СОДЕРЖАНИЕ 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 ...... 30 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 топливе37 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 котлом41 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 Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 3 РАСЧЕТ СУДОВОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ....... 61 Выбор рода тока ........................................................................................... 61 Выбор номинального напряжения СЭЭС .................................................. 62 Выбор частоты тока СЭЭС .......................................................................... 66 Расчет мощности судовой электростанции ............................................... 67 Выбор количества и мощности генераторных агрегатов основной электростанции ............................................................................................. 71 6.6 Выбор аварийного источника электроэнергии ......................................... 72 7 РАСЧЕТ ЗАТРАТ НА ОБОРУДОВАНИЕ ................................................ 75 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ......................................................................................................... 77 СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ..................................................... 78 6 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 4 ВВЕДЕНИЕ 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. Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 5 1 ВЫБОР ГЛАВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ 1.1 Расчет мощности главных двигателей Так как по заданию необходимо увеличить грузоподъемность судна, то для расчета мощности необходимо воспользоваться формулой адмиралтейских коэффициентов: 𝐷2/3 ∙ 𝑉 3 𝑁𝑒 = , 𝐶𝐴 где (1.1) 𝑁𝑒 – мощность проектируемого судна, кВт; 𝐷 = 8626,4 – водоизмещение проектируемого судна, т; 𝑉 = 20,37 – скорость проектируемого судна, км/ч; 𝐶𝐴 – адмиралтейский коэффициент, определяемый по формуле 2/3 𝐷пр ∙ 𝑉пр3 𝐶𝐴 = , 𝑁𝑒 пр где (1.2) 𝑁𝑒 пр = 1160 – мощность главного двигателя судна-прототипа, кВт; 𝑉пр = 20,37 – скорость судна-прототипа, км/ч; 𝐷пр = 8482 – водоизмещение судна прототипа, т; 84822/3 ∙ 20,373 𝐶𝐴 = = 3031; 1160 8626,42/3 ∙ 20,373 𝑁𝑒 = = 1173 кВт. 3031 Теперь под рассчитанную мощность необходимо подобрать четыре двига- теля. Для дальнейших расчетов были выбраны двигатели следующих марок: 1. Wärtsilä 8R22HF-D – это двигатель, который установлен на судне-протатипе. Четырехтактный, с газотурбинным наддувом, применяется в качестве главного судового двигателя. Передача мощности гребному винту Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 6 осуществляется через реверс-редуктор. Способен работать на тяжелом топливе (Возницкий И. В. Современные судовые среднеоборотные двигатели, 2003г. страница 56). 2. 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). 3. 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/329594544200469313/Weichai_CW200ZC_Diesel_Engine.html) 4. 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. 1.2 Технико-экономическое обоснование Основной задачей технико-экономического обоснования типа энергетической установки судна является определение экономических показателей вариантов судовых двигателей для проектируемого судна, сравнение и выбор наилучшего из этих вариантов. Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 7 С ростом мощности повышается скорость и провозная способность судна. При этом возрастает расход топлива и смазки, что существенно влияет на затраты по содержанию судна в эксплуатации. В качестве критерия оптимальности принимается абсолютное значение приведенных затрат. Предлагаемые решения эффективны, если выполняется условие: Зпроект ≤ Зпрот пр пр , где (1.3) Зпроект , Зпрот – приведенные затраты по двигателю, соответственно, по проекпр пр тируемому варианту и по судну-протатипу, тыс. руб. Зпр = ∑ Э𝑖 + 𝐸н ∙ Кдв , где (1.4) Э𝑖 – текущие расходы, связанные с содержанием двигателя, тыс. руб.; 𝐸н = 0,1 – норма дисконта, для восточных бассейнов; Кдв = 2300000 – капитальные затраты на энергетическую установку, руб. Сумма текущих расходов складывается из следующих статей: 1. Расходы на топливо и смазку: Расходы на топливо и ГСМ целесообразно рассчитывать в зависимости от режима работы главного и вспомогательного двигателя, распределения эксплуатационного периода на ходовое и стояночное время и от типа рассматриваемого судна: Ээ = ВГСМ ∙ 𝑡х + ВГСМ х ст ∙ 𝑡ст , где (1.5) ВГСМ , ВГСМ х ст – удельные суточные расходы на топливо и смазку за сутки хода и стоянки, руб./сут.: ВГСМ = 𝑖 где 24 ∙ 𝑁 ∙ (g Т ∙ ЦТ + g см ∙ Цсм ) , 106 (1.6) 𝑁 = 2320 – суммарная мощность двигателей, кВт; g Т = 207 – удельный эффективный расход топлива, г/(кВт ∙ час); g см = 1,2 – удельный эффективный расход смазки, г/(кВт ∙ час); ЦТ = 20400 – цена топлива, руб./т; Цсм = 33000 – цена масла, руб./т. Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 8 ВГСМ = 𝑖 2. 24 ∙ 2320 ∙ (207 ∙ 20400 + 1,2 ∙ 33000) = 237330 руб. 106 Амортизационные отчисления по данному типу двигателя: Эам = где Адв ∙К , 100 дв (1.7) Адв = 3,4 – норма амортизации по данному типу ДВС, %. 3,4 ∙ 2300000 = 78200 руб. 100 Расходы на текущий ремонт двигателя, определяются по «ЕдиЭам = 3. ным ремонтным ведомостям» для конкретного дизеля или судна с таким дизелем. Для расчета этого вида расходов можно пользоваться данными заводов или использовать выражение: Эрем = Вдв ∙ Кдв , где (1.8) Вдв = 0,039 – норматив отчислений на ремонт. Эрем = 0,039 ∙ 2300000 = 89700 руб. 4. Прочие расходы берутся в размере 10 % от суммы предыдущих статей затрат: 3 Эпр = 0,1 ∙ ∑ Э𝑖 ; (1.9) 𝑖=1 Эпр = 0,1 ∙ (ВГСМ + Эам + Эрем ) = 40486,3 руб. 𝑖 Таким образом приведенные затраты на двигатель составят 675,3 тыс. руб. Данный расчет был произведен для двигателя судна-протатипа. Результаты расчета по остальным двигателям представлены в Таблице 1.1. Таблица 1.1 – Технико-экономические показатели сравниваемых двигателей Показатели Тип судна Тип главных двигателей Марка главных двигателей Мощность главных двигателей, кВт Изм Лис . т № докум. Подпись Судно прототип танкер дизель 8R22HF-D 1160 Да та Значение показателя проектируепроектируемое судно 1 мое судно 2 танкер танкер дизель дизель Wärtsilä 6L20 CW12V200ZC 1200 1200 проектируемое судно 3 танкер дизель МАК 8M20 1360 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 9 Продолжение Таблица 1.1 Количество главных двигателей, ед. Наличие наддува, % Вес главных двигателей, т Удельный расход топлива, г/кВт·ч Удельный расход смазки, г/кВт·ч Техническая скорость судна (с грузом), км/ч Грузоподъемность судна, т Род топлива Род смазки Приведенные затраты, тыс.руб. 2 2 2 2 100 11,3×2 100 16,8×2 100 11,8×2 100 18×2 207 191 200 186 1,2 0,5 1 0,6 20,37 20,37 20,37 20,37 5713 Дизельное Моторное Масло 6011,03 6011,03 7252,46 Дизельное Моторное Дизельное дизельное Масло Масло Масло 675,3 742,6 369,4 850,9 Из Таблицы 1.1 видно, что приведенные затраты на двигатель CW12V200ZC фирмы Weichai самые низкие, однако этот двигатель достаточно новый и не имеет на свой счет конкретных отзывов по долговечности и ремонтопригодности. Поэтому целесообразней выбрать другой двигатель. На втором месте по приведенным затратам стоит двигатель 8R22HF-D, установленный на судне-протатипе, но его мощность не позволяет увеличить грузоподъемность на величину, представленную в задании. Таким образом, для дальнейших расчетов принимаем двигатель Wärtsilä 6L20, который по приведенным затратам стоит на третьем месте. Преимуществом выбранного двигателя так же является то, что он может работать как на дизельном, так и на тяжелом топливе. Приведенные затраты двигателя 6L20, при работе на тяжелом топливе (цена топлива 10000 руб./т.), составляют 616,8 тыс. руб. Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 10 2 ВЫБОР СПОСОБА ПЕРЕДАЧИ МОЩНОСТИ ОТ ГЛАВНОГО ДВИГАТЕЛЯ К ДВИЖИТЕЛЮ Механическая энергия, выработанная главным малооборотным двигателем, без трансформации ее вида передается к движителю с помощью валопровода. В случае применения СОД или ВОД в редукторе понижается частота, но не изменяется вид энергии. Этот способ передачи энергии, называемый механической передчей, отличается высокой эффективностью. В зависимости от расположения главного двигателя, длины валопровода, наличия и числа сальников и подшипников его КПД составляет 0,98 – 0,99. Именно поэтому такой способ передачи мощности применяется наиболее часто. Наряду с несомненными преимуществами указанный способ передачи энергии обладает и очевидными недостатками: в жесткой системе передачи мощности свободно распространяются разнообразные колебания, вызванные пульсирующим крутящим моментом двигателя и реактивным моментом винта. Для подобной передачи характерны значительная масса валопровода и требование соосного его расположения с двигателем или выходным валом редуктора при определенных жестких допусках. Альтернативный способ передачи мощности двигателя к винту – электропередача на постоянном или переменном токе. Преобразование механической энергии в электрическую позволяет сделать двигатель и движитель относительно независимыми, «развязать» их механическую связь, упрощает расположение двигателей на судне, уменьшает длину и массу валопровода, позволяет применять относительно легкие, быстроходные дизель-генераторы, трансформировать частоту пропульсивного комплекса и оперативно изменять ее за счет числа полюсов гребного электродвигателя, получать реверс гребного винта путем изменении полярности тока. Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 11 При таком множестве преимуществ электродвижения неизбежно велико и число недостатков, поэтому электропередача применяется не чаще, чем в 1% случаев, на транспортных и несколько чаще на рыбопромысловых судах. Основная причина относительно редкого применения электропередачи – ее сравнительно низкая энергетическая эффективность. Передача на переменном токе имеет КПД около 0,92 – 0,93. В случае электропередачи на постоянном токе КПД не превышает 0,85 – 0,86. Потеря 8 – 15 % энергии не всегда оправдывает преимущества, получаемые от применения электропередачи. Для использования такого способа передачи мощности должны быть учтены дополнительные соображения. В качестве таких соображений могут выступать плавание судна в ледовых условиях и необходимость часто менять скорость, относительно частое реверсирование судна, применение электричества для технологических нужд, повышенные требования надежности пропульсивного комплекса. Перечисленные условия определяют типы судов, перспективные для применения электродвижения. Это ледоколы, работающие набегами, – разгоняющиеся в ледовом канале, выползающие на льдину, продавливающие ее и отходящие назад для нового разбега. Это транспортные суда, двигающиеся за ледоколами, но вместе с тем способные к самостоятельному плаванию в разводьях ледовых полей, что связано с частыми изменениями скорости и реверсом. Это приемно-транспортные рефрижераторы, использующие для ходовых режимов те же дизель-генераторы, что и на промысле при работе канатной дороги для передачи грузов и замораживании рыбы. Это пассажирские суда с их повышенными требованиями к надежности и живучести. В прочих случаях электродвижение на водном транспорте себя не оправдывает. В последние годы начали применять пропульсивные комплексы с вертикальным расположением вала подвода мощности и двигателям, размещаемыми под кормой судна, – Azipod. При таком расположении пропульсивных комплексов появляется возможность перенести МКО на палубу или платформу, уменьшить его длину в пределах Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 12 основного корпуса, увеличить объем грузовых трюмов и получить дополнительную прибыль. На основании выше изложенного в данном разделе, был выбран способ передачи мощности от двигателя к движителю при помощи редукторной передачи. Способ передачи мощности при помощи электропередачи нецелесообразно использовать, так как проектируемое судно является танкером и предназначено для транзитной работы не требующей частого изменения скорости. Причиной не использования системы Azipod является то, что проектируемое судно предназначено для плавания как по морю, так и по внутренним водным путям, где большая вероятность посадки на мель и повреждении двигателей. Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 13 3 РАСЧЕТ ВАЛОПРОВОДА Судовой валопровод работает в сложном напряженном состоянии. Он нагружен крутящим моментом, испытывает продольное сжимающее усилие от силы упора гребного винта на переднем ходу или растягивающее усилие на заднем ходу и изгибается под собственной массой и массой навешенных на него деталей. Эти нагрузки носят переменный и циклически повторяющийся характер. Точный расчет элементов валопровода при указанных условиях довольно сложен и требует ряд допущений. Поэтому главным является расчет, основанный на условном предположении, что вал подвергается воздействию статического крутящего момента. 3.1 Определение диаметра валопровода Согласно правилам Речного Регистра промежуточные, упорные и гребные валы должны изготавливаться из стали с временным сопротивлением от 430 до 690 МПа. Сначала осуществляется предварительные расчеты диаметров валов, поскольку размеры всех элементов валопровода после формирования крутильной схемы должны быть уточнены по результатам расчета напряжений от крутильных колебаний, в том числе на режимах, соответствующих частотам вращения, запретным для длительной работы. Диаметр промежуточного, упорного и гребного вала, должны быть не менее определяемого по формуле: 𝑑≥ где 560 ∙ 𝑘 ∙ 𝐶𝐸𝑊 ∙ 3 𝑅𝑚 + 160 √ 𝑃 𝑑𝑖 4 (𝑛 ∙ [1 − ( ) ]) 𝑑𝑟 , (3.1) 𝑅𝑚 = 600 – временное сопротивление материала вала, МПа; 𝐶𝐸𝑊 = 1,05 – коэффициент усиления для судов, предназначенных для плава- ния в битом льду; Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 14 𝑃 – расчетная мощность, передаваемая валом, кВт; 𝑛 = 300 – расчетная частота вращения вала, мин-1; 𝑑𝑟 = 250 – действительный диаметр вала, мм; 𝑑𝑖 – диаметр осевого отверстия вала, мм, так как этот диаметр меньше 0,4𝑑𝑟 , то его можно принять равным 𝑑𝑖 = 0; 𝑘 = 150 – коэффициент для гребных валов на расстоянии не более 4-х диаметров гребного вала от носового торца ступицы гребного винта. 𝑑≥ 560 ∙ 150 ∙ 1,05 ∙ 3 600 + 160 √ 1200 250 4 (300 ∙ [1 − ( 0 ) ]) = 184,233 мм. Гребные валы должны быть защищены от коррозии способом, одобренным Речным Регистром. Толщина бронзовой облицовки вала s должна быть не менее определяемой по формуле 𝑠 = 0,3 ∙ 𝑑𝑟 + 7,5; (3.2) 𝑠 = 0,3 ∙ 250 + 7,5 = 82,5 мм. Принимаем диаметр гребного вала 250 мм и толщину бронзовой облицовки 85 мм. 3.2 Проверочный расчет прочности промежуточного вала Так как у проектируемого судна промежуточного вала нет, расчет данного пункта не производится. Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 15 3.3 Проверочный расчет прочности гребного вала Проверочный расчет гребного вала проводят для участка между опорами в дейдвудной трубе и консоли, на которой навешан гребной винт (Рисунок 3.1). Усилие от массы гребного винта Gв рассматривается как сосредоточенная нагрузка, приложенная в центре консоли. Рисунок 3.1 – Расчетная схема для проверочного расчета статической прочности гребного вала Напряжение кручения 𝜏к′ = где 480 ∙ 𝑁𝑒 , 3 𝜋 2 ∙ 𝑛 ∙ 𝑑гв (3.3) 𝑑гв = 0,25 – диаметр гребного вала, м; 𝑁𝑒 = 1200 – мощность передаваемая валом, кВт; 𝑛 = 300 – частота вращения гребного вала, мин-1. 𝜏к′ = 480 ∙ 1200 = 12462,98 кПа. 3,142 ∙ 300 ∙ 0,253 Напряжение изгиба от массы винта 𝜎и′ где 32 𝑞 ′ ∙ 𝑙22 = ∙ (𝐺в ∙ 𝑙0 + ), 3 𝜋 ∙ 𝑑гв 2 (3.4) 𝐺в = 5,88 – сосредоточенная нагрузка от массы гребного винта, кН; 𝑙0 = 1,45 – расстояние от опоры А до сосредоточенной нагрузки 𝐺в , м; 𝑙2 = 1,9 – длина консольной части, м; 𝑞 ′ – распределенная нагрузка от собственной массы вала, кН/м. Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 16 2 𝜋 ∙ 𝑑гр 𝑞 = ∙ 𝛾ст , 4 ′ где (3.5) 𝛾ст = 77 … 79 – удельный вес стали, кН/м3. 3,14 ∙ 0,252 𝑞 = ∙ 79 = 3,876 кН/м; 4 ′ 𝜎и′ 32 3,876 ∙ 1,92 = ∙ (5,88 ∙ 1,45 + ) = 10124,020 кПа. 3,14 ∙ 0,253 2 Напряжение сжатия ′ 𝜎сж = где 4∙𝑃 , 2 𝜋 ∙ 𝑑гр (3.6) 𝑃 – упор гребного винта, создаваемый при номинальном режиме работы глав- ных двигателей, определяемый по формуле 𝑃= где 𝑁𝑒 ∙ 𝜂, 𝑉 (3.7) 𝑁𝑒 = 1200 – номинальная мощность двигателя, кВт; 𝑉 = 5,658 – скорость хода судна, м/с; 𝜂 = 0,6 … 0,72 – к.п.д. линии валопровода и движителя. 𝑃= ′ 𝜎сж = 1200 ∙ 0,65 = 137,858 кН; 5,658 4 ∙ 137,858 = 2809,844 кПа. 3,14 ∙ 0,252 Наибольшее нормальное напряжение в гребном валу ′ 𝜎0′ = 𝜎сж + 𝜎и′ ; (3.8) 𝜎0′ = 2809,84 + 10124,020 = 12933,86 кПа. Общее расчетное напряжение 𝜎п′ = √𝜎0′2 + 3 ∙ 𝜏к′2 ; (3.9) 𝜎п′ = √12933,862 + 3 ∙ 12462,982 = 25164,704 кПа. Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 17 Запас прочности относительно предела текучести материала вала и общего расчетного напряжения выражается отношением ′ 𝑛пр где 𝜎т′ = ′ ≥ 3,15, 𝜎п (3.10) 𝜎т′ = 220000 – предел текучести стали, кПа. ′ 𝑛пр = 220000 = 8,742. 25164,704 Условие выполняется. 3.4 Проверочный расчет на критическую частоту вращения гребного вала Критическая частота вращения гребного вала при поперечных колебаниях определяется по приближенному методу Бринелля. Валопровод заменяют двухопорной балкой с одним свешивающимся концом (Рисунок 3.2). Гребной винт расположен на консоли на расстоянии l2 от центра опоры А в подшипнике кронштейна. Остальная часть вала до опоры В, в дейдвудной трубе, имеет длину l1. Предполагают, что каждый из пролетов l1 и l2 балки несет равномерно распределенную нагрузку, но с разными интенсивностями q1 и q2, при этом q2 > q1, что соответствует действительности. Рисунок 3.2 – Расчетная схема для проверочного расчета критической частоты вращения при поперечных колебаниях вала: А – подшипник кронштейна; В – подшипник дейдвуда Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 18 Критическая частота вращения гребного вала рассчитывается по формуле 𝑛кр где 𝑞2 𝑙2 3 30 ∙ 𝜋 𝐸 ∙ 𝐽 ∙ g = (1 − 3,3 ∙ ∙ ( ) ) ∙ 2 ∙ √ , 𝑞1 𝑙1 𝑞1 𝑙1 (3.11) 𝑙1 = 2 – длина гребного вала между серединами подшипников дейдвуда и кронштейна, м; 𝑙2 = 1 – длина гребного вала между серединами подшипника кронштейна и ступицы гребного винта, м; 𝑞1 , 𝑞2 – равномерная распределенная нагрузка на этих участках гребного вала от массы самого вала и гребного винта, кН/м; 𝐸 = 216 ∙ 106 – модуль упругости стали, кН/м2; 𝐽 – экваториальный (осевой) момент инерции сечения вала относительно его оси, м4; g = 9,81 – ускорение свободного падения, м/с2. Нагрузка от массы вала, отнесенная к одному метру длины 2 𝜋 ∙ 𝑑гр 𝑞1 = ∙ 𝛾ст ; 4 (3.12) 3,14 ∙ 0,252 𝑞1 = ∙ 79 = 3,876 кН/м. 4 Нагрузка q2 представляет суммарную равномерно распределенную нагрузку от массы гребного винта и гребного вала на участке l2 𝑞2 = где 𝐺в + 𝑞1 , 𝑙2 (3.13) 𝐺в – нагрузка от массы гребного винта. Нагрузка от массы гребного винта может быть определена по формуле 𝐺в = 1,47 ∙ 𝐷гв3 ∙ 𝜃, где (3.14) 𝐷гв = 2 – диаметр гребного винта, м; 𝜃 = 0,5 … 0,7 – дисковое отношение винта. 𝐺в = 1,47 ∙ 2 ∙ 0,5 = 5,88 кН; Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 19 5,88 + 3,876 = 9,756 кН. 1 Экваториальный момент инерции сечения вала относительно его оси равен 𝑞2 = 4 𝜋 ∙ 𝑑гр 𝐽= ; 64 (3.15) 3,14 ∙ 0,254 𝐽= = 0,000191 м4 ; 64 𝑛кр 9,756 1 3 30 ∙ 3,14 216 ∙ 106 ∙ 1,91 ∙ 10−4 ∙ 9,81 = (1 − 3,3 ∙ ∙( ) )∙ ∙√ = 291,26. 3,876 2 22 3,876 Критическая частота вращения гребного вала должна быть значительно больше номинального значения, при этом необходимый запас должен составлять не менее 20 %. Номинальное значение частоты вращения гребного вала принимаем 230 об/мин. 𝑛кр − 𝑛 ∙ 100 ≥ 20%; 𝑛 291,26 − 230 𝑛зап = ∙ 100 = 26,6%. 230 Условие выполняется. 𝑛зап = (3.16) 3.5 Проверочный расчет вала на продольную устойчивость Проверку вала на продольную устойчивость производят при больших длинах пролетов между опорами и малом поперечном сечении вала. Она заключается в нахождении критической силы или критического напряжения, и оценке запаса устойчивости. Валы судового валопровода лежат в подшипниках свободно. В таком случае проверяемый вал, находящийся в пролете, можно рассматривать как вращающийся стержень, свободно лежащий на двух шарнирных опорах и сжатый силой упора, создаваемого движителем (Рисунок 3.3). При расчете принимают следующие допущения: осевая сжимающая сила приложена к центру вала и сечение вала по длине пролета не меняется. Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 20 Рисунок 3.3 – Расчетная схема для проверочного расчета продольной устойчивости вала Необходимость проверки вала на продольную устойчивость устанавливается в зависимости от гибкости вала: 𝜆= 𝑙𝑚𝑎𝑥 , (3.17) 𝑖 где 𝑙𝑚𝑎𝑥 = 3,9 – полная длина гребного вала, м; 𝑖 – радиус инерции сечения гребного вала, м. 4∙𝐽 𝑖=√ ; (3.18) 2 𝜋 ∙ 𝑑гр 4 ∙ 1,91 ∙ 10−4 𝑖=√ = 0,062 м; 3,14 ∙ 0,252 𝜆= 3,9 = 62,903. 0,062 Если λ < 80, то вал считается жестким и дальнейшей проверке на продольную устойчивость не подлежит. Если λ ≥ 80, то его нужно проверить на продольную устойчивость. Так как в нашем случае условие выполняется, дальнейший расчет не производится. По результатам расчета валопровода строятся таблицы. Таблица 3.1 – Параметры ЭУ судна Параметр Мощность, передаваемая валопроводом, кВт Частота вращения валопровода, мин-1 Скорость проектируемого судна, км/ч Изм Лис . т № докум. Подпись Да та Обозначение Значение 𝑁𝑒 1200 n V 230 20,37 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 21 Таблица 3.2 – Диаметр валов Параметр Временное сопротивление материала вала, МПа Коэффициент Коэффициент усиления Диаметр осевого отверстия вала, мм Диметр гребного вала, м Обозначение Rm k CEW di dгв Значение 600 150 1,05 0,100 0,250 Таблица 3.3 – Проверочный расчет прочности гребного вала Параметр Диметр гребного вала, м Диаметр гребного винта, м Дисковое отношение винта Сосредоточенная нагрузка от массы гребного винта, кН Расстояние от опоры А до сосредоточенной нагрузки Gв, м Длина консольной части, м Касательные напряжения от кручения, кПа Напряжение сжатия при действии упора гребного винта, кПа Наибольшее расчетное напряжение при изгибе, кПа Наибольшее нормальное напряжение, кПа Общее расчетное напряжение в валу Запас прочности Обозначение dгв Dгв Θ Gв Значение 0,250 0,2 0,5 5,88 l0 1,45 l2 𝜏к′ 1,9 12462,98 ′ 𝜎сж 2809,844 𝜎и′ 𝜎0′ 𝜎п′ ′ 𝑛пр 10124,020 12933,86 25164,704 8,742 Таблица 3.4 – Проверочный расчет на критическую частоту вращения гребного вала Параметр Диметр гребного вала, м Длина гребного вала между серединами подшипников дейдвуда и кронштейна, м Длина гребного вала между серединами подшипников кронштейна и ступицы гребного винта, м Сосредоточенная нагрузка от массы гребного винта, кН Критическая частота вращения гребного вала, мин-1 Запас по частоте вращения гребного вала Обозначение dгв Значение 0,250 l1 2 l2 1 Gв nкр nзап 5,88 291,26 26,6 Таблица 3.5 – Проверочный расчет вала на продольную устойчивость Параметр Диметр гребного вала, м Полная длина гребного вала, м Гибкость вала Изм Лис . т № докум. Подпись Да та Обозначение dгв 𝑙𝑚𝑎𝑥 𝜆 Значение 0,25 3,9 62,903 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 22 4 РАСЧЕТ СИСТЕМ СЭУ 4.1 Расчет топливной системы Топливные системы предназначены для приема, хранения, перекачивания, очистки, подогрева и подачи топлива для сжигания к парогенераторам, газовым турбинам и двигателям внутреннего сгорания, а также для передачи топлива на берег или на другие суда. 4.1.1 Расчет системы легкого топлива Объем расходной цистерны подсчитывается из расчета обеспечения работы главного двигателя на номинальном режиме в течение 8 часов: 𝑉𝑃 = где 8 ∙ 𝐾𝑇 ∙ g 𝑒 ∙ 𝑍гл ∙ 𝑁𝑒 ∙ 10−3 , 𝜌𝑇 (4.1) 𝐾𝑇 = 1,1 – коэффициент, учитывающий мертвый запас топлива; g 𝑒 = 0,191 – удельный расход топлива главного двигателя, кг/(кВт ∙ ч); 𝑁𝑒 = 1200 – номинальная мощность главного двигателя, кВт; 𝑍гл = 2 – число главных двигателей; 𝜌𝑇 = 0,83 – плотность топлива, т/м3 . 8 ∙ 1,1 ∙ 0,191 ∙ 2 ∙ 1200 ∙ 10−3 𝑉𝑃 = = 4,86 м3 . 0,83 Объем сточной цистерны грязного топлива составляет 50 – 100 л на каждые 1000 кВт мощности главного двигателя 𝑉ст = (0,05 ÷ 0,1) ∙ 𝑉ст = 0,1 ∙ ∑𝑁𝑒 ; 1000 (4.2) 2400 = 0,24 м3 . 1000 Емкость запасных цистерн 𝑉зап = где 𝐾𝑇 ⋅ 𝐶𝑇 , 𝜌𝑇 (4.3) 𝐶𝑇 = 59 – запас топлива, т. Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 23 𝑉зап = 1,1 ⋅ 59 = 78,19 м3 . 0,83 Объем расходных цистерн вспомогательного двигателя берется из расчета обеспечения их работы не менее 4 часов 𝑉𝑃всп где всп −3 4 ∙ 𝐾𝑇 ∙ g всп 𝑒 ∙ 𝑍всп ∙ 𝑁𝑒 ∙ 10 = , 𝜌𝑇 (4.4) g всп 𝑒 – удельный расход топлива вспомогательного двигателя, кг/(кВт ∙ ч); 𝑁𝑒всп – номинальная мощность вспомогательного двигателя, кВт; 𝑍всп – число вспомогательных двигателей. 