СОДЕРЖАНИЕ
Введение 6
1выбор главных двигателей 7
1.1Расчет мощности главных двигателей 7
1.2Технико-экономическое обоснование 8
2выбор способа передачи мощности от главного двигателя к движителю 12
3Расчет валопровода 15
3.1Определение диаметра валопровода 15
3.2Проверочный расчет прочности промежуточного вала 16
3.3Проверочный расчет прочности гребного вала 16
3.4Проверочный расчет на критическую частоту вращения гребного вала 18
3.5Проверочный расчет вала на продольную устойчивость 20
4Расчет систем СЭУ 23
4.1Расчет топливной системы 23
4.1.2Расчет системы тяжелого топлива 25
4.2Расчет масляной системы 28
4.3Расчет системы охлаждения 33
4.4Расчет системы сжатого воздуха 35
4.5Расчет газовыпускной системы 37
5Расчет общесудовых систем 39
5.1Система осушения 39
5.2Система балластная 40
5.3Системы противопожарные 41
5.4Системы санитарные 44
5.5Система вентиляции машинных и насосных отделений 48
5.6Грузовая и зачистная системы 50
5.7Расчет количества теплоты, потребной на судне 51
5.8Определение общих запасов на судне топлива, масла и воды 53
6Расчет судовой электроэнергетической системы 55
6.1Выбор рода тока 55
6.2Выбор номинального напряжения СЭЭС 56
6.3Выбор частоты тока СЭЭС 59
6.4Расчет мощности судовой электростанции 61
6.5Выбор количества и мощности генераторных агрегатов основной электростанции 64
6.6Выбор аварийного источника электроэнергии 66
7Расчет затрат на оборудование 68
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 69
Список используемых источников 70
Введение 5
1 выбор главных двигателей 6
1.1 Расчет мощности главных двигателей 6
1.2 Технико-экономическое обоснование 7
2 выбор способа передачи мощности от главного двигателя к движителю 11
3 Расчет валопровода 14
3.1 Определение диаметра валопровода 14
3.2 Проверочный расчет прочности промежуточного вала 15
3.3 Проверочный расчет прочности гребного вала 16
3.4 Проверочный расчет на критическую частоту вращения гребного вала 18
3.5 Проверочный расчет вала на продольную устойчивость 20
4 Расчет систем СЭУ 23
4.1 Расчет топливной системы 23
4.1.1 Расчет системы легкого топлива 23
4.1.2 Расчет системы тяжелого топлива 26
4.2 Расчет масляной системы 29
4.2.1 Расчет масляной системы при работе двигателя на легком топливе 31
4.2.2 Расчет масляной системы при работе двигателя на тяжелом топливе 33
4.3 Расчет системы охлаждения 35
4.3.1 Расчет системы охлаждения при работе двигателя на легком топливе 36
4.3.2 Расчет системы охлаждения при работе двигателя на тяжелом топливе 37
4.4 Расчет системы сжатого воздуха 38
4.5 Расчет газовыпускной системы 40
4.5.1 Площадь сечения газовыпускного трубопровода за дизелем 41
4.5.2 Площадь сечения газовыпускного трубопровода за утилизационным котлом 41
4.5.3 Площадь сечения газовыпускного трубопровода за автономным котлом 41
5 Расчет общесудовых систем 42
5.1 Система осушения 42
5.2 Система балластная 43
5.3 Системы противопожарные 44
5.3.1 Система водотушения 44
5.3.2 Система воздушно-механического пенотушения 46
5.4 Системы санитарные 48
5.4.1 Система водоснабжения 49
5.4.2 Система сточно-фановая 51
5.5 Система вентиляции машинных и насосных отделений 52
5.6 Грузовая и зачистная системы 55
5.7 Расчет количества теплоты, потребной на судне 56
5.8 Определение общих запасов на судне топлива, масла и воды 59
6 Расчет судовой электроэнергетической системы 61
6.1 Выбор рода тока 61
6.2 Выбор номинального напряжения СЭЭС 62
6.3 Выбор частоты тока СЭЭС 66
6.4 Расчет мощности судовой электростанции 67
6.5 Выбор количества и мощности генераторных агрегатов основной электростанции 71
6.6 Выбор аварийного источника электроэнергии 72
7 Расчет затрат на оборудование 75
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 76
Список используемых источников 77
Современные суда оборудованы большим количеством машин и механизмов различного назначения, которые приводят их в движение с необходимой скоростью, содействуют созданию комфортных условий в жилых и служебных помещениях, выполняют перегрузочные операции, производят углубление, очистку водных путей и другие работы.
