Определение мощности СЭУ



Определение величин, необходимых для дальнейшего расчета.

Объемное водоизмещение судна определяется по следующей формуле, :

где: – водоизмещение судна, т; стандартная плотность морской воды,

Коэффициент общей полноты:

где: L – расчетная длина судна, м; B – расчетная ширина судна, м; T – осадка в грузу, м.

Относительная длина судна:

Отношение ширины к осадке:

Расчетное число Фруда:

Где: g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/c; – эксплуатационная скорость судна, равная 12,3 м/с; Площадь смоченной поверхности, :

Расчет ходкости данного судна не может выполниться по методике В. Б. Жинкина и И. Е. Товстых в связи с тем, что судно-прототип имеет специфический корпус. Коэффициент общей полноты судна-прототипа «Lissabon» , что выходит за пределы графика «Зависимость коэффициента остаточного сопротивления от числа Фруда». Так как определение коэффициента остаточного сопротивления невозможно, расчет требуемой мощности выполняется с использованием Адмиралтейского коэффициента.

Расчет требуемой мощности.

Требуемая мощность, кВт:

где: – водоизмещение судна, т; – скорость полного хода (в узлах) судна-прототипа; C – Адмиралтейский коэффициент.

Адмиралтейский коэффициент:

где: – потребляемая мощность судна-прототипа.

Требуемая мощность, кВт:

Где: С — Адмиралтейский коэффициент, определенный на основе данных прототипа; V — скорость полного хода судна, уз.

Выбор типа СЭУ.

Для морских судов с относительно большой осадкой и высотой борта преимущественное применение находят пропульсивные комплексы с МОД. Значительная высота борта позволяет разместить на таком судне МОД, а также грузоподъемное устройство для его разборки, в пределах до главной палубы судна. Преимущество по энергетической эффективности и ресурсу МОД практически исключает возможность эффективного использования на таких судах ПК других типов.

Недостатки МОД:

− больший вертикальный размер, чем у СОД (для больших судов считается нормальным);

− при числе цилиндров 45 требуется специальная балансировка механизма движения с целью снижения неравномерности вращающего момента и неуравновешенности на валу двигателя;

− требуется подогрев топлива;

− требуется очистка топлива.

Достоинства МОД:

− отсутствие редуктора приводит к передаче мощности непосредственно на гребной вал;

− меньшая длина;

− применение крейцкопфа с ползуном, снимающего боковые усилия;

− большой ресурс: около 120000 часов;

− широкое распространение МОД делает менее трудоемким поиск запасных частей;

− высокая экономичность;

− возможно использование дешёвых остаточных высоковязких топлив;

− высокая надёжность, удобство в обслуживании;

− невысокий уровень шума и вибрации.

Так как требуется большая мощность главного двигателя и высота борта позволяет разместить на судне МОД, была выбрана одновальная установка с МОД, с расположением продольной оси пропульсивного комплекса в диаметральной плоскости. Пропульсивный КПД судна с одним винтом, расположенным в диаметральной плоскости, выше, чем у судна с двумя винтами, расположенными по обе стороны от ДП, это обусловлено влиянием формы корпуса.

В качестве движителя выбран винт фиксируемого шага (ВФШ). По сравнению с винтами регулируемого шага (ВРШ) они дешевле. К тому же, судно прототип также имеет ВФШ, на что несомненно имеется экономическое обоснование. Винты регулируемого шага (ВРШ), целесообразно применять на судах с переменным режимом работы (буксиры, толкачи) и на коротких линиях с частыми швартовками.

Род тока выбираю трехфазный, переменный, как наиболее универсальный и надежный.

Реверсивное устройство дизельных двигателей основано на принципе изменения времени и фаз открытия клапанов. Реверсирование осуществляется осевым перемещением распределительного вала кулачковых шайб и подводом под ролик толкателя шайбы переднего или заднего хода. В двухтактных двигателях с бесклапанной продувкой реверсировать надо пусковые распределители и топливные насосы.

Все типы современных судовых дизелей выполняют с газотурбинным наддувом. Это позволяет обеспечить подачу воздуха в цилиндры под повышенным давлением, увеличить массовый заряд воздуха в цилиндре, сжечь больше топлива, увеличить среднее эффективное давление и мощность, вырабатываемую двигателем.

Выбор главного двигателя.

Выбор главного двигателя — малооборотного дизеля, произведён из типоразмерного ряда МE фирмы MAN, так как большая часть потребителей пользуется ЭУ именно этой фирмы, около 70 %, что выражает уверенность в работе двигателя, его надежность и способность выдерживать конкуренцию.

Новые двигатели серии ME имеют электронную систему впрыскивания топлива и электронную систему контроля работы всех параметров двигателя. Новый класс дизелей обеспечат экономный расход топлива, они надежны в работе и обладают экологически чистыми показателями по сравнению с ДВС предыдущих поколений.

Машины ряда МЕ могут работать с низким расходом топлива в широком диапазоне мощности и частоты вращения вала.

