Разработка судовой энергетической установки

метки: Установка, Судовой, Эффективный, Энергетический, Мощность, Работа, Дизель, Таблица

Судовая энергетическая установка (СЭУ) состоит из комплекса оборудования, предназначенного для преобразования энергии топлива в механическую, электрическую и тепловую энергий и транспортировки их к потребителям. Указанные виды энергии обеспечивают: движение судна с заданной скоростью; безопасность и надёжность плавания; работу механизмов машинного помещения, палубных механизмов и устройств; электрическое освещение; действие средств судовождения, управления механизмами, сигнализации и автоматики; общесудовые и бытовые нужды экипажа и пассажиров; выполнение различных производственных операций на транспортных судах, судах технического флота и специального назначения.

Современное развитие транспортного флота характеризуется созданием высокопроизводительных грузовых, буксирных и пассажирских судов, повышением их мощности, скорости хода; оборудованием, высокоэффективными и экономичными механизмами, устройствами, системами, средствами механизации и автоматизации, стандартизацией и унификацией отдельных механизмов и судовых энергетических установок в целом.

1. Анализ показателей судна и его энергетической установки

Для выполнения последующих обоснований и расчетов приведем краткую характеристику судна проекта 1577 (табл. 1), его энергетической установки, табл. 2.

Таблица 1 Характеристики судна проекта 1577

№ п.п.	Параметры, единицы измерения	Численные значения
1	Класс	М
2	Размерения корпуса, м:
	Длина	128,6
	ширина	16,5
3	Водоизмещение, т	6513
4	Грузоподъемность, т	4800
5	Мощность, кВт	1472
6	Осадка, м	3,58
7	Скорость в полном грузу, км/ч	20
8	Число мест для экипажа	22
9	Автономность, сут.	7
10	Тип движителя	Гребной винт
11	Количество движителей	2
12	Диаметр винта, м	1,8
13	Шаг винта, м	1,47
15	Габариты машинного отделения, м:
	длина	19,6
	ширина	16,5

На основе данных табл. 1 и 2 выполняется расчет показателей установки судна (табл 3).

Таблица 2 Характеристика основных элементов ЭУ судна проекта I 577

№	Элементы ЭУ и их параметры, единицы измерения	Численные значения
1	ГЛАВНЫЕ ДВИГАТЕЛИ
	Количество	2
	Марка	8НВД48А
	Номинальная эффективная мощность, кВт	736
	Номинальная частота вращения коленчатого вала, мин»‘	375
	Род топлива	Моторное; Дизельное
	Удельный эффективный расход, кг/(кВт ч)
	топлива	0,218
	Масла	0,00195
2	ГЛАВНАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ
	Тип	Прямая
	Передаточное отношение	—
3	СУДОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ
	Количество дизель-генераторов	3
	Марка дизель-генераторов	ДГР-100
	Номинальная эффективная мощность, кВт	110
	Номинальная частота вращения коленчатого вала, мин»	750
	Удельный эффективный расход топлива, кг/(кВт ч):	0,224
	Удельный эффективный расход масла, кг/(кВтч):	0,00136
	Марка валогенератора	СГД102-8В
	Количество и их номинальная мощность, кВт	Два по 75
4	КОТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА
	Марка автономного котла (тип)	КОАВ-200
	Количество	1
	Теплопроизводительность, кДж/ч	838000
	Расход топлива, кг/ч	21
	Марка утилизационного котла (котел-глушитель)	КУВ-100
	Количество	2
	Теплопроизводительность, кДж/ч	420000

эффективной мощности главной ЭУ, судна проекта 1577

P _y = x

• P_e = 2 •736 = 1472 кВт ,

где х и Р _e — количество и номинальная эффективная мощность главного двигателя СЭУ судна в кВт

энергонасыщенности судна проекта 1577

q = Р _y /Q = 1472/6513 = 0,226 кВт/т

где Q водоизмещение судна в полном грузу, т;

энергонасыщенности по отношению к:

длине машинного отделения (МО) судна проекта 1577

l _p = (p_y+ x_b •p_eb ) = (1472+3•110)/19,6 = 91,9кВт/м

P _eb — мощность вспомогательных двигателей,

L _MO — длина МО в м;

площади МО судна проекта 1577

f _p =(Р_y + x_b

• P_eb )/S_MO =(1472 + 3•110)/(19,6•16,5) = 5,6 кВт/м² ,

где S _MO , площадь МО в м;

