САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ВОДНЫХ КОММУНИКАЦИЙ

Кафедра Судовых энергетических установок, ТС и Т

К У Р С О В О Й П Р О Е К Т

по дисциплине «Судовые энергетические установки»

(специальность 26.03.02)

Тема: «Анализ и совершенствование судна «OBAHAN C» проекта ВС48»

Выполнил студент Чернов Н. Е.

Группа СМ-31

Шифр 26.03.02

Руководитель Макарьев Е. В.

Проверил Жуков В. А.

С.-Петербург

2022 г.

Оглавление

Y

Введение 4

1. Анализ показателей судна и его энергетической установки 5

2.1. Обоснование состава главной энергетической установки 13

2.2. Выбор редуктора 17

2.3. Расчет систем энергетической установки 18

2.4. Расчет нагрузки на судовую электростанцию и 29

выбор дизель-генератора 29

2.5 Проектирование судового валопровода 34

2.6 Определение положения центра тяжести 40

машинного отделения 40

2.7 Сопоставление показателей энергетических установок судна и проекта 41

Выводы 42

Библиографический список 43

Приложения 44

Введение

Совершенствование конструкции двигателя с целью повышения эффективности, экономичности, надёжности всегда были неотъемлемой частью работы над двигателем. Нововведения, позволяющие упростить конструкцию, но повысить эксплуатационные качества преследуются и в данной работе. Возможны повышения эффективности путём замены двигателей, насосов, помп, габаритов машинного отделения и строгим расчётом. Будут произведены расчёты на КПД узлов и агрегатов, выяснены их расходы, потребные мощности, произведётся сравнение характеристик судна до и после модернизации. Будут заменены главные, вспомогательные двигатели, насосы, помпы, котлы, муфты, валопроводы, электрогенераторы. Изменение одного параметра всегда ведёт за собой изменение другого, поэтому практически весь пропульсивный комплекс судна будет подвергнут переработке с целью улучшения эксплуатационных характеристик.

Целями курсового проектирования являются:

- углубление и закрепление теоретических знаний по судовым энергетическим установкам (СЭУ);

• приобретение навыков по применениию теоретических знании для решения конкретных инженерных задач по совершенствованию СЭУ.

Задачами курсового проектирования являются:

• углубленное изучение структуры и параметров элементов одной из наиболее распространенных на речных судах дизельной энергетической установки;

• приобретение навыков по обоснованию, выбору, расчету и компоновке механизмов и оборудования СЭУ, работы с нормативной, технической и справочной литературой, а также по разработке проектно-конструкторской документации.

1. Анализ показателей судна и его энергетической установки

Для выполнения анализа показателей энергетической установки в пояснительной записке необходимо для начала привести краткую характеристику указанного в задании проекта судна (табл. 1) и его энергетической установки (табл. 2). Данные по судну и модернизируемой ЭУ выбираются из справочников, каталогов , альбомов и из приложений 5 и 6.

Таблица 1

Характеристика судна

№ п/п	Параметры, единицы измерения	Численные значения
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16	Класс Размерения корпуса, м: длина ширина Водоизмещение, т Грузоподъемность, т Пассажировместимость, чел. Мощность, кВт Осадка, м Скорость в полном грузу, км/ч Скорость с составом, км/ч Тяговое усилие, кН Число мест для экипажа Автономность, сут. Тип движителя Количество движителей Диаметр винта, м Габариты машинного отделения, м: длина ширина	КМ  Bulk carrier (ESP) 149,95 21,6 21995 17995 0 2970 8,5 11,9 - 11 18 30 ВФШ 1гл + 3 обтек баланс. руля 1 2.55 18,2 12,3

