САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ ВОДНЫХ КОММУНИКАЦИЙ

Кафедра Судовых энергетический установок

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По дисциплине “Судовые Энергетические установки”

(Специальность Эксплуатация судовых энергетических установок)

Тема ”Проектирование судового водотрубного парового котла”

Выполнил студент Степанянц К.Е.

Группа СЭ-43

Шифр 085146

Руководитель Шишкин В.А.

Санкт-Петербург

2011

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ВОДНЫХ КОММУНИКАЦИЙ

Кафедра Судовых энергетических установок, ТС и Т

З А Д А Н И Е

на курсовой проект по дисциплине «Судовые энергетические установки»

Студенту Степанянцу К.Е

Группа СЭ -31 Шифр 085146

Тема курсового проекта: «Разработать проект модернизации энергетической установки танкера с целью увеличения его скорости на 3 %

Содержание курсового проекта

Расчетно-пояснительная записка – в объеме до 40 листов бумаги формата А4.

Состав записки:

• заглавный (титульный) лист по форме приложения 4;

• оглавление;

• введение;

1. Анализ показателей судна и его энергетической установки;

2. Обоснование состава главной энергетической установки;

3. Определение параметров согласованного гребного винта;

4. Расчет вспомогательной котельной установки;

5. Расчет систем энергетической установки;

6. Расчет судовой электростанции;

7. Проектирование судового валопровода;

8. Определение положения центра тяжести машинного отделения;

9. Разработка рекомендаций по использованию энергетической установки;

10. Сопоставление показателей энергетических установок судна и проекта;

• выводы;

• библиографический список;

• приложение 1. Задание на курсовой проект;

• приложение 2. Спецификации принципиальных схем систем СЭУ и схемы расположения оборудования в машинном помещении на листах формата А4.

Графический материал– принципиальные схемы систем СЭУ и схема расположения оборудования в машинном помещении на 2 листах формата А3.

Срок сдачи курсового проекта «___»_________20 г.

Руководитель Шишкин В.А

Оглавление

Основной целью курсового проекта является повышение энергетической эффективности судна при повышении плановой скорости его движения на 3%. Так же ознакомиться с составом различных судовых энергетических установок, их возможностями, технико-экономическими показателями, освоить методики обоснования и выбора судового оборудования. В ходе выполнения работы необходимо:

- выбрать новый двигатель и обосновать его выбор;

- рассчитать системы энергетической установки и выбрать их составляющие, если есть

необходимость;

- спроектировать судовой валопровод;

- сопоставить показатели энергетических установок судна и проекта и сделать вывод по

работе.

I. АНАЛИЗ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СУДНА И ЕГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

Для выполнения последующих обоснований и расчетов приведем краткую характеристику судна проекта 1577 (табл. 1), его энергетической установки, табл. 2.

Таблица I

Характеристики судна проекта 1577

№ п.п.	Параметры, единицы измерения	Численные значения
1	Класс	М
2	Размерения корпуса, м: Длина ширина	128,6 16,5
3	Водоизмещение, т	6513
4	Грузоподъемность, т	4800
5	Мощность, кВт	1472
6	Осадка, м	3,58
7	Скорость в полном грузу, км/ч	20
8	Число мест для экипажа	22
9	Автономность, сут.	7
10	Тип движителя	Гребной винт
11	Количество движителей	2
12	Диаметр винта, м	1,8
13	Шаг винта, м	1,47
15	Габариты машинного отделения, м:
	длина	19,6
	ширина	16,5

На основе данных табл. 1 и 2 выполняется расчет показателей установки судна

(табл 3).

