Расчет судовой энергетической установки
1. Введение. Общая характеристика
судна
За прототип к курсовому проекту был взят т/х
"Михаил Стрекаловский".
Номер и автор проекта: 743,
"Варновверфт", ГДР
Год и место постройки:
1981, ГДР, г. Вернемюнде
Тип судна:
Однопалубное, с удлиненным ютом, надстройкой и МО в корме, с ледокольным носом
и транцевой кормой.
Назначение:
Перевозка навалочных грузов, руд, зерна и контейнеров.
˄ 1- Одноотсечная непотопляемость
А2 - обьем автоматизации механической установки
позволяет ее эксплуатацию одним оператором из центрального поста управления без
постоянного присутствия обслуживающего персонала в машинных помещениях.
У Л - самостоятельное плавание в Арктике в
летне-осенний период навигации в легких ледовых условиях и замерзающих не
арктических морях круглогодично.
Корпус
Количество палуб
- 1 непрерывная
Количество водонепроницаемых
переборк - 8.
Рис. 1. т/х "Михаил Стрекаловский"
I.Основные
показатели судна:
· Длина наибольшая м
· Длина между перпендикулярами L┴┴, м - 154,88
· Ширины B,
м - 22,86
· Осадка средняя Т , м - 9,88
· Водоизмещение D
, т - 27340
· Дедвейт DW
, т - 19252
· Скорость хода , уз - 15,29
· Район плавания - неограниченный
· Дальность плавания S, миль -
6000
· Экипаж, чел. - 38
· Общая вместимость трюма, твиндека и верхней
палубы, м3 - 26219
II.Энергетическая
установка:
· Дизель
· Тип главного пропульсивного
двигателя -MAH
K8Z70/120E
· Мощность, кВт - 8240
· Частота вращения вала, об/мин -140
· Удельный расход топлива, г/кВт·ч -
217.5
· Тип передачи на гребной вал - Прямая
· Валопровод состоит из гребного вала
диаметром 599 мм, длиной 7920 мм без облицовки и промежуточного вала диаметром
470 мм и длинной 4900мм,
· Материал дейдвудного подшипника
-Баббит;
· Движитель - один ВФШ со съемными
4-мя лопастями, сталь, диаметром 5150 мм, масса винта 18960 кг, частота вращения
140 об/мин;
· Электростанция: род тока -
переменный трёхфазный, напряжение 380В. Напряжение сети освещения и отопления
220В.
Источниками электроэнергии являются четыре
дизель-генератора марки 8VD36-24A-
1- мощностью 4 x 440 кВт и
генератором SSED639 - 12v
мощностью 4x400 кВт.
· Вспомогательная котельная установка
содержит 2 паровые ФЭБ Дампфер-цеугебау, паропроизводительностью 1х2.5 т\ч, 1х4
т\ч пара с давлением 0,5-0,7 МПа.
Располагая данными судна-прототипа можно
получить данные, которые можем использовать в последующих расчётах.
Такими данными являются:
· объёмное водоизмещение судна, м3
где т/ м3- плотность морской
воды
· коэффициент общей полноты
· коэффициент относительного удлинения
судна
· коэффициент - отношение ширины
теоретической ватерлинии к осадке
· площадь смоченной поверхности, которая
определяется по формуле Семеки В.А. т.к. судно-прототип имеет :
м2
· по формуле Лаппа оценим
пропульсивный К.П.Д.
· определим мощность подведённую к
гребному винту (валовая мощность).
кВт
Где - к.п.д. валопровода
- к.п.д. передачи, у судна-протатипа
передача через трехступенчатый редуктор
·
относительная мощность электростанции
где кВт - суммарная мощность электростанции.
кВт - валовая мощность пропульсивной
установки
· относительная паропроизводительность
вспомогательной котельной установки
кг/кВтч
где кг/ч
· провозоспособность судна -
прототипа, это количество груза перевезенное на расстояние
S=3000 миль
за эксплуатационный период суток, тонно-миль
где = 0,93…0,95 - коэффициент
использования дедвейта;
узлов
=0,68 - коэффициент ходового времени
коэффициент потери скорости по
гидрометеоусловиям - принимается по таблице 1
Таблица 1
Коэффициент потери скорости
Vs, уз
|
10
|
11…12
|
13…14
|
15…16
|
17…18
|
19…20
|
свыше
20
|
kv
|
0,9
|
0,92
|
0,93
|
0,94
|
0,96
|
0,97
|
0,975
|
тонно-миль
2. Технические,
энергетические и экономические характеристики различных типов ГПК
В задании на курсовую работу в качестве ГПК
указана одновальная ГТУ с ГТД двухкомпрессионный с промежуточным охлаждением
воздуха, регенератором (с ГТУ 5500л.с. Бритиш Томпсон Хаустон).На
судне-прототипе установлен ГПК с ГТУ 4 СПГГ GS-34
. Оценим характеристики этих пропульсивных
комплексов:
Характеристики
|
ГПК
с ГТУ 4 СПГГ GS-34
|
ГПК
с ГТУ 5500л.с. Бритиш Томпсон Хаустон
|
Мощность
двигателя, кВт
|
3680
|
4043
|
Частота
вращения, об/ мин
|
5500
|
3500
|
Удельный
расход топлива, кг/кВт ч
|
0,265
|
0,301
|
Удельная
масса, кг/кВт
|
37,8
|
42.29
|
КПД,%
|
31,8
|
28
|
Анализируя приведённые в таблице характеристики,
можно сделать следующие выводы:
. ГПК с ГТУ 5500л. Бритиш Томпсон Хаустон обладает
меньшей экономичностью чем ГПК с ГТУ 4 СПГГ GS-34.