энергоемкости работы судна проекта 1577

е = 3600 P _y /(G

• V) = 3600
• 1472/(4800
• 20) = 55,2 кДж/(т
• км),

где G — грузоподъемность судна, т;

• V — скорость судна в полном грузу, км/ч;

абсолютного коэффициента полезного действия (КПД) установки судна проекта 1577

? _y =(3600•(x•P_e +x_b

• P_eb ) + Q_т + Q_п ) / (x

• Q_н

• B + x_b

• Q_нв

• B_b + x_k

• Q_нк

• B_к )

? _y = (3600

• (2•736 + 3•110) + 2419200 + 338200) / (2•42000•160.4 + 3•42500•24,6 + 1•42000•21) = 0,528

где Q _т — теплота, затрачиваемая на технологические нужды, которые определяются условиями транспортировки груза, для наливного судна проекта 1577 расход теплоты на подогрев груза при транспортировке груза

О _т = к

• q_тт

• G = 1,2
• 420
• 4800 = 2419200 кДж/ч,

где к коэффициент, учитывающий увеличение теплопотерь при подогреве груза, принимаем к = 1.2.

q _тт — удельные тепловые потери при остывании тонны груза, равные для танкера проекта 1577 как для танкера с двойными бортами и двойным дном q_тт = 420 кДж/(ч

• т).

О _n — теплота затрачиваемая на бытовые нужды,

Q _n = Q_от + Q_сб = 285400 + 52800 = 338200 кДж/ч

Расход теплоты на отопление помещений определяется по уравнению

О _от = 83800 + 42

• G = 83800 + 42
• 4800 = 285400 кДж/ч,

где G — грузоподъемность судна, из задания G = 4800 т.

Расход теплоты на санитарно-бытовые нужды находим по формуле

n _эк (q_вм + q_вп ) = 22

• (2000 + 400) = 52800 кДж/ч,

где n _эк — численность экипажа, чел, n_эк = 22;

q _вм — удельный расход теплоты на приготовление горячей мытьевой воды, q_вм = 2000 кДж/(чел-ч)

q _вп — удельный расход теплоты на приготовление кипяченой питьевой воды q_вп = 400 кДж/(чел-ч)

Q _н — низшая теплота сгорания топлива, принимаем для моторного топлива среднего состава Q_н = Q_нк = 42000 кДж/кг и для дизельного топлива среднего состава Q_нв = Q_нк = 42500 кДж/кг;

• В — расход топлива главного двигателя судна проекта 1577 (см. табл. 2), кг/ч,

В = P _e

• b_e = 736•0,218 = 160,4 кг/ч

В _b — расход топлива вспомогательного двигателя судна проекта 1577 (см. табл. 2), кг/ч,

В _b = P_eb

• b_eb = 110•0,224 = 24,6 кг/ч

В _к — расход топлива вспомогательного котла судна проекта 1577 (см. табл. 2), кг/ч,

B _k = Q_k / ( ?_k

• Q_нк ) = 83800/ (0,95•42000) = 21 кг/ч;

принимаем КПД вспомогательного котла ? _k = 0.95

Таблица 3 Показатели энергетической установки судна проекта 1577

№	Наименование показателя, единицы измерения	Численные значения
1	Эффективная мощность главной ЭУ, кВт	1472
2	Энергооснащенность, кВт/т	0,226
3	Энергонасыщенность по отношению к:
	длине МО, кВт/м;	91,9
	площади МО, кВт/м’	5,6
4	Энергоемкость работы судна, кДж/(т * км)	55,2
5	Удельная масса ЭУ, кг/кВт	43,4
6	Эффективный КПД установки	0,286
7	Абсолютный КПД установки	0,528
8	КПД судового комплекса	0,1888

эффективного КПД установки судна проекта 1577

? _эy = (3600

• x
• P_e

• x_b

• P_b ) / (x

• b_e

• P_e

• Q_н + x_b

• b_eb

• P_eb

• Q_нb + x_k

• Q_к /n_k — x_y

• Q_y ) = 3600

• (2•736 — 2•75)/(2•0,218•736•42000 + 3•0,224•110•42500 + 838000/0,95 — 2•420000) = 0,286

где Р _b и Р_eb — мощность валогенератора и дизель-генератора, кВт;

b _{e и} b_eb — удельные эффективные расходы главного и вспомогательного двигателей, кг/(кВт•ч);

? _k — КПД вспомогательного автономного котла, принимаем ?_к = 0,95;

х _B ,х_b ,х_к ,х_у — количество работающих в ходовом режиме валогенераторов, дизель-генераторов, автономных котлов и утилизационных котлов;

