Совершенствование топливоподачи ГД на судне «Мойра»

1. Технико-эксплуатационные характеристики судна «Мойра», энергетической установки и анализ их работы

1.1. Общие сведения о судне

1.2. Главная энергетическая установка

1.2.1. Главный двигатель

1.2.2. Валопровод

1.2.3. Судовой движитель

1.2.4. Рулевая машина

1.2.5. Принципиальная схема системы дистанционного управления ГЭУ

1.2.6. Проверочный расчет и построение ходовой характеристики судна

1.3. Судовая электростанция

1.3.1. Дизель-генераторы

1.3.2. Загрузка судовой электростанции

1.3.3. Распределение электроэнергии на судне

1.4. Котельная установка

1.4.1. Вспомогательные котлы

1.4.2. Утилизационные котлы

1.4.3. Загрузка котельной установки

1.5. Опреснительная установка

1.6. Краткая характеристика систем СЭУ

1.6.1. Топливная система

1.6.2. Масляная система

1.6.3. Система забортной воды

1.6.4. Система пресной воды

1.6.5. Система сжатого воздуха

1.6.6. Система воздухоснабжения и газовыпуска

1.7. Рефрижераторное оборудование

1.8. Палубные механизмы и устройства

1.8.1. Якорное устройство

1.8.2. Швартовное и буксирное устройства

1.8.3. Шлюпочное устройство и спасательные средства

1.8.4. Грузовое устройство

1.8.5. Грузовое насосное отделение

1.8.6. Мачтовое устройство и такелаж

1.9. Оборудование по предотвращению загрязнения окружающей среды

1.10. Краткая характеристика систем общесудового назначения

1.11. Расчет энергетического баланса СЭУ на номинальном режиме

1.12. Анализ эффективности работы СЭУ

1.13. Предварительное обоснование целесообразности предлагаемого усовершенствования СЭУ

2. Техническое задание на проработку предлагаемого усовершенствования СЭУ

3. Индивидуальный раздел на тему «Совершенствование топливоподачи ГД»

3.1. Обоснование разработки

3.1.1 Топливный насос дизеля МАНБурмейстер и Вайн S-МС

3.1.2 Повышение экономичности дизеля путем оптимизации регулировочных характеристик топливной аппаратуры

3.1.3. Система Common Rail

3.1.4. Техническое обслуживание форсунок Common Rail

3.1.5. Инструкция по эксплуатации Common Rail, монтаж и демонтаж

3.2. Расчетная проработка технического усовершенствования (модернизации)

3.2.1 Расчет рабочего процесса штатного двигателя при 100% нагрузки

3.2.2 Расчет рабочего процесса штатного двигателя при 85% нагрузки

3.2.3 Экспериментальные данные

3.2.4 Расчет рабочего процесса модернизированного двигателя

3.3. Сравнительная итоговая таблица

3.4. Расчет энергетического баланса усовершенствованной СЭУ

СЭУ современного флота испытывают постоянно ужесточающиеся требования к различным эксплуатационным показателям, что объясняется требованиями к охране окружающей среды и высокой конкуренцией. С другой стороны отечественный и мировой флот имеет большую долю судов эксплуатирующихся уже значительный период времени. Таким образом, эти суда требуют особых затрат для поддержания их эксплуатационнотехнических показателей в норме, а тем более, для соответствия современным требованиям. В связи с этим эксплуатация старого флота дорожает по мере его физического и морального износа. Помимо этого нет гарантии, что недавно построенные суда через несколько лет не будут требовать некоторой модернизации для соответствия новым требованиям. Исходя из сказанного, проблему модернизации флота можно считать актуальной, и особенно актуальной для отечественного флота, с учётом современных условий.

Обеспечить решение данной проблемы может только лишь своевременное внедрение научно-технических новшеств. Модернизация и усовершенствование работающих механизмов является вполне приемлемым вариантом обновления СЭУ судов. Зачастую, небольшие изменения конструкции механизмов, основанные на глубокой научной проработке позволяет, за счёт сравнительно небольших затрат, достигнуть необходимых технических показателей. Судостроители, заинтересованные в больших заказах, имея последние научно-технические разработки, не стремятся к модернизации механизмов уже эксплуатирующихся судов, так как это не обеспечивает значительной выгоды.

Одна из областей, в которой имеется потенциал для такого решения проблем есть совершенствование топливоподачи ГД и тем самым увеличить ресурс механизма и снизить затраты на обслуживание.

1. Технико-эксплуатационные характеристики судна «Мойра» , энергетической установки и анализ их работы

1.1 Общие сведения о судне

Таблица 1 — Основные элементы судна

1.2 Главная энергетическая установка

Энергетическая установка располагается в кормовой части судна.

Расположение механизмов и прокладка труб в машинно-котельном отделении выполнены с учетом удобства и безопасности их обслуживания, осмотра и ремонта.

