Министерство транспорта Российской Федерации Федеральное Агентство морского и речного транспорта ИНСТИТУТ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА ИМЕНИ Г.Я.СЕДОВА -филиал Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОРСКОЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ АДМИРАЛА Ф.Ф.УШАКОВА» Факультет инженеров морского транспорта Кафедра « Судовые энергетические установки » Курсовой проект по дисциплине: «Эксплуатация судовых энергетических установок» Вариант №17 Выполнил курсант 251 группы: Устюжанин В.С. Проверил: Хреков. Ю.А. г. Ростов-на-Дону 2020 Содержание Введение………………………………………………………………………………...3 Основная часть………………………………………………………………………….4 Расчёт проекта…………………………………………………………………………..9 Заключение………………………………………………………………………….....12 Список литературы……………………………………………………………………13 2 Курсовой проект по технической эксплуатации судовых дизельных установок. Введение. Обеспечение высокой топливной экономичности СЭУ – одна из важнейших задач, решаемых при постройке судна и комплектации энергетической установки главными и вспомогательными двигателями и механизмами. Важную роль также отводится рациональному взаимодействию элементов пропульсивного комплекса, судовой электростанции, системам утилизации и приводу вспомогательных механизмов. Для общего представления о степени экономичности СЭУ вводится понятие КПД энергетической установки и КПД пропульсивной установки (комплекса), определяемые отношением полезной энергии к подведенной. В оценке этих энергий основополагающим положением является разделение технических средств СЭУ по назначению на главные и вспомогательные. Главные дизели обеспечивают движение судна, и подводимая к ним энергия выражается произведением расхода топлива на его теплоту сгорания. Для транспортных судов характерно также потребление электрической и тепловой энергии на вспомогательные нужды: обслуживание электроустановки и судна в целом. Электрическая энергия вырабатывается дизель-генераторами, тепловая – вспомогательными паровыми котлами. Таким образом, общие затраты энергии на установку во время хода судна определяются суммой расходов энергии на главные и вспомогательные потребители. 3 Рис.1 . Элементы энергетической установки. Анализ экономичности СЭУ сводится к рассмотрению входящих в КПД сомножителей с точки зрения их абсолютных значений и связей между ними. Эффективность топливоиспользования определяется достигнутыми значениями КПД главных двигателей, главной передачи, пропульсивного комплекса, а также возможностями системы утилизации по экономии затрат энергии на вспомогательные потребители. Теплотехнический анализ энергетической установки – одно из главных условий правильной технической эксплуатации судов. Он способствует обеспечению надежности, долговечности и экономичности работы силовой энергетической установки с высокими эксплуатационнотехническими показателями, помогает выявить и использовать резервы мощности и производительности судов, повышает рентабельность работы флота. Экономичность любого преобразователя энергии определяется той долей подведенной к нему энергии, которая превращается в полезную работу. С помощью приведенных ниже критериев сопоставляется подведенная и полезная энергия судовой силовой установки. Кроме главных двигателей для удовлетворения общесудовых нужд в электроэнергии, а также привода механизмов, обслуживающих главные двигатели, требуются относительно мощные электрические станции. Для конвенционных (обычных) судов мощность электростанции на ходовом