Q _K ,О_y -теплопроизводительность вспомогательного автономного и утилизационного котла, соответственно, по табл. 2,

Q _K = 838000 кДж/ч и Q_v = 420000 кДж/ч;

КПД судового комплекса судна проекта 1577

? _ск = ?_e

• ?_n

• ?_b

• ?_пр = (3600

• ?_n

• ?_b

• ?_пр )/(b_e

• Q_n ) = (3600•0,98•0,98•0,5)/(0,218•42000) = 0,1888

где B _e — удельные эффективные расходы главных двигателей судна проекта;

? _n — КПД главной передачи судна проекта 1577 — прямой передачи

? _B — КПД валопровода, принимаем n_B = 0,98

? _пр — пропульсивный КПД, принимаем n_пр = 0,5

КПД энергетического комплекса

? _эк =(x•b_e •P_e •Q_н •?_e •?_n •?_B +?_b •b_eb •P_eb •Q_нb •?_eb •?_г + x_к •B_к •Q_н •?_k )/(x•b_e •P_e •Q_n + +x_b •b_eb •Q_нb +x_k •B_k •Q_н )=(2•0,218•736•42000•0,393•0,98•0,98₃ •0,224•110•42500•0,378•0,8+1•21•42000•0,95)/(2•0,218•736•42000+3•0,224•110•42500+1•21•42000)=0,393

Где ? _e , ?_eb и ?_г — эффективный КПД главного, вспомогательного двигателей и КПД электрогенератора,

? _e = 3600 / (b_e

• Q_н ) = 3600 / (0,218 •42000) = 0,393

? _eb = 3600 / (b_eb

• Q_{н b} ) = 3600 / (0,224

• 42500) = 0,378

принимаем n _г = 0,8;

B _k — расход топлива автономным котлом кг/ч

B _k = 21 кг/ч (КОАВ — 200, табл 2).

2. Обоснование эксплуатационных режимов работы главных двигателей

В курсовом проекте на основе расчета и анализа характеристик главных и вспомогательных двигателей и оценки энергетической эффективности СЭУ необходимо обосновать область эксплуатационных режимов работы главных двигателей, установить наиболее экономичные режимы работы главных и вспомогательных двигателей в ходовом режиме. Для обоснования возможных режимов работы главных двигателей в эксплуатации необходимо по рассчитанным координатам построить ограничительные и винтовые характеристики на одном чертеже. Совмещение характеристик позволяет установить область эксплуатационных режимов работы главных двигателей, которая для судовых дизелей без наддува ограничивается:

• сверху: частью линии швартовной характеристики и ограничительной по механической напряженности (М _кр =const);

• справа: линией номинальной частоты вращения коленчатого вала;
• снизу: линией облегченной винтовой характеристики;
• слева: линией минимально-устойчивой частоты вращения коленчатого вала (обычно 0.3*n _e ) Для главных двигателей С наддувом обычно границей сверху принимается часть линий

швартовной характеристики и ограничительной по тепловой напряженности (а= const)

Расчеты координат ограничительных характеристик судовых дизелей могут быть определены с помощью следующих зависимостей:

• внешней номинальной мощности

Где — номинальная эффективная мощность

п — долевая частота вращения коленчатого вала

з- механический КПД на номинальном режиме по номинальной частоте вращения коленчатого вала

Дз — адаптивная поправка к КПД

• ограничительной по тепловой напряженности
• ограничительной по механической напряженности
• винтовой облегченной
• винтовой нормальной
• винтовой швартовной

Расчет координат ограничительных характеристик судовых двигателей

Параметры	Численные значения
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Марка дизеля	8НВД48А
Номинальная эффективная мощность, Р ен , кВт	736
Номинальная частота вращения коленчатого вала, n e , мин-1	375
Механический КПД на номинальном режиме, з	0,85
РАСЧЕТНЫЕ ДАННЫЕ
Доля номинальной частоты вращения коленчатого вала	1,0	0,9	0,8	0,7	0,5	0,3
Долевая частота вращения коленчатого вала, n, мин -1	375	337	300	262	187	112
Адаптивная поправка к КПД, Дз	0	0,03	-0,07	-0,03	-0,01	-0,1
Координаты ограничительных характеристик (долевая мощность, кВт)
Внешней номинальной мощности, Р в	736	694	566	525	395	222
По тепловой напряженности (б=const), Р б	736	638	540	442	245	49
По механической напряженности (М кр = const), Рм	736	662	589	515	368	221
Координаты винтовых характеристик (долевая мощность, кВт)
Облегченной,Р о	589	429	301	202	74	16
Нормальной, Р н	736	534	377	251	91	20
Швартовной, Р ш	2031	1480	1040	697	254	55

