д) Сепараторы тяжёлого топлива
Производительность сепараторов:
Qсеп = к*24*ge*Ne*10^(-3)/gтт ,
где к=0,3 - коэффициент рабочего времени сепараторов
Qсеп = 0,3*24*0,159*7830*10^(-3)/0,97=9,2 м^3/ч
К установке принимаются два сепаратора марки МАРХ-309 , производительностью 8,5 м^3/ч каждый и мощностью электродвигателя Nэд = 10 кВт.
Для сепарации дизельного топлива устанавливается сепаратор СЦ-1,5 производительностью Q = 1,5 м^3/ч и мощностью электродвигателя Nэд = 4 кВт.
3.2.2 Масляная система
К использованию принимаем масла отечественного производства с целью удешевления эксплуатации: для системы охлаждения поршней, смазки подшипников двигателя и ГТН - масло М 10 Г2 ЦС, для цилиндровой смазки - масло М16 Е 30.
Удельный расход масла:
а) для циркуляционной системы gцирк = 0,14 г/(кВт*ч);
б) для смазки цилиндров gцил = 1,6 г/(кВт*ч).
Необходимое количество смазочного масла определяем по формуле:
G = g*Ne*L/Vs*10^(-6) т;
· цилиндровое : Gцил = 1,6*7830*8000/19 *10^(-6) = 5,3 т;
· смазочное : Gсм = 0,14*7830*8000/19 *10^(-6) = 0,46 т.
Из расчётов следует, что объём цистерн основного запаса масла:
· для цилиндрового Vц = кц*b*Gц/gм ,
где b=1,05 ; Gц=5,3 т ; кц = 5¸8.
Vц = 1,05*5*5,3/0,94 = 30 м^3
· для смазочного масла Vсм = 1,05*8*0,46/0,9 = 4,3 м^3
Для расчёта характеристик системы циркуляционной смазки дизеля в качестве исходного параметра принимается количество тепла, отводимое с маслом:
Qтр = 632,3*Nе*aтр*(1-hм)/hм ,
где aтр= 0,4¸0,5 - коэффициент, учитывающий долю тепла от трения, воспринимаемую маслом.
Qтр = 632,3*7830*0,4*(1-0,9)/0,9 = 22*10^4 кДж/ч = 0,6*10^5 Вт
Количество тепла, отводимое охлаждающим маслом:
Qохл = aохл*ge*Ne*Qнр ,
где aохл = 0,04¸0,06 , принимаем aохл = 0,05
Qохл =0,05*0,159*7830*42000 = 261 * 10^4 кДж/ч = 0,725*10^6 Вт
Часовые расходы масла:
G1 = Qтр/(Сm*Dt1) ,
где Сm= 1,92 кДж/(кг*град) - теплоёмкость масла
Dt1= 8¸12°С - повышение температуры масла в тихоходном двигателе
G1 =22*10^4/(1,92*10) = 11,5*10^3 кг/ч
Gохл = Qохл/(Cm*Dt2) ,
где Dt2 = 10°С
Gохл =261*10^4 / (1,92*10) = 135,9*10^3 кг/ч
Пропускная способность фильтра тонкой очистки, включённого в систему параллельно:
G¢ф = (0,1¸0,15)*G1= 0,1*11,5*10^3= 1,2*10^3 кг/ч
Производительность циркуляционного масляного насоса:
G= к*(G1+Gохл+Gф) ,
где к=1,2¸1,5 - коэффициент запаса производительности насоса.
G=1,3*(11,5+135,9+1,2)*10^3 = 148,6*10^3 кг/ч
В установке применяются два вертикальных трехвинтовых насоса (основной и резервный) марки ЭМН 250/4,5 , производительностью 250 м^3/ч, мощность электродвигателя Nэдв = 49,0 кВт
Поверхность охлаждения маслоохладителя [22]:
F= [Qтр +Qохл]/[Км*Dtср] , м^2
где Км - коэффициент теплопередачи от масла к воде,
Км=500 Вт/(м^2*К);
Dtср = 15°С - средняя разность температур
F = (0,6*10^5+0,725*10^6)/[500*15 ] = 105 м^2
В установке применяем два маслоохладителя с поверхностью охлаждения
F=150 м^2.