𝑉𝑃всп 4 ∙ 1,1 ∙ 0,204 ∙ 1 ∙ 300 ∙ 10−3 = = 0,324 м3 . 0,83 Объем расходной цистерны автономного котла 𝑉𝑃кот где 4 ∙ 𝐾𝑇 ∙ 𝐵𝑒 ∙ 𝑍кот ∙ 10−3 = , 𝜌𝑇 (4.5) 𝐵𝑒 – удельный расход топлива котла, кг/(кВт ∙ ч); 𝑍кот – число автономных котлов; 𝜌𝑇 = 0,83 – плотность тяжелого топлива, т/м3 . 𝑉𝑃кот 4 ∙ 1,1 ∙ 20 ∙ 1 ∙ 10−3 = = 0,106 м3 . 0,83 Целесообразней объединить расходные цистерны главного и вспомогательного двигателей и автономного котла в одну, что обеспечит металлоемкость и сэкономит место в МО. Таким образом принимаем 𝑉𝑃 = 5,29 м3 . Производительность топливоподкачивающего электронасоса (дежурного) выбирается из условия заполнения расходной цистерны в течение 20…30 мин 𝑄𝑇𝐻 = 60 ∙ 𝑉𝑃 = (2 ÷ 3) ∙ 𝑉𝑃 ; (20 ÷ 30) (4.6) 𝑄𝑇𝐻 = 2,963 ∙ 5,29 = 15,674 м3 /ч. Производительность резервного ручного насоса выбирается из условия заполнения расходной цистерны в течение 1 час 𝑄𝑃𝐻 = Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 𝑉𝑃 = 𝑉𝑃 ; 𝑡 180403КП-10 03.00.00 ПЗ (4.7) Лис т 24 𝑄𝑃𝐻 = 5,29 м3 /ч. Производительность сепаратора определяется из условия суточной потребности топлива на 8 час 𝑄𝑇𝐶 24 ∙ g 𝑒 ∙ 𝑍гл ∙ 𝑁𝑒 ∙ 10−3 = ; (4.8) 8 24 ∙ 0,191 ∙ 2 ∙ 1200 ∙ 10−3 𝑄𝑇𝐶 = = 1,375 м3 /ч. 8 Мощность насоса 𝑁НАС = где 𝑄𝑇𝐻 ∙ ∆𝑃 , 3.6 ∙ 𝜂 (4.9) 𝜂 – к.п.д. насоса; ∆𝑃 – напор в магистрали, МПа. К.п.д. насоса и напор топлива в магистрали выбирается по Таблице 4.1. Таблица 4.1 – к.п.д. насоса и напор в магистрали Тип насоса шестеренный винтовой ∆𝑃 МПа 0,2 ÷ 0,5 0,5 ÷ 1,0 𝜂 0,5 ÷ 0,7 0,75 ÷ 0,85 Для системы легкого топлива выбирается винтовой топливоподкачивающий насос для заполнения расходной цистерны главного двигателя. 𝑁НАС = 15,674 ∙ 1 = 5,805 кВт. 3,6 ∙ 0,75 По результатам расчета составляется таблица. Таблица 4.2 – Результаты расчета системы легкого топлива Наименование характе- Численное значение харистики рактеристики Марка ВКС 5/24 3 Подача, м /ч 18 Напор, м 24 Мощность, кВт 8,3 -1 Частота вращения, мин 1500 Цена, руб. 23159 http://www.vmz-nasos.ru/nasos/vk_vks.html http://www.hms-pumps.ru/vk1.shtml Агрегат Насос топливный Сепаратор Изм Лис . т № докум. Подпись Марка Да та СЦ-1,5/1—11 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 25 Подача, м3/ч 1,5 Мощность, кВт 3 -1 Частота вращения, мин 1410 Массовая доля воды в очищенном продукте 0,05 (при начальном обводнении 3%), % Объем грязевого про0,0017 странства барабана, м3 Цена, руб. 190000 http://seabay.ru/?r=separator-sc-1_5 4.1.2 Расчет системы тяжелого топлива Объем расходной цистерны подсчитывается из расчета обеспечения работы главного двигателя на номинальном режиме в течение 12 часов 12 ∙ 𝐾𝑇 ∙ g 𝑒 ∙ 𝑍гл ∙ 𝑁𝑒 ∙ 10−3 𝑉𝑃 = , 𝜌𝑇 где (4.10) 𝜌𝑇 = 0,991 – плотность тяжелого топлива т/м3 . 12 ∙ 1,1 ∙ 0,191 ∙ 2 ∙ 1200 ∙ 10−3 𝑉𝑃 = = 6,106 м3 . 0,991 Объем расходной цистерны автономного котла 𝑉𝑃кот 4 ∙ 1,1 ∙ 20 ∙ 1 ∙ 10−3 = = 0,089 м3 . 0,991 Целесообразней объединить расходные цистерны двигателя и котла в одну, что обеспечит металлоемкость и сэкономит место в МО. Таким образом принимаем 𝑉𝑃 = 6,195 м3 . Расходные цистерны должны иметь хорошую теплоизоляцию и нагревательный элемент для подогрева тяжелого топлива до 45…50 ºС. Подогреватели тяжелого топлива устанавливаются в нижней части цистерны вблизи приемных патрубков. Они представляют собой змеевики, по которым проходит горячая вода или пар давлением не более 0,5 МПа. В запасных цистернах топливо подогревается до 30…40 ºС, а в расходных до 40…50 ºС, при этом температура должна быть не менее чем на 10 ºС ниже температуры вспышки топливных паров. Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 26 Расход теплоты на подогрев тяжелого топлива в запасных или расходных цистернах определяется по формулам теплопередачи 𝑄∑ = 𝑄п + 𝑄ст , где (4.11) 𝑄п – расход теплоты, идущей непосредственно на подогрев топлива до соот- ветствующей температуры, кВт; 𝑄ст – расход теплоты на передачу ее от стенок цистерны воздуху, кВт. 𝑄п = 𝐶𝑇 ∙ 𝑚 𝑇 ∙ где (𝑇2 − 𝑇1 ) , 3600 (4.12) 𝐶𝑇 = 1,88 – удельная теплоемкость моторного топлива, кДж/(кг·К); 𝑚 𝑇 – масса топлива в запасных или расходных цистернах, кг; 𝑇1 – температура топлива, подаваемого в цистерну, К; 𝑇2 – температура, до которой необходимо нагреть топливо в соответствую- щей цистерне, К. Расход теплоты, идущей на подогрев топлива в запасной цистерне (313 − 293) = 1462 кВт. 3600 Расход теплоты, идущей на подогрев топлива в расходной цистерне 𝑄пзап = 1,88 ∙ 140000 ∙ рас 𝑄п = 1,88 ∙ 6051 ∙ (323 − 313) = 31,6 кВт; 3600 𝑄ст = 𝛼 ∙ (𝑇4 − 𝑇3 ) ∙ 𝑆, где (4.13) 𝛼 = 10 – коэффициент теплоотдачи от стенок цистерны воздуху, Вт/(м2·К); 𝑆 – суммарная площадь поверхности цистерны, м2; 𝑇3 = 288 – температура воздуха в машинном помещении, К; 𝑇4 = 303 – температура внешней поверхности изоляции цистерны, К; Расход теплоты на передачу ее от стенок цистерны воздуху для запасной цистерны зап 𝑄ст = 10 ∙ (303 − 288) ∙ 623,56 = 93,53 кВт. Расход теплоты на передачу ее от стенок цистерны воздуху для расходной цистерны рас 𝑄ст = 10 ∙ (303 − 288) ∙ 26,424 = 3,964 кВт. Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 27 Расход теплоты на подогрев тяжелого топлива в запасной цистерне составил 𝑄∑зап = 1462 + 93,53 = 1555,53 кВт. Расход теплоты на подогрев тяжелого топлива в расходной цистерне составил рас 𝑄∑ = 31,6 + 3,964 = 35,564 кВт. Объем сточной цистерны грязного топлива составляет 50 – 100 л на каждые 1000 кВт мощности главного двигателя 𝑉ст = (0,05 ÷ 0,1) ∙ 𝑉ст = 0,1 ∙ ∑𝑁𝑒 ; 1000 (4.14) 2400 = 0,24 м3 . 1000 Емкость запасных цистерн 𝑉зап = 𝑉зап = 𝐾𝑇 ⋅ 𝐶𝑇 ; 𝜌𝑇 (4.15) 1,1 ⋅ 140 = 155,399 м3 . 0,991 Производительность топливоподкачивающего электронасоса (дежурного) выбирается из условия заполнения расходной цистерны в течение 20…30 мин 𝑄𝑇𝐻 = 60 ∙ 𝑉𝑃 = (2 ÷ 3) ∙ 𝑉𝑃 ; (20 ÷ 30) (4.16) 𝑄𝑇𝐻 = 3 ∙ 6,195 = 18,585 м3 /ч. Производительность резервного ручного насоса выбирается из условия заполнения расходной цистерны в течение 1 час 𝑄𝑃𝐻 = 𝑉𝑃 = 𝑉𝑃 ; 𝑡 (4.17) 𝑄𝑃𝐻 = 6,195 м3 /ч. Производительность сепаратора определяется из условия суточной потребности топлива на 12 час 𝑄𝑇𝐶 𝑄𝑇𝐶 Изм Лис . т № докум. 24 ∙ g 𝑒 ∙ 𝑍гл ∙ 𝑁𝑒 ∙ 10−3 = ; 12 (4.18) 24 ∙ 0,191 ∙ 2 ∙ 1200 ∙ 10−3 = = 0,917 м3 /ч. 12 Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 28 Мощность насоса 𝑁НАС = 𝑄𝑇𝐻 ∙ ∆𝑃 . 3.6 ∙ 𝜂 (4.19) К.п.д. насоса и напор топлива в магистрали выбирается по Таблице 4.1. 𝑁НАС = 18,318 ∙ 0,5 = 3,635 кВт. 3,6 ∙ 0,7 По результатам расчета составляется таблица. Таблица 4.3 – Результаты расчета системы тяжелого топлива Агрегат Численное значение характеристики Марка Ш 40-4-19,5/4Б-7 3 Подача, м /ч 19,5 Напор, м 4 Мощность, кВт 5 -1 Частота вращения, мин 980 Цена, руб. 67790 http://www.rimos.ru/catalog/pump/11532 Наименование характеристики Насос топливный Сепаратор Марка СЦ-1,5/1—11 3 Подача, м /ч 1,5 Мощность, Вт 3 -1 Частота вращения, мин 1410 Массовая доля воды в очищенном продукте (при начальном об0,05 воднении 3%), % Объем грязевого пространства 0,0017 барабана, м3 Цена, руб. 190000 http://seabay.ru/?r=separator-sc-1_5 4.2 Расчет масляной системы Масляная система предназначена для приема, хранения и подачи масла потребителям. Масляные системы дизельных установок во многих случаях состоят из следующих, по существу, независимых систем: смазочной и охлаждения трущихся деталей главных и вспомога- тельных двигателей; Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 29 смазочной редукторных передач; гидравлической реверс-редукторных, гидродинамических и объ- емных гидравлических передач; масляной органов управления и автоматического регулирования. При проектировании масляной системы необходимо учитывать расход масла во всех перечисленных системах. Производительность нагнетательного масляного насоса 𝑄мн где 𝑄м ∙ 10−3 = Км ∙ , 𝐶м ∙ 𝜌м ∙ (𝑡2м − 𝑡1м ) (4.20) Км = 1,2 … 1,5 – коэффициент запаса подачи; 𝑄м – количество теплоты, отбираемое маслом у трущихся пар двигателя, кДж/ч; 𝐶м = 2,02 – теплоемкость масла, кДж/(кг·°С); 𝜌м = 0,89 … 0,91 – плотность масла; 𝑡2м = 45 … 70 – температура масла за двигателем, °С; 𝑡1м – температура масла перед двигателем, °С. р 𝑄м = 𝑎м ∙ g 𝑒 ∙ 𝑁𝑒 ∙ 𝑄н , где (4.21) 𝑎м = 0,05 … 0,1 – доля тепла, отводимая маслом от всего количества теплоты, выделяемой при сгорании топлива в цилиндрах двигателя; р 𝑄н – удельная теплота сгорания топлива, кДж/кг; р 𝑄н = 41000 … 43000 – дизельное топливо, кДж/кг; р 𝑄н = 39000 … 40000 – моторное топливо, кДж/кг; g 𝑒 – удельный расход топлива, кг/(кВт·ч); 𝑁𝑒 – номинальная мощность двигателя, кВт. Дальше необходимо произвести расчет масляной системы при работе двигателя на легком и тяжелом топливе. 4.2.1 Расчет масляной системы при работе двигателя на легком топливе 𝑄м = 0,1 ∙ 0,191 ∙ 1200 ∙ 42000 = 962640 кДж/ч; Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 30 𝑄мн 962640 ∙ 10−3 = 1,5 ∙ = 22,693 м3 /ч. 2,02 ∙ 0,9 ∙ (70 − 35) Производительность откачивающего насоса должна быть на 25…30% больше подачи нагнетательного насоса для осушения картера двигателя 𝑄мо = (1,25 … 1,3) ∙ 𝑄мн ; (4.22) 𝑄мо = 1,25 ∙ 22,693 = 28,366 м3 /ч. Емкость маслосборной цистерны 𝑉мс = Кс ∙ где 𝑄мо , 𝑧 (4.23) 𝐾с = 1,2 … 1,3 – коэффициент, учитывающий мертвый запас топлива и уве- личение объема масла при его нагреве; 𝑧 = 10 … 30 – кратность циркуляции масла для МОД и СОД. 𝑉мс = 1,3 ∙ 28,366 = 1,844 м3 . 20 Объем сточной цистерны отработавшего масла м 𝑉ст = 0,6 ∙ ∑ 𝑉мс ∙ 𝑛, где (4.24) 𝑛 = 1,0 – число смен масла за период автономного плавания. м 𝑉ст = 0,6 ∙ 1,844 ∙ 2 ∙ 1,0 = 2,213 м3 . Объем расходной цистерны 𝑉рм = (1,1 … 1,5) ∙ 𝑉мс ; (4.25) 𝑉рм = 1,3 ∙ 1,844 = 2,397 м3 . Объем запасной цистерны 𝑉зм = 1,1 ∙ где 𝐺м , 𝜌м 𝐺м – запас масла, т. 𝐺м = (0,02 … 0,06) ∙ 𝐺т , где (4.26) (4.27) 𝐺т = 140 – запас топлива, т. 𝐺м = 0,05 ∙ 140 = 7 т; 𝑉зм = 1,1 ∙ Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 7 = 8,556 м3 . 0,9 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 31 Поверхность охлаждения масляного холодильника 𝐹мх = где 𝑄м , 3,6 ∙ 𝐾 ∙ Δ𝑡ср (4.28) 𝐾 = 290 … 460 – коэффициент теплоперепада от масла к стенкам трубок хо- лодильника, Вт/(м2 ∙ °𝐶); Δ𝑡ср – средняя температура масла и воды, °𝐶. Δ𝑡ср = где 𝑡1м + 𝑡2м 𝑡1з + 𝑡2з − , 2 2 (4.29) 𝑡1з – температура забортной воды перед холодильником. Принимается в за- висимости от бассейна плавания (Таблица 4.4), °𝐶; 𝑡2з = 40 … 45 – температура забортной воды за холодильником, °𝐶. Таблица 4.4 – Температура забортной воды Район плавания Обь – Иртыш Енисей – Лена Без ограничения бассейна Суда смешанного плавания Температура 𝑡1з , °𝐶 21 19 24 27 35 + 45 27 + 40 − = 6,5 °𝐶; 2 2 962640 𝐹мх = = 102,846 м2 . 3,6 ∙ 400 ∙ 6,5 Δ𝑡ср = Производительность насоса забортной воды для прокачки масляного холодильника 𝑄м ∙ 10−3 𝑄нз = Кз ∙ , 𝐶в ∙ 𝜌в ∙ (𝑡2з − 𝑡1з ) где (4.30) Кз = 1,3 … 1,5 – коэффициент запаса подачи воды; 𝐶в = 4,19 – теплоемкость пресной речной воды, кДж/(кг ∙ °𝐶); 𝐶в = 3,98 – теплоемкость морской воды, кДж/(кг ∙ °𝐶); 𝜌в = 1,0 – плотность пресной воды, т/м3; 𝜌в = 1,02 – плотность морской воды, т/м3. Производительность насоса для пресной забортной воды Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 32 962640 ∙ 10−3 𝑄нз = 1,5 ∙ = 10,27 м3 /ч. 4,19 ∙ 1,0 ∙ (40 − 27) Производительность насоса для морской забортной воды 𝑄нз = 1,5 ∙ 962640 ∙ 10−3 = 10,666 м3 /ч. 3,98 ∙ 1,02 ∙ (40 − 27) Выбираем производительность насоса прокачки масляного холодильника для морской забортной воды, так как она выше чем для пресной воды. Производительность масляного сепаратора 𝑚 ∙ ∑ 𝑉мс , 𝑡с 𝑄мс = где (4.31) 𝑚 = 1,5 … 3,5 – кратность очистки масла; 𝑡с = 8 … 12 – время работы сепаратора в сутки, час. 𝑄мс = 3 ∙ 1,844 ∙ 2 = 1,106 м3 /ч. 10 4.2.2 Расчет масляной системы при работе двигателя на тяжелом топливе Количество теплоты, отбираемое маслом у трущихся пар двигателя 𝑄м = 0,1 ∙ 0,191 ∙ 1200 ∙ 40000 = 916800 кДж/ч. Производительность нагнетательного масляного насоса 𝑄мн 916800 ∙ 10−3 = 1,5 ∙ = 21,612 м3 /ч. 2,02 ∙ 0,9 ∙ (70 − 35) Производительность откачивающего насоса 𝑄мо = 1,3 ∙ 21,612 = 28,096 м3 /ч. Емкость маслосборной цистерны 𝑉мс = 1,3 ∙ 28,096 = 1,826 м3 . 20 Объем сточной цистерны отработавшего масла м 𝑉ст = 0,6 ∙ 1,826 ∙ 2 ∙ 1,0 = 2,191 м3 . Объем расходной цистерны 𝑉рм = 1,3 ∙ 1,826 = 2,374 м3 . Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 33 Объем запасной цистерны остается таким же, как и для системы с легким топливом. Поверхность охлаждения масляного холодильника 𝐹мх = 916800 = 97,949 м2 . 