авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

«Федеральное агентство по образованию Дальневосточный государственный технический университет (ДВПИ им. В.В. Куйбышева) Н.А. Гладкова ...»

-- [ Страница 2 ] --

Содержание пояснительной записки (перечень вопросов, подлежащих разработке) Введение Раздел 1 Судовая энергетическая установка теплохода водоизмещением 37 000 тонн 1.1 Описание прототипа судна 1.2 Технико-экономическое обоснование выбора судовой энергетической установки 1.3 Определение мощности главного двигателя 1.4 Расчет тепловой схемы газотурбинного двигателя 1.5 Расчет основных параметров главного утилизационного турбозубча того агрегата 2 Определеие потребности судна в электроэнергии, паре и пресной воде 3 Выбор энергетического оборудования 3.1 Выбор главного двигателя 3.2 Выбор парогенераторов 3.3 Выбор опреснительной установки 3.4 Выбор судовой электростанции 4 Энергетическая эффективность 5 Расчет эксплуатационной эффективности СЭУ Выводы Раздел 2 Исследование накипеобразования в элементах судовых энергети ческих установках Введение 2.1 Исследование процессов накипеобразования в судовых энергетических установках 2.1.1 Современные представления о процессе накипеобразования 2.1.2 Химический состав накипи 2.2 Основные параметры, влияющие на процессы накипеобразования 2.2.1 Факторы, влияющие на процессы накипеобразования 2.2.2 Влияние тепловых и гидравлических параметров на накипеобра зование 2.2.3 Влияние температуры теплоотдающей поверхности 2.2.4 Влияние тепловой нагрузки 2.2.5 Влияние скорости потока 2.3 Установка для исследования процессов накипеобразования при вынуж денном движении морской воды в элементах судовых энергетических уста новок 2.4 Анализ методов борьбы с накипеобразованием 2.4.1 Магнитная обработка воды 2.4.2 Подкисление высокоминерализованной воды дымовыми газами 2.4.3 Электромагнитное воздействие с переменной частотой 2.5 Внедрение фосфонатов-антинакипинов Выводы Общие выводы и заключение Графическая часть 1 Общее расположение механизмов в МКО. Формат А1.

2 Тепловая схема СЭУ. Формат А1.

3 Схема экспериментальной установки. Формат А1.

4 Схема процесса накипеобразования. Формат А1.

Рекомендуемая литература 1 Регистровая книга – книга 2003\ fail_shipr\93\930319\r. htm.

2 Российский Морской Регистр судоходства. Правила классификации и постройки морских судов. – Л.,2007.

3 Балабан-Ирменин Ю.В., Рубашов А.М. Думнов В.П. Проблемы внедре ния антинакипинов в системах теплоснабжения // Промышленная энергетика. – 1994. – № 4.

4 Балабан-Ирменин Ю.В., Бессолицын С.Е., Рубашов А.М. Применеие термодинамических критериев для оценки накипеобразующей способности во ды в сетевых подогревателях // Теплоэнергетика. – 1996. – № 8.

5 Богловский А.В., Васина Л.Г. Закономерности ограничения накпипеоб разования с помощью фофотов // Энергосбережение и водоподготовка. – 1998, – № 3.

6 Гнеденков С.В., Синебрюхов С.Л., Коврянов А.Н и др. Влияние покры тий на интенсивность процессов солеотложения // Электронный журнал «Ис следовано в России», 2003.

7 Гнеденков С.В., Синебрюхов С.Л., Коврянов., Минаев А.Н., Машталяр Д.В., Гордиенко Л.С. Влияние покрытий на интенсивность процессов солеот ложения //zhurnal/ape/relarn/ru/articles/2003/146/pdf.

8 Клименюк И.В., Макаревич А.В., Минаев А.Н. Судовые энергетические установки. Учеб. пособ. – Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2008.

9 Сизых В.А. Судовые энергетические установки. – 3-у изд., перераб. и доп. М.: РКонсультант, 2003.

3.3. Пример выполнения расчёта Тема выпускной работы бакалавра: «Судовая энергетическая установ ка буксира водоизмещением 150 тонн».

Описание прототипа судна Судно построено в 1989 г. на судостроительной верфи в Гданьске. Буксир «Вега-2» является стальным однопалубным одновинтовым судном с двух ярус ной рубкой.

Судно имеет ограниченный район плавания III и предназначено для бук сирных и кантовочных работ в порту, на рейде, а также может быть использо вано для перевозки на главной палубе грузов не больших габаритов и массой до двух тонн.

В соответствии с требованиями Российского морского Регистра судоход ства судно имеет класс KM/ЛЗ III буксир. Судну разрешено плавание за ледо колом, а также самостоятельное плавание в мелко битом льду.

