Как посчитать мощность судового двигателя

Определение мощности СЭУ

Рубрика: Технические науки

Дата публикации: 27.01.2017 2017-01-27

Статья просмотрена: 3827 раз

Библиографическое описание:

Смирнов, М. Н. Определение мощности СЭУ / М. Н. Смирнов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2017. — № 4 (138). — С. 44-49. — URL: https://moluch.ru/archive/138/38811/ (дата обращения: 13.11.2020).

Определение величин, необходимых для дальнейшего расчета.

Объемное водоизмещение судна определяется по следующей формуле, :

где: – водоизмещение судна, т; стандартная плотность морской воды,

Коэффициент общей полноты:

где: L – расчетная длина судна, м; B – расчетная ширина судна, м; T – осадка в грузу, м.

Относительная длина судна:

Отношение ширины к осадке:

Расчетное число Фруда:

Где: g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/c; – эксплуатационная скорость судна, равная 12,3 м/с; Площадь смоченной поверхности, :

Расчет ходкости данного судна не может выполниться по методике В. Б. Жинкина и И. Е. Товстых в связи с тем, что судно-прототип имеет специфический корпус. Коэффициент общей полноты судна-прототипа «Lissabon» , что выходит за пределы графика «Зависимость коэффициента остаточного сопротивления от числа Фруда». Так как определение коэффициента остаточного сопротивления невозможно, расчет требуемой мощности выполняется с использованием Адмиралтейского коэффициента.

Расчет требуемой мощности.

Требуемая мощность, кВт:

где: – водоизмещение судна, т; – скорость полного хода (в узлах) судна-прототипа; C – Адмиралтейский коэффициент.

где: – потребляемая мощность судна-прототипа.

Требуемая мощность, кВт:

Где: С — Адмиралтейский коэффициент, определенный на основе данных прототипа; V — скорость полного хода судна, уз.

Для морских судов с относительно большой осадкой и высотой борта преимущественное применение находят пропульсивные комплексы с МОД. Значительная высота борта позволяет разместить на таком судне МОД, а также грузоподъемное устройство для его разборки, в пределах до главной палубы судна. Преимущество по энергетической эффективности и ресурсу МОД практически исключает возможность эффективного использования на таких судах ПК других типов.

− больший вертикальный размер, чем у СОД (для больших судов считается нормальным);

− при числе цилиндров 45 требуется специальная балансировка механизма движения с целью снижения неравномерности вращающего момента и неуравновешенности на валу двигателя;

− требуется подогрев топлива;

− требуется очистка топлива.

− отсутствие редуктора приводит к передаче мощности непосредственно на гребной вал;

− применение крейцкопфа с ползуном, снимающего боковые усилия;

− большой ресурс: около 120000 часов;

− широкое распространение МОД делает менее трудоемким поиск запасных частей;

− возможно использование дешёвых остаточных высоковязких топлив;

− высокая надёжность, удобство в обслуживании;

− невысокий уровень шума и вибрации.

Так как требуется большая мощность главного двигателя и высота борта позволяет разместить на судне МОД, была выбрана одновальная установка с МОД, с расположением продольной оси пропульсивного комплекса в диаметральной плоскости. Пропульсивный КПД судна с одним винтом, расположенным в диаметральной плоскости, выше, чем у судна с двумя винтами, расположенными по обе стороны от ДП, это обусловлено влиянием формы корпуса.

В качестве движителя выбран винт фиксируемого шага (ВФШ). По сравнению с винтами регулируемого шага (ВРШ) они дешевле. К тому же, судно прототип также имеет ВФШ, на что несомненно имеется экономическое обоснование. Винты регулируемого шага (ВРШ), целесообразно применять на судах с переменным режимом работы (буксиры, толкачи) и на коротких линиях с частыми швартовками.

Читайте также:  Температура двигателя 110 градусов ваз 2114

Род тока выбираю трехфазный, переменный, как наиболее универсальный и надежный.

Реверсивное устройство дизельных двигателей основано на принципе изменения времени и фаз открытия клапанов. Реверсирование осуществляется осевым перемещением распределительного вала кулачковых шайб и подводом под ролик толкателя шайбы переднего или заднего хода. В двухтактных двигателях с бесклапанной продувкой реверсировать надо пусковые распределители и топливные насосы.

Все типы современных судовых дизелей выполняют с газотурбинным наддувом. Это позволяет обеспечить подачу воздуха в цилиндры под повышенным давлением, увеличить массовый заряд воздуха в цилиндре, сжечь больше топлива, увеличить среднее эффективное давление и мощность, вырабатываемую двигателем.

Выбор главного двигателя.

Выбор главного двигателя — малооборотного дизеля, произведён из типоразмерного ряда МE фирмы MAN, так как большая часть потребителей пользуется ЭУ именно этой фирмы, около 70 %, что выражает уверенность в работе двигателя, его надежность и способность выдерживать конкуренцию.