режиме можно определить по формуле: Р = 6 + 0,0178 Ре кВт, где Ре – эффективная мощность главных двигателей. Во всех случаях судовая электростанция должна иметь резервный генератор. На теплоходах, в зависимости от их назначения, имеется потребность в паре для пожаротушения, топливоподготовки, обогрева балластных танков, разогрева жидкого груза, хозяйственно-бытовых нужд и т. д. Пар может вырабатываться во вспомогательных котлах, отапливаемых жидким топливом, утилизационных котлах, использующих тепло отработавших газов двигателей, и в комбинированных котлах. 4 Рис. 2. Распределение потоков энергии дизельной установки. Потребление электроэнергии на: 1 — движение судна; 2 — общесудовые нужды Потребление пара на: 3 — движение судна; 4 — общесудовые нужды Производительность утилизационного котла определяется из выражения: D = B g (cp1 t1 – cp2 t2)/ (i – i п.в.), кг/час где В – расход топлива на двигатель, отработавшие газы которого используются в утилизационном котле кг/час g – весовое количество газов, полученных от сгорания 1 кг топлива в двигателе кг/кг cр1 и cр2 – весовые теплоемкости газов кДж/кг град t1 и t2 – температуры газов на входе и на выходе из котла соответственно, оС i - энтальпия пара в котле кДж/кг i п. в. – энтальпия питательной воды на входе в котел, кДж/кг Температура газов на выходе из котла принимается на 40 оС выше температуры пара в котле. Пополнение запаса пресной воды осуществляется с помощью опреснительных установок, использующих тепловую энергию пара, отработавших газов или охлаждающей воды. В судовой силовой установке, состоящей из к преобразователей исходной энергии в тепловую, часовой расход энергии равен: Е исх = Вк Qнк, где Вк – часовой расход топлива к-го преобразователя Qнк – теплотворность топлива к-го преобразователя В общем случае расход энергии судовой силовой установки может быть выражен: Е исх = b P Qн + D (i –i пв)/ηк , где первый член количество исходной энергии, подведенной к дизелям, а второй – количество энергии, подведенной к паровым котлам: b – удельный расход топлива в двигателе кг/кВт P – мощность двигателя кВт D – паропроизводительность котла кг/час ηк - кпд котла Преобразователи, к которым подводится исходная энергия подразделяются на главные и вспомогательные Е исх = Ег + Ев Основная доля δ Ег энергии, подведенной к главным дизелям, расходуется на перемещение судна, а часть (1 –δ) Ег – на общесудовые нужды. В то же время количество энергии, подведенной к 5 вспомогательным преобразователям, часть (1 – δ’)Ев расходуется на общесудовые нужды, а δ’Ев – на приведение в действие механизмов и аппаратов гребной установки. Таким образом, расход исходной энергии на движение судна равен: Епу = δЕг + δ’ Едг, а на общесудовые нужды: Ес = (1 –δ)Ег + (1 – δ’)Едг. Если, для обеспечения гребной (пропульсивной) установки расходуется количество электроэнергии Рпу, а на судовые нужды Рс, то коэффициенты пропорциональности будут: δ’ = Рпу / (Рд +Рс) = Рпу/Р и (1 – δ’) = Рс /(Рпу + Рс) = Рс/Р аналогично, коэффициенты пропорциональности для котла будут: δ” = Dпу/ (Dпу+ Dс) = Dпу/D, и 1 - δ”= Dс / Dпу + Dс = Dс/D , где Dпу и Dс – расход пара на движение судна и судовые нужды соответственно В судовой дизельной установке исходная энергия подводится к главным двигателям (ГД), дизель генераторам (ДГ) и вспомогательным котлам (ПК), т. е.: Е исх = Егд + Е дг + Е пк = be Pe Qн + beг Pдг Qн + Dпк (i – iпв) / ηк Полезная энергия, выработанная главными двигателями, расходуется только на движение судна (кроме тех