Энергетическая установка размещена в средней части судна. Главный двигатель – дизель производства "Зульцер" марки 6AL20/24. Движителем явля ется винт регулируемого шага с дистанционным управлением шага винта из рулевой рубки, диаметром 2,1 м. Основные характеристики судна приведены в таблице 3. Таблица 3.2 – Основные характеристики судна Наименование показателя Значение Длинна наибольшая, м 25, Ширина по миделю, м 7, Длинна между перпендикулярами, м 22, Высота борта на миделе, м 3, Водоизмещение, т 144, Скорость хода, м/с 5, Автономность, сут. Мощность главного двигателя, кВт Запас дизельного топлива, т 8, Запас смазочного масла, т 0, Запас пресной воды, т 1, Запас провианта, т 0, Тяговое усилие, кН. Экипаж, чел. Передача вращающего момента от главного двигателя к гребному винту производится при помощи нереверсивной редукторной передачи с передаточ ным числом 3:1, соединённой с главным двигателем подвижной муфтой.

Для обеспечения судовых потребителей электроэнергией в МКО уста новлен вспомогательный дизель-генератор ZE400/54 мощностью 54 кВт. Кроме дизель-генератора источником электроэнергии является: батарея кислотных ак кумуляторов, напряжением 24 В, ёмкостью 165 Ач типа 10КРL100р/м, предна значенных для питания навигационного оборудования.

В качестве аварийного источника электроэнергии служит батарея щелоч ных аккумуляторов напряжением 24 В, ёмкостью 200 Ач типа 10KPL200. Во время стоянки у причальной стенки электрическое питание производиться от бе регового источника электроэнергии через коробку питания напряжением 380 В, 50 Гц, которая полностью обеспечивает потребность в электроэнергии на судне.

Буксир оборудован электрогидравлической рулевой машиной типа М 32-11-1/Е с двумя насосными агрегатами. Рулевая машина обеспечивает пере кладку руля из положения +35 ° в положение – 30 ° за 28 секунд при работе од ного насосного агрегата.

Управление рулевой машиной производится из рулевой рубки, а также предусмотрено резервное управление – непосредственно на рулевой машине при помощи кнопок, аварийное управление – вручную на палубе при помощи румпеля наложенного на баллер руля и двух талей.

В состав рулевого устройства входят:

руль;

рулевой привод;

рулевая машина;

телединамическая передача.

В состав якорного устройства входят:

якорно-швартовный шпиль типа 1 VSPII/17,5 с тяговым усилием на звёз дочке – 12,5 кН на швартовном барабане – 9,5 кН со скоростью выборки якоря – 0,175 м/с, швартовных – тросов – 0,272 м/с;

один стоп-анкер адмиралтейского типа массой 75 кг;

два якоря Холла массой 250 кг каждый;

стопор якорной цепи типа SK-19/17,5/RO/L;

переносная кран-балка грузоподъёмностью 0,3 т, предназначеная для вы дачи запасного якоря;

багор.

В состав швартовного устройства входят:

четыре крестовых двойных швартовных креста;

восемь крестовых единичных швартовных кнехтов;

восемь швартовных клюзов;

две киповых планки с одним роульсом;

три стальных швартовных троса диаметром 10 мм и один стальной швар товный трос диаметром 12 мм;

тридцати шинных кранцев.

В состав буксирного устройства входят:

буксирный гак с тяговым усилием 80 кН с амортизаторами и ограничите лями поворота на 60 ° на оба борта, снабжённым устройством дистанционной отдачи троса из рулевой рубки;

стальной буксирный трос диаметром 28 мм;

крестовый единичный кнехт на корме судна;

кормовой буксирный трос с роульсами;

два ограничителя перемещения буксирного троса на фальшборте;

буксирная арка;

тросовый стопор.

Судно оборудовано спасательными устройствами в соответствии с требо ваниями Российского морского Регистра судоходства. Спасательное устройство состоит из двух спасательных плотов типа ПСН-6М, установленных на навигацион ной палубе;

двух спасательных кругов, установленных на главной палубе;

двух спасательных кругов, оборудованных светящимися буйками уста новленных на навигационной палубе;

десяти спасательных жилетов.

Системы, обслуживающие судовую энергетическую установку (СЭУ), предназначены для обеспечения нормальной работы главного двигателя, редук тора, вспомогательного дизель-генератора, вспомогательного котла.

В состав систем обслуживающих СЭУ входят:

топливная система;

система смазки (масляная система);

система охлаждения;

система сжатого воздуха.

Ниже приводится пример расчёта этих систем.

Расчет систем Топливная система Топливные цистерны правого борта и левого борта соединены между со бой магистральным трубопроводом, который обеспечивает поддержание оди накового уровня в обеих цистернах. Избыток топлива при наполнении цистерн переливается через трубопровод в переливной танк, оборудованный системой сигнализации по переливу, имеющей поплавковое реле сигнализации уровня.

