Проект дизельной установки для танкера

Введение
1 Тип судна и его основные характеристики
2 Выбор главной энергетической установки
2.1 Выбор МОД
2.1.1 Определение эксплуатационной мощности:
2.1.2 Расчет диаметра гребного винта на эксплуатационную мощность
2.2Выбор СОД
2.2.1Определение длины СОД
2.2.2 Определение гребного винта для СОД
2.2.3Определение частоты вращения гребного винта
2.2.4Расчет редуктора
3.5 Определение толщины фланцев валов судовых валопроводов
3.6Определяется длина ахтерпика по зависимости длины ахтерпика от длины судна
3.7 Определяется высота второго дна по зависимости высоты второго дна от ширины судна
3.8Определяется длина гребного вала
3.9 Определяется длина промежуточного вала
3.10 Выбирается сальник по гребному валу из ряда уплотнений типа Симплекс
4 Требуемые характеристики вспомогательного оборудования систем СЭУ двигателя (для 6-х цилиндров).
4.1 Циркуляционный топливный насос
4.2 Топливоподкачивающий насос
4.3 Насос подачи пресной воды
4.4Насос подачи забортной воды
4.5Главный масляной насос
4.6Насос подачи смазки распредвала
4.7 Из типоразмерного ряда выбирается подогреватель топлива
4.8 Определение среднего температурного напора в маслоохладителе
4.9 Определение поверхности главного маслоохладителя
5 Выбор главного охладителя пресной воды
5.1 Определение среднего температурного напора в охладителе пресной воды
5.2 Определение поверхности главного охладителя пресной воды
7.3 Расчёт объема одного баллона пускового воздуха главного двигателя
8 Выбираем компрессор
9 Расчёт запаса циркуляционного масла
10 Котельная установка и система утилизации теплоты
10.1 Расход пара на общесудовые нужды
10.2 Расход пара на обогрев перевозимого груза по формуле Юнга
10.3 Суммарный расход пара
11 Расчет утилизационного котла
11.1 Расчет поправки на количество газов
11.2Расчет производительности утилизационного котла
11.3 Охлаждение продувочного воздуха
11.4 Количество пара, которое можно получить в системе продувочноговоздуха
12 Судовая электростанция
12.1 Определение затрат электроэнергии потребителя
12.1.21 Ход
12.1.2 Стоянка
12.2 Определяем требуемую мощность
13 Определение производительности и выбор утилизационной опреснительнойустановки
14 Расположение вспомогательного оборудования
14.1 Функциональные и технико-экономические требования к расположению помещений СЭУ, оборудования и энергетических запасов
14.2 Расположение вспомогательных и утилизационных парогенераторов
14.3 Способы компоновки вспомогательного оборудования СЭУ
15 Настройка оборудования

;-сокращение длины связей (трубопроводов и кабельных трасс) между оборудованием. Выполнение этого требования может быть обеспечено сосредоточением оборудования каждой из энергетических систем в одном районе, применением функционального агрегатирования оборудования систем СЭУ;-выполнение требований техники безопасности и охраны труда обслуживающего персонала. Этим проблемам посвящена специальная глава "Требований по технике безопасности к общему расположению, устройствам и оборудованию морских судов", включающая более шестидесяти статей, начиная от доступа в МКО и кончая холодильными установками. Частично эти требования рассмотрены ниже при анализе требований к расположению отдельных видов оборудования;-предотвращение распространения шума и вибрации механизмов и ограничение воздействия этих факторов на персонал;-обеспечение пожаробезопасности. Эти требования реализуются группой методов - от вывода дыхательных труб топливных и масляных цистерн на открытую палубу до выделения отдельных помещений для опрессовки форсунок, запрещением прокладки водяных трубопроводов над электрооборудованием и щитами, топливных трубопроводов над нагретыми узлами и электрооборудованием и др.;-обеспечение надежной работы оборудования при крене, дифференте, изменении осадки, качке судна;-уменьшение массы фундаментов под механизмы МКО, достигаемое простотой их конструкции и согласованием их с основными элементами конструкции корпуса;-расположение общего центра масс СЭУ вблизи диаметральной плоскости во избежание возникновения кренящего момента и необходимости принятия твердого балласта для его компенсации;-расположение общего центра масс СЭУ по возможности в нижней части МКО для улучшения остойчивости судна.Энергетические запасы должны быть приближены к главным и вспомогательным двигателям, т.е. располагаться вблизи МКО для сокращения размеров топливных трубопроводов. Запасы тяжелого топлива следует отделять от забортного пространства пустыми цистернами во избежание переохлаждения топлива и потери текучести. Ввиду значительной массы запасов топлива и их расходования по мере выполнения рейса следует предусматривать мероприятия по удиферентовке судна при различной степени расходования запасов.14.2Расположение вспомогательных и утилизационных парогенераторовТиповым вариантом расположения вспомогательных парогенераторов на морских транспортных судах является их размещение на верхней платформе МКО. В случае, если высота борта не позволяет развить несколько платформ, а на единственной платформе установлены дизель-генераторы, ВПГ может быть расположен сбоку от основного оборудования СЭС на этой же платформе или в трюме. Последнее расположение является обычным для судов внутреннего плавания и рыбопромысловых судов, характеризующихся небольшой высотой борта.