Комплекс устройств, предназначенных для полного удовлетворения всех потребителей на судне различными видами энергии, принято называть судовой энергетической установкой (СЭУ). Часть такой установки, обеспечивающую энергией основные производственно-технические нужды судна (движение, дноуглубительные работы), относят к главной, а вторую часть установки, предназначенную для снабжения электроэнергией, паром горячей водой и другими энергоносителями неосновных потребителей, - к вспомогательной. Суда, выполняющие транспортную работу, могут иметь одну или несколько главных энергетических установок.
Так как по заданию необходимо увеличить грузоподъемность судна, то для расчета мощности необходимо воспользоваться формулой адмиралтейских коэффициентов:
где – мощность проектируемого судна,кВт;
– водоизмещение проектируемого судна,т;
– скорость проектируемого судна, км/ч;
– адмиралтейский коэффициент, определяемый по формуле
где – мощность главного двигателя судна-прототипа,кВт;
– скорость судна-прототипа,км/ч;
– водоизмещение судна прототипа,т;
Теперь под рассчитанную мощность необходимо подобрать четыре двигателя.
Для дальнейших расчетов были выбраны двигатели следующих марок:
Wärtsilä 8R22HF-D – это двигатель, который установлен на судне-протатипе. Четырехтактный, с газотурбинным наддувом, применяется в качестве главного судового двигателя. Передача мощности гребному винту осуществляется через реверс-редуктор. Способен работать на тяжелом топливе (Возницкий И. В. Современные судовые среднеоборотные двигатели, 2003г. страница 56).
Wärtsilä 6L20 – четырехтактный, с газотурбинным наддувом, применяется как в качестве главного судового двигателя, так и вспомогательного. Передача мощности гребному винту осуществляется через реверс-редуктор. Так же способен работать на тяжелом топливе (Возницкий И. В. Современные судовые среднеоборотные двигатели, 2003г. страница 70).
Weichai CW12V200ZC – это дизель производства китайской фирмы Weichai, являющейся одной из ведущих в мире по производству двигателей. Четырехтактный, с газотурбинным наддувом, применяется в качестве главного судового двигателя или вспомогательного. Передача мощности гребному винту осуществляется через реверс-редуктор (интернет источник: http://wfyuxing.en.alibaba.com/product/329594544-200469313/Weichai_CW200ZC_Diesel_Engine.html)
МАК 8M20 – дизель производства американской фирмы Caterpillar. Четырехтактный, с газотурбинным наддувом, применяется в качестве главного судового двигателя. Передача мощности гребному винту осуществляется через реверс-редуктор (Возницкий И. В. Современные судовые среднеоборотные двигатели, 2003г. страница 106).
Для выбора оптимального двигателя необходимо произвести экономический расчет.
studfiles.net
К установившимся режимам относится работа на гребной винт или генератор при постоянной частоте вращения и неизменной нагрузке.
Характер этих режимов зависит во многом от сопротивления воды движению судна.
Особыми установившимися режимами являются работа двигателя при увеличенных температурах наружного воздуха, повышенном сопротивлении в выпускном тракте вследствие засорения его сажей и осадками масла, работа с неполным числом цилиндров или при неисправном турбокомпрессоре, работа при плавании в битом льду, с ненормальным дифферентом, с поврежденным гребным винтом.
К неустановившимся режимам работы двигателя относятся работа при пусках, прогреве и остановках, работа при переходе с одного скоростного режима на другой (постановка и выборка орудий лова), работа на винт при разгоне судна, работа во время реверсирования судна или его циркуляции, работа на заднем ходу, работа на генератор при изменении электрической нагрузки.
Работа дизеля при увеличенном сопротивлении движению судна
Если сопротивление движению судна по каким-либо причинам увеличилось, например вследствие обрастания корпуса, плохой погоды, влияния мелководья или при буксировке трала, гребной винт становится более «тяжелым». Иначе говоря, он потребляет от двигателя при той же частоте вращения мощности, большую, чем при обычных условиях. В установке с обычным гребным винтом фиксированного шага во избежание перегрузки двигателя снижают частоту вращения. На сколько нужно понизить частоту вращения, определяют в каждом конкретном случае в соответствии с инструкцией завода-изготовителя, в которой указываются предельные значения температуры выпускных газов, расхода топлива или максимального давления сгорания для каждого значения частоты вращения (ограничительная характеристика). В установке с ВРШ нет необходимости снижать частоту вращения - можно лишь уменьшить шаг винта с таким расчетом, чтобы параметры двигателя, контролируемые по приборам, соответствовали номинальному режиму.
