Развитие прибрежно-портовой инфраструктуры



Скачать 205.92 Kb.
Дата30.05.2018
Размер205.92 Kb.
Название файлавкр.docx
ТипИсследование

ВВЕДЕНИЕ

Современные суда оборудованы большим количеством машин и механизмов различного назначения, которые приводят их в движение скоростью, содействует созданию комфортных условий в жилых и служебных помещениях, выполняют перегрузочные операции, производят углублению, очистку водных путей и другие работы.

Учитывая относительно небольшой объем курсовой работы, основное внимание уделено на исследование изменения параметров и проверочных расчетов 4-х тактного двигателя 8VDS36, работающего на установившемся режиме.

Согласно Морской доктрине РФ на период до 2020 года, утвержденной Президентом Российской Федерации В.В. Путиным 27 июля 2001 г., основными направлениями государственной политики являются: деятельность государства и общества в области морских перевозок, освоения и сохранения ресурсов и пространств Мирового океана, развитие судоходства, морского промышленного рыболовства, портовых комплексов, совершенствование морской науки и военно-морской деятельности. По этим направлениям решаются долгосрочные задачи. Из них общими для всех направлений являются следующие:

- модернизация флота, сокращение среднего возраста судов и строительство новых судов, соответствующих международным стандартам;

- пополнение транспортного флота судами основных классов, в том числе для перевозок контейнерных и специализированных грузов;

- оптимальное использование транспортного флота для северного завоза с учетом навигационно-гидрографических и гидрометеорологических условий;

- сохранение мирового лидерства в строительстве и эксплуатации атомных ледоколов;

- развитие прибрежно-портовой инфраструктуры;

- увеличение экспорта услуг отечественными судоходными компаниями и морскими портами;

- создание условий для преимущественного размещения заказов на строительство рыбопромысловых судов на российских верфях и на верфях тех стран, в чьих экономических зонах работает российский рыбопромысловый флот;

- сохранение и развитие государственного лицензирования строительства новых и продажи эксплуатируемых судов в целях сохранения оптимального соотношения между количеством судов и величиной допустимых уловов, а также систематическое рациональное обновление рыбопромыслового флота.

Проблемы российского судостроения приоритетной отраслью российской промышленности, стимулирующей развитие ряда отраслей, и в первую очередь, судостроения, является дизелестроение. К сожалению, длительный кризис в этой отрасли привел к уже необратимым последствиям: часть предприятий переквалифицировалась на производство новой продукции, другие просто прекратили свое существование, а третьи пытаются выжить в конкурентной борьбе с иностранными компаниями. На сегодняшний момент в отечественном дизелестроении есть проблемы, с которыми сталкивается большинство предприятий:

- во-первых, российское машиностроение, в том числе и дизелестроение, нуждается в серьезной модернизации. Практически на всех дизелестроительных заводах объемы исследовательских и проектных работ по развитию и совершенствованию судовых двигателей значительно сократились. Практически неизменными являются параметры дизелей, нет новых технических решений по повышению мощности, улучшению показателей экономичности, автоматизации и контроля параметров двигателей и т.д. В части экологии и ресурса ни один из выпускаемых в настоящее время судовых двигателей российского производства не отвечает в полной мере современным требованиям;

- во-вторых, нам становится все сложнее конкурировать с зарубежными производителями, которые делают крупные инвестиции в развитие отрасли и предлагают потребителям более совершенную продукцию;

- в-третьих, короткий модельный ряд выпускаемых дизелей. Российские дизелестроительные заводы производят судовые двигатели в очень узких диапазонах и ориентированы на определенный круг потребителей, тем самым не покрывая в полной мере потребности судостроения;

- в-четвертых, нехватка квалифицированных рабочих кадров;

- в-пятых, сокращение числа дизелестроительных заводов и фирм, вместе со специальными конструкторскими бюро дизелестроения.

