Принципиальные схемы энергетических систем СЭУ

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 4Следующая ⇒

Общие сведения. Системы СЭУ объединяют главные и вспомогательные механизмы в единый энергетический комплекс.Системой СЭУ называется совокупность специализированных трубопроводов с механизмами, аппаратами, устройствами и приборами, предназначенными для выполнения определенных функций, обеспечивающих нормальную эксплуатацию СЭУ. В общем случае в состав системы входят трубопроводы (цистерны, баки, баллоны) и приборы (манометры, вакуумметры, термометры, расходометры). К очистным аппаратам относятся фильтры грубой и тонкой очистки, фильтрационные установки, центробежные и статические сепараторы, отделители. Теплообменные аппараты по назначению подразделяются на подогреватели, охладители, испарители и конденсаторы. К аппаратам различного назначения относятся глушители шума на входе в двигатели и механизмы и выходе из них, искрогасители выпускных газов судовых двигателей, конденсатоотводчики и т.д. В конкретную систему может входить только часть перечисленного оборудования. Системы СЭУ классифицируют по назначению на: топливные, масляные, водяного охлаждения (забортной и пресной водой), воздушно-газовые (подвода воздуха для горения топлива, сжатого воздуха, газовыпуска, дымоходы судовых котлов), конденсатно-питательные и паровые.

СЭУ всех типов снабжены системами топливной, масляной, охлаждения, пускового воздуха, воздухоприемной и газовыпуска.

Таблица 2. Параметры вспомогательного оборудования систем ДУ с МОД для выбранного типоразмера цилиндра из ряда МС

№	Наименование	Обозначение	Размерность	Значение для 1 цилиндра	Значение для 9 цилиндров
1	Расход воздуха		кг/с	9,45	85,05
2	Расход газов		кг/с	9,63	86,67
3	Температура газов		°С	235	-
4	Подача циркуляционного топливного насоса		м3/ч	1,57	14,13
5	Подача топливоподкачиваю- щего насоса		м3/ч	0,92	8,28
6	Подача насоса пресной воды		м3/ч	29,3	264,7
7	Подача насоса забортной воды		м3/ч	111,7	1005,3
8	Подача главного масляного насоса		м3/ч	82,5	742,5
9	Подача насоса смазки распределительного вала		м3/ч	1,73	15,57
10	Отвод тепла от продувочного воздуха		кВт	1473	13257
11	Отвод теплоты с маслом		кВт	310	2790
12	Поток забортной воды через маслоохладитель		м3/ч	38,2	343,8
13	Отвод теплоты от пресной воды		кВт	490	4410

Топливная система; назначение и состав. Топливные системы предназначены для приема, хранения, перекачивания, очистки, подогрева и подачи топлива к двигателям и котлам, а также для передачи топлива на берег или на другие суда. В СЭУ преимущественно используется жидкое топливо, являющееся преимущественно продуктом перегонки нефти различного состава. Жидкое топливо размещается в двойном дне, а также в бортовых и поперечных отсеках. Погрузка топлива на судне производится береговыми средствами или средствами специального судна-раздатчика (танкера, наливной баржи). Для приема топлива на главной палубе или под палубой прокладывают постоянный трубопровод с приемными отростками, выведенными к обоим бортам. Топливный трубопровод должен располагаться в местах, защищенных от механических повреждений, и на всем протяжении быть доступным для осмотра и ремонта.

Топливная система СЭУ должна обеспечивать:

1) прием топлива с берега, хранение его в емкостях основного запаса;

2) перекачку из одних емкостей в другие и выдачу на берег;

3) очистку топлива от воды и механических примесей;

4) непрерывную подачу топлива требуемой вязкости к главным и вспомогательным парогенераторам, дизелям или ГТД. Топлива, применяемые в СЭУ, подразделяют на дистиллятные и тяжелые. К дистиллятным относят дизельные и газотурбинные топлива. Тяжелые топлива – это смеси дистиллятных с остаточными топливами.

Типы топлив, используемые в МОД и их основные характеристики

1) Дизельное топливо относится к категории легких и отличается высоким качеством: содержит мало серы, имеет невысокую кислотность и низкую зольность, в нем нет воды и механических примесей. Такое топливо используется в быстроходных дизелях как основное, в СОД, МОД и частично в ГТД.

