлива на стояночном режиме, м30,0000510,00003611.Общий объем цистерн с топливом, м3=+0,0005480,00201612.Объём цистерн суточного запаса топлива на ходовом режиме, м3
где =86,4 с0,006720,010613.Полный запас, кг
где -коэффициент общесудового запаса;
ак=(10…20) кг/(челч) — норматив судового запаса на одного члена экипажа;
zK — численность экипажа884,121737,7814.чистая грузоподъёмность, кгDчDч=DW-
Где DW — дедвейт судна
Отношение дедвейта к полному водоизмещению судна составляет:
■ для танкеров DW/D = 0,726…0,756
■ для сухогрузов DW/D = 0,672…0,712
■ для лесовозов DW/D = 0,596…0,641
■ для больших рыболовных траулеров DW/D — 0,444…0,464
■ для БMPT DW/D =0,281…0,3555517,875664,22буксировочный пропульсивный паровой котел
8. экономическая эффективность
·по приведенным затратам, отнесенным к единице продукции (например, доставка груза из Москвы во Владивосток по железной дороге -приведенный коэффициент равен 1,7 руб/кг);
·по уровню доходности;
·по производительности труда судового экипажа;
·по фактической эффективности капиталовложений;
·по приведенным затратам, связанным с природоохранными мероприятиями.
Эффективность СЭУ оценивают отношением затрат к конечному результату. Снижение эффективности СЭУ может быть абсолютным — по мере ухудшения технико-экономических характеристик данной СЭУ по сравнению с построечной и относительным — по мере снижения т.э.х. СЭУ по сравнению т.э.х. новых СЭУ того же назначения.
Снижение эффективности СЭУ является следствием физического и морального износа. Теоретические основы изнашивания изложены в монографии: Подсушный A.M. "Восстановление эффективности СЭУ". Физический Износ элементов СЭУ оценивается коэффициентом физического износа и коэффициентом антропогенного давления на окружающую среду.
Конечным результатом СЭУ безотносительно к затратам и показателям, от качества СЭУ независящими, является энергопроизводительность. Поэтому экономическую эффективность СЭУ оцениваем по приведенным удельным затратам на вырабатываемый МДж энергии. анализ производим в табличной форме.
№ п/пНаименование характеристикОбозначениеРасчётная формулаЧисленные значенияГТУ 4 СПГГ GS-34ГПК с ГТУ 5500л.с. Бритиш Томпсон Хаустон1234561.затраты на топливо на ходовом режиме, руб/МДж
где Цт =32000..42000- стоимость топлива, зависящая от его качества. По состоянию на 2012г. стоимость топлива на рынках Приморья3235,938574,692.Затраты на топливо на стояночном режиме, руб/МДж782,88683,573.затраты на смазочное масло на ходовом режиме, руб/МДж=
где — коэффициент затрат на смазочные материалы (см. табл. 1.11 .П)3252,788617,564.затраты на смазочное масло на стояночном режиме, руб/МДж=786,79686,985.Приведенные затраты на ТСМ, руб/МДж442, 85901,386.Стоимость СЭУ, руб
где — удельная стоимость, отнесенная к единице номинальной мощности, руб/кВт (см табл. 2.1 П)15904000289094407.затраты на содержание машинной команды, руб
где — суточное содержание одного человека машинной команды. Наш судовладелец тратит на содержание одного
человека машинной команды (зарплата + питание) не более
.5…39 дол/сут.
— численность машинной команды вместе со старшим механиком.2299502299508.Затраты на техническое снабжение, руб
где =0.006 — норма отчислений на снабжение95424173456,649.затраты на текущий ремонт, руб
где =0.01 — норма отчислений на текущий ремонт159040289094,410.Удельная стоимость технического использования, руб/МДжСтн
где =1.25 — коэффициент накладных
расходов;641,721201,0211.Затраты на восстановление, руб/МДжСэк
где =0.036 — норма амортизационных отчислений на полное восстановление;
=0.023- норма амортизационных отчислений на капитальный ремонт12278,6710182,4212.Приведенные удельные затраты, руб/МДжСэуСэу= Стсм+ Сэк12721,5211083,813.годовые эксплуатационные затраты на СЭУ, рубЭэуЭэу = Сэу tэ Neн93784,187148171,127
Таблица 1.1 П [6]
Коэффициент затрат на смазочные материалы
Тип ЭУДРУДЭУДСУПТУГТУКcм1,05…1,091,04…1,061,03…1,051,002…1,0031,003…1,008
Таблица 2.11П [4, 6]
Удельная стоимость единицы номинальной мощности , дол/кВт
Тип ЭУНоминальная мощность, МВт7,5101520253045ГТУ-160…184144…176136…160120…136112…128-
9. Техническое описание топливной системы ГТД
Топливная система СЭУ должна обеспечивать:
·прием топлива с берега, хранение его в емкостях основного запаса перекачку из одних емкостей в другие и выдачу на берег;
·очистку топлива от воды и механических примесей;
·непрерывную подачу топлива требуемой вязкости к главным и вспомогательным парогенераторам, дизелям или ГТД.
Топливо поступает на судно через палубные наливные втулки, фильтр грубой очистки в емкости основного запаса топлива.
Топливо через фильтр топливоперекачивающим насосом (или ручным насосом) подается в отстойные цистерны.
Из отстойных цистерн топливо направляется в сепарационную установку, а из неё в расходные цистерны.
Из отстойных цистерн по трубопроводу отстой спускается в цистерны грязного топлива.
Из расходных цистерн топливо принимается через сдвоенный фильтр топливоподкачивающим насосом.
затем оно подогревается в подогревателе и подается к плунжерным насосам высокого давления главного двигателя.
Легкое топливо по трубопроводу поступает к главному двигателю и дизель-генераторам.
В сепараторах топливо может очищаться от воды и механических примесей. Производительность сепаратора выбирают из условия очистки суточного расхода топлива за 8 — 12 ч.
10. Заключение
На основании задания и полученной эффективной мощности СЭУ в качестве главного двигателя установить ГТУ 5500л.с. Бритиш Томпсон Хаустон с максимальной мощностью кВт
Данный тип ГПК является не выгодным и мало эффективным для данного типа судна. В следующих пунктах были произведены расчёты эффективности ЭУ и рассмотрен вопрос о её увеличении. Так же исходя из расчётов был проведён подбор вспомогательного оборудования.
Входе работы были получены навыки в проектировании тепловых схем, изучены принципы совместной работы главных и вспомогательных комплексов судовой энергетической установки.
11. список используемой литературы
1.Клименюк И.В., Макаревич А.В., Минаев А.Н. Судовые энергетические установки: учебное пособие / ДВГТУ — Владивосток 2008 г.
.Козлов В.И., Титов П.И., Юдицкий Ф.Л. Судовые энергетические установки: Судостроение, 1969 г.
.Лекционный материал по данной дисциплине.
.Правила российского морского Регистра судоходства Том 1 — 2007 г.
.руководство по выбору моделей судовых двигателей и дизель-генераторов Сентябрь 2006.
.Справочник судового механика под ред. К.т.н. Л.Л. Грицая Том 1-2 М.: Транспорт 1973.