Сегодня зарубежные дизелестроительные предприятия уделяют большое внимание вопросам повышения надежности и ресурса двигателя, обеспечению экологических показателей (сокращению вредных выбросов, дымности отработанных газов), масляной экономичности, уменьшению шума и вибраций, автоматизации и т.д. Важное направление развития судовых дизелей – обеспечение их надежной работы на низкосортных марках топлива с вязкостью до 730 сСт при 50°С (по любой оценочной шкале, это предельное достижение). Из наиболее авторитетных зарубежных создателей и производителей судовой дизельной техники можно назвать следующие фирмы и компании:

– MAN В & W (Дания, Германия);

– New Sulzer Diesel (Швейцария);

– Mitsubishi, Daihatsu, Yanmar и Niigata (Япония);

– Wartsila (Финляндия с группой стран);

– МаК, MTU, Deutz MWM и SKL (Германия);

– Caterpillar (США); – S.E.M.T. Pielstick (Франция);

– Ulstein Bergen (Норвегия);

– GMT, Isotta Fraschini (Италия);

– Volvo Penta, Scania и Hedemora (Швеция);

– Paxman и Ruston (Великобритания).
В зарубежном дизелестроении наметились две тенденции:

– интеграция фирм и компаний, их объединение и слияние для обеспечения высшей конкурентоспособности на мировом рынке. Так, ранее существовавшие раздельно фирмы MAN и B&W в конце 70-х годов прошлого века образовали мощный концерн MAN B&W, в конкуренции с которой сошли со сцены некоторые крупнейшие фирмы по выпуску малооборотных двигателей (МОД) из Англии, Голландии, США и других стран;

– узкая специализация на производстве различного комплектующего оборудования и узлов деталей дизелей. В настоящее время ведущее положение в мире, по суммарному выпуску дизелей для судов, занимает компания MAN B&W, выпускающая МОД и СОД (среднеоборотные двигатели). Суммарная мощность изготовленных ею дизелей составила 6 694 662 кВт, т.е. 55,5 % от общего количества выпускаемых дизелей. В течение последних пяти лет из-за значительного повышения цен на топливо увеличился спрос на МОД. Это значит, что сокращенное число оборотов двигателя является оптимальным решением, как и непосредственно соединённые двухтактный главный двигатель и гребной винт. В некоторых случаях использование более высокого номера марки двигателя или использование дополнительного цилиндра и понижение мощности двигателя может являться преимуществом ввиду высокой стоимости топлива на сегодняшний день. Контейнерные суда, танкеры и балкерные суда являются тремя многочисленными группами судов в торговом флоте и соответственно рыночными сегментами, заслуживающими особого внимания.

Цель выпускной квалификационной работы: модернизация ДВС по вопросам утилизации тепловых потерь двигателя 8VDS36.

Задачи:

- рассмотреть особенности конструкции заданного судового дизеля;

- сделать тепловой расчет и расчет энергетических и экономических показателей;

- выбрать схему утилизации тепловых потерь двигателя.

1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ДВИГАТЕЛЕ 8VDS36



    1. Техническая характеристика двигателя 8VDS36

Таблица 1. Технические характеристики двигателя 8VDS36

Марка

Ne

N

Е

Рn

Pe

Ta

Pc

Pz

Содержание в топливе углеродов, %

кВт

мин-1

МПа

МПа

К

МПа

МПа

С

Н

О2

8VDS36

420

500

13,3

0,127

0,72

273

4,0

6.2

87,0

12,0

1,0

Эффективная мощность - Ne, кВт

Номинальная частота вращения  - N, об/мин

Степень сжатия - Е                               

Давление конца горения  -  Pz , МПа

Среднее эффективное давление  -  Pe, МПа

Давление наддува  -  Рn, МПа

1.2 Особенности конструкции заданного судового дизеля

Двигатель 8VDS 36 - четырехтактный дизель с газотурбинным наддувом, с рядным расположением цилиндров (количество цилиндров 8 - первая цифра в обозначении дизельного двигателя), вертикальной тронковой конструкции, собственно реверсируемый, с непосредственным впрыском и водяным охлаждением.