Координаты характеристик могут быть определены с помощью следующих зависимостей:

• Внешней номинальной мощности:

;

Внешняя номинальная мощность при 375 мин ^-1 :

Внешняя номинальная мощность при 337 мин ^-1 :

Внешняя номинальная мощность при 300 мин ^-1 :

Внешняя номинальная мощность при 262мин ^-1 :

Внешняя номинальная мощность при 187 мин ^-1 :

Внешняя номинальная мощность при 112 мин ^-1 :

• Ограничительной по тепловой напряженности:

;

Ограничительная по тепловой напряженности при 375 мин ^-1 :

Ограничительная по тепловой напряженности при 337 мин ^-1 :

Ограничительная по тепловой напряженности при 300 мин ^-1 :

Ограничительная по тепловой напряженности при 262 мин ^-1 :

Ограничительная по тепловой напряженности при 187 мин ^-1 :

Ограничительная по тепловой напряженности при 112 мин ^-1 :

• Ограничительной по механической напряженности:

;

Ограничительная по механической напряженности при 375 мин ^-1 :

Ограничительная по механической напряженности при 337 мин ^-1 :

Ограничительная по механической напряженности при 300 мин ^-1 :

Ограничительная по механической напряженности при 262 мин ^-1 :

Ограничительная по механической напряженности при 187мин ^-1 :

Ограничительная по механической напряженности при 112 мин ^-1 :

• Винтовой облегченной:

;

Винтовая облегченная при 375 мин ^-1 :

Винтовая облегченная при 337 мин ^-1 :

Винтовая облегченная при 300 мин ^-1 :

Винтовая облегченная при 262 мин ^-1 :

Винтовая облегченная при 187 мин ^-1 :

Винтовая облегченная при 112 мин ^-1 :

• Винтовой нормальной:

;

Винтовая нормальная при 375 мин ^-1 :

Винтовая нормальная при 337 мин ^-1 :

Винтовая нормальная при 300 мин ^-1 :

Винтовая нормальная при 262 мин ^-1 :

Винтовая нормальная при 187мин ^-1 :

Винтовая нормальная при112 мин ^-1 :

• Винтовой швартовной:

Где — значение координаты внешней характеристики номинальной мощности при .

Винтовая швартовная при 375 мин ^-1 :

Винтовая швартовная при 337 мин ^-1 :

Винтовая швартовная при 300 мин ^-1 :

Винтовая швартовная при 262 мин ^-1 :

Винтовая швартовная при 187 мин ^-1 :

Винтовая швартовная при 112 мин ^-1 :

Обобщенные характеристики главного двигателя 8НВД48А на следующей странице.

3. Расчет показателей использования главной энергетической установки на режимах эксплуатации судна

Расчет изменения параметров главных двигателей при работе их по винтовой характеристике в табличной форме.

Таблица 2 Расчет параметров главных двигателей по винтовой характеристике

Параметры	Численные значения
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Марка дизеля	8НВД48А
Номинальная эффективная мощность, Р ен , кВт	736
Номинальная частота вращения коленчатого вала, n ф , мин-1	375
Удельный эффективный расход топлива, b e , кг/(кВт·ч)	0,218
Низшая удельная теплота сгорания топлива, Q н , кДж/кг	42500
Механический КПД на номинальном режиме, з	0,85
Внутренний диаметр цилиндра, D, м	0,32
Ход поршня, S, м	0,48
Число цилиндров, z	8
Тактность, ф m	4
РАСЧЕТНЫЕ ДАННЫЕ
Доля номинальной частоты вращения коленчатого вала, д	1,0	0,9	0,8	0,7	0,5	0,3
Долевая частота вращения коленчатого вала, n, мин -1	375	337	300	262	187	112
Адаптивная поправка к КПД, Дз ?	0	0,03	-0,011	-0,03	-0,01	-0,1
Мощность двигателя на режиме, P д , кВт	736	534	377	251	91	20
Эффективный КПД на режиме, з ?	0,38	0,393	0,37	0,354	0,334	0,259
Удельный расход топлива, b ед , кг/(кВт·ч)	0,223	0,215	0,229	0,239	0,254	0,327
Часовой расход топлива, В д , кг/ч	164,1	114,8	77,2	60	23,1	6,5
Среднее эффективное давление, р м , МПа	1	0,82	0,58	0,5	0,25	0,1