Таблица 2

Характеристика основных элементов ЭУ судна проекта I 577

=

№	Элементы ЭУ и их параметры, единицы измерения	Численные значения
1	ГЛАВНЫЕ ДВИГ АТЕЛИ
	Количество	2
	Марка	8НВД48А
	Номинальная эффективная мощность, кВт	736
	Номинальная частота вращения коленчатого вала, мин"'	375
	Род топлива	Моторное; Дизельное
	Удельный эффективный расход, кг/(кВт ч) топлива Масла	0,218 0,00195
2	ГЛАВНАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ
	Тип	Прямая
	Передаточное отношение	-
3	СУДОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ
	Количество дизель-генераторов	3
	Марка дизель-генераторов	ДГР-100
	Номинальная эффективная мощность, кВт	110
	Номинальная частота вращения коленчатого вала, мин"	750
	Удельный эффективный расход топлива, кг/(кВт ч):	0,224
	Удельный эффективный расход масла, кг/(кВтч):	0,00136
	Марка валогенератора	СГД102-8В
	Количество и их номинальная мощность, кВт	Два по 75
4	КОТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА
	Марка автономного котла (тип)	КОАВ-200
	Количество	1
	Теплопроизводительность, кДж/ч	838000
	Расход топлива, кг/ч	21
	Марка утилизационного котла (котел-глушитель)	КУВ-100
	Количество	2
	Теплопроизводительность, кДж/ч	420000

эффективной мощности г лавной ЭУ, судна проекта 1577 P_y = x ∙ P_e = 2 ∙736 = 1472 кВт ,

где х и Р_e - количество и номинальная эффективная мощность главного двигателя СЭУ судна в кВт

энергонасыщенности судна проекта 1577

q = Р_y /Q = 1472/6513 = 0,226 кВт/т где Q водоизмещение судна в полном грузу, т;

энергонасыщенности по отношению к:

длине машинного отделения (МО) судна проекта 1577

l_p = (p_y+ x­­_b ∙p_eb ) = (1472+3∙110)/19,6 = 91,9 кВт/м

P_eb - мощность вспомогательных двигателей,

L_MO - длина МО в м;

площади МО судна проекта 1577

f_p =(Р_y + x_b ∙ P_eb)/S_MO =(1472 + 3∙110)/(19,6∙16,5) = 5,6 кВт/м², где S_MO , площадь МО в м;

энергоемкости работы судна проекта 1577

е = 3600 P_y /(G ∙ V) = 3600 ∙ 1472/(4800 ∙ 20) = 55,2 кДж/(т ∙ км),

где G - грузоподъемность судна, т;

V - скорость судна в полном грузу, км/ч;

абсолютного коэффициента полезного действия (КПД) установки судна проекта 1577

n_y = (3600 ∙ (x ∙ P_e + x_b∙ P_eb) + Q_т + Q_п) / (x ∙ Q_н­ ∙ B + x_b ∙ Q_нв ∙ B_b + x_k ∙ Q_нк ∙ B_к)

n_y = (3600 ∙ (2∙736 + 3∙110) + 2419200 + 338200) / (2∙42000∙160.4 + 3∙42500∙24,6 + 1∙42000∙21) = 0,528

где Q_т - теплота, затрачиваемая на технологические нужды, которые определяются условиями транспортировки груза, для наливного судна проекта 1577 расход теплоты на подогрев груза при транспортировке груза

О_т = к ∙ q_тт ∙ G = 1,2 ∙ 420 ∙ 4800 = 2419200 кДж/ч, где к коэффициент, учитывающий увеличение теплопотерь при подогреве груза, принимаем к = 1.2.

q_тт - удельные тепловые потери при осты­вании тонны груза, равные для танкера проекта 1577 как для танкера с двойными бортами и двойным дном q_тт = 420 кДж/(ч ∙ т).

О_n - теплота затрачиваемая на бытовые нужды, Q_n = Q_от + Q_сб = 285400 + 52800 = 338200 кДж/ч Расход теплоты на отопление помещений определяется по уравнению О_от = 83800 + 42 ∙ G = 83800 + 42 ∙ 4800 = 285400 кДж/ч, где G - грузоподъемность судна, из задания G = 4800 т.

