· «ядовитость» металла, обеспечиваемая легирующей добавкой меди;
· текучесть металла в условиях изготовления винта методом литья под давлением, обеспечиваемая легирующей добавкой кремния;
· выносливость металла в условиях циклических нагрузок по моменту сопротивления, обеспечиваемая легирующей добавкой молибдена;
· коррозионная стойкость металла при эксплуатации в морской воде, обеспечиваемая добавкой хрома.
Также учитывалась стоимость изготовления гребного винта в отечественном производстве. («Пролетарский завод»).
1.7. Расчёт паспортных характеристик и построение паспортных диаграмм
Номинальная частота вращения n=118 мин^(-1)
Номинальная мощность двигателя Nе ном= 8320 кВт
Эксплуатационная мощность двигателя Ne= 0,9*Ne ном = 0,9*8320 = 7488 кВт
Эксплуатационная частота вращения n=nном/Ö(Neном/Ne) = 114 мин^(-1)
Расчёт паспортных характеристик проводим для следующих значений:
n= 90; 100; 114; 118; 125 мин^(-1)
J = 0,40; 0,50; 0,582; 0,65.
Таблица 1.3.
Расчёт паспортных характеристик
J | Коэффициенты: | n | 90 | 100 | 114 | 118 | 125 | об/мин | ||||
Упора К1 | nc | 1,5 | 1,67 | 1,97 | 2,0 | 2,08 | об/сек | |||||
Тяги Ке | nc^2 | 2,25 | 2,77 | 3,88 | 4,00 | 4,32 | с^(-2) | |||||
Момента К2 | nc^3 | 3,375 | 4,630 | 7,645 | 8,000 | 9,000 | с^(-3) | |||||
Кт | 0,25 | Vs | 8,72 | 9,70 | 11,45 | 11,62 | 12,09 | узлы | ||||
0,40 | Ке | 0,205 | Pe | 455,07 | 560,25 | 784,75 | 809,02 | 873,74 | кН | |||
КQ | 0,035 | Ne | 4120 | 5652 | 9332 | 9766 | 10986 | кВт | ||||
Кт | 0,21 | Vs | 10,89 | 12,13 | 14,31 | 14,53 | 15,11 | узлы | ||||
0,50 | Ке | 0,172 | Pe | 381,82 | 470,06 | 658,42 | 678,79 | 733,09 | кН | |||
КQ | 0,030 | Ne | 3531 | 4844 | 7999 | 8371 | 9417 | кВт | ||||
Кт | 0,17 | Vs | 12,68 | 14,12 | 16,65 | 16,91 | 17,58 | узлы | ||||
0,582 | Ке | 0,139 | Pe | 308,56 | 379,87 | 532,10 | 548,55 | 592,44 | кН | |||
КQ | 0,026 | Ne | 3060 | 4199 | 6933 | 7255 | 8161 | кВт | ||||
Кт | 0,15 | Vs | 14,16 | 15,77 | 18,60 | 18,88 | 19,64 | узлы | ||||
0,65 | Ке | 0,123 | Pe | 273,04 | 336,15 | 470,84 | 485,41 | 524,24 | кН | |||
КQ | 0,023 | Ne | 2707 | 3714 | 6133 | 6417 | 7220 | кВт | ||||
Расчётные формулы и постоянные величины | Ке=Кт*(1-t)*i | Vs= J*n*D/[0,514*(1-w)] | ||||||||||
Pe = Ke*r*n^2*D^4*10^(-3) | Ne=2*p*r*KQ*n^3*D^5*i /(10^3*hпер*hв) | |||||||||||
D = 5,57 м | wт = 0,254 | t=0,180 | r=1025 кг/м^3 |
По данной таблице строим паспортную диаграмму (рис. 1.4) и по ней определяем спецификационную скорость, скорость на испытаниях и эксплуатационную скорость судна.
Пользуясь диаграммой находим:
1. Скорость судна в эксплуатации в грузу с чистым корпусом при nном : Vs=16 уз. Мощность двигателя Ne= 7200 кВт.
2. Запас мощности при движении судна со скоростью Vs=16 узлов при частоте вращения двигателя nном = 118 мин^(-1) в грузу с чистым корпусом:
DNe=(Ne ном-Ne)/Ne ном * 100%=(8320-7200)/8320 = 13 %
3. Максимальная скорость на испытаниях: Vs=16,8 узла , при n=125 мин^(-1)
4. Эксплуатационная скорость хода судна при средних эксплуатационных условиях и при возросшем на 20% сопротивлении среды движению судна:
Vs экспл. = 14,4 узла при n экспл = 114 мин^(-1) и N = 6200 кВт.
2. Выбор главного двигателя и обоснование его параметров
2.1 Требования, предъявляемые к судовым дизелям
Специфические условия эксплуатации судовых дизелей, а именно:
· длительность безостановочной работы с переменной нагрузкой;
· необходимость работы на задний ход;
· необходимость гарантированного быстрого пуска и реверса при низкой температуре окружающего воздуха
определяют следующие требования, предъявляемые к судовым дизелям:
1) Оптимизация всех основных режимов.
2) Надёжность работы, т.е. возможность длительной работы без вынужденной остановки.