Показатели главных двигателей на долевых режимах могут быть определены с помощью следующих зависимостей:

• Долевая мощность:

;

Долевая мощность при 375 мин ^-1 :

Долевая мощность при 337 мин ^-1 :

Долевая мощность при 300 мин ^-1 :

Долевая мощность при 262 мин ^-1 :

Долевая мощность при 187 мин ^-1 :

Долевая мощность при 112 мин ^-1 :

• Эффективный КПД на режиме:

;

Эффективные КПД при 375 мин ^-1 :

= 3600*(1+0)375/(42500*0,218(375+0,85(375-375)))=0,38

Эффективные КПД при 337 мин ^-1 :

= 3600*(1+0,03)337/(42500*0,218(375+0,85(337-375)))=0,393

Эффективные КПД при 300 мин ^-1 :

= 3600*(1-0,011)300/(42500*0,218(375+0,85(300- 375)))=0,37

Эффективные КПД при 262 мин ^-1 :

= 3600*(1-0,03)262/(42500*0,218(375+0,85(262 — 375)))=0,354

Эффективные КПД при 187 мин ^-1 :

= 3600*(1-0,01)187/(42500*0,218(375+0,85(187- 375)))=0,334

Эффективные КПД при 112 мин ^-1 :

= 3600*(1-0,1)112/(42500*0,218(375+0,85(112 — 375)))=0,259

• Удельный расход топлива на режиме:

;

Удельный расход топлива при 375 мин ^-1 :

=3600/(42500*0,38)=0,223 кг/кВт*ч

Удельный расход топлива при 337 мин ^-1 :

=3600/(42500*0,393)=0,215 кг/кВт*ч

Удельный расход топлива при 300 мин ^-1 :

=3600/(42500*0,37)=0,229 кг/кВт*ч

Удельный расход топлива при 262 мин ^-1 :

=3600/(42500*0,354)=0,239 кг/кВт*ч

Удельный расход топлива при 187 мин ^-1 :

=3600/(42500*0,334)=0,254 кг/кВт*ч

Удельный расход топлива при 112 мин ^-1 :

=3600/(42500*0,259)=0,327 кг/кВт*ч

• Часовой расход топлива:

;

Часовой расход топлива при 375 мин ^-1 :

=0,223*736=164,1кг/ч

Часовой расход топлива при 337 мин ^-1 :

=0,215*534=114,8 кг/ч

Часовой расход топлива при 300 мин ^-1 :

=0,229*377=77,2 кг/ч

Часовой расход топлива при 262 мин ^-1 :

=0,239*251=60 кг/ч

Часовой расход топлива при 187 мин ^-1 :

=0,254*91=23,1 кг/ч

Часовой расход топлива при 112 мин ^-1 :

=0,327*20=6,5 кг/ч

• Среднее эффективное давление на режиме:

;

Среднее эффективное давление при 375 мин ^-1 :

=0,24*2*736/(3,14*0,32*0,32*0,48*6*375)=1,01 МПа

Среднее эффективное давление при 337 мин ^-1 :

=0,24*2*534/(3,14*0,32*0,32*0,48*6*337)=0,82 МПа

Среднее эффективное давление при 300 мин ^-1 :

=0,24*2*337/(3,14*0,32*0,32*0,48*6*300)=0,58 МПа

Среднее эффективное давление при 262 мин ^-1 :

=0,24*2*251/(3,14*0,32*0,32*0,48*6*262)=0,5 МПа

Среднее эффективное давление при 187 мин ^-1 :

=0,24*2*91/(3,14*0,32*0,32*0,48*6*187)=0,25 МПа

Среднее эффективное давление при 112 мин ^-1 :

=0,24*2*20/(3,14*0,32*0,32*0,48*6*112)=0,1 МПа

По результатам расчетов необходимо построить графики изменения показателей главных двигателей при работе их по винтовой характеристике вида , определяем наиболее экономичный режим работы дизеля (режим с ) и значения параметров на этом режиме.

График изменения параметров главного двигателя 8НВД48А Из графика видим что оптимальный режим работы двигателя 8НВД48А осуществляется при таких параметрах: P _e =1,7 МПа: B_д =117кг/ч: Ве=0,217кг/(кВт ч); =0,4

Расчет показателей использования вспомогательных дизель-генераторов на режимах нагрузочной характеристики

Расчет изменения параметров дизель-генераторов при работе их по нагрузочной характеристике рационально выполнять в табличной форме.

