Файл: 1. Расчёт ходкости.pdf

28 окон. Окна имеют наклон под углом β = 17
◦
к радиусу втулки, что создает закручивание потока воздуха, поступающего в цилиндр. Это, в свою очередь, улучшает очистку цилиндра от продуктов сгорания с минимальным перемешиванием продувочного воздуха и остаточных газов, а также улучшает смесеобразование в камере сгорания, так как вращение воздушного заряда сохраняется в момент впрыска топлива. Простейшая конфигурация втулки, как показали заводские испытания, обеспечивает ей равномерное распределение температуры в поперечном сечении и по высоте, что вызывает незначительные износы при небольших расходах цилиндровой смазки. Втулка цилиндра чугунная цельнолитая.
Крышка цилиндра стальная кованая и имеет систему сверленых каналов для охлаждения. Охлаждающая вода из крышки поступает в корпус выпускного клапана, а затем в сливной коллектор.
Продувка цилиндра осуществляется с использованием одного клапана большого диаметра, расположенного в центре крышки. Конусообразная поверхность днища крышки позволила вынести камеру сгорания вверх и закрыть область стыка крышки и втулки от действия горячих газов поршнем при его положении в ВМТ.
Выпускной клапан цилиндра имеет гидравлический привод от гидротолкателя – скальчатого поршневого полюса, получающего привод от кулачковой шайбы, расположенной на распределительном валу двигателя. На штоке клапана расположена крылатка – импеллер, обеспечивающая проворачивание клапана в процессе работы двигателя, что повышает качество сопряжения посадочного пояса тарелки клапана и охлаждаемого седла. Также на штоке клапана монтируется пневматический поршень, способствующий четкому закрытия клапана (посадке на седло). Давление воздуха в системе
0,5÷0,7 МПа.
Топливные насосы высокого давления – золотникового типа с регулированием по концу подачи. Однако, для изменения угла опережения подачи топлива в диапазоне 75÷100% нагрузки, насос имеет опциональный

29 механизм VIT, позволяющий поддерживать максимальное давление сгорания p z
на постоянном уровне и снизить удельный расход топлива на 2÷4 г/кВтч.
Для привода толкателей THBD и выпускных клапанов используется один и тот же распределительный вал.
Двигатель имеет одноступенчатую систему газотурбинного наддува с постоянным давлением газа перед турбинами газотурбонагнетателей.
Диффузоры большого сечения, установленные в коллекторе на выпускных патрубках цилиндров, дали возможность снизить давление в цилиндре к началу продувки и способствуют постоянству параметров газа перед турбинами.
Использование двух дополнительных автономных электровоздуходувок обеспечивает требуемый расход воздуха на маневрах при пусках и на режимах самого малого и малого ходов судна, улучшая приемлемость двигателя и исключая его дымление. При работе двигателя обе вспомогательные воздуходувки запускаются автоматически каждый раз, когда нагрузка двигателя снижается до 30% и продолжают работать до тех пор, пока нагрузка вновь не превысит 30%. Воздуходувки снабжены электродвигателями закрытого исполнения с охлаждением от вентилятора.
Для циркуляционной системы смазки дизелей модельного ряда «МС» могут быть рекомендованы отечественные масла марок М10Г
2
ЦС или М10В
2
, а также зарубежные – SAE30, Mobil DTE или BP Энергол.
Марки масел для смазки цилиндров рекомендуется выбирать по рекомендациям завода-строителя дизеля с учетом сорта топлива, принятого в бункер.
Из отечественных масел может быть рекомендовано масло марки М16Е30, а из зарубежных – марки типа SAE, Кастрол или Мобильгард.
Проектируемый двигатель допускает работу на дистиллятных и вязких сортах топлива или их смесях.
При принятии на борт топливного бункера необходимо учитывать, что в открытых морях может быть использовано любое топливо с содержанием серы