Коэффициент изменения к.п.д. равен:
. Удельный расход топлива у ГПК с
ГТУ 5500л.с. больше, чем у ГПК с ГТУ 4 СПГГ GS-34
СПГГ GS-34.
Коэффициент изменения удельного расхода топлива равен:
. Удельная масса ГПК с ГТУ 4 СПГГ GS-34 меньше
массы ГПК с ГТУ 5500л.с. Бритиш Томпсон Хаустон.
Коэффициент изменения удельной массы
равен:
Окончательное суждение о
преимуществах этих типов ГПК можно сделать после анализа энергетической,
эксплуатационной и экономической эффективности.
3. Определение
пропульсивной мощности и мощности ГД
В задании на КР заданы главные размерения судна,
техническая скорость и коэффициент полного сопротивления движению судна.
Располагая этими данными можно определить буксировочное сопротивление и
буксировочную мощность.
Буксировочное сопротивление определяется по
следующей формуле:
буксировочный пропульсивный паровой
котел
где кг/м3- плотность морской
воды
Коэффициент общей полноты
определяется по следующей формуле:
где м3
Площадь смоченной поверхности,
которая определяется по формуле Семеки В.А. т.к. судно-прототип имеет :
м2
Скорость судна в задании в узлах, поэтому
переведём узлы в м/с.
м/с
Полученные значения подставляем в
формулу
Н =470,832 кН
Буксировочная мощность.
кВт
Пропульсивный КПД винта:
где =0,69- КПД винта в свободной воде,
=0,07- коэффициент засасывания,
=0,05- коэффициент попутного потока.
Определяем пропульсивную мощность
(мощность подведенную к гребному валу)
кВт
Чтобы определить мощность на
выходном фланце главного двигателя, необходимо учесть потери трения в
подшипниках валопровода и в прямой передаче.
Эти потери оцениваются: =0.97…0.99 -
КПД валопровода
=0,975…0,985 - КПД передачи
Принимаю: =0,98
=0,985.
Мощность главного двигателя:
кВт
Выводы:
На основании выполненных расчётов,
заданного прототипа судна, принимаю решение:
. Установить в качестве главного
двигателя, газовую турбину 5500л.с. Бритиш Томпсон Хаустон с максимальной
мощностью кВт;
. Для обеспечения расчетной
пропульсивной мощности установить две таких турбины, работающих на один гребной
вал.
. Коэффициент использования
максимальной мощности αен = 0,934,
при этом пропульсивная мощность будет:
кВт
4. Установка двух ДВС повышает
надежность судна. При работе одного двигателя судно будет двигаться со
скоростью:
Где - пропульсивная мощность при работе
одной ГТУ, кВт;
= 7288,45 кВт - рассчитанная
пропульсивная мощность;
- скорость судна при работе одной
ГТУ, уз;
=21 уз - скорость судна согласно
заданию.
уз.
. Комплектация тепловой схемы
главного пропульсивного комплекса (ГПК)
Согласно заданию на курсовую работу
задана газотурбинная установка. В состав ГТУ входят две ГТУ ….. ГТУ работают на
гребной вал через зубчатую передачу.
Структурная схема ГПК показана на
рис.1.
Рис.1 Структурная схема ГПК:
1-трехступенчатый редуктор; 2- газовая турбина низкого давления; 3- газовая
турбина высокого давления; 4- компрессор низкого давления; 5- компрессор
высокого давления; 6- камера горения (сгорания); 7- топливный насос -
регулятор; 8- шестеренный масляный насос с приводом от двигателя; 9-
автоматический распределитель топлива (АРТ); 10- шестеренный масляный насос
редуктора; 11- воздухоохладитель; 12- регенератор.
На тепловой схеме главного
пропульсивного комплекса (ГПК) должны быть показаны: топливная, масляная
системы, система охлаждения.
Топливная система обеспечивает
подачу топлива к газотурбинным двигателям, к приводам электрогенераторов, к
вспомогательным паровым котлам.
Устройства и механизмы системы
должны обеспечивать:
· прием топлива в цистерны запаса и
откачку топлива из них
· перекачивание топлива из одной
цистерны в другую, в отстойные и расходные цистерны;
· подготовку топлива к сжиганию
(промывку, сепарирование, ввод присадок, фильтрование;
· подачу топлива к топливным насосам.