ВПГ должны быть ограждены металлическими выгородками со стороны переднего обслуживаемого фронта от выброса пламени из топок, кроме того они должны быть ограждены непроницаемым комингсом во избежание разливов топлива.Существуют примеры расположения ВПГ на верхней палубе поблизости от утилизационных котлов (УПГ). Последние обычно располагаются в шахте МКО на трассеотвода газов в выхлопную трубу. По условиям предотвращения задымления палуб газоотводраспологают максимально высоко, поэтому и УПГ располагается выше главного двигателя. Сам утилизационный котел опирается на верхнюю или более высоко расположенные палубы и является глушителем для главного двигателя на режимах использования котла.На режимах отсутствия потребности в паре УПГ может быть отключен. В этом случае он может быть снабжен каналом перепуска газов минуя поверхности нагрева. В этот тракт встраивается глушитель, что несколько увеличивает вертикальный габарит котла. Возможен обвод УПГ и отвод газов по отдельному трубопроводу. Последний должен быть оборудован отдельным глушителем.Все трубопроводы отвода газов от главных и вспомогательных двигателей и вспомогательных и утилизационных котлов должны быть оборудованы искрогасителями. Требуемая степень их эффективности зависит от класса пожароопасности перевозимого груза.Сепаратор утилизационной установки достаточно часто располагается на средней платформе МКО. При отсутствии таковой он устанавливается рядом с ВПГ. Иногда в качестве сепаратора пара утилизационного котла используется верхний (пароводяной) барабан вспомогательного котла.Теплый ящик - сборник конденсатов от потребителей пара целесообразно располагать недалеко то вспомогательных котлов в зоне их обслуживания. Здесь же следует располагать вспомогательные механизмы систем, обслуживающих котлы - питания водой и топливом.14.3Способы компоновки вспомогательного оборудования СЭУРазличают основных три способа компоновки и расположения вспомогательного оборудования:-россыпью, когда каждый элемент СЭУ в том виде, в каком он поставляется на судостроительное предприятие, без дополнительной доработки, устанавливается на несущие конструкции отдельно от оборудования, с которым он будет взаимодействовать в процессе работы. В качестве несущей конструкции в зависимости от массы элемента СЭУ может быть использован индивидуальный судовой фундамент или конструкция судовых перекрытий;-функциональное агрегатирование, под которым понимают объединение на общей несущей конструкции совокупности оборудования взаимодействующего при выполнении определенной функции. Типовой состав функционального блока: оборудование, выполняющее определенную законченную функцию, внутренние трубопроводы, арматура, контрольно-измерительные приборы, элементы управленияи автоматики, несущая конструкция. В качестве несущей конструкции могут выступать - судовой фундамент, легкий каркас или цистерна;-зональное агрегатирование - объединение на несущей конструкции оборудования, расположенного в общей зоне. В качестве несущей конструкции выступают конструкции корпуса - перекрытия платформ, палуб и трюма.Каждый из указанных способов обладает совокупностью преимуществ и недостатков по сравнению с другими. В частности расположение россыпью имеет несомненные преимущества по свободному доступу со всех сторон к каждому из элементов СЭУ, что весьма важно при проведении технического обслуживания и ремонта. В то же время увеличивается длительность постройки судна ввиду длительного монтажа и испытаний каждого из элементов СЭУ на объекте. Совместные испытания возможны только после монтажа всего взаимодействующего оборудования.Объединение в функциональный агрегат оборудования выполняющего законченную функцию по обеспечению главных и вспомогательных двигателей определенного вида рабочим телом - топливом, маслом или водой обеспечивает сокращение длины магистральных трубопроводов, соединяет оборудование, ответственное за выполнение функции, пространственно в одной зоне, чем облегчается обнаружение и устранение отказов, способствует сокращению сроков постройки судна за счет проведения монтажа и испытаний агрегата в цехе параллельно с другими работами, облегчает монтаж и повышает его качество за счет специализации производства, наличия монтажных приспособлений, измерительных средств и квалифицированных работников, создает условия для организации агрегатного ремонта по регламенту - замены агрегатов во время стоянки в порту.Этот, несомненно прогрессивный способ, в то же время не вполне соответствует современному состоянию производства энергетического оборудования в стране, качество которого снизилось в связи с перестройкой экономической формации. Значительнаязатесненность монтажа не способствует удобству проведения ремонтных работ в условиях судна.