Энергетическая установка состоит из:

а) главной установки в составе одного главного двигателя (ГД), работающего на гребной винт с фиксированным шагом;

б) вспомогательной установки в составе:

4 дизель-генераторов переменного тока (ДГ);

1 аварийного дизель-генератора переменного тока (АДГ);

в) вспомогательной котельной установки в составе:

одного вспомогательного автоматизированнного котлa

одного утилизационного котла

г) вспомогательных механизмов, теплообменных аппаратов, трубопроводов систем автоматизации, обслуживающих энергетическую установку.

В качестве топлива для энергетической установки используется:

— легкое топливо дизельное с температурой вспышки, определяемой в закрытом тигле, не ниже 333 °К (+60 °С) — для розжига вспомогательного котла, работы главного двигателя, вспомогательных ДГ, в режиме настройки, аварийного дизель-генератора;

— тяжелое топливо вязкостью не более 3500 Редвуда I при 100 °F с содержанием серы не более 5% и температурой вспышки, определяемой в закрытом тигле, не ниже 333 °К (+60°С) — для главного двигателя, вспомогательного котла и дизель-генераторов.

Применяемые масла должны соответствовать рекомендованным инструкциям по обслуживанию главного двигателя, дизель-генераторов, вспомогательных механизмов.

1.2.1 Главный двигатель

В качестве главного двигателя предусмотрен автоматизированный дизель типа 7S50MC — двухтактный, простого действия, реверсивный, крейцкопфный, с газотурбинным наддувом, со встроенным упорным подшипником, расположение цилиндров — рядное, вертикальное, правой модели. судно топливный энергетический аппаратура Таблица 2 — Основные характеристики главного двигателя

Примечание: Указанный расход топлива гарантируется при мощности 10 010 кВт (13 613 л.с.) при температуре окружающего воздуха 300°К (20°С), барометрическом давлении 100 кПа (752 мм.рт.ст.), влажности воздуха 60%, противодавлении выхлопу, измеренном непосредственно за турбокомпрессорами, не более 30 Ша (300 мм.вод.ст.), разрежении на впуске турбокомпрессоров не более 10 ГПа (100 мм.вод.ст.) и температуре охлаждающей забортной воды на входе в холодильники продувочного воздуха не более 300°К (27°С).

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

Пуск двигателя осуществляется сжатым воздухом давлением 2,9 МПа (30 кг/см²).

Прием воздуха турбокомпрессорами осуществляется из машинного отделения.

Рисунок 1. Поперечный разрез главного двигателя Система масляная главного и вспомогательных двигателей Масляная система состоит из трубопроводов:

приема, перекачки и сепарации масла;

циркуляционной смазки глазного двигателя и турбокомпрессоров;

циркуляционной смазки распредвала;

воздушных и воздушно-переливных труб.

Трубопровод приема, перекачки и сепарации масла обеспечивает:

приемный трубопровод — заполнение цистерн запаса масла не судовыми средствами через наливные палубные втулки и приемные патрубки;

перекачивающий трубопровод — подачу масла из цистерн запаса самотеком в сточно-циркуляционную цистерну ГД, а также в сточно-циркуляционную цистерну ДГ;

— сепарацию масла из сточно-циркуляционной цистерны главного двигателя, цистерны продувки масляных фильтров, из цистерны проточек от сальников штоков и подачу отсепарированного масла обратно в сточно-циркуляционную цистерну;

— сепарацию масла из сточно-циркуляционной цистерны дизель-генераторов;

— откачку масла из сточно-циркуляционных цистерн в цистерну отработавшего масла насосом перекачки масла и выдачу их на берег.

Трубопровод циркуляционной смазки главного двигателя обеспечивает:

— приём масла одним из главных циркуляционных насосов из сточно-циркуляционной цистерны и прокачку его через холодильники масла и фильтры на смазку и охлаждение двигателя и турбокомпрессоров Трубопровод цилиндрового масла обеспечивает подачу цилиндрового масла самотеком из цистерн основного запаса в расходные и из них к лубрикаторам двигателя.

Трубопровод циркуляционной смазки распредвала обеспечивает прием масла одним из двух масляных электронасосов из сточно-циркуляционной цистерны, смазки распредвала и подачу его через холодильник масла на смазку распредвала.

Вентиляция масляных цистерн обеспечивается воздушными и воздушно-переливными трубами. Воздушные трубы из цистерны отработанного масла выведены на ВП.

Система топливная главного и вспомогательных двигателей Топливная система состоит из трубопроводов:

приема и перекачки топлива;

расходно-топливного;

сепарации тяжелого и дизельного топлива.

воздушных и воздушно-переливных труб.

Трубопроводы приема и перекачки тяжелого топлива для главного двигателя, дизель-генераторов и вспомогательных котлов обеспечивает:

— прием топлива не судовыми средствами с верхней палубы в цистерны основного запаса с интенсивностью 400 м ³/ч при одновременном приеме топлива в диптанк и в кормовые цистерны;

— перекачку топлива из диптанка и цистерны основного запаса в отстойную цистерну главного двигателя и ДГ, расходную цистерну вспомогательных котлов и откачку топлива с судна.