3.2.3 Система охлаждающей воды
Для расчётов принимаем следующие параметры:
· температура забортной воды tзв = 20°С ;
· температура забортной воды на выходе из охладителя 30¸35°С (температурный перепад в охладителе 10¸15°С);
· давление в системе забортной воды 0,2 МПа;
· температура пресной воды на выходе из двигателя 80°С;
· температурный перепад воды в двигателе 8¸12°С;
· давление в системе пресной воды 0,25¸0,3 МПа;
· доля тепла, отводимого от цилиндров gц=0,2.
Количество тепла, отводимое пресной водой от цилиндров:
Qц=gц*gе*Nе*Qнр= 0,2*0,159*7830*4,2*10^4=10458*10^3 кДж/ч = 2,9*10^6 Вт
Подача насоса пресной воды:
G1 = k*Qц/(Dt1*C1),
где Dt1 =10°С
С1 =4,187 кДж/(кг*град) - теплоёмкость пресной воды;
к = 1,15¸1,20 - коэффициент запаса производительности, учитывающий износ насоса.
G1 = 1,2*10458*10^3/(10*4,187) = 299,7 *10^3 кг/ч
К установке принимаем три однотипных вертикальных центробежных насоса марки НЦВ 310/20 производительностью 310 м^3/ч и мощностью электродвигателя 30 кВт.
Поверхность охлаждения главного водяного охладителя :
F = Qц/[Кв*Dtср ], м^2
где Кв= 1136 Вт/(м^2*К) - коэффициент теплопередачи в охладителе от пресной воды к забортной
F= 2,9*10^6/(1136*10) = 170 м^2
Для установки принимаем два водоохладителя с поверхностью охлаждения 200 м^2 каждый.
3.2.4 Система пускового воздуха
Правилами Национального Регистра предусмотрено, что сжатый воздух для пуска холодного двигателя должен храниться не менее чем в двух воздухохранителях и должен обеспечивать не менее 15-и пусков холодного двигателя без пополнения баллонов.
Объём свободного воздуха при температуре Т=273 К и давлении Р=0,1 МПа расходуемого на один пуск главного двигателя :
V1= 1000*g1*(D^2*p/4)*S*Z, л
гдеg1 = 4¸6 л/л - расход в литрах свободного пускового воздуха на один литр объёма рабочих цилиндров двигателя;
D = 0,6 м - диаметр цилиндра;
S = 2,4 м - ход поршня;
z = 4 - число цилиндров .
V1= 1000*6*(0,6^2*3,14/4)*2,4*4 = 16277 л
Объём главных пусковых баллонов при давлении Р1=2,5 МПа , Р2=0,9 МПа
Vб = V1*n1*Pa*к*10^(-3)/(Р1-Р2),
где n1 - число пусков главного двигателя согласно правил Национального Регистра.
V1= 16277*12*0,1*10^(-3)/(2,5-0,9)=12,2 м^3
Принимаем к использованию два баллона пускового воздуха ёмкостью V=7,0 м^3 каждый.
Производительность главного компрессора пускового воздуха определяется по формуле:
G=Vб*(Р1-Р2)/(Ра*t), м^3/ч
где Ра - атмосферное давление;
t= 1ч - время наполнения баллонов воздухом от Р1 до Р2.
G= 14*(2,5-0,9)/(0,1*1) = 224 м^3/ч
К установке принимаем два главных компрессора с производительностью G=250 м^3/ч с мощностью электродвигателя 55 кВт и также компрессор хозяйственных нужд 20К-I-76/1 производительностью G=30 м^3/ч.
Для пуска вспомогательных дизельгенераторов устанавливаются два воздушных баллона ёмкостью по 2,5 м^3.
Кроме этого устанавливается один аварийный дизель-компрессор двухступенчатый, ДКП10/30, производительностью G=10 м^3/ч и рабочим давлением Р=3,0 МПа.
3.3 Расчёт судовой электростанции и вспомогательное оборудование
По правилам Национального Регистра судоходства на судах возможно применение как постоянного так и переменного тока. Переменный ток, в сравнение с постоянным, имеет ряд существенных преимуществ:
· более высокая экономичность силовой установки, обусловленная более высоким КПД машин переменного тока;
· меньший вес электрооборудования;
· более низкая построечная стоимость;
· простота обслуживания;
· высокая надёжность электрооборудования, вследствие отсутствия коллекторно-щёточного аппарата;
· более лучшая приспособленность к автоматизации.
Исходя из вышесказанного, принимаем для проектируемого судна переменный ток.