Для наполнения расходной цистерны топлива следует применять насос сепаратора топлива, что обеспечит накопление сепарированного топлива. Насос перекачки топлива следует применять только в случае неисправности сепарато ра топлива. Избыток топлива, подаваемого в расходную цистерну, отводится по переливной трубе в цистерну запаса топлива левого борта.

К сточной цистерне подводятся утечки топлива из поддонов, расходной цистерны, отстойной цистерны, топливного фильтра, сепаратора топлива. Для опорожнения цистерны сточного топлива служит сепаратор топлива, который по сле сепарации нагнетает топливо в расходную цистерну. Топливная система также предназначена для откачки топлива из запасных цистерн трубопроводов топлива с помощью топливоперекачивающего насоса и выдачу на главную палубу.

Для главного двигателя, вспомогательного дизель-генератора, вспомога тельного котла применяется дизельное топливо Л-0,2 и Л-0,5 ГОСТ 305-82.

Расход топлива ГД в течение периода автономности:

GТГД = 103 N e g e, (3.1) где Ne = 597 кВт – мощность ГД;

ge = 0,199 кт/(кВтч) – удельный расход топлива ГД;

= 4 суток (96 ч) – автономность плавания буксира.

GТГД = 10 3 597 0,199 96 = 11,4 т.

Расход топлива дизель-генератора:

GТДГ = 103 N er g er, (3.2) где Ner = 54 кВт – мощность ГД;

ge = 0,253 кг/(кВтч) – удельный расход топлива ГД.

GТДГ = 10 3 54 0,253 96 = 1,3 т.

Расход топлива на вспомогательный котел:

GТ = GВК 103, ВК (3.3) где GBK = 7 кг/ч – расход топлива вспомогательного котла;

= 4 суток = 96 ч. – автономность плавания буксира.

GТВК = 10 3 7 96 = 0,7 т.

Запас топлива на СЭУ на период автономности:

( ) ВТ = К м GТГД + GTДГ + GТВК, (3.4) где Км = 1,15 1,2 – коэффициент морского запаса;

GТГД – расход топлива ГД в течение периода автономности.

ВТ = 1,15 (11, 4 + 1,3 + 0,7 ) = 15 т.

Вместимость цистерн запаса топлива:

k1 k 2 ВТ Vозт =, (3.5) Т где т = 0,86 т/м3 – плотность дизельного топлива;

k1 = 1,02 1,05 – коэффициент загромождения цистерны;

k2 = 1,005 1,05 – коэффициент, учитывающий «мертвый» объём цис терны.

1,02 1,005 Vозт = = 17,9м 3.

0, Принимаем две цистерны запаса топлива (правого и левого борта) по 9 м3.

Объем расходной цистерны из расчета на 4 часа работы:

( ) 0,004k1 k 2 N e g e + N er g er + GTBK VPT =, (3.6) T где т = 0,86 т/м3 – плотность дизельного топлива;

k1 = 1,02 1,05 – коэффициент загромождения цистерны;

k2 = 1,005 1,05 – коэффициент, учитывающий «мертвый» объём цис терны;

Ne = 597 кВт – мощность ГД;

ge = 0,199 кт/(кВтч) – удельный расход топлива ГД;

Ner = 54 кВт – мощность ГД;

ger = 0,253 кг/(кВтч) – удельный расход топлива ГД;

GТВК – расход топлива на вспомогательный котел;

0,004 – постоянный расчетный коэффициент.

0,004 1,02 1,005 (597 0,199 + 54 0,253 + 7 ) V PT = = 0,66 м 3.

0, Ёмкость цистерны грязного топлива:

V ГТ = V РТ 0,1, (3.7) где 0,1 – расчетный коэффициент.

VГТ = 0,66 0,1 = 0,07м 3.

Производительность топливоперекачивающего насоса:

VОЗТ К QТН =, (3.8) б где К2 = 1,2 – коэффициент износа топливного насоса;

б = 2 4 ч – время бункеровки;

Vозт = 9 м3 – емкость наибольшей цистерны запаса топлива.

9 1, QТН = = 5,4 м3/ч.

Для перекачивания топлива предусматриваем 2 насоса с независимым приводом, один из которых является резервным. Принимаем к установке два винтовых насоса типа АНА-38-4 с подачей Qтп = 6,6 м3/ч и давлением нагнета ния 0,4 МПа.

Производительность топливоподкачивающего насоса ГД:

Ne ge Q ГД = (1,5 2,5) 10 3, (3.9) T где Ne = 597 кВт – мощность ГД;

ge = 0,199 кт/(кВтч) – удельный расход топлива ГД;

т = 0,86 т/м3 – плотность дизельного топлива;

(1,52,5) – принимаемый постоянный расчетный коэффициент.

2 10 3 597 0, = = 0,28 м3/ч.

