Эксплуатация судовых энергетических установок

Данная работа является частью курса «Техническая эксплуатация судовых энергетических установок». Работа предназначена для систематизации знаний и приобретения практических инженерных навыков, требуемых от судовых механиков уровня управления в области эксплуатации СЭУ, связанной с определением допустимых режимов работы пропульсивного комплекса, выбором параметров длительного экономичного режимов работы ГД.

Промежуточным результатом проектирования является паспортная диаграмма судна, на основе которой рассчитывается и достраивается режимная карта.

Расчёт и построение графиков

Исходные данные Размерения корпуса судна:

Длинна судна между перпендикулярами L=170,86 м;

Ширина судна по миделю В=21,87 м;

Осадка по грузовую марку Тг=9,0 м;

Гидродинамические характеристики гребного винта:

Диаметр винта Dв=6,05 м;

Шаг винта Н=5,75 м;

Число лопастей Z=4;

Дисковое отношение и=0,55 м;

Водоизмещение судна в грузу Vг=30 700т;

Скорость полного хода нr=16 узл;

Эффективная мощность ГД на полном ходу Ne=10 000 КВт;

Частота вращения вала ne=1,78 c-1;

Передача мощности от ГД к гребному валу прямая;

КПД линии валопровода звл=0,98.

Расчет и построение паспортной диаграммы судна

Коэффициент полноты корпуса судна определяем по формуле:

где V — объемное водоизмещение судна в грузу, м3.

где с — плотность морской воды, с = 1025 кг/м3. Тогда Принимаем за базовый номинальный режим работы пропульсивного комплекса по исходным паспортным данным. Определяем коэффициент попутного потока щ и засасывания t по формулам:

Вычисляем величину относительной поступи гребного винта на принятом номинальном режиме:

Сводим расчет паспортной диаграммы в табл. 1.

Задаемся несколькими значениями лр, при этом одно значение лр берем больше лрн, а два значения меньше лрн: лр1 = 0,45; лр2 = 0,50; лр3 = 0,55; лр4 = 0,60.

По кривым действия гребного винта определяем безразмерный коэффициенты упора k1 и момента k2 для каждой выбранной величины лр.

Затем задаемся четырьмя значениями частоты вращения вала nс, начиная от nс = 0,7 nсн до величин nс полного хода nспх = nсн, nc1 = 1,25; nc2 = 1,48; nс3 = 1,60; nc4 = 1,78 сО1.

Вычисления v, Ре, Ne согласно методическим указаниям и форму лам данного раздела сводим в таблице 1.

Таблица 1 — Расчет построения паспортной диаграммы

По результатам расчетов строим графики изменения эффективной мощности главного двигателя Ne = f3 (н, пс) и полезной тяги гребного винта Ре = f2 (н, пс) в зависимости от скорости судна v при выбранных постоянных частотах вращения гребного винта пс = const, (приложение рис. 1).

На паспортной диаграмме Ne = f3 (н, пс) наносим положение ограничительных характеристик для работы главного двигателя по механической напряженности, а на графике Ре = f2 (н, пс) строим границу предельной тяги, достижимой при данных гребного винта, и ГД для соответствующей скорости хода судна.

Определяем допустимый номинальный крутящий момент:

Мен = Ne /2¶ nc =10 000/2*3,14*1,78=894 кНм.

Для построения ограничительной характеристики на диаграмме Ne = f3(v, nc) требуется определить два значения Ne для разных пс при Мен = const, т.к. зависимость Ne при Мен = const прямая линия АВ.

Первую точку, А берем для номинального режима Nен = 10 000 кВт и nсн = 1,78сО1. Находим вторую точку В при nс3 =1,6 сО1, для чего вычисляем Nеб при Мен = const.

Nеб =2¶ nс3 Мен=2*3,14*1,6*894=8983 кВт.

При работе двигателя в режиме так называемого «легкого» винта (на пример, при меньших осадках судна), когда лр, > лрн = 0,56, ограничительной характеристикой служит зависимость изменения Ne при постоянной номинальной частоте вращения псн = const (на диаграмме линия nсн = 1,78 сО1 правее точки А).

С графика Ne = f3(v, nc) положение ограничительных характеристик (точки, А и В) переносим на диаграмму изменения Ре = f2(v, nc) получаем точки А' и В' соответственно, через которые проходит граница достижимой полезной тяги, а также границей служит линия изменения Ре при достижении псн. Расчет и построение номограммы для определения пропульсивного КПД и шкалы часового расхода топлива ГД. На оси абсцисс в левой части диаграммы наносим шкалу для определения буксировочной мощности Nб в пределах возможной работы СПУ, для чего определяем:

Nб min при v = 10 узл. и Ре = 400 кН; Nб min =0,515×400×10 = 2060 кВт; Nб max при v = 17 узл. и Pe = 800 кН, Nб max = 0,515×800×17 = 7004 кВт.

Проводим расчет для заполнения табл. 2, взяв два значения: Ре = 400 кН и Ре = 800 кН.

Таблица 2 — Расчет N6 = f (Pе) при v = const

По данным табл. 2 строим в III квадранте диаграммы (рис. 2) график изменения Nб в зависимости от Ре при разных значениях v. Взяв два значения Nel = 4000 кВт и Ne2 = 9000 кВт и учитывая прямую передачу мощности от ГД к ГВ без редуктора, заполняем табл. 3.

Таблица 3 — Расчет N6 = f (Nе) при з = const

По данным табл. 3 строим график изменения буксировочной мощности N6 от Ne при разных значениях з (IV квадрант паспортной диаграммы, рис. 2).

Для построения диаграммы часового расхода топлива Вч на ГД при различных значениях эффективного КПД двигателя зе в зависимости от величины развиваемой ГД эффективной мощности Ne выбираем из паспорт ных данных ГД или из результатов теплотехническихиспытаний величину удельного расхода топлива bе = 0,170 кг/кВт· ч, принимаем значение теплоты сгорания топлива Qнр = 42 000 кДж/кг.

Определяем эффективный КПД двигателя по формуле.

Взяв два значения Nel= 6000 кВт и Ne2 = 10 000 кВт, заполняем табл. 4

судно двигатель винт топливо Таблица 4 — Расчет часового расхода топлива

Литература

1. Методические указания к курсовому проектированию «Расчет и построение режимной карты пропульсивной установки судна» Радченко О. П., Попов В. В., КГМТУ, Керчь, 2010 г.

2. Взаимодействие элементов судового пропульсивного комплекса: Учебное пособие / Под ред. В. П. Мануйлова. — М.: ЦРИА «Морфлот», 1982.-48 с.

3. Завьялов А. А., Небесное ВВ. Расчет и построение паспортной диаграммы пропульсивной установки судна с ВРШ // Судовые энергетические установки: науч.-техн. сб. — 2003. — Вып. 8. -Одесса: ОНМА. -С.100−103.

4. Завьялов А. А., Небесное В. В, Тяговые возможности транспортного судна при буксировке //Судовые энергетические установки: науч.-техн. сб. — 2003. — Вып. 9. — Одесса: ОНМА. — С. 69−73.