Топливная система состоит из цистерн для
хранения запасов топлива, отстойных и расходных цистерн, топливных насосов,
сепараторов, подогревателей, трубопроводов с запарной и регулирующей арматурой,
контрольно-измерительных приборов и автоматических устройств. Схема топливной
системы ГТУ показана на рис.2 (а,б,в).
Рис. 2а. Приемно-перекачивающая и
расходно-остаточная топливная система: 1- приемная втулка; 2- фильтр; 3-
цистерна суточного запаса топлива (диптанк); 4- колонка указательная с плоским
стеклом; 5- гусек воздушной трубы; 6- цистерны запаса топлива, расположенные в
междудонном пространстве ( в составе корпуса судна); 7- гусек
воздушно-измерительной трубы; 8- сетка приемная без клапана; 9- шестеренные
электронасосы для перекачки топлива; 10- сдвоенный топливный фильтр; 11-
отстойные расходные цистерны; 12- цистерны сбора нефтеостатков; 13- к насосу
для удаления нефтеостатоков; 14- к топливным сепараторам.
Рис. 2б. Система топливоподготовки: 1- топливо
от перекачивающего электронасоса; 2- отстойно - расходные цистерны; 3- слив
нефтесодержащих вод в цистерну сбора нефтеостатков; 4- топливо на второй
сепаратор; 5- сепаратор топлива; 6- отсепарированное топливо от второго
сепаротора; 7- расходные топливные цистерны; 8- к топливоподкачивающему насосу.
Рис. 2в. Расходная топливная система ГТД: 1-
топливо из расходно-отстойной цистерны; 2- расходные топливные цистерны; 3-
топливо ко второму топливному насосу; 4- топливо от второго топливного насоса;
5- топливный насос; 6- сдвоенный топливный фильтр тонкой очистки; 7-
автоматический электромагнитный клапан подачи топлива к пусковым форсункам ГТД;
8- электромагнитный клапан подачи топлива к ГТД; 9- стоп-кран с
электропневмоприводом ( при нарушении режима работы двигателя прекращает подачу
топлива к форсункам камеры сгорания и топливо сливается в расходные цистерны);
10- автоматический распределитель топлива; 11- топливный насос-регулятор; 12-
пусковой двигатель (стартер); 13- ГТД компановочной схемы 1ТК, 1СТ.
Масляная система ГТД обеспечивает отвод тепла
трения от подшипниковых узлов, зубчатых приводных передач. Схема масляной
системы ГТД показана рис.3.
Рис.3. Схема масляной системы ГТД: 1- ГТД; 2-
масляный насос с приводом от двигателя; 3- маслобак; 4- магнитный фильтр; 5-
автономный электромасляный шестеренный насос; 6- палубная втулка для приема
масла; 7- приемный фильтр; 8- запасная масляная цистерна; 9- масляный сепаратор;
10- масло подогреватель; 11- терморегулирующий клапан; 12- маслоохладитель; 13-
в цистерну грязного масла; 14- отстой в цистерну грязного масла.
Масляная система редуктора подает масло на
смазку зубчатого зацепления и подшипников скольжения. Схема масляной системы
редуктора показана на рис.4.
Рис.4 Масляная система редуктора ГТУ: 1-
двухступенчатый редуктор; 2- гл. упорный пошипник (ГУП); 3- фильтр;4- масляная
циркуляционная цистерна; 5- приемная сетка; 6- электромагнитный клапан; 7-
приводной масляный насос; 8- электромасляный насос; 9- терморегулирующий
клапан; 10- маслоохладитель; 11 - маслоподогреватель; 12- сдвоенный масляный
фильтр; 13- повод забортной воды из системы охлаждения; 14- отвод воды; 15-
подвод пара к маслоподогревателю; 16- отвод конденсата в цистерну грязных
конденсатов; 17- сепаратор.
Система охлаждения забортной водой.
Забортная вода из системы подается в масло- и
воздухоохладители, на опреснительные установки в систему охлаждения
вспомогательных двигателей (дизельгенераторов, газотурбогенераторов), на
охлаждение масла в подшипниках валопровода. Схема системы охлаждения показана
на рис. 5.
Рис.5. Схема системы охлаждения забортной водой:
1- бортовой кингстонный ящик; 2- приемный кингстон; 3- днищевой кингстонный
ящик; 4- приемная решетка; 5- насосы центробежные; 6- вода на охлаждение ДГ; 7-
вода в маслоохладители; 8- вода в охладители масла подшипников валопровода;
9-вода к ОУ; 10 -пар на продувку приемной решетки; 12- слив воды на продувку
приемной решетки; 13- отливной кингсон.
Согласно заданию на КР предусмотрено
использование тепловой энергии отработавших газов ГТД в комбинированном котле.
Комбинированный котел располагают в выхлопном
газоходе главного двигателя.
Схема комбинированного котла показана на рис.6.
Рис. 6. Схема комбинированного котла: 1-
пароводяной коллектор-сепаратор; 2- потолочный дырчатый щит; 3-
пароперегреватель; 4- конвективно-испарительная поверхность; 5- опускные трубы;
6- водяной коллектор; 7- пароперегреватель со стороны газовой части; 8-
патрубок подвода уходящих газов; 9- устройство сажеобдува; 10- водяной
коллектор утилизационной части; 11- испарительная секция; 12- трубы экрана; 13-
стенка каркаса разделяющая котел на топливную и газовую часть.