Расход теплоты на санитарно-бытовые нужды находим по формуле n_эк (q_вм + q_вп) = 22 ∙ (2000 + 400) = 52800 кДж/ч, где n_эк - численность экипажа, чел, n_эк = 22;

q_вм - удельный расход теплоты на приготовление горячей мытьевой воды, q_вм = 2000 кДж/(чел-ч)

q_вп - удельный расход теплоты на приго­товление кипяченой питьевой воды q_вп = 400 кДж/(чел-ч)

Q_н - низшая теплота сгорания топлива, принимаем для моторного топлива среднего со­става Q_н = Q_нк = 42000 кДж/кг

и для дизельного топлива среднего состава Q_нв = Q_нк = 42500 кДж/кг;

В - расход топлива главного двигателя судна проекта 1577 (см. табл. 2), кг/ч,

В = P_e ∙ b_e = 736∙0,218 = 160,4 кг/ч

В_b - расход топлива вспомогательного двигателя судна проекта 1577 (см. табл. 2), кг/ч,

В_b = P_eb ∙ b_eb = 110∙0,224 = 24,6 кг/ч

В_к - расход топлива вспомогательного котла судна проекта 1577 (см. табл. 2), кг/ч,

B_k = Q_k/ ( n_k ∙ Q_нк) = 83800/ (0,95∙42000) = 21 кг/ч;

принимаем КПД вспомогательного котла n_k = 0.95

Таблица 3

Показатели энергетической установки судна проекта 1577

№ пи	Наименование показателя, единицы измерения	Численные значения
1	Эффективная мощность главной ЭУ, кВт	1472
2	Энергооснащенность, кВт/т	0,226
3	Энергонасыщенность по отношению к:
	длине МО, кВт/м;	91,9
	площади МО, кВт/м'	5,6
4	Энергоемкость работы судна, кДж/(т • км)	55,2
5	Удельная масса ЭУ, кг/кВт	43,4
6	Эффективный КПД установки	0,286
7	Абсолютный КПД установки	0,528
8	КПД судового комплекса	0,1888
9	KПД энергетического комплекса	0,393

эффективного КПД установки судна проекта 1577

n_ey = (3600 ∙ x ∙ P_e ∙ x_b ∙ P_b) / (x ∙ b_e ∙ P_e ∙ Q_н + x_b ∙ b_eb ∙ P_eb ∙ Q_нb + x_k∙ Q_к/n_k ­­- x_y ∙ Q_y) = 3600 ∙ (2∙736 - 2∙75)/(2∙0,218∙736∙42000 + 3∙0,224∙110∙42500 + 838000/0,95 - 2∙420000) = 0,286

где Р_b и Р_eb - мощность валогенератора и дизель-генератора, кВт;

b_{e и} b_eb­ - удельные эффектив­ные расходы главного и вспомогательного двигателей, кг/(кВт∙ч);

n_k - КПД вспомогательного автономного котла, принимаем n_к = 0,95;

х_B,х_b,х_к,х_у - количество работающих в ходовом ре­жиме валогенераторов, дизель-генераторов, автономных котлов и утилизационных котлов;

Q_K, О_y - теплопроизводительность вспомогательного автономного и утилизационного котла, соответственно, по табл. 2, Q_K = 838000 кДж/ч и Q_v = 420000 кДж/ч;

КПД судового комплекса судна проекта 1577

n_ск = n_e ∙ n_n ∙ n_b ∙ n_пр = (3600 ∙ n_n ∙ n_b ∙ n_пр )/(b_e ∙ Q_n) = (3600∙0,98∙0,98∙0,5)/(0,218∙42000) = 0,1888