Таблица 3 Расчет параметров вспомогательных двигателей по нагрузочной характеристике

Параметры	Численные значения
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Марка дизеля	6Ч18/22
Номинальная эффективная мощность, Р ен , кВт	110
Номинальная частота вращения коленчатого вала, n e , мин-1	750
Удельный эффективный расход топлива, b e , кг/(кВт·ч)	0,210
Низшая удельная теплота сгорания топлива, Q н , кДж/кг	42500
Механический КПД на номинальном режиме, з	0,85
Внутренний диаметр цилиндра, D, м	0,18
Ход поршня, S, м	0,22
Число цилиндров, z	6
Тактность, ф m	2
РАСЧЕТНЫЕ ДАННЫЕ
Доля номинальной частоты вращения коленчатого вала, д	1,0	0,9	0,8	0,7	0,5	0,3
Мощность двигателя на режиме, P д , кВт	110	99	88	77	55	33
Адаптивная поправка к КПД, Дз е	0	0,01	0,04	0,01	-0,04	-0,15
Эффективный КПД на режиме, з е	0,403	0,40	0,404	0,382	0,336	0,253
Удельный расход топлива, b ед ,кг/(кВт·ч)	0,210	0,211	0,209	0,221	0,252	0,334
Часовой расход топлива, В д , кг/ч	23,1	20,8	18,3	17	13,8	11
Среднее эффективное давление, р м , МПа	0,52	0,47	0,42	0,37	0,26	0,16

Показатели вспомогательных двигателей на долевых режимах могут быть определены с помощью следующих зависимостей:

• Долевая эффективная мощность:

;

Долевая эффективная мощность при 1,0:

Долевая эффективная мощность при 0,9:

Долевая эффективная мощность при 0,8:

Долевая эффективная мощность при 0,7:

Долевая эффективная мощность при 0,5:

Долевая эффективная мощность при 0,3:

• Эффективный КПД на долевом режиме:

;

Эффективный КПД при 110 кВт:

Эффективный КПД при 99 кВт:

Эффективный КПД при 88 кВт:

Эффективный КПД при 77 кВт:

Эффективный КПД при 55 кВт:

Эффективный КПД при 33 кВт:

• Удельный расход топлива на режиме:

;

Удельный расход топлива при 110 кВт:

Удельный расход топлива при 99 кВт:

Удельный расход топлива при 88 кВт:

Удельный расход топлива при 77 кВт:

Удельный расход топлива при 55 кВт:

Удельный расход топлива при 33 кВт:

• Часовой расход топлива:

;

Часовой расход топлива при 110 кВт:

Часовой расход топлива при 99 кВт:

Часовой расход топлива при 88 кВт:

Часовой расход топлива при 77 кВт:

Часовой расход топлива при 55 кВт:

Часовой расход топлива при 33 кВт:

• Среднее эффективное давление на режиме:

;

Среднее эффективное давление при 110 кВт:

Среднее эффективное давление при 99 кВт:

Среднее эффективное давление при 88 кВт:

Среднее эффективное давление при 77 кВт:

Среднее эффективное давление при 55 кВт:

Среднее эффективное давление при 33 кВт:

По результатам расчетов необходимо построить графики изменения показателей вспомогательных двигателей при работе их по нагрузочной характеристике ( вида , определяем наиболее экономичный режим работы дизель-генератора (режим с ) и значения его параметров на этом режиме.

График изменения параметров дизель-генератора 6Ч18/22. Из графика видим что оптимальный режим работы двигателя 6Ч18/22 осуществляется при таких параметрах: Pe=0,42 МПа: Bд=18,3кг/ч: Ве=0,209кг/(кВт ч); =0,404

4. Расчет потребностей в электроэнергии на режимах эксплуатации судна

Расчет потребностей в электроэнергии производится для ходового, маневренного, стояночного и аварийного режимов работы судна.

При расчете нагрузки судовой электростанции учитывается следующие коэффициенты:

• Использования мощности электродвигателей потребителей (физический смысл этого коэффициента можно соотнести с механическим КПД передачи от электродвигателя к потребителю):
• где -номинальные мощности потребителя и его электродвигателя, кВт;
• загрузки потребителя (приложение 9);
• одновременности работы потребителей:
• где и количество одноименных потребителей, работающих на данном режиме и установленных на судне;
• общей одновременности, которой можно принимать равным:
• Для постоянно работающих потребителей ;
• Для периодически работающих потребителей ;
• Для эпизодической работающих потребителей .