Основные отличительные конструктивные особенности выпускаемых в настоящее время дизелей заключаются в следующем.
Остов дизеля (силовая часть), в соответствии с основной концепцией конструкции дизельных двигателей типа VDS, состоит из литой фундаментной рамы с постелями под рамовые подшипники и литого блок-картера, соединённые анкерными связями.
Коленчатый вал откован из высококачественной мартеновской стали, с незакалёнными шейками и уложен во взаимозаменяемых тонкослойных подшипниковых вкладышах. В осевом направлении вал фиксируется упорным или направляющим подшипником и снабжается встроенным демпфером крути-льных колебаний.
Поршень из алюминиевого сплава, с 4 компрессионными и 2 маслосъёмными кольцами. Для работы на тяжёлом топливе верхнее поршневое кольцо хромировано.
Шатун откован из высококачественной стали; у нижней головки разъём под углом 90°. Мотылёвый подшипник имеет взаимозаменяемые тонкослойные вкладыши.
Крышка цилиндра отлита из высококачественного специального чугуна и крепится 6 упругими шпильками. Впускной клапан имеет в крышке запрессованное седло, выпускной клапан размещён в съёмном охлаждаемом водой корпусе с легкозаменяемым седлом. При работе на тяжёлом топливе форсунка охлаждается маслом под давлением от автономной система смазки, а выпускной клапан имеет твёрдую наплавку (из стеллита) и поворотное устройство. Привод клапанов смазывается маслом под давлением, он расположен в маслонепроницаемом кожухе.
Регулятор частоты вращения всережимный механический или с гидравлическим усилителем с диапазоном регулирования 30 ... 100% от номинальной частоты вращения. В дизель-генераторах регулятор имеет электрический серводвигатель для обеспечения синхронизации при параллельной работе. Имеется механическая защита по предельной частоте вращения.
Реверсивно-пусковая система обеспечивает возможность дистанционного управления дизелем. В дизелях 8VDS36 она оборудована следящей автоматикой пуска и реверса дизеля. Также имеется аварийно-предупредительная сигнализация и защита по предельным температурам и давлениям охлаждающей воды и смазочного масла.

2. ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТЫ ДВИГАТЕЛЯ

2.1Тепловой расчет заданного двигателя

2.1.1 Химический состав топлива в % по весу:

- углерода С -87

- водорода H -12

- кислорода -1

2.1.2 Низшая теплотворная способность топлива.

=81С+300Н – 262 - S)– 6(9Н-W), ккал/к

=81+300 – 26 (1- 0)– 6(9-0)=9974ккал/кг

для справки – 10000ккал/кг;S=0, W=0- принимаем.

2.1.3 Средняя скорость поршня

м/сек

= 6м/сек

S-ход поршня,n-об/мин

2.1.4 Максимальная скорость поршня

Cmax=1,57Cm м/сек

Cmax=1,57=9,42 м/сек

2.1.5 Отношение площади поршня к суммарному сечению впускных клапанов

К = 4-6для быстроходных д.в.с. – задаемся

К

2.1.6 Наибольшая скорость протекания свежего заряда через впускные клапана

C2 = 1,57Cm К, м/сек

C2 = 1,57=57 м/сек

2.1.7 Температура наружного воздуха



Та – выбираем из задания

T0 = Та + t0, ºK

T0 = 273 + 20=293 ºK

2.1.8 Коэффициент скорости истечения



= 0,65 ÷ 0,70 - задаемся

φ = 0,7


2.1.9 Давления конца наполнения (начало сжатия)