3,6 ∙ 400 ∙ 6,5 Производительность насоса прокачки масляного холодильника для пресной забортной воды 916800 ∙ 10−3 𝑄нз = 1,5 ∙ = 9,781 м3 /ч. 4,19 ∙ 1,0 ∙ (40 − 27) Производительность насоса прокачки масляного холодильника для морской забортной воды 962640 ∙ 10−3 𝑄нз = 1,5 ∙ = 10,158 м3 /ч. 3,98 ∙ 1,02 ∙ (40 − 27) Выбираем производительность насоса прокачки масляного холодильника для морской забортной воды, так как она выше чем для пресной воды. Производительность масляного сепаратора 3 ∙ 1,826 ∙ 2 = 1,096 м3 /ч. 10 По результатам расчетов принимаем масляную систему для двигателя, ра𝑄мс = ботающего на легком топливе, так как все показатели для этой системы выше, чем для двигателя, работающего на тяжелом топливе. По результатам расчета составляется таблица. Таблица 4.5 – Результаты расчета масляной системы Агрегат Насос масляный, нагнетательный Наименование характеристики Марка Подача, м3/ч Напор, кг/см2 Мощность, кВт Частота вращения, мин-1 Цена, руб. Численное значение характеристики ПНШ 24/3 24 3 5,5 750 247100 http://www.uugm.ru/cgibin/catalog/viewgroup.cgi?prigroup=906&seller=&city=& made= Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 34 Продолжение Таблица 4.5 Насос масляный, откачивающий Сепаратор Марка ПНШ 30/6 3 Подача, м /ч 30 2 Напор, кг/см 6 Мощность, кВт 15 Частота вращения, мин-1 750 Цена, руб. 264500 http://www.uugm.ru/cgibin/catalog/viewgroup.cgi?prigroup=906&seller=&city=& made= Марка СЦ-1,5/1—11 3 Подача, м /ч 1,5 Мощность,кВт 3 -1 Частота вращения, мин 1410 Массовая доля воды в очищенном продукте (при 0,05 начальном обводнении 3%), % Объем грязевого простран0,0017 ства барабана, м3 Цена, руб. 190000 http://seabay.ru/?r=separator-sc-1_5 4.3 Расчет системы охлаждения Система водяного охлаждения дизельных установок, как правило, двухконтурная. Она состоит из замкнутой системы внутреннего контура, вода которой охлаждает дизель, и открытой системы внешнего контура, в которой через холодильник циркулирует забортная вода. В настоящее время насосы внутреннего и внешнего контуров, как правило, входят в комплект поставки дизельной установки. Если насосы не входят в комплект поставки необходимо рассчитать их параметры. Подача насоса внутреннего контура 𝑄в ∙ 10−3 𝑄нв = 𝐾з ∙ , 𝐶в ∙ 𝜌в ∙ Δ𝑡в где (4.32) 𝐾з = 1,2 … 1,3 – коэффициент запаса подачи воды; Δ𝑡в = 10 … 12 – разность температур воды на выходе из дизеля и на входе в него, °𝐶; Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 35 𝑄в – количество теплоты, отбираемое водой внутреннего контура от охлаждаемых деталей двигателя, кДж/ч. р 𝑄в = 𝑎в ∙ g 𝑒 ∙ 𝑁𝑒 ∙ 𝑄н , где (4.33) 𝑎в = 0,12 … 0,17 – доля тепла, отводимая водой от всего количества теплоты, выделяемой при сгорании топлива в цилиндрах двигателя. 4.3.1 Расчет системы охлаждения при работе двигателя на легком топливе 𝑄в = 0,15 ∙ 0,191 ∙ 1200 ∙ 42000 = 1443960 кДж/ч; 1443960 ∙ 10−3 𝑄нв = 1,3 ∙ = 44,801 м3 /ч. 4,19 ∙ 1,0 ∙ 10 Подача насоса забортной воды, прокачиваемой через холодильник для охлаждения воды внутреннего контура, определяется по аналогичному выражению, что и подача насоса внутреннего контура 𝑄в ∙ 10−3 𝑄нз = Кз ∙ , 𝐶в ∙ 𝜌в ∙ (𝑡2з − 𝑡1з ) где (4.34) 𝑡1з – температура забортной воды перед холодильником. Принимается в за- висимости от бассейна плавания (Таблица 4.4), °𝐶; 𝑡2з = 40 … 45 – температура забортной воды за холодильником, °𝐶. Производим расчет подачи забортного насоса для пресной воды 1443960 ∙ 10−3 𝑄нз = 1,3 ∙ = 34,462 м3 /ч. 4,19 ∙ 1,0 ∙ (40 − 27) Производим расчет подачи забортного насоса для морской воды 𝑄нз 1443960 ∙ 10−3 = 1,3 ∙ = 35,569 м3 /ч. 3,98 ∙ 1,02 ∙ (40 − 27) Из расчетов видно, что подача забортного насоса для морской воды ваше, чем для пресной. Поэтому принимаем подачу забортного насоса для морской воды. Часто для прокачки забортной водой масляного и водяного холодильников используют один насос, тогда его подача определяется по формуле (𝑄в + 𝑄м ) ∙ 10−3 𝑄нз = Кз ∙ . 𝐶в ∙ 𝜌в ∙ (𝑡2з − 𝑡1з ) (4.35) Расчет производим для морской воды Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 36 (1443960 + 962640) ∙ 10−3 𝑄нз = 1,3 ∙ = 59,282 м3 /ч. 3,98 ∙ 1,02 ∙ (40 − 27) Внутренний контур не может быть герметически замкнутым. Для компенсации изменения объема воды при изменении ее температуры, а также для возмещения потерь вследствие испарения или утечек служит расширительный бак, соединенный с всасывающей магистралью циркуляционного насоса. Емкость расширительного бака по опытным данным составляет 100…150 л на каждые 1000 кВт мощности 𝑉рб = (0,1 … 0,15) ∙ 𝑉рб = 0,12 ∙ 𝑁𝑒 ; 1000 (4.36) 1200 = 0,144 м3 . 1000 4.3.2 Расчет системы охлаждения при работе двигателя на тяжелом топливе Количество теплоты, отбираемое водой внутреннего контура от охлаждаемых деталей двигателя 𝑄в = 0,15 ∙ 0,191 ∙ 1200 ∙ 40000 = 1375200 кДж/ч; Производительность насоса внутреннего контура 1375200 ∙ 10−3 𝑄нв = 1,3 ∙ = 42,667 м3 /ч. 4,19 ∙ 1,0 ∙ 10 Подача насоса забортной воды. Рассчитывается для морской воды 𝑄нз = 1,3 ∙ 1375200 ∙ 10−3 = 33,875 м3 /ч. 3,98 ∙ 1,02 ∙ (40 − 27) Подача насоса для прокачки забортной водой масляного и водяного холодильника (1443960 + 916800) ∙ 10−3 𝑄нз = 1,3 ∙ = 56,459 м3 /ч. 3,98 ∙ 1,02 ∙ (40 − 27) Емкость расширительного бака такая же, как и для двигателя работающего на легком топливе. Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 37 По результатам расчетов принимаем систему охлаждения для двигателя, работающего на легком топливе, так как все показатели для этой системы выше, чем для двигателя, работающего на тяжелом топливе. Насос внутреннего контура и насос для прокачки водяного и масляного холодильников приводятся в движение от коленчатого вала двигателя, и поставляются вместе с ним. Эти насосы подбираются по производительности при покупке двигателя. Поэтому их расчет не производится. 4.4 Расчет системы сжатого воздуха Сжатый воздух используется на судне для пуска главных и вспомогательных двигателей, подачи звукового сигнала (тифона), подпитки пневмоцистерн (гидрофоров) и других хозяйственных и технологических нужд. Общий запас воздуха на судне, необходимый для обеспечения определенного количества пусков и реверсов главных двигателей, регламентируемых Правилами Регистра, определяется по формуле 𝑉в = (𝑉хп + (𝑚 − 1) ∙ 𝑉г ) ∙ ∑ 𝑉ц ∙ 𝑧, где (4.37) 𝑉хп = 8 … 10 – удельный расход свободного воздуха для пуска холодных дви- гателей, приходящийся на 1м3 объема цилиндра, м3/м3; 𝑉г = 4 … 6 – удельный расход свободного воздуха для пуска горячего двигателя, м3/м3; 𝑚 = 6 – число пусков и реверсов; ∑ 𝑉ц = 0,211 – суммарный объем цилиндров двигателя, м3; 𝑧 = 2 – число двигателей. 𝑉в = (10 + (6 − 1) ∙ 6) ∙ 0,211 ∙ 2 = 16,88 м3 . Суммарный объем пусковых баллонов ∑ 𝑉б = где 𝑉в ∙ 𝑃0 , 𝑃1 − 𝑃2 (4.38) 𝑃0 = 0,1 – давление атмосферного воздуха, МПа; Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 38 𝑃1 = 3 … 6 – начальное пусковое давление воздуха, МПа; 𝑃2 = 0,8 … 1,5 – минимальное пусковое давление воздуха, МПа. ∑ 𝑉б = 16,88 ∙ 0,1 = 0,325 м3 . 6 − 0,8 По величине ∑ 𝑉б выбирают необходимое количество стандартных баллонов, общая вместимость которых должна быть больше расчетной, т. е. ∑ 𝑉б.общ ≥ ∑ 𝑉б . Стандартные баллоны рассчитаны на 40, 80, 200, 250 и 400 литров. Выбираем 5 баллонов объемом по 80 литров. Таким образом ∑ 𝑉б.общ = 0,4 м3 , что удовлетворяет условию. Производительность компрессора 𝑄к = где ∑ 𝑉б ∙ (𝑃1 − 𝑃2 ) , 𝑃0 ∙ 𝑡б (4.39) 𝑡б = 1 – время заполнения баллонов, час. 𝑄к = 0,4 ∙ (6 − 1,5) = 18 м3 /ч. 0,1 ∙ 1 Объем тифонного баллона определяется из условия подачи сигналов в течение 10 мин без его подкачки 𝑉тф = Кнас ∙ где 𝑉т ∙ 𝑡сиг ∙ 𝑃0 , 𝑃3 − 𝑃4 (4.40) Кнас = 0,128 – коэффициент насыщения сигналами (отношение продолжи- тельности сигнала ко времени между сигналами); 𝑡сиг = 10 – время сигнала, мин; 𝑃3 = 1,5 … 3 – начальное давление воздуха в баллоне, МПа; 𝑃4 = 0,5 … 0,8 – конечное давление воздуха в баллоне, МПа; 𝑉т – расход свободного воздуха тифоном (Таблица 4.6), м3/мин. Таблица 4.6 – Расход свободного воздуха тифоном Условный проход тифона, мм 10 15 25 32 Изм Лис . т № докум. Подпись Да та Тон звука альт тенор баритон бас 𝑉т , м3 /мин 1 3 6 7 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 39 𝑉тф = 0,128 ∙ 3 ∙ 10 ∙ 0,1 = 0,154 м3 . 3 − 0,5 Выбираем один тифонный баллон объемом 200 л. По результатам расчетов строится таблица. Таблица 4.7 – Результаты расчета системы сжатого воздуха Наименование характериЧисленное значение хастики рактеристики Марка ЭК 2-150 э/дв.АИРМ 132 3 Производительность, м /ч 18 2 Давление начальное, кгс/см 4 2 Давление конечное, кгс/см 151 Мощность, кВт 8,5 Цена, руб. 262050 http://copy.yandex.net/?fmode=envelope&url=http%3A%2F Воздушный компрессор %2Fwww.blizko.ru%2Fdata%2Fcompanies%2Fprices%2F8 631841.xls%3F1279446627&lr=66&text=%D0%BA%D0% BE%D0%BC%D0%BF%D1%80%D0%B5%D1%81%D1% 81%D0%BE%D1%80%20%D0%AD%D0%9A%202150%20%D1%8D%2F%D0%B4%D0%B2.%D0%90%D0% 98%D0%A0%D0%9C%20132%20%D1%86%D0%B5%D0 %BD%D0%B0&l10n=ru&mime=xls&sign=99146c7509a07 c2c1cc5aca856e6a962&keyno=0 Агрегат 4.5 Расчет газовыпускной системы Система газовыпуска предназначена для отвода в атмосферу выпускных газов от главных и вспомогательных дизелей, котлов и камбуза. Площадь сечения газовыпускного трубопровода определяется в зависимости от секундного расхода и допустимой скорости движения газов: для дизелей 𝐹т.д = g 𝑒 ∙ 𝑁𝑒 ∙ (𝜆2 ∙ 𝐿0 + 1) ∙ 𝑅 ∙ 𝑇 ; 3600 ∙ 𝐶𝑟 ∙ 𝑃2 (4.41) для автономных котлов 𝐹т.к = где 𝐵ак ∙ 𝜆2 ∙ 𝑅 ∙ 𝑇 , 3600 ∙ 𝐶𝑟 ∙ 𝑃2 (4.42) 𝜆2 – суммарный коэффициент избытка воздуха при горении: Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 40 МОД, СОД – 1,8…2,1; автономные котлы – 1,2…1,3; 𝐿0 = 14,3 – количество воздуха теоретически необходимого для сгорания 1 кг топлива, кг/кг; 𝑅 = 0,287 – газовая постоянная, кДж/кг ∙ °К; 𝑇 – температура выпускных газов: за дизелем – 573…773 °К; за утилизационным котлом – 453…473 °К; в дымоходах автономных котлов – 423…573 °К; 𝐶𝑟 – допустимая скорость движения газов в трубопроводе: дизель – 30…45 м/с; автономный котел – 20…25 м/с; 𝐵ак – часовой расход топлива автономных котлов, кг/ч; 𝑃2 = (0,03 … 0,04) ∙ 102 – допустимое давление в трубопроводе, кПа. 4.5.1 Площадь сечения газовыпускного трубопровода за дизелем 𝐹т.д = 0,191 ∙ 1200 ∙ (2,1 ∙ 14,3 + 1) ∙ 0,287 ∙ 673 = 2,385 м2 . 2 3600 ∙ 40 ∙ 0,04 ∙ 10 4.5.2 Площадь сечения газовыпускного трубопровода за утилизационным котлом 𝐹т.д = 0,191 ∙ 1200 ∙ (2,1 ∙ 14,3 + 1) ∙ 0,287 ∙ 453 = 1,106 м2 . 3600 ∙ 40 ∙ 0,04 ∙ 102 4.5.3 Площадь сечения газовыпускного трубопровода за автономным котлом 𝐹т.к = Изм Лис . т № докум. Подпись 20 ∙ 1,3 ∙ 0,287 ∙ 423 = 0,015 м2 . 2 3600 ∙ 20 ∙ 0,03 ∙ 10 Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 41 5 РАСЧЕТ ОБЩЕСУДОВЫХ СИСТЕМ Все основное оборудование общесудовых систем является составной частью СЭУ. К общесудовым системам относят противопожарную, осушительную, балластную, санитарную и др. 5.1 Система осушения Внутренний диаметр осушительной магистрали и приемных отростков D0 непосредственно присоединяемых к насосу, должен определяться по формуле 𝐷0 = 1,5 ∙ √𝐿 ∙ (𝐵 + 𝐻) + 25, где (5.1) 𝐿 = 134,53 – длина судна, м; 𝐵 = 16,7 – ширина судна, м; 𝐻 = 6,5 – высота борта, м. 𝐷0 = 1,5 ∙ √134,53 ∙ (16,7 + 6,5) + 25 = 108,8 мм. Округляем внутренний диаметр осушительной магистрали до ближайшего большего стандартного размера. Принимаем 𝐷0 = 109,5 мм. Внутренний диаметр приемных отростков dо присоединяемых к магистрали, а также диаметр приемного трубопровода ручного насоса должны определяться по формуле 𝑑0 = 2,0 ∙ √𝑙 ∙ (𝑏 + 𝐻) + 25, где (5.2) 𝑙 – длина осушаемого отсека, измеряемая по его днищу, м; 𝑏 – ширина осушаемого отсека, м. Внутренний диаметр приемных отростков определим для МО, так как это самый большой отсек, подлежащий осушению. Для остальных отсеков приемные отростки примем такими же. 𝑑0 = 2,0√15 ∙ (16 + 6,5) + 25 = 61,742 мм. Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 42 Округляем внутренний диаметр приемных отростков до ближайшего большего стандартного размера. Принимаем 𝑑0 = 65 мм. Производительность осушительного насоса 𝑄н.о где 𝜋 ∙ 𝑑02 = 0,0036 ∙ ∙ 𝑉 = 0,0056 ∙ 𝑑02 , 4 (5.3) 𝑉 = 2 – скорость воды в приемной магистрали, м/с. 𝑄н.