Коэффициент общей одновременности определяется на каждом режиме работы судна независимо от остальных режимов (приложение 9).

Потребная мощность одноименных потребителей определяется следующим образом:

• активная , кВт;
• то же на режиме , кВт;
• реактивная , квар;
• то же на режиме , квар.

Коэффициент полезного действия электродвигателя з _d и характеристика выбираются по справочникам электродвигателей или в следующих пределах — з_d = 0,85ч0,9, .

Суммарная мощность потребителей на режиме:

• постоянно работающих:

активная , кВт,

реактивная , квар,

• периодически работающих:

активная , кВт,

реактивная , квар.

• эпизодически работающих:

активная , кВт,

реактивная , квар.

• всех с учетом потерь в сети:

активная кВт,

реактивная , квар,

где и — суммы активной и реактивной мощности постоянно, периодически, эпизодически работающих на режиме групп потребителей.

Суммарные мощности потребителей на режиме определяются путем суммирования всех мощностей потребителей для постоянно, периодически, эпизодически работающих отдельно и записываются в нижней части таблицы для каждого режима работы.

Полная мощность на режиме рассчитывается для каждого режима работы:

Вывод: Судовая электростанция состоит из 3 генераторов мощностью 110 кВт которых будет достаточно для самого энергоемкого режима — маневренного. При маневровом режиме 2 генератора будут в работе один генератор будет работать на сеть потребителей а второй на подруливающее устройство. В аварийном режиме мощность аварийного дизель генератора будет достаточна.

Самым энергоемким является маневровый режим, по которому и выбираем генератор.

Мощность генератора выбираем по Р _общ т.к.

Р _общ /Q_общ ? 0,8

Принимаем два дизель-генератора — ДГР 100/750

Дизель — 6Ч 18/22

Мощность — 110 кВт

частота вращения колен. вала — 750мин ^-1

род топлива — Диз.

удельный расход топлива — 0.210 кг/кВт•ч

В ходу будем использовать вало-генератор так как нагрузка на сеть составляет Р=25 квт при мощности вало-генератора Р=50 квт.

Аварийный режим. Использую генератор марки МСК-82-4; Р=50 квт

5. Выбор схемы обеспечения судна энергией и теплом в ходовом режиме

Вспомогательные котельные установки являются наиболее распространёнными источниками теплоты на речных судах. Для удовлетворения потребности в теплоте в ходовом режиме на судах, как правило, устанавливаются водогрейные или паровые утилизационные котлы, использующие теплоту выпускных газов главных двигателей. Потребность судна в теплоте на стоянках удовлетворяется автономными котлами. Сорт топлива, используемого автономными котлами и главными двигателями, должен быть одинаковым.

Общее количество теплоты на судовые складывается из расходов теплоты на отопление помещений, санитарно-бытовые нужды, подогрев топлива и масла в системах ЭУ, а также на подогрев перевозимого груза и воды для мытья танков на танкерах.

Расход теплоты на подогрев топлива, масла и другие технические нужды Q _пт в кДж/ч составляет:

Q _пт =(0,14ч0,15)( Q_от + Q_сб )=0,14•(306400+48000)=49616 кДж/ч;

• где и — число членов экипажа и пассажиров, .

Q _от — расход теплоты на отопление помещений Q_от =306400 кДж/ч.

Q _от =83800+42G=83800+42•5300=306400кДж/ч

Q _сб — расход теплоты на санитарно-бытовые службы;

Q _сб =20(2000+400)=48000кДж/чел•ч

Расход общего количества потребления теплоты для различных режимов движения судна производится в табличной форме .

Коэффициент загрузки потребителей в ходовом и стояночном режимах следует принимать 0,9-0,6, а коэффициент одновременности принимают равным для ходового режима 0,8-0,9, для стояночного режима 0,7-0,8.

Таблица 4 Расчёт количества потребления теплоты на судне

Потребители теплоты	Расчётный расход теплоты,	Режим работы судна
		Ходовой	Стояночный
		Коэффициент загрузки	Потребное количество теплоты,	Коэффициент загрузки	Потребное количество теплоты,
Отопление		0,7	214480	0,6	183840
Санитарно-бытовые нужды			33600		28800
Технические нужды			34731		29769
Итого
Количество фактически потребляемой теплоты

Выводы по разделу: Производительность автономных котлов должна быть достаточной для обеспечения потребности судна в любом режиме без работы утилизационных котлов. Поэтому вспомогательные автономные котлы выбираются по максимальному количеству потребной теплоты или .В данном случае автономный котел марки КОАВ — 68, теплопроизводительностью 285000 ,обеспечивает потребности судна на всех режимах.