Ра = 0,926Рн, МПа - с наддувом

Ра = 0,926,127=0,12 МПа

2.1.10 Повышение температуры свежего заряда

С наддувом ∆t = 5 – 10 ºК, задаемся

С наддувом ∆t = 10 ºК

2.1.11 Показатель политропы сжатия в центробежном компрессоре

(нагнетателе)  при наддуве

п = 1.5 - задаемся

2.1.12 Температура продувочного воздуха

Тн = То() ºК

Тн = 293()= 331 ºК

2.1.13 Степень сжатия ε = 13,3

2.1.14 Температура воздуха в момент поступления в цилиндр

- с наддувом , ºК

- с наддувом = 341ºК


2.1.15 Коэффициент остаточных газов



- задаемся

= 0,05 с наддувом

2.1.16 Температура остаточных газов

Тг =800÷1200

Тг = 900 ºK -задаемся

2.1.17 Давление остаточных газов

Рг = 1,1 Мпа - задаемся

2.1.18 Давление окружающей среды

Ро = 0,1 МПа.- задаемся

2.1.19 Температура смеси в начале сжатия

, ºК с наддувом

=367ºК

2.1.20 Коэффициент наполнения цилиндра



, с наддувом

2.1.21 Показатель политропы сжатия



-задаемся

2.1.22 Температура в конце сжатия



,ºК

ºК

2.1.23 Давление в конце сжатия



, МПа

МПа

2.1.24 Теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 кг топлива,

С= 0.87, Н= 0.12, О=0,1

, моль/кг

моль/кг

2.1.25 Коэффициент избытка воздуха

α = 1.3 - задаемся

2.1.26 Действительное количество воздуха



, моль/кг

моль/кг

2.1.27 Количество молей до горения



, моль/кг

моль/кг

2.1.28 Количество молей углерода и водорода в продуктах сгорания



,= моль/кг

моль/кг

2.1.29 Количество молей продуктов сгорания



моль/кг

моль/кг

2.1.30 Действительный коэффициент молекулярного изменения





2.1.31 Давление конца сгорания, задано



=6,2 Мпа

2.1.32 Степень повышения давления



для справки λ = 1,3 - 2,2

2.1.33 Температура в конце сгорания



ºК

ºК - задаемся

2.1.34 Степень предварительного расширения



,

2.1.35 Степень последующего расширения δ



,

2.1.36 Показатель политропы расширения



= 1,15-1,28

- задаемся

2.1.37 Давление в конце расширения



,Мпа

МПа

2.1. 38 Температура конца расширения



ºК

Тв = 900 ÷1200º К - для справки



ºК

2.1.39 Среднее теоретическое (расчетное) индикаторное давление



, мПа

мПа

2.2 РАСЧЕТ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ И ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

2.2.1 Коэффициент полноты диаграммы (индикаторной),φ

φ=0,95


2.2.2 Поправка на впуск и выпуск с

= 0,

2.2.3 Среднее индикаторное давление





2.2.4 Индикаторная мощность



z - число цилиндров

k=2, - коэффициент тактности

Д, – диаметр цилиндра



Ni = 52,3 ∙Z/K,

Ni =52,3 ∙6/2=602,5 л.с.

2.2.5 Механический КПД





2.2.6 Среднее эффективное давление



, МПа

МПа

2.2.7 Индикаторный расход топлива





2.2.8 Эффективный расход топлива





2.2.9 Индикаторный КПД





2.2.10 Эффективный КПД






2.2.11 Эффективная мощность







2.2.12 Часовой расход топлива



- часовой расход топлива

- часовой расход топлива

2.3 Анализ состояния судового дизеля

Таблица 2. Сравнительная таблица прототипа и расчетного двигателя 8VDS36




Показатели

Размерность

8VDS36

прототип


8VDS36

расчет


1

Номинальная эффективная мощность

кВт

420

407

2

Номинальное число оборотов

об/мин

500

500

3

Число цилиндров

-

8

8

4

Диаметр цилиндра

См

24

24

5

Ход поршня

См

36

36

6

Средняя скорость поршня

м/сек

6

6

7

Среднее эффективное давление

МПа

0.8

0.72

8

Давление сжатия

МПа

5,0

4.5

9

Максимальное давление цикла

МПа

6,2

6,2

10

Часовой расход топлива

кг/ч

70.6

67

11

Удельный расход топлива



160+5%

164

12

Температура отработавших газов

°С

365

360

13

Эффективный КПД

-

0,29-0,40

0,30

14

Степень сжатия

-

13,3

13,3

Приведенные расчеты показали:

-номинальная эффективная мощность изменилась на 13 кВт от аналога;

-число оборотов осталось неизменным;

-число цилиндров не меняется;

-диаметр цилиндра не меняется;

-скорость поршня остается прежним;

-эффективное давление от аналога изменилось на 0,08 единиц;

-давление сжатие изменилось на 0,5 единиц;

-максимальное давление цикла не меняется;

-часовой расход топлива остается от аналога двигателя в пределах

нормы;


-удельный расход топлива остается в пределах нормы;

-температура отработавших газов в пределах нормы;

-эффективный КПД остается в пределах нормы;

-степень сжатия не меняется.

3.УТИЛИЗАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ПОТРЕТЬ ДИЗЕЛЕЙ

3.1 Способы и методы утилизации тепловых потерь двигателя

Повышение КПД возможно только за счет утилизации тепловых потерь.

По данным внешнего теплового баланса поршневого двигателя существенная часть энергии топлива, вводимого в цилиндр, не реализуется в виде работы, а выводится из цикла, в том числе и с выпускными газами, обуславливая тем самым соответствующие необратимые потери цикла.

В двигателях с искровым зажиганием доля потерь энергии топлива, уносимой из рабочего пространства с отработавшими газами, составляет 30.55%, в дизелях она достигает 40%, что соответствует примерно 17000 кДж на каждый килограмм израсходованного топлива.

