Файл: 1. Расчёт ходкости.pdf

4

5

6

7
СОДЕРЖАНИЕ
Введение……………………………………………………………………………...7
1. Расчёт ходкости…………………………………………………………………..9 1.1 Расчет полного сопротивления движению судна R и буксировочной мощности EPS………………………………………………………………………..9 1.2 Расчет элементов гребного винта……………………………………………...11
2. Главный двигатель……………………………………………………………..14 2.1 Расчет рабочего процесса………………………………………………………14 2.2 Описание конструкции главного двигателя…………………………………..26 2.3 Выбор УК и ВК…………………………………………………………………30
3. Расчёт нагрузки судовой электростанции…………………………………...31 3.1 Расчет мощности электростанции на ходовом режиме работы судна……....32 3.2 Расчет мощности электростанции на маневрах судна………………………..34 3.3 Выбор источников электроэнергии……………………………………………38
4. Узловой вопрос НИР……………………………………………………………40 4.1 Балластная система судна………………………………………………………39 4.2 Общие требования к трубопроводам судовых систем……………………….41 4.3 Подготовка балластной системы к освидетельствованию РМРС……………42 4.4Конвенция об управлении балластными водами……………………………..43 4.5 Выбор установки обработки балластных вод для судна типа «РО-РО»…….45
5. Автоматизация СЭУ……………………………………………………………56 5.1 Автоматизация вспомогательных установок и механизмов…………………58 5.2 Автоматизация главного двигателя……………………………………………60
6. Техническое обслуживание дефектация и ремонт центробежных
насосов……………………………………………………………………………...67 6.1 Мероприятия РМРС по ТО и подготовке СТС к освидетельствованию и ремонту……………………………………………………………………………...67 6.2 Описание конструкции насоса………………………………………………...72 6.3 Дефектация насоса……………………………………………………………..73 6.4 Ремонт насоса…………………………………………………………………..75
7. Безопасность жизнедеятельности……………………………………………77 7.1 Техника безопасности на судах……………………………………………….77 7.2 Противопожарная защита……………………………………………………...82 7.3 Мероприятия по охране окружающей среды………………………………...88
Выводы……………………………………………………………………………...94
Список использованной литературы

8
Перечень условных обозначений:
N
E
- номинальная мощность n
E
- номинальная частота вращения
P
E
- среднее эффективное давление
P
Z
- максимальное давление сгорания
P
S
- давление наддува g
E
- удельный эффективный расход топлива
L - длина по ГВЛ
В - ширина
T - осадка
 - коэффициент общей полноты
 - коэффициент полноты мидельшпангоута
V - объёмное водоизмещение

ГК
- смоченная поверхность голого корпуса

ВЧ
- смоченная поверхность выступающих частей
 - полная смоченная поверхность корпуса судна
R - полное сопротивление
EPS - буксировочная мощность '
t
w
- коэффициент попутного потока
D - диаметр гребного винта
Fr - число Фруда
Re - число Рейнольдса
w t
- поправка на влияние числа Фруда h
0
- заглубление оси гребного винта
D
H
- конструктивное шаговое отношение
 - дисковое отношение z - число лопастей
Р
СР.Х.
- средняя мощность электростанции

9
Р
Х
- мощность электростанции в ходовом режиме
Р
БП
- расчётная мощность для обеспечения работы бытовых потребителей
Р
СР.СТ
- средняя мощность электростанции
Р
М
- мощность электростанции на манёвренном режиме
Р
СТ.ГР
- мощность электростанции с производством грузовых операций
G
У
- расход топлива на установку
Q
НГД
- низшая теплота сгорания топлива

К
- коэффициент влияния корпуса
Т
О
- температура воздуха на входе в ТК

а
- коэффициент продувки
 - коэффициент избытка воздуха
L
O
- теоретическая масса воздуха, необходимая для сгорания 1кг топлива q
ГАЗ
- общая относительная потеря тепла с газами q
BO
- относительная потеря тепла, отводимого в воздухоохладителе наддувочного воздуха
BWM – Конвенция по обработке балластных вод
BWTS - Установка обработки балластных вод
ЦПУ - Центральный пост управления
МКО – Машинно котельное отделение