Трубопровод приема и перекачки дизельного топлива обеспечивает:

прием топлива не судовыми средствами с верхней палубы в цистерны запаса с интенсивностью 200 м³/ч;

подачу топлива в расходные цистерны дизельного топлива и откачку топлива с судна;

Расходно-топливный трубопровод ГД и ДГ:

тяжелого топлива — обеспечивает подачу топлива из расходных цистерн через трубы возврата топлива к одному из подкачивающих электронасосов ГД или к одному из подкачивающих насосов топливного блока ДГ, а затем через подогреватели и фильтры к насосам высокого давления главного двигателя и дизельного топлива — обеспечивает, при необходимости, подачу топлива из расходных цистерн к топливным насосам, дизель генератором, на растопку вспомогательных котлов, к трубе возврата топлива главного двигателя.

Трубопровод сепарации топлива обеспечивает прием топлива из отстойной цистерны (тяжелого) и из цистерны основного запаса (дизельного), очистку его сепараторами и подачу в расходные цистерны.

Вентиляция топливных цистерн обеспечивается воздушными и воздушно-переливными трубами. Все воздушные трубы и воздушная труба диптанка выведены на ВП.

Система охлаждения главного и вспомогательных двигателей и механизмов Система охлаждения состоит из трубопроводов:

— забортной воды;

— пресной воды.

Трубопровод забортной воды обеспечивает:

прием воды электронасосами охлаждения и опреснительной установки из перемычки, куда забортная вода подается из днищевого или бортового кингстонных ящиков через фильтры;

прокачку холодильников пресной воды, и отвод воды автоматически за борт или на циркуляцию;

— подачу воды на опреснительную установку;

Трубопровод пресной воды обеспечивает:

прием воды электронасосами охлаждения главного двигателя, вспомогательных механизмов и опреснительных установок из холодильников пресной воды прокачку холодильников циркуляционного масла, воздухоохладителей главного двигателя;

подачу воды на прокачку конденсатора тёплого ящика, электрокомпрессоров, конденсаторов холодильной установки провизионных камер, кондиционирования воздуха и компрессоров системы инертных газов;

подачу воды на прокачку холодильников циркуляционного масла, воды, воздухоохладителей ДГ;

— прием и подачу воды циркуляционными насосами на прокачку холодильника гидравлического масла главной грузовой системы;

— подачу воды на главный двигатель от охлаждающего электронасоса пресной воды ГД;

пополнение утечек в системах охлаждения двигателей и ввод присадок в охлаждающую воду через расширительную цистерну;

прокачку главного двигателя перед пуском пресной водой, подогретой в паровом подогревателе;

— прокачку дизель-генераторов, находящихся в горячем резерве от системы охлаждения ГД;

— обогрев испарителей опреснительной установки (на ходу).

Система газовыхлопа главного и вспомогательных двигателей Система газовыхлопа обеспечивает отвод выхлопных газов от главного двигателя через утилизационный котел, вспомогательных дизель-генераторов, аварийного дизель-генератора через глушители в атмосферу. Утилизационный котел и все глушители оборудованы искроулавливателями.

Выхлопные трубы изолированы и обшиты металлическим кожухом.

В системе газовыхлопа предусмотрен постоянный дренаж гудрона и аварийный слив воды от утилизационного котла.

Система сжатого воздуха Система сжатого воздуха высокого давления обеспечивает:

заполнение сжатым воздухом от электрокомпрессоров баллонов пускового воздуха ГД и ДГ;

подачу сжатого воздуха из баллонов в пусковые устройства двигателей при запуске;

Система сжатого воздуха среднего и низкого давления обеспечивает:

— судовые нужды, пневмоинструмент и пневмоцистерны.

— заполнение системы автоматического контроля: ГД, ПК и паровых подогревателей топливных и масляных сепараторов.

1.2.2 Валопровод

Валопровод предназначен для передачи крутящего момента от главного двигателя к гребному винту, передачи осевого усилия (упора) от гребного винта через упорный подшипник, встроенный в главный двигатель, корпусу судна и сообщение судну хода.

Тип главной механической установки — одновальная, дизельная с винтом фиксированного шага (ВФШ).

На судне установлена 1 линия валопровода На носовом и кормовом торцах дейдвудной трубы установлены сальники уплотнения AX-650″ Cobelco Eagle" .

В состав линии валопровода входят гребной винт, гребной вал, промежуточный вал, дейдвудное устройство, уплотнения AX-650″ Cobelco Eagle" опорные подшипники, монтажные подшипники.

Валы откованы из углеродистой стали категорий прочности КМ-25. Вала цельнокованые откованы заодно с фланцами.

Валы между собой и с фланцем главного двигателя соединяются при помощи фланцев и цилиндрических болтов.

Опорами валов являются:

а) для гребного вала — один дейдвудный металлический подшипник скольжения с баббитовой заливкой на масляной смазке, и один промежуточный самоустанавливающийся подшипник скольжения с индивидуальной смазкой — со стороны машинного отделения;

Для смазки дейдвудного подшипника и дейдвудного уплотнения фирмы должно применяться масло — рекомендованное фирмой в «Инструкции по монтажу и обслуживанию дейдвудного подшипника»

Для смазки опорного подшипника применяется масло, принятое для смазки главного двигателя.