Новые двигатели серии ME имеют электронную систему впрыскивания топлива и электронную систему контроля работы всех параметров двигателя. Новый класс дизелей обеспечат экономный расход топлива, они надежны в работе и обладают экологически чистыми показателями по сравнению с ДВС предыдущих поколений.

Машины ряда МЕ могут работать с низким расходом топлива в широком диапазоне мощности и частоты вращения вала.

При выборе двигателя анализируются два режима работы:

− режим наибольшей достижимой скорости — так называемый режим испытания судна на скорость; этот режим определяет выбор допустимого двигателя, у которого максимальная длительная (номинальная) мощность MCR не меньше мощности требуемой на режиме испытаний;

− эксплуатационный режим, являющийся наиболее длительным (до 98 % ходового времени), определяет выбор экономически целесообразного варианта двигателя.

Оба режима должны располагаться в области допустимых режимов. Более целесообразно, если они расположены в верхней правой части области. При этом достигается полное использование установленной мощности двигателя. Напротив, при расположении режимов в левой части области допустимых режимов, увеличивается запас установленной мощности, который не всегда можно использовать для увеличения скорости.

Ниже, на рисунке представлен типоразмерный ряд ME фирмы MAN.

Рис. 1. Типоразмерный ряд ME фирмы «MAN»

Из всех типоразмеров цилиндров, указанных в ряде МE выбраны те, которые могут обеспечить требуемую мощность СЭУ. Из них исключены типоразмеры цилиндров, использование которых в агрегате недопустимо с учетом ремонтных работ в процессе эксплуатации. Ремонтные габариты Нрем агрегата должны быть меньше заданной высоты борта рассматриваемого судна. Не рассмотрены двигатели с удельным расходом топлива.

.

Оставшиеся марки двигателей проанализированы по массогабаритным характеристикам и по удельному расходу топлива. А также учитывается избыток мощности двигателей.

По правилам Регистра, запас мощности главного двигателя должен составлять 20% от требуемой мощности, подставляя в формулу, получим следующее значение минимальной мощности главного двигателя:

Варианты МОД поколения ME фирмы «MAN»

Марка

,Вт

,кВт

,

Источник

Как посчитать мощность судового двигателя

Если испытываемый двигатель на судне по своему техническому состоя­нию не отличается от двигателя, испытанного на стенде завода, то неточность определения эффективной мощности его будет определяться относительными погрешностями при измерении расхода топлива и числа оборотов вала. Таким образом, при определении мощности двигателя на судне по косвенным пока­зателям, если метеорологические условия мало отличны от условий на стенде завода, относительная ошибка составляет 2—5%. При значительных небла­гоприятных отклонениях метеорологических условий на судне от стендовых (низкое давление воздуха во впускном коллекторе р и высокая температура воздуха Т ) и повышенном сопротивлении выпускного тракта двигателя (повышенное давление в выпускном коллекторе р г ) относительная ошибка в определении эффективной мощности двигателя может достигать 10—12%. В случае же сниженных показателей технического состояния двигателя, что может иметь место после продолжительного периода эксплуатации его, ошибка в определении эффективной мощности рассматриваемым методом может достичь более значительной величины, т. е. является недопустимой.

Читайте также:  Двигатель kz1 технические характеристики

Вследствие износа рабочей втулки цилиндра, поршневых колец, дета­лей форсунки и топливного насоса продолжительность процесса сгорания топлива в цилиндре дизеля возрастает, что приводит к повышенным тепло­вым потерям, а следовательно, к снижению индикаторного к. п. д. Для развития необходимой мощности при этих условиях двигатель потребляет больше топлива, т. е. работаете большим удельным расходом топлива. Имея в виду, что целью контрольных теплотехнических испытаний силовой уста­новки теплохода является определение показателей технического состояния главного двигателя (в том числе определение и удельного расхода топлива), можно сделать вывод, что рассматриваемый метод определения эффективной мощности двигателя по расходу топлива и по температуре отработавших газов, при таких испытаниях является неприемлемым. Необходима поправка замеренной мощности. Ниже излагается метод, предложенный нами, исправ­ления значения замеренной мощности двигателя по расходу топлива.

Указанный метод основан на взаимосвязи коэффициента избытка возду­ха при горении топлива в цилиндре двигателя ? (суммарного коэффициента, определяемого по составу отработавших газов), среднего эффективного дав­ления р е и удельного эффективного расхода топлива g e .

Как было установлено ранее, эта взаимосвязь выражается

Обозначения в этой формуле были введены ранее.

Для всех дизельных сортов топлива значение L мало изменяется и мо­жет быть принято равным L = 0,49 моль/кг.

Подставляя значение L , будем иметь

При изменении технического состояния двигателя (износ цилиндра, поршневых колец, деталей топливной системы) зависимость, выраженная приведенной выше формулой, сохраняется, только значения величин, вхо­дящих в это выражение, будут другими.

