Курсовая работа: Обоснование выбора типа судовой энергетической установки

Введение

Курсовой проект имеет цель закрепления и обобщения теоретических знаний, полученных студентами при изучении дисциплины “Судовые энергетические установки”, дать практические навыки проектирования СЭУ на стадии эскизного проекта для заданного типа судна. Курсовой проект включает в себя пояснительную записку с расчетами, обосновывающими выбор механизмов машинного отделения, чертежей, схем и графиков.

Тип судна - Грузовое

Класс -О

Автономность плавания - 15 суток

Длина - L=135 м

Ширина - В=16.5 м

Осадка кормой - Тк=3.5 м

Коэффициент полноты - д=0.86

Количество гребных винтов - х=2

Скорость хода судна (порожнём) - 25 км/ч

Разработать принципиальную схему системы смазывания.

Разработать конструктивный чертеж гребного вала.

По данным задания выбираем судно прототип

Тип судна - Грузовое

Класс- О

Проект - 507А

Автономность плавания - 15 суток

Длина - L=140 м

Ширина - В=16.7 м

Осадка кормой - Тк=3.5 м

Коэффициент полноты - д=0.86

Количество гребных винтов - х=2

Скорость хода судна (порожнём) - 23 км/ч

Данные о судне.

Теплоходы типов ВОЛГО-ДОН различных вариантов и XXIII СЪЕЗД КПСС (пр. 507, 507А, 507Б, 1565, 1565М и 1566) - большие сухогрузные суда, имеющие, в зависимости от модификации, открытые трюмы или трюмы с люковыми закрытиями, с двойными бортами и двойным дном, с машинным отделением и надстройкой в кормовой части. Одни из самых крупных судов внутреннего плавания и одна самых массовых сухогрузных серий. Суда предназначены, в основном, для насыпных и навалочных грузов, таких как строительный щебень, а также тарно-штучных грузов. Теплоходы с закрытыми трюмами могут принимать груз на люковые закрытия. В процессе эксплуатации некоторые суда были оборудованы носовыми упорами для толкания баржевых секций; на некоторых были сняты люковые закрытия для облегчения разгрузочных работ при перевозках насыпных грузов. В 90-х гг. отдельные суда были реконструированы под класс "река-море". Они были укорочены, получили более совершенное оборудование трюмов и более высокую носовую часть.

Первоначальный проект предусматривал открытые трюмы, разделенные переборками на четыре отсека. Пр. 507А - первая модификация, предусматривавшая один открытый трюм-бункер без переборок и комплексную автоматизацию. Пр. 507Б - вторая модификация с уменьшенной мощностью машин. В конструкции была предусмотрена возможность замены дизелей без разборки надстройки. Внешне теплоходы этой и последующих модификаций отличаются от более ранних наличием двух небольших дымовых труб вместо одной массивной. На основе этого проекта было построено составное судно пр. 1566, имевшее сцепное устройство и баржу-приставку. Позднее теплоходы получили по два трюма, оборудованных герметичными люковыми закрытиями, а также надстройку осовремененной формы (пр. 1565). Дальнейшее развитие типа "Волго-Дон" - теплоходы типа "Волжский".

Строительство судов типа "Волго-Дон" велось с 1960 по 1980 гг. в СССР (все модификации) и с 1968 по 1990 гг. в Румынии (пр. 1565 и 1565М). Всего построено 223 - 224 теплохода типа "Волго-Дон" и один составной теплоход типа "XXIII съезд КПСС". Судам советской постройки присваивались серийные номера начиная с единицы. До номера 25 нумерация была сплошной, с 25 до 95 - номера через пять, с 95 до 235 - только нечетные номера, с 235 до 241 - сплошная нумерация; номер 241 - последний в серии. Судам румынской постройки присваивались номера начиная с 5001; последний в серии - номер 5106 (номер 5107 не был поставлен).

Теплоходы типа "Волго-Дон" эксплуатируются(лись): в европейской части - на Волге, Каме, Дону, реках и озерах Волго-Балтийского водного пути, на Днепре; в восточной части - на Енисее ниже Казачинского порога. С 90-х гг. многие суда используются в загранперевозках по Каспийскому, Азовскому и Черному морям (Украина, Иран, Турция, Болгария), по Балтике (Польша, Германия). Реконструированные суда совершают дальние рейсы в Великобританию. Суда принадлежат Волжскому, Камскому, Северо-Западному, Беломорско-Онежскому, Волго-Донскому, Московскому, Енисейскому пароходствам, Укрречфлоту. Отдельные суда были проданы различным судоходным компаниям, в том числе, зарубежным, и переведены под "удобные" флаги.