Рис. 7. Опреснительная установка: 1- пар от
вспомогательного котла; 2- пар от утилизационного котла; 3- забортная вода из
системы охлаждения; 4- водоподогреватель; 5- испаритель; 6- сепаратор; 7-
эжектор рассола; 8- конденсатор; 9- пароструйный эжектор; 10-
электроконденсатный центробежный насос; 11- солемеры; 12- удаление дистиллята с
повышенной соленостью; 13- цистерна дистиллята; 14- слив дистиллята с повышенной
соленостью в трюм; 15- дистиллятный центробежный электронасос; 16- дистиллят в
теплый ящик; 17- отливной кингстон; 18- приемный кингстонный ящик; 19- приемный
кингстон; 20- насос забортной воды.
Рис.8. Дизель-генераторная установка: 1-
расширительный бак пресной воды; 2- расходная топливная цистерна; 3- расходная
масляная цистерна; 4- сдвоенный масляный фильтр; 5- топливный фильтр; 6- спуск
отстоя топлива в цистерну грязного топлива; 7- спуск отстоя в цистерну грязного
масла; 8- подача топлива из запасной цистерны; 9- подача масла из запасной
цистерны; 10- пусковой и подкачивающий агрегат топлива (11) и масла (12); 13-
ДВС с приводными механизмами; (14-шестеренный масляный нагнетательный насос;
15- шестеренный топливоподкачивающий насос; 16 - центробежный насос пресной
охлаждающей воды; 17- центробежный охлаждающий насос забортной воды; 18-
шестеренный маслооткачивающий насос); 19- электрогенератор переменного тока;
20- охладитель пресной воды; 21- приемный кингстон; 22 - кингстонный ящик; 23-
отливной кингстон; 24- масляный фильтр; 25- маслоохладитель.
Рис. 9. Компрессорная станция и система сжатого
воздуха: 1- поршневой электрокомпрессор с приводными центробежным насосом
охлаждения пресной водой (2) шестеренным масляным насосом (3); 4- масляный
фильтр; 5- маслоохладитель; 6- масляная цистерна компрессора; 7- расширительная
цистерна пресной воды; 8- водоохладитель; 9- масловлагоотделитель; 10- блок
осушки воздуха; 11- баллоны воздуха высокого давления; 12- баллон воздуха
высокого давления для системы управления ГТУ; 13- воздух в систему управления
ГТУ; 14- редукционный клапан низкого давления; 15- баллон воздуха низкого
давления; 16- воздух низкого давления на хозяйственно-бытовые нужды; 17-
редукционный клапан среднего давления; 18- влагомаслоотделитель; 19- баллон
воздуха среднего давления; 20- воздушный клапан с дистанционным управлением;
21- тифон.
Соединив энергетическими связями элементы,
показанные на рис. 1-9, мы получим тепловую схему главной пропульсивной
установки в условиях графических обозначениях.
5. Определение основных
характеристик энергетических систем ГПК
Топливная система
Для каждого МОД устанавливают по две
отстойно-расходной цистерны. Объем расходно-отстойной цистерны выбирается
исходя из обеспечения работы главных двигателей на номинальной мощности в
течение 12 ч.:
(16)
Где - плотность топлива для ГТД. При
температуре подогрева топлива до 450С,
=895 кг/м3
м3
Суточный расход топлива при работе
ГТУ на номинальной мощности:
(17)
Где - суммарная мощность ГПК, на судне
установлено 2 МОД.
м3
Подача сепараторов из цистерны 2 в
цистерну 7 (см.рис.2б) определяется из условия сепарации суточного расхода
топлива за ч. Время
сепарации принимаю ч.
м3/ч
Обычно устанавливают 3 топливных
однотипных сепараторов (один из них резервный)
Подача одного сепаратор составит:
м3/ч
Из списка типоразмеров сепараторов
выбираю центробежный сепаратор марки СЦС-3 со следующими параметрами:
Номинальная подача, м3/ч
3,0
Мощность электродвигателя, кВт - 8
Масса, кг 1000
Габариты, LxBxH, мм 1290 x 1010 x 1310
Топливо из топливных запасных
цистерн, диптанка подается в расходно-отстойные цистерны топливоперекачивающими
насосами (см. рис.2а). Ёмкость запасных топливных цистерн обычно равна
(100…150)т, принимаю 120т.
Объем запасной цистерны составит:
м3
где =910 кг/м3 - плотность
топлива при t =200С.
Продолжительность выкачки этого
количества топлива составляет τвык = 4…6 ч,
принимаю
τвык
=
6 ч.
Подача топливоперекачивающего насоса
составит:
м3/ч
Мощность потребляемая топливо
перекачивающим шестеренным насосом:
где - напор шестеренного насоса;
- КПД насоса
принимаю: ;
Вт = 11,1 кВт
В качестве топливоперекачивающего
насоса выбираю 2 шестереннх насоса марки Р3-30.