Наиболее тяжелым установившимся режимом является работа на швартовах. В этом случае сопротивление движению корпуса бесконечно велико.
В практике эксплуатации возможны случаи уменьшения сопротивления движению судна, например при плавании в балласте или при сильном попутном ветре. Гребной винт при этом становится «легче», т. е. несколько недогружает главный двигатель при номинальной частоте вращения.
Выбор режима при увеличении сопротивления движению судна диктуется необходимостью сохранения тепловой и механической напряженности двигателя в нужных пределах. Показателем теплонапряженности является величина и характер изменения температуры в стенках поршней, цилиндровых втулок и крышек. Так, температура зеркала цилиндра в районе первого поршневого кольца (при положении поршня в в. м. т.) не должна превышать 175° С во избежание разрушения масляной пленки и возникновения сухого трения. Температура поршней лимитируется в районе первого поршневого кольца из условий предотвращения его закоксовывания, на днище поршня из условий сохранения допускаемых тепловых напряжений и отсутствия коксо- и лакообразования со стороны, омываемой охлаждающим маслом.
Показателем механической напряженности является напряжения и деформации, возникающие в деталях от действия сил давления газов и сил инерции движущихся частей. Косвенно о механической напряженности можно судить по величине максимального давления сгорания и жесткости работы двигателя, под которой понимают интенсивность повышения давления в цилиндре во время сгорания топлива.
Большое влияние на механическую напряженность коленчатого вала оказывают крутильные колебания. Коленчатый вал вместе с другими присоединенными к нему движущимися поступательно и вращающимися деталями представляет собой упругую систему, отдельные участки которой при работе двигателя закручиваются и раскручиваются в разных направлениях. Такие «вынужденные» крутильные колебания наблюдаются на всех режимах, и вызываются они главным образом периодическим действием сил давления газов в цилиндрах. Иногда оказывает влияние и неравномерный крутящий момент гребного винта, периодичность изменения которого зависит от числа лопастей.
Упругая вращающаяся система валов обладает собственными колебательными свойствами - частотой свободных колебаний и их формой. Эти свойства зависят только от расположения масс деталей и упругости соединяющих их участков вала. Свободные колебания не развиваются при работе двигателя, их можно лишь возбудить искусственно, если кратковременно приложить крутящий момент.
После прекращения действия момента система начинает колебаться с определенной частотой, но колебания быстро затухают благодаря внутреннему трению в материале валов. В зависимости от того, в каком месте вала приложить момент, могут возникнуть колебания разных форм. При одной из форм - одноузловой - концы валовой линии закручиваются в разных направлениях, а в средней части одно из сечений не участвует в колебаниях (узел). При двухузловой форме оба конца валовой линии закручиваются в одну сторону, а ее средняя часть - в другую; таким образом образуются два узла. Возможны также трехузловая, четырехузловая и другие формы колебаний. Чем выше форма колебаний, тем больше частота свободных колебаний. В обычных установках практическое значение могут иметь одноузловые и двухузловые колебания; их частота соответственно составляет 200-3000 и 900-10 000 колебаний в минуту.
При увеличении или уменьшении частоты вращения вала двигателя соответственно изменяется и частота вынужденных колебаний от сил давления газов в цилиндрах. На некоторых режимах она совпадает с частотой свободных колебаний одно- или двухузловой формы. В результате развиваются резонансные колебания. Степень их опасности определяется расчетом еще при проектировании установки и проверяется специальным прибором (торсиографом) на одном из судов каждой серии. В случае, если напряжения не превышают допускаемой величины, никаких ограничений не накладывается. Некоторое превышение напряжений говорит о необходимости назначить запретную зону. Продолжительная работа двигателя в этой зоне недопустима, так как может привести к разрушению валовой линии в одном из сечений из-за усталости материала вала. Возможно также повреждение зубьев шестерен редуктора. Внешне работа двигателя в запретной зоне может сопровождаться заметной вибрацией и шумами, но эти признаки обнаруживаются не всегда.
Запретные зоны отмечаются на тахометре красным сектором. Проход через запретную зону при увеличении или уменьшении частоты вращения осуществляется плавно, но быстро.
Значительное превышение напряжений при резонансах над допускаемыми напряжениями представляет опасность даже при кратковременной работе. В таких случаях дизелестроительным или судостроительным заводом принимаются меры борьбы с крутильными колебаниями. Можно, например, уменьшить ширину или диаметр маховика, и тогда запретная зона сместится в зону выше номинальной частоты вращения. Применяют и специальные устройства - демпферы и антивибраторы.