QГД 0, Принимаем к установке два винтовых насоса типа AHA-15-6 с подачей 0,3 м /ч и давлением нагнетания 6 МПа.

Производительность топливоперекачивающего насоса ДГ:

N er g er Q ДГ = (1,5 2,5) 10 3, (3.10) T где Ner = 54 кВт – мощность ДГ;

ger = 0,253 кг/(кВтч) – удельный расход топлива ДГ.

Принимаем к установке винтовой насос типа AHA-15-6.

2 10 3 54 0, = = 0,032 м3/ч.

Q ДГ 0, Номинальная подача топливного насоса вспомогательного котла:

К 2 Ввк Q ВК =, (3.11) Т где К2 – коэффициент износа топливного насоса;

GBK = 7 кг/ч – расход топлива вспомогательного котла;

т = 0,86 т/м3 – плотность дизельного топлива.

1,27 QВК = = 0,01 м3/ч.

Принимаем к установке насос типа ТЗМ-1,5.

Производительность одновременно работающих сепараторов легкого топлива:

24 ( N e g e + N er g er + G ВК ) QСТ =, (3.12) Т СТ где ст = 8 12 ч – время сепарации топлива;

24 ч – время работы сепаратора;

Ne = 597 кВт – мощность ГД;

ge = 0,199 кт/(кВтч) – удельный расход топлива ГД;

Ner = 54 кВт – мощность ГД;

ger = 0,253 кг/(кВтч) – удельный расход топлива ГД.

24 (597 0,199 + 54 0,253 + 7 ) QСТ = = 0,016 м3/ч.

(860 10) Устанавливаем сепаратор СЦ 1,5/1-П производительностью Qc = 2 м3/ч.

Масляная система Масляная система предназначена для приема, хранения, очистки и подачи масла потребителям. В судовых дизельных установках масло используется для смазки трущихся деталей главного двигателя, вспомогательных двигателей и обслуживающих механизмов, а также для охлаждения поршней, для питания гидромуфт, сервомоторов и систем автоматического регулирования.

Масло для циркуляционной системы главного перекачивается с берего вых или плавучих бункерных баз в запасные цистерны. Масляные цистерны оборудуются воздушными или переливными трубами с измерительными уст ройствами.

Система смазки главного двигателя – циркуляционная, масло из сточной цистерны отбирается масляным насосом, проходит через фильтры, холодиль ник и поступает на смазку подшипников распредвала, головного соединения штока поршня и шатуна. Масло, охлаждающее поршни через обратные трубки, сливается в масляный коллектор, затем поступает в сточную цистерну. Система смазки подшипников турбонагнетателя – гравитационная. Масло из сточного трубопровода поступает к насосу, затем через фильтры в цистерну, располо женную в шахте машинного отделения.

Количество отводимой теплоты от главного двигателя:

q ГД = (а мп + а мт )N e Q н g e, (3.13) где амп = 0,04 0,06 – доля теплоты, уносимой маслом при охлаждении поршней;

амт = 0,015 0,04 – доля теплоты, уносимой маслом при смазке двига теля;

QH = 42500 кДж/кг – низшая теплота сгорания дизельного топлива;

Ne = 597 кВт – мощность ГД;

ge = 0,199 кт/(кВтч) – удельный расход топлива ГД.

q ГД = (0,04 + 0,015 ) 597 42500 0,199 = 277702 кДж/ч.

Производительность циркуляционного масляного насоса главного двигателя:

К qГД QМН =, (3.14) м Т мСм где CМ = 1,9 кДж/(кгК) – теплоемкость масла;

К = 1,5 2 – коэффициент запаса;

Тм = 5 15 °С – изменение температуры;

рм = 910 кг/м3 – плотность масла.

1,5 QМН = = 20,1 м3/ч.

(910 12 1,9) Количество отводимой теплоты от дизель-генератора:

q ДГ = (а мп + а мт )N er Qн g er, (3.15) где амп = 0,04 0,06 – доля теплоты, уносимой маслом при охлаждении поршней;

амт = 0,015 0,04 – доля теплоты, уносимой маслом при смазке двига теля;

QH = 42500 кДж/кг – низшая теплота сгорания дизельного топлива;

Ner = 54 кВт – мощность ГД;

ger = 0,253 кг/(кВтч) – удельный расход топлива ГД.

q ДГ = (0,04 + 0,015 ) 54 42500 0,253 = 31935 кДж/ч.

Производительность циркуляционного масляного насоса дизель-генератора:

К q ДГ Q ДГ =, (3.16) м Т м С м где CМ = 1,9 кДж/(кгК) – теплоемкость масла;

К = 1,5 2 – коэффициент запаса;

Тм = 5 15 °С – изменение температуры;

рм = 910 кг/м3 – плотность масла.

1,5 Q ДГ = = 2,0 м3/ч.