Подача топливоперекачивающего насоса
определяется по расходу топлива главным двигателем:
м3/ч
Мощность потребляемая
топливоперекачивающим насосом:
В качестве топливоперекачивающего
насоса выбираю винтовой насос с давлением нагнетания
КПД насоса
Вт = 1,66 кВт
Масляная система
Подача масляных насосов двигателя
определяется количества тепла отводимого от узлов трения двигателя, которое
определяется следующим образом:
кДж/ч
Подача масляного
насоса двигателя
Где кДж/кг∙град - теплоемкость
масла
кг/м3 - плотность
масла
0С- предельно допустимая
разность температур масла на выходе и входе.
м3/ч
Количество масла, находящегося в
системе при кратности циркуляции Кц=8
м3
Объем циркуляционной масляной
цистерны двигателя составляет (15…18%) от подачи масляного насоса:
м3
Мощность электродвигателя масляного
насоса:
Где - коэффициент запаса мощности
МПа- напор масляного насоса,
определяемый по давлению масла в системе автоматического управления.
- к.п.д. шестеренного насоса
Вт =31 кВт
Система охлаждения пресной водой
Тепло, воспринятое пресной водой от
ГД:
Qпв =
(0,085...0,150)beNeQPH =
0,1*0,301*4043*42700 = 51,9*105 кДж/ч,
Тепло, воспринятое пресной водой от
поршней:
Qп =
(0,04...0,050)beNeQPH =
0,04*0,301*4043*42700 = 20,78*105 кДж/ч,
Подача насоса пресной воды:
где CПВ=4,17
кДж/(кг*град) - теплоемкость пресной воды;
ΔtПВ=(8...10)0С
= 100С - разность температур пресной воды между входом и выходом из
водо-водяного охладителя.
ρПВ=1000 кг/м3
- плотность воды;
Мощность насоса пресной воды:
где κз=(1,15...1,25)
= 1,2 - коэффициент запаса насоса по подаче;
ηНПВ=(0,65...0,70)
= 0,68 - к.п.д. насоса;
ННПВ=(0,2...0,3) = 0,25
МПа - напор насоса.
Выбираем центробежный насос
НЦВ-250/20
Система охлаждения забортной водой
Тепло, воспринятое забортной водой
от пресной воды, масла и воздуха в воздухоохладителе турбокомпрессоров:
Qзв=Qпв+Qм+Qв
где Qв - тепло,
переданное от наддувочного воздуха охлаждающей забортной воде.
Qв=1,005*13,9*(401-293)
= 1508,7 кДж/ч,
где =1,005 кДж/(кг град) - удельная
теплоёмкость воздуха
=be*Ne*a *j*Lo/3600 =
0.301*4043*1.8*1.6*14.3/3600 = 13.9 кг/с
потребное количество воздуха
= 293 К - начальная температура
воздуха
=*=293 = 401 К
температура воздуха после
компрессора
k = 1,4 -
показатель адиабаты сжатия
кДж/ч
Подача насоса заборной воды:
м3/ч
Где кДж/кг∙град - удельная
теплоемкость забортной воды;
кг/м3 - плотность
забортной воды;
- нагрев воды в охладителях, 0С принимаю 0С
Мощность потребляемая насосами
забортной воды системы охлаждения:
Где - коэффициент запаса мощности
электродвигателя, принимаю
МПа - напор создаваемый насосом;
- к.п.д. центробежного насоса.
Выбираем центробежный насос
НЦВ-250/30
Выбор утилизационного парового котла
Паропроизводительность
комбинированного котла оценим используя относительную паропроизводительность
комбинированного котла судна-прототипа;
кг/ч
По паропроизводительности выбираем
комбинированный котел котел типа КВК-2,5 водотрубный, с параметрами пара:
Выбор опреснительной установки
Расход пресной воды:
QСУТ = QХ.Б + QСЭУ
QСЭУ - расход
пресной воды на СЭУ
QСЭУ = 0,0002*∑Nгд =
0,0002*8086 = 1,6 т/сут
QХ.Б - расход
пресной воды на хозяйственно-бытовые нужды.
QХ.Б. = n*(dП + dМ + dФ)*10-3
= 38*(50+100+50)*10-3 = 7,6 т/сут
n -
количество членов экипажа
dП - расход
питьевой воды на человека: dП = 50
л/(ч*сут)
dМ - расход
мытьевой воды на человека: dМ = 100
л/(ч*сут)
dФ - фановые
воды: dФ = 50
л/(ч*сут)
QСУТ = QХ.Б + QСЭУ = 7,6+1,6 =
9,2 т/сут = 9,2 м3/сут
Выбираем ВОУ утилизирующую тепло
дизелей, батарейную, одноступенчатую типа Д-4.