Общим показателем тепловой и механической напряженности дизеля является степень форсирования. Наиболее удобно оценивать степень форсирования величиной удельной поршневой мощности показывающей, сколько эффективных лошадиных сил приходится на 1 дм2 площади поршня.
На долевых режимах удельная поршневая мощность, а следовательно, и тепловая и механическая напряженности резко снижаются. Но это не значит, что малые частота вращения и нагрузки являются наиболее благоприятными для двигателя. На таких режимах ухудшаются условия охлаждения и смазки, происходят забросы масла в выпускной коллектор. Поэтому продолжительная работа на малых нагрузках нежелательна. Некоторые заводы ограничивают минимальную нагрузку на дизель при разных значениях частоты вращения определенными величинами. Такое ограничение, например, введено для распространенного на флоте рыбной промышленности дизеля 8ДР43/61.
Работа двигателя при повышенной температуре наружного воздуха
На режимах, близких к предельно допустимой в эксплуатации мощности, двигатель чувствителен к параметрам наружного воздуха. Повышение температуры и влажности воздуха и снижение атмосферного давления приводят к уменьшению весового заряда воздуха, поступающего в цилиндры. В результате снижается мощность и экономичность, ухудшается тепловая и механическая напряженность. Наибольшее влияние оказывает температура воздуха.
По указанной причине дизелестроительные заводы гарантируют номинальную мощность при определенных внешних условиях. В СССР нормальными условиями, согласно ГОСТ 5733-51, считаются температура воздуха на впуске +15° С, барометрическое давление (760 мм рт. ст.) и относительная влажность 0,6. Некоторые заводы, например «Русский дизель», гарантируют номинальную мощность и при менее благоприятных условиях, в частности при температуре до +25° С (двигатель 8ДР43/61).
Каждый дизелестроительный завод в инструкции по эксплуатации двигателя регламентирует величину снижения мощности при изменении внешних условий. При отсутствии в инструкции соответствующих указаний можно руководствоваться следующими ориентировочными данными: мощность двигателя следует снижать на 3-5% при увеличении температуры наружного воздуха на каждые 10° С свыше 20° С.
Работа двигателя при выключенном цилиндре
При невозможности быстро устранить неисправность в одном из цилиндров допускается временная работа двигателя с отключенным цилиндром. Отключение неисправного цилиндра может сопровождаться только прекращением подачи в него топлива или демонтажем деталей движения. В последнем случае у двухтактного двигателя выпускные и продувочные окна закрывают либо специальными приспособлениями, либо путем подвешивания поршня на талях.
Эффективная мощность главных двигателей, работающих при постоянной частоте вращения (в установках с ВРШ), и дизель-генераторов снижается на величину индикаторной мощности отключенного цилиндра.
В установке с обычным винтом фиксированного шага необходимо снизить частоту вращения (об/мин) до значения
где nн —номинальное число оборотов; Niц- индикаторная мощность отключенного цилиндра; Neн- номинальная эффективная мощность дизеля.
Следует иметь в виду, что при отключенном цилиндре изменяется расположение запретной зоны от крутильных колебаний. Поэтому при работе дизеля следует особенно тщательно следить за его шумом и вибрацией.
Работа при трогании с места и разгоне судна
При трогании с места и разгоне судна, кроме сопротивления воды, необходимо преодолеть еще силу инерции массы судна. Следовательно, движущая сила и момент винта могут быть больше, чем при равномерном движении судна с заданной скоростью.
Если при трогании судна с места скорость вращения вала двигателя будет больше, то последний окажется перегруженным.
Быстрый разгон, позволяя быстрее достигнуть скорости полного хода судна, вызывает более высокую нагрузку двигателя или даже его перегрузку. При медленном разгоне судна вращающий момент постепенно достигает значения момента полного хода, и разгон судна совершается без перегрузки двигателя.
Работа на задний ход и при реверсировании винта
При работе двигателя на задний ход необходимо, чтобы углы открытия и закрытия клапанов газораспределительного механизмы и углы опережения подачи топлива в цилиндры были равны соответствующим углам при работе на передний ход.
Если предохранительные клапаны «стреляют» только при работе двигателя «Назад», то это указывает на увеличение угла опережения подачи топлива по сравнению с работой двигателя «Вперед».
При частоте вращения заднего хода, равной частоте вращения полного хода вперед, момент сопротивления может значительно превысить номинальный момент на валу двигателя, что приведет к перегрузке двигателя.
Большую опасность представляет увеличение напряжений в коленчатом валу на маневрах при торможении движения сжатым воздухом для ускорения процесса реверсирования, а также при разгоне двигателя на задний ход при продолжающемся движении судна вперед.