Распределение энергии осуществляется по фидерным групповым системам: силовые потребители питаются током с напряжением 380 В непосредственно с главного распределительного щита, а камбузное оборудование, бытовые приборы, сети освещения, аварийного освещения - током с напряжением 220 В от понижающих трансформаторов с частотой 50 Гц. Штурманское оборудование и радиостанция работающие на токе другой частоты получают питание через преобразователи.
Для обеспечения стабильной работы механизмов и систем необходимо рассчитать состав вспомогательного оборудования.
3.3.1 Водопожарная система
Суммарная подача пожарных насосов:
Q=к*m^2, м^3/ч ,
где m = 1,68*Ö[L*(B+H)]+25;
к = 0,008
Q=0,008*{1,68*Ö[145,6*(23+8,5)]+25}^2 = 154 м^3/ч
Согласно правил противопожарной безопасности, правил Национального Регистра на судно устанавливаем два независимых центробежных насоса марки НЦВ 160 ЛОРД-I-П и один аварийный пожарный насос этой же марки.
Q = 160 м^3/ч ; Н = 10 МПа ; Nэдв = 42 кВт.
3.3.2 Якорное устройство
Характеристика якорного снабжения судна
Nс = D^(2/3)+2*B*h+0,1*A ,
где D - весовое водоизмещение судна;
В - ширина судна;
h - высота борта от ГВЛ до верхней палубы;
А - площадь парусности. Принимаем А=1000 м^2
Nс= 13500^(2/3)+2*23*8+0,1*1000 = 992
Калибр якорных цепей :
a=S*t*ÖNc ,
где S=1 для судов неограниченного района плавания;
t = 1,75 - для обычных цепей.
a=1,75*Ö992=55
Вес якоря
Q = к*Nc ,
где к=3
Q = 3*992 = 2976 кг
Принимаем Q = 3000 кг
Суммарная длина якорных цепей:
l = 87*Z*Nc^(1/4)=87*3*992^(1/4)=1400 м
Принимаем два основных и один запасной якорь, цепи калибром 55 мм длиной по 300 м каждая. Брашпиль БЭ 10 , Nэдв=30/30/10 кВт
3.3.3 Ходовой режим
Максимальная интегральная мощность в ходовом режиме [23]:
Рmax ход = `Рход + 3*Sход,
где `Рход - средняя мощность электростанции в ходовом режиме;
Sход - отклонение мощности в ходовом режиме от среднего значения.
Средняя мощность электростанции в ходовом режиме для судов с одним МОД фирмы MAN:
`Рход = 170*ÖN-145 кВт,
где: N=7,8 МВт - мощность ГД
`Рход = 170*Ö7,8 - 145 = 330 кВт
Отклонение мощности в ходовом режиме от среднего значения:
Sход = 25*lgN + 2,5 кВт = 25*lg7,8 + 2,5 = 25 кВт
Рmax ход = 330 + 3*25 = 405 кВт
Добавочная мощность электростанции при эксплуатации судна в тропической зоне:
DР01 = 110*lgD - 55 кВт,
где D = 13,5 тыс. тонн - водоизмещение судна.
DР01 = 110*lg13,5 - 55 = 70 кВт
Окончательно, полная требуемая мощность электростанции в ходовом режиме:
Рmax ход + DР01 = 405+70 = 475 кВт
3.3.4 Маневренный режим
Мощность электростанции на маневрах:
Рм=Рх+0,8*(Рбр+Рк)+Рп,
где Рбр -мощность брашпиля, 30 кВт;
Рк -мощность компрессора, 55 кВт
Рп - мощность подруливающего устройства:
Рп = 30*D + 100 = 30*13,5+100 = 505 кВт
Рм = 475 + 0,8*(30+55) + 505 = 1048 кВт
3.3.5 Стояночный режим
Максимальная интегральная мощность в режиме стоянки:
Р max ст = `Рст + 3*Sст кВт
Средня мощность в режиме стоянки:
`Рст = 81*D^(0,16) = 81*13,5^0,16 = 123 кВт
Отклонения мощности от среднего значения в режиме стоянки:
Sст = 21*lgD - 7,5 = 21*lg13,5 - 7,5 = 16 кВт
Р max ст = 123+3*16 = 171 кВт
По полученным значениям нагрузки электростанции на различных режимах эксплуатации принимаем к установке:
· три генератора переменного трёхфазного тока HSPTL/454B16 с приводом от четырёхтактных, пятицилиндровых двигателей с турбонаддувом «Васа» 524 ТS мощностью 607 кВт.
· один аварийный дизельгенератор мощностью 150 кВт с приводом генератора от приводного дизеля марки 6ЧН 18/22.