Определение основной мощности главных двигателей для крупно- и среднетоннажных судов

2.1 Исходные данные

Тип судна             Танкер.

Длина судна              L = 242,8 м.

Ширина судна          B = 32,2 м.

Осадка судна            Т = 12,2 м.

Водоизмещение       D = 75200 т.

Скорость судна        v _s = 15,82 уз.

Число валов (винтов) z = 1

Тип СЭУ                   дизельная

Район плавания           

Тип передачи     прямая  

Число двигателей   i =1

2.2 Порядок расчета

2.2.1 Расчет буксировочной мощности по методу Э.Э. Папмеля

Коэффициент полноты водоизмещения определяется по формуле:

δ=D/(γ · L · B · T)=75200/(1.025*242,8*32,2*12,2)=0,769

где γ=1,025 – удельный вес морской воды, т/м³.

Коэффициент остроты корпуса определяется по формуле:

Ψ=10Βδ/L=10*32,2*0,769/242,8=1,02

Поправочный коэффициент на число винтов принимается:

х=1,0 при z=1

x=1,05 при z=2

x=1,075 при z=3

x=1,1 при z=4

Поправочный коэффициент на длину судна принимается:

λ=1                            при L>100 м.

λ=0,7 + 0,3√(L/100) при L<100 м.

 

Изм.

Лист.

№ докум.

Подпись

Дата

Лист.

ДР.10КСМ950.4000.ПЗ

Относительная скорость v^Iопределяется по формуле:

v^I = v_s√(Ψ/L) = 15,82* √(1,02/242,8)=1,025   м/с

Коэффициент Папмеля определяем по рисунку Ж.1. Значение v^I откладывается по оси абсцисс. Далее поднимается вертикальная прямая вверх до пересечения с линией, соответствующей значению Ψ. От точки пересечения откладывается горизонтальная прямая до пересечения с осью ординат и определяется значение коэффициента С.

С = 94

Буксировочная мощность определяется по формуле:

N_R=D(v _s) ³x√Ψ/(CLλ)=75200*(15,82)³*1√1,02/(94*242,8*1)=13175,31 кВт

 

Рисунок– Диаграмма Э.Э. Папмеля

 

2.2.2 Расчет буксировочной мощности по методу адмиралтейских коэффициентов

Расчет производится по формуле:

N _e = D ^2/3 v C =75200^/3*15,82³*320=49291971,5

где C – адмиралтейский коэффициент;

D – водоизмещение судна, т;

v_S – скорость судна уз.

Значения адмиралтейского коэффициента определяется по таблице

Таблица– Величина адмиралтейского коэффициента

 в зависимости от типа судна

Типы судов	С
Танкеры и суда для наволочных грузов	270…370
Универсальные сухогрузные	180…300
Скоростные контейнерные	220…320
Крупные пассажирские морские	180…260
Ледоколы	–
Суда на подводных крыльях	–
Суда на воздушной подушке	–

Изм.

Лист.

№ докум.

Подпись

Дата

Лист.

ДР.10КСМ950.4000.ПЗ

2.2.3 Определение эффективной мощности главных двигателей

Общий КПД. Значения отдельных КПД выбираются согласно схемы пропульсивной установки

=0,97*1*0,98,75=0,713

где 0,97       КПД муфты. По таблице 2

        КПД передачи. По таблице 2

 

Таблица Ж.2 – Отдельные КПД муфт и передач

Зубчатая передача:
одноступенчатая	0,98
двухступенчатая	0,96–0,97
Электропередача:
на постоянном токе	0,85–0,90
на переменном токе	0,88–0,93
Гидротрансформатор	0,84–0,91
Электродинамическая муфта	0,96–0,97
Гидродинамическая муфта	0,97–0,98

 

0,98       КПД валопровода.

 (0,96-0,99) верхний предел для подшипников качения

                      нижний предел для подшипников скольжения

=,75пропульсивный КПД

для пассажирских судов = 0,5-0,6

 для грузовых судов = 0,6-0,78

 для буксиров, ледоколов, судов ледового плавания = 0,47-0,56

 

Основная эффективная мощность главного двигателя

=13175,31*1,2/0,713=10816,12 кВт.