где B_e - удельные эффективные расходы главных двигателей судна проекта;

n_n - КПД главной передачи судна проекта 1577 - прямой передачи

n_B - КПД валопровода, принимаем n_B = 0,98

n_пр – пропульсивный КПД, принимаем n_пр = 0,5

КПД энергетического комплекса

n_э = (x ∙ b_e ∙ P_e ∙ Q_н ∙ n_e ∙ n_n ∙ n_B + x_b∙ b_eb ∙ P_eb ∙ Q_нb ∙ n_eb ∙ n_г + x_к ∙ B_к ∙ Q_нк ∙ n_k) / (x ∙ b_e ∙ P_e ∙ Q_n + x_b ∙ b_eb ∙ Q_нb + x_k ∙B_k ∙ Q_нк) =

(2∙0,218∙736∙42000∙0,393∙0,98∙0,98₃∙0,224∙110∙42500∙0,378∙0,8 + 1∙21∙42000∙0,95) / (2∙0,218∙736∙42000 + 3∙0,224∙110∙42500 + 1∙21∙42000) = 0,393

Где n_e, n_eb и n_г – эффективный КПД главного, вспомогательного двигателей и КПД электрогенератора,

n_e = 3600 / (b_e ∙ Q_н) = 3600 / (0,218 ∙42000) = 0,393

n_eb = 3600 / (b_eb ∙ Q_нb) = 3600 / (0,224 ∙ 42500) = 0,378

принимаем n_г = 0,8;

B_k – расход топлива автономным котлом кг/ч

B_k = 21 кг/ч (КОАВ – 200, табл 2).

2.4. Обоснование состава главной энергетической установки

Целью данного раздела является обоснование и выбор главных двигателей.

Исходными данными при выборе главных двигателей являются:

- мощность главной энергетической установки судна Р_у ;

- количество и частота вращения движителей n_д .

Количество главных двигателей следует принимать равным числу их у судна, указанного в задании.

Поскольку заданием предусмотрено увеличение скорости движения судна на 3%, то мощность главной энергетической установки определяется на основе гидродинамического расчета или приближенно по формулам:

Р_ут=Р_у· (V_т/V)^3,25₌ 1472(1,03)^3,25 =1620, кВт

где Р_ут и Р_у – требуемая и существующая номинальная эффективная мощность главной энергетической установки судна, кВт;

R_tт и R_t – требуемое и существующее тяговое усилие, кН;

V_т и V – требуемая и существующая скорость движения судна с составом или в полном грузу, км/ч;

Требуемая мощность P_т определяется делением суммарной мощности ЭУ на количество главных двигателей судна (два)

P_т = P_ут/2 = 1620/2 = 810 кВТ

Для обоснования марки главного двигателя необходимо в соответс­твии с указанными выше рекомендациями подобрать 2-3 двигателя разных марок, мощность которых близка к требуемой в диапазоне 100÷120%Р_т , и сравнить их с установленными на судне по комплексному параметру качества:

,

где К_о – комплексный параметр качества дизеля;

p=P_e/(l·s·h) – удельная мощность дизеля, кВт/м³ ;

Р_е – номинальная эффективная мощность дизеля, кВт;

l, s и h – длина, ширина и высота дизеля в м;

Р_max – максимальное значение удельной мощности среди рассматриваемых дизелей, кВт/м³ ;

m=M/P_e – удельная масса дизеля, кг/кВт;

M – масса дизеля, кг;

m_min - минимальное значение удельной массы среди рассматриваемых дизелей, кг/кВт;

b_o – удельный эффективный расход топлива дизеля, кг/кВт·ч;

b_omin – минимальное значение удельного эффективного расхода топлива среди рассматриваемых дизелей, кг/кВт·ч;

b – удельный эффективный расход масла дизеля, кг/кВт·ч;

b_min – минимальное значение удельного эффективного расхода масла среди рассматриваемых дизелей, кг/кВт·ч;

r - ресурс дизеля до капитального ремонта, тыс. ч.;

r_max – максимальное значение ресурса среди рассматриваемых дизелей, тыс. ч.;

j – условный показатель рода топлива, используемого дизелем (для тяжелого топлива j-1, а для легкого (дизельного) – j-0);

C=0,77*[(P_e^0,87*r^0,48)/(b_e^1,58*b^0,23)] – стоимость дизеля;

С_min – минимальное значение стоимости среди рассматриваемых дизелей;

a_i (i=1÷7) – коэффициенты весомости основных параметров, принимаемые в зависимости от типа судна (Σa_i=1). При выборе двигателей для крупных транспортных судов можно принимать a₁=0,1; а₂=0,12; а₃=0,24; а₄=0,14; а₅=0,19; а₆=0,14; а₇=0,07. Сопоставление производят в табличной форме.