о = 0,0056 ∙ 62 = 23,66 м3 /ч. По найденной производительности подбираем насос с напором 𝐻 = 15 … 25 м. Таблица 5.1 – Результаты расчета системы охлаждения Агрегат Насос осушительный Наименование характериЧисленное значение хастики рактеристики Марка 1НЦВ - 25/20Б 3 Производительность, м /ч 25 Напор, м 20 Мощность, кВт 4 Цена, руб. 289 913 http://www.mnkom.ru/catalog/category/1000001173 5.2 Система балластная Балластная система служит для приема балластной воды на судно и ее откачивания. Внутренний диаметр отростков балластных трубопроводов 𝑑б для отдельных цистерн должен быть не менее определяемого по формуле 𝑑б = 16 ∙ 3√𝑉б , где (5.4) 𝑉б = 1300 – вместимость балластной цистерны, м3 . 3 𝑑б = 16 ∙ √1300 = 174,623 мм. Полученный диаметр округляем до ближайшего большего стандартного размера. Принимаем 𝑑б = 210 мм. По формуле (5.3) рассчитываем производительность балластного насоса Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 43 𝑄н.о = 0,0056 ∙ 2102 = 246,96 м3 /ч. По найденной производительности подбираем насос с напором 𝐻 = 15 … 25 м. Таблица 5.2 – Результаты расчета балластной системы Агрегат Насос балластный Наименование характериЧисленное значение хастики рактеристики Марка НЦВ – 250/20А 3 Производительность, м /ч 250 Напор, м 20 Мощность, кВт 22 Цена, руб. 956 528 http://www.mnkom.ru/catalog/category/1000001173 5.3 Системы противопожарные 5.3.1 Система водотушения Суммарную подачу основных пожарных насосов следует определять из условия одновременного обеспечения 15 % количества всех установленных на судне пожарных кранов, но не менее трех, а для судов с двигателями суммарной мощностью 220 кВт и менее – не менее двух при подаче струй самыми большими насадками, применяемыми на судне. Таким образом, подача пожарного насоса должна удовлетворять двум требованиям: 𝑄пн ≥ 0,15 ∙ 𝑧 ∙ 𝑄шл ; 𝑄пн ≥ (2или3) ∙ 𝑄шл , где (5.5) 𝑧 = 25 – количество пожарных кранов, установленных на судне; 𝑄шл – расход воды на один шланг, м3/ч. Расход воды на один шланг определяется по уравнению истечения воды из спрыска 𝑄шл = 3600 ∙ 𝜇 ∙ 𝑓с ∙ √2 ∙ g ∙ 𝐻с , где (5.6) 𝜇 = 0,98 … 1,0 – коэффициент истечения из спрыска пожарного ствола (брандспойта); Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 44 g = 9,81 – ускорение свободного падения, м/с2; 𝑓с – площадь сечения отверстия спрыска ствола диаметром 𝑑𝑐 , м2; 𝐻с – напор воды у спрыска ствола, м. вод. ст. Площадь сечения отверстия спрыска ствола можно определить по формуле 𝜋 ∙ 𝑑с2 𝑓с = , 4 где (5.7) 𝑑с – диаметр спрыска, м. Стандартные диаметры насадок следует принимать равными 12, 16 и 19 мм или близкими к этим размерам. Диаметр насадки ручных стволов на открытых палубах судов грузоподъемностью 1000 т и более, на пассажирских судах длиной 50 м и более, судах технического флота и плавучих доках должен быть не менее 16 мм. Таким образом, принимаем диаметр насадок 16 мм. 3,14 ∙ 0,0162 𝑓с = = 0,000201 м2 . 4 Общий напор у спрыска ствола можно определить по формуле 𝐻с = где 𝑆в , 1 − 𝜑 ∙ 𝑆в (5.8) 𝜑 = 0,023 … 0,006 – коэффициент, зависящий от диаметра спрыска ствола, при этом меньшие значения коэффициента соответствуют большим значения диаметрам ствола; 𝑆в – общая высота вертикальной струи, м. вод. ст. 𝑆в = 𝛼0 ∙ 𝑆к , где (5.9) 𝛼0 = 1,2 – коэффициент, учитывающий раздробленную часть струи; 𝑆к ≥ 10 – высота компактной части струи, принимаемой над уровнем палубы самой верхней надстройки или рубки, независимо от места установки пожарного крана, м. вод. ст. 𝑆в = 1,2 ∙ 10 = 12 м. вод. ст. ; 𝐻с = Изм Лис . т № докум. Подпись 12 = 14,528 м. вод. ст. ; 1 − 0,0145 ∙ 12 Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 45 𝑄шл = 3600 ∙ 1,0 ∙ 0,000201 ∙ √2 ∙ 9,81 ∙ 14,528 = 12,216 м3 /ч. Подача пожарного насоса по первому условию 𝑄пн ≥ 0,15 ∙ 25 ∙ 12,216 = 45,81 м3 /ч. Подача пожарного насоса по второму условию 𝑄пн ≥ 3 ∙ 12,216 = 36,648 м3 /ч. Таким образом принимаем подачу пожарного насоса по первому условию. 5.3.2 Система воздушно-механического пенотушения Общее количество эмульсии в литрах, необходимое для локализации пожара в том или ином помещении, определяется по выражению 𝑉э = 𝐹 ∙ 𝑞 ∙ 𝑡, где (5.10) 𝐹 – площадь, покрываемая пеной, м2; 𝑞 – интенсивность подачи эмульсии, л/(м2 ∙ мин); 𝑡 – расчетное время непрерывной работы установки, мин. В системе пенотушения в качестве огнетушащего вещества может выраба- тываться пена кратности: низкой – около 10:1; средней – между 50:1 и 150:1; высокой – около 1000:1. Интенсивность подачи эмульсии для получения пены и расчетное время непрерывной работы принимается согласно Таблица 5.1. Принимаем пену средней кратности 100:1. За расчетную площадь следует принимать площадь горизонтального сечения наибольшего защищаемого помещения. Таблица 5.3 – Зависимость интенсивности подачи раствора и продолжительности работы системы от кратности пенообразования Наименование помещений Интенсивность подачи Расчетное время непрераствора, м3/(ч·м2), при рывной работы, мин. кратности пенообразователя 10:1 100:1 1000:1 Грузовые цистерны (танки) для воспламеняющихся жидкостей с температурой вспышки паров 60 °С и ниже и палубы этих цистерн (танков) Грузовые цистерны (танки) для воспламеняющихся жидкостей с Изм Лис . т № докум. Подпись Да та (0,36; 0,036; 0,18)1 0,363 – 302 0,363 0,273 – 20 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 46 температурой вспышки паров выше 60 °С и топливные цистерны Трюмы для сухих опасных грузов Машинные и другие помещения, оборудование которых работает на жидком топливе – – – 0,243 0,273 – – – 0,06 45 20 Продолжительность работы должна быть достаточной для обеспечения пятикратного заполнения объема защищаемого помещения Кладовые для хранения воспламеняющихся жидкостей, материалов – 0,273 – 20 и веществ, сжиженных и сжатых газов 1 Интенсивность подачи раствора выбирается такой, при которой обеспечивается наибольшая производительность системы, и должна быть не менее следующих значений: 0,36 м3/ч на 1 м2 площади горизонтального сечения цистерны (танка), имеющей наибольшую площадь; 0,036 м3/ч на 1 м2 площади палубы грузовых цистерн (танков), определяемой как произведение максимальной ширины судна на длину палубы, занимаемой цистернами (танками); 0,18 м3/ч на 1 м2 площади, защищаемой лафетным стволом наибольшей производительности и полностью расположенной в нос от него, однако не менее 75 м3/ч. 2 На нефтеналивных судах, оборудованных системой инертного газа, расчетное время работы системы должно быть не менее 20 мин. 3 За расчетную следует принимать площадь горизонтального сечения наибольшего защищаемого помещения. 𝑉э = 1487,97 ∙ 0,36 ∙ 30 = 16070,076 л. Количество воды, необходимой для образования эмульсии 𝑉в = где 𝑉э , 𝐾по (5.11) 𝐾по = 1,06 – коэффициент, учитывающий процентное содержание пенообра- зователя в эмульсии. 𝑉в = 16070,076 = 15160,449 л. 1,06 Часовая подача насоса, подающего воду в систему 𝑄в = 60 ∙ 𝑉в ∙ 10−3 ; 𝑡 (5.12) 15160,449 ∙ 10−3 = 30,321 м3 /ч. 30 Количество пены, поданной за период времени t определяется как 𝑄в = 60 ∙ Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 47 𝑉п = 𝑉э ∙ 𝐾рп , где (5.13) 𝐾рп = 10; 100 или 1000 – коэффициент расширения пены. 𝑉п = 16070,076 ∙ 100 = 1607007,6 л. Расход пенообразователя 𝑉по = 𝑉э − 𝑉в ; (5.14) 𝑉по = 16070,076 − 15160,449 = 909,627 л. Вода в систему пенотушения может подаваться самостоятельным насосом с подачей Qв или пожарным насосом. Если системы водотушения и пенотушения будут питаться от одного насоса, то его подача должна удовлетворять одновременной работе двух пожарных кранов (стволов) при полном расходе воды на систему пенотушения, т.е. ′ 𝑄пн = 2 ∙ 𝑄шл + 𝑄в ; (5.15) ′ 𝑄пн = 2 ∙ 12,216 + 30,321 = 54,753 м3 /ч. ′ По величине 𝑄пн подбирается пожарный насос. По результатам расчетов составляем таблицу. Таблица 5.4 – Результаты расчета пожарной системы Агрегат Насос пожарный Наименование характериЧисленное значение хастики рактеристики Марка 1НЦВ-63/20Б 3 Производительность, м /ч 63 Напор, м 20 Мощность, кВт 7,5 Цена, руб. 477884 http://www.mnkom.ru/catalog/category/1000001173 5.4 Системы санитарные Основное назначение санитарных систем – снабжать команду и пассажиров водой для бытовых нужд, а также удалять за борт нечистоты и загрязненные (сточные) воды. В состав санитарных систем входят: система водоснабжения, сточнофановая и система шпигатов. Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 48 5.4.1 Система водоснабжения Производительность станции подготовки питьевой и мытьевой воды (СППВ) 𝑄ст = 𝐾ст ∙ где 𝑞э ∙ 𝐴э + 𝑞п ∙ 𝐴п , 1000 ∙ 𝑡ст (5.16) 𝐾ст = 1,05 – коэффициент запаса; 𝑞э и 𝑞п – нормы расхода воды на человека в сутки, экипажа и пассажиров со- ответственно, л; 𝐴э и 𝐴п – количество людей на судне, экипажа и пассажиров соответственно, чел; 𝑡ст = 10 – время работы станции в сутки, ч. Нормы расхода воды регламентируются СанПиН 2.5.2-703-98 и зависят от группы судов. Численные значения норм приведены в Таблица 5.5. Таблица 5.5 – Минимальные нормы водопотребления для водоизмещающих судов Норма расхода воды, л/(чел·сут) I 75 70 для экипажа для пассажиров Группа судна II 40 35 III 15 10 Проектируемое судно соответствует первой группе, так как предназначено для экипажа постоянно работающего и проживающего на судне в течение всего времени навигации. 75 ∙ 15 + 70 ∙ 3 = 0,14 м3 /ч. 1000 ∙ 10 Объем накопительного бака с учетом пикового расхода воды можно прини𝑄ст = 1,05 ∙ мать равным 4-х часовой производительности станции 𝑉нб = 4 ∙ 𝑄ст ; (5.17) 𝑉нб = 4 ∙ 0,14 = 0,56 м3 . Полезная вместимость гидрофора 𝑉пг = где 𝑄ч , 𝑖 (5.18) 𝑖 = 2 … 6 – количество заполнений гидрофора в час; Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 49 𝑄ч – часовой расход воды. 𝑞э ∙ 𝐴э + 𝑞п ∙ 𝐴п ; 1000 ∙ 24 75 ∙ 15 + 70 ∙ 3 𝑄ч = = 0,056 м3 /ч; 1000 ∙ 24 0,056 𝑉пг = = 0,028 м3 . 2 𝑄ч = (5.19) Полная вместимость гидрофора при оптимальном отношении давлений Р1/Р2=2 будет равна 𝑉г = 2,1 ∙ 𝑉пг ; (5.20) 𝑉г = 2,1 ∙ 0,028 = 0,059 м3 . Начальное давление воздуха в гидрофоре принимается Р1 = (0,3…0,4) МПа, конечное Р2 = (0,15…0,2) МПа. Подача санитарного насоса, подающего воду в гидрофор 𝑄сн = 𝐾сн ∙ где 𝑞э ∙ 𝐴э + 𝑞п ∙ 𝐴п , 1000 ∙ 𝑡сн (5.21) 𝐾сн = 1,05 … 1,1 – коэффициент запаса; 𝑡сн = 10 – время работы станции в сутки, ч. 𝑄сн = 1,05 ∙ 75 ∙ 15 + 70 ∙ 3 = 0,141 м3 /ч. 1000 ∙ 10 По подачи 𝑄сн подбирается санитарный насос. По результатам расчетов составляем таблицу. Таблица 5.6 – Результаты расчета санитарной системы Агрегат Насос санитарный Изм Лис . т № докум. Подпись Наименование характериЧисленное значение хастики рактеристики Марка C 16/1E 3 Производительность, м /ч 0,6 Напор, м 5 Мощность, кВт 0,15 Цена, руб. 6310,861 http://www.elit-teplo.ru/calpeda/c.html; http://eg-sad.com.ua/product/calpeda-c-161-e/ Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 50 5.4.2 Система сточно-фановая С целью предохранения вод от загрязнения сточными и фановыми водами на каждом судне должна быть предусмотрена специальная цистерна для их сбора вместимостью 𝑉сф = 𝐾сф ∙ 𝑞св ∙ 𝐴 ∙ 𝑡р , где (5.22) 𝐾сф = 1,1 … 1,2 – коэффициент запаса; 𝑞св – удельное значение накопления сточных вод принимается по Таблица 5.3, м3/(чел.·сут.); 𝐴 – количество членов экипажа и пассажиров на борту судна, чел; 𝑡р – продолжительность рейса судна между городами, где возможна сдача сточных вод на очистные станции. Обычно принимается для пассажирских судов равным временем рейса между крупными городами, т.е. 1…2 суток. Для буксиров и грузовых судов это время хода между начальными и конечными пунктами рейса и равно 2…5 суткам. Принимаем 𝑡р = 4. Таблица 5.7 – Удельное значение накопления сточных вод для различных типов судов Тип судна № проекта qсв, м3/(чел.сут.) Крупные пассажирские суда с 301,302, 92-16, КУ-040, индивидуальными душевыми и 0,18 КУ-056 умывальниками Крупные пассажирские суда с умывальниками в каютах и об588, 26-37 0,14 щими душевыми Средние пассажирские суда с 305, 646, 785 0,12 умывальниками в каютах Крупный грузовой и буксирный 507, 1565‚ 781, 791, 613, 0,12 флот 758, 1557, 2-95 и др. Средние грузовые и буксирные 276, 866, Р 98 и др. 0,09 суда Мелкие грузовые и буксирные РМ-376, Т-63, 1606, 1660, 0,07 суда Р-96 и др. Мелкий пассажирский внутриго- 780, 342Э, 340Э, 352, Р-51 0,003 родской и скоростной флот и др. Технический флот и несамоход0,09 ные суда с людьми на борту* *Для землечерпательного каравана накопление сточных вод рассчитывается исходя из количества людей, находящихся на всех судах, входящих в его состав. Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 51 𝑉сф = 1,1 ∙ 0,14 ∙ 18 ∙ 4 = 11,088 м3 . Подача насоса для удаления (выдачи) сточно-фановых вод 𝑄сф = (1,0 … 3,0) ∙ 𝑉сф , (5.23) то есть обеспечивает выдачу от 20 мин до 1 часа. 