Состав оборудования установки.

Введение

Судовая энергетическая установка, образованная совокупностью различных механизмов и машин, обеспечивающих не только движение маневрирование судна, но и безопасность плавания, живучесть, а также выполнение грузовых операций и других функций, предусмотренных назначением судна. В связи с этим большое значение при проектировании уделяется проблеме экономии топлива (как тяжелого, так и легкого). Возможность использования наиболее дешевого, а также использование вторичных ресурсов, то есть экономия топлива, дает возможность использовать состав флота наиболее полно.

В процессе проектирования судового энергетического комплекса осуществляется обоснование технических решений по выбору состава комплектующего оборудования, схемам взаимодействия элементов в составе комплекса, параметрам и режимам работы оборудования, его комплектовки и расположению. Основным методом обоснования принимаемых решений является сравнение вариантов энергетических комплексов, отличающихся анализируемыми техническими решениями или их взаимосвязанными совокупностями. Сравнение базируется на системном анализе, т.к. энергетический комплекс и включающее его судно являются сложной технической системой, совокупностью оборудования объединенной единой целью- решением задач, стоящих перед судном, с наибольшей эффективностью.

Применение вариантного метода - принципиальное положение методологии проектирования СЭУ ввиду того, что абсолютное большинство альтернативных решений не являются непрерывными, т. е. не могут различаться на коль угодно малую величину, а различаются на конечную, достаточно значимую величину параметра выбора. Это, например, число движителей, типы и типоразмеры применяемого оборудования, схемы энергетических систем, варианты комплектовки и др.

Использование вариантного метода исключает применение математического программирования – методов направленного поиска оптимального решения. Под последним принимается вектор контролируемых параметров, обеспечивающих глобального экстремума функции цели критерия эффективности сложной технической системы. Формирование совокупности вариантов, анализ которых следует провести для максимально достоверного обнаружения оптимального решения, осуществляется проектировщиком, от квалификации которого с одной стороны зависит гарантированное достижение поставленной цели, с другой стороны – трудоемкость решаемой оптимизационной задачи – число анализируемых вариантов должно быть минимальным, но достаточным для отыскания наиболее эффективного варианта из всех возможных.

В процессе формирования альтернативных вариантов на ранних стадиях проектирования СЭУ – в исследовательском и эскизном проектировании изменяются совокупности взаимосвязанных технических решений, обозначаемых как тип СЭУ. Тип – это сложное диалектическое понятие, включающее в свой состав важнейшие характеристики судовой энергетической установки в целом и составляющих ее подсистем – пропульсивной установки, судовой электростанции и вспомогательной котельной установки. Это тип и характеристики движителя, тип и типоразмер главного двигателя, схемы передачи мощности от двигателя к движителю, конструктивная схема СЭУ, включающая в себя варианты производства, распределения и потребления механической энергии, тепловая схема – схема производства, распределения и потребления тепловой энергии на судне, схемы комплектации оборудования и типоразмера СЭС и ВКУ и другие важнейшие решения, оправданно определяемые как основные.

В процессе разработки исследовательского или эскизного проектов, а также контрактной документации на постройку судна, указанный в понятии тип СЭУ, технические решения обосновываются количественно – для каждого из рассматриваемых вариантов определяются значения критериев эффективности.

Полученные значения сравниваются с такими же для других вариантов. Вариант, обеспечивающий получение наилучшего значения критерия, является объективно лучшим из числа рассмотренных и может быть признан оптимальным, если существует определенная гарантия, что лучшего не найти. Такой гарантией могло бы быть рассмотрение как можно большего числа вариантов, по возможности всех существующих.

При анализе вариантов не достаточно ограничиться рассмотрением только оборудования, в характеристики которого вносятся целенаправленные изменения. Энергетическое оборудование связано со всем оборудованием судового комплекса и не полный учет этих связей способен исказить оптимальное решение.

Например, оборудование судовой электростанции обеспечивает функционирование не только пропульсивной установки, но и навигационного комплекса, оборудования общесудовых систем, судовых и палубных механизмов, аварийных устройств, жилищно-бытового комплекса и др. на всех режимах эксплуатации судна. Принятие решений по судовой энергетической установке возможно без учета всего спектра связей всех элементов СЭУ с оборудование судового комплекса. В принципе это требует при внесении любых изменений в состав энергетического комплекса проектировать судно в целом, может быть даже с отслеживанием влияний вверх по цепочке этапов проектирования судна. Разработаны методы согласованной системной оптимизации, позволяющие сократить размерность решаемой задачи, но и они тоже требуют определенной проработки, по крайней мере, базового варианта и определения коэффициентов влияния, вносимых изменений на глобальную эффективность.