Таблица 2

№ п/п	Элементы ЭУ и их параметры, единицы измерения	Численные значения
1	ГЛАВНЫЕ ДВИГАТЕЛИ: количество марка номинальная эффективная мощность, кВт номинальная частота вращения коленчатого вала, мин род топлива удельный эффективный расход, кг/кВт·ч: топлива масла	1 Semt-Pielstick 6PC2-6 2970 520 Дизель 0,185 0,5
2 3 4	ГЛАВНАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ: тип передаточное отношение СУДОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ: количество дизель-генераторов марка дизель-генератора номинальная эффективная мощность, кВт номинальная частота вращения коленчатого вала, мин удельный эффективный расход топлива, кг/кВт·ч марка валогенератора	Прямая 4 Semt-Pielstick 6PC2-6 550*12 1500 0,185 RU 187176 U1

На основе данных таблиц 1 и 2 выполняется расчет показателей установки судна (табл.3):

• эффективной мощности главной ЭУ Р_у = х·Р_е , кВт,

где х и Р_е – количество и номинальная аффективная мощность главного двигателя ЭУ в кВт;

• энергооснащенности судна q = P_y/Q, кВт/т,

где Q – водоизмещение судна в полном грузу, т;

• энергонасыщенности по отношению к:

длине машинного отделения l_p = (Р_у+ x_b· P_eb)/L_MO, кВт/м;

площади машинного отделения f_p = (Р_у+ x_b· P_eb)/S_МО, кВт/м²,

где x_b – количество вспомогательных двигателей,

P_eb – мощность вспомогательного двигателя, кВт;

L_МО и S_МО – длина в м и площадь машинного отделения в м², которые определяются путем масштабирования размеров машинного отделения с разреза судна по твиндечной палубе из справочников [8];

• энергоёмкости работы судна е:

е = 3600Р_у/(M_п·V), кДж/т·км,

где M_п=G для сухогрузных судов и танкеров,

где G – грузоподъёмность ,т;

M_п=10·R_t для буксиров-толкачей, где R_t – тяговое усилие, кН;

M_п=П для пассажирских судов, где П – пассажировместимость, пас;

V – скорость судна в полном грузу (для буксиров с составом), км/ч;

• абсолютного коэффициента полезного действия (КПД) судовой установки η_у;

,

где P_eb – мощность вспомогательного двигателя, кВт;

x_b,x_к – количество вспомогательных двигателей и автономных (вспомогательных) котлов;

Q_т=k·q_тт·G – теплота, затрачиваемая на технологические нужды танкером, которые определяются условиями транспортировки груза, кДж/ч;

k =1÷1,25 – коэффициент, учитывающий увеличение теплопотерь при подогреве груза;

q_тт – удельные тепловые потери при остывании тонны груза, рав­ные для танкеров:

с двойными бортами и двойным дном 420÷630 кДж/(ч·т);

без двойных бортов и двойного дна 840÷1050 кДж/(ч·т).

Q_п= Q_oт+ Q_сб – расход теплоты на бытовые нужды пассажиров.

Расход теплоты на отопление помещений Q_oт в кДж/ч различных типов судов производится по следующим зависимостям:

для сухогрузных судов и танкеров

Q_oт=83800+42G;

для буксиров-толкачей

Q_oт=25100+63Р_у;

для пассажирских судов

Q_oт=1250(6,5n_эк+5n_пас),

где n_эк и n_пас – число членов экипажа и пассажиров, чел.

Расход теплоты на санитарно-бытовые нужды Q_сб в кДж/ч находится по выражению:

Q_сб=(n_эк+n_пас)(q_вм+q_вп),

где q_вм – удельный расход теплоты на приготовление горячей мытьевой воды, принимаемый равным для грузовых судов и буксиров-толкачей 1880÷2720 кДж/чел·ч, для пассажирских судов 1250÷1670 кДж/чел ·ч;

q_вп – удельный расход теплоты на приготовление кипяченой питьевой воды, принимаемый равным для грузовых судов и буксиров-толкачей 400÷420 кДж/чел. ·ч, для пассажирских судов 380÷395 кДж/чел.·ч.