При движении судна полным ходом двигатель в процессе реверсирования должен остановить гребной винт (при выключенном двигателе судно по инерции продолжает движение и гребной винт вращается под действием потока воды за судном), удержать его в неподвижном положении и начать вращать в нужном направлении. При этом на коленчатом валу создается крутящий момент значительно больше номинального, что может привести к поломке коленчатого вала. Для предотвращения перегрузки двигателя реверсирование необходимо осуществлять при возможно меньшей скорости судна.
sea-library.ru
Взаимодействие гребного винта с двигателем. Для анализа режима совместной работы гребного винта с двигателем на паспортных диаграммах судна приведены зависимости мощности, поглощаемые гребным винтом, от скорости движения судна при плавании в различных условиях (рис. 2.2). Кривые I÷IV (точки 1÷12) показывают зависимость мощности, потребляемой гребным винтом при свободном ходе судна, а кривые V÷VII характеризуют изменение потребляемой мощности в функции скорости судна при различной частоте вращения гребного винта. Здесь же нанесена ограничительная внешняя номинальная скоростная характеристика по эффективной мощности двигателя (линия KL).
Рис. 2.2. Зависимость мощности, потребляемой гребным винтом, от скорости движения судна
Для построения кривых, представленных на рис. 2.2, используются следующие уравнения.
Мощность буксировки судна с заданной скоростью на свободном ходу, кВт,
.
Мощность, потребляемая гребным винтом, кВт,
,
где 
– крутящий момент, потребляемый гребным винтом, Н×м; 
– угловая скорость вращения гребного винта, 1/с.
Отношение буксировочной мощности к мощности, подводимой к гребному винту (с учетом числа работающих гребных винтов 
), представляет собой пропульсивный коэффициент 
.
Таким образом, мощность, потребляемая гребным винтом, равна:
.
Из рис. 2.2 видно, что при частоте вращения гребного винта режим работы, характеризуемый точкой 3, является перегрузочным, и поэтому возникает необходимость снизить его частоту вращения.
Так как главные судовые двигатели работают в широком диапазоне изменения нагрузок и частот вращения коленчатого вала, для оценки степени загрузки двигателя и определения допустимой продолжительности его работы, при данной нагрузке, вводят следующие градации эффективных мощностей, которые приняты при условии полной нагрузки судна.
Максимальная эффективная мощность двигателя 
– кратковременная мощность, которая может быть получена от двигателя. На режиме максимальной эффективной мощности, как правило, разрешается непрерывно работать не более 1÷2 ч. Общее число часов работы на режиме максимальной эффективной мощности не должно превышать 10÷15% от всего ресурса двигателя.
Номинальная эффективная мощность двигателя 
соответствует номинальной частоте вращения коленчатого вала, гарантируется заводом – изготовителем. Суммарное количество часов работы на номинальной эффективной мощности не должно превышать 20÷25% от всего ресурса двигателя. Для дизелей, работающих в системе электродвижения, а также для тепловозных двигателей, номинальная эффективная мощность определяется, как правило, из условий недопустимости ее превышения.
Эксплуатационная эффективная мощность двигателя 
представляет собой мощность, длительность работы на которой в пределах ресурса двигателя не ограничивается. Эксплуатационная эффективная мощность составляет 75÷85% от номинальной эффективной мощности двигателя. Эту мощность главные дизели развивают обычно на режиме полного хода судна.
Для судов транспортного флота режимы полного хода являются наиболее продолжительными, а для рыбопромысловых судов они не превышают 20÷60% от общего количества часов, вырабатываемых за год эксплуатации судна.
Выбор нагрузки и частоты вращения коленчатого вала на режиме полного хода судна определяет надежность, экономичность и экологические характеристики работы двигателя, т. е. технико-эксплуатационные показатели энергетической установки и судна в целом.
Обычно частота вращения гребного винта на рассматриваемом режиме устанавливается из условия обеспечения заданной скорости полного хода судна. Однако в зависимости от условий плавания (волнение, ветер, осадка, состояние корпуса, техническое состояние двигателя и др.) эта скорость может изменяться даже в течение одного рейса. Отсюда следует, что на режиме полного хода судна частота вращения коленчатого вала и нагрузка на двигатель не остаются постоянными. Неизбежны колебания 
, 
, 
в ту и в другую стороны относительно средних значений. Поэтому вводится понятие эксплуатационной мощности двигателя при полном ходе судна 
, которая представляет собой среднее значение эффективной мощности двигателя, при которой в течение рейса выдерживается заданная скорость хода судна.
vunivere.ru