Допустим, что для какого-либо рассматриваемого режима работы двига­теля на заводском стенде (мощность N е и число оборотов вала n об/мин) были замерены величины ?, р e , g e , ? н , р и Т , а при работе этого же двигателя на судне непосредственно на гребной винт эти величины равны ?’, р e ‘, g e ‘, ? н ‘, р ‘ и Т . Тогда можно написать

Для одного и того же двигателя при различном его техническом состоя­нии с одинаковой нагрузкой и при одинаковом числе оборотов вала коэф­фициенты наполнения могут быть приняты равными, если, конечно, фазы распределения не изменены, а потому

Если испытания судна происходят в нормальных условиях плавания (наличие необходимого запаса воды под килем судна при отсутствии силь­ного встречного ветра и т. п.) и элементы гребного винта соответствуют мощ­ности и числу оборотов, замеренных на стенде завода, то можно принять, что p е ‘ = р e , и соответственно находим

Полученное выражение позволяет произвести корректировку удельного эффективного расхода топлива с учетом изменения технического состояния двигателя и метеорологических условий. Здесь коэффициент избытка воз­духа при горении ? и ?’ определяется при одном и том же режиме работы двигателя как на стенде завода, так и на судне по анализу отработавших газов. Ошибка при определении а может быть допущена порядка 1,5—3% и соответственно неточность корректировки удельного расхода топлива будет в допустимых пределах.

Читайте также:  Стенд для проверки форсунок бензиновых двигателей своими руками

В качестве проверки правильности определения g e ‘ может быть произ­веден подсчет мощности двигателя N е ‘ как по расходу топлива, так и по значению среднего эффективного давления р е ‘ = р е при данном числе обо­ротов двигателя n:

Здесь С — постоянная двигателя.

В том случае, когда испытываемое судно имеет гребной винт, не соот­ветствующий стендовым характеристикам двигателя, или же имеется повы­шенное сопротивление движению судна, будем иметь неравенство р е ‘ ? р е .

Для корректировки мощности в этом случае, замеренной по расходу топлива, допустим в первом приближении, что g e ‘ = g e . При этом условии находим

Соответственно искомая эффективная мощность двигателя при работе на гребной винт с числом оборотов вала n будет равна

В качестве проверки ранее принятого допущения g e ‘ = g e удельный расход топлива может быть определен по часовому расходу топлива:

В случае несовпадения значений удельных расходов топлива (найден­ного по часовому расходу топлива на судне g e ‘ и g e ) следует задаться новой величиной g e ‘ между значениями g e и ранее найденным.

При новом g e ‘ вновь определяется p e ‘ и соответственно мощность N е ‘. Такой перерасчет производится до тех пор, пока величина удельного эф­фективного расхода топлива, принимаемого для определения р е ‘, не совпа­дет с величиной g e ‘, определяемой по часовому расходу топлива на судне. В качестве примера определим удельный эффективный расход топлива g e ‘ и эффективную мощность N е ‘ двигателя 6ЧР 27,5/36 (6С275Л), установлен­ного на буксире, с учетом технического состояния двигателя и метеорологи­ческих условий.

При испытании двигателя на судне были замерены:

часовой расход топлива G т = 77 кг;

число оборотов вала двигателя n = 550 об/мин;

температура воздуха, поступающего во впускной коллектор двигателя,

давление наружного воздуха — 755 мм. рт. ст.;

коэффициент избытка воздуха при горении ?’ = 1,95.

Согласно стендовым испытаниям номинальная мощность двигателя при n = 550 об/мин равна N е = 400 л. с. На эту мощность и рассчитан гребной винт. При режиме работы двигателя на испытательном стенде было установ­лено:

Удельный расход топлива g e = 0,177 кг/э. л. с.ч.

Коэффициент избытка воздуха при горении ? = 2,2.

Температура воздуха Т = 298°К.

Давление воздуха р = 755 мм рт. ст.

Эффективная мощность двигателя без корректировки удельного рас­хода топлива согласно замеренному часовому расходу топлива будет равна

Действительный удельный расход топлива при работе двигателя на судне в период испытаний

Действительная эффективная мощность, развиваемая двигателем на судне,

что совпадает со стендовыми данными.

Предлагаемый метод исправления (корректировки) замеряемой эф­фективной мощности двигателя на судне по расходу топлива позволяет зна­чительно расширить область определения мощности по косвенным показа­телям.

Метод определения эффективной мощности по косвенным показателям, с корректировкой соответственно изменению коэффициента избытка возду­ха при сгорании топлива в цилиндре испытываемого двигателя, может быть вполне применим и при теплодинамометрических испытаниях судна, про­водимых с целью определения технического состояния двигателя.

Очень важно, что этим методом можно пользоваться в повседневной работе теплопартий пароходств.

Источник

Adblock
detector