гдеК_N=1,15-1,2 - коэффициент запаса;

i - число двигателей

 

Расчетная эффективная мощность главного двигателя

Nе=Ne.о·К=10816,12*

где К – коэффициент, учитывающий назначение и особенности работы судна: для буксиров =1.5-2.0, учитывая ход с возом;

для океанских буксиров =1.8-2.2, учитывая ход с возом и работу на ходу на валогенератор;

для отдельных рыбодобывающих судов и других типов судов до 1,4, учитывая работу на валогенератор.

 

 

Изм.

Лист.

№ докум.

Подпись

Дата

Лист.

ДР.10КСМ950.4000.ПЗ

Изм.

Лист.

№ докум.

Подпись

Дата

Лист.

ДР.10КСМ950.4000.ПЗ

2.1.3 Главный двигатель

Устройство двигателя 8ДКРН 60/195-10(8 L 60 MC)

Поршень состоит из 2-х основных частей: головки и юбки.

Головка поршня снабжена хромированными канавками для 4-х поршневых колец. Все кольца имеют косые срезы: два- правых, два- левых. Сверху головка поршня имеет три выреза для крепления приспособлений для подъёма поршня.

Поршневой шток имеет сквозное сверление под трубу для выпуска охлаждающего масла. Последняя крепится к верхней части поршневого штока. Охлаждающее масло поступает по телескопической трубке на крейцкопфе, проходит по сверлению в основании поршневого штока и по поршневому штоку к головке поршня.

Масло поступает по сверлениям в опорной части головки поршня к выпускной трубе поршневого штока.

Сальник поршневого штока состоит из 2-х частей, которые соединяются вместе болтами. Корпус снабжен кольцевыми канавками, из которых три верхних служат для установки уплотняющих колец, предотвращающих попадание продувочного воздуха в картер.

Секция цилиндров двигателя состоит из нескольких блоков цилиндров, которые крепятся к коробке картера и фундаментной раме сквозными анкерными связями.

Втулка цилиндра окружена охлаждающей рубашкой.

Охлаждающая вода подводится по каналам из блока в нижнюю часть рубашки. Затем вода через переливные патрубки поступает из верхней части рубашки к цилиндровой крышке.

Крейцкопф и шатун.

К торцам центральной части(поперечины) прикреплены шейки, на которых устанавливаются плавающие направляющие башмаки. Центральная часть крейцкопфа также является шейкой головного подшипника.

Крейцкопф снабжен сверлениями для распределения масла, поступающего по телескопической трубе частично на охлаждение поршня, частично на смазку головного подшипника и башмаков.

Коленчатый вал выполняется полусоставным.

Смазочное масло к рамовым подшипникам поступает из главного трубопровода смазочного масла, который разветвляется к каждому подшипнику, в то время как масло на смазку Мотылевых подшипников поступает от крейцкопфов через сверления в шатунах.

Изм.

Лист.

№ докум.

Подпись

Дата

Лист.

ДР.10КСМ950.4000.ПЗ

Выпускной клапан открывается под действием гидравлического привода, закрывается под действием пневмопоршня.

    Система управления двигателем.

Система управления, пневмо - электрическая, служит для выполнения команд, поступающих с навигационного мостика. Существует несколько видов управления двигателем:

- ручное из машинного отделения (ЦПУ);

- дистанционно-автоматическое управление(ДАУ);

- аварийное – непосредственно с двигателя.

В случае ручного управления из ЦПУ контроль за оборотами двигателя осуществляется посредством регулятора, выходной вал которого соединен с отсечным валом.

Остановка, пуск и регулировка осуществляется электро-пневматическим способом, регулирующей рукояткой на посту управления.

Используя ДАУ, управление двигателем осуществляется рукояткой телеграфа на мостике.

В случае выхода из строя пневмотической системы, регулятора или электроники управление двигателем осуществляется непосредственно с аварийного поста, установленного на двигателе.

Для проворачивания ГД и валопровода предусмотрено валоповоротное устройство с электроприводом, имеющим дистанционное управление.

Пуск двигателя осуществляется сжатым воздухом давлением 2,9 МПа.

Приём воздуха турбокомпрессорами осуществляется из машинного отделения.

Используемые Масла:

- для циркуляционной системы и охлаждения поршней М-10Г₂ЦС по ГОСТ 12337-84 и М10В₂С;

- для смазки цилиндров – моторное М20Е70;

- для подшипников турбокомпрессоров – турбинное Т₄₆ или ТП-46.