(910 14 1,9) Выбираем шестеренный насос марки Ш31,5/2,5 с подачей,16 м3/ч и на пором 2,5 МПа.

Объем циркуляционной масляной цистерны главного двигателя:

(1,4...1,5) Q МН k1 k V МЦГД =, (3.17) z где k1 = 1,02 1,05 – коэффициент загроможденности;

k2 = 1,005 1,05 – коэффициент «мертвого» объема цистерны;

z = 75 90 – кратность циркуляции масла;

Qмн – производительность циркуляционного масляного насоса главно го двигателя;

(1,41,5) – принимаемый постоянный расчетный коэффициент.

1,4 20,1 1,02 1, VМЦГД = = 0,36 м3.

Объем циркуляционной масляной цистерны дизель-генератора:

(1,4...1,5) Q ДГ k1k VМЦДГ =, (3.18) z где QДГ – производительность циркуляционного масляного насоса дизель генератора;

k1 = 1,02 1,05 – коэффициент загроможденности;

k2 = 1,005 1,05 – коэффициент «мертвого» объема цистерны;

z = 75 90 – кратность циркуляции масла.

1,4 2 1,02 1, V МЦДГ = = 0,04м 3.

Объем цистерны отработавшего масла:

VОМ = (1,06...1,25 ) (V МЦГД + V МЦДГ ), (3.19) где VМЦГД – объем циркуляционной масляной цистерны главного двигате ля;

(1.061,25) – принимаемый постоянный расчетный коэффициент.

VОМ = 1,1 (0,36 + 0,04) = 0,44 м3.

Производительность масляного сепаратора:

VМЦГД Q мс =, (3.20) t см где tсм. = 1 3 ч – время сепарации всего масла.

Qмс = = 19 м3/ч.

Поверхность охлаждения маслоохладителя:

q ГД Fмх = (К м Т м ), (3.21) где qДГ – количество отводимой теплоты от дизель-генератора;

ТМ = (Тср.м. – Тср.в.) = 15 °С – разность средней температуры масла и забортной воды в маслоохладителе;

Км = 2000 кВт/м2·град. – коэффициент теплопередачи.

Fмх = = 9,3 м2.

(2000 15) Выбираем масляный холодильник марки 300/10-21-9.

Система охлаждения Система охлаждения предназначена для отвода теплоты от главных и вспомогательных двигателей, компрессоров и теплообменных аппаратов. В ДВС применяют замкнутую систему охлаждения. Двигатели охлаждаются пресной водой, которая в свою очередь охлаждается забортной водой в охладителе воды.

Количество теплоты, отводимой пресной водой от главного двигателя:

П g e N e Qн q ГД =, (3.22) где П = 0,1 0,15 – доля теплоты;

Ne = 597 кВт – мощность ГД;

ge = 0,199 кт/(кВтч) – удельный расход топлива ГД;

QH = 42500 кДж/кг – низшая теплота сгорания дизельного топлива;

3600 – числовая постоянная (с.).

0,1 0,199 597 q ГД = = 140 кВт.

Количество теплоты, отводимой пресной водой от дизель-генераторов:

П g er N er Q н q ДГ =, (3.23) где Ner = 54 кВт – мощность ГД;

ger = 0,253 кг/(кВтч) – удельный расход топлива ГД.

0,1 0,253 54 q ДГ = = 16 кВт.

Производительность насосов пресной воды охлаждения главного двигателя:

К (q ГД + q ДГ ) QНПВ =, (3.24) С ПВ t ПВ В где СПВ = 4,2 кДж/кгК – теплоемкость пресной воды;

tПВ = 5 15 °С – разность температур пресной воды на входе и вы ходе в систему;

В = 1000 кг/м3 – плотность воды;

К = 1,1 1,2 – коэффициент запаса;

qДГ – количество теплоты, отводимой пресной водой от дизель генераторов;

qГД – количество теплоты, отводимой пресной водой от главного двига теля.

1,1 (140 + 16 ) QНПВ = = 0,0041 м3/ч = 14,7м3/ч.

(4,2 10 1000 ) Выбираем два насоса марки НЦВ25/30 с подачей 25 м3/ч и давлением 0,3 МПа.

Подача насосов забортного контура охлаждения двигателей:

К (q ГД + q ДГ ) QНЗВ =, (3.25) С ЗВ t ЗВ ЗВ где СЗВ = 3,98 кДж/кгК – теплоемкость забортной воды;

tЗВ = 15 20 °С – разность температур забортной воды на ходе и вы ходе в систему;

ЗВ = 1025 кг/м3 – плотность забортной воды;

К = 1,1 1,2 – коэффициент запаса.

1,2 (140 + 16 ) QНЗВ = = 0,0031м 3 /ч = 11,0м 3 /ч.

(3,98 15 1025) Выбираем два насоса забортного контура марки НЦВ25/30 с подачей 25 м3/ч и давлением 0,3 МПа.