Зональное агрегатирование - это чисто технологический прием, обеспечивающий сокращение стапельного периода постройки судна за счет производства работ по сварке и насыщению блоков на пристапельном участке. Зональные агрегаты могут включать как оборудование россыпью, так и объединенное в функциональные блоки. Масса зональных блоков ограничивается возможностями грузоподъемных средств завода - строителя по перемещению и установке блоков на стапель для дальнейшей сварки с другими зональными блоками. В зонах стыков требуется освобождение пространства ок.0.5 м для перемещения сварочных автоматов при соединении блоков на стапеле. Это пространство позднее может быть заполнено оборудованием.Анализируя преимущества и недостатки указанных трех способов компоновки оборудования мы отдаем предпочтение функциональномуагрегатированию перед прочими и в дальнейшем изложении уделяем ему основное внимание. Единственно слабое его место - затесненность монтажа и недостаточная приспособленность к проведению восстановительных работ на судне актуально только в случае применения ненадежного оборудования. По нашему мнению эта особенность отечественного оборудования не может быть постоянной. Или отечественное призводство энергетического оборудования перестроится и будет производить качественные и надежные механизмы, или оно отомрет в конкурентной борьбе с передовыми предприятиями зарубежья. Третьего не дано.В связи с тем, что снижение качества отечественного оборудования фактор временный, а мы обсуждаем в данной книге проблемы вечные, в дальнейшем будем ориентироваться на функциональное агрегатирование, которое не исключает агрегатирования зонального. В частности, рассматриваемые ниже примеры включают агрегатирование судовых электростанций и вспомогательных котельных установок - одновременно зональное и функциональное.На рис. 13.2 представлена блок-схема функционального агрегатирования вспомогательного оборудования систем СЭУ в соответствии с разработкой Херсонского ЦКБ. В советский период это предприятие являлось головной организацией отрасли по агрегатированию судового оборудования и модульным методам в судостроении и все разработки по агрегатированию велись при ее участии.Вспомогательное оборудование систем СЭУ разделено на четырнадцать функциональных агрегатов. В проекте Херсонского ЦКБ предусмотрен типоразмерный ряд функциональных блоков, включающий от одного до трех типоразмеров каждого типа.В основном эти предложения актуальны и для настоящего времени. Исключение составляют блоки 2 и 4 - насосов охлаждения форсунок топливом и смазки толкателей. Приведенная на рис. 1.17 номенклатура блоков была предложена для двигателей фирмы MAN — В & W третьего поколения. Она подлежит периодической корректировке в соответствии с тенденциями развития принципиальных схем систем и совершенствованием конструкции узлов ДВС.Начиная с пятой модификации не применяется охлаждение форсунок топливом в специальном контуре - достаточно охлаждения головки цилиндра водой и расхода впрыскиваемого топлива. С 2000г не для всех типоразмеров двигателей применяется смазка распредвала по циркуляционной схеме, ее заменяют на консистентную смазку. Со временем на такой вариант будут переведены все двигатели. Кроме того, для интеллектуальных двигателей ME этой же фирмы, предложенных в 2001г, механический привод выхлопных клапанов заменен на гидравлический.Рисунок 13.2 - Блок-схема функциональногоагрегатирования СЭУ с ДВС1 - главный двигатель МОД ДКРН; 2 - блок насосов охлаждения форсунок; 3 - блок топливоподкачивающих насосов; 4 - блок автономной смазки приводов управления выхлопными клапанами (толкателей); 5 - агрегат деаэрационной цистерны топлива; б - блок насосов забортной воды; 7 — цистерна цилиндрового масла; 8 - напорная цистерна смазки газотурбонагнетателя (ГТН); 9 - блок смазки ГТН; 10 - блок охлаждения двигателей пресной водой; 11 - блок маслоохладителей; 12 - баллоны пускового воздуха главных двигателей; 13 — блок воздушных компрессоров; 14 - блок циркуляционных масляных насосов; 15 - блок сепарации масла; 16 - блок перекачки масла; 17 - растворный бачек, 18 - расширительная цистерна; 19 - функциональный блок сточной масляной цистерны.15 Настройка оборудованияСудовой пропульсивный комплекс (ПК) - совокупность оборудования, непосредственно обеспечивающая движение транспортного судна (ТС) - работу последнего по основному назначению, является сложной технической системой (СТС), подсистемой СТС более высокого иерархического уровня - судна. При оптимизации ПК следует использовать развитый аппарат методов системного анализа. Рассмотрим основные положения этого анализа, поскольку они являются общими и в равной степени могут быть перенесены на ПК ТС.