Изм.

Лист.

№ докум.

Подпись

Дата

Лист.

ДР.10КСМ950.4000.ПЗ

Рисунок Поперечный разрез ГД

 

Изм.

Лист.

№ докум.

Подпись

Дата

Лист.

ДР.10КСМ950.4000.ПЗ

2.1.3.1 Технические характеристики ГД

Порядок работы цилиндров  ГД– 1-8-2-6-4-5-3-7.

Максимально длительная мощность 13200 кВт(17920 л.с.).

Перегрузочная мощность – 14510 кВт(19720 л.с.).

Мощность на режиме заднего хода на стенде – 6860 кВт(9320 л.с.).

Частота вращения, мин^-1(об/мин):

- соответствующая максимально длительной мощности(МДМ) – 111;

- соответствующая перегрузочной мощности(ПМ) – 121;

- минимально устойчивая – 33.

Удельный эффективный расход топлива при МДМ, приведённый к теплоте сгорания 10200 ккал/кг - 170±7 г/кВт.ч(125±5 г/л.с.ч).

Расход масла при МДМ на смазку цилиндров(на упор) – 0,82 г/ кВт.ч

(1,67-2,0 кг/ч.).

 

Изм.

Лист.

№ докум.

Подпись

Дата

Лист.

ДР.10КСМ950.4000.ПЗ

2.1.3.2 Расчет рабочего процесса ГД

Таблица 2 Тепловой расчет ГД.

№п/п	Параметр	Формула	100%
1.	Номин. мощность ДВС Ne, кВт	Задано	13200
2.	Число цилиндров,i	Задано	8
3.	Номин. частота вращения вала, n, об/мин	Задано	111
4.	Тактность, z	Задано	1
5.	Схема наддува	Задано	г/т
6.	Тип продувки	Задано	к-п
7.	Давление окр. среды Ро, МПа	Задано	0,1
8.	Температура окр. среды То, К	Задано	300
9.	Давление наддува Рк, МПа	Задано	0,321
10.	Действительная степень сжатия, е	Задано	13,4
11.	Коэфф. изб. воздуха для cгорания, а	Задаемся: (1,6-2)	1,85
12.	Коэффициент продувки, fa	Задаемся: (1,05- 1,35)	1,2
13.	Доля хода, потерянная на продувку, ψ	Задаемся	0,09

Расчет процесса наполнения.

Адиабатный КПД центробежного компрессора принимаем в диапазоне

0,68... 0,84.

Применение воздухоохладителя целесообразно, если температура за

компрессором Т'_к>(330...350)К. Однако охлаждать воздух ниже Т_к=310К не

рекомендуется, поскольку это приведет к чрезмерному уменьшению

температурного напора в охладителе и увеличению его поверхности

теплообмена. При отсутствии воздухоохладителя ∆T_oxл=0.

При определении давления в выпускном коллекторе Р_г и давления в начале

сжатия Р_а , необходимо обеспечить выполнение соотношения Р_а>Р_г.

 

 

Изм.

Лист.

№ докум.

Подпись

Дата

Лист.