2) Моторное топливо ДТ и дизельный мазут ДМ, ГОСТ 305-82 применяются для СОД и МОД, хорошо приспособленных для этого топлива. Однако перед сжиганием в ДУ требуется специальная подготовка этих топлив.

3) Флотский мазут марок Ф-5 и Ф-12 относится к тяжелым топливам повышенной вязкости и является основным для МОД и СОД. Содержание в нем серы невысокое.

4) Топочный мазут марок М-20, М-40, М-80, относящийся к остаточным топливам, предназначен в основном для сжигания в топках паровых котлов, но также может использоваться как топливо для МОД после дополнительной подготовки, включающей в себя обессоливание.

На судах с различными типами СЭУ схемы топливных систем существенно не отличаются одна от другой. На рисунке 10 представлена принципиальная схема топливной системы дизельной установки.

Рис. 10. Схема топливной системы

1-расходная цистерна тяжелого топлива, 2-расходная цистерна легкого топлива, 3-топливоподающие насосы, 4-циркуляционные топливные насосы, 5-топливоподогреватель, 6-топливные фильтры, 7-топливный насос высокого давления, 8-рециркуляционный трубопровод, 9-вентиляционная система. Насосы выбираем по известной подаче, согласно типоразмерному ряду характеристик вспомогательного оборудования главного двигателя.

[10] Характеристики топливоподающего насоса марки НМШ 12-25-10/10:

Подача – 10 м3/ч;

Напор – 10 кг/см2;

Мощность привода – 11 кВт;

Частота вращения – 1500 об/мин;

Масса – 194 кг;

Длина – 8 мм;

Ширина – 314 мм;

Высота – 575 мм.

[10] Характеристики топливоциркуляционного насоса марки НМШГ 20-25-14/10:

Подача – 14м3/ч;

Напор – 10 кг/см2;

Мощность привода – 7,5 кВт;

Частота вращения – 1000 об/мин;

Масса – 214 кг;

Длина – 989 мм;

Ширина – 290 мм;

Высота – 640 мм.

Масляная система; назначение и состав. Предназначены для приема, хранения, перекачивания, очистки, и подачи масла к местам охлаждения и смазки трущихся частей деталей механизмов, а так же для передачи его на берег или на другие суда. Масло в СЭУ применяется для смазки и отвода теплоты от трущихся поверхностей двигателей, механических передач, дейдвудных, опорных и упорных подшипников валопровода, охлаждения поршней дизелей, работы системы автоматического регулирования управления и защиты (РУЗ). Основным оборудованием, входящим в масляную систему, являются насосы, фильтры, сепараторы, охладители и подогреватели. Применяемые насосы по конструкции бывают шестеренными и винтовыми.

Масла используемые в СЭУ Наиболее широкое применение в СЭУ нашли минеральные масла. В системах смазки МОД используют два сорта масел. Для циркуляционной смазки деталей движения подшипников и охлаждения поршней применяются моторные масла с малой вязкостью. Для смазки рабочих цилиндров используют цилиндровые масла с высокой вязкостью и стабильностью при высоких температурах. Для улучшения функциональных свойств базовых масел в них вводят специальные присадки: моющие, антиокислительные, антикоррозионные, противоизносные, противозадирные, антипенные, вязкостные и другие. Судовые установки с МОД имеют наиболее сложные циркуляционные масляные системы. Они включают несколько самостоятельных систем:

1) напорную – для смазки механизма движения и для охлаждения поршней;

2) гравитационную – для смазки гозотурбонагнетателя;

3) линейную – для смазки цилиндров;

напорную – для смазки механизмов привода топливных насосов и системы газораспределения. Принципиальная схема системы смазки дизельной установки представлена на рисунке 11.

Рис. 11. Схема системы смазки ДУ

1-сточная циркуляционная система, 2-циркуляционные насосы, 3-маслоохладитель, 4-система автоматического регулирования системы смазки, 5-маслянный фильтр, 6-цистерна запаса масла, 7-цистерна запаса масла. Главный масляный насос выбираем по известной подаче, согласно типоразмерному ряду характеристик вспомогательного оборудования главного двигателя.

Подбираем блок из 2масленных насосов.