10
ВВЕДЕНИЕ
На долю морского транспортного флота приходится более 80% международных грузовых перевозок. Поэтому транспортный флот России – это основная составляющая часть транспортной системы страны.
Выбор типа силовой установки судна основан прежде всего на экономических факторах, к которым относятся: стоимость изготовления установки, эксплуатационные затраты, надежность в работе (что очень важно в условиях морского плавания), простота технического обслуживания, возможность автоматизации и т.п.
В силу этого, на судах мирового флота преобладающее место в качестве главных двигателей заняли дизели, благодаря сравнительно низким удельным расходам топлива и масла, значительному повышению агрегатных мощностей, улучшению массово-габаритных характеристик, уменьшению затрат и времени на ремонт и техническое обслуживание. При этом моторесурс главных судовых двигателей доведен до 80÷100 тысяч часов, что практически соответствует сроку службы корпуса судна. Причем верхний предел моторесурса судна относится к мощным тихоходным малооборотным двигателям.
Установлено, что в последние десятилетие, удельные расходы топлива и масла на главные дизели уменьшились на 10÷15%, что очень важно, так как с ростом стоимости нефтепродуктов, статья расходов на горюче-смазочные материалы (ГСМ) составляет более 80% от общих эксплуатационных расходов на главный двигатель (ГД).
Установлено, что более 50% ГД на морских международных судах составляют дизели «МАН-БиВ» фирмы «МАН Дизель и Турбо» (Швейцария).
При этом основная доля используемых дизелей этой фирмы приходится на малооборотные тихоходные длинноходовые дизели серии L-MC и S-MC.
При форсировке дизелей этих серий, за счет увеличения давления наддува до 3.5÷4.0 бар и повышения коэффициента полезного действия (КПД) газотурбонагнетателя (ГТН) до 65÷72%, удалось повысить их индикаторный

11
КПД до 54÷55% и снизить удельный эффективный расход топлива до 165 кг/кВтч.
Установка на дизели современных систем утилизации выпускных газов и воды, охлаждающей цилиндры дизелей, позволяют за счет возвратного тепла увеличить КПД установки до 9%.
Проектируемая силовая дизельная энергетическая установка предназначена для судна «РО-РО» дедвейтом 50000 тонн со скоростью хода 17 узлов.
Судне присвоен класс Российского Морского Регистра Судоходства
KM(*)L2 AUT1.
В соответствии с принятым ледовым классом L2, судно может ходить за ледоколом и в свободно дрейфующем льду около северных широт.
Степень автоматизации на знак AUT1 позволяет эксплуатировать судовые энергетические установки безвахтенно как на ходу, так и на стоянке.
Пополнение запасов котельно-питательной воды, санитарной и водой для систем охлаждения ГД и ВД, обеспечивается водоопреснительной установкой.
Емкость чисто топливных танков определяется из расчета дальности плавания в 20000 миль в полном грузу с заданной эксплуатационной скоростью.

12
1.РАСЧЕТ ХОДКОСТИ СУДНА
Заданием на дипломный проект предусмотрена разработка судовой энергетической установки судна типа «РО-РО» дедвейтом 50000 тонн со скоростью хода v
s
= 17 узлов.
Судно типа «РО-РО» с бульбообразной носовой оконечностью и кормовым расположением машинного отделения.
Количество рулей и гребных винтов – по одному.
Мощность с выходного фланца главного двигателя передается непосредственно на гребной винт фиксированного шага.
1.1
Расчет полного сопротивления движению судна R и
буксировочной мощности EPS
В соответствии с судном-прототипом равновеликого дедвейта, геометрические характеристики корпуса отражены в таблице 1.
Таблица 1.1
Геометрические характеристики корпуса судна
Длина судна по грузовой ватерлинии
(ГВЛ)
L
245 м
Ширина по миделю
B
37 м
Осадка в полном грузу
T
ср
15 м
Коэффициент общей полноты
δ
0,62
Коэффициент полноты мидель шпангоута
β
0,97
Коэффициент продольной полноты
φ = δ/ β
0,64
Отношение длины судна по ГВЛ к ширине по миделю
L/B
6,6
Отношение ширины по миделю к осадке в полном грузу
B/T
ср
2,5
Объемное водоизмещение судна:
???? = ???? ∙ ???? ∙ ???? ∙ ????
ср
= 0,62 ∙ 245 ∙ 37 ∙ 15 = 84305 м
3
(1.1)
Площадь смоченной поверхности корпуса судна:
Ω = Ω
ГК
+ Ω
ВЧ
= 11996 м
2
(1.2) где:

13
Ω
ГК
= ???? ∙ ????
ср
[2 + 1,37(???? − 0,274)
????
????
ср
] = 11647 м
2
(1.3)
– площадь поверхности «голого» корпуса;
Ω
ВЧ
= 0,3 ∙ Ω
ГК
= 349 м
2
(1.4)
– площадь поверхности выступающих частей.
Расчет полного сопротивления движению судна R и буксировочной мощности EPS выполним в таблице 1.2 по схеме серии №1 для быстроходных и среднескоростных судов.
Расчет выполняется по выражениям:
???? =
???? ∙ Ω
2
∙ ????
2
∙ ????,
(1.5)
???????????? = ???? ∙ ????,
(1.6) где:
???? = 1025 кг/м
3
(1.7)
– средняя плотность морской воды;
???? = 1,61 ∙ 10
−6 м
2
/????
(1.8)
– кинематический коэффициент вязкости забортной воды при температуре 4
◦
С;
???? – коэффициент полного сопротивления движению судна (строка 13, табл. 1.2);
– ???? = 9,81 м/с
2
ускорение свободного падения;
Таблица 1.2
Расчет полного сопротивления движению судна R и буксировочной мощности EPS
(серия 1)
№ п/п
Обозначение
Числовые значения
1
????
????
, узлы
15 16 17 18 19 2
???? = 0,514 ∙ [1], м/????
7,7 8,2 8,7 9,3 9,8 3
????
2
= [2]
2
м
2
/с
2 59,4 67,6 76,4 86,5 96,0 4
????
????
= ????/√???? ∙ ????
0,16 0,17 0,18 0,19 0,20 5
???????? ∙ 10
−8
= ???? ∙ ????/????
1,17 1,25 1,32 1,42 1,49 6
????
????????
∙ 10 3
= ????(????????)
2,08 2,05 2,03 2,01 2,00

14
Продолжение табл. 1.2 7
????
????
∙ 10 3
= ????(????, ????
????
)
0,40 0.43 0.47 0.50 0.55 8
????
????/????
=
????
????
(
????
????
= 6,6)
????
????
(
????
????
= 5,64)
0.85 0.86 0.87 0.88 0.90 9
????
????/????
= ????(????
????
, ????/????)
1.14 1.12 1.09 1.07 1.05 10
????
????
∙ 10 3
= [7] ∙ [8] ∙ [9]
0.39 0.41 0.45 0.47 0.52 11
????
п
= 10
−3 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 12
????
а
= 10
−3 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 13
???? ∙ 10 3
= [6] + [10] + [11] + [12]
2.62 2.61 2.63 2.65 2.67 14
???? =
???? ∙ Ω
2
∙ [3] ∙ [13] ∙ 10
−3
, кН
957 1085 1235 1409 1576 15
???????????? = [2] ∙ [14], кВт
7367 8895 10750 13106 15443
1.2
Расчет элементов гребного винта
1.2.1 Выбор ориентировочных значений мощности главного двигателя,
диаметра и частоты вращения гребного винта
Скорость обтекания гребного винта:
????
????????
= ????
???? зад
(1 − ????
????
′
) = 17(1 − 0.26) = 12.6 уз.,
(1.10) где:
????
????
′
= 0.5???? − 0.05 = 0.5 ∙ 0.62 − 0.05 = 0.26
(1.11)
- коэффициент попутного потока для одновинтовых судов.
Ориентировочное значение мощности силовой установки:
????????
ор
=
????????????
????
=
10750 0.66
= 16288 кВт,
(1.12) где:
EPS = 10750 кВт – буксировочная мощность при заданной скорости
????
???? зад
=
17 узлов,
???? = 0.62÷0.67 – пропульсивный коэффициент для судов с δ < 0.74.
По рисунку 1.1 определяем ориентировочные значения диаметра гребного винта D
ор
= 7 м и его частоты вращения n ор
= 88 об/мин.