ДР.10КСМ950.4000.ПЗ

Продолжение таблицы 2

14.	Потеря давления воздуха при всасывании, ∆P0,МПа	Задаемся: (0 -0,003)	0,0025
15.	Давление воздуха перед компрессором Р'о, МПа	Ро – ∆P0  = 0,1013-0,0025	0,0975
16.	Потеря давления воздуха в воздухоохладителе ∆Рохл, МПа	Задаемся (0,001 - 0,006)	0,0025
17.	Давление воздуха за компрессором, P 'к, МПа	Рк + ∆Poxл	0,324
18.	Степень повышения давления в компрессоре, рк	Р'к/Р'о	3,318
19.	Адиабатный КПД компрессора, ηа.к	Задаемся: (0,68 -0,84)	0,7
20.	Температура воздуха за компрессором Т'к, К	То[1+(πk0,286-1)/ηа.к]	475,366
21.	Понижение температуры воздуха в воздухоохладителе, ∆Toxл, К	Задаемся: (20 -120)	115
22.	Температура воздуха перед двигателем  Тк, К	Т'к - ∆Тохл  [Тк>310]	360,366
23.	Подогрев заряда от стенок цилиндра, ∆Tа, К	Задаемся (5-15)	6
24.	Температура воздуха в цилиндре Т"к, К	Тк + ∆Ta	366,366
25.	Температура остаточных газов Тг, К	Задаемся (600 -900)	800
26.	Коэффициент остаточных газов, gr	Задаемся (0,08 -0,2)	0,1
27.	Температура заряда в начале сжатия, Та, К	(Т"к+γгTг)/(1+γ)	405,787
28.	Давление в выпускном коллекторе за ДВС         Рг =Рт, Мпа	(0,8-0,92)Рк	0,2568
29.	Давление заряда в начале сжатия Ра, МПа	(0,92-1,05)Рк	0,305
30.	Коэффициент наполнения отнесённый к полезному ходу поршня, η/ h		0,829
31.	Коэффициент наполнения отнесённый к полному ходу поршня, η h	η/h(1-ψ)	0,754
32.	Коэффициент избытка продувочного воздуха, φк	φа* ηh	0,995
33.	Суммарный коэффициент избытка воздуха, αΣ	α*φа	2,22

Расчет процесса сжатия.

Линейные аппроксимирующие зависимости для средней мольной теплоемкости воздуха и чистых продуктов сгорания, приведенные в пунктах 34, 35, обеспечивают достаточную точность в диапазоне температур

273...2000 К.

В результате выполнения пункта 36 определяем значения коэффициентов a_vc и b_с, входящих в уравнение для мольной средней изохорной теплоемкости. Средний показатель политропы сжатия определяется путем решения уравнения, приведенного в п. 37, методом последовательных приближений.

Изм.

Лист.

№ докум.

Подпись

Дата

Лист.

ДР.10КСМ950.4000.ПЗ

Продолжение таблицы 2

№п/п	Параметр	Формула	100%
34.	Уравнение мольной средней изохорной теплоемкости воздуха С/г, кДж /(кмольК)	19,27 + 0,00251*Тг	21,28
35.	Уравнение мольной средней изохорной теплоемкости чистых продуктов сгорания при α=1, С//г,кДж /(кмольК)	20,5+0,0036*Тг	23,38
36.	Уравнение мольной средней изохорной теплоемкости смеси воздуха и остаточных газов на ходе сжатия, С// VC, кДж /(кмольК)	С// VC =avc+ bс*Тг	avc=19,33 bс=0,0026
37.	Средний показатель политропы сжатия, n1 Необходимо соблюсти равенство   Точность определения	Задаёмся 1-м приближением	1,365     0,3609     0,0041
38.	Давление в конце сжатия, РС, МПа	Ра*ε n1	10,537
39.	Температура в конце сжатия, ТС, К	Та*ε n1	1046,385

Расчет процесса сгорания.

В зависимости от марки жидкого топлива для судовых ДВС его химический состав изменяется в различных пределах. Расчет теплового процесса будем вести для дизельного топлива среднего химического состава: С=0,87; Н=0,126; 0=0,004; S=W=0.

Низшая теплота сгорания топлива нефтяного происхождения лежит в пределах Q_Н=3 9800...44000 кДж/кг. В расчетах для дизельного топлива примем Q_Н =42700кДж/кг.

Изм.

Лист.

№ докум.

Подпись

Дата

Лист.

ДР.10КСМ950.4000.ПЗ

Продолжение таблицы 2

№п/п	Параметр	Формула	100%
40.	Массовый состав топлива: углерод С водород Н кислород О сера     S вода    W	Задаёмся	0,87 0,126 0,004 0 0
41.	Низшая теплота сгорания топлива, Q Н,кДж/кг	Задаёмся	42500
42.	Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания, L 0, кмоль/кг		0,4946
43.	Действительное количество для сгорания L, кмоль/кг	а*L	0,9151
44.	Химический коэффициент молекулярного изменения, βo		1,0346
45.	Действительный коэффициент молекулярного изменения, β		1,0314
46.	Коэффициент использования теплоты в т.Z, ξ z	Задаёмся (0,75 – 0,9)	0,8
47.	Коэффициент использования теплоты к концу сгорания, ξ	Задаёмся (0,86 – 0,98)	0,96
48.	Доля топлива сгоревшего в т. Z,  Х z	ξ z: ξ	0,833
49.	Коэффициент молекулярного изменения в т. Z, β Z		1,026
50.	Изменение количества молей при сгорании, ∆М	Н/4+О/32	0,032
51.	Уравнение средней мольной изохорной теплоёмкости смеси в т.Z, С// VZ,кДж /(кмольК)	где m=1+∆М/L0	аvz=19,851   bz=0,003

Изм.