Выбор дизель-генератора
Мощность электроэнергетической
установки:
кВт
Устанавливаем 3 ДГ с единичной
мощностью:
кВт
В качестве ДГ устанавливаю 6Д150М, с
параметрами
мощностью: 600 кВт
удельным расходом топлива: 224г/кВт∙ч
масса: 24600кг
6. Определение
энергетической эффективности СЭУ
Энергетическая эффективность
определяет основную долю затрат на эксплуатацию СЭУ.
Расчёт энергетической эффективности
ведем для СЭУ судна лесовоз типа при скорости =15,2 узлов (прототип) и =18 узлов
(согласно задания). На судне-прототипе установлен ГТУ 4 СПГГ GS-34 мощностью
3680 кВт, с частотой вращения 5500 об/мин и удельным расходом топлива =265 г/(кВт
ч). На проектируемой установке установлено 2 газотурбины 5500л.с. Бритиш
Томпсон Хаустон суммарной мощностью 8086 кВт (мощность одной ГТУ 4043 кВт).
Суммарный удельный расход топлива 602 г/(кВт∙ ч),частота вращения
гребного винта 115 об/мин.
Расчёт ведём в табличной форме.
Сравнительный анализ энергетической
эффективности СЭУ.
№
п/п
|
Характеристики,
размерность
|
Обозначение
|
Расчётная
формула, источник
|
Численные
значения
|
ГПК
с ГТУ 5500л.с. Бритиш Томпсон Хаустон
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
1.
|
Агрегатная
мощность, кВт
|
Из
спецификации судна-прототипа и из задания на КП36802×4043
|
|
|
|
2.
|
Удельный
расход топлива, г/ч
|
Из
спецификации судна-прототипа и МОД2652×301
|
|
|
|
3.
|
Дальность
плавания , м
|
S
|
Из
спецификации судна-прототипа и из задания на КП. Примечание: 1 миля =
1852 м
|
11.1
11,1
|
|
4.
|
Скорость
хода, м/с
|
7,819.252
|
|
|
|
5.
|
Эксплуатационный
период, с
|
Из задания
на КП25.05 25,05
|
|
|
|
6.
|
Коэффициент
ходового времени
|
Из задания
на КП0,700,70
|
|
|
|
7.
|
Коэффициент
использования технической скорости
|
Выбираю из
таблицы0.940.96
|
|
|
|
8. Нормируемое
время маневровых и швартовых операций в портах погрузки и разгрузки, с =(28…44) с
11. Время
рейса, с 2,21 1,583
|
|
|
|
|
12.
|
Количество
рейсов за эксплуатационный период
|
Z
|
1116
|
|
|
13.
|
Коэффициент
полезной мощности СЭУ, приведенный к номинальной мощности ГПК
|
0,8290,827
|
|
|
|
14. Коэффициент
использования номинальной мощности - для дизельных установок
-для
газотурбинных установок0,90,9
|
|
|
|
|
15.
|
Пропульсивной
к.п.д.
|
Из
предыдущих расчетов (раздел1, раздел 3)
|
|
|
|
16.
|
Относительный
расход электрической энергии общесудовой и технологический комплекс
|
Из задания
на КП0,120,12
|
|
|
|
17.
|
Относительный
расход тепловой энергии общесудовой и технологический комплекс
|
Из задания
на КП0,100,10
|
|
|
|
18.
|
Потенциальная
энергопроизводительность СЭУ, МДж
|
=76,42167,51
|
|
|
|
19.
|
Фактическая
потенциальная энергопроизводительность СЭУ, МДж
|
=Z74,16169,37
|
|
|
|
20.
|
Расход
топлива на главные двигатели, кг/с
|
0,2761,37
|
|
|
|
21. Расход
топлива на дизельгенераторы, кг/с
Примечание:
На судне-прототипе установлено три ДГ марки ДГТ 200/1, мощность дизеля =200 кВт,
удельный расход топлива =212
г/(кВтч). На
проектируемом судне установлено четыре ДГ марки 6Д150М, мощность дизеля =600 кВт,
уд. Расход топлива =224
г/(кВтч)0,0360,114
|
|
|
|
|
22.
|
Расход
топлива на ходовом режиме, кг/с
|
=+0,60,29761,43
|
|
|
|
23. Расход
топлива на стояночном режиме, кг/с На стоянке работает 2 ДГ .
- на
судне-прототипе
- на
проектируемом судне0,0720,114
|
|
|
|
|
24.
|
Расход
теплоты на ходовом режиме, МВт
|
=12,70761,06
|
|
|
|
25.
|
Расход
теплоты на стояночном режиме, МВт
|
=3,074,867
|
|
|
|
26.
|
К.П.Д.
СЭУ на ходовом режиме
|
0,1760,08
|
|
|
|
27.
|
К.П.Д.
СЭУ на стояночном режиме
|
0,2640,365
|
|
|
|
28.
|
Удельный
расход топлива на ходовом режиме, кг/МДж
|
0,000130,00029
|
|
|
|
29.
|
Удельный
расход топлива на стояночном режиме, кг/МДж
|
0,000080,000064
|
|
|
|
|
Анализ полученных данных в таблице условно
показывает;
. Коэффициент изменения к.п.д. СЭУ
2. Коэффициент изменения расхода топлива
Т.о. выбранный вариант СЭУ уступает
в энергетической эффективности СЭУ судна-прототипа.
