Задание №1 Разработка масленой системы .
Данная система предназначена для приема, хранения, очистки и подачи масла к потребителям. В СЭУ масло используется для смазки трущихся деталей главных и вспомогательных механизмов, а также для отвода теплоты, выделяющейся при трении; для охлаждения поршней ДВС; в качестве рабочей жидкости гидромуфт гидротрансформаторов, объемного гидропривода судовых механизмов и в элементах гидравлических систем автоматики.
Смазочная система главных и вспомогательных дизелей, так же как и топливная, может быть подразделена на две части: непосредственно связанную с дизелем и судовую. К первой части системы относятся навешенные на дизель масляные насосы, фильтры, трубопроводы, каналы для циркуляции масла и др. Ее схема зависит от конструкции и мощности дизеля. Во вторую часть смазочной системы входят запасные, расходные и отстойные цистерны, насосы, фильтры, сепараторы, подогреватели и трубопроводы, расположенные вне дизеля.
В дизелях, устанавливаемых на речных и смешанного «река-море» плавания судах, применяют комбинированную смазочную систему, состоящую из циркуляционной системы смазывания под давлением и системы смазывания разбрызгиванием. Циркуляционная система обеспечивает смазку под давлением всех основных узлов и агрегатов дизеля, включая подшипники турбокомпрессора. Маслом, разбрызгиваемым движущимися деталями, смазываются некоторые узлы, расположенные в картере дизеля.
Дизели могут быть с «сухим» и «мокрым» картером. В дизелях с «мокрым» картером масло, заливаемое в смазочную систему, находится в нижней его части – поддоне, откуда подаётся в циркуляционную смазочную систему нагнетательным насосом. В дизелях с «сухим» картером стекающее из подшипников масло непрерывно удаляется из него откачивающим насосом в специальную цистерну – маслосборник и из последнего нагнетательным насосом подастся в смазочную систему дизеля.
Чтобы обеспечить полное осушение картера при работе дизеля, откачивающий насос должен иметь большую подачу, чем нагнетательный.
Исходные данные к расчету:
Главные двигатель:
=213
=3.3
=3
Вспомогательные двигатели:
=236
=5.8
= 3
Автономность плавания 5 сут
,
где |
|
– |
удельный эффективный расход масла главным двигателем; |
|
– |
удельный эффективный расход масла вспомогательным двигателем на ходу и на стоянке; |
|
|
– |
эффективная мощность главного двигателя; |
|
|
– |
эффективная мощность вспомогательного двигателя на ходу и на стоянке; |
|
|
– |
количество главных двигателей, вспомогательных двигателей и котлоагрегатов; |
|
|
– |
ходовое и стояночное время; |
|
= 2,35 … 2,7 |
– |
удельная масса масла в сточных цистернах или картерах двигателей;
|
|
|
– |
количество смен масла в смазочных системах главных и вспомогательных двигателей за период автономного плавания. |
.
Примем Тогда
Вместимость запасных масляных цистерн, м3, находят по выражению
,
где - коэффициент, учитывающий "мёртвый" запас масла;
- плотность масла. Соответственно,
По опытным данным, оптимальная кратность циркуляции масла составляет у тихоходных дизелей (до 600 мин-1) = 10 … 30 и быстроходных = 40 … 60.
Вместимость маслосборника
,
где |
= 1,4 … 1,5 |
– |
коэффициент, учитывающий «мертвый» запас масла, увеличение объема масла при нагревании и вспенивании, а также свободный объем; |
|
|
– |
подача циркуляционного масляного насоса.
|
-
= = 1,347
-
= = 0,186
Подачу циркуляционного масляного насоса определяют из условия обеспечения отвода маслом необходимого количества теплоты по выражению
,
где |
= 1,2 … 1,6 |
– |
коэффициент запаса масла; |
|
|
– |
доля теплоты, отводимая маслом, от всего количества теплоты, введенного с топливом и составляющая для тихоходных дизелей без охлаждения поршней маслом 0,05–0,07 и с охлаждением поршней маслом 0,08–0,10; для быстроходных дизелей без охлаждения поршней маслом 0,07–0,08; |
|
– |
удельная теплота сгорания топлива; |
|
|
– |
теплоемкость масла; |
|
|
|
– |
разность температур масла на выходе из дизеля и входе в него.
|
-
= = 44,9
-
= = 6,2 .
Мощность, потребляемую насосом, определим по формуле
где - коэффициент запаса мощности,
- КПД насоса,
- давление топливоперекачивающих насосов.
Примем , тогда
Масло, отработавшее свыше 400–500 ч подвергают периодической сепарации. Производительность сепаратора, м3/ч:
,
где |
|
– |
кратность очистки масла, равная 1,5 … 3,5; |
|
– |
суммарная вместимость маслосборников дизелей, установленных на судне; |
|
|
– |
время работы сепаратора в сутки.