Для наблюдения за температурой опорного подшипника на него установлен термометр.

Вал гребной Гребной вал является промежуточным звеном между промежуточные валом и двигателем и предназначен для передачи крутящего момента от двигателя к движителю (гребному винту).

С носовой стороны гребной вал имеет фланец для присоединения к фланцу промежуточного вала.

Вал промежуточный На судне установлено один промежуточный вал. Промежуточный вал является промежуточным звеном между двигателем и гребным валом, предназначен для передачи крутящего момента от двигателя к движителю (гребному винту). Вал сплошной, откован заодно с фланцами, при помощи которых вал соединяется между фланцем гребного вала и главного двигателя. Нерабочие поверхности промежуточного вала покрыты лаком.

Устройство дейдвудное Дейдвудное устройство предназначено для выхода гребного вала из корпуса судна. Подшипник дейдвуда воспринимает радиальную нагрузку от веса гребного вала с навешенными деталями. Дейдвудное устройство состоит из:

а) дейдвудной трубы;

б) шаровой опоры;

в) коркового подшипника, залитого баббитом;

г) носового и кормового сальников уплотнения AX-650″ Cobelco Eagle" .

Кормовой конец дейдвудной трубы фланцем крепится к блоку ахтерштевня. В дейдвудную трубу с кормовой стороны запрессован подшипник, залитый баббитом.

От проворачивания дейдвудный подшипник застопорен винтами.

Для подвода сказки к валу дейдвудный подшипник имеет в горизонтальной плоскости продольные пазы на наружном поверхности и радиальные сверления в них (к поверхности вала).

Носовой конец дейдвудной трубы, приваренный к переборочному вварыпгу имеет шаровую опору, которая служит для обеспечения соосности носового уплотнения относительно оси гребного вала в период монтажа.

После окончания монтажа положение кормовой опоры фиксируется штифтами.

Для предотвращения попаданий забортной воды в дейдвудное устройство, а также для предотвращения вытекания масла из дейдвуда; с носового и кормового торцов дейдвудной трубы установлены сальники радиального уплотнения AX-650″ Cobelco Eagle" .

Смазка кормового уплотнения производится через специальную трубу и сверление в яблоке ахтерштевня, смазка носового уплотнения — через масляную систему.

Соединение валов Соединение гребного вала с промежуточным валом, промежуточного вала с упорным валом главного двигателя осуществляется при помощи фланцев и цилиндрических болтов и корончатых гаек, застопоренных шплинтами.

Контрольно-измерительные приборы Замер числа, оборотов.

Замер числа оборотов гребного вала осуществляется при помощи дистанционного электротахометра, получающего импульсы от датчика, соединенного с валопроводом.

1.2.3 Судовой движитель

В качестве судового движителя на судне «MОЙРА». установлен гребной винт четырех лопастный, цельнолитой. Материал — бронза.

Гребной винт насажен на конус гребного вала и закреплен бесшпоночным гидропрессовым способом. На хвостовик конуса установлена гайка, застопоренная болтами.

Гайка гребного винта закрыта обтекателем, прикрепленным к ступице гребного винта болтами, застопоренными шайбами.

Внутренняя полость обтекателя залита смазкой.

Насадка гребного винта на конус гребного вала производится с помощью гидродомкрата с одновременной подачей масла на коническое соединение винта и вала.

Гидродомкрат устанавливается на резьбовой хвостовик гребного вала и плотно прижимается к торцу ступицы гребного винта затягиванием упора гидродомкрата.

Подавая в гидродомкрат под давлением масло при одновременной подаче масла и на коническое соединение винта и гребного вала, плунжер выдвигается и перемещает гребной винт по конусу вала.

Таблица 3 — Основные характеристики движителя

Рисунок 2. Общий вид (а) и основные конструктивные элементы (б) гребного винта: 1 — лопасть; 2 — засасывающая поверхность; 3 — ступица; 4 — нагнетательная поверхность; 5 — колпак-обтекатель; 6 — выходящая кромка; 7 — входящая кромка; 8 — край лопасти; 9 — корень лопасти

Съем гребного винта осуществляется гидропрессовым способом с помощью того же гидродомкрата.

При съеме гребного винта гидродомкрат устанавливается на хвостовик гребного вала в следующем порядке:

а) заворачиваются в гнезда ступицы гребного винта тяги;

б) гидродомкрат устанавливается на тяги так, чтобы укор располагался резьбовой частью в корму, а плунжер был направлен в нос;

в) накручиваются гайки на тяги до упора.

Масло под давлением подается одновременно в гидродомкрат и на коническое соединение винта и вала до страгивания гребного винта.

1.2.4 Рулевая машина

На судне установлен один профилированный, полубалансирный руль площадью? 52,5 м².

Баллер руля прямой, кованый имеет один опорный подшипник и один упорно-опорный подшипник.

Соединение баллера с пером руля конусное на шпонке.

