Модернизация главной судовой энергетической установки буксира–толкача проекта 809А»

«Модернизация главной судовой энергетической установки буксира–толкача проекта 809А»

Новосибирская Государственная Академия Водного Транспорта
Кафедра Судовые Двигатели Внутреннего Сгорания
Дипломный проект на тему «Модернизация главной судовой энергетической установки буксира–толкача проекта 809А»
Новосибирск 2012

Дипломный проект на тему «Модернизация главной судовой энергетической установки буксира–толкача проекта 809А»
С целью уменьшения удельного эффективного расхода топлива, а также увеличения провозной способности судна, главные двигатели 3Д6 судна прототипа были модернизированы, установкой на них турбокомпрессоров ТКР – 14Н – Б2Б и современной топливной системой Common Rail с электрогидравлическими форсунками. Вследствие чего, был произведён тепловой и динамический расчёт двигателя, в котором были определены основные параметры и построена индикаторная диаграмма.
Также, вследствие того что, данная топливная система отличается отсутствием жесткой связи с коленчатым валом и подача топлива регулируется электроникой была построена диаграмма процесса управления топливоподачей.
В связи с увеличением мощности главных СЭУ, был выполнен расчёт гребного винта. В данном разделе было рассчитано сопротивление воды движению судна, и рассчитан комплекс винт – насадка при заданном диаметре винта, также была произведена проверка дискового отношения винта на прочность и кавитацию.
В технологической части дипломного проекта, был разработан маршрут изготовления корпуса форсунки для новой топливной системы. Для лучшей технологичности процесса изготовления был спроектирован накладной поворотный стол для вертикально – фрезерного станка.
В разделе «Мероприятия по охране окружающей среды на водном транспорте» была произведена установка каталитического нейтрализатора, служащего для снижения выбросов вредных компонентов выхлопных газов, и произведены соответствующие расчеты по предотвращенному ущербу .
Технико–экономическое обоснование предлагаемых мероприятий показало, что экономический эффект в годовом исчислении составляет 3697649 рублей, а сама модернизация окупается за 7 круговых рейсов.

1 Введение………………………………………………………………………4
2 Расчет движительного комплекса…………………………………………..7
2.1 Расчет сопротивления воды движению судна………………………..…..7
2.2 Расчет КВН при заданном диаметре винта……………………………. 11
2.3 Проверка дискового отношения………………………….………………14
2.4 Расчет и построение гребного винта…………………..………………. 16
3 Проверочный расчет дизеля………………………………………………..20
3.1 Тепловой расчет дизеля…………………………………………………..21
3.2 Расчет механического КПД и индикаторной цилиндровой мощности.24
3.3 Расчет сил действующих в кривошипно-шатунном механизме……….25
3.4 Построение индикаторной диаграммы для цикла…………………. 25
3.5 Динамический расчет дизеля ……………………………………………30
3.6 Расчет на прочность некоторых деталей дизеля ………………………52
4 Выбор и проверочный расчет топливной аппаратуры…………………59
4.1 Выбор топливной аппаратуры ……………………………………. 59
4.2 Расчет шатуна…………………………………………………………. 61
4.3 Аккумулятор, предохранительный клапан, датчик давления, аварийный ограничитель подачи………………………………………………………….62
4.4 Электрогидравлические форсунки……………………………….…….66
4.5 Управление гидравлическим процессом подачи…….……………….71
4.6 Проверочный расчет топливной аппаратуры …………….…………. 76
5 Технология изготовления корпуса форсунки ……………………….…. 77
5.1 Выбор типа производства …………………………….………………….77
5.2 Коэффициент использования материала…………………….………….77
5.3 Разработка маршрута технологической части ………………………….79
5.4 Выбор оборудования……………………….. ……………………………79
5.5 Расчет режима резания …………………………………….……………..80
5.6 Проектирование технологической оснастки……………………………81
6 Безопасность жизнедеятельности…………………………………………90
6.1 Обслуживание энергетических установок, вспомогательных меха-низмов и устройств……………………………………………………………95
6.2 Первая помощь пострадавшему при работе с механизмами.…….…….98
7 Мероприятия по охране окружающей среды
на водном транспорте ………………………………………………………110
7.1 Влияние водного транспорта на окружающую среду…………………110
7.2 Источники образования вредных факторов…………………. 111
7.3 Нормируемые показатели по предельно допустимым концентрациям веществ в воде и в воздухе………………………………………………….113
7.4 Рекомендации по снижению отрицательного влияния на окружающую среду………………………………………………………………………….114
7.5 Общие требования к судам речного флота……………………. ……..115
7.6 Расчет предотвращенного ущерба от выхлопных газов двигателей…116
8 Технико – экономическое обоснование проекта ……………..…………119
8.1 Расчёт провозной способности судна ………………………………….119
8.2 Расчет текущих расходов по содержанию судна в эксплуатацию…. 123
8.3 Экономическое обоснование эффективности проектных предложе-ний…………………………………………………………………………. 131
Заключение……………………………………………………………….135
Литература……………………………………………………………….138