6. Обоснование и выбор схемы обеспечения судна энергией и теплом

Для выбора схемы обеспечения судна электроэнергией и теплом на ходу необходимо рассчитать значение эффективного КПД энергетической установки з _эу при возможных вариантах снабжения судна этими видами энергии.

Таблица 5 Эффективность установки при различных схемах обеспечения энергией

Схема тепло- и электро обеспечения судна	Значения	Эффективный КПД на режиме
	х в	х b	х к	х у
УК+ВГ	+	0	0	+	0,388
УК+ДГ	0	+	0	+	0,373
УК+АК+ВГ	+	0	+	+	0,353
УК+АК+ДГ	0	+	+	+	0,365
ВГ+АК+ДГ	+	0	+	0	0,345
АК+ДГ	0	+	+	0	0,355
АК+ВГ	+	0	+	0	0,366

Примечание: УК — утилизационные котлы; ВГ — валогенераторы; ДГ — дизель-генераторы; АК — автономные котлы.

Определим эффективный КПД на режимах.

;

• Где — количество дизель-генераторов, автономных котлов, утилизационных котлов;

Р _е , Р_в , Р_еь — мощность главного двигателя, валогенератора, дизельгенератора на ходовом режиме. Принимаем Р_е из табл. — 736 кВт. Принимаем Р_в из табл. -50 кВт. Принимаем Р_еь из табл. для ходового режима — 110 кВт.

b _е , b_еь — удельный расход топлива главного двигателя и дезель-генератора на ходовом режиме. Принимаем b_е из табл. 5 — 0,218 кг/кВт·ч. Принимаем b_еь = 0,210 кг/кВт·ч

• теплопроизводительность вспомогательного автономного котла на ходовом режиме. Принимаем из табл. для ходового режима
• теплопроизводительность утилизационного котла.

Принимаем

Для УК+ВГ:

Для УК+ДГ:

Для УК+АК+ВГ:

Для УК+АК+ДГ:

Для ВГ+АК+ДГ:

Для АК+ДГ:

Для АК+ВГ:

Для УК:

Для АК:

Для ДГ:

Для ВГ:

Вывод: Проанализировав таблицу эффективности установки при различных схемах обеспечения энергией можно принять решение о применении в данном проекте судна схему тепло- и электропотребления судна УК+ВГ, так как у него наиболее высокий эффективный КПД (з _еу =0,388).

При обеспечении только тепловой энергией на ходовом режиме в данном проекте судна целесообразно применять УК-утиль котел з_еу =0,389. При обеспечении только электроэнергией на ходовом режиме в данном проекте судна целесообразно применять ВГ- валогенератор з_еу =0,375.

	Тип двигателя	Марки масел
		отечественные	зарубежные
ГД	8НВД48А	М-10В2С,М-16В2,М-12Б М-10Г 2 ЦС, М-14Г2ЦС	Энергол ДСЗ-З0,ДСЗ-40 Энергол IC-НФЗО, IС-НФ40 Кастрол 215М, 215МХД20МХ, 215МХД 220МХД Мобилгард 312,412,324,424 Мелина 30,40 Гадиниа 30,40
ДГ	6Ч18/22	М-12Б2, М-10В2, М-10В2С, М-10Г2ЦС	Мелина 30; Гадиниа 30; Мобилгард 312; Кастрол 215МХД

1. Баев А.С. Энергообеспечение речных судов.- СПб.: СПГУВК. 1995

2. Судовая теплоэнергетика: /Под ред. В.М. Селивестрова. — М:. Транспорт 1983

3. Баев А.С. Эксплуатация судовых энергетических установок. Методическое пособие по курсовому проектированию — СПб.:СПбГУВК, 2000

4. Конаков Г.А., Васильев Б.В. Судовые энергетические установки и техническая эксплуатация флота: Учебн. Для вузов. М.: Транспорт, 1980.

5. Правила Речного Регистра РФ. Том 1, 2, 3. — М.: Транспорт, 1995.

6. Правила технической эксплуатации дизелей судов речного флота. — Л.: Транспорт, 1989.

7. Иванченко А.А., Окунев В.Н. Эксплуатация судовых энергетических установок. — СПб.: СПГУВК, 2010.-81с.