Лист.

№ докум.

Подпись

Дата

Лист.

ДР.10КСМ950.4000.ПЗ

Продолжение таблицы 2

№п/п	Параметр	Формула	100%
52.	Уравнение средней мольной изохорной теплоемкости смеси в т. В, С// V В, кДж /(кмольК)	аvb= bВ=	19,41 0,00307
53.	Уравнение средней мольной изобарной теплоемкости смеси в т. Z, С// PZ, кДж /(кмольК)	aPZ= bZ=	28,171 0,003
54.	Степень повышения давления при сгорании, λ	Задаёмся(1,3 – 1,5)	1,5
55.	Максимальная температура при сгорании, Т Z, К		1989,905
56.	Максимальное давление сгорания, PZ, МПа		15,806

Расчет процесса расширения.

Для определения значений среднего показателя политропы расширения и температуры в точке «В», необходимо совместно решить уравнения, приведенные в пунктах 59 и 60, методом последовательных приближений. В начале задаются значением Тв=1000... 1200 К и подставляют его в формулу для (n₂-1). По найденному n₂ определяют новое значение Тв и вновь подставляют его в исходную формулу. Хорошая сходимость результата обычно достигается после трех-четырех приближений. Погрешность определения должна быть не более 0,005.

Продолжение таблицы 2

№п/п	Параметр	Формула	100%
57.	Степень предварительного расширения, ρ		1,301
58.	Степень последующего расширения, σ	ε:ρ	10,3

Изм.

Лист.

№ докум.

Подпись

Дата

Лист.

ДР.10КСМ950.4000.ПЗ

Продолжение таблицы 2

№п/п	Параметр	Формула	100%
59.	Средний показатель политропы расширения, n 2 -1	[8,32(ТZβZ/β-ТВ)]:[QH(ξ-ξZ)/(L(1+γГ)β)+(βZ/β)(aPZ+ bZTZ) TZ-(аvb+bВТВ)ТВ]   Задаёмся Т/В=1000 – 1200К	0,2163     1195
60.	Температура в конце процесса расширения, ТВ, К	(βZ/β)*(TZ/σ(n2-1))   Погрешность(<0,005)	1195,525   0,00044
61.	Давление в конце процесса расширения, РВ, МПа	PZ:σn2	0,927

Индикаторные и эффективные показатели двигателя.

Таблица содержит порядок расчета индикаторных показателей двигателя, характеризующих совершенство организации теплового процесса в цилиндре с учетом только тепловых потерь в нем.

В случае, если в задании на проект указан двигатель - прототип, то значение эффективной мощности, вычисленное в таблице 1.3., должно совпадать с заданным, с погрешностью не более 3%.

Продолжение таблицы 2

№п/п	Параметр	Формула	100%
62.	Среднее индикаторное давление теоретического цикла, Р/ i, МПа		1,776
63.	Коэффициент полноты индикаторной диаграммы, ζ	Задаёмся(0,96 – 0,98)	0,98
64.	Спеднее индикаторное давление действительного цикла, Р i, МПа	ζ* Р/i	1,741
65.	Индикаторный удельный расход топлива, gi, кг/(кВт*ч)		0,164
66.	Индикаторный КПД η i		0,515
67.	Механический КПД, ηм	Задаёмся	0,9428
68.	Среднее эффективное давление, Ре, МПа	Рi*ηм	1,641
69.	Эффективная мощность ДВС, Ne, кВт	i*VS*z*Pe*(n/60)*103	13384,045

Изм.

Лист.

№ докум.

Подпись

Дата

Лист.

ДР.10КСМ950.4000.ПЗ

Продолжение таблицы 2

№п/п	Параметр	Формула	100%
70.	Эффективный удельный расход топлива, ge,кг/(кВт*ч)	gi/ηм	0,174
71.	Эффективный КПД ДВС, ηе	ηi* ηм	0,485