Поверхность охлаждения водяных холодильников:

K (q ГД + q ДГ ) FХВ =, (3.26) (К ХВ t ХВ ) где KXB = 3 кВт/(м2К) – коэффициент теплопередачи;

tХВ = 20 °С – температурный напор в водяном холодильнике;

К = 1,1 1,2 – коэффициент запаса;

qДГ – количество теплоты, отводимой пресной водой от дизель генераторов;

qГД – количество теплоты, отводимой пресной водой от главного дви гателя.

1,2 (140 + 16 ) FХВ = = 3,1 м2.

(3 20) Выбираем охладитель марки 300/5-11-2.

Система сжатого воздуха Система сжатого воздуха предназначена для обеспечения пуска главных и вспомогательных двигателей. Кроме этого сжатый воздух используется для работы звукового сигнала, пневматических инструментов и т.д.

В состав системы входят поршневые электрокомпрессоры, масловлагоот делители, трубопроводы, контрольно-измерительные приборы и устройства ав томатического регулирования системы.

Согласно требованиям Российского морского регистра судоходства, на судах предусмотрено для пуска главного двигателя не менее двух баллонов рав ной емкости, запас воздуха в которых должен обеспечивать не менее 12 пусков и реверсов.

Запас сжатого воздуха пополняется с помощью главных компрессоров, ко торых должно быть не менее двух (один резервный). Для удаления воды и масла из сжатого воздуха на трубопроводах между компрессорами и баллонами преду смотрен водомаслоотделитель, откуда они поступают в цистерну нефтеостатков.

Объём цилиндров главного двигателя:

V s = 0,25 D 2 S i, (3.27) где D = 0,137 м – диаметр цилиндра двигателя;

S = 0,165 м – ход поршня;

i = 6 – число цилиндров двигателя;

0,25 – постоянный расчетный коэффициент;

= 3,14.

Vs = 0,25 3,14 0,137 2 0,165 6 = 0,015 м3.

Количество свободного воздуха на z пусков двигателя:

Vc = z V s, (3.28) м 3 воздуха где = 6 8 – удельный расход воздуха на 1 м объема цилин м 3цилиндра дра при пуске холодным воздухом;

z = 12 – количество пусков для реверсивного двигателя.

Vc = 12 7 0,015 = 1,3 м3.

Суммарный объем баллонов:

Vc P V = (Pp Pmin ), (3.29) б где Рр = 3 МПа – рабочее давление воздуха в баллоне;

Рmin = 0,2 – минимально рабочее давление воздуха в баллоне;

Р0 = 0,1 – не рабочее давление воздуха.

1,3 0, V = = 0,05 м3.

(3 0,2) б При расчёте систем: топливной, масленой, охлаждения и сжатого воздуха пользовались единицами измерения некоторых величин, используемых в мор ской практике в соответствии с Международной системой единиц СИ (Прило жение И).

3.4. Вопросы экологической безопасности в морской технике В начале XXI в. экологическая ситуация во всём мире, в том числе и во многих регионах нашей страны, продолжает ухудшаться.

Одна из причин – увеличение потребностей человека и, как следст вие, усиление давления на окружающую среду. Не менее важную роль играет и потребительский характер нашей цивилизации: исход ное представление, что природа бесконечно богата и её единственная задача – служить людям, а также чрезмерное потребление ресурсов природы и загрязнение окружающей среды.

Наиболее правильным инженерным решением проблемы сни жения уровня и интенсивности антропогенного загрязнения окру жающей среды является использование максимально замкнутых без отходных и малоотходных технологий переработки сырья, комплекс ное использование всех его составляющих, сведения к минимуму ко личества газообразных, жидких, твёрдых и энергетических отходов непосредственно в технологических процессах. Концепция безотход ного производства была выдвинута академиками Н.Н. Семёновым и И.В. Петряновым-Соколовым.

В связи с непрерывным ростом численности мирового флота усиливается его влияние на загрязнение окружающей среды.

Морские суда в процессе эксплуатации используют морскую воду, которая после использования возвращается в морскую среду качествен но изменённой. В частности, забортную морскую воду используют на судах для обеспечения работы СЭУ. В этом случае происходит тепло вое загрязнение за счёт выноса обычного тепла, приобретаемого мор ской водой при её использовании для охлаждения ДВС и других уст ройств.

В связи с несовершенством систем, по которым проходит мор ская вода, используемая для указанных целей, часть её попадает в производственные помещения судна, где может смешиваться с раз личными загрязняющими веществами или другими, уже загрязнён ными водами и таким образом увеличивать объём загрязнённых вод, подлежащих сбросу с судна в море. Обычно такие «утечки» состав ляют часть так называемых льяльных вод.