7. Определение
эксплуатационной эффективности СЭУ
Эксплуатационная эффективность СЭУ
оценивается качеством установленной на судне энергетической установки. Качество
СЭУ оценивается показателями надёжности и эксплуатационными характеристиками.
Надёжность является комплексными свойствами объекта, которые включает
безотказность, ремонтопригодность, долговечность, сохраняемость или
определённые сочетания этих свойств.
№
п/п
|
Наименование
характеристик
|
Обозначение
|
Расчётная
формула
|
Численные
значения
|
|
|
|
|
ГТУ
4 СПГГ GS-34
|
ГПК
с ГТУ 5500л.с. Бритиш Томпсон Хаустон
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
1. Коэффициент
готовности
где ч.- наработка до отказа;
-
время восстановления работоспособности;0,9380,938
|
|
|
|
2. Коэффициент
технического использования
где
=25,05 -
среднегодовой эксплуатационный период ТИ;
=365 сут.
=31.56106c.0,7930,793
|
|
|
|
3. Масса
СЭУ, т
где
т/МВт;
MВт; MВт87,15158,42
|
|
|
|
|
4.
|
Расчетный
запас топлива на ходовом режиме, кг
|
0,461,844
|
|
|
|
5.
|
Запас
топлива на ходовом режиме между портами бункеровки, кг
|
0,4781,91
|
|
|
|
6. Полный
запас ТСМ на рейс, кг
где =1.10...1.30
- коэффициент запаса топлива (большее значение принимают на коротких рейсах);
=0.03...0.08
9. Объём
цистерн запаса топлива на ходовом режиме, м3
Где к1=1,02...1,05 - коэффициент загромождения цистерн;
к2=1,05 - коэффициент "мертвого" объема цистерн;
- удельный объем топлива, подогретого
до температуры
перекачивания (40 °С), м3/кг,
12. Объём
цистерн суточного запаса топлива на ходовом режиме, м3
13. Полный
запас, кг
где
-коэффициент общесудового запаса;
ак=(10...20) кг/(челч) - норматив судового запаса на одного члена экипажа;
zK -
численность экипажа884,121737,78
|
|
|
|
14. Чистая
грузоподъёмность, кг Dч Dч=DW-
Где DW - дедвейт судна
Отношение дедвейта к полному водоизмещению
судна составляет:
■ для танкеров DW/D = 0,726...0,756
■ для сухогрузов DW/D = 0,672...0,712
■ для лесовозов DW/D = 0,596...0,641
■ для больших рыболовных траулеров DW/D - 0,444...0,464
■ для БMPT DW/D =0,281...0,3555517,875664,22
|
|
|
буксировочный пропульсивный паровой
котел
8.
Экономическая эффективность
Для получения
сравнимых результатов, анализ сравнительной экономической эффективности нужно
проводить по показателям приведенным в сопоставимый вид:
· по
приведенным затратам, отнесенным к единице продукции (например, доставка груза
из Москвы во Владивосток по железной дороге -приведенный коэффициент равен 1,7
руб/кг);
· по
уровню доходности;
· по
производительности труда судового экипажа;
· по
фактической эффективности капиталовложений;
· по
приведенным затратам, связанным с природоохранными мероприятиями.
Эффективность СЭУ
оценивают отношением затрат к конечному результату. Снижение эффективности СЭУ
может быть абсолютным - по мере ухудшения технико-экономических характеристик
данной СЭУ по сравнению с построечной и относительным - по мере снижения т.э.х.
СЭУ по сравнению т.э.х. новых СЭУ того же назначения.
Снижение
эффективности СЭУ является следствием физического и морального износа.
Теоретические основы изнашивания изложены в монографии: Подсушный A.M. "Восстановление эффективности
СЭУ". Физический износ элементов СЭУ оценивается коэффициентом физического
износа и коэффициентом антропогенного давления на окружающую среду.
Конечным результатом СЭУ
безотносительно к затратам и показателям, от качества СЭУ независящими,
является энергопроизводительность. Поэтому экономическую эффективность СЭУ
оцениваем по приведенным удельным затратам на вырабатываемый МДж энергии.
Анализ производим в табличной форме.
№
п/п
|
Наименование
характеристик
|
Обозначение
|
Расчётная
формула
|
Численные
значения
|
|
|
|
|
ГТУ
4 СПГГ GS-34
|
ГПК
с ГТУ 5500л.с. Бритиш Томпсон Хаустон
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
1. Затраты
на топливо на ходовом режиме, руб/МДж
где Цт =32000..42000- стоимость топлива, зависящая от
его качества. По состоянию на 2012г. стоимость топлива на рынках Приморья3235,938574,69
|
|
|
|
|
2.
|
Затраты на топливо на стояночном режиме, руб/МДж
|
782,88683,57
|
|
|
|
3. Затраты на смазочное масло на ходовом режиме, руб/МДж =
где -
коэффициент затрат на смазочные материалы
(см. табл. 1.11 .П)3252,788617,56
|
|
|
|
|
4.
|
Затраты на смазочное масло на стояночном режиме, руб/МДж
|
=786,79
|
686,98
|
|
|
5.
|
Приведенные затраты на ТСМ, руб/МДж
|
442, 85901,38
|
|
|
|
6. Стоимость СЭУ, руб
где -
удельная стоимость, отнесенная к единице номинальной мощности, руб/кВт (см
табл. 2.1 П)1590400028909440
|
|
|
|
7. Затраты на содержание машинной команды, руб
где -
суточное содержание одного человека машинной команды. Наш судовладелец тратит
на содержание одного
человека машинной команды (зарплата + питание) не более
.5...39 дол/сут.