Рис 1. Схема ВОЛГО-ДОН, Проект - 507А

Судовая энергетическая установка представляет собой сложный комплекс взаимосвязанных механизмов, теплообменных аппаратов, устройств и трубопроводов, предназначенных для обеспечения движения судна с заданной скоростью, а также для снабжения судна энергией различных механизмов, систем устройств и т.п.

В состав каждой энергетической установки входят:

главный двигатель - для создания необходимой мощности, которая обеспечивает судну заданную скорость;

движитель - для преобразования энергии вращения движителя в упор, приложенный к судну;

валопровод - для передачи мощности от главного двигателя к движителю;

вспомогательные механизмы - для обеспечения судна электроэнергией, паром для бытовых нужд, опресненной водой и пр.

СЭУ должна быть компактной, легкой и экономичной, т.е. расходовать как можно меньше топлива на единицу мощности в час и потреблять наиболее дешевое топливо.

Одним из главных требований предъявляемых к СЭУ, является высокая надежность в работе и моторесурс - продолжительность работы без капитального ремонта.

Из вышесказанного следует: что в данном курсовом проекте предстоит решать технические задачи проектирования судна и его энергетической установки, комплексно, как единой системы, с учетом особенностей судна, его типа и назначения, условий эксплуатации.

1. Обоснование выбора типа энергетической установки

Выбор типа установки для проектируемого судна производится на основе сравнительной оценки перспективных вариантов, удовлетворяющих поставленным требованиям. Проработка сопоставимых вариантов СЭУ производится применительно к одним и тем же условиям, определяемым типом и назначением судна. Установлено, что на проектируемое судно целесообразно принять установку с высокооборотным дизелем, работающим через реверсивную редукторную передачу на винт фиксируемого шага.

1.1 Дизельные энергетические установки

Дизельные энергетические установки (ДЭУ) получили широкое применение на судах различного назначения вследствие ряда положительных особенностей:

- возможности создания больших агрегатных мощностей на базе стандартных типоразмеров цилиндров;

- возможности использования различных типов главных передач;

- относительной простоты автоматизации управления установкой.

В настоящее время практически все суда смешанного плавания оборудованы ДЭУ. Широкому распространению ДЭУ способствует непрерывное улучшение их технико-эксплуатационных показателей вследствие совершенствования наддува и рабочего процесса дизелей, применения в них тяжёлых сортов топлива и др.

1.2 Выбор главных двигателей

Определяем сопротивление воды движению судна R, кН

о - безразмерный коэффициент сопротивления воды движению судна

с - плотность воды

s - площадь смоченной поверхности судна, рассчитанная по заданию

v - скорость движения судна

Определяем - безразмерный коэффициент по судну прототипу:

Sпр - смоченная поверхность судна прототипа

Sпр=L*(0.5*д+0.4)*(B+2*Tк)

Sпр=115,41*(0.5*0.82+0.4)*(13+2*3.4)=1850.96

S - смоченная поверхность судна заданию

S=L*(0.5*д+0.4)*(B+2*Tк)

S=115,41*(0.5*0.82+0.4)*(13+2*3.45)=1860.3

Для винтов с насадкой пропульсивный КПД определяется:

Для бортовых винтов:

шв, t-коэффициенты попутного потока и засасывания для бортового винта:

ш=(0,55 д-0,2)=(0,55*0,82-0,2)=0,251

t=0,8ш (1+0,25ш)=0,8*0,251(1+0,25*0,251)=0,214

шв=св* ш=0,6*0,251=0,151

Где св=0,6 для бортовых винтов ;

зр=0,5 - расчётный КПД винта; его снимают с корпусной диаграммы при диаметре Dв, шаге Hв, дисковом отношении Q и относительной поступи лр

Определяем упор винта для самоходного судна, кН

Для 1

где nв - частота вращения движителя

Uр - скорость поступательного перемещения винта

Uр=v*(1- ш)= *(1-0,251)=4,23

Выбираем ряд значений диаметров винта четыре варианта между MAX и MIN

MAX диаметр винта в метрах принимаем

MIN диаметр винта в метрах принимаем

1)

2)

3) D2=1.95

4) D3=2.17

Для всех четырёх вариантов рассчитываем:

Коэффициент упора диаметра

для 1

для 2

для 3

для 4

Частоту вращения

для 1

для 2

для 3

для 4

Мощность, подведённую к винту

для 2

для 3

для 4

для 1

Эффективную мощность двигателя

Dmax

Dmin

D2

D3

Выбираем двигатель марки 6 ЧРН 32/48 мощностью 485 кВт, частотой вращения330 об/мин.