3) Максимальный срок службы без замены основных деталей.
4) Высокая экономичность (минимальный удельный расход топлива и смазочного масла).
5) Простота конструкции.
6) Автоматизация управления и контроля.
7) Низкий уровень шумности.
8) Низкая стоимость.
9) Малые габариты и масса.
10)Минимальный расход пускового воздуха при безотказном пуске в холодном состоянии.
11)Устойчивая работа на минимальной частоте вращения (0,25¸0,30 от nном).
12)Удобство осмотра, разборки и сборки.
На мировом флоте в качестве малооборотных дизелей большой мощности используются двухтактные крейцкопфные двигатели, обладающие следующими преимуществами:
· Мощность двухтактных дизелей при равных условиях выше мощности четырёхтактных в 1,5¸1,8 раза.
· Меньшая степень неравномерности крутящего момента.
· Нагрузка на поршень не меняет своего направления, благодаря чему улучшаются условия работы подшипников и шатунных болтов.
· Благодаря наличию крейцкопфа, цилиндр разгружается от нормальных сил, что приводит к уменьшению износов втулки и поршня, повышается их долговечность.
· Крейцкопфная конструкция позволяет применять поршни с укороченным тронком, что приводит к облегчению поршня и уменьшению сил инерции.
· Наличие диафрагмы с уплотнением позволяет использовать нижнюю часть поршня в качестве продувочного насоса, а также исключает возможность попадания отработанного цилиндрового масла в картер.
· Уменьшение трения в цилиндре приводит к повышению механического КПД двигателя.
На современных контейнеровозах часто устанавливаются двигатели MAN типа KSZ, в частности KSZ 70/120. Это двухтактные малооборотные крейцкопфные двигатели с контурной схемой продувки. В них применяется изобарная система наддува с предвключением электровоздуходувок. Опыт эксплуатации этих дизелей показал, что в машинном отделении уровень шума превышает 120¸130 Дб что не соответствует требованиям санитарных норм. Эти двигатели имеют повышенный расход масла и топлива, а также являются трудоёмкими в техническом обслуживании. Ограниченность габаритов машинного отделения затрудняет проведение ремонтных и профилактических работ, хотя верхнее пространство МО остаётся свободным от элементов конструкции энергетической установки.
При эксплуатации этих двигателей наблюдается повышенная вибрация сварной фундаментной плиты, что приводит к снижению ресурса упорного подшипника, установленного непосредственно в последней по ходу балке плиты. Поскольку станина с цилиндрами скреплена с фундаментной плитой посредством длинных анкерных связей, требуется повышенное внимание к ним вследствие вибрации. Неудачно выполнена смазка головных подшипников через специальный клапан под давлением и крейцкопфов с однопроточными пазухами. Внушительные габариты главного двигателя KSZ достигают по длине 8,52 м , по высоте 3,41 м (данные для двигателя K5SZ 70/125), что требует увеличения размеров машинного отделения и в результате происходит сокращение провозоспособности судна. Для устранения указанных недостатков фирмой MAN с середины 80-х годов разработан мощностной ряд длинноходовых двигателей типа «МС», которые имеют укороченную длину и высокое значение S/D. Эти двигатели имеют низкую стоимость производства вследствие унификации узлов и снижения затрат на механическую обработку, низкий уровень шума и высокую экономичность. С 1990 года фирмой MAN начато производство сверхдлинноходовых дизелей типа «S-MC» в компактном исполнении. Применение этих двигателей, в частности двигателя 6S50MC-C , по сравнению с длинноходовыми типа «МС» аналогичной мощности позволяет сократить длину двигателя и , соответственно уменьшить длину машинного отделения на 1 метр. В дипломном проекте в соответствии с результатами расчётов ходкости судна, сверхдлинноходовой двигатель 6S50MC-C обеспечивает требуемую мощность и частоту вращения. Данный двигатель двухтактный, малооборотный с изобарной системой наддува, имеет отношение S/D=4,0. Данные фирмы МАN показывают, что при снижении частоты вращения на 25% и при работе на частичной мощности до 0,6*Nном, привлекательными моментами являются значение экономии топлива, снижение затрат на ремонт и запасные части, упрощённое обслуживание. Поскольку номинальная мощность двигателя 6S50MC-C невысокая, в дипломном проекте не разрабатывается турбокомпаундная система, исходя из рекомендаций фирмы MAN. Немаловажное значение для экономичности двигателя имеет компоновка и конструкция системы наддува. Фирма MAN при чётном числе цилиндров порядка 4-х рекомендует устанавливать газотурбонагнетатель фирмы «Броун-Бовери» типаVTR4A с изобарным подводом газа. Для устранения недостатка, присущего изобарной системе наддува, а именно ухудшение работы ГД в области малых нагрузок из-за недостаточной приёмистости ГТН предусматривается подкрутка газового потока с целью увеличения кинематической энергии при входе в газовпускной корпус турбонагнетателя. Опыт эксплуатации такого ГТН с КПД порядка 0,72 показывает, что подключение электроприводной воздуходувки происходит при более низких нагрузках ГД, благодаря чему расширяется диапазон работы двигателя с повышенной экономичностью.