Состав: ПЗ,Винт гребной,Схема топливной системы,Электрогидравлическая форсунка(СБ),Индикаторная диаграмма,Диаграмма процесса управления топливоподачи,Эскизы технологического процесса,Стол поворотный,ТЭП,КТПД,КТПР

Топливная система судовых энергетических установок

Главное меню

Судовые двигатели

Главная Судовые дизельные установки Энергетические установки морских судов Характеристика дизельных энергетических установок различных типов

В настоящее время на судах наряду с дизельными энергетическими установками приме­няют паротурбинные установки с промежуточным пароперегрева­телем и без него, газотурбинные и газотурбинные с теплоутили­зационным контуром (рис. 1.1). Наиболее экономичны и перспек­тивны дизельными энергетическими установками с непосредственной передачей на винт и дизель-редукторные. Общая вместимость судов с дизельными энергетическими установками и дизель-электрическими установками составляет 68 % тоннажа мирового флота (суда с дизель-электрическими энергетическими установками составляют около 1 %). На суда с паросиловыми установ­ками и газотурбинные установки приходится 32 %, из них 96,4 % на суда с паротурбинными установками, 1,9 % на суда с поршневыми паровыми машинами и 1,7 % на суда с комбинированными установками.

Доля дизель энергетических установок в общем объеме строящихся судов превысила 90 %, что объясняется их высокой топливной экономичностью, т. е. минимальным удельным расходом топлива (рис. 1.2), относитель­ной простотой обслуживания, большим ассортиментом используе­мых топлив (в том числе высоковязких тяжелых сортов), высокой автоматизацией дизель энергетических установок, значительным ресурсом и хорошей на­дежностью.

Основной причиной, сдерживающей применение паротурбинными установками (в не­давнем прошлом традиционных для судов при мощностях свыше 15—22 тыс. кВт), становится их низкая экономичность, характе­ризующаяся g_e = 245?280 г/(кВт?ч), тогда как у дизель энергетических установок g_e = 200?220 г/(кВт?ч).

Газотурбинная установка из-за хороших массогабаритных показателей (рис. 1.3) получили применение на относительно крупных судах, где их ис­пользование в ряде случаев более эффективно по сравнению с дру­гими типами энергетическая установка. Так, в отечественном морском флоте работают три газотурбинных судна (типа «Капитан Смирнов») с горизон­тальным способом грузообработки, на которых установлена двухвальная установка с двумя главными газотурбинная установка мощностью по 18,4 тыс. кВт. Она включает в свой состав газотурбинная установка открытого цикла и теплоутилизационный контур, паро­вая турбина которого через общий с газотурбинная установка редуктор работает на винт. Это обеспечивает энергетическая установка в целом g_e порядка 256 г/(кВт?ч). Однако с 1981 г. на морских судах они не устанавливаются (табл. 1.1). Широкое распространение на наших судах получили отечественные малооборотный дизель, среднеоборотный дизель и высокооборотный дизель (табл. 1.2, 1.3 и 1.4).

Важнейшей задачей формирования перспективного типа судо­вых энергетической установки является обеспечение их максимальной унификации как по составу основного оборудования, так и всей установки. Эта задача может быть решена путем ориентации на минимально необходимое количество типоразмеров главный дизель и вспомогательный дизель, с широкими мощностными диапазонами за счет изменения числа цилиндров, а также степени форсирования. Для главные двигателя судов перспективной постройки целесообразно использовать типоразмерные ряды малооборотный дизель компании «MAN—Бурмейстер и Вайн» и типоразмерные ряды среднеоборотные дизеля фирм «Зульцер» и «Пилстик», а также среднеоборотные дизеля отечественного производства типов ЧН 36/40, ЧН 26/34 и ЧН 18/22.

Общее соотношение между количеством установленных на мор­ских судах малооборотный дизель и среднеоборотные дизеля вероятно будет составлять примерно 70 и 30 %. Потребность в малооборотный дизель может быть удовлетворена дизелями с числом цилиндров 4, 6, 8 диаметрами 350, 450, 550, 600, 670, 700 и 800 мм, а потребность в среднеоборотного дизеля — ди­зелями с диаметрами цилиндров 260, 360, 400, 480 и 570 мм.