Исключительное многообразие альтернативных вариантов СЭУ, отличающихся контролируемыми параметрами и способных найти применение на проектируемом судне, исключат перебор и сравнение всех возможных вариантов при поиске наилучшего из них, даже с применением быстродействующей вычислительной техники. Расчеты значений критериев эффективности сопряжены с необходимостью обращения к моделям анализа эффективности, т. к. традиционные ручные методы достаточно трудоемки. Кроме этого для задания исходной информации в моделях анализа эффективности должна быть выполнена разработка варианта с требуемым уровнем подробности. Разумное ограничение числа анализируемых вариантов способно существенно отразиться на трудоемкости решаемой задачи.

Именно поэтому в начале процесса проектирования намечается определенный круг альтернативных вариантов перспективных для отыскания оптимума и из него путем логического анализа отбирается ограниченный набор вариантов по возможности минимальный и в то же время достаточный для выбора наилучшего варианта из всех возможных. Исключение из рассмотрения вариантов первоначального круга производится на основе анализа системы показателей качества, обеспечивающих определение достоверно предпочтительных вариантов без необходимости детальной разработки. Сравнение по критериям эффективности только оставленных вариантов позволяет разумно сократить общее число вариантов, подлежащих сравнению, и перенести центр внимания на углубленную проработку наиболее перспективных вариантов.

Отбор вариантов для заключительного анализа – операция, требующая глубокой эрудиции проектировщика, учета характеристик, назначения и района эксплуатации судна, сведений о выполненных вариантах, подобных проектируемому, об особенностях вариантов анализируемых технических решений, обстоятельствах сопутствующих их применению, положительных и отрицательных факторах, их весомости в составе комплексного свойства, о влиянии на комплексную эффективность, о существующих ограничениях и других факторах. Это сложная научно-техническая задача, требующая своего решения привлечения больших объемов информации, знаний, методов анализа совокупности показателей качества, как собственно энергетических комплексов, так и составляющего их энергетического оборудования и включающих их судов. Это процесс отбора вариантов на основе анализа ограниченной совокупности показателей качества и понимается как обоснование типа СЭУ. Варианты отбираются для последующего углубленного анализа с использованием более детализированных, но более трудоемких методов.

В настоящем поставлена задача выполнить анализ влияния совокупности проблем, понимаемых как тип СЭУ, на показатели эффективности водоизмещающих транспортных судов и обратного влияния характеристик судна на оптимальные показатели основных элементов энергетических комплексов. Следует учесть основной круг технических решений, среди которых следует искать наилучший вариант ЭУ проектируемого судна.

К совокупности технических решений, определяющих тип СЭУ, относят:

o вид первичного источника энергии на судне;

o род рабочего тела первичного двигателя;

o тип и типоразмер главного судового двигателя;

o тип и принципиальные конструктивные особенности движителя;

o число и ограничения на размеры движителя;

o способ передачи механической энергии от двигателя к движителю;

o конструктивные особенности судового валопровода и его функциональных устройств;

o наличие и тип устройства для трансформации частоты главного двигателя;

o наличие и тип соединительных муфт;

o тип реверсивного устройства;

o схема использования потенциальной энергии выхлопных газов;

o наличие и тип устройств для утилизации тепловых потерь;

o схема комплектации и типоразмеры основного оборудования теплоэнергетической установки;

o способ привода генераторов электрической энергии на основных режимах эксплуатации;

o параметры тока, схемы комплектации и типоразмеры источников энергии;

o способы комплектовки и комплекта основного оборудования энергетического комплекса на судне.

Перечисленные факторы оказывают определяющее влияние на технико-экономические и эксплуатационные характеристики СЭУ и судна в целом и обычно обосновываются на начальных стадиях проектирования судна. Указанные факторы последовательно проходят качественного анализа на основе рассмотрения существующей практики проектирования, существующих разработок и выполненных примеров, отбора для количественного сравнения, сравнения по отдельным показателям качества, комплексных оценок качества.

Описание судна.

Лесовоз - специальное судно для перевозки круглого леса и пиломатериалов в трюмах и на верхней палубе.

Лесовозы - обычно - однопалубные суда с повышенной прочностью верхней палубы, люковых крышек и фальшборта.

Для обеспечения остойчивости лесовозы даже при полной загрузке принимают балласт.

Задание:

Таблица 1

Состав оборудования установки.