Традиционные способы регенерации теплоты, направленные на снижение тепловых потерь с отработавшими газами, используются в крупных судовых и стационарных силовых установках, в частности на основе применения котлов-утилизаторов для получения пара или горячей воды.

В двигателях данного типа располагаемая энергия газового потока на выходе частично может быть преобразована в работу в волновых обменниках давления или в газовых турбинах. В последнее время получают также развитие исследования по разработке для транспортных силовых установок утилизационных контуров, работающих по циклу Ренкина.

Отдельной и ещё малоисследованной проблемой является поиск возможности утилизации располагаемой тепловой энергии б отработавших газов на основе использования предварительного термохимического преобразования исходного вида топлива в другой вид топлива (названным конвертированным топливом) с более высокими энергетическими возможностями. Сущность подобного способа регенерации заключается в том, что процесс химического преобразования исходного топлива сопровождается поглощением теплоты, отбираемой от выпускных газов двигателя, в термохимическом реакторе, выполняющего в данном случае роль утилизационного устройства.

В результате эндотермического преобразования химическая энергия конвертированного топлива возрастает по отношению к энергии исходного топлива на величину, равную количеству утилизированной теплоты выпускных газов. Регенерированная часть отходящей теплоты с конвертированным топливом вводится в двигатель для повторного участия в организации рабочего цикла. Такой способ утилизации отводимой из цикла двигателя тепловой энергии назван термохимической регенерацией теплоты отработавших газов, так как в его основу положен принцип термохимического преобразования энергии исходного топлива на более высокий энергетический уровень с использованием теплоты ОГ.

Реализация данного способа утилизации тепловой энергии отработавших газов двигателей позволяет комплексно решать проблемы повышения их топливной экономичности и снижения токсичных выбросов в атмосферу, так как газообразные продукты конверсии исходного жидкого топлива содержат в своем составе в основном монооксид углерода и водород, участие которых в организации рабочего цикла двигателя способствует совершенствованию процесса сгорания.

Теплота отработанных газов дизельных и газотурбинных судов может использоваться в системах малой (обычной) утилизации теплоты (СМУТ) и системах глубокой утилизации теплоты (СГУТ).

Системы малой утилизации теплоты обеспечивают удовлетворение потребности гребной установки в теплоте, подогрев перевозимого груза, удовлетворение технологических потребностей в паре, отопление помещений, снабжение теплотой хозяйственно-бытовых потребителей, опреснение воды в испарителях, получение холода для кондиционеров и других судовых нужд. В ГТУ, кроме того возможна регенерация теплоты отработанных газов, т.е. подогрев воздуха перед камерой сгорания. Таким образом, СМУТ в ходовом режиме судна замещают вспомогательный котел (ВК).

Системы глубокой утилизации теплоты могут кроме перечисленных выше потребностей, обеспечивать снабжение судна электрической и механической видами энергии.

Они позволяют в ходовом режиме полностью или частично замещать ВК утилизационным, дизель-генератор утилизационным турбогенератором, а также частично главный двигатель - утилизационной ходовой турбиной, обеспечивать работу вспомогательных механизмов с паровым приводом.

3.2 Устройства для утилизации тепловых потерь дизеля

Устройство для утилизации теплоты отходящих газов энергетической установки судна, содержащее турбокомпрессор главного судового двигателя, утилизационный котел со змеевиками испарительных труб, сепаратор пара, питательный и циркуляционный насосы утилизационного котла, трубопроводы, подводящие и отводящие к утилизационному котлу рабочий теплоноситель и сообщающие змеевики его испарительных труб соответственно с питательным насосом через сепаратор пара и циркуляционный насос утилизационного котла с одной стороны, и с сепаратором пара с другой стороны, и разобщительную арматуру на данных трубопроводах, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит теплообменный аппарат для опреснения морских и минерализован-ных вод, резервуар сжатого воздуха, сообщающийся с судовой системой сжатого воздуха, при этом выход резервуара сжатого воздуха через редукционный клапан и разобщительный клапан сообщен с подводящим трубопроводом утилизационного котла на участке между его змеевиками и его разобщительным вентилем, отводящий трубопровод змеевиков утилизацион-ного котла на участке между его разобщительным вентилем и змеевиками сообщен через разобщительный клапан со входом теплоносителя упомянутого теплообменного аппарата для опреснения морских и минерализованных вод, причем змеевики утилизационного котла снабжены приспособлением для удаления из них рабочего теплоносителя, а отводы аппарата для опреснения морских и минерализованных вод сообщены соответственно с судовыми потребителями рассола, пара и горячего воздуха.