Морскую воду используют, кроме того, для производственно технических нужд с целью поддержания в чистоте судовых грузовых и производственных помещений, механизмов и устройств, как этого требуют правила технической эксплуатации (ПТЭ) судна и условия перевозки грузов. В этом случае возможны различные виды загрязне нии, т.к. как воды, используемые для мойки судовых объектов, при сбросе в море могут нести с собой самые разнообразные загрязняю щие вещества в различных концентрациях и сочетаниях. Моющие воды, использованные и загрязненные в процессе мойки, называют промывочными.

Забортная вода необходима судну для балластировки и связан ных с ней вспомогательных операций с целью обеспечения необхо димых мореходных качеств судна. Здесь загрязнение морской среды происходит в зависимости от свойств и количества остатков веществ, которые ранее находились в заполняемых балластом ёмкостях, спо собов подготовки ёмкостей для приёма балласта и способов откачки балласта с судна. Такие воды называются балластными.

И, наконец, морскую воду используют на судах для бытовых и санитарно-гигиенических нужд экипажа. В данном случае загрязне ние морской среды происходит за счёт сброса с судов органических отходов, излишнее присутствие которых нарушает кислородный ба ланс в морской воде, а также за счёт внесения в неё различных болез нетворных микроорганизмов и паразитов, опасных как для человека, пользующегося такой загрязнённой водой, так и для обитателей жи вущих в морской среде.

Помимо морской воды самоходное плавучее транспортное сред ство потребляет и воздух из атмосферы для обеспечения горения топ лива СЭУ. В этом случае окружающая среда получает тепловое за грязнение атмосферы, обусловленное выбросом горячих газов из ра ботающих судовых двигателей, а также загрязнения в виде выброса несгорающих частиц топлива, продуктов сгорания топлива, несущих с собой различные вредные химические соединения (окиси серы, азо та, углерода, тяжёлых металлов). Указанные выбросы рассеиваются в атмосфере, осаждаются на поверхности воды или растворяются в ней.

Вредные выбросы с отработавшими газами судовых энергетиче ских установок представляют серьёзную экологическую проблему.

Основными компонентами судовой эмиссии являются оксиды азота, углерода, серы, высокомолекулярные ароматические углеводороды и твёрдые сажистые частицы.

Выбросы вредных веществ с отходящими газами различными типами судов приведены в таблице 3.3.

Таблица 3.3 – Выброс вредных веществ с отходящими газами (т/день) Тип судна (доля Твердые Углеводо NOх SOх CO данного типа судов частицы роды в мировом флоте, %) Автомобилевозы (7,6) 81 960 573 31 Балкеры (9,6) 117 1378 832 44 Контейнеровозы (48,0) 1201 14243 8490 466 Универсальные (7,3) 66 778 467 25 Пассажирские (7,0) 139 1444 1024 39 Рефрижераторы (0,5) 9 110 68 4 Суда типа RO-RO (0,3) 21 252 150 8 Танкеры (19,7) 228 2709 1613 89 Суммарно (100) 1865 21875 13216 706 Приложением VI к конвенции МАРПОЛ 73/78 ИМО регулиру ется выброс оксидов азота и серы в выхлопных газах судовых дизелей.

Согласно Приложению VI допускается наличие 4,5% серных примесей в топливе, допустимый уровень оксидов азота зависит от значения но минальной частоты вращения двигателя. Кроме ограничений, разрабо танных ИМО и носящих глобальный международный характер, суще ствуют законодательные акты местного характера относительно эмис сии парниковых газов СЭУ. Кроме экологической проблемы возника ют экономические трудности, связанные со снижением мировых ре сурсов нефти.

Одним из экономически приемлемых путей повышения экологи ческой эффективности и экологической безопасности судов является переход на альтернативные топлива, использование которых обеспечи вает сокращение вредных выбросов в окружающую среду судовыми двигателями. Выделяют следующие группы альтернативных топлив:

• эмульсии нефтяных топлив с кислородосодержащими соеди нениями, такими как спирты, эфиры, вода (по эксплуатационным свойствам близки к традиционным нефтяным топливам);

• синтетические жидкие топлива из органического сырья (иско паемого или возобновляемого), близкие по эксплуатационным харак теристикам к традиционным нефтяным топливам;

• топлива нефтяного происхождения, отличающиеся по своим свойствам от традиционных (спирты, сжатый природный газ, сжи женные газы). Использование топлив последней группы требует мо дификации двигателей и систем хранения топлива.

Наибольшее распространение на данный момент получили водо род, метанол, этанол, сжатый сжиженный природный газ, сжиженный нефтяной газ (смесь пропана и бутана), биодизельное топливо на ос нове растительных масел и водотопливные эмульсии на основе мазута.

Основные источники загрязнения атмосферы портов – энергети ческие пропульсивные и вспомогательные установки (котлы, ДВС и др.). В отработавших дымовых газах СЭУ обнаруживается около компонентов. Это азот N2, кислород O2, водород H2, водяной пар Н2O, углекислый газ СO2, также сернистый ангидрид SO2 и сероводород H2S, сажистые частицы и другие составляющие.