2. Расчёт валопровода

В основу формулы, принятой РРР для расчёта диаметра промежуточного вала, мм:

где: L=24.7 для судов классов "М" и "О"

Р - номинальная мощность передаваемая промежуточным валом

n - номинальная частота вращения

k=q*(d-1) - для установок с двигателями внутреннего сгорания

q=0.4 - для четырёхтактных двигателей

d=2.15 для шести цилиндровых четырёхтактных двигателей

Диаметр гребного вала определяем по формуле

d2=1.1*dпр+k*Dв=1,1*125+10*2,38=376 мм

где к=10 - для вала без облицовки.

Dв - диаметр гребного винта

2.1 Расчёт общего количества теплоты, выбор автономных и утилизационных котлоагрегатов

Поток энергии на отопление помещений равен:

Qот=к*?F*Дtn

где ?F - поверхность стенок отапливаемых помещений

к - общий коэффициент теплопередачи через стенку:

для многослойной наружной стенки жилых помещений

к=(0,7...1,0) (Вт/м^2*К), для промежуточной стенки к=(1,4...2,9);

Дtn - разность температур внутри помещений и за стенкой.

Принимаем:

Температура наружного воздуха +12 С

Температура внутри кают +20 С

Душевых +25 С

Машинных помещений +12 С

Температура забортной воды +1 С

В первом приближении производим упрощенный расчёт потока энергии на отопление помещений, основанный на эмпирических зависимостях расхода топлива на отопление помещений от основных характеристик судна.

Эти зависимости в Вт имеют следующий вид:

для сухогрузов и танкеров

Qот=23200+11,7m_c = 23200+11,7*2700=54790 Вт

где m_c- грузоподъемность судна ,т

Потребный поток энергии на санитарно-бытовые нужды

Qсб=zk*(qвм+qвп)=10*(500+110)=6100 Вт

где qвм=500 - расход теплоты на приготовление горячей мытьевой воды в единицу времени на одного человека, который составляет на грузовых судах 500...750 Вт/чел

zk-количество членов команды;

qвп=110 - удельный расход теплоты на приготовление кипячёной питьевой воды, который составляет на грузовых судах 110...120 Вт/чел

Потребный поток энергии на подогрев топлива, масла и другие технические нужды, кроме подогрева груза для наливных судов:

Qпт=(0,4...0,15)*(Qот+Qсб)=0,4*(54790+6100)=24356 Вт

Для подогрева нефтепродуктов в танках танкеров обычно применяют отдельный паровой котел.

Потребный поток энергии для подогрева высоковязких нефтепродуктов Q _пн в танках в кВт определяют по выражению:

Q _пн=Q_гр/з_m=42/0,90=46,7 кВт

где Q_гр- поток энергии при охлаждении нефтепродукта в судне ,кВт;

з_m- КПД транспортировки теплоты, равный отношению теплоты, подведенной к нефтепродукту ,к теплоте, израсходованной на эти цели;

з_т- 0,90….0.92- с возвратом конденсата; з_т=0,90

Поток энергии в кВт при охлаждении нефтепродукта в судне определяется по формуле:

Q_гр=k_w*F_w*(t_н-t_w)+k_e*F_B*(t_м-t_в)=0,0024*891*(12-1)+0,0035*754*(12-5)=42 кВт

где k_w, k_B- коэффициенты теплопередачи от нефтепродукта к окружающей среде(табл 5.1),кВт/(м²*К), k_w=0,0024, k_e=0,0035

t_w, t_в- температура окружающей среды (соответственно воды и воздуха); как и ранее, она принимается минимальной в условиях эксплуатации данного судна ,⁰С; t_w=+1.0⁰С; t_в=+5⁰С

F_w,F_в- площади поверхностей охлаждения, граничащие соответственно с водой и воздухом, м²;

Площади поверхностей охлаждения в м² принимаются пропорционально грузоподъемности судна , а именно:

F_w=(0,30…0,35)* m_тн=0,33*2700=891м²

F_в=(0,25…0.30)* m_тн=0.28*2700=756м²

Расчёт общего количества теплоты потребного на судне производится в табличной форме. В таблице загрузки для всех потребителей теплоты в ходовом и стояночном режимах составляет k3=0,5...0,9