1.1. Потребляемая мощность привода любого насоса, кВт:

,

Где: - Q – подача насоса, м³/ч;

- Н – давление, создаваемое насосом, МПа;

- η – коэффициент полезного действия (КПД) насоса, равный: для шестеренных насосов 0,5 – 0,7; винтовых 0,75 – 0,85; поршневых 0,7 – 0,9; центробежных 0,6 – 0,85.

Бóльшие значения относятся к бóльшим мощностям.

1.2. Часовой расход топлива главными двигателями, кг/ч:

,

Где: - b_е – удельный эффективный расход топлива, кг/(кВт·ч);

- Р_е – суммарная эффективная мощность главных двигателей, кВт.

Следует иметь в виду, что данные по удельному эффективному расходу топлива, приводимые фирмами – строителями двигателей внутреннего сгорания, относятся к стандартному дизельному топливу, имеющему низшую теплоту сгорания Q^д_н = 42707 кДж/кг и элементный состав: углерод – 87%, водород – 12,6%, кислород – 0,4%. Поэтому в случае расчёта рабочего цикла с данными по дизельному топливу следует произвести пересчёт удельного эффективного расхода топлива (и, соответственно, часового расхода) на мазут с теплотой сгорания Q^м_н, конкретно используемый для данного двигателя, по формуле

,

Где: - b^д_е и b^м_е – соответственно удельные эффективные расходы по дизельному топливу и мазуту, кг/(кВт·ч), либо выполнить расчёт рабочего цикла с данными по мазуту.

1.3 Количество тепла, выделяющегося при сгорании топлива, кДж/ч:

q = Q_н В_e ,

где: - Q_н – низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг, равная: для дизельных топлив – 42000 – 43000, моторных топлив – 41000 – 42000, мазутов – 39500 – 41000.

1.4. Практические значения скоростей (м/с) потоков рабочих сред в судовых системах, необходимые для расчёта диаметров трубопроводов:

– топлива в системе подкачки – 1–1,5;

– в осушительных и водопожарных системах – 2–4;

– в прочих системах – 2 – 3.

2. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ

И УСТРОЙСТВ СУДОВОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

2.1. Топливная система

Предназначена для приема, хранения, перекачки, очистки, подогрева и подачи топлива к главным и вспомогательным двигателям и котлам, а также для передачи его на берег или на другое судно.

Современные как главные дизели, так и практически все дизельгенераторы приспособлены для работы на тяжелых сортах топлива, при использовании которых судовые энергетические установки (СЭУ) оборудуются специальной системой подготовки топлива.

Система включает в себя сепараторы тяжелого и дизельного топлива, паровые подогреватели, оборудованные регуляторами вязкости, отстойные и расходные цистерны тяжелого и дизельного топлива, цистерну отделения паров топлива, смесительную цистерну, фильтры грубой и тонкой очистки, топливоперекачивающие, топливоподкачивающие и циркуляционные насосы, сточные цистерны. Каждый сепаратор имеет два насоса (приёмный и откачивающий).

Танки и цистерны оборудуются системой парового обогрева, а трубопроводы снабжены паровыми спутниками. Очищенное в сепараторах топливо перекачивается в одну из расходных цистерн, откуда после отстоя в течение 20 – 24ч последовательно включёнными топливоподкачивающим и циркуляционным насосами подается через подогреватель и регулятор вязкости на главный двигатель. На время, когда двигатель не работает, подкачивающий насос выключается, и в работе остаётся циркуляционный насос, обеспечивающий поддержание системы в состоянии постоянной готовности двигателя к пуску.

При изучении настоящего раздела обязательно следует ознакомиться с принципиальными схемами систем, обслуживающих конкретные двигатели. При этом необходимо обратить внимание на то, что в случаях топлив с высокой плотностью эффективность отстойных цистерн становится весьма низкой, и тогда следует проработать вопрос об отказе от них с переносом приёмного насоса сепаратора к цистернам основного запаса [7].

Для энергетической установки с числом главных двигателей более одного топливная система выполняется общей.

Выбор сорта топлива для энергетической установки связан с требованиями IМО относительно района плавания судна. Так, при плавании в Балтийском и Северном морях содержание серы в топливе не должно быть больше 1,5%, а для остальных районов Мирового океана – не больше 4,5%.

Подвод топлива к главным и вспомогательным двигателям должен производиться от двух расходных цистерн для каждого рода топлива. Вместимость каждой цистерны V_тт, м³, должна быть достаточной для 8-часовой работы главных и вспомогательных двигателей и котлов на максимальной эксплуатационной нагрузке[9]:

,

Где: - _т – плотность топлива, кг/м³, принимаемая: для дизельного топлива 830 – 870; для моторных 880 – 940; для мазутов 950 – 990, τ₁ = 8.

