Материал: Утилізація теплових витрат суднового дизеля 5RT-flex58T-B
Утилізація теплових витрат суднового дизеля 5RT-flex58T-B
ЗМІСТ
Перелік скорочень
Вступ
. Опис головного двигуна
.1 Огляд електронної системи керування
.2 Конструктивний опис двигуна
. Розрахунок робочого процесу
.1 Початкові дані по двигуну SULZER 5RT-flex58T-B
.2 Розрахунок процесу наповнення
.3 Розрахунок процесу стиснення
.4 Розрахунок процесу згорання
.5 Розрахунок процесу розширення
.6 Визначення індикаторних показників
.7 Визначення ефективних показників
. Розрахунок і побудова теоретичної індикаторної діаграми
. Енергетичний баланс системи надуву
.1 Відцентровий компресор
.2 Газова турбіна
. Розрахунок теплового балансу дизеля
. Розрахунок на ЕОМ утилізаційного котла
. Вимоги регістру та ПТО до утилізаційного котла
7.1 Положення правил регістру до конструкції УК
7.2 ПТО утилізаційних котлів
. Процеси теплообміну в УК
. Безпека життєдіяльності
9.1 Підготовка екіпажа. Вчення і тренування по забезпеченню живучості судна
9.2 Вплив шуму на людину
9.3 Теорія горіння. Пожежний трикутник
Висновок
Використана література
ПЕРЕЛІК
СКОРОЧЕНЬ
ВТ - високо температурний контур
ГД - головний двигун
ГТН - газо-турбо нагнітач
ЕОМ - електронно обчислювальна машина
ККД - коефіцієнт корисної дії
МОД - мало оборотний двигун
НТ - низько температурний контур
ПНВТ - паливний насос високого тиску
ПТО - правила технічного обслуговування
СГУТ - система глибокої утилізації теплоти
УК - утилізаційний котел
ВСТУП
У суднових двигунах внутрішнього згорання в ефективну роботу перетворюється 38..54 % теплоти, що виділяється при згоранні палива. Решту складають теплові втрати. З них частина теплоти відноситься відпрацьованими газами, частина - безпосередньо через елементи двигуна (деталі ЦПГ, клапани, газовипускні патрубки, охолоджуючі деталі турбокомпресора та ін.), передається в систему охолодження (воду і масло). Частина теплоти повертається в цикл з повітрям, що подається від турбокомпресора.
Зростання цін на паливо після 1973 р. посилило увагу суднобудівників і судновласників до застосування на судах СГУТ. Проте при цьому стали виявлятися деякі труднощі, головна з яких - зниження скорості судів і потужності головних двигунів, а також зростання споживання енергії на власні потреби судів. Збільшення змісту сірки в паливах усе погіршую якості, що поставляється судам в різних портах світу, викликало необхідність в підвищенні температур газу за котлом щоб уникнути інтенсивної корозії. Нарешті, перехід до використання МОД з постійним тиском наддування істотно зменшив втрату теплоти з вихідними газам.
Використання тепла охолоджуючої води циліндрів, завжди носило обмежений характер (вона використовувалась тільки у глибоко вакуумних випарниках), проте останнім часом інтерес до використання цього тепла став істотно зростати, так само як інтерес до використання тепла охолодження надувочного повітря у зв'язку із зростанням тиску наддування, збільшенням його температур після турбонагнітача і загальним зростанням цієї втрати тепла. Використання навіть частини теплових втрат суднового дизеля може дати істотне підвищення К.К.Д. установки в цілому.
Розрахунки, виконані за даними експлуатації ряду теплоходів, показують, що при утилізації теплоти газів головного дизеля, що відходять, вдається понизити собівартість електроенергії більш ніж в два рази, а собівартість теплової енергії - в 1,7- 2,9 разу.
За даними аналізу установок сучасних теплоходів, в усіх випадках за рахунок утилізації теплоти газів дизелів, що відходять, не лише повністю забезпечується робота системи теплопостачання судна, але і залишається великий резерв теплоти, який збільшується із зростанням потужності головного двигуна. При потужності дизеля більше 5 тис. кВт паропродуктивність утилізаційного парогенератора може бути достатньою і для роботи турбогенератора, що забезпечує споживи судна на ходовому режимі. У суднових дизельних установках отримати високий коефіцієнт використання теплоти неможливо головним чином через відсутність достатнього числа споживачів теплової енергії з низьким температурним рівнем.
Проблема глибокої утилізації теплоти полягає не лише у виборі оптимальної схеми установки утилізації, але і в дослідженні шляхів застосування отримуваної енергії в умовах ходового режиму судна.