15
1.2.2 Размещение гребного винта за кормой судна
D
пред
= 0.72, T
ср
= 0.72
∙15 = 10.8 м. Таким образом, D
ор
= 7 < 10.8 м = T
ср
- условие выполнено.
Принимаем для дальнейших расчетов D = 7 м.
В соответствии с рекомендациями методических указаний, в качестве движителя принимаем цельнолитой гребной винт правого вращения. Материал изготовления винта – бронза АЖН9-4-4.
1.2.3 Выбор типа главного двигателя
К установке на судно, в качестве главного двигателя, принимаем дизель
«МАН-БиВ» серии 7S70MC фирмы «МАН – Дизель и Турбо» с номинальной мощность Ne ном
= 17990 кВт при частоте вращения n ном
= 88 об/мин.
При этом запас мощности на утяжеление пропульсивного комплекса в процессе длительной эксплуатации судна составит:
????
????????
=
????????
ном
− ????????
ор
????????
ор
∙ 100% =
17990 − 16288 16288
∙ 100% = 10.4%
(1.13)

16

17
2. ГЛАВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
2.1 Расчет рабочего процесса
В результате расчета движительного комплекса к установке на судно в качестве главного принят малооборотный двухтактный крейцкопфный реверсивный двигатель с прямоточно-клапанной схемой газообмена и изобарной системой поддува типа «МАН – Б и В» серии 7S70MC производства фирмы
«МАН Дизель и Турбо».
2.1.1 Исходные данные для расчета
Таблица 2.1
Параметры двигателя 7S70MC
Номинальная мощность
Ne
ном
17990 кВт
Частота вращения
n
ном
88 об/мин
Диаметр цилиндра
D
0,7 м
Ход поршня
S
2,674 м
Число цилиндров
i
7
Удельный эффективный расход топлива
g
e
0,175 кг/кВтч
Среднее эффективное давление:
????
????
=
2.4 ∙ ????????
ном
∙ ????
???? ∙ ????
2
∙ ???? ∙ ???? ∙ ????
= 17 бар.
(2.1)
Средняя скорость поршня:
????
????
=
????????
30
= 7.8 м/с.
(2.2)
В соответствии с ГОСТ Р53638, проектируемый двигатель имеет обозначение 4ДКРН 70/270.
В соответствии с методическими указаниями принимаем максимальное давление сгорания p z
= 130 бар.
При выборе действительной степени сжатия E
g
, необходимо принимать во внимание, что для судовых дизелей из условия обеспечения надежного пуска
E
gmin
= 10.5÷11.0. В соответствии с методическими указаниями оценим ее по значениям p
S
= 3.3 бар и p
C
= 105 бар:

18
????
????
= ????????????[[ln(????
????
/????
????
)/1.36] = 12.8
(2.3)
Для выполнения расчета принимаем ????
????
= 13.
Коэффициент остаточных газов для современных судовых МОД лежит в пределах γ
r
= 0.04÷0.08. Принимаем γ
r
= 0.06.
Для судовых двухтактных МОД характерны значения механического КПД в диапазоне η
m
= 0.88÷0.94. С учетом уровня форсировки дизеля принимаем η
m
=
= 0.93.
Топливо среднего состава с низшей теплотой сгорания Q = 42700 кДж/кг при массовом содержании углерода C = 0.87, водорода H = 0.126 и кислорода O
= 0.004.
Геометрические параметры:
Фазы газораспределения принимаем по двигателю-прототипу:
- угол открытия выпускного клапана φ
b
= 66
◦
п.к.в. до HMT;
- угол закрытия выпускного клапана φ
а
= 72
◦
п.к.в. после HMT;
- угол открытия φ
d
= 41
◦
п.к.в. до HMT и - угол закрытия φ
e
= 41
◦
п.к.в. после
HMT продувочных окон
Постоянная кривошипно-шатунного механизма:
????
ш
=
????
????
ш
= 0.45
(2.4)
Где r = s/2, а ????
ш
- длина шатуна (расстояние между центром мотылевой и рамовой шейками).
Коэффициенты потерянного хода поршня:
????
????
=
????
????
????
,
(2.5)
????
????
=
????
????
????
,
(2.6)
????
????,????
=
????
????,????
????
,
(2.7) где:
S – ход поршня,