На речных судах существует множество устройств для утилизации тепловых потерь, самыми популярными являются утилизационные водогрейные котлы и газотурбинные установки. .
Турбинные установки.

Судовые турбины служат для преобразования тепловой энергии газа в механическую работу. Метод превращения энергии в турбине не зависит от рабочего тела, которое используется в турбине.

Свежий газ, поступая в сопло, являющееся направляющим аппаратом, расширяется, потенциальная энергия превращается в кинетическую, и пар или газ приобретают значительную скорость. По выходе из сопла пар или газ попадает в каналы рабочих лопаток, насаженных на обод турбинного диска, сидящего на валу турбины. Рабочее тело давит на изогнутые поверхности рабочих лопаток, заставляя диск с валом вращаться.

Совокупность рассматриваемых таких направляющих аппаратов (сопел) и рабочих лопаток на турбинном диске называется ступенью турбины.   Турби-ны, имеющие лишь одну ступень, называются одноступенчатыми в отличие от многоступенчатых турбин. 
Турбины по принципу работы рабочего тела разделяют на две основные группы. Турбины, в которых расширение, газа происходит только в неподвижных направляющих аппаратах, а на рабочих лопатках используется лишь их кинетическая энергия, называются активными. Турбины, в которых расширение пара или газа происходит также и при движении рабочего тела в каналах рабочих лопаток, называются реактивными. Турбины вращаются только в одну сторону и являются нереверсивными, т. е. они не могут изменять направление вращения. Поэтому на одном валу с главными турбинами переднего хода обычно предусматривают турбины заднего хода.

Мощность судовых турбин заднего хода не превышает 40—50% мощности турбин переднего хода. Поскольку эти турбины не должны обеспечивать высокую экономичность в работе, число ступеней в них невелико. 
Судовые паротурбинные установки, работающие при начальном давлении пара 40÷50 атм. и температуре пара 450÷480°С, имеют экономический КПД 24÷27%. 
Экономическим (эффективным) КПД называется отношение тепла, превращенного в полезную работу, к теплу, развивающемуся при полном сгорании затраченного топлива. Эффективный КПД характеризует экономичность двигателя. При повышении давления до 70÷80 атм и температуры пара до 500÷550° С экономический к. п. д. возрастает до 29÷31%. Дальнейшее повышение начального давления пара и совершенствова-ние установок позволит увеличить к.п.д. судовой паротурбинной установки примерно до 35%. 
Работа над судовыми газотурбинными установками (ГТУ) по существу носит еще экспериментальный характер, так как все еще не создано их серийной конструкции. 
Главным средством повышения мощности и экономичности работы судовой дизельной энергетической установки является  турбонаддув. Подача в цилиндры дополнительного количество воздуха и соответственно увеличение подачи топлива на рабочем цикле, в результате даёт увеличение  мощности дизельной энергетической установки. Давление выхлопных газов дизельного двигателя в 1,5-2 раза выше, чем у обычного мотора, что даёт возможность турбокомпрессору обеспечивать наддув, избежав свойственного бензиновым двигателям с турбонаддувом  провала мощности. Турбонаддув улучшает сгорание и позволяет уменьшить жесткость работы и потерю мощности.

Однако дизельная энергетическая установка с турбонаддувом имеет и некоторые недостатки, связанные в основном с надежностью работы турбокомпрессора. Ресурс турбокомпрессора существенно меньше ресурса дизеля и не превышает обычно пятнадцати тысяч часов. Турбина предъявляет высокие требования к качеству смазочного масла. Неисправность турбины  может полностью вывести из строя  двигатель. Да и собственный ресурс форсированного двигателя несколько ниже такого же атмосферного.

Утилизационные водогрейные котлы.

В утилизационных котлах в качестве источника теплоты используются уходящие газы главных двигателей - ДВС или ГТД. Применение утилизационных котлов в составе энергетической установки приводит к экономии 8÷12 % топлива и повышению общего КПД установки. Помимо утилизации теплоты УК обеспечивают глушение шума отработавших газов и искрогашение. Пар от утилизационных котлов используется главным образом на судовые нужды, хотя возможно его применение в утилизационных турбогенераторах для выработки электроэнергии или механической энергии для привода главного движителя.