Развитие мирового дизелестроения выделило основные пути совершенствования дизе­лей: стабильный рост среднего эффективного давления, снижение расхода топлива, повышение надежности двигателей.

Теплоход проекта 1577 имеет силовую установку, состоящую из двух двигателей внут­реннего сгорания марки 8НВД48А (8ЧРН32/48) мощностью 736 кВт каждый при 375 об/мин. Двигатели восьмицилиндровые, четырехтактные с наддувом. Один двигатель правого враще­ния, второй левого. Управление двигателями централизованное, из рулевой рубки. Кроме то­го сохранена возможность управления главными двигателями из моторного отделения, не на­рушая регулировки централизованного управления. Пуск двигателей - воздушный.

Двигатели 8НВД48А относятся к первому поколению судовых двигателей фирмы SKL, они морально устарели. В качестве альтернативы этим двигателям можно рассмотреть приме­нение двигателей марки 8ЧНСП22/28 мощностью 900 кВт при 375 об/мин, т.к. они освоены отечественной промышленностью и экономичнее. Рассмотрим возможность установки также двигателя типа 6ЧРН36/48 мощностью 883 кВт при 375 об/мин.

Таблица 4

Сопоставление параметров судовых дизелей

Наименование параметров, единица измерения	Производитель и марка дизеля
	8НВД48А	ДРА900 8ЧНСП22/28 “Румо”	6ЧРН36/48 “Румо”
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ Номинальная эффективная мощность, кВт Ном. Частота вращения коленчатого вала, мин^-1 Реверсивность Род топлива Удельный эффективный расход топлива, кг/кВт·ч Удельный эффективный расход масла, кг/кВт·ч Ресурс до капитального ремонта, тыс.ч Габаритные размеры, м: длина х ширина х высота Масса, кг РАСЧЕТНЫЕ ДАННЫЕ Удельная мощность, кВт/м^3 Удельная масса, кг/кВт Стоимость ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ: Удельная мощность Удельная масса Удельный расход топлива Удельный расход масла Ресурс Род топлива Стоимость КОМПЛЕКСНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ КАЧЕСТВА Тип главной передачи КПД СУДОВОГО КОМПЛЕКСА	736 375 Да Мот.диз. 0,218 0,00195 30 6,12х1,75х2,84 23100 24,2 31,4 56946 0,037 0,085 0,215 0,072 0,095 1 0,07 0,714 Прямая 0,1888	900 750 Диз.Мот 0,195 0,001 60 4,205х1,3х2,53 20000 65,08 22,22 171177 0,1 0,12 0,24 0,14 0,19 1 0,023 0,953 Реверс-редуктор 0,211	883 375 Мот.диз. 0,226 0,0031 40 5,6х1,78х3,7 32165 23,9 36,4 63553 0,037 0,073 0,207 0,045 0,127 1 0,063 0,692 Прямая 0,1821

1. Реверсивному дизелю присваивается 1, а нереверсивному – 0;

2. Для дизеля, работающего на моторном и дизельном топливе, присваивается 1, а только на дизельном топливе – 0.

В качестве главного двигателя судна следует выбирать дизель, имеющий наибольшее значение комплексного параметра. На основе анализа данных табл.4 выбираем двигатель 8ЧНСП22/28, т.к в этом случае получаем большее значение K_o = 0,953 и большее значение n_cr = 0,211