= = 0,062 |
Задание №2Ответы на контрольные вопросы.
10. Что представляет собой газотурбинная установка?
Судовые газотурбинные энергетические установки (ГТУ) могут быть подразделены на установки открытого и закрытого циклов. В первом случае рабочее тело, которым является воздух и впоследствии смесь eго с продуктами сгорания топлива, пройдя через внутренние полости элементов установки, выбрасывается в атмосферу.
Простейшая ГТУ открытого цикла с горением топлива при постоянном давлении показана на рис. 1.
Компрессор 3, приводимый в действие турбиной 5, засасывает атмосферный воздух, сжимает его до определенного давления и непрерывно нагнетает в камеру сгорания 4.
Рис. 1. Схема ГТУ открытого цикла
Сюда же через форсунку топливным насосом непрерывно подается топливо, которое сгорает при постоянном давлении. Продукты сгорания поступают в газовую турбину 5, где кинетическая энергия газов на лопатках турбины преобразуется в механическую работу.
По условиям прочности отдельных деталей нельзя допустить, чтобы в газовую турбину поступали газы с температурой, образующейся при сгорании топлива. Поэтому в камеру сгорания подается воздуха в несколько раз больше теоретически необходимого для сжигания топлива. Потребность большого избытка воздуха в ГТУ приводит к значительной относительной мощности, затрачиваемой на его сжатие в компрессоре, который потребляет до 70% мощности, развиваемой турбиной.
Сжатый воздух, поступающий из компрессора в камеру сгорания, разделяется на два потока. Один поток, составляющий 30–40%, вводился в активную зону горения, другой, составляющий 70–60%, охлаждает пламенную трубу, смешивается с продуктами сгорания вне активной зоны горения и понижает температуру газа до значения, требуемого на входе в турбину.
Продукты сгорания поступают в газовую турбину. Проходя через турбину, газы расширяются почти до атмосферного давления, вращают ротор и затем уходят в атмосферу.
Газовая турбина большую часть своей мощности затрачивает на привод компрессора, а оставшуюся часть (полезная мощность) отдает гребному винту 7.
Вращение от газовой турбины к гребному винту передается через зубчатую передачу (редуктор) 6.
Запуск установки производится от пускового электродвигателя 1, который может быть соединен с общим для турбины и компрессора валом при помощи специальной муфты 2. Топливо в период запуска воспламеняется от электрической свечи.
В рабочем процессе ГТУ закрытого цикла (рис. 2) участвует одно рабочее тело, совершающее кругооборот в изолированном от атмосферы замкнутом тракте, которым может быть воздух или какой-либо инертный газ.
Рис. 2. Схема ГТУ закрытого цикла |
Рабочее тело (воздух или какой-либо инертный газ), сжатое в компрессоре 1, поступает в нагреватель 2, где оно нагревается при постоянном давлении до 650–750°С. Выйдя из нагревателя, рабочее тело направляется в турбину 3 для совершения механической работы. По выходу из турбины рабочее тело поступает в охладитель 4, где охлаждается до начальной температуры. С этой температурой оно возвращается в компрессор, и цикл повторяется.
В качестве нагревателя в обычных ГТУ применяют воздушный котел, работающий на органическом топливе, в ядерных ГТУ – ядерный реактор.
Благодаря изолированности рабочего тела в ГТУ закрытого цикла оно остается всегда чистым и, следовательно, не загрязняет и не разрушает проточные части турбины, компрессора и теплообменников. Кроме того, имеется возможность для создания установок с меньшими габаритами, по сравнению с установками открытого цикла, так как давление рабочего тела перед компрессором может быть значительно выше атмосферного. Однако установки закрытого цикла более сложны, чем установки открытого цикла.
Простейшие ГТУ по сравнению с другими типами СЭУ имеют ряд преимуществ, основными из которых являются:
большая агрегатная мощность при минимальных удельной массе и габаритах, меньшие занимаемая площадь и объем машинного помещения;
высокая надежность, обусловленная ротативным принципом действия и простотой кинематической схемы;
простота обслуживания, возможность быстрого пуска и высокая приемистость;
наличие потенциальных возможностей дальнейшего уменьшения расхода топлива по мере их совершенствования;
хорошая приспособленность к автоматизации и дистанционному управлению вследствие простоты пуска и регулирования.
Перспективным является использование ГТУ на судах на подводных крыльях и воздушной подушке, где превалирующим требованием является обеспечение минимальных массы и габаритов установки при большой ее мощности.
На малых судах в качестве главных обычно устанавливают серийные конвертированные авиационные газотурбинные двигатели открытого цикла. Моторесурс таких установок составляет 1–3 тыс. ч, однако удельная масса их невелика (0,4–2,0 кг/кВт).