Для перекладки руля в румпельном отделении установлена электрогидравлическая рулевая машина Rolls-Royse P81 454 на крутящий момент 109 тем с двумя силовыми агрегатами, каждый из которых обеспечивает перекладку руля с 35° одного борта на 35° другого борта в течение 28с. на полном переднем ходу. Управление электрогидравлической рулевой машиной электрическое с поста управления в рулевой рубке. Кроме того, в румпельном отделении предусмотрено ручное управление насосами.

Пост в рулевой рубке оборудован аппаратурой авторулевого. Предусмотрены электрические указатели положения руля, расположенные в рулевой рубке румпельном отделении, ЦПУ и на крыльях рулевой рубки.

Ограничители поворота руля предусмотрены на отливке пера руля.

Рисунок 3. Общий вид рулевой электрогидравлической машины типа Rolls-Royse P81454

Таблица 4 — Основные характеристики рулевой машины

На рисунке 3 показан общий вид плунжерной рулевой электрогидравлической машины типов Rolls-Royse P81454. Ее основные элементы — привод к баллеру, два винтовых насоса, электроприводы насосов, система управления электроприводами, трубопровод с цистерной, баками и клапанной коробкой. Привод к баллеру представляет собой блок из четырех цилиндров, в центре которого находится румпель.

1.2.5 Принципиальная схема системы дистанционного управления ГЭУ

Digital Governor System

DGS 8800 & DGS 8800e

for MAN B&W MC engines

1.2.6 Проверочный расчет и построение ходовой характеристики судна

Расчет на прочность наименее надежного узла двигателя

Расчёт шатуна

Расчёт поршневой головки шатуна Так как d2/dl

где: г — угол заделки, (г =100…130).

р — радиус кривизны линии центров тяжести сечений.

Изгибающий момент Ма и нормальная сила Na в сечении А-А равны:

При расчете тонкостенной головки необходимо учитывать совместную деформацию головки и втулки. При этом величина силы Nгr, действующей на головку, несколько уменьшается:

Ев, Ег — модули упругости материала втулки и головки;

Fв, Fг — площади поперечных сечений втулки и головки.

Максимальное напряжение при прямоугольной форме сечения возникает на внешних волокнах и равно:

где: а — длина головки.

При определении запаса усталостной прочности необходимо учитывать напряжения в поршневой головке от запрессовки втулки и нагрева. Для этого нужно учесть величину конструктивного натяга? втулки в головке и натяга? t, определяемого различием в расширении материалов втулки и головки:

где: бв, бг — коэффициенты линейного расширения материалов втулки и головки. Температура нагрева головки принимают? t=100… 150С

Удельная сила между втулкой и головкой:

где: d — диаметр пальца.

Напряжение от запрессовки втулки для внешних волокон головки:

С учетом натяга втулки напряжения в расчетном сечении головки изменяются в пределах от уд до (у_и + у_д). Тогда амплитудное и среднее значение цикла напряжений:

Коэффициент запаса усталостной прочности:

у_-1 = 250 МПа — предел выносливости материала при симметричном цикле нагружения (сталь 40Х) Рисунок 6. Расчётная схема тонкостенной головки Расчёт стержня шатуна При неизменном или мало изменяющемся по длине стержня сечении, расчетное выбирают по середине длины шатуна. При резко изменяющемся сечении за расчетное принимается наименьшее — у поршневой головки. Суммарное напряжение от сжатия и продольного изгиба в плоскости качения шатуна определяется по формуле:

F — площадь расчетного сечения;

уу — предел упругости материала;

Jx — момент инерции расчетного сечения относительно оси х-х;

k — коэффициент, значение которого для обычно применяемых в шатунах марок сталей находится в пределах k =0,0002…0,0005.

При продольном изгибе в плоскости, перпендикулярной к плоскости качения, суммарное напряжение сжатия определяется по формуле:

где: Jy — момент инерции сечения относительно оси у-у.

В формулах величины и представляют собой деформируемые длины шатуна при разных направлениях изгиба. Входящая в эти же уравнения сжимающая нагрузка Рсж является суммарной силой от действия газовых и инерционных сил:

где: mп, mшр — массы поршневого комплекта и шатуна над расчетным сечением.

Величина сжимающего напряжения усж, наибольшего из усжх усжу, не должна превышать допускаемых значений: для шатунов из углеродистых сталей [усж ]=100.140 МПа, из легированных сталей — [усж ]=140. .200 МПа.

Напряжение растяжения в шатуне имеет максимальное значение при положении поршня в DVN в период газообмена:

Шатун подвергается действию знакопеременной нагрузки. При этом напряжения в расчетном сечении изменяются в пределах от усж до ур.

Амплитуда и среднее значение цикла напряжений:

Коэффициент запаса усталостной прочности nу:

Рисунок 7. Расчётная схема стержня шатуна Расчет кривошипной головки шатуна Для кривошипной головки шатуна характерны сложная геометрическая форма, наличие разъёма, вкладышей и шатунных болтов. По этой причине в ориентировочных расчетах анализу подвергается лишь крышка. При этом она рассматривается как брус малой кривизны, защемленный в сечениях А-А и нагруженный растягивающей инерционной силой Ри, распределенной по косинусоидальному закону.