В настоящее время на судах различных типов широкое применение получили дизельные установки. Дизельные установки имеют наибольший КПД( до 50%) и сравнительно малые габариты. Малооборотные дизельные установки (МОД) отличаются от других энергетических установок высокой топливной экономичностью (возможностью использовать дешевых остаточных высоковязких топлив), хорошо приспособлены к автоматизации и унификации вспомогательного оборудования, высокой надежностью, отсутствием передач между двигателем и валопроводом, удобством обслуживания, невысоким уровнем шума и вибраций [1].

Для данного судна неэффективно использование в качестве СЭУ ПТУ, т.к. она развивает большую мощность и применяется на крупнотоннажных судах. ГТУ же применяется на СПК и кораблях ВМФ. Таким образом, наиболее целесообразно выбрать в качестве СЭУ для данного судна ДУ с МОД.

В состав ДУ с МОД входят : один или несколько главных МОД; судовые валопроводы, гребные винты, системы – топливная, масляная, газо-выпускная, пускового воздуха, охлаждения пресной и забортной воды, СЭС. Состоящие из дизельгенераторов, валогенераторов, распределительных щитов и кабельных коммуникаций, установки – вспомогательная, котельная, утилизационная[1]. 

На судах может быть как один, так и несколько валопроводов. На сухогрузах, лесовозах, танкерах и других судах преимущественно применяются одновальные установки с МОД мощностью до 30МВт. Одновальные установки имеют больший КПД гребного винта, большую скорость хода и более простую конструкцию.

В качестве привода вспомогательных механизмов применяем валогенератор переменного тока, т.к. такой генератор прост по конструкции, меньше по габаритам и более удобен в эксплуатации.

Способ реверса: реверс может быть обеспечен при ВФШ установкой главных реверсивных двигателей. При ВРШ реверс судна осуществляется поворотом лопастей винта.

На рисунке 1 изображена принципиальная схема СЭУ для данного судна: главный двигатель 5, обслуживаемый рядом систем(20 – сжатого воздуха, 21-охлаждения, 22-масляная, 23-топливная, 24-утилизации теплоты), через валопровод 2 передает мощность на гребной винт 1, с помощью которого судно движется. Утилизационная установка 7(работает на выпускных газах 6) вырабатывает либо механическую энергию, либо электрическую, либо водяной пар(теплоснабжение). Также в состав СЭУ входят вспомогательная котельная установка 9, судовая электростанция 11 и водоопреснительная установка 16. Также на схеме обозначены: 3-топливо. 4-воздух, 8-глушитель, 10-пар, 12-14-подвод энергии, 18-подвод морской воды, 19-подвод электроэнергии к механизмам систем СЭУ.

Рис.1 Принципиальная схема СЭУ

Выбор главного двигателя

Выбор главного двигателя зависит от потребляемой им мощности. Мощность установки может быть рассчитана по формуле:

где D – водоизмещение судна, т;

V -  скорость судна на полном ходу в узлах  

С – адмиралтейский коэффициент(для одновинтовых грузовых судов около120м 650-700)

При выборе двигателя необходимо учитывать мощность, отбираемую от двигателя с учетом валогенератора. Она больше найденной эффективной мощности примерно на 15%:

Буксировочная мощность находиться:

       N_Б=R*V

где V — скорость судна;

       R — сопротивление движению судна, которое определяется опытным путём в исследовательских бассейнах путём буксировки моделей. Поэтому определить её на этапе проектирования мы не можем.

По рассчитанной мощности N_Р=2181 кВт и Ne=1854 кВт выбираем главный двигатель из

типоразмерного ряда.

Таблица 2

Таблица 3 Массогабаритные характеристики двигателя

Таблица 4 Характеристики систем двигателя L35MC

Для данной СЭУ был выбран двигатель данной марки, т. к. он имеет относительно не-

большую длину, что позволяет уменьшить массу установки и сделать МО с меньшими га-

баритами и, следовательно, увеличить полезную площадь судна, предназначенную для перевозки грузов, что повышает рентабельность судна. При выборе типоразмера ДВС следует учитывать ограничение по высоте. Нужно выбирать агрегат с ремонтным габаритом, не превышающим высоты борта до главной палубы Н_Б, за вычетом высоты второго дна Н_ДД, высоты набора палубы Н_наб размеров грузоподъемного устройства Н_кр— крана или тельфера для выемки тяжёлых деталей двигателя при его ремонте.

Для данного двигателя выбираем:

1.топливо

Моторное топливо марки ДМ по ГОСТ 1667-68;

Моторное топливо марки ДТ-1 по ГОСТ 1667-68;

дизельное топливо марки ДС по ГОСТ 4 749-49.

2.масло

Моторное масло М16Г₂ЦС