Объем расходных цистерн дизельного топлива (в случаях, когда предусматривается работа дизельгенераторов на дизельном топливе) можно принимать из расчёта того, что мощность работающих в ходу дизельгенераторов составляет (3 – 8)% от мощности главного двигателя. Бóльшие величины относятся к судам с большим энергопотреблением, например, пассажирским, научно-исследовательским.

Подача одновременно работающих сепараторов топлива, м³/ч (возможна работа двух параллельно включенных сепараторов), определяется из условия сепарации суточного расхода топлива за _ст. = (8 – 12) ч:

.

По суммарной подаче сепараторов подбираются тип и количество сепараторов. При этом количество параллельно работающих сепараторов не следует принимать более двух. Дополнительно устанавливается один резервный сепаратор, однотипный с выбранными. Сепаратор дизельного топлива (если он нужен) может с целью унификации приниматься таким же.

Топливоперекачивающий насос должен обеспечить откачку топлива из наибольшей по объему цистерны основного запаса V_max за время _вык= (2 – 4) ч. В то же время он должен обеспечить перекачку не менее суточного расхода топлива главными двигателями за время ₂ = (1 – 2) ч:

; ,

Где: - Q_тп – подача топливоперекачивающего насоса, м³/ч. Давление, развиваемое насосом, принимается Н_тп = (0,3 – 0,5) МПа.

Для перекачки топлива должно быть предусмотрено не менее двух насосов с независимым приводом, один из которых является резервным.

Подача топливоперекачивающего насоса дизельного топлива принимается в

3 – 4 раза меньшей (в целях унификации возможна установка насоса, однотипного с насосом для тяжелого топлива).

Подача топливоподкачивающего насоса, м³/ч, определяется по формуле

,

причем К_тн принимается равным 2–3.

Давление, развиваемое насосом, принимается:

Н_тн =(0,25 – 0,5) МПа для двигателей "Бурмейстер и Вайн;

Н_тн =(0,60 – 1,2) МПа для двигателей "Зульцер".

Тип применяемых для топливных систем насосов – шестеренчатые или винтовые. Сепараторы необходимо выбирать самоочищающиеся.

Подача циркуляционного насоса принимается в 3 – 4 раза большей, чем у подкачивающего, давление после циркуляционного насоса для двигателей "Бурмейстер и Вайн составляет 0,8 МПа, для двигателей "Зульцер" – (1 – 1,5) МПа.

Подогреватели тяжелого топлива обеспечивают подогрев его до необходимой вязкости на пути от расходных цистерн к двигателю. Главным образом применяют паровые кожухотрубные подогреватели. Пластинчатые подогреватели имеют коэффициенты теплопередачи, в 1,25 раза бóльшие чем у кожухотрубных, однако они значительно дороже и сложнее в обслуживании, в частности, очистке.

Количество теплоты q_т, кДж/ч, подводимой к топливу для доведения его до температуры, при которой топливо будет иметь требуемую вязкость,

q_т = B_еc_т(Т₂ – Т₁),

где: - с_т – теплоемкость топлива, составляющая (1,8 – 2,1) кДж/(кг·°К);

- Т₁ – температура топлива в расходной цистерне (°К), которая по соображениям пожарной безопасности в соответствии с требованиями Регистра должна быть не менее, чем на 15°К ниже температуры вспышки, но не выше 363°К;

- Т₂ – конечная температура (°К), соответствующая необходимой для данного двигателя рабочей вязкости топлива ν  (12 – 16) сСт, или (2 – 2,5)°Е.

Греющая поверхность топливоподогревателя, м²:

A_т =q_т /(k_тΔT_т),

Где: - k_т – коэффициент теплопередачи, можно принять k_т = (600 – 1200) кДж/(м²ч°К);

- Т_т – температурный напор, °К;

Т_т= Т_s – ( Т₁+ Т₂)/2,

Где: - Т_s – температура греющей среды (°К).

Для подогрева топлива паром от утилизационного котла температура греющего пара должна быть такой, чтобы температурный напор составлял (30 – 40) °К. В случаях, когда утилизационный котёл использует энергию газов двухтактных двигателей, а двигатель работает на высоковязком топливе (например, IFO 700), это условие выполнено быть не может, и следует для подогрева топлива применять другие источники теплоты. При этом необходимо обеспечивать выполнение требований Регистра относительно пожарной безопасности.

Подогреватель выбирается с учётом его греющей поверхности и давления.