При выборе двигателя анализируются два режима работы:

− режим наибольшей достижимой скорости — так называемый режим испытания судна на скорость; этот режим определяет выбор допустимого двигателя, у которого максимальная длительная (номинальная) мощность MCR не меньше мощности требуемой на режиме испытаний;

− эксплуатационный режим, являющийся наиболее длительным (до 98 % ходового времени), определяет выбор экономически целесообразного варианта двигателя.

Оба режима должны располагаться в области допустимых режимов. Более целесообразно, если они расположены в верхней правой части области. При этом достигается полное использование установленной мощности двигателя. Напротив, при расположении режимов в левой части области допустимых режимов, увеличивается запас установленной мощности, который не всегда можно использовать для увеличения скорости.

Ниже, на рисунке представлен типоразмерный ряд ME фирмы MAN.

Рис. 1. Типоразмерный ряд ME фирмы «MAN»

Из всех типоразмеров цилиндров, указанных в ряде МE выбраны те, которые могут обеспечить требуемую мощность СЭУ. Из них исключены типоразмеры цилиндров, использование которых в агрегате недопустимо с учетом ремонтных работ в процессе эксплуатации. Ремонтные габариты Н_рем агрегата должны быть меньше заданной высоты борта рассматриваемого судна. Не рассмотрены двигатели с удельным расходом топлива.

.

Оставшиеся марки двигателей проанализированы по массогабаритным характеристикам и по удельному расходу топлива. А также учитывается избыток мощности двигателей.

По правилам Регистра, запас мощности главного двигателя должен составлять 20% от требуемой мощности, подставляя в формулу, получим следующее значение минимальной мощности главного двигателя:

Таблица 1

Варианты МОД поколения ME фирмы «MAN»

Марка	,Вт				,кВт	,
S80ME	3640	9	79	59	32760	0,167	18	11,5
S80ME-C	3880	8	76	57	31040	0,167	19	12,2
K80ME-C	3610	9	104	89	32490	0,171	18	14,4

Выбор главного двигателя из типоразмерного ряда МE фирмы MAN.

Высота борта контейнеровоза Lissabon 19 м. Ремонтные габариты всех трех двигателей не превышают величины борта судна.

В таблице № 1 представлены двигатели, способные обеспечить потребную мощность без её чрезмерного излишка.

Рассмотрим представленные выше варианты:

Двигатель марки S80ME имеет незначительный избыток мощности, у него наименьший удельный расход топлива. При такой частоте вращения винт будет иметь максимальный пропульсивный КПД.

Двигатель марки S80ME-C имеет наименьший избыток мощности, имея наибольшую цилиндровую мощность. По своим характеристикам схож с двигателем марки S80 MЕ. Также, данный двигатель имеет низкую частоту вращения вала, что положительно сказывается на пропульсивном КПД винта. Однако число цилиндров данного двигателя кратно числу лопастей, что не допустимо, в связи с появлением резонансным колебаниям, и возможным разрушениям.

Двигатель марки K80ME-C имеет наибольший удельный расход топлива, к тому же равный удельному расходу топлива судна-прототипа, что не улучшает энергетическую эффективность ЭУ.

В результате, из типоразмерного ряда ME фирмы MAN был выбран двигатель S80ME, с числом цилиндров , который имеет допустимые масса-габаритные характеристики, меньший удельный расход топлива, по сравнению с судном-прототипом и необходимый запас мощности.

По итогам проведённых расчётов и сравнительного анализа технические показатели выбранного агрегата S80ME-C9 цилиндрами данного типоразмера занесены в таблицу.

Таблица 2

Сводная таблица параметров выбранного агрегата

Номер по порядку	Наименование параметра	Обозначение	Размерность	Численное значение
1	Мощность		кВт	32760
2	Число цилиндров		шт.	9
3	Диаметр цилиндра		м	0,8
4	Ход поршня		м	3,056
5	Частота вращения на режиме МДМ		об/мин	79
6	Частота вращения на нижней границе ОДР		об/мин	59
7	Удельный расход топлива на режиме МДМ			0,167
8	Среднее эффективное давление на режиме МДМ		бар	18

Расчет параметров области допустимых расчетных режимов относительно режима МДМ:

− точка 1

− точка 2

− точка 3

− точка 4

Рис. 2. Область допустимых режимов работы МОД

Литература:

1. Г. А. Артемов. Судовые энергетические установки. — Ленинград: Судостроение. — 1987. — 480 с.
2. В. И. Козлов. Судовые энергетические установки. — Ленинград: Судостроение. — 1969. — 496 с.
3. П. А. Гордеев, Г. В. Яковлев. Выбор Главного двигателя судовой дизельной установки. Методические указания. — Санкт-Петербург: ЛКИ. — 1996. — 83 с.
4. А. В. Бронников. Проектирование судов. — Ленинград: Судостроение. — 1984. — 352 с.
5. А. Ф. Гогин, Е. Ф. Кивалкин, А. А. Богданов. Судовые дизели. — Москва: Транспорт. — 1988. — 440 с.
6. Л. С. Артюшков, А. Ш. Ачкинадзе, И. М. Лизунков. Автоматизированная система расчетов ходкости морских транспортных судов: Методические указания. — Ленинград: ЛКИ. — 1990. — 49 с.