Величина силы Ри определяется по формуле:

где: mкр — масса крышки кривошипной головки. Опасным сечением является среднее сечение крышки Б-Б. Угол в сечении определяется по формуле:

где: F, FBплощади сечения крышки и вкладыша;

Wu-момент сопротивления изгибу собственно крышки;

J, JB — моменты инерции сечения крышки и вкладыша;

С — расстояние между шатунными болтами.

Допускаемые напряжения в крышке [у?] = 60.80 МПа.

При формировании расчетной схемы необходимо упрощение конструкции крышки путем приведения её к некоторому осредненному сечению без существенного изменения конфигурации.

Рисунок 8. Расчётная схема кривошипной головки шатуна Расчёт шатунных болтов Предварительная затяжка болтов (в неработающем двигателе) выбирается равной:

тогда напряжение в стержне предварительно затянутого болта:

где: iб — количество шатунных болтов

Fmin — площадь минимального сечения болта.

При работе двигателя часть внешней нагрузки воспринимается стержнем болта.

Максимальное в цикле напряжение в болте:

где: ч — коэффициент внешней нагрузки, ч =0,15… 0,30.

Амплитудное и среднее напряжения цикла:

Определение запаса усталостной прочности осуществляется при выборе следующих коэффициентов Ку=4, еу=0,9, шу=0,2 по формуле:

Коэффициент запаса усталостной прочности nу должен находиться в пределах nу =3,0. .5,0.

Сталь 40ХН Рисунок 9. К расчёту шатунного болта Построение ходовой характеристики судна Для расчета определяем скорость судна в балласте, мощность, расходуемую ГД при этой скорости и частоту вращения гребного винта:

Таблица 5 — Исходные данные

Таблица 6 — Расчетные коэффициенты

Формулы, необходимые для расчета коэффициентов:

После произведенных вычислений получили следующие значения, которые приведены в таблице 7.

Таблица 7 — Данные для построения диаграммы ходовой характеристики судна с ВФШ

Рисунок 10. Ходовая характеристика судна с ВФШ

1.3 Судовая электростанция

Основные параметры Основным родом тока на судне является переменный ток частотой 60 Герц.

Электроэнергия распределяется при следующих величинах напряжения:

440 вольт трехфазного тока для силовых потребителей;

230 вольт трехфазного и однофазного тока для основного и аварийного освещения, сигнально-отличительных огней, камбузного и бытового оборудования, нагревательных и отопительных электроприборов, средств радиосвязи и навигации;

— для питания потребителей электроэнергией отличной от основной по напряжению, частоте и роду тока, установлены соответствующие трансформаторы, преобразователи и аккумуляторные батареи.

— 24 вольт постоянного тока для систем управления и сигнализации через выпрямительное устройство и от аккумуляторных батарей.

Источники электроэнергии

1) в качестве источников электроэнергии в составе судовой электростанции установлены:

— 4 генератора трехфазного тока синхронные, SIEMENS Type: 1FC6 562−8SA83

номинальной мощностью 910 кВт при напряжении 440 В, 60 Гц, коэффициенте мощности 0,8 с автоматическим регулированием напряжения и системой самовозбуждения, с приводом от дизеля;

1 аварийный генератор трехфазного тока SIEMENS 1FC2 355−4, синхронный, номинальной мощностью 475 кВт при напряжении 440 В, 1800 об/мин, 60 Гц, коэффициенте мощности 0,8 с автоматическим регулированием напряжения и системой самовозбуждения, с приводом от дизеля.

2) на судне установлены следующие аккумуляторные батареи для потребителей на напряжение 24 В:

— 1 кислотная батарея емкостью 130 А-ч, напряжением 24 В — для стартерного запуска АДГ, расположенных в помещении АДГ;

2 кислотные батареи емкостью 200 А-ч, напряжением 24 В каждая для питания средств радиосвязи, расположенных на компасной палубе мостика;

1 кислотные батарей емкостью 130 А-ч, напряжением 24 В, предназначенных для питания систем сигнализации предупреждения о пуске системы объемного пожаротушения и сигнализации обнаружения пожара, систем автоматики электроэнергетической установки, авральной сигнализации — в течение не менее 30 минут.

Кислотные батареи расположены в специальных контейнерах непосредственно у потребителей.

Зарядка аккумуляторных батарей осуществляется стационарными зарядными агрегатами, имеющими автоматическую регулировку тока зарядки .

Напряжение под нагрузкой — в пределах 26 В.

Для зарядки аккумуляторных батарей для средств радиосвязи используется отдельное автоматическое зарядное устройство.

Для подключения к береговой сети предусмотрены четыре кабеля, сечением 3×70 мм², длиной по 125 м каждый и два одножильных кабеля сечением 70 мм², длиной 125 м для подсоединения береговой нейтрали к корпусу судна.

1.3.1 Дизель-генераторы

Каждый дизель-генератор состоит из дизеля и генератора, соединенных между собой муфтой и смонтированных на общей фундаментной раме.