[11] Характеристики главного масляного насоса марки 3Вх2 500/10-400/10Б:

Подача – 400 м3/ч;

Давление насоса 10 кгс/см2

Мощность привода – 132 кВт;

Длина – 2580 мм;

Ширина – 850 мм;

Высота –1260;

Масса – 2600 кг;

Вакуумметрическая высота всасывания – 5 м.

Характеристики насоса смазки распределительного вала марки БГ11-22:

Подача – 18 м3/ч;

Давление 2,5кгс/см2;

Частота вращения - 1450 об/мин;

Масса – 34 кг;

Длина – 500 мм;

Ширина – 200 мм;

Высота – 252 мм.

Расчёт поверхности теплообмена маслоохладителя.

Расчитываем необходимую поверхность теплообмена

FОХЛ - поверхность теплообмена;

Q – тепловой поток;

k – коэффициент теплопередачи;

Δtср – средняя тазница температур между двумя жидкостями, обменивающимися теплом. Для этого узнаем температуры в теплообменниках:

kМО = 300…500 (800, если повысить турболизацию) кДж/(м2 ч С) СЗВ=4,19 кДж/(кг град); СМ=2,05 кДж/(кг град);

По полученной поверхности теплообмена выбираем 4 маслоохладителя марки ОКП 376-1050-2.

Характеристики маслоохладителя:

Поверхность теплообмена – 376 м2;

Расход забортной воды – 138,8 кг/с;

Расход масла – 55,5 кг/с;

Гидравлическое сопротивление по забортной воде – 0,020 МПа;

Гидравлическое сопротивление по маслу – 0,110 МПа;

Длина – 4630 мм;

Ширина – 1310 мм;

Высота – 1320 мм;

Масса рабочая – 9121 кг.

И выбираем 1 маслоохладитель марки ОКП 108-700-3.

Характеристики маслоохладителя:

Поверхность теплообмена – 108 м2;

Расход забортной воды –83кг/с;

Гидравлическое сопротивление по забортной воде – 0,050 МПа;

Длина – 2380 мм;

Ширина – 900 мм;

Высота – 10300 мм;

Масса брутто – 3970 кг.

Система охлаждения; назначение и состав.

Система охлаждения в дизельных установках предназначена для отвода теплоты от отдельных узлов главных и вспомогательных двигателей, турбонагнетателей и воздухоохладителей. В главных двигателях охлаждаются втулки, крышки и поршни рабочих цилиндров, форсунки, выпускные клапаны и коллекторы, а во вспомогательных двигателях – цилиндры.

Главные судовые дизели имеют сложную систему охлаждения. Но во всех случаях охлаждение пресной воды и масла осуществляется забортной водой в водо- и маслоохладителях. Наиболее сложные системы охлаждение ДУ, обычно двухконтурные (пресной и забортной водой). Отдельные узлы главного двигателя охлаждаются маслом и топливом. В зависимости от рода жидкости, охлаждающей цилиндры, поршни и форсунки двигателя, различают следующие системы:

1) с охлаждением цилиндров, поршней и форсунок пресной водой;

2) с охлаждением цилиндров и форсунок пресной водой, а поршней - маслом;

3) с охлаждением цилиндров пресной водой, поршней – маслом, а форсунок – топливом.

На рисунках 12 и 13 представлены схемы охлаждения дизельной СЭУ пресной и забортной водой соответственно.

Рис. 12. Система охлаждения дизельной СЭУ пресной водой.

1-ДВС; 2-деаэратор; 3-расширительная цистерна; 4-циркуляционные насосы; 5-вакуумная опреснительная установка; 6-водоохладитель пресной воды; 7-подогреватель воды; 8-система регулирования температуры воды; 9-воздухоохладитель; 10-температурный датчик. Насосы пресной воды и забортной выбираем по известной подаче, согласно типоразмерному ряду характеристик вспомогательного оборудования главного двигателя.

Характеристики центробежного насоса пресной воды марки НЦВ 400/20А:

Подача – 400 м3/с;

Напор – 200 Дж/кг;

Частота вращения –1500об/мин;

Мощность привода – 30 кВт;

Подача на нижней границе области допустимых режимов – 255 м3/ч;

Подача на верхней границе области допустимых режимов – 490 м3/ч;

Длина – 1250 мм;

Ширина – 740 мм;

Высота – 620 мм;

Масса – 469 кг.