1. ОПИС ГОЛОВНОГО ДВИГУНА
.1
Огляд електронної системи керування
У двигуні Sulzer з електронною системою керування, в його новій модифікації RT - flex, замість розподільних валів з їх приводом, традиційних ТНВД і гідроприводів вихлопних клапанів була застосована акумуляторна система вприскування палива і керування вихлопними клапанами, що істотно поліпшила його конструкцію. У двигуні з електронним управлінням привід гідронасосів сервомеханізмів розміщений безпосередньо поряд з колінчатим валом. На рівні кришок циліндрів знаходяться акумулятори тиску масла і палива. Також там розташовуються сервоприводи паливних насосів високого тиску і вихлопних клапанів. Завдання впровадження електронного управління полягало в подальшій оптимізації робочого процесу двигунів RTA, скороченні шкідливих викидів з вихлопними газами і зниженні питомої витрати палива. Електроніка дозволила підвищити гнучкість в управлінні кутом випередження вприскування палива, законом подачі палива і їх оптимізації на усьому діапазоні робочих режимів.
Також було реалізовано управління фазами закриття вихлопного клапана (VEC - Variable Exhaust valve Closing). Більш раннє закриття клапана на режимах малих навантажень дозволило підвищити дійсну міру стискування в циліндрах і, тим самим, створити кращі умови для згорання палива і уникнути задимлення.
Однією з найважливіших змін в двигуні стало впровадження акумуляторної системи паливоподачі, що складається з ПНВТ, який створює тиск в 1000 бар, акумулятора палива і електронно-керованих клапанів, що розподіляють паливо по форсункам. Акумулятор є товстостінною трубою, яка розміщена по усій довжині двигуна на рівні кришок циліндрів, в котрій розміщується необхідний для вприскування об'єм палива, яке знаходиться під тиском 1000 бар і пристрій демпфування хвиль тиску, що виникають в ній. Подача і стискування палива до відміченого тиску відбувається у звичайних ПНВТ, плунжери яких приводяться в дію багато кулачковим валиком. З акумулятора паливо потрапляє до стандартних форсунок, відкриття і закриття голок яких відбувається звичайним шляхом, під тиском палива, що потрапляє до кожної з них від керуючого клапана. Останній встановлює момент відкриття голки - кут випередження, кількість палива, що вприскує, і форму кривої подачі палива (закон подачі). Керування клапаном відбувається за допомогою мікропроцесорної системи електронного керування WECS 9500, яка має модульне виконання з окремим мікропроцесором для кожного циліндра.
Ключові риси акумуляторної системи паливоподачі фірми Sulzer:
- відмірювання величини об'ємної подачі палива з високою точністю, що забезпечує більш рівномірну роботу двигуна і низький рівень вібрацій, що зумовлюються неврівноваженими силами і моментами;
можливість змінювати форму кривої подачі (закон подачі) і величину тисків вприскування;
ідеально відповідає використанню важких палив з різноманітними характеристиками;
забезпечує стійку роботу на найменших обертах;
повне згорання палива без видимих
слідів диму на вихлопі. Можливість міняти закон подачі палива і, тим самим,
знижувати температури, циклу дозволили істотно понизити вміст оксидів азоту у
вихлопних газах.
1.2
Конструктивний опис двигуна
Судновий дизель фірми «SULZER» марки RT-flex58T-B двотактний простої дії, реверсивний, крейцкопфний з газотурбінним наддуванням, розташування циліндрів рядне, вертикальне. Двигун працює у якості головного з прямою передачею на гвинт.
Система охолодження дизеля-двоконтурна.
Перший контур-охолодження прісною водою, який в свою чергу включає в себе низькотемпературний контур (НТ),та високотемпературний контур (ВТ).
Другий контур охолодження прісної води забортною.
Температура прісної води на виході з дизеля на сталому режимі роботи - 80-84 Со. Перепад температур на вході і виході з дизеля - не більше 8-10 Со. температура мастила на вході і виході з дизеля - 45-50 і 50-58 Со відповідно.
Опис конструкції та електронної системи двигуна SULZER RT-flex58T-B (рис 1.1; 1.2):
) Зварена станина;
) Фундаментна рама скринчатой форми;
) Напівскладений колінчатий вал;
) Стяжні болти підшипника ковзання;
) Підшипник ковзання;
) Крейцкопф з крейцкопфним пальцем і цілісним підшипником що змащується автономною циркуляційною системою мастила;
) Цілісний чавунний блок циліндрів;
) Циліндрові втулки з сірого чавуну із зарубашечним простором для охолодження;
) Циліндрова кришка з високоякісного матеріалу на котрій закріплено болтами корпус випускного клапана, в якому встановлений випускний клапан Nimonic 80A
) Поршень з голівкою, яка охолоджується об'єднаною струминною системою змащування;
) Система наддування постійного тиску, яка включає турбіну з високим ККД і допоміжні вентилятори для операцій на малих навантаженнях;
) Ущільнення з конструктивними властивостями для ідеального ковзання поршня;
) Акумуляторна система уприскування палива;
) Високоефективний паливний насос;
) Електронна система управління для
безперервного і періодичного контролю основними функціями двигуна.