B, В_b, В_к – расход топлива в кг/ч главного и вспомогательного двигателей, автономного котла (приложение 8);

Q_н, Q_нb, Q_нк – низшая удельная теплота сгорания топлива в кДж/кг главного и вспомогательного двигателей, автономного котла;

Q_н=42500 кДж/кг – для дизельного топлива;

Q_н=42000 кДж/кг – для моторного топлива;

B=b_e·P_e , где b_e – удельный эффективный расход топлива главного двигателя, кг/кВт·ч;

B_b=b_eb·P_eb , где b_eb – удельный эффективный расход топлива вспомогательного двигателя, кг/кВт·ч;

В_к=Q_к/(η_к·Q_нк), где η_к=0,7÷0,85 – КПД вспомогательного автономного котла, Q_к – теплопроизводительность вспомогательного котла (см. данные проекта судна);

• эффективного КПД установки η_эу:

где Р_в и P_eb – мощность валогенератора и вспомогательного двигателя, кВт;

Q_н и Q_нb – низшая удельная теплота сгорания топлива, применяемого главным и вспомогательным двигателями, кДж/кг;

x_b, x_к, x_в, x_y и x_д – количество вспомогательных двигателей, автономных котлов, валогенераторов, утилизационных котлов и других устройств, использующих теплоту отработавших газов и охлаждающей воды;

Q_к, Q_y и Q_др – теплопроизводительность вспомогательного автономного, утилизационного котла и других механизмов и устройств, использующих теплоту отработавших газов и охлаждающей воды, кДж/ч;

• КПД судового пропульсивного комплекса η_ск:

η_ск=η_e·η_п·η_в·η_пр=3600·η_п·η_в·η_пр/(Q_н·b_e)

где η_e - эффективный КПД главного двигателя;

η_e=3600/(Q_н·b_e),

η_п - КПД главной передачи установки, принимаемый равным для прямой передами 0,98÷0,99, редукторной – 0,97÷0,98, с реверсивной муфтой – 0,97÷0,98, реверс-редукторной – 0,96÷0,97, электрической на переменном токе 0,90÷0,92, электрической на постоянном токе – 0,85÷0,87, гидро­динамической - 0,85÷0,92;

η_в и η_пр - КПД валопровода (η_в=0,98÷0,99) и пропульсивный КПД движителя (для гребных винтов речных судов η_пр=0,5÷0,6, а для водомета η_пр =0,3÷0,45).

- КПД энергетического комплекса η_эк:

где η_eb и η_г – эффективный КПД вспомогательного двигателя и КПД электрогенератора, η_г=0,7÷0,8.

Таблица 3

Показатели энергетической установки судна

№ п/п	Элементы ЭУ и их параметры, единицы измерения	Численные значения
1 2 3 4 5 6 7 8	Эффективная мощность главной ЭУ, кВт Энергооснащенность, кВт/т Энергонасыщенность по отношению к: длине МО, кВт/м площади МО, кВт/м2 Энергоемкость работы судна, кДж/т*км (кДж/пас*км) Абсолютный КПД установки Эффективный КПД установки КПД судового комплекса КПД энергетического комплекса	2970 0,135 163 13,3 50 55,7% 45,7% 26,7% 53,5%

На основе анализа данных таблиц 1,2,3 намечается комплекс мероприятий по совершенствованию энергетической установки судна, который также зависит от целевой установки модернизации, указанной в задании, и современных достижений в области судовой энергетики.

Для повышения энергетической эффективности установок могут предусматриваться:

• замена главных и вспомогательных двигателей на дизели с более низкими удельными расходами топливе и масла (лучшие образцы современных среднеоборотных дизелей имеют удельный эффективный расход топлива 180÷190 г/кВт·ч, а высокооборотных – 200÷210 г/кВт·ч);

• замена вспомогательных утилизационных котлов на котлы большей -производительности и эффективности (при увеличении мощности главных двигателей);

• перевод главных двигателей и вспомогательных, котлов на использование менее дефицитных топлив (например, моторных);

• использование валогенераторов (при потребности в электроэнергии в ходовом режиме менее 40÷50 кВт);

• применение механизмов и устройств, использующих теплоту отработавших газов и охлаждающей воды: турбогенератора на судах мощностью более 1450 кВт, опреснительных и холодильных установок из крупных пассажирских судах, установок подогрева груза на танкерах;

• другие решения (по рекомендации руководителя).