𝑄сф = 2,0 ∙ 11,088 = 22,176 м3 /ч. По подачи 𝑄сф подбирается фекальный насос. По результатам расчетов составляем таблицу. Таблица 5.8 – Результаты расчета сточно-фановой системы Агрегат Насос фекальный Наименование характериЧисленное значение хастики рактеристики Марка 1ФС-25/30 3 Производительность, м /ч 25 Напор, м 30 Мощность, кВт 5,5 Цена, руб. 187 484 http://www.mnkom.ru/catalog/category/1000001173 5.5 Система вентиляции машинных и насосных отделений Количество приточного воздуха, поступающего в машинное отделение в теплый период навигации, должно определяется из условий растворения (удаления) избыточных количеств теплоты, выделяемых работающими механизмами, и должно быть достаточным для обеспечения работы двигателей и котлов при любых условиях эксплуатации судна, а также обеспечения требуемых условий работы обслуживающего персонала. Общее количество воздуха, подаваемого в машине отделение, определяется по выражению 𝐿в = где ∑ 𝑄изб , 𝐶в ∙ 𝜌в ∙ Δ𝑡 (5.24) ∑ 𝑄изб – суммарные избыточные тепловыделения в воздух работающими ме- ханизмами, кДж/ч; Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 52 𝐶в = 1,01 – удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кг ∙ °С); Δ𝑡 = 10 – разность температур в МО и наружного, согласно санитарным нормам, °С; 𝜌в – плотность воздуха при наружной температуре, кг/м3 𝜌0 𝜌в = 𝑡н , 1+ 273 где (5.25) 𝜌0 = 1,293 – плотность воздуха при нормальных условиях, кг/м3; 𝑡н = 30 – температура наружного воздуха, принимается в зависимости от района плования судна по ГОСТ 24389-89, °С. 1,293 = 1,165 кг/м3 . 30 1− 273 Избыточные тепловыделения определяются по выражениям 𝜌в = для ДВС р 𝑄ДВС = 0,02 ∙ g 𝑒 ∙ 𝑁𝑒 ∙ 𝑄н , (5.26) для котла р 𝑄к = 0,05 ∙ Вк ∙ 𝑁𝑒 ∙ 𝑄н , (5.27) для электродвигателей ∑ 𝑄эд = 3600 ∙ 𝑁 ∙ где (1 − 𝜂) , 𝜂 (5.28) Вк – часовой расход топлива на котел, кг/ч; 𝑁 – суммарная мощность электродвигателей, установленных в МО, кВт; 𝜂 = 0,85 … 0,87 – усредненный кпд двигателей. г 𝑄ДВС = 0,02 ∙ 0,191 ∙ 1200 ∙ 42000 = 192528 кДж/ч; в 𝑄ДВС = 0,02 ∙ 0,204 ∙ 300 ∙ 42000 = 51408 кДж/ч; 𝑄к = 0,05 ∙ 20 ∙ 2790 ∙ 40000 = 111600000 кДж/ч; ∑ 𝑄эд = 3600 ∙ 227,65 ∙ (1 − 0,87) = 122460 кДж/ч. 0,87 Суммарные избыточные тепловыделения в воздух работающими механизмами определяются по формуле Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 53 г в + ∑ 𝑄ДВС + ∑ 𝑄к + ∑ 𝑄эд ; ∑ 𝑄изб = ∑ 𝑄ДВС (5.29) ∑ 𝑄изб = (192528 ∙ 2) + 51408 + 111600000 + 122460 = 112158924 кДж/ч. Таким образом, общее количество воздуха, подаваемого в машине отделение составит 𝐿в = 112158924 = 9532054,9 м3 /ч. 1,01 ∙ 1,165 ∙ 10 При комбинированной системе вентиляции весь приточный воздух должен подаваться искусственно, а вытяжной воздух удаляться естественным путем. Количество вытяжного воздуха из МО подсчитывается как разность приточного воздуха и воздуха, потребляемого работающими главными двигателями (если двигатели забирают воздух из МО) 𝐿′в = 𝐿в − 𝐿д , где 𝐿д – количество воздуха, потребляемого двигателями. 𝐿д = 60 ∙ ∑ 𝑉ц ∙ 𝜂𝑣 ∙ 𝑛 ∙ 𝑧 ∙ 2, где (5.30) (5.31) ∑ 𝑉ц = 0,211 – рабочий объем цилиндров двигателя, м3; 𝜂𝑣 = 0,7 … 1,0 – коэффициент наполнения цилиндров воздухом, меньшие значения которого принимаются для безнаддувных машин, а большие для машин с наддувом; 𝑛 = 1000 – частота вращения вала двигателя, мин-1; 𝑧 = 0,5 – коэффициент тактности. 𝐿д = 60 ∙ 0,211 ∙ 1,0 ∙ 1000 ∙ 0,5 ∙ 2 = 12660 м3 /ч; 𝐿′в = 9532054,9 − 12660 = 9519394,9 м3 /ч. Вентиляция насосных отделений должна быть самостоятельной и обязательно комбинированной или искусственной. При комбинированной системе вытяжка, т.е. удаление воздуха из насосного отделения, должна быть искусственной. Количество воздуха, подаваемое в насосное отделение, подсчитывается по кратности обмена 𝐿в = 𝑉 ∙ 𝑛, Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ (5.32) Лис т 54 где 𝑛 = 30 … 40 – кратность обмена. 𝐿в = 𝑉 ∙ 40 = 16 ∙ 40 = 640 м3 /ч. 5.6 Грузовая и зачистная системы Подача грузового насоса подсчитывается исходя из времени выдачи (при- ема) груза. Это время для речных судов принимается от 5 до 9 часов в зависимости от грузоподъемности 𝑄гн = где 𝐺 , 𝑡 ∙ 𝜌г (5.33) 𝐺 = 6011,03 – грузоподъемность судна, т; 𝑡 = 8 – время выдачи (приема), ч; 𝜌г = 0,9 – плотность нефтепродуктов, т/м3. 𝑄гн = 6011,03 = 834,865 м3 /ч. 8 ∙ 0,9 На танкерах обычно ставится два насоса, и соединяют их на параллельную и последовательную работу. Доля груза, подлежащего зачистке, составляет обычно 4…10 %, меньшие значения относятся к более крупным судам. Для удаления этих остатков ставят зачистные насосы с подачей 25…100 м3/ч. Выбираем зачистной насос с подачей 63 м3/ч. По результатам расчетов составляем таблицу. Таблица 5.8 – Результаты расчета грузовой и зачистной систем Агрегат Насос грузовой Изм Лис . т № докум. Подпись Наименование характериЧисленное значение хастики рактеристики Марка 10 НД-6×1 3 Производительность, м /ч 2×455 Напор, м вод. ст. 45 Мощность, кВт 110 Диаметр рабочего колеса, мм 400 КПД агрегата, % 80 Цена, руб. – http://www.nasosymmz.ru/; http://www.agrovodcom.ru/pump/pump26.html Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 55 Продолжение Таблица 5.8 Зачистной насос Марка ЭНП-63/10 3 Производительность, м /ч 63 Напор, м вод. ст. 100 Мощность, кВт 30 Цена, руб 276408 http://www.agrovodcom.ru/pump/pump_all57.html; http://www.allpumps.ru/price.php?id=384&maxp=27&curp=2 7&nr=659 5.7 Расчет количества теплоты, потребной на судне Расход теплоты на отопление помещений составляет главную часть общей потребности в теплоте на судне (исключая подогрев груза на танкерах). Расход теплоты на отопление, вместо подробного расчета теплопотерь через ограждающие стены помещений, рассчитываем по эмпирической формуле для грузовых и нефтеналивных судов: 𝑄от = 24 ∙ 0,012 ∙ 𝐷, где (5.34) 𝐷 = 6011,03 – грузоподъемность судна, т. 𝑄от = 24 ∙ 0,012 ∙ 6011,03 = 1731,176 кВт. Расход теплоты на санитарно-бытовые нужды зависит от численности эки- пажа 𝑄с.б. = (𝐴1 + 𝐴2 ) ∙ (𝑞в.м. + 𝑞в.п. ), где (5.35) 𝐴1 = 15 – число членов экипажа, чел; 𝐴2 = 3 – число пассажиров; 𝑞в.м. = 0,52 … 0,76 – удельный расход теплоты на приготовление горячей мы- тьевой воды для толкачей и грузовых судов, кВт/чел; 𝑞в.п. = 0,11 … 0,12 – удельный расход теплоты на приготовление кипяченой питьевой воды, кВт/чел. 𝑄с.б. = (15 + 3) ∙ (0,6 + 0,12) = 12,96 кВт. Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 56 Расход теплоты на подогрев масла и другие нужды машинно-котельного помещения составляет 14…15 % от расхода на отопление и санитарно-бытовые потребности 𝑄м.п. = 0,14 … 0,15 ∙ (𝑄от + 𝑄с.б. ); (5.36) 𝑄м.п. = 0,15 ∙ (1731,176 + 12,96) = 261,62 кВт. На танкерах теплота расходуется на подогрев груза, температура которого должна поддерживаться не ниже 40 ºС в течении рейса. Расход теплоты на подогрев груза определяется 𝑄п.г. = (𝑞п.г. + 𝐾 ∙ 𝑞пот ) ∙ 𝐺, где (5.37) 𝑞пот = 0,127 … 0,175 – удельные тепловые потери при остывании 1 т груза, имеющего температуру 40…60 °C, для цистерн, расположенных в двойных бортах и днище, кДж/(с·т); 𝐾 = 1,2 … 1,25 – коэффициент, учитывающий увеличение теплопотерь при подогреве груза; 𝐺 = 6011,03 – масса подогреваемого нефтепродукта, т; 𝑞п.г. – удельное количество теплоты, необходимое для подогрева груза без учета тепловых потерь 𝑞п.г. = 1000 ∙ 𝐶 ∙ Δ𝑇, где (5.38) 𝐶 = 2,1 – удельная теплоемкость груза, кДж/(кг·К); Δ𝑇 = (1,39 … 2,78) ∙ 10−3 – интенсивность подогрева груза, принимается в зависимости от продолжительности подогрева перед выгрузкой, К/с. 𝑞п.г. = 1000 ∙ 2,1 ∙ 2 ∙ 10−3 = 4,2 кДж/(с ∙ т); 𝑄п.г. = (4,2 + 1,2 ∙ 0,15) ∙ 6011,03 = 26328,311 кВт. Для подсчета общего количества теплоты, потребной на судне, необходимо составить таблицу. Таблица 5.9 – Расчет общей потребности теплоты Потребители теплоты Расчетная потребность, кВт Ходовой Стояночный 𝑄с.б. 12,96 12,96 Санитарно-бытовые нужды, кВт Изм Лис . т № докум. Подпись Да та Режим работы судна 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 57 Отопление , кВт Подогрев масла и другие нужды машинно-котельного помещения, кВт Подогрев груза, кВт Суммарный расход, кВт Коэффициент одновременности Общая потребность, кВт 𝑄от 1731,176 1731,176 𝑄м.п. 261,62 – 𝑄п.г. 26328,311 ∑Qход=28334 26328,311 ∑Qстоян=28073 К0 0,8…0,9 0,7…0,8 Qход=1,1·0,8·28334=2493 3 Qст=1,1·0,7·28073=21616 По результатам расчета выбирают котел, обеспечивающий необходимую потребность в теплоте. На судах используют водогрейные или паровые котлы. Паровой котел выбирают по паропроизводительности, которую рассчитывают по общей потребности теплоты на судне (Таблица 5.9) 𝐷к = где 3600 ∙ 𝑄ход , ℎп − ℎпв (5.39) ℎп = 2785 – энтальпия насыщенного пара в котле при температуре 180 °C, кДж/кг; ℎпв = 167,6 – энтальпия питательной воды при температуре 40 °C, кДж/кг. 𝐷к = 3600 ∙ 24933 = 34293 кг/ч. 2785 − 167,6 При составлении схемы снабжения теплотой судна следует максимально утилизировать теплоту выпускных газов и охлаждающей воды. Чтобы выявить возможность постановки утилизационного котла, необходимо подсчитать количество теплоты отработавших газов, возможное использовать в этом котле. Определяется по выражению: 𝑄г = 0,85 ∙ 𝑞г ∙ 𝑁𝑒 ∙ 𝐶рг ∙ (𝑡вх − 𝑡ух ) ∙ 𝜂к , где (5.40) 0,85 – коэффициент, учитывающий эксплуатационную мощность двигателей; 𝑞г = 6,8 – удельное количество газов, покидающих двигатель кг/(кВт·ч); 𝑁𝑒 – мощность двигателей, кВт; 𝐶рг = 1,05 – удельная теплоемкость газов, кДж/(кг·°С); Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 58 𝑡вх = 250 … 450 – температура газов за двигателем, т. е. при входе в котел, °С; 𝑡ух = 180 … 250 – температура газов за котлом, °С; 𝜂к = 0,95 – к.п.д. утилизационного котла. 𝑄г = 0,85 ∙ 6,8 ∙ 2400 ∙ 1,05 ∙ (400 − 180) ∙ 0,95 = 3044210 кДж/ч. Так как 𝑄г > 𝑄ход , то теплоты отработавших газов достаточно для обеспечения всех потребителей и утилизационный котел можно ставить. По результатам расчетов строится таблица. Таблица 5.10 – Расчет общей потребности теплоты Агрегат Автономный котел Наименование характериЧисленное значение хастики рактеристики Марка NG C 4000 Паропроизводительность, 4000 кг/ч Давление, бар 8 – 15 Максимальное рабочее До 22 давление, бар Температура пара, °С 173 – 201 Топливо моторное Мощность, кВт 2790 Объем воды, м3 6,5 КПД, % 88 Цена, руб. 2347345 http://www.maestro.ru/vcd-2797/catalog.html#up; http://teplotrade.com.ua/catalog/398.html 5.8 Определение общих запасов на судне топлива, масла и воды Общие запасы топлива, масла и воды определяются на период автономного плавания судна, принимаемого проектантом с учетом бассейна, в котором должно эксплуатироваться судно. Запасы топлива и масла определяются по выражениям: 𝐵т = ((g 𝑒 ∙ 𝑁𝑒 + g ′𝑒 ∙ 𝑁𝑒′ ) ∙ 𝑡х + g ′′𝑒 ∙ 𝑁𝑒′′ ∙ 𝑡ст + 𝐵к ∙ 𝑡к ) ∙ 10−3 ; Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ (5.41) Лис т 59 𝐵м = ((g м ∙ 𝑁𝑒 + g ′м ∙ 𝑁𝑒′ ) ∙ 𝑡х + g ′′м ∙ 𝑁𝑒′′ ∙ 𝑡ст + ∑ 𝐺мс ) ∙ 10−3 ; где (5.42) g 𝑒 , g ′𝑒 и g ′′ 𝑒 – удельные расходы топлива на главные и вспомогательные дви- гатели, кг/(кВт ∙ ч); g м , g ′м и g ′′м – удельные расходы масла на главные и вспомогательные двигатели, кг/(кВт ∙ ч); 𝑁𝑒 , 𝑁𝑒′ и 𝑁𝑒′′ – мощность главных и вспомогательных двигателей, кВт; 𝑡х и 𝑡ст – ходовое и стояночное время судна, ч; 𝐵к – расход топлива на котел, кг/ч; ∑ 𝐺мс – суммарное количество масла, заливаемого в циркуляционные системы двигателей, т. 𝐵т = ((0,191 ∙ 2400 + 0,204 ∙ 300) ∙ 120 + 0,204 ∙ 300 ∙ 15 + 20 ∙ 10) ∙ 10−3 = 245,952 т 𝐵м = ((0,5 ∙ 1200 + 1,2 ∙ 300) ∙ 120 + 1,2 ∙ 300 ∙ 15 + 1,2) ∙ 10−3 = 63,454 т. Емкость цистерн для хранения этих запасов топлива и масла равны: 𝑉т = 1,2 ∙ 𝐵т ; 𝜌т 𝑉м = 1,2 ∙ 𝑉т = 1,2 ∙ № докум. Подпись Да та (5.44) 245,952 = 355,593 м3 ; 0,83 𝑉м = 1,2 ∙ Изм Лис . т 𝐵м ; 𝜌м (5.43) 63,454 = 83,676 м3 . 