Рис. 13. Система охлаждения дизельной СЭУ забортной водой.

1 – бортовой кингстонный ящик; 2 – воздушные трубы; 3 – насосы забортной воды; 4 – датчик температуры забортной воды, подающий импульс на терморегулятор 9; 5 – маслоохладитель; 6 – охладитель продувочного воздуха; 7 – охладитель пресной воды; 8 – охладитель масла распредвала; 10 – отливной клапан; 11 – отливной коллектор; 12 – дроссельная шайба; 13 – трубопровод рециркуляции (возврата); 14 – приемный фильтр; 15 – донный кингстонный ящик.

Подбираем блок из 2 центробежных насосов

Характеристики 1-го центробежного насоса забортной воды марки НЦВ 630/30АГ:

Подача – 630 м3/ч;

Напор – 300 Дж/кг;

Мощность привода – 70 кВт;

Частота вращения – 1500 об/мин;

Подача на низшей границе области допустимых режимов – 395 м3/ч;

Подача на верхней границе области допустимых режимов – 725 м3/ч;

Длина – 1365 мм;

Ширина – 870 мм;

Высота – 825 мм;

Масса – 699 кг;

Характеристики 2-го центробежного насоса пресной воды марки НЦВ 400/20А:

Подача – 400 м3/с;

Напор – 200 Дж/кг;

Частота вращения –1500об/мин;

Мощность привода – 30 кВт;

Подача на нижней границе области допустимых режимов – 255 м3/ч;

Подача на верхней границе области допустимых режимов – 490 м3/ч;

Длина – 1250 мм;

Ширина – 740 мм;

Высота – 620 мм;

Масса – 469 кг.

Расчёт поверхности теплообмена охладителя пресной воды.

Расчитываем необходимую поверхность теплообмена

FОХЛ - поверхность теплообмена;

Q – тепловой поток;

k – коэффициент теплопередачи;

kМО = 300…500 (800, если повысить турболизацию) кДж/(м2 ч С) СЗВ=4,19 кДж/(кг град); СМ=2,05 кДж/(кг град);

По результатам расчета выбираем охладитель пресной воды марки ОКН 220-1050-1(2)

Характеристики охладителя:

Поверхность теплообмена – 220 м2;

Расход забортной воды – 111,1 кг/с;

Расход пресной воды – 50,00 кг/с;

Давление забортной воды – 0,6 МПа;

Давление пресной воды – 1 МПа;

Гидравлическое сопротивление пресной воды – 0,017 МПа;

Гидравлическое сопротивление забортной воды – 0,070 МПа;

Длина – 3045 мм;

Ширина – 1310 мм;

Высота – 1320 мм;

Масса Брутто– 5517 кг.

Система пускового воздуха; назначение и состав.

Система пускового воздуха предназначена для обеспечения пуска главных и вспомогательных двигателей и реверсирования главных двигателей с прямой или механической передачей мощности на ВФШ.

Для пуска главных и вспомогательных двигателей устанавливаются воздухохранители (баллоны), давление воздуха в которых обычно принимается 2.5…3.0 МПа. Запас воздуха, предназначенный для пуска и реверсирования главных двигателей, должен обеспечить не менее 12 пусков попеременно на передний и задний ход каждого двигателя. Для пуска главных нереверсивных двигателей, а также главных дизель - генераторов запас воздуха должен быть достаточным для выполнения шести пусков двигателя наибольшей мощности из установленных, а при наличии более двух двигателей – не менее трех пусков каждого двигателя, подготовленного к действию. Для вспомогательных двигателей допускается один воздухохранитель объема, достаточный для выполнения шести последовательных пусков одного двигателя. При расположении вспомогательных двигателей на разных бортах судна устанавливают два баллона, по одному на каждый борт.

На судах с дизельной установкой сжатый воздух также используется для подачи звуковых сигналов при помощи тифона, создания напора в пневмоцистернах пресной и забортной воды, привода в действие пневматических инструментов и других нужд.

На рисунке 14 представлена принципиальная схема пускового воздуха ДУ.