- численность машинной команды
вместе со старшим механиком.229950229950
|
|
|
|
8. Затраты на техническое снабжение, руб
где =0.006 - норма отчислений на снабжение95424173456,64
|
|
|
|
9. Затраты на текущий ремонт, руб
где =0.01
- норма отчислений на текущий ремонт159040289094,4
|
|
|
|
10. Удельная стоимость технического использования, руб/МДж Стн
где =1.25
- коэффициент накладных
11. Затраты на восстановление,
руб/МДж Сэк
где =0.036
- норма амортизационных отчислений на полное восстановление;
=0.023-
норма амортизационных отчислений на капитальный ремонт12278,6710182,42
|
|
|
|
12.
|
Приведенные удельные затраты, руб/МДж
|
Сэу
|
Сэу= Стсм+
Сэк
|
12721,52
|
11083,8
|
13.
|
Годовые
эксплуатационные затраты на СЭУ, руб
|
Ээу
|
Ээу = Сэу tэ Neн93784,187148171,127
|
|
|
Таблица 1.1 П [6]
Коэффициент затрат
на смазочные материалы
Тип ЭУ
|
ДРУ
|
ДЭУ
|
ДСУ
|
ПТУ
|
ГТУ
|
Кcм
|
1,05...1,09
|
1,04...1,06
|
1,03...1,05
|
1,002...1,003
|
1,003...1,008
|
Таблица 2.11П [4,
6]
Удельная стоимость
единицы номинальной мощности , дол/кВт
Тип ЭУ
|
Номинальная мощность, МВт
|
|
7,5
|
10
|
15
|
20
|
25
|
30
|
45
|
ГТУ
|
-
|
160...184
|
144...176
|
136...160
|
120...136
|
112...128
|
-
|
9. Техническое описание топливной
системы ГТД
Топливная система СЭУ должна обеспечивать:
· прием топлива с берега, хранение его
в емкостях основного запаса перекачку из одних емкостей в другие и выдачу на
берег;
· очистку топлива от воды и
механических примесей;
· непрерывную подачу топлива требуемой
вязкости к главным и вспомогательным парогенераторам, дизелям или ГТД.
Топливо поступает на судно через палубные
наливные втулки, фильтр грубой очистки в емкости основного запаса топлива.
Топливо через фильтр топливоперекачивающим
насосом (или ручным насосом) подается в отстойные цистерны.
Из отстойных цистерн топливо направляется в
сепарационную установку, а из неё в расходные цистерны.
Из отстойных цистерн по трубопроводу отстой
спускается в цистерны грязного топлива.
Из расходных цистерн топливо принимается через
сдвоенный фильтр топливоподкачивающим насосом.
Затем оно подогревается в подогревателе и
подается к плунжерным насосам высокого давления главного двигателя.
Легкое топливо по трубопроводу поступает к
главному двигателю и дизель-генераторам.
В сепараторах топливо может очищаться от воды и
механических примесей. Производительность сепаратора выбирают из условия
очистки суточного расхода топлива за 8 - 12 ч.
10. Заключение
На основании задания и полученной
эффективной мощности СЭУ в качестве главного двигателя установить ГТУ 5500л.с.
Бритиш Томпсон Хаустон с максимальной мощностью кВт
Данный тип ГПК является не выгодным
и мало эффективным для данного типа судна. В следующих пунктах были произведены
расчёты эффективности ЭУ и рассмотрен вопрос о её увеличении. Так же исходя из
расчётов был проведён подбор вспомогательного оборудования.
Входе работы были получены навыки в
проектировании тепловых схем, изучены принципы совместной работы главных и
вспомогательных комплексов судовой энергетической установки.
11. Список используемой литературы
1. Клименюк
И.В., Макаревич А.В., Минаев А.Н. Судовые энергетические установки: учебное
пособие / ДВГТУ - Владивосток 2008 г.
. Козлов
В.И., Титов П.И., Юдицкий Ф.Л. Судовые энергетические установки: Судостроение,
1969 г.
. Лекционный
материал по данной дисциплине.
. Правила
Российского морского Регистра судоходства Том 1 - 2007 г.
. Руководство
по выбору моделей судовых двигателей и дизель-генераторов Сентябрь 2006.
. Справочник
судового механика под ред. К.т.н. Л.Л. Грицая Том 1-2 М.: Транспорт 1973.