Маневренные характеристики установок следующие: время подготовки к пуску малооборотный дизель и паротурбинная установка после длительной остановки 2—2,5 ч; продолжительность подготовки к пуску среднеоборотный дизель и высокооборотный дизель при температуре масла и охлаждающей воды от 15 ‘С и выше 5—10 мин; время, необходимое для развития мощности до полной, после пуска ориентировочно составляет для малооборотный дизель и паротурбинная установка 1,5— 2,5 ч, для среднеоборотный дизель — около 30 мин, для легких газотурбинные установки — 10—15 мин.

Продолжительность реверса на полном ходу с реверсивными дизелями около 60 с для энергетических установок крупнотоннажных морских судов и примерно 30 с для энергетические установки судов среднего тоннажа. Время выбега судна при реверсе пропульсивной установки или время, необхо­димое для остановки судна от момента начала реверсирования, зависит от размерений и скорости судна, а также мощности заднего хода; оно обычно значительно превышает продолжительность реверса. Среднестатистические маневренные характеристики мор­ских судов при реверсе в полном грузу со скоростью 12 уз с пол­ного переднего хода на полный задний имеют следующие значе­ния: отношение длины выбега S, м, к длине судна L, м, для судов с винт фиксированного шага — 4—6, для судов с винт регулируемого шага — около 3; относитель­ное время выбега t/?L/10 для судов с винт фиксированного шага — 40—75, для судов с винт регулируемого шага — 20—30.

Широкий диапазон возможных режимов работы энергетические установки обеспечи­вается установками с винт регулируемого шага, энергетические установки с гребными электродвигателями постоянного тока и энергетические установки с гидротрансформаторами. Время пере­кладки винт регулируемого шага с полного переднего хода на полный задний ход не превышает 20 с при диаметрах винт регулируемого шага до 2 м и 30 с — при боль­ших диаметрах. Паротурбинная установка при работе на задний ход развивает около 40 % полной мощности переднего хода в течение не менее 15 мин, причем крутящий момент составляет не менее 80 % момента пе­реднего хода при частоте вращения не менее 50 % номинальной частоты переднего хода. Реверсивные дизели на задний ход раз­вивают 85 % полной мощности переднего хода.

Мощностные характеристики судов различных типов, кВт/т, определяются отношением суммарной мощности энергетической установки, подводимой к движителям, N_?, кВт, к водоизмещению судна (по грузовой марке) D, т: ?_м = N_? /D. Степень электрификации судна опре­деляется отношением мощности судовой электростанции N_э.с, кВт, к водоизмещению судна D, т (табл. 1.5): ?_э = N_э.с/D.

Судовые электростанции комплектуются несколькими вспомогательный двигатель (дизель-генератор) и одним аварийный дизель-генератор. Мощность на гребных валах судов с ледовыми усилениями составляет: для категории УЛА N_е = 0,35D + 1500 кВт, для категории УЛ N_е = 0,3D + 1100 кВт.

Топливоподача и топливная аппаратура судовых дизелей

Учебное пособие подготовлено для студентов и курсантов, обучающихся по дисциплинам 180103 Судовые энергетические установки и 180403 Эксплуатация судовых энергетических установок.
В пособии рассматриваются теория топливоподачи и различные конструкции топливной аппаратуры судовых дизелей, в том числе наиболее современные и перспективные системы (топливные насосы высокого давления распределительного типа, топливные системы Common Rail, аппаратура для работы на газе), которые недостаточно полно отражены в учебной литературе.
Все темы проиллюстрированы рисунками и графиками, поясняющими содержание излагаемого материала.
Основная задача пособия — детальное знакомство с топливоподачей и разнообразными конструкциями топливной аппаратуры судовых дизелей
Учебное пособие предназначено для студентов высших и средних учебных заведений водного транспорта, может быть также использовано на курсах повышения квалификации и специалистами береговых служб, связанных с технической эксплуатацией судовых технических средств.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
I. Конвенционные топливные насосы высокого давления (ТНВД)
1. Назначение и основные требования к топливной аппаратуре дизелей
2. Типы топливоподающей аппаратуры и их параметры
3. Принцип действия ТНВД и способы регулирования циклов подачи топлива
4. ТНВД клапанного типа с регулированием топлива за счет изменения начала и конца подачи
5. Топливные насосы высокого давления золотникового типа
6. Автоматическое управление углом опережения подачи топлива
II. Топливные насосы высокого давления распределительного типа
1. Общее устройство и применение насосов
2. Роторные распределительные ТНВД типа Lucas
3. Система EPIC электронного управления типа Lucas
4. Топливные насосы высокого давления Lucas Peugeot 405 1,9 D
III. ТопливнаясистемаСоштопКаП
IV. Топливная аппаратура для двигателей, работающих на газе
1. Применение газа в судовых дизелях
2. Топливная аппаратура для работы по циклу Отто
3. Аппаратура двухтопливных двигателей (Dual Fuel)
V. Износы и повреждения ТНВД
1. Проверка герметичности плунжерных пар
2. Проверка и регулировка зазора между роликом привода и цилиндрической части кулачковой шайбы
3. Проверка и установка нулевой подачи ТНВД
4. Проверка и регулировка распределения топлива между отдельными цилиндрами
VI. Форсунки
1. Конвенционные форсунки
2. Форсунки с гидравлически запираемыми иглами
3. Гидрозапорная система
4. Насос-форсунки
5. Насос-форсунки с электронным управлением
VII. Схемы топливных систем судовых дизелей
Приложение 1. Расчет топливной аппаратуры дизелей
Приложение 2. Основные характеристики судовых главных дизелей
Приложение 3. Параметры судовых вспомогательных двигателей
Приложение 4. Гидравлические характеристики форсунок
Приложение 5. Параметры форсунок дизелей
Приложение 6. Технические характеристики ТНВД
Приложение 7. Основные параметры современных среднеоборотных дизелей
Список литературы