Рис. 14. Схема пускового воздуха ДУ

1-главные компрессоры; 2–подкачивающий компрессор; 3-дизель компрессор; 4–баллоны пускового воздуха ГД; 5-баллоны пускового воздуха дизель - генераторов; 6-ДВС; 7–вспомогательный и аварийный дизель генераторы; 8-водомаслоотделитель; 9–подача воздуха на продувание кингстонов и хозяйственные нужды; 10-тифон. Система имеет два главных компрессора, один из которых является резервным и может быть выбран с такими же характеристиками, как и основной.

Расчет производительности компрессора

q – объем цилинрра двигателя;

D – диаметр поршня;

S – ход поршня;

z – число цилиндров;

zпусков - число последовательных реверсов (12)

Суммарная производительность компрессоров:

tK – время работы компрессора (0,5 – 1 ч)

Производительность одного компрессора 811,2/2=405,6 м3/ч

Производительность подкачивающего компрессора:

На основе рассчитанных данных выбираем основной компрессор марки Н-374

Характеристики компрессора:

Производительность – 505 м3/мин;

Потребляемая мощность – 99,3 кВт;

Длина – 2330 мм;

Ширина – 885 мм;

Высота – 1350 мм;

На основе рассчитанных данных выбираем подкачивающий компрессор марки Н-74

Характеристики компрессора:

Производительность – 170 м3/мин;

Потребляемая мощность – 33,8 кВт;

Длина – 1530 мм;

Ширина – 885 мм;

Высота – 1250 мм;

Суммарный объем баллонов:

Рраб – рабочее давление (32 атм)

Рmin – минимальное давление (5 атм)

По правилу Регистра нам нужно 2 баллона, поэтому 8,11/2=4,05 м3

Подобрать баллоны из типоразмерного ряда невозможно.

Система утилизации теплоты; состав и назначение. Утилизационные котлы предназначены для выработки пара за счет утилизации теплоты выпускных газов ДВС и ГТД. Судовые УК выполняются с пароперегревателями (при использовании пара турбогенераторами или пропульсивными паровыми турбинами) или без пароперегревателей (при снабжении только потребителей теплоты). В отличие от главных и вспомогательных котлов, УК чаще имеют многократную принудительную циркуляцию (естественная циркуляция применяется крайне редко), что обусловлено невысокой температурой выпускаемых газов, а также преимущественно змеевиковой формой испарительной поверхности УК. Эффективность УК оценивается коэффициентом использования теплоты выпускных газов ŋн.т, который представляет собой отношение теплоты, воспринятой водой в УК в процессе ее парообразования в пар, к располагаемой теплоте выпускных газов.

Отработавшие газы из ТНА поступают в УПГ. Образующийся насыщенный пар поступает в сепаратор, осушается и подводится к потребителям. При наличии пароперегревателя перегретый пар поступает к утилизационному турбогенератору. Конденсат от потребителей собирается в теплом ящике, откуда перекачивает питательным насосом в сепаратор. Циркуляционный насос подает воду в УПГ. При проектировании системы утилизации теплоты может быть использована схема глубокой утилизации, представленной на рисунке 15.

Рис. 15. Схема системы утилизации теплоты.

1-УК; 2-сепаратор пара; 3-общесудовые потребители; 4-УТГ; 5-вакуумный конденсатор; 6-конденсатный насос; 7, 11-подогреватели конденсата 1-ой и 2-ой ступени соответственно; 8-теплый ящик; 9-питательный насос; 10-циркуляционный насос.

Расчет производительности и мощности парогенератора.[4]

производительность утилизационного котла, где Gот.г =30000 кг/ч - расход газов, Сг =1,05 кДж/кг*К – средняя массовая изобарная теплоемкость выпускных газов, tот.г вх = 240 0С-тампература отработавших газов на входе в УП, tот.г вых = 175 0С-температура отработавших газов на выходе из УП (принимаем ее значение на 25-30 0С выше температуры пара 150 0С, поступающего к потребителям), iпара=2700 кДж/кг – энтальпия пара, iпит.в=800 кДж/кг-энтальпия питательной воды.

мощность утилизационного котла, где dптг ут – удельный расход пара, принимается из промежутка 7-7,5 кг/кВт*ч.