30 по массе до 0,5%, а в районах контроля выбросов в портах разрешена работа дизелей на топливах с содержанием серы по массе до 0,1%.
Из отечественных легких сортов топлива к использованию рекомендуются топлива марок Л, З, ЗС и А, которые по содержанию делятся на две подгруппы, а именно на подгруппу I с содержанием серы меньше 0,2% и на подгруппу II с содержанием серы от 0,2 до 0,5%.
Из отечественных тяжелых сортов может быть использован малосернистый топочный мазут марки 40 (содержащий серу порядка 0,5% и с максимуме до 1%) и малосернистые топливо марки DT с содержанием серы менее 0.5% .
2.3 Выбор типа утилизационного и вспомогательного котла.
Специальной расчёт паропроизводительности утилизационного и вспомогательного котлов не выполнялся.
Паропроизводительность утилизационного котла выполняем по выражению
Dук = dук˖Neгд, где:
D = 0,3÷0,6 кг\кВт˖ч – удельная паропроизводительность утилизационного котла, которая назначается в соответствии с судном – прототипом при его работе на режиме полного хода судна в грузу. Принимаем dук = 0,45 кг\кВт˖ч.
Neгд = 17702 кВт – расчётная номинальная мощность двигателя
Тогда dук = 0,45˖17702 = 7966 кг\ч
К установке на судно принимаем отечественный водотрубный котел с принудительной циркуляцией типа КУП – 1100 с давлением пара pп = 0,7 Мпа и паропроизводительностью Dук = 9200 кг\ч.
В качестве вспомогательного котла к установке на судно принимаем автоматизированный вспомогательный котел типа
КАВ
10\16 паропроизводительностью Dвк = 10000 кг\ч и давлением пара Pвк = 1,7÷1,3Мпа

31
3. РАСЧЕТ НАГРУЗКИ СУДОВОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
На морском судне, в соответствии с Правилами Российского Морского
Регистра Судоходства (РМРС), должно быть предусмотрено не менее двух источников электроэнергии.
При этом, выбор количества и мощности этих источников определяется режимами работы силовой установки и судна в целом на ходу, маневрах и на стоянке.
На проектируемом судне используется для силовых потребителей переменный трехфазный ток напряжением 380 В, для освещения – 220 В, а для переносного инструмента и осветительных переносных ламп, соответственно, напряжением 24 В и 12 В.
По сравнению с постоянным, переменный ток имеет ряд существенных преимуществ:
- более высокая экономичность силовой установки, обусловленная более высоким КПД машин переменного тока,
- меньший вес электрооборудования,
- электродвигатели переменного тока конструктивно проще, компактнее, и дешевле в изготовлении,
- высокая надежность электрооборудования вследствие отсутствия коллекторно-щеточного аппарата,
- простота в обслуживании электродвигателей и генераторов,
- переменный ток легко трансформируется,
- имеет лучшую приспособленность к автоматизации судового оборудования.
Распределение электроэнергии по судну осуществляется по фидерным групповым системам, где силовые потребители питаются током 380 В непосредственно с главного распределительного щита, а бытовые приборы, сети освещения и камбузное оборудование – током с напряжением 220 В и частотой
50 Гц от понижающих трансформаторов.

32
Штурманское оборудование и радиостанция, работающие на токе другой частоты, получают питание через преобразователи.
Кроме того, при комплектации электростанции источниками электроэнергии, должен обеспечиваться аварийный режим работы судна при выходе из строя основных источников.
Мощность аварийного источника электроэнергии должна обеспечить питание систем, необходимых для движения и безопасности судна в ходовом и аварийных режимах.
На судах грузоподъемностью выше 300 регистровых тонн должен быть предусмотрен аварийный источник электроэнергии. Как правило, таким источником служит аварийный дизель-генератор, который располагают выше уровня главной палубы.
3.1 Расчет мощности электростанции на ходовом режиме работы
судна
В соответствии с правилами РМРС, средняя мощность электростанции без учета периодически работающих потребителей составит:
????
ср.х.
= 18 + 0,0285 ∙ ????????
ГД
= 18 + 0,0285 ∙ 17990 = 530 кВт
(3.1)
Мощность электростанции на ходовом режиме с учетом работы бытовых потребителей:
????
хр
= ????
ср.х.
+ ????
б.п.
= 530 + 225 = 755 кВт,
(3.2) где
????
б.п.
= ????
1
+ ????
2
+ ????
3
+ ????
4
+ ????
5
+ ????
6
= 35 + 30 + 25 + 10 + 79 + 46 == 225 кВт
(3.3)
- суммарная расчетная мощность для обеспечения работы:
????
1
=35 кВт – камбуза,
????
2
=30 кВт – вентиляции,
????
3
=25 кВт – системы кондиционирования,
????
4
=10 кВт – для работы радио и навигационных приборов,

