Выбор главных двигателей

Мощность СЭУ (эмпирическая зависимость). Мощность СДВС (расчетная формула). Турбонаддув. Требования РРР к судовым дизелям (по частоте вращения). Работа СДВС по винтовой характеристике. Тяжелый и легкий винт.

3.1 Определение эффективной мощности СЭУ и выбор числа валов [4]

Буксировочная мощность: , кН

Эффективная мощность: , кВт

Для речных и река-море водоизмещающих судов из всех схем передачи мощности выбираем механическую (прямую или зубчатую) [2], причем мощность на движитель (винт) передается валопроводом.

Выбор числа винтов (валов) производится из следующих соображений:

1) Упор винтов должен обеспечивать заданную скорость судна;

2) Диаметр винта ограничен зазором между винтом и корпусом (0,083Dв – для одновального судна, 0,17Dв – для многовального), и осадкой судна в корме [2];

3) Упор винта зависит от диаметра и частоты вращения, и кпд винта – также от их соотношения (чем больше винт, тем меньше должна быть частота его вращения).

Число валов диктуется конструктивными особенностями, необходимой маневренностью, надежностью и ограничивается шириной МО.

Исходя из этого, на речных судах и судах смешанного плавания устанавливают многовальные СЭУ (на грузовых судах и буксирах-толкачах обычно 2 вала, на пассажирских судах 2-3 вала).

Расчет мощности СЭУ (пример)
Основные параметры судна-прототипа	Значение
Dв - полное водоизмещение, т
V - скорость судна, км/ч
Vб - скорость судна, м/с	5,56
Св - адмиралтейский к-т
z - число ГД
Nr - буксировочная мощность, кВт	618,04
nпр - пропульсивный кпд	0,65
nв - кпд валопровода	0,98
nп - кпд передачи	0,95
Ne - эффективная мощность СЭУ, кВт	1021,30

Эффективная мощность одного двигателя (пример):

= 1021 / 2 = 510 кВт

Индикаторная (цилиндровая) мощность дизеля (СДВС), Вт

Вместе с тем, индикаторная мощность дизеля из A=PV (Дж), Вт

Эффективная мощность дизеля

где - механический кпд дизеля.

3.2 Турбонаддув

Турбонаддув предназначен для форсировки (повышения мощности) ДВС при сохранении его габаритов и частоты вращения.

Рис.3.1 Схема турбокомпрессора

При функционировании двигателя с турбонаддувом (рис.3.1) выхлопные газы подаются в турбину, где отдают часть своей энергии, раскручивая ротор турбокомпрессора, и затем поступают через приемную трубу в глушитель. На одном валу с лопаточным колесом турбины находится колесо компрессора, который засасывает воздух из воздушного фильтра, повышает его давление на 30-300% (в зависимости от степени наддува) и подает в двигатель. В один и тот же литраж цилиндра поступает большее по весу количество топлива и, следовательно, обеспечивается достижение пропорционально большей мощности, а за счет использования энергии выхлопных газов повышается КПД двигателя и снижается удельный расход топлива.

Широкая популярность газотурбинного наддува связана именно с его экономичностью. Аппарат использует энергию выхлопных газов, которая в “атмосферных” ДВС пропадает зря. Отработанные газы давят на крыльчатки турбинного колеса, раскручивая его до 50-200 тыс. об/мин. А вместе с ним, с такой же скоростью, крутится и насосное колесо, загоняя воздух во все цилиндры.

Проблема турбонаддува состоит только в том, что при уменьшении оборотов двигателя падает и давление газов, а значит, снижаются обороты “воздушного насоса”. На малых оборотах турбокомпрессор практически бездействует. Особенно это заметно при пуске. Кроме того, даже самая маленькая турбина имеет какую-то инерцию, потому не сможет раскрутиться мгновенно.

3.3 Требования РРР к ГД по частоте вращения

На режиме полного хода допускается перегрузка дизеля по частоте вращения на 3% (10% по мощности) и работа на этом режиме 1 час через 6 часов.

Для безопасности движения судна важнейшим является режим самого малого хода.

Режим самого малого хода определяет один из важнейших ма­невренных параметров — возможно малую безопасную скорость судна. Скорость Vmin зависит от минимальной устойчивой частоты вращения nmin, которую дизель способен поддерживать. Таким образом, частота вращения nmin опреде­ляет нижнюю границу эксплуатационных режимов и является основ­ным показателем режима самого малого хода.

Судовые дизели отличают­ся сравнительно высокими значениями частоты вращения nmin. Для дизелей, непосредственно работающих на винт, по требованию Регистра nmin не должны превышать 0,3nном. Малооборот­ные судовые дизели обычно удовлетворяют этим требованиям: действительные значения nmin = (0,2—0,25) nном и даже 0,15 nном для некоторых типов дизелей.

3.4 Режимы работы по винтовой характеристике (легкий и тяжелый винт) [1]

Специфика характеристики винта состоит в том, что для обычных водоизмещающих транспортных судов поглощаемые винтом момент и мощность изменяются по квадратичной Т = с×n² и кубической Ре = с×n³ параболам. Следовательно, и эффективные энергетические показатели дизе­ля ввиду малости потерь в передаче изменяются пропорционально квадрату и кубу частоты вращения.

Это значит, что для каждого нового режима устанавливаются новые значения подачи топлива bc и частоты вращения, определяемые соотношением ~ n².

Получаемая при этом совокупность нагрузочно - скоростных ре­жимов, удовлетворяющих закономерностям работы гребного винта, и представляет собой винтовую характеристику дизеля. Зависимости показателей дизеля строят в функции основного ре­жимного параметра - частоты вращения п, как определяющего скорость судна.

Обязательным условием построения винтовой характеристики по опытным данным является неизменность факторов, влияющих на сопротивление движению судна (осадка, состояние корпуса и вин­та, погодные условия и т.д.). Только в этом случае гребной винт ра­ботает практически с одинаковым скольжением и поступью во всем диапазоне частот вращения. Отсюда также следует, что для каждых новых условий плавания эти постоянные будут иметь свои значения, и область реальных режимов описывается полем винтовых характе­ристик (рис.3.2 а, б). Левая граница поля представляет собой швартовную винтовую характеристику 4.

Рис.3.2 Винтовые характеристики

Она соответствует тяжелым условиям работы судна (во льдах, при снятии с мели, на швар­товных испытаниях), когда при нулевой скорости v= 0 гидродина­мика винта определяется 100% - ным скольжением и нулевой посту­пью.

Правая граница относится к режимам работы дизеля в легких условиях. (Характеристика 1 - движение судна порожнем, в бал­ласте, при чистом корпусе и попутном ветре).

Для отражения номинального режима работы также может быть выделена теоретическая, или расчетная, винтовая характеристи­ка 3, проходящая через точку с номинальными значениями n, Pe = 100%. По теоретической винтовой характеристике главные судовые дизели обычно испытывают на стенде завода - изготовителя.

Из сопоставления с теоретической винтовой характеристикой устанавливается понятие гидродинамически «тяжелого» и «легкого» винта. Влево от теоретической винтовой характеристики имеем об­ласть характеристик «тяжелого» винта, вправо — «легкого».

На режимах «тяжелого» винта номинальная мощность не может быть получена без превышения номинальной подачи топлива, а на режи­мах «легкого» винта для достижения Ре_ном потребуется превыше­ние номинальной частоты вращения.

Технико – экономическое обоснование. [4]

Таблица 4.1.

Дата добавления: 2014-01-13