Техническое обслуживание судовых дизельных энергетических установок при характерных неполадках и в аварийных ситуациях

Другой вариант-частота вращения ГД постепенно падает. Это может быть при наличии воды в топливе, заклинивании плунжеров или зависании клапанов части топливных насосов если в процессе работы ГД появились стуки при перемене хода поршня, то это оз­начает, что в одном из цилиндров начался задир_. В этом случае необходимо выключить топливо на аварийный цилиндр, снизить частоту вращения до минимальной, а затем остановить ГД и осмотреть цилиндр.

Внезапная остановка ГД может быть следствием попадания в топливо воды или воздуха, неисправности регулятора, срабатывания системы защиты при пониженном давлении масла или охлаждающей воды.

Частота вращения двигателя увеличивается. Одним из возможных случаев может быть резкое повышение частоты вращения. Причинами такого явления может быть внезапный сброс нагрузки, неисправность регулятора или его привода (например, в случае потери винта, ос­лабления его посадки на гребном валу, потери лопасти, оголении при килевой качке). В подобной ситуации следует уменьшить частоту вращения в ручную или остановить ГД.

Другой вариант – ГД идет “ВРАЗНОС“. В этом случае необ­ходимо закрыть приемники воздуха подручными средствами и отклю­чить подачу топлива. Это возможно при наличии топлива или масла в продувочном ресивере, а также при неисправности регулятора безопасности.

Отклонения температуры и ненормальность цвета выпускных газов.

При повышении температуры газов одного из цилиндров необ­ходимо уменьшить подачу топлива на него.

Причинами таких неполадок могут быть:

• перегрузка цилиндра;
• плохое распыливание топлива или поздняя подача его в
  в цилиндр;

-чрезмерная закоксованность выпускных и продувочных окон.

При повышении температуры выпускных газов по всем цилинд­рам (газы могут быть окрашены в темный цвет) необходимо умень­шить подачу топлива на ГД, во избежания превышения его расчет­ной теплонапряженности. Причинами такого явления, кроме ука­занных выше, могут быть повышенная температура или пониженное давление продувочного воздуха, а также воспламенение масла в подшипниковом пространстве.

О качестве работы ГД можно судить по окраске отработавших газов. Например, газы имеют голубоватый цвет. Это свидетельст­вует о попадании большого количества масла в цилиндры ГД. Белая окраска газов имеет место при пропусках вспышек в отдельных цилиндрах, когда топливо не сгорает, а только испаряется, и при попадании воды в топливо или камеру сгорания.

Повышенная температура охлаждающей воды на выходе из двигателя.

Это является следствием перегрузки и наличие неисправностей в системе охлаждения. В последнем случае причинами могут ока­заться засорение фильтров, кингстонов, водоохладителей, подсос воздуха во всасывающий трубопровод или прорыв газов через трещи­ны в крышках и втулках цилиндров, различные неисправности насосов и клапанов, а также терморегуляторов.

Повышение температуры отходящего масла.

Чаще всего это наблюдается при перегрузке и перегреве ГД. В такой ситуации рекомендуется произвести разгрузку и постепенное увеличение подачи охлаждающей воды на маслоохладитель.

В процессе работы ГД при его нормальной нагрузке повышение температуры масла может произойти вследствие: заедания в подшип­никах и других трущихся частях, недостаточного количества масла в системе, повышенной вязкости, загрязнения маслоохладителей, недостаточного количества охлаждающей воды, неисправностей терморегуляторов, а также различных неполадок в масляной системе.

При попадании в циркуляционное масло воды оно приобретает мутновато-серый цвет. Особенно опасно присутствие в масле забортной воды. При этом необходима тщательная сепарация или отстой масла с подогревом, а если это невозможно его нужно сменить при первой же возможности.