Материал: расчет оборудования

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ им. Р.Е. АЛЕКСЕЕВА»

Кафедра «Энергетические установки и тепловые двигатели»

Расчет и выбор оборудования систем сэу

Методические указания

к выполнению курсового проекта по дисциплине

«Энергетические комплексы морской техники»

для студентов вузов направления

26.03.02 «Кораблестроение, океанотехника и системотехника

объектов морской инфраструктуры» очной формы обучения

Нижний Новгород 2016

Составители: С.Н. Зеленов, А.Г. Воеводин

УДК 621.12

Расчет и выбор оборудования систем СЭУ: метод. указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Энергетические комплексы морской техники» для студентов, обучающихся по направлению подготовки бакалавров 26.03.02 «Кораблестроение, океанотехника и системотехника объектов морской инфраструктуры» очной формы обучения / НГТУ им. Р.Е.Алексеева; сост.: С.Н. Зеленов, А.Г. Воеводин.- Нижний Новгород, 2015. -22 с.

В соответствии с программой курса «Энергетические комплексы морской техники» изложена методика расчета, выбора и комплектации оборудованием систем, обслуживающих СЭУ.

Настоящие методические указания предназначены для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 180100 «Кораблестроение, океанотехника и системотехника объектов морской инфраструктуры».

Редактор Э.Б. Абросимова

Подписано в печать 25.05.2015. Формат 60 х 84 1/16 Бумага газетная.

Печать офсетная. Усл. п. л. 1,5 Тираж 100 экз. Заказ

_______________________________________________________________

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева.

Типография НГТУ. 603950, г. Нижний Новгород, ул. Минина, 24.

©Нижегородский государственный

технический университет

им. Р.Е. Алексеева, 2015

Содержание

Введение……………………………………………………...………………4

1. Выбор оборудования и устройств систем СЭУ………………………..4

2. Система сжатого воздуха……………………………………………….5

3. Система охлаждения……………………………………………………8

4. Масляная система……………………………………………………...11

5. Топливная система…………………………………………………….15

6. Газовыпускная система………………………………………………..20

7. Библиографический список…………………………………………....21

Введение

Для обеспечения главных и вспомогательных двигателей топливом, маслом, водой, воздухом, также для удаления продуктов сгорания в составе СЭУ предусматриваются соответствующие системы.

Системой СЭУ называется совокупность специализированных трубопроводов с механизмами, аппаратами, устройствами и приборами, предназначенными для выполнения определенных функций и обеспечивающих нормальное функционирование СЭУ. В общем случае в состав системы входят трубопроводы (трубы, фасонные части, арматура, соединения, компенсаторы), аппараты (очистные, теплообменные, различного назначения), устройства, емкости (цистерны, баки, баллоны, ящики) и приборы (манометры, вакуумметры, термометры, расходомеры).

Системы одного наименования могут отличаться по составу, если они предназначены для обслуживания различных двигателей. Кроме того, в различных типах СЭУ некоторые системы могут отсутствовать.

Определение состава, технических характеристик и типа комплектующего оборудования систем СЭУ производят в соответствии с действующими нормативными документами (правила, стандарты, руководящие документы), рекомендациями поставщиков основного энергетического оборудования, данными по опыту эксплуатации СЭУ и данными по номенклатуре поставляемых промышленностью образцов.

1. Выбор оборудования и устройств систем сэу

Основой для выбора оборудования и устройств систем СЭУ являются:

- тип и мощность главных и вспомогательных двигателей, расходы топлива и масла;

- тип и количество автономных котлов, их расход топлива;

- габариты МКО и принципы размещения основного оборудования;

- виды комплектации оборудования (агрегаты, блоки, модули);

- параметры рабочих сред;

- условия эксплуатации установки;

- состав вспомогательного комплекса (автономные и утилизационные котлы, водоопреснительная и компрессорная установки, СЭС др.).

В определение параметров оборудования входят расчеты подачи насосов, мощности их приводов, а также площади поверхности теплообменных аппаратов.

Трубопроводы также относятся к элементам СЭУ, по ним производится транспортировка рабочих сред к потребителям как пропульсивной установки, так и к общесудовым потребителям. На практике проектирование трубопроводов систем производится с использованием стандартных элементов, регламентированных ГОСТ, ОСТ, действующими руководящими документами и судостроительными нормалями. При этом за основную исходную проектную характеристику любого трубопровода принимается его условный проход, который однозначно определяет размеры всех входящих в него элементов. Основой для выбора материала трубопроводов служит условное давление и температура рабочей среды.

Основными для СЭУ являются системы: сжатого воздуха, охлаждения, масляная, топливная и газовыпускная.

Последовательность проектирования и содержание работ на каждом этапе приведены ниже.

1. Разрабатывают принципиальные схемы каждой системы главной и вспомогательной энергетических установок с учетом требований надежности, живучести и удобства эксплуатации, предусмотренных Правилами Российского Речного Регистра (для речных судов) и Российского Морского Регистра Судоходства (для морских судов).

Схему вычерчивают в одну линию без соблюдения масштаба, лучше это сделать на плане машинного отделения. Взаимное расположение механизмов и оборудования принимается близким к фактическому его размещению на судне. В разработанной схеме должны быть предусмотрены все необходимые механизмы, оборудование и емкости, которые подлежат дальнейшему расчету.

2. Производят конструктивный, гидравлический и тепловой расчет трубопровода. Определяются проходные сечения труб и арматуры; выбирают трубы и арматуру. Рассчитывают и выбирают тепловую изоляцию. Производится расчет параметров механизмов, объемов цистерн и другого оборудования, входящего в состав систем.