0,91 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 60 6 РАСЧЕТ СУДОВОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ 6.1 Выбор рода тока Проектирование судовой электроэнергетической системы (СЭЭС) начинается с решения вопроса о выборе рода тока. Переменный ток для СЭЭС, кроме общеизвестных технических преимуществ перед постоянным, дает возможность: разделять СЭЭС с помощью трансформаторов на отдельные, электрически не связанные друг с другом части (силовую и осветительную); получать электроэнергию непосредственно от береговой сети без ее дополнительного преобразования; повысить уровень унификации судового электрооборудования с электрооборудованием общего (берегового) применения. На судах речного флота по Правилам Речного Регистра разрешается применять постоянный и переменный ток. В практике эксплуатации в настоящее время встречаются три варианта организации судовых энергосистем: 1. СЭЭС на переменном токе; 2. СЭЭС на постоянном токе; 3. Одна часть СЭЭС на переменном, другая – на постоянном токе. Так, например, на малых судах, где генератор, навешенный на главный двигатель, работает параллельно с аккумуляторной батареей, являющейся основным источником электроэнергии во время стоянки, целесообразно использовать постоянный ток. Если по суммарной мощности приемников электроэнергии постоянного и переменного тока на судне примерно поровну, то выбор рода тока СЭЭС производится после технико-экономического сравнения вариантов. Следует при этом отметить, что выбор рода тока потребителей также решается на стадии проектирова- Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 61 ния судна и, в свою очередь, увязывается с выбором рода тока для СЭЭС. Т.е. процедура проектирования СЭЭС проводится в рамках системного подхода, при котором критерием является достижение наивысших технико-экономических характеристик судна в целом. В основном, в настоящее время суда электрифицируются на переменном токе. В практике проектирования, даже в тех случаях, когда для большей части потребителей требуется постоянный ток, СЭЭС почти всегда формируется на переменном, а для питания потребителей на постоянном токе предусматриваются выпрямители. Это, как правило, повышает общую надежность СЭЭС, дает значительный выигрыш по весу, габаритам и стоимости оборудования и снижает эксплуатационные расходы. Таким образом, для проектируемого судна, выбираем СЭЭС на переменном токе. 6.2 Выбор номинального напряжения СЭЭС При выборе номинального напряжения СЭЭС необходимо принять во внимание следующие соображения. Необходимую (заданную) величину мощности можно обеспечить при разных значениях напряжения и тока: при повышенном напряжении и малом токе или при пониженном напряжении и большом токе. Уменьшение номинального значения напряжения позволяет сократить изоляционные расстояния между фазами, снизить вероятность пробоя изоляции, повысить уровень электробезопасности. Все это имеет особое значение для эксплуатации СЭЭС при высокой плотности размещения оборудования, наличии токопроводящих полов и высокой влажности. С другой стороны, при пониженном напряжении возрастает потребляемый ток. Чтобы при этом не возрастали потери мощности и падение напряжения, необходимо увеличить площадь поперечного сечения проводника. При снижении Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 62 напряжения в n раз площадь должна быть увеличена в n2 раз. Например, при увеличении тока с 30 до 300 А (в 10 раз), сечение медного кабеля должно быть увеличено с 2.5 до 2500 мм2 (в 100 раз). Следовательно, увеличатся масса, габариты, стоимость, трудоемкость монтажа кабеля и т.д. Необходимо подчеркнуть, что на речных судах не рекомендуется применять кабели сечением более 120 мм2 из-за высокой трудоемкости их монтажа при затяжке, укладке, разделке, оконцевании и подключении. При повышении номинального тока аппаратов (контакторов, выключателей, предохранителей, резисторов и т.д.) с 10 до 1000 А их масса, габариты и стоимость возрастают на порядок. Дальнейшее повышение тока делает эти аппараты настолько громоздкими, что их применение становится неприемлемым на судах. При больших токах также значительно увеличиваются габариты и стоимость распределительных щитов и прежде всего ГРЩ. В свою очередь увеличение номинального напряжения дает значительный выигрыш по сечению токопроводов. Соответственно уменьшаются затраты на кабельную продукцию, снижается трудоемкость монтажа. Но при высоком напряжении возрастают требования к изоляции. Чем выше напряжение, тем выше должен быть уровень изоляции, больше изоляционные расстояния между токоведущими частями, более громоздкими и дорогими должны быть оборудование и аппараты. Таким образом, выигрыш, полученный при повышении напряжения за счет уменьшения сечения токопроводов, во многом теряется из-за необходимости усиливать изоляцию. Для каждой конкретной энергосистемы с учетом ее мощности, структуры, состава потребителей всегда можно найти оптимальное значение номинального напряжения. Важным фактором при выборе номинального напряжения СЭЭС является то, что в отличие от больших энергосистем, расстояния, на которые передается электроэнергия, ограничены размерами судна. Поэтому относительно редко возникает необходимость применять напряжение выше 400 В. Тем более, что большая Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 63 часть потребителей имеет номинальное напряжение 220 и 380 В и выбор других значений напряжения СЭЭС требует дополнительной установки повышающих (понижающих) трансформаторов. При выборе номинального напряжения СЭЭС имеет значение и напряжение береговых систем электроснабжения, особенно при постоянном питании с берега. Описанные выше противоречивые требования нашли свое отражение в инженерной практике и зафиксированы в нормативных документах: для каждой ступени номинального напряжения определена своя область применения. Государственным стандартом для электротехнических изделий приняты следующие шкалы номинальных напряжений: на постоянном токе – 12, 24, 110, 220, 440, 1100 В; на переменном токе – 12, 24, 36, 110, 220, 380, 660, 1140, 3000, 6000, 10000 В и более. Номинальные напряжения источников электроэнергии (генераторов) принимаются на 5 % больше указанных значений с учетом потерь напряжения при передаче электроэнергии от источников к приемникам. Напряжения до 1000 В условно считаются низкими, напряжения свыше 1000 В – высокими. По Правилам Речного Регистра для стальных судов внутреннего плавания номинальные напряжения на выводах источников электрической энергии, предназначенных для питания судовой сети, не должны превышать следующих значений: 400 В при переменном трехфазном токе; 230 В при переменном однофазном токе; 230 В при постоянном токе. В доках, а также на земснарядах и других судах технического флота для специальных электрических приводов большой мощности допускается применение трехфазного тока напряжением до 10000 В включительно. По требованиям Речного Регистра номинальные напряжения на выводах потребителей не должны превышать значений, указанных в Таблица 6.1 Таблица 6.1 – Нормированные значения напряжения для СЭЭС Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 64 № п.п. Потребители Напряжение, В Постоянный ток Переменный ток 1 2 3 4 Электрические приводы судовых технических средств, стационар1 ные камбузные, отопительные и 220 380 нагревательные установки и цепи управления ими. Отопительные приборы в каютах 2 220 220 и общественных помещениях Освещение, сигнализация и связь на всех судах, в том числе и на 3 наливных, перевозящих нефте220 2201 продукты с температурой вспышки паров 60 °С и выше. Освещение, сигнализация и связь на наливных судах, перевозящих 4 нефтепродукты с температурой 1102 1272 вспышки паров ниже 60 °С и толкачах для них. Штепсельные розетки для пере5 носных ручных ламп (за исклю24 12 чение грузовых люстр). Штепсельные розетки в каютах и общественных помещениях для 6 220 220 бытового электрического оборудования. Переносной инструмент и пере7 24 42 носные пульты управления Штепсельные розетки для питания перемещаемых силовых по8 220 380 требителей, закрепленных во время работы 1 Допускается напряжение 380 В при условии невозможности доступа к частям, находящимся под напряжением, без применения специального инструмента. 2 Допускается напряжение 220 В при условии установки устройства непрерывного автоматического контроля сопротивления изоляции электрических сетей с подачей сигнала при понижении сопротивления изоляции в помещении, где несут постоянную вахту (рулевая рубка, машинное отделение, помещение главного распределительного щита и т.п.). Выбираем номинальное значение напряжения на выводах источников электрической энергии, предназначенных для питания судовой сети, равным 400 В. Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 65 6.3 Выбор частоты тока СЭЭС В соответствие с Речным Регистром номинальное значение частоты переменного тока следует принимать 50 Гц, однако допускается обоснованное применение других частот. На современных судах используется ряд приемников, частота тока которых равна 400–500 Гц (радиолокационное, навигационное и другое оборудование). Питание этих приемников осуществляется от судовой сети с частотой 50 Гц через преобразователи частоты. Повышение частоты питающего напряжения является эффективным способом снижения массогабаритных показателей электрических машин переменного тока. Повышение частоты вращения с 3000 до 8000 об/мин в среднем дает снижение массы электрических машин в 2–3 раза и габаритов в 2 раза. Однако существенного снижения веса и габаритов установки в целом можно добиться в том случае, если одновременно с увеличением скорости электродвигателей увеличивается скорость судовых механизмов. В противном случае введение редукторов между быстроходными электродвигателями и тихоходными механизмами снижает преимущество применения в СЭЭС повышенной частоты. Повышение частоты тока трансформаторов, реакторов и других электромагнитных аппаратов связано с уменьшением количества витков их обмоток и объема магнитопроводов. В результате повышения частоты с 50 до 400 Гц масса и габариты трансформаторов мощностью до 100 кВ·А снижаются в 2–4 раза. В то же время электрические машины и аппараты на частоте 400 Гц создают более высокий уровень шума и радиопомех. Масса и габариты коммутационных аппаратов при повышении частоты увеличиваются в связи с ухудшением условий дугогашения и увеличением нагревания токоведущих частей. Повышение частоты отрицательно сказывается на массе и габаритных размерах электрических кабелей, так как увеличение частоты приводит к увеличению Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 66 зарядной мощности и электрического сопротивления кабелей и, как следствие, к увеличению потерь энергии. В судовых установках электрооборудование повышенной частоты применяется на судах на подводных крыльях, воздушной подушке, экранопланах, где мощности СЭЭС небольшие, а снижение массы и габаритных размеров электрооборудования является особенно актуальным. Таким образом выбираем частоту тока равной 50 Гц. 6.4 Расчет мощности судовой электростанции Как правило, проектирование СЭЭС, после выбора рода тока и значений напряжения и частоты, начинают с расчета величины требуемых генерирующих мощностей для всех расчетных режимов работы судна. Существуют несколько методов расчета мощности судовой электростанции (СЭС): эмпирический метод нагрузочных таблиц (табличный метод), вероятностно-статистический метод, аналитический метод и ряд других. Однако наибольшее распространение получил табличный метод благодаря наглядности и возможности анализа работы любого отдельного механизма или приемника электроэнергии во всех расчетных режимах работы судна. К недостаткам этого метода следует отнести неопределенность выбора некоторых коэффициентов, что ведет к неточностям при определении мощности СЭС. Табличным метод назван потому, что в его основе лежит составление таблицы нагрузок в расчетных эксплуатационных режимах судна. Составление таблицы нагрузок генераторов СЭС переменного тока происходит следующим образом (Таблица 6.2). Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 67 Количество однотипных потребителей, n Расчетная мощность механизмов Рр, кВт Тип потребителя электроэнергии (электродвигателя) Установленная мощность потребителя Ру, кВт Коэффициент использования kи 𝜂ном 𝑐𝑜𝑠(𝜑н )/𝑡𝑔(𝜑н ) Таблица 6.2 – Расчет нагрузки генераторов СЭС переменного тока 1 Палубные механизмы Рулевое устройство Подруливающее устройство Брашпиль Шпиль Шлюпочная лебедка Электротельфер Системы, обслуживающие силовую установку Подкачивающий насос легкого топлива Сепаратор легкого топлива Подкачивающий насос тяжелого топлива Сепаратор тяжелого топлива Насос масляный нагнетательный Насос масляный откачивающий Сепаратор масляный Компрессор Общесудовые системы Насос осушительный Насос балластный Насос пожарный Санитарный насос Фекальный насос Грузовой насос 2 3 4 5 6 7 8 2 1 1 1 1 6 8 125 24 12 13,6 0,75 4А80В4УЗ АК 102-6 МАП 411-4/16 МАП122-4 МАП 12-4 АО 41-4 8 125 24 12 13,6 0,75 1 1 1 1 1 1 0,85 0,75 0,8 0,8 0,9 0,8 0,83/0,672 0,83/0,672 0,87/0,567 0,8/0,75 0,8/0,75 0,87/0,567 1 5,5 АО 41-4 5,5 1 0,8 0,85/0,62 1 3 АО 51-2 3 1 0,78 0,89/0,512 1 5 АО 41-4 5 1 0,85 0,85/0,62 1 3 АО 51-2 3 1 0,78 0,89/0,512 1 5,5 АО 52-6 5,5 1 0,85 0,85/0,62 1 1 1 15 3 8,5 АО 52-6 АО 51-2 АО 2-32-2 15 3 8,5 1 1 1 0,5 0,78 0,85 0,82/0,698 0,89/0,512 0,89/0,512 1 1 1 1 1 2 4 22 7,5 0,15 5,5 110 4 22 7,5 0,15 5,5 110 1 1 1 1 1 1 0,8 0,75 0,85 0,8 0,8 0,85 0,89/0,512 0,89/0,512 0,89/0,512 0,88/0,54 0,87/0,567 0,87/0,567 Зачистной насос 1 30 АО 2-32-2 АО 2-42-2 АО 2-32-2 АО 32-4 АО 51-4 АК 101-4М МАФ82-73 – 4С 30 1 0,8 0,89/0,512 Судовое освещение, прожекторы и сигнально-отличительные огни Прожектор 6 – 0,8 1,00/0,00 10 1 0,01 5 1 Освещение палубы 1 0,01 5 1 0,8 0,75/0,882 Наименование механизмов (оборудования) и их тип Изм Лис . т № докум. Подпись Да та – 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 68 Сигнально-отличительные огни Приборы автоматики, радиооборудование и электронавигационные приборы Гирокомпас Standard 22 (http://www.eraservice.ru/ produkciya/girokompasy/ girokompas_standard__ raytheon_anschutz/page,1/) Радиолокатор Эхолот SES -2000 (http://www.tecckom.com/ SamYung/ses2000.php) Радиостанция «Бирюза-М» (http://www.oniip.ru/ main.php?id=64) Прочие потребители Телевизор Холодильник Электроплита Пылесос Утюг Стиральная машина 10 0,24 – 0,24 1 0,8 0,75/0,882 1 168 – 168 1 0,8 0,75/0,882 1 2 – 2 1 0,79 0,75/0,882 1 0,08 0 – 0,08 0 1 0,8 0,75/0,882 1 0,02 5 – 0,02 5 1 0,79 0,8/0,75 2 5 2 1 1 1 0,1 1,09 12,4 0,4 2,4 0,5 – – – – – – 0,1 1,09 12,4 0,4 2,4 0,5 1 1 1 1 1 1 0,78 0,7 0,87 0,75 0,75 0,78 0,8/0,75 0,8/0,75 0,81/0,724 0,8/0,75 0,8/0,75 0,81/0,724 Суммарные активная и реактивная мощности в расчетном режиме ∑P, ∑Q Общие мощности в расчетном режиме Pреж, Qреж (с учетом потерь в сети 5%) Полная мощность в расчетном режиме Sреж Средневзвешенный коэффициент мощности cos(φреж) Тип, мощность и количество генераторных агрегатов Коэффициент загрузки генераторов по активной мощности Кзаг=(Pреж/Pг∑)∙100% Продолжение Таблица 6.2 Коэффициент загрузки механизма kзм Общий коэффициент загрузки kз Коэффициент одновременности работы однотипных механизмов ko Коэффициент совместной работы потребителя kс.р. КПД электродвигателя 𝜂′ Коэффициент мощности электродвигателя 𝑐𝑜𝑠(𝜑н )/𝑡𝑔(𝜑н ) P, кВт Q, кВт Потребляемая мощность 9 10 11 12 13 14 15 16 0,6 0,6 0,6 0,6 0,5 1 0,9 0,3 0,833 0,726 0,666/0,672 0,666/0,672 5,186 30,992 3,458 20,826 Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 69 0,9 0,9 0,8 0,7 0,9 0,9 0,8 0,7 1 1 1 0,16 0,3 0,3 0,3 0,3 0,8 0,8 0,9 0,79 0,87/0,567 0,8/0,75 0,8/0,75 0,777/0,567 8,1 4,05 3,627 0,191 4,593 3,037 2,72 0,109 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 1 1 1 1 1 1 1 1 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,8 0,78 0,85 0,78 0,85 0,5 0,78 0,85 0,85/0,62 0,89/0,512 0,85/0,62 0,89/0,512 0,85/0,62 0,82/0,698 0,89/0,512 0,89/0,512 2,475 1,35 2,118 1,385 2,329 10,8 1,385 3,6 1,534 0,691 1,313 0,709 1,444 7,538 0,709 1,843 1,0 1,0 1,0 0,8 0,8 0,9 0,8 1,0 1,0 1,0 0,8 0,8 0,9 0,8 1 1 1 1 1 1 1 0,3 0,3 0,3 0,7 0,4 0,4 0,4 0,8 0,75 0,85 0,8 0,8 0,85 0,8 0,89/0,512 0,89/0,512 0,89/0,512 0,88/0,54 0,87/0,567 0,87/0,567 0,89/0,512 1,5 8,8 2,647 0,105 2,2 93,176 12 0,658 4,506 1,355 0,057 1,247 52,831 6,144 1,0 0,9 0,9 1,0 0,9 0,9 0,33 1 0,8 0,3 0,3 0,5 0,8 0,8 0,8 1,00/0,00 0,75/0,882 0,75/0,882 0,742 0,051 1,08 0 0,045 0,953 0,9 0,8 0,9 0,8 0,9 0,8 0,9 0,8 1 1 1 1 0,9 0,8 0,5 1,0 0,8 0,79 0,8 0,79 0,75/0,882 0,75/0,882 0,75/0,882 0,8/0,75 170,1 1,62 0,045 0,025 150,028 1,429 0,04 0,019 0,5 0,8 0,8 0,5 0,3 0,7 0,5 0,8 0,8 0,5 0,3 0,7 0,5 1 0,5 1 1 1 0,6 0,9 0,8 0,4 0,4 0,4 0,739 0,7 0,87 0,706 0,623 0,738 0,555/0,75 0,8/0,75 0,81/0,724 0,555/0,75 0,371/0,75 0,695/0,724 0,041 5,606 9,122 0,113 0,462 0,19 0,03 4,204 6,604 0,085 0,347 0,137 387,213 406,57 281,243 295,305 502,5 0,809 0,813 Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 70 6.5 Выбор количества и мощности генераторных агрегатов основной электростанции Значения расчетной нагрузки (Рреж, Qреж, Sреж) для каждого из режимов работы судна, полученные в предыдущем разделе, позволяют приступить к выбору количества и номинальной мощности основных генераторных агрегатов СЭС. Прежде всего, необходимо определить тип проектируемой СЭЭС: 1. Выбираем СЭЭС, состоящую из двух электростанций, одна из ко- торых является основной, вторая – аварийной. 2. СЭЭС с несколькими основными электростанциями имеет боль- шую степень живучести по сравнению с СЭЭС с одной основной электростанцией, но является более сложной и дорогой. При выборе мощности генераторов следует предусмотреть возможность неравномерного распределения нагрузок между параллельно работающими генераторами и запас на увеличение количества и мощности потребителей в процессе эксплуатации судна. Поэтому необходимо выполнить условие: РГ∑ ≥ РГ∑ ≥ РРЕЖ , 0,8 (6.1) 406,57 = 508,21 0,8 Условие выполняется. Выбираем тип СЭЭС из двух основных электростанций, одна из которых является резервной, и одной аварийной электростанции. По полной мощности выбираем генератор. Таблица 6.3 – Характеристики выбранного генератора Тип генератора Номинальная Напряжение, В мощность, кВт Частота тока, Гц Частота вращения, об/мин SIEMENS 520 400 50 1000 1FC2 454-4 http://www.remdiesel.ru/catalog/section_product.php?SECTION_ID=2646 К генератору подбирается двигатель. Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 71 Таблица 6.4 – Характеристики вспомогательного двигателя Удельный расУдельный расДвигатель ход топлива, ход масла, г/кВт·ч г/кВт·ч B6190ZLCA-2 300 1000 204 1,2 http://www.remdiesel.ru/catalog/detail_product.php?IBLOCK_ID=3&SECTION_ID=2616&ELEM ENT_ID=14237 Номинальная мощность, кВт Частота вращения, об/мин 6.6 Выбор аварийного источника электроэнергии Аварийным называется источник электрической энергии, предназначенный для питания наиболее ответственных судовых потребителей при исчезновении напряжения на главном распределительном щите. В качестве источников электроэнергии аварийной электростанции могут использоваться дизель-генераторы или аккумуляторные батареи. Мощность аварийного источника определяется суммарной мощностью, которую потребляют аварийные приемники электроэнергии. По Правилам Речного Регистра на судах класса М, аварийный источник электроэнергии должен работать не менее 6 часов. На пассажирских и грузопассажирских судах всех классов, оборудованных аварийным дизель-генератором, должна быть предусмотрена аккумуляторная батарея в качестве аварийного кратковременного источника электрической энергии, т.е. источника электрической энергии, предназначенного для питания (в течение не менее 30 мин) самых необходимых судовых потребителей с момента исчезновения напряжения от основного источника до появления напряжения от аварийного дизель-генератора. Расчет мощности аварийного дизель-генератора или емкости аварийных аккумуляторных батарей производится путем составления таблицы, в которую включаются все аварийные потребители. Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 72 Таблица 6.5 – Аварийные потребители судна Наименование аварийного потребиКоличество теля Сигнально-отличительные фонари 10 Освещение мест посадки в спасатель4 ные средства Освещение проходов и трапов жилых 8 и служебных помещений Освещение МО и ДГО с их мест5 ными постами управления Освещение ГРЩ 1 Освещение рулевой рубки 2 Освещение штурманской рубки 1 Освещение мест хранения аварий5 ного и пожарного инвентаря Освещение румпельного отделения 1 Освещение помещения гирокомпаса 1 Освещение водомерных приборов 1 котла Аварийная сигнализация 1 Пожарная сигнализация 1 Подсветка шкалы магнитного ком1 паса Средства внутренней связи 1 Суммарная мощность ΣР (с учетом потерь в сети 5 %) Единичная потр. мощность, Вт 240 Полная потр. Мощность, Вт 2400 15 60 15 120 15 75 15 15 15 15 30 15 15 75 15 15 15 15 10 10 30 30 30 30 10 10 25 25 3071,25 Выбираем дизель-генератор Таблица 6.6 – Характеристики дизель-генератора Дизель Мощность, кВт Частота вращения, об/мин Расход топлива, кг/ч 8Д6 33,1 1500 8,6 http://www.dagdizel.ru/Katalog/dizel_dizela gregat.html Генератор Мощность, кВт Частота тока, Гц Напряжение, В SIEMENS 102 50 230/400 1FC2 281-4 http://www.remdiesel.ru/catalog/section_product.php?S ECTION_ID=2646 Определение емкости аварийных батарей 𝑄ав = 1,1 ∙ где ∑𝑃 ∙ 𝑡, 𝑈 ∙ 𝑘1 (6.2) 𝑡 = 0,5 – нормированное время работы батареи, час; 𝑈 = 120 – номинальное напряжение аварийных батарей, В; 𝑘1 = 0,8 … 0,85 – коэффициент саморазряда батарей. Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 73 𝑄ав = 1,1 ∙ Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 3071,25 ∙ 0,5 = 17,596 А ∙ ч. 120 ∙ 0,8 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 74 7 РАСЧЕТ ЗАТРАТ НА ОБОРУДОВАНИЕ Количественная оценка эффективности проектируемых решений производится по величине годового экономического эффекта. В рамках курсового проекта не рассматривается экономическое обоснование проектируемого судна. Ограничиваемся расчетом затрат на приобретения оборудования, устанавливаемого на судно. Затраты на приобретение всего устанавливаемого оборудования сводятся в таблицу. Таблица 7.1 – Затраты на приобретение устанавливаемого оборудования Агрегат Главный двигатель Вспомогательный дизель-генератор Аварийный дизель-генератор Автономный котел Генератор Аварийный генератор Марка Wärtsilä 6L20 (2) Цена, руб 3800000 B6190ZLCA-2 (2) 1350650 8Д6 GARIONI NAVAL NG C 4000 SIEMENS 1FC2 454-4 (2) SIEMENS 1FC2 281-4 Топливная система Насос легкого топлива ВКС 5/24 Сепаратор легкого топлива СЦ-1,5/1—11 Насос тяжелого топлива Ш 40-4-19,5/4Б-7 Сепаратор тяжелого топлива СЦ-1,5/1—11 Масляная система Насос масляный нагнетательный ПНШ 24/3 Насос масляный откачивающий ПНШ 30/6 Масляный сепаратор СЦ-1,5/1—11 Система сжатого воздуха Воздушный компрессор ЭК 2-150 э/дв.АИРМ 132 Осушительная система Насос осушительный 1НЦВ - 25/20Б Балластная система Насос балластный НЦВ – 250/20А Пожарная система Насос пожарный 1НЦВ-63/20Б Санитарная система Насос санитарный C 16/1E Сточно-фановая система Насос фекальный 1ФС-25/30 Грузовая и зачистная система Грузовой насос 10 НД-6×1 (2) Зачистной насос ЭНП-63/10 Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 960500 2347345 850900 763450 23159 190000 67790 190000 247100 264500 190000 262050 289913 556528 477884 6310,861 187484 306920 276408 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 75 Итого: Изм Лис . т 19917362 № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 76 ЗАКЛЮЧЕНИЕ В данном курсовом проекте производилось проектирование нового судна на базе судна прототипа проекта 15781 «Капитан Бармин». Целью проекта было увеличение объема грузовых танков до 6500 м3. Для это необходимо было рассчитать требуемую мощность силовой установки, и подобрать двигатель. Требуемая мощность составила 1187,5 кВт. В результате экономического расчета, в котором сравнивались показатели трех двигателей, был выбран двигатель Wärtsilä 6L20 мощностью 1200 кВт, который оказался наиболее выгодным. Также в курсовом проекте были рассчитаны системы обслуживающие двигатель, общесудовые системы и судовая электростанция. В результате расчета систем были подобраны их механизмы. В результате расчеса судовой электростанции бал выбран вспомогательный двигатель B6190ZLCA-2, английского производства и генератор SIEMENS 1FC2 454-4. Так же были выбраны аварийный дизель-генератор (дизель 8Д6 и генератор SIEMENS 1FC2 281-4) и автономный котел (GARIONI NAVAL NG C 4000). В конце основных расчетов был произведен расчет затрат на оборудование, которые составили 19917362 руб. Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 77 СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 1.Справочник по серийным транспортным судам. Том 2. [Текст]: ЦБНТИ МРФ., М.: Транспорт, 1987 - 230 с. 2.Возницкий, И.В. Современные судовые среднеоборотные двигатели [Текст] : / И.В. Возницкий. – С-П. : «КСИ», 2003. – 141 с. 3.Конаков, Г.А. Судовые энергетические установки и техническая эксплуатация флота. [Текст]: / Г.А Конаков., Б.В. Васильев. - М.: Транспорт, 1989. - 428 с. 4.Леонтьевский, С.Е. Справочник механика и моториста теплохода. [Текст]: С.Е. Леонтьевский. - М.: Транспорт, 1981. - 352с. Изм Лис . т № докум. Подпись Да та 180403КП-10 03.00.00 ПЗ Лис т 78