Применение системного анализа для изучения характеристик, проектирования и оптимизации ПК требует обнаружения всех устойчивых и существенных признаков сложной технической системы. Эти признаки вполне очевидны:- Сложный иерархический состав. Транспортное судно или корабль - это наиболее сложное инженерное сооружение, созданное человечеством весь период своего исторического развития. Оно включает в свой состав большое количество подсистем, каждая из которых для целей анализа может быть подвергнута дальнейшей декомпозиции на несколько уровней вниз.На рисунке 15.1 приведена такал декомпозиция для одного из наиболее широко применяемых типов транспортных судов - судна с дизельной энергетической установкой.Как видно из рис. 15.1 транспортное судно включает большое число подсистем и элементов, взаимодействующих в составе СТС верхнего уровня. Судовой пропульсивный комплекс не является исключением - в его состав входят три подсистемы - главный двигатель, движитель и система передачи мощности, каждая из этих подсистем может быть подвергнута дальнейшей декомпозиции, а сам комплекс взаимодействует с другими подсистемами судна, входит в их состав (ССУ, СЭУ) или оказывает на них влияние.Рисунок 15.1 - Иерархическая схема СЭУ с ЛВСКак видно из рис. 15.1 транспортное судно включает большое число подсистем и элементов, взаимодействующих в составе СТС верхнего уровня. Судовой пропульсивный комплекс не является исключением - в его состав входят три подсистемы - главный двигатель, движитель и система передачи мощности, каждая из этих подсистем может быть подвергнута дальнейшей декомпозиции, а сам комплекс взаимодействует с другими подсистемами судна, входит в их состав (ССУ, СЭУ) или оказывает на них влияние. Иерархическаясополчиненность целей функционирования оборудования. Для каждого вида оборудования на любом уровне характерны свои задачи, цели функционирования. Главный двигатель обеспечивает выработку механической энергии, парогенератор вырабатывает пар, насос подводит энергию к жидкости, сепаратор очищает топливо или масло от твердых примесей и воды, рулевое устройство обеспечивает изменение направления движения судна, рулевая машина обеспечивает создание момента на баллере руля и т.д. И в то же время всё указанное оборудование работает на конечную цель - перевозку грузов. Именно согласованная работа всего комплекса оборудования обеспечивает эффективное и надежное выполнение конечной задачи.Определение верхнего уровня цели, функционирования которого в конечном итоге подчинены все более низко расположенные уровни, зависит от вида решаемой задачи. Упрощенно таким уровнем можно считать уровень, на котором платят деньги за у I выполненную работу - в нашем случае это судно или совокупность однотипных судов. Упрощение состоит в том, что в принципе возможно дальнейшее углубление в проблему влияния наших перевозок на смежные предприятия и отрасли. Мы ограничиваемся указанным уровнем, что допустимо для целей оптимизации технических решений по ПК. Наличие системных связеймежду параметрами оборудования на различных уровнях. Каждый вид оборудования можно достаточно полно описать совокупностью параметров. Некоторые из них могут быть "системными" или "системно-важными", так как их изменение приводит к изменению характеристик объектов более высокого уровня (обратная связь - вниз по иерархической схеме вполне очевидна и здесь не рассматривается).Например, изменение массы оборудования изменяет провозоспособность судна или требует изменения водоизмещения. Изменение энергетической эффективности какого- либо механизма или системы приводит к тому же результату, так как требует изменения массы запасов топлива. Но водоизмещение и провозоспособность - важнейшие характеристики верхнего уровня, прямо влияющие на конечный результат - количество перевезенного груза и доходы от его перевозки.Иерархическая схема сложной системы судно - подсистемы - оборудование изобилует подобными связями. Их установление, количественная оценка влияния на показатели верхнего уровня и являются основной целью анализа судна как сложной технической системы. Для судового пропупьсивного комплекса эти связи состоят в создании упора, движущего судно при определенных затратах топлива в главном двигателе, масса пропульсивного комплекса и энергетических запасов на его функционирование перевозится на судне из расчета обеспечения заданной дальности плавания или автономности по энергетическим запасам, элементы пропульсивного комплекса занимают определенное пространство на судне, вспомогательное оборудование СЭУ, обеспечивающее функционирование пропульсивного комплекса, питается электроэнергией, получаемой от судовой электростанции, и тепловой энергией, получаемой от вспомогательной котельной установки, это оборудование также занимают определенное пространство на судне и к нему может быть отнесена определенная часть энергетических запасов, имеющихся на судне.Варианты ПК, обеспечивающих решение одной и той же задачи в рамках судна - обеспечивающих создание одинакового упора, отличаются типоразмерами главного двигателя, их частотой, массой, КПД, длиной агрегата, наличием или отсутствием понижающего редуктора, его передаточным отношением, размерами, типом и КПД движителя, диаметрами валопровода, его массой и другими показателями