3. На основании расчета выбирают по каталогам комплектующее оборудование с оптимальными показателями по КПД, массе и габаритам, составляют спецификацию и ведомость заказа оборудования;

4. Рассчитывают запасы топлива, масла, сжатого воздуха и воды. Определяют необходимые емкости для их хранения.

2. Система сжатого воздуха

Система обеспечивает сжатым воздухом необходимого давления пуск и реверс главных двигателей, пуск вспомогательных двигателей, работу пневматических систем автоматики и управления, работу приборов звуковой сигнализации, продувку кингстонов, работу пневматического инструмента и другие общесудовые и специальные нужды.

Прежде чем приступить к расчёту и выбору механизмов, необходимо дать краткое описание системы с указанием ее назначения, состава оборудования и его характеристик (баллоны пусковые и тифонные, компрессоры, блок осушки сжатого воздуха, воздухоочистители, трубы, арматура, материал труб и арматуры, давление воздуха в системе контрольно-измерительных приборов). Далее производится определение емкости пусковых баллонов из условия обеспечения необходимого числа пуска двигателей в соответствии с требованиями Правил Регистра. Расход воздуха на пуск двигателя и минимальное пусковое давление сжатого воздуха принимают по техническим условиям на заданный двигатель.

При отсутствии этих данных при расчете можно пользоваться следующими рекомендациями. Начальное рабочее давление воздуха в пусковых баллонах принимается для МОД и СОД - 2,5…3 МПа, для ВОД - до 7,5 МПа. В некоторых случаях в установках с МОД и СОД давление также поднимают до 6…7,5 МПа. Это позволяет уменьшить габариты баллонов. В тех случаях, когда вспомогательные двигатели имеют электростартерный запуск, емкость пусковых баллонов рассчитывается только на пуск главных двигателей. Число баллонов для пуска главных двигателей должно быть не менее двух с равной емкостью, устанавливаемых так, чтобы пользование ими могло быть независимым и в каждом из которых размещался бы запас сжатого воздуха в количестве не менее половины требуемого.

Баллоны. Суммарная ёмкость баллонов определяется по формуле

м³,

где v – удельный расход пускового воздуха на м³ объема цилиндра двигателя, который составляет 6…9 м³/м³; - рабочий объём цилиндра двигателя (D_ц – диаметр цилиндра, м; S – ход поршня, м); z – число цилиндров двигателя; n – число двигателей, учитываемых в расчете; m – число последовательных пусков, принимаемое равным для двигателей: главных реверсивных – 12, вспомогательных и главных нереверсивных – 6; P_o - давление окружающей среды, МПа; P - принятое рабочее давление в баллонах, МПа; P_min - минимальное давление, при котором возможен запуск двигателя, для МОД и СОД принимают P_min = 1…1,5 МПа, в установках с ВОД значение P_min может доходить до 2,5 МПа.

Необходимая ёмкость пусковых баллонов для вспомогательных двигателей находится по формуле, как и для главных двигателей.

Объём тифонных баллонов определяют по формуле

м³,

где v_н - расход свободного воздуха тифоном, зависящий от условного прохода тифона, давления воздуха и тона звука, v_н = 1...7 м³/мин; время подачи сигнала без пополнения баллона = 10 мин; Р_2т - минимальное давление в тифонном баллоне, равное 0,5 МПа; Р_1т - начальное давление в тифонном баллоне, принимаемое для большинства судов 3 МПа, Р₀ – давление окружающей среды, принимается равным 0,1 МПа.

Характеристики судовых тифонов приведены в табл. 1.

Таблица 1

Расчетные характеристики тифонов

Общая емкость баллонов для тифона и хозяйственных нужд по опытным данным, в зависимости от размеров судна, составляет на малых судах 0,2…2 м³, средних 3…5 м³ и крупнотоннажных до 10м³.

После выбора характеристик тифонов по табл. 1 и выполнения соответствующих расчетов выбирается тифонный баллон и приводятся его основные характеристики. Рекомендуемая по ГОСТ 28522 стандартная емкость баллонов составляет 40, 50, 63, 80, 100, 160, 200, 250 и 400 литров, рабочее давление – до 6,3 МПа.

Компрессоры. В соответствии с Правилами Регистра на судне должно быть не менее двух компрессоров одинаковой производительностью (один резервный с независимым приводом). Производительность компрессора определяется из условия заполнения пусковых баллонов за время 1 ч от давления P_min, при котором возможен последний пуск и маневр, до рабочего давления P:

м³/ч,

где - суммарный объем принятых к установке пусковых баллонов главного двигателя, м³.

Если в установке имеется больше двух компрессоров, их суммарная подача должна быть достаточной для заполнения в течение 0,5 ч всех баллонов от P_min до начального рабочего Р.

Сепаратор масла и воды. Воздух для заполнения баллонов обычно забирается из помещения МКО, и в нем всегда присутствуют пары воды топлива и масел, которые при попадании в цилиндры двигателя при пуске отрицательно сказываются на работе двигателя. Поэтому в трубу между компрессором и баллоном сжатого воздуха всегда должен быть установлен сепаратор масла и воды.

3. Система охлаждения

Система охлаждения предназначена для подачи рабочей жидкости на охлаждение деталей механизмов, аппаратов, устройств и рабочих сред (воды, масла, воздуха, топлива и др.) в теплообменных аппаратах.

В судовых дизельных установках применяются два типа систем охлаждения – проточная и замкнутая. Проточная система охлаждения забортной водой используется для двигателей небольшой мощности, их редукторов, компрессоров сжатого воздуха, подшипников и практически для всех теплообменников. Замкнутая система (внутренний контур) обычно используется для отвода теплоты от деталей двигателей, а проточная система (внешний контур) в этом случае служит для охлаждения рабочих сред, циркулирующих во внутреннем контуре.