Значительное влияние на токсичность выбросов оказывают пе ременные режимы работы ДВС. В дизельных ДВС с понижением на грузки в связи с обеднением топливной смеси токсичность газовых выбросов снижается [21, 34].

Состав отработанных газов ДВС приведен в таблице 3.4 [29].

Государственное нормирование является одной из эффективных мер защиты окружающей среды от загрязнения вредными выбросами энергетических установок. В 1980 г. утвержден закон «Об охране ат мосферного воздуха», строго регламентирующий выброс вредных веществ в атмосферу. Для атмосферного воздуха введены предельно допустимые концентрации (ПДК) выбросов: максимально-разовая (ПДКмр), среднесуточная (ПДКсс) и в рабочей зоне (ПДКрз).

С 1 января 2000 г. вступил в силу протокол международной кон венции МАРПОЛ-73/78 по ограничению содержания вредных ве ществ (а именно соединений азота) в выбросах судовых двигателей.

Таблица 3.4 – Состав отработавших газов поршневых ДВС Объемное содержание, % Вещество в бензиновых в дизелях двигателях Азот 76–78 74– Кислород 2–18 0,3– Пары воды 0,5–4 3–5, Двуокись углерода 1–10 5– Окись углерода 0,01–0,5 0,5– Окись азота 0,0002–0,5 0–0, Углеводороды 0,009–0,5 0,2– Альдегиды 0,001–0,009 0–0, Сернистый ангидрид 0,003–0,05 – 0–0,4 г/м Сажа 0,01–1,1 г/м Выбросы соединений азота NOx любого установленного на суд не дизеля должны находиться в следующих пределах [40]:

г 17 при n 130 об/мин;

кВт ч г 45 п 0, 2 при n = 130 – 2000 об/мин;

кВт ч г 9,8 при n 2000 об/мин, кВт ч где n – номинальная частота вращения коленчатого вала.

Указанные требования пока являются регламентирующими при менительно к дизелям мощностью более 130 кВт, которые установле ны на судах, построенных после 2000 г., и к дизелям, которые под вергаются модернизации с 1 января 2000 г.

Следует отметить, что указанные требования не соответствуют са нитарно-гигиеническим нормативам загрязнения атмосферного воздуха.

Нормы выброса токсичных составляющих в настоящее время раз работаны для автомобильных, тепловозных и судовых двигателей. Име ются нормы на выброс окиси углерода (ГОСТ 17.2.2.03-77), дымности дизелей (ГОСТ 19025-73 и ГОСТ 21393-75). Выбросы вредных веществ с отработавшими газами для судовых ДВС регламентируются норма тивным документом ГОСТ Р51249-99. Наиболее жёсткие нормы введе ны для транспортных средств с двигателями внутреннего сгорания, ра ботающими в шахтах, рудниках и карьерах. ГОСТ 245585-81 предусмат ривает ограничение в выбросах токсичных газов судовыми, тепловоз ными и промышленными дизелями при их стендовых испытаниях.

В последние десятилетия получает все более широкое распро странение газотурбинный двигатель (ГТД). Ограничение их приме нения объясняется низкой экономичностью. Но в сочетании с тепло утилизационным контуром (ТУК) эти двигатели имеют перспективу повышать свой КПД до значений более 50 %. Имеется опыт эксплуа тации такой установки на боевых кораблях и гражданском судне «Капитан Смирнов».

В настоящее время отсутствуют научно-обоснованные требова ния к экологической чистоте отработавших газов корабельных ГТУ не только в нашей стране, но и за рубежом. Существуют нормы на выбросы окислов азота (МЗХ) в отработавших газах газотурбинных газоперекачивающих агрегатов (ГПА). Для отечественных установок эта величина ограничивается 150–200 мг/м3 (топливо – газ) [52], для ГТД для привода электрогенераторов – 150 мг/м3 (топливо – газ и жидкое). Для вновь создаваемых ГТД (с началом эксплуатации после января 1995 г.) – 50 мг/м3 на газовом и 100 мг/м3 – на жидком топливе (при условии содержания кислорода в газах – 15 %) [53].

За рубежом также введены ограничения по выбросам NOx с от работавшими газами стационарных тепловых двигателей. Данные по предельным значениям концентрации NOx в отработавших газах при ведены в таблице 3.5.

Таблица 3.5 – Нормы выбросов NOx стационарных тепловых двигателей Концентрация NOx, мг/нм Страна Предписание ГТД [20, 23] ДВС [29, 34] ФРГ, Государственное Швейцария, при Ne 1200 кВт Австрия Региональное при Ne 1200 кВт Нидерланды Государственное при Ne 50 кВт США Государственное 3830е/ при е 