Конструкции современных утилизационных котлов весьма разнообразны. Наибольшее распространение в отечественном морском флоте получили; водотрубные утилизационные котлы с естественной циркуляцией, водотрубные утилизационные котлы с многократной принудительной циркуляцией и автономным сепаратором пара, и прямоточные утилизационные паровые котлы.

Иногда в судовых установках в качестве вспомогательных используют комбинированные утилизационные котлы, в которых в одном котлоагрегате скомпонованы топливная и утилизационная части. Такие котлы могут вырабатывать пар в следующих режимах работы:

- на ходу судна работает только утилизационная часть котла, в которой парообразование происходит за счет теплоты отработавших газов главного двигателя (ГТУ или ДЭУ). На стоянке работает только автономная часть котла от собственной топливной и воздушной систем;

- на ходу судна работает утилизационная часть котла. В случае необходимости увеличения паропроизводительности котла автоматически в работу включаются форсунки топливной части. На стоянке, для обеспечения паром потребителей при неработающей ГЭУ, работает только автономная часть котла.

В некоторых типах комбинированных утилизационных котлов используется общая испарительная поверхность нагрева, омываемая (в зависимости от режима работы котла) как выхлопными газами главного двигателя, так и продуктами сгорания топлива собственной автономной топливной части. Перенаправление потоков продуктов сгорания в таких котлах осуществляется с помощью специальных поворотных заслонок - газовых шиберов.


4. ВЫБОР СХЕМЫ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ ДВИГАТЕЛЯ

При создании судовых дизельных энергетических установок для улучшения их характеристик целесообразно применять системы утилизации теплоты. Так, комплексные системы утилизации теплоты позволяют обеспечить коэффициент использования топлива дизельных установок до 85% и более путем комбинированной выработки тепловой и электрической энергии.

Классификация и преимущества различных видов утилизации теплоты приведены в работе.

Условно, все системы утилизации теплоты ДВС принято подразделять

на следующие:



  • внутренней утилизации теплоты;

  • аккумулирования теплоты;

  • внешней утилизации теплоты.

Структурная схема вариантов утилизации теплоты изображена на рисунке 1.
c:\documents and settings\администратор\рабочий стол\faststone bmp file.bmp

Рисунок 1. Структурная схема вариантов утилизации теплоты ДВС

Под внутренней утилизацией теплоты понимают ее использование для

улучшения технических, экономических и экологических показателей двигателя. Например, такой вид утилизации может быть осуществлен путем подогрева надувочного воздуха теплом из системы охлаждения на долевых режимах работы главных и вспомогательных двигателей.

Внешняя утилизация теплоты используется для нужд различных судовых потребителей.

Использование ВЭР в системах глубокой утилизации теплоты для выработки механической энергии, передаваемой на гребной винт, либо для замещения вспомогательных двигателей судовой электростанции и использования. Для судовых теплофикационных, технологических и бытовых целей, является одним из наиболее перспективных направлений повышения энергоэффективности СЭУ.

В настоящее время известно множество разнообразных вариантов организации полезного использования ВЭР, образующихся при работе ГД

на судах, основные из которых представлены на рисунке 1.

Чаще всего используют внешнюю утилизацию теплоты, например утилизирующие котлы. Они снижают расход топлива в ходовом режиме,

так как обогрев воды происходит за счет отработанных газов ГД.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При выполнении данной квалификационной работы, было сделано следующее:

- рассмотрены особенности конструкции заданного судового двигателя;

- сделан тепловой расчет двигателя;

- выполнен расчет энергетических и экономических показателей;

- рассмотрены вопросы утилизации тепловых потерь;

- выбор схемы утилизации тепловых потерь двигателя 8VDS36.

Проведенные расчеты по двигателю показали его не эффективность:

-часовой расход топлива остался в норме;

-удельный расход топлива незначительно увеличился;

-эффективный КПД осталось в норме;

Показания эффективности не изменились.

Рассмотрены способы и методы утилизации тепловых потерь, устройства для утилизации тепловых потерь двигателя. Выяснилось, что существенная часть энергии топлива, вводимого в цилиндр, не реализуется в виде работы, а выводится из цикла, в том числе и с выпускными газами.