По рассчитанной производительности выбираем утилизационный котел марки КУП40СИ. оборудование топливный судно энергетический

Характеристики утилизационного котла:

Паропроизводительность – 1350 кг/ч;

Поверхность нагрева – 40 м2;

Рабочее давление пара – 1 МПа;

Длина – 2306 мм;

Ширина – 2060 мм;

Высота – 3880 мм;

Масса сухого котла – 3,3 т;

Масса котла с водой – 3,5 т.

По известной производительности пара выбираем сепаратор марки СЦ-1,5-4М

Характеристики сепаратора:

Производительность – 1,5 м3/ч;

Давление нагнетания – 0,24 МПа;

Частота вращения – 141,6 с-1;

Мощность привода – 3,2 кВт;

Длина – 895 мм;

Ширина – 730 мм;

Высота – 800 мм;

Масса – 220 кг.

Расчет производительности опреснительной установки.

где QПР = 4410 кВт – количество теплоты, отведенное от пресной воды, к = 0,95 – коэффициент потерь в окружающую среду, r = 2000 кДж/кг – удельная теплота парообразования.

По рассчитанной производительности выбираем двухступенчатую опреснительную установку фирмы ATLAS, марки AFGU 2-S81.

Характеристики ОУ:

Номинальная производительность – 190 т/сут;

Наибольший расход греющей воды – 415 м3/ч;

Температура, соответствующая наибольшему расходу греющей воды – 76 0С;

Наименьший расход греющей воды – 220 м3/ч;

Температура, соответствующая наименьшему расходу греющей воды – 83 0С;

Расход электроэнергии на работу установки – 28 кВт;

Длина – 6,2 м;

Ширина – 3 м;

Высота – 2,8 м;

Масса – 18000 т.

Газовыпускная система; состав и назначение. Предназначена для отвода продуктов сгорания от главных и вспомогательных двигателей и котлов, для транспортировки высокотемпературных газов (150 – 500 0С), обладающих токсичностью и несущих несгоревшие частички топлива в виде искр, которые могут вызвать пожар. В ее состав входят газовыпускные трубопроводы, глушители шума, искрогасители, компенсаторы температурных расширений, утилизационные котлы и другие элементы. Каждый дизель должен иметь отдельный газоотводной трубопровод, выводимый в общую дымовую трубу, расположенную над настойками судна. Дымоход изготовляют из листовой стали, с внешней стороны его защищают слоем изоляционного материала. Газовыпускные трубы изготовляют из стальных труб стандартных размеров небольшой длины, соединяемых между собой с помощью фланцев. Для компенсации тепловых удлинений в газовыпускной трубопровод необходимо встраивать специальный эластичный элемент – компенсатор, который также снижает уровень шума и вибрации. Применяют сальниковые и линзовые компенсаторы. В системах газовыпуска обычно устанавливают глушители шума и предусматривают искрогасители.

На рисунке 15 представлена принципиальная схема газовыпуска ДУ.

Рис. 15. Схема газовыпуска ДУ

1 – вспомогательный дизель; 2 – главный дизель; 3 – опора (подвеска); 4 – вспомогательный парогенератор; 5 – паровой искрогаситель; 6 - глушитель-искрогаситель; 7 – кожух дымовой трубы с жалюзи для приема наружного воздуха; 8 – двери естественной вентиляции; 9 – выгородка с жалюзи для приема наружного воздуха; 10 – нагнетательный вентилятор; 11 – утилизационный парогенератор; 12 – труба аварийного слива воды; 13 – компенсаторы; 14 – трубы для спуска гудрона; 15 – главный электрощит.

Расчет параметров оборудования [4]:

необходимое сечение дымохода, где Vг – объемный расход выхлопных газов; aS– суммарный коэффициент избытка воздуха, для МОД фирмы MAN aS=3,0-3,7, принимаем =3,5; L0 = 14,33 кг/кг - теоретически необходимое количество воздуха для сгорания топлива, Wг = 20…40 м/с - скорость газа, принимаем Wг = 40 м/с, - плотность газа, где рг = 3-4 кПа - давление газа, принимаем рг = 3,5 кПа, R = 287,1 Дж/кг*К - газовая постоянная, Тг = 260 0С – температура газа.