Для привода генераторов применены двигатели марки MAN B&W 6L23/30H со следующими характеристиками:

число цилиндров 6

диаметр цилиндров 230 мм ход поршня 300 мм частота вращения 900об/мин мощность 910 кВт

— удельный эффективный расход топлива на номинальной мощности при атмосферных условиях, приведенный к теплотворной способности топлива 42,7 МДж/кг (10 200 ккал/кг) 205 г/кВт ч.

Пуск дизель-генераторов — воздушный.

Аварийный дизель-генератор (АДГ) Аварийный дизель-генератор расположен в отдельном помещении в корме судна.

Для привода аварийного генератора применен 12 цилиндровый четырехтактный дизель марки MAN D 2842 LE201, смонтированный на общей фундаментной раме с генератором, установленной на амортизаторах.

Все обслуживающие двигатель насосы и теплообменные аппараты навешены на двигатель.

Номинальные характеристики двигателя:

число цилиндров 12

мощность 475 кВт

частота вращения 30 с?¹ (1800 об/мин) удельный расход топлива 245+5% г/кВтч (179+5% л.с.ч.)

Двигатель охлаждается пресной водой по замкнутому циклу с помощью навешенных на двигатель радиатора и вентилятора.

Аварийный дизель-генератор оборудован системой автоматического стартерного запуска, срабатывающей при исчезновении напряжения в судовой электросети.

Предусмотрена возможность ручного электростартерного пуска со щита двигателя, а также местного ручного пуска дизель-генератора от устройства гидравлического пуска давлением 28 МПа (280 кг/см)

В помещении аварийного дизель-генератора установлена расходно-топливная цистерна емкостью 1,5 м³, конторка, ящик для ветоши и огнетушитель.

Для аварийного дизель-генератора предусмотрены топливный и выхлопной трубопроводы.

1.3.2 Загрузка судовой электростанции

Таблица 8 — Загрузка судовой электростанции (СЭС) на различных режимах

Рисунок 11. Гистограмма загрузки судовой электростанции на различных режимах Таблица 9 — Загрузка судовой электростанции (СЭС) на различных режимах

Рисунок 12. Гистограмма загрузки судовой электростанции на различных режимах Таблица 10 — Итоговая таблица расчета мощностей судовой электростанции (СЭС) в зависимости от режимов работы судна в рейсе

1.3.3 Распределение электроэнергии на судне

1) схемой главного распределительного щита (ГРЩ) предусмотрены (рис. 13):

длительная одиночная работа одного любого генератора;

длительная параллельная работа 4 дизель-генераторов;Harbour Mode.

— кратковременная параллельная работа любого из генераторов с береговым источником электроэнергии на период перевода нагрузки;

— прием электроэнергии от берегового источника;

— передача электроэнергии с ГРЩ на шины аварийного распределительного щита (АРЩ) при неработающем состоянии АДГ; работа АДГ в режиме стояночного генератора.

— распределение электроэнергии напряжением 440 и 230 вольт;

секционирование шин ГРЩ в целях повышения надежности установки;

автоматическая и ручная синхронизация генераторов при помощи синхроноскопа.

Примечание: Предусмотрена параллельная работа генераторов с аварийным генератором.

2) схемой щита аварийного дизель-генератора предусмотрено:

распределение электроэнергии напряжением 440 В и 230 В потребителям;

питание механизмов оживления главной установки (компрессора пускового воздуха, насоса забортной воды охлаждения вспомогательных механизмов главной установки), рулевой машины, системы дистанционного управления дизель-генераторов;

питание навигационных приборов, аварийной и авральной сигнализации, сигнально-отличительных огней, шлюпочных лебедок;

прием электроэнергии с ГРЩ по кабельной перемычке, рассчитанной на передачу мощности 450 кВт;

автоматический запуск АДГ и прием нагрузки при исчезновении напряжения на стороне питания шин АРЩ от ГРЩ;

3) непосредственно от сборных шин ГРЩ получают питание потребители значительной мощности и наиболее ответственные потребители, обеспечивающие ход судна и безопасность его плавания; остальные потребители получают питание через распределительные щиты или отсечные щиты от шин распределительных секции ГРЩ электроприводы рулевого устройства получают питание по двум фидерам (каждый по своему фидеру) от разных секций ГРЩ, аварийный электропривод получает питание от шин АРЩ;

рефрижераторная установка провизионных камер получает питание от распределительной секции ГРЩ и от распределительного щита;

6) в электромастерской установлен контрольно-испытательный щуп с необходимой контрольно-измерительной и коммутационно-защитной аппаратурой, Коммутация и система защиты:

1) подключение генераторов к шинам ГРЩ и защита их от токов короткого замыкания и минимального напряжения осуществляется селективными автоматическими выключателями, снабженными приводом с местным и дистанционным управлением. Защита генераторов от активного обратного тока осуществляет реле обратного тока.