33
????
5
=
1
????
(8 + 0,56
????
1000
) =
1 0.7
(8 + 0,56 84305 1000
) = 79 кВт
(3.4)
(где ???? = 0.7 – коэффициент загрузки сети освещения, а ???? = 84305 м
3
– объемное водоизмещение судна),
????
6
=46 кВт – мощность периодически включаемых потребителей.
3.2 Расчет мощности электростанции на маневрах судна
????
М
= ????
хр
+ (????
бр
+ ????
км
) ∙ 0,8 + ????
пу
=
= 755 + (124 + 12,5) ∙ 0,8 + 532 = 1396 кВт,
(3.5) где:
????
бр
,
????
км и
????
пу
– соответственно мощности потребляемые электродвигателями брашпиля, компрессора пускового воздуха и подруливающего устройства.
3.2.1 Расчет мощности электродвигателя брашпиля
Исходя из требований РМРС и документации судна-прототипа, принимаем для судна два основных (рабочих) и один запасной якоря весом G
я
= 4000 кг каждый.
Якорный механизм должен развивать мощность достаточную для подъема одного якоря со скоростью 9 м/мин. Время работы брашпиля в этом режиме без перерыва должно составлять не менее 30 минут.
Мощность электродвигателя брашпиля рассчитывается из следующих соображений:
- одновременный подъем двух якорей со средней скоростью 6 м/мин с глубины 100 метров,
- отрыв одного якоря от грунта со скоростью 11 м/мин при длине вытравленной цепи L
я
= 100 м.
Для расчета тягового усилия на звездочке брашпиля РМРС рекомендуется формула:
????
3
= 36.8 ∙ ????
Ц
2
= 36,8 ∙ 70 2
= 180320 Н,
(3.6) где d
Ц
= 70 мм – калибр якорной цепи.

34
При подъеме двух якорей усилие на звездочке составит:
????
3
= 2,36(????
Я
+ ????
Я
∙ ????
Я
) = 2.36(4000 + 106.8 ∙ 100) = 339865 Н,
(3.7) где:
????
Я
= 0.0218 ∙ ????
Ц
2
= 106.8 кг,
(3.8)
- масса погонного метра якорной цепи,
????
Я
= 100 м – длина якорной цепи.
При отрыве якоря от грунта, якорный механизм (за счет выворачивания якоря из грунта) испытывает максимальную нагрузку, преодолевая массы якоря, цепи и силу сцепления якоря с грунтом:
????
????????????
= ????
3
+
2.87????
Я
????
????
= 330478 ????.
(3.9)
Максимальный расчетный момент на валу цепной звездочки:
????
????????????
= ????
????????????
∙ ????
3
= 189033 Нм,
(3.10) где ????
3
= 0,572 м – радиус цепной звездочки.
Момент на валу электродвигателя при максимальной расчетной нагрузке:
????
????????????????
=
????
????????????
????
ЯМ
∙ ????
ЯМ
=
189033 23 ∙ 0,62
= 13256 Нм,
(3.11) где:
????
ЯМ
= 23 – передаточное число якорного механизма,
????
ЯМ
= 0,62 – КПД якорного механизма.
При выборе электродвигателя переменного тока следует ориентироваться на значение его пускового момента ????
П
, который должен быть несколько больше
????
????????????????
????
П
= 1,25????
????????????????
= 16570 Нм.
(3.12)
Если принять рекомендованную среднюю скорость выбираемого якоря
????
Я
= 11 м/мин, то номинальная частота вращения вала электродвигателя составит:
????
ном
=
????
Я
2????????
3
= 70.4 об/мин.
(3.13)
Расчетная мощность электродвигателя брашпиля составит:

35
????
бр
=
????
П
∙ ????
ном
????
ЭД
∙ 9590
= 124 кВт.
(3.14)
3.2.2 Расчет мощности электродвигателя компрессора пускового воздуха
Сжатый воздух для пуска дизелей по Правилам Регистра должен храниться не менее, чем в двух баллонах.
Запас его должен быть достаточен для обеспечения, как минимум, z = 12 пусков главного двигателя СЭУ. Из одного из них можно расходовать воздух только на пуск и реверсирование ГД, а из второго, кроме пуска ГД, воздух может расходоваться на судовые нужды, например, на средства автоматики, тифон и т.п. Как правило, оба баллона имеют одинаковую конструкцию и вместимость.
Производительность каждого из двух (основного и резервного) главных компрессоров пускового воздуха должна быть достаточной для заполнения обоих баллонов от давления в них от 0.5 МПа до 3.0 МПа в течение одного часа.
Объем свободного воздуха при параметрах p
0
= 0.101 Мпа и T
0
= 293 К необходимого для одного пуска двигателя составит:
????
1
= 1000 ∙ ????
1
∙
????????
2 4
∙ ???? ∙ ???? = 1000 ∙ 5 ∙
3.14 ∙ 0.7 2
4
∙ 2.674 ∙ 7
= 36000 л,
(3.15) где ????
1
= 4÷6 литров – расход пускового воздуха с параметрами p
0 и T
0
на 1 литр рабочего объема цилиндра (задается в ТУ на поставку дизеля).
Емкость одного баллона пускового воздуха ГД составит:
???? =
????
1
∙ ???? ∙ ????
0
∙ 10
−3
????
1
− ????
2
=
36000 ∙ 12 ∙ 0.101 ∙ 10
−3 3.0 − 1.0
= 21.8 м
3
,
(3.16) где ????
1
и
????
2
– соответственно максимальное и минимальное давления в баллонах.
Принимаем объем одного пускового баллона ????
б
= 22 м
3
. Таким образом, суммарный объем пускового воздуха в обоих баллонах составит:
∑????
б
= 44 м
3
(3.17)
Мощность, потребляемая электродвигателем главного компрессора при заполнении двух баллонов, составит:

36
????
КМ
′
=
????
в
∙ ????
????
∙ ????
102 ∙ 3600 ∙ ????
КМ
∙ ????
ЭД
=
56,8 ∙ 49690 ∙ 1,15 102 ∙ 3600 ∙ 0,8 ∙ 0,98
= 11,3 кВт,
(3.18) где:
????
в
= ????
в
∙ ∑????
б
= 1,29 ∙ 44 = 56,8 кг
(3.19)
- вес воздуха в обоих баллонах, где
????
в
= 1.29 кг/м
3
– удельный вес воздуха при нормальных условиях;
????
????
=
????
1
????
1
− 1
∙ ???? ∙ ????
0
[
????
1
????
0
????
1
????
1
−1
− 1] = 49690 кДж
(3.20)
- работа, необходимая для сжатия 1 кг воздуха от
????
0
до
????
1
;
????
1
= 1.4 – показатель политропы сжатия воздуха;
???? = 1.15 – коэффициент запаса;
????
КМ
= 0,8, ????
ЭД
= 0,98 – соответственно КПД компрессора и его электродвигателя.
К установке на судно предполагается установить два отечественных двухступенчатых компрессора марки ЭКП-70/25: производительностью 70 м
3
/ч, напором Н = 3.0 МПа, с электродвигателем марки АМ 31–6: мощностью 12.5 кВт при частоте вращения n = 965 об/мин.
3.2.2 Расчет мощности электродвигателя подруливающего устройства
Мощность электродвигателя подруливающего устройства определяется по выражению:
????
ПУ
= ????
????
∙ ???? + 100 = 0.005 ∙ 86413 + 100 = 532 кВт,
(3.21) где ????
????
– коэффициент, зависящий от весового водоизмещения:
???? = ???????? = 1.025 ∙ 84305 = 86413 т
(3.22) где:
???? – плотность забортной воды,
???? – объемное водоизмещение судна.
3.2.3 Мощность электростанции для режима «стоянка» судна
Средняя мощность электростанции на стоянке в зависимости от весового водоизмещения судна составит:

37
????
ср.ст.
= 11 + 0,002???? = 184 кВт.
(3.23)
С учетом работы бытовых потребителей ????
б.п.
= 225 кВт и одного пожарного насоса ????
пн
= 73 кВт нагрузка электростанции составит:
????
ст
= ????
ср.ст.
+ ????
б.п.
+ ????
пн
= 482 кВт.
(3.24)
3.2.4 Расчет производительности пожарного насоса
В соответствии с требованием РМРС выполним расчет по выражению:
???? = 0.5 ∙ 0.008 ∙ ????
2
= 0.004 ∙ [1.68√????(???? + ????) + 25]
2
=
= 0.004 ∙ [1.68√245(37 + 7.4) + 25]
2
= 160.4 м
3
/ч
(3.25)
В этом выражении:
- 0.008 – коэффициент для судов валовой вместимостью более 1000 регистровых тонн;
- 0.5 – коэффициент, учитывающий долю производительности на один из двух главных пожарных насоса;
- L, B, H – соответственно длина судна по ватерлинии, ширина по миделю и высота борта до главной палубы.
На судно по его бортам устанавливаем два центробежных вертикальных насоса типа НЦВ 160/100А-1-П: производительностью Q
H
= 160 м
3
/ч, напором
H = 1.0 МПа, с электродвигателем АМу 92-2 мощностью P
ПН
= 73 кВт.