Рис. 1.1 - Sulzer RT-flex58T-B
поперечний розріз
Рис. 1.2 - система RT-flex
двигун згорання дизель котел
Циліндрова кришка виготовлена зі сталі. У центральному отворі за допомогою 4-х шпильок кріпиться випускний клапан. Крім того циліндрова кришка має свердління для форсунок. Інші свердління призначені для індикаторного, запобіжного та пускового клапанів.
Поршень складається із 2-х основних частин - голівки та спідниці. Голівка поршня кріпиться до верхнього кільця поршневого штока болтами. Спідниця поршня кріпиться 18-тьма болтами.
Поршневий шток має продольне свердлення під трубку для охолодження мастила. Остання кріпиться у верхній частині поршневого штока. Далі олія надходить по телескопічній трубці до крейцкопфа, проходить по свердленню до голівки поршня. Потім мастило надходить по свердленню до опорної частини голівки поршня до випускної трубки поршневого штоку і далі на злив.
Шток кріпиться до крейцкопфа чотирма болтами, що проходять через підставку поршневого штока.
Секція циліндрів двигуна складається з декількох блоків циліндрів, що кріпляться до фундаментної рами і коробки картера анкерними зв’язками.
Між собою блоки з’єднуються по вертикальних площинах. У блоці розташовуються циліндрові втулки.
Верхня частина циліндрової втулки оточена охолоджувальною сорочкою, установленою між циліндровою кришкою і блоком циліндра.
Циліндрова втулка кріпиться до верхньої частини блоку кришкою і центрується в нижнім свердленні усередині блоку.
Щільність від витоків охолоджувальної води і продувного повітря забезпечується 4-ма гумовими кільцями, вкладеними в канавках циліндрової втулки. На нижній частині циліндрової втулки між порожнинами охолоджувальної води і продувного повітря розташовано 8 отворів для штуцерів подачі мастила в циліндр.
Центральна частина крейцкопфа з'єднана із шийкою головного підшипника. У поперечній балці мається отвір для поршневого штока. Головний підшипник обладнаний вкладишами, що заливаються бабітом.
Колінчатий вал виконується напівскладеним. Олія до рамових підшипників надходить з головного трубопроводу мастила. Завзятий підшипник служить для передачі максимального упора гвинта за допомогою вала гвинта і проміжних валів. Завзятий підшипник встановлюється в кормовій секції фундаментальної рами. Мастило для змащення завзятого підшипника надходить із системи змащення під тиском.
Повітря в двигун надходить від двох турбокомпресора. Колесо турбіни приводитися в рух від випускних газів. На одному валу з колесом турбіни встановлене колесо компресора, що забирає повітря з машинного відділення і подає повітря в охолоджувач. На корпусі охолоджувача установлюється вологовідокремлювач. З охолоджувача повітря надходить у ресивер через відкриті безповоротні клапани, розташовані усередині ресивера надувочного повітря. З обох торців ресивера установлені допоміжні повітредуйки, що подають повітря повз охолоджувачі в ресивері при закритих безповоротних клапанах. Допоміжні повітредуйки включаються автоматично, при запуску ГД і маневрах.
Через випускні клапана відпрацьовані гази надходять у колектор випускних газів, у якому вирівнюється пульсуюче тиск газів, що надходять з окремих випускних клапанів, а відтіля гази вже при постійному тиску надходять у ГТН.
Фундаментна рама складається з двох зварених подовжніх і декількох поперечних балок, у яких установлюються рамові підшипники. Останні мають сталеві вкладиші, залиті бабітом. Кришки рамових підшипників обжимаються гідравлічним способом. На кормовому кінці фундаментної рами встановлюється завзятий підшипник і ланцюговий привід.
Фундаментна рама скринчатой форми складається з високих продольних балок, зварених з балками із стального лиття. Фундаментна рама і коробка картера разом утворять картер двигуна. Фундаментна рама, кістяк і блоки циліндрів, що спираються на коробку картера, затягуються анкерними болтами у тверду єдину систему. Фундаментна рама двигуна встановлюється на фундамент корпуса судна і кріпиться до нього фундаментними болтами.
2. РОЗРАХУНОК РОБОЧОГО ПРОЦЕСУ
.1
Початкові дані по двигуну SULZER 5RT-flex58T-B
Циліндрова потужність 
=2125кВт, Діаметр поршня D=
580 мм,
Хід поршня S =2416мм,
Обороти двигуна n =105 об/мин,
Тактность i=2
Число циліндрів n= 5
Визначаємо робочий об'єм
циліндра
,
Середній ефективний тиск
1,90229597 МПа,
декоефіцієнт тактності двигуна (для двухтактних z=1)
Тиск наддуву приймаємо
МПа,
2.2
Розрахунок процесу наповнення
Температура повітря за компресором
К,
де
318К,- температура
навколишнього середовища
0,103 Мпа,- тиск
навколишнього середовища
1,7- показник політропи стиснення в
компресорі
Температура повітря перед
двигуном
, К
де
К,- температура забортної води
Зниження температури у
воздухоохладителі
236,6175 К,
Температура заряду до кінця
процесу наповнення
353,7037 К,