2) сборные шины ГРЩ соединены между собой селективными автоматическими выключателями;

на главном распределительном щите установлены необходимые контрольно-измерительные приборы;

подключение потребителей, отсечных и распределительных щитов к шинам распределительных секций ГРЩ осуществляется автоматическими выключателями;

на подключаемых к сборным шинам и шинам распределительных секций ГРЩ фидерах потребителей, имеющих пусковую аппаратуру с тепловой защитой, а также рулевого устройства и пожарных насосов применены автоматы с электромагнитными расцепителями, обеспечивающими защиту от т.к.з., а на фидерах, питающих распределительные щиты — автоматы с комбинированными (полупроводниковыми и тепловыми расцепителями обеспечивающими защиту от т.к.з. и перегрузки фидера):

подключение потребителей к АРЩ, отсечным распределительным и распределительным щитам, осуществляется автоматическими выключателями с комбинированными полупроводниковыми и тепловыми или электромагнитными расцепителями и автоматическими выключателями с электромагнитными расцепителями и замедлителем срабатывания;

при нормальном режиме работы шины распределительной секции аварийного распределительного щита (АРЩ) получают питание с ГРЩ;

Обеспечена возможность пробных запусков аварийного дизель-генератора без подключения генератора на свои распределительные шины;

8) подключение потребителей к районным и групповым щитам освещения производится автоматическими выключателями.

Конструкция распределительных устройств:

главный распре делительный щит состоит из 2 генераторных секций, секции управления, распределительных секций 440 вольт и распределительных секций 230 вольт;

аварийный распределительный щит состоит из двух секций: генераторной, секции распределения и автоматики;

главный распределительный щит и аварийный распределительный щит состоят из сварных стальных каркасов, со смонтированной на панелях коммутационной и защитной аппаратурой:

Все токоведущие части расположены с задней стороны щитов, а на лицевую сторону выведены рукоятки управления оперативными аппаратами и шкалы измерительных приборов.

Рисунок 13. Схема судовой электростанции Канализация тока и кабель:

1) для питания потребителей электроэнергией предусмотрены морские кабеля импортного производства аналогичные по конструкции и техническим характеристикам маркам КНР, КНРЭК, КРШМ; для беструбной прокладки во взрывоопасных средах и пространствах предусмотрены морские кабеля импортного производства аналогичные по конструкции и техническим характеристикам кабелям марок КВРВВ, КШРВБ и КВГРВВ;

2) прокладка кабелей на верхней палубе в районе грузовых танков предусмотрена в специальных конструкциях, защищающих их от механических повреждений, кабели проложены по переходному мостику.

Электрооборудование палубных, вспомогательных, бытовых и прочих механизмов аппаратов, устройств и систем Электроприводы судовых и бытовых устройств:

1) в качестве электроприводов палубных механизмов и бытовых устройств применены короткозамкнутые асинхронные электродвигатели с прямым пуском посредством магнитных пускателей или контроллеров или частотных конвекторов. Рулевой электропривод управляется из румпельного отделения (местное управление) и из рулевой рубки и снабжен звуковой и световой сигнализацией (в ЦПУ и рулевой), срабатывающей при перегрузке насосов переменной производительности и потере питания на рулевом приводе. Кроме того, в рулевой рубке и ЦПУ предусмотрена световая сигнализация о работе насосов.

2) в качестве электроприводов лебедок и других устройств, требующих регулирования скорости применены асинхронные электродвигатели с частотными конвекторами.

3) для аварийного отключения электроприводов гидравлики шлюпочных лебедок вблизи постов управления установлены выключатели цепи питания; у крана выключатель питания установлен на кране.

Электроприводы судовых систем и вентиляции:

1) для электропривода холодильных установок кондиционирования воздуха и провизионных камер, общесудовых вентиляторов и других механизмов систем предусмотрены короткозамкнутые асинхронные электродвигатели;

2) для электропривода систем вентиляции предусмотрены короткозамкнутые асинхронные электродвигатели с регулируемой частотой;

1.4 Котельные установки

1.4.1 Вспомогательные котлы

В качестве вспомогательного котла на судне применен:

— огнетрубный автоматизированный котел Tortoise MVW-110 с естественной циркуляцией, установленных в кормовой части 2 платформы.

Комплектация и трубопроводы вспомогательных котлов обеспечивают совместную их работу на единую паровую магистраль с автономными системами, а также их раздельную работу (рис. 14).

Основные спецификационные характеристики вспомогательного котла

— номинальная производительность 11 т/ч

— рабочее давление 0,75 МПа (7,5кг/см²)

— расход топлива при номинальной около 1,1 т/ч производительности

Утилизационный котел Tortoise 2.10−4548/30, работающий на выхлопных газах главного двигателя, вертикальный, водотрубный с принудительной циркуляцией, установленный на 1 ярусе дымовой трубы.

Основные спецификационные характеристики утилизационного котла при спецификационной максимальной длительной мощности главного двигателя:

— производительность около 1,2 т/ч

— давление перегретого пара 0,8 МПа (8 кг/см²) Утилизационный котел обеспечивает сухое искроулавливание, а также глушение шума выхлопа главного двигателя.

Водоуказательные колонки, предохранительные и стопорные клапаны вспомогательных котлов имеют ручные приводы.