19
????
????
,
????
????
и
????
????,????
– расстояния при положении верхней кромки донышка головки поршня до HMT.
Расчет потерянного хода выполняем по формуле:
????
????
= 1 −
1 2
[1 − cos(180 − ????
????
) +
1 2
????
ш
∙ sin
2
(180 − ????
????
)] = 0,243
(2.8)
Подставляя в формулу φ
b и φ
d,e соответственно получим
????
????
= 0.202 и
????
????,????
= 0.074.
2.1.2 Процесс наполнения
Согласно стандарту ISO принимаем:
- давление окружающей среды p
0
= 1.0 бар,
- температура окружающей среды T
0
= 298 К,
- относительная влажность
????
мо
= 80%.
Температура воздуха в ресивере:
????
????
= ????
????
+ 273 + ∆????
в.о.
= 20 + 273 + 12 = 305 К
(2.9) где:
????
????
=
(????
????1
+ ????
????2
)
2
= 20℃
(2.10)
- среднее значение температура забортной воды на входе и выходе из воздухоохладителя,
∆????
в.о.
= 10÷13
℃- минимальный температурный напор в воздухоохладителе.
Температурные смеси в начале сжатия (точка «а»):
????
????
=
????
????
+ ∆????
????????
+ ????
????
∙ ????
????
1 + ????
????
=
305 + 8 + 0.06 ∙ 770 1 + 0.06
= 339 ????,
(2.11) где:
∆????
????????
= 5÷10
℃ - подогрев заряда от стенок цилиндра,
????
????
= 750÷800 К – температура остаточных газов.
Коэффициент наполнения цилиндра свежим зарядом воздуха:

20
????
н
=
????
????
????
????
− 1
∙
????
????
????
????
∙
????
????
????
????
∙
1 1 + ????
????
∙ (1 − ????
????
) =
=
13 12
∙ 0.92 ∙
305 339
∙
1 1 + 0.06
∙ (1 − 0.243) = 0.72
(2.12) где ????
????
/
????
????
= ξ
вп
= 0.90÷0.95 – относительный перепад давления в продувочных окнах.
Полученное значение ????
н
= 0.72 соответствует рекомендованным пределам
????
н
= 0.65÷0.75.
Свежий заряд воздуха к моменту начала сжатия:
????
????
= ????
ℎ
∙ ????
????
∙ ????
н
= 1.03 ∙ 3.9 ∙ 0.72 = 2.9 кг,
(2.13) где:
????
ℎ
=
????????
2 4
∙ ???? =
3.14 ∙ 0.7 2
4
∙ 2.674 = 1.03 м
3
,
(2.14)
????
????
=
????
????
∙ ????
????
∙ ????
Ц
∙ ????
0
∙ ????
????
ℎ
∙ ????
н
∙ 10 5
=
287 ∙ 305 ∙ 0.09 ∙ 14.33 ∙ 2.2 1.03 ∙ 0.72 ∙ 10 5
= 3.4 бар,
(2.15) где:
????
????
= 287 Дж/кгК – газовая постоянная для воздуха,
???? = 1,9÷2,2 – коэффициент избытка воздуха при сгорании,
????
0
= 14,33 кг – масса воздуха, теоретически необходимая для сгорания 1 кг топлива среднего состава,
????
Ц
=
????
е
∙ ????????
ном
∙ ????
60???? ∙ ????
=
0.175 ∙ 17990 ∙ 1 60 ∙ 7 ∙ 88
= 0.09 кг/цикл
(2.16)
- цикловая подача топлива.
Давление в цилиндре к моменту начала сжатия (точка «а»):
????
????
= ????
вп
∙ ????
????
= 0,92 ∙ 3,4 = 3,13 бар.
(2.17)
Для окончательной проверки правильности расчета определим расчетный коэффициент избытка воздуха при сгорании:
????
расч
=
????
В
????
Ц
∙ ????
0
=
2,9 0,09 ∙ 14,33
= 2,2.
(2.18)
Значение ????
расч
= 2,2 равно величине, принятой ранее в расчетах, и соответствует допустимым пределам (???? = 1,9÷2,2) для судовых МОД. Поэтому