случаев, когда имеется валогенератор). Следовательно Егд = Ед Энергия, подведенная к дизель-генераторам, делиться на израсходованную на движение судна Ед’ = δ’ Eдг и часть, израсходованную на судовые нужды: Ес' = (1 – δ’)Eдг Энергия Епк, подведенная к вспомогательному котлу, делится на энергию, затраченную на главный двигатель Ед” = δ” Епк и на энергию, затраченную на судовые нужды Ес” = (1 – δ”) Епк Следовательно, суммарный расход исходной энергии на привод гребной установки равен: Епу = Ед + Ед’ + Ед”, а на судовые нужды: Ес = Ес’ + Ес” 6 Рис3. Распределение потоков энергии дизельной установки при наличии утилизационного котла. Потребление энергии на: 1 — движение судна; 2 — общесудовые нужды. Потребление пара на: 3 — движение судна; 4 — общесудовые нужды В судовых дизельных установках часть теплоты выпускных газов главных дизелей обычно отбирается в утилизационном котле и преобразуется в водяной пар давлением 5 10 бар. В зависимости от степени охлаждения газов, мощности главных двигателей и способа использования пара различают схемы частичной и глубокой утилизации теплоты выхлопных газов. Рис.4. Принципиальная схема утилизационной установки теплохода «Герои-панфиловцы»: 1 – сепаратор пара; 2 – утилизационный котел КУП 165/7; 3 – серводвигатель с золотником; 4 – редукционный клапан с дроссельной шайбой; 5 – вспомогательный котел КАВ 1,6/7; 6 – водоопреснительная установка Д5У; 7 – теплый ящик; 8, 9, 10 – конденсатный, питательный и циркуляционный насосы; 11 – регулировочный клапан; 12 – охладитель конденсата; А – к реле давления; Б – к потребителям пара; В – в систему паротушения; Г – в систему подогрева масла, топлива, воды; Д – выход и вход греющей воды При эксплуатации утилизационные котлы подвержены значительным загрязнениям поверхности нагрева со стороны газов. Отложения частич неполного сгорания топлива и масла особенно интенсивно происходит на режимах малого хода. В результате возникает опасность возгорания 7 осадков и взрывов паров. Поэтому следует ограничить длительные режимы малого хода и целесообразно перепускать газ по байпасному трубопроводу, помимо котла. Для очистки поверхностей нагрева применяют сажеобдувку влажным паром и сжатым воздухом. Ухудшение теплообмена в эксплуатационных условиях учитывают в расчете температурного напора и компенсируют некоторым увеличением поверхности нагрева утилизационного котла. При наличии утилизационного котла (УК), часть исходной энергии Еук направляется на движение судна Ед'” = Dук (i – iпв )/ηук Поэтому, при включении утилизационного котла, на движение судна расходуется энергия: Епу = be Pe Qp – Dук (i – iпв )/ηук Из общего количества пара Dук, часть Dд расходуется на работу гребной установки, а часть Dс – на судовые нужды. Следовательно, из утилизационного тепла на движение судна расходуется: Ед”’ = Dд/Dук Eук = δ”’ Eук, а на судовые нужды: Еc’” = Dс/Dук Eук= (1 – δ”’) Eук В этом случае расход исходной энергии на работу пропульсивной установки будет: Eпу = Eд+ Eд’ + Eд ” + Eд “’, а на судовые нужды: Ес = Ес’ + Ес” + Ес”’ \ Эквивалентный расход тяжелого топлива: - на пропульсивную установку Впу = Епу/ Qнр кг, час - на судовые нужды Вс = Ес/Qнр кг/час Общий расход В = Впу + Вс кг/час Стоимость топлива, расходуемого на гребную установку Цпу = (Егд + Ед”) 106 цтт + Ед’106 цдт руб/час - на судовые нужды Цс = Едг(1 – δ’) 106 цдт + Епк(1 – δ”) 106 цдт руб/час Общпая стоимость на ходу судна: Цобщ = Цпу + Ц с руб/час Степень совершенства процесса преобразования и передачи энергии в гребной установке характеризуют также критерии экономичности: удельный расход топлива на гребную установку: bпу = Bгд/ P кг/кВт удельный расход тепла на гребную установку: qпу = Eд/P кДж/кВт коэффициент полезного действия гребной установки: ηпу =2646 Р/Епу = 2646/ qпу В обычной практике определяют только расход энергии по судну в целом и пользуются следующими критериями экономичности: удельный расход топлива на судовую силовую установку b = B/P кг/кВт удельный расход тепла на силовую установку q = Eисх/P = Bк Qрк /P кДж/кВт коэффициент полезного действия η = 2646Р/ Вк Q рк = 2646/q расход топлива по судну в целом на милю пути bм = Вк/v кг/милю. 8 Расчёт курсового проекта. На сухогрузном теплоходе установлены следующие технические средства: 1) Главный двигатель 7ДКРН-74/160 Брянского машиностроительного завода (БМЗ) мощностью 10000 кВт с удельным расходом тяжелого топлива be = 0,176 кг/кВт-ч 2) Дизель-генераторы ДГТ-300 – 2 шт с двигателем 6ЧН-25/34 Первомайского завода с генератором МС 375 – 500. Удельный расход дизельного топлива bдг = 0,246 кг/кВт-ч. Кпд электрогенераторов -0,9. Нагрузка электростанции Р = 620 кВт. 3) Вспомогательный котел паропроизводительностью Dк = 2970 кг/час. Параметры пара: давление – 5 бар, степень сухости – 0,98. Температура питательной воды – 40 оС. Кпд котла – 0,7. Топливо – тяжелое. 4) Утилизационный котел, паропроизводительностью Dук = 2600 кг/час На работу механизмов и аппаратов, обслуживающих главный двигатель расходуется: электроэнергии Рд = 172 кВт, пара – 970 кг/час. Стоимость дизельного топлива – 26500 рублей за тону, тяжелого – 20800 руб/т. Определить расходы энергии, топлива и затраты на топливо на главную пропульсивную установку и на судовые нужды теплохода на режиме полного хода без включения утилизационного котла и с его включением. Определить критерии экономичности пропульсивной установки. 1. Расход энергии на главный двигатель при теплотворности тяжелого топлива 41260 кДж/кг: Егд = be*Pe*Qн = 0,176 х 10000 х 41260 = 72,617 кдж/час 2. Мощность дизель-генераторов: Рдг = 620/0,9 = 558 кВт 3.Расход энергии на вспомогательные двигатели при теплоте сгорания дизельного топлива 41800 кдж/кг: Едг = bдг*Pдг*Qдгн = 0,246*558*41800 = 5,818 кдж/час 4.Энтальпия свежего пара и питательной воды (по таблицам водяного пара): i’ = 2696 кдж/кг i’п. в. = 167 кдж/кг 5. Расход энергии на вспомогательный котел: Eпк = Dк (i’ – i’п. в.)/ηк = 2970*(2696– 167)/0,7 = 11,585 кдж/час 6. Общий расход энергии по судну: Еисх =Eгд+Едг+Епк=11,585+5,818+72,617 =90,2 кдж/час 7. Значение коэффициента расхода на обслуживание пропульсивной установки: δ’ = 172/540 = 0,296 δ” = 970/ 2640 = 0,359 8. Расход энергии на пропульсивную установку: Епу = Егд + Ед’ + Ед” = Егд + δ’Едг + δ”Eпк = 72,617 + 0,296*5,818 + 0,359*11,585= 76,949 кДж/час 9. Расход энергии на судовые нужды 9 Ес = Едг + Eпк = (1 – δ’) Eдг + (1 – δ”) Eпк = (1-0,296)* 5,818 + (1-0,359)*11,585 = 12,333 кДж/час 10. Эквивалентные расходы тяжелого топлива: на пропульсивную установку: Впу = Епу/Qнр = 76,949/ 41260 = 1718 кг/час на судовые нужды: Вс = Ес/Qнр =12,333/41260 = 254 кг/час общий расход: В = Впу + Вс = 1718 + 254 = 1972 кг/час 11. Стоимость топлива, расходуемую на гребную установку: Цпу = (Егд’ + Ед”)*106*цтт + Ед*106*цдт=(72,617 + 3,8)*106*20800 +1,91*106*26500= 40074 руб в час на судовые нужды: Цс=Едг*(1-δ’)*106*Цдт+Епк*(1-δ’’)*106*Цдт=5,818*(1-0,296)*106*26500+11,585*(10,359)*106*26500 = 6810 руб, в час 12. Общая стоимость топлива, расходуемого на ходу судна: Цобщ=Цпу+Цс=40074 + 6810 = 46684 руб. в час 13. При включении в работу утилизационного котла, производительностью Dук = 2600 кг/ч. Количество энергии, использованное в утилизационном котле: Еук = Dук*(i – iпв) / ηк = 2600*(2696– 167)/0,95 = 5,791 кДж/час 14. Паропроизводительность вспомогательного парового котла: Dпк= Dк –Dук = 2970-2600= 370 кг/час 15. Расход энергии на вспомогательный котел: Епк = Dk*(i – iпв)/ηк = 2970(2696– 167)/0,7 = 10,754 кДж/час 16. Расход энергии непосредственно на движение судна: Егд’= Егд – Еук = 72,617 -5,791=66,826 кДж/кг 17. Расход энергии на гребную установку: Епу’ = Егд’ + Ед’+ Ед” + Ед”’ = Ед + δ’*Едг + δ”*Епк +δ”’ Еук= 66,826+ 0,296*5,818 + 0,359* 10,754+ 0,359*5,791 = 70,09 кДж/час 18. Расход энергии на общесудовые нужды: Ес = Ес’ + Ес” + Ес”’ = (1 – δ’)*Едг + (1 – δ”)*Епк+ (1 – δ”’)*Еук = (1-0,296)*5,818 + (1-359)* 10,754 + (1-0,359)* 5,791 = 4,66 106 + 1,04 106 + 3,46 106 = 10,16 кДж/час 19. Общий расход энергии по судну: Еисх = Епу + Ес = 70,09 + 10,16 = 80,25 кДж/час 20. Эквивалентные расходы тяжелого топлива: на пропульсивную (гребную) установку: Впу = Епу’/Qн = 70,09 /41260 = 1698 кг/час на судовые нужды: Вс = Ес/Qн = 10,16/41260 = 246 кг/час общий расход: В = Впу + Вс = 1698 +246 = 1944 кг/час 10 21. Экономия в расходе тепла и топлива (в переводе на тяжелое топливо): 82,32 106 – 76,68 = 5,64 кДж/час 2040 = 55 кг/час или 2,7 % 22. Стоимость топлива, расходуемую на гребную установку: (63,18 +0,26 + 2,2) / 41+ 0,62 /41= 33360 руб. в час на судовые нужды: (1,04 +4,/41+ 5,13)/ 41= 6112 руб. в час 23. Общая стоимость топлива, расходуемого на ходу судна: 33360 + 6112 = 39472 руб. в час 24. Экономия: 46684 – 39472 = 7212 руб. в час 25. Удельный расход топлива на гребную установку: bпу =Bпу /Pе = 1698/10000 = 0, 1698 кг/кВт.ч. 26. Удельный расход тепла: qпу = Eд/Pe = 72,617 /10000 = 7261 кДж/час 27. К.п.д. гребной установки: ηпу =2646/ qпу = 2646/7261 = 0,36 28 Затраты на топливо на милю плавания при скорости судна 16 узлов: 39472/ 16 = 2467 руб./милю 11 Заключение. В данном курсовом проекте определялись расходы энергии на главный двигатель, на дизель генераторы, вспомогательный котел, судовые нужды, пропульсивную установку и на движение судна в режиме полного хода без включения утилизационного котла и с его включением. Далее мы определили эквивалентные расходы тяжелого топлива на пропульсивную установку и на судовые нужды, а также стоимость этого топлива. В итоге была определена общая стоимость топлива, исходя из расхода на гребную установку и на судовые нужды. Дальше определили разницу между стоимостью топлива и общей стоимостью топлива, расходуемого на ходу судна. И в конце курсового проекта были определены затраты на топливо на милю плавания при скорости судна 16 узлов. 12 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Аксельбанд энергетические установки. Л. Судостроение, 1970 2. Возницкий двигатели внутреннего сгорания. Моркнига, 2007 3. Епифанов судовых энергетических установок на природном газе. Москва, 2010 4. Захаров эксплуатация судовых дизельных установок. Москва, 2010 5., , Большаков и др. Эксплуатация судовых дизельных энергетических установок. М. Транспорт, 1996 6. , Петухов в пропульсивном комплексе. Л. Судостроение, 1987 7. и др. Судовые двигатели внутреннего сгорания. 1989 8. Двигатели внутреннего сгорания: Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей: Учебник для вузов. , и др.; Под общ. ред. , ,– 4–е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1990. – 288 с. 13