Традиционные способы регенерации теплоты, направленные на снижение тепловых потерь с отработавшими газами, используются в крупных судовых и стационарных силовых установках, в частности на основе применения котлов-утилизаторов для получения пара или горячей воды.

Для утилизации тепловых потерь используют утилизационные котлы. Преимущество данного котла в том, что он работает только за счет теплоты отработанных газов и не потребляет топлива, тем самым экономя его. Выхлопные газы не уходят сразу в атмосферу, а используются для обогрева, для нагревания воды. Котел работает на ходовых режимах, автономный котел в это время не работает.

В утилизационных котлах в качестве источника теплоты используются уходящие газы главных двигателей - ДВС или ГТД. Применение утилизационных котлов в составе энергетической установки приводит к экономии 8 ÷ 12 % топлива и повышению общего КПД установки. Помимо утилизации теплоты УК обеспечивают глушение шума отработавших газов и искрогашение.

Конструкции современных утилизационных котлов весьма разнообразны. Наибольшее распространение в отечественном морском флоте получили водотрубные утилизационные котлы с естественной циркуляцией, водотрубные утилизационные котлы с многократной принудительной циркуляцией и автономным сепаратором пара, и прямоточные утилизационные паровые котлы.

Приведенные расчеты показали:

-номинальная эффективная мощность изменилась на 13 кВт от аналога;

-число оборотов осталось неизменным;

-число цилиндров не меняется;

-диаметр цилиндра не меняется;

-скорость поршня остается прежним;

-эффективное давление от аналога изменилось на 0,08 единиц;

-давление сжатие изменилось на 0,5 единиц;

-максимальное давление цикла не меняется;

-часовой расход топлива остается от аналога двигателя в пределах нормы;

-удельный расход топлива остается в пределах нормы;

-температура отработавших газов в пределах нормы;

-эффективный КПД остается в пределах нормы;

-степень сжатия не меняется.




СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Альтман И. Р. Обслуживание судовых дизелей. М.: Транспорт, 1971- 445с.

2. Возницкий И. В., Михеев Е. Г.Судовые дизели и их эксплуатация. Учеб. для мореход. училищ. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Транспорт, 1990 - 234с.

3. Гриция Л.Л. Справочник судового механика. М.: Транспорт, 1973 – 696с.

4. Гогин А. Ф., Кивалкин Е.Ф. Судовые дизели - 3-е изд., перераб. доп. М.: Транспорт, 1978г - 444с.

5. Дейнего Ю.Г. Эксплуатация судовых энергетических установок, механизмов и систем.Практические советы и рекомендации. М.: МОРКНИГА, 2012 - 340с.

6. Ефимов И.Е., Горбунов Ю.И., Козырь И.Я. Микроэлектроника. Проектирование, виды микросхем, функциональная электроника. М.: Высшая школа, 1987 - 416 стр.

7. Михеев Е.Г. Судовые дизели и их эксплуатация. Учеб. Для мореход. Училищ. 2-е изд., перераб. И доп. – М.: Транспорт, 1990-360с.

8. Пунда А.С. Судовые двигателя внуренного сгорания. М.: МОРКНИГА, 2010-260с.

9. Роджеро Н.И. Справочник судового электромеханика и электрика. М.: МОРКНИГА, 1986г - 245стр.

10. Сизых В.А. Судовые энергетические установки. – 3-е изд., перераб. И доп. М.: РКонсульт, 2003 - 264с.

11. Толшин В.И., Сизых В.А. Автоматизация судовых энергетических установок. М.: ТРАНСЛИТ, 2006 - 352с.

12. Черняк И.В. Справочник для механика. М.: МОРКНИГА, 1989 – 347с.

13. www.jobmarine.ru/kms_downloads( Дата обращения: 12.02.2016 )

14. www.seatracker.ru (Дата обращения: 23.02.2016 )

15. http://seasnab.ru/led-light/jcy21-2l (Дата обращения: 02.03.2016).

16. http://www.libussr.ru/doc_ussr/usr_10147.htm (Дата обращения: 16.03.2016).

17. http://seasnab.ru/led-light/jcy41-2l (Дата обращения: 02.02.2016).

18. http://www.marinelight.ru/catalog/list/38.html (Дата обращения: 19.04.2016).

19. http://riverforum.net/showthread.php?t=82 (Дата обращения: 02.05.2016).

20. http://electricity4engineer.blogspot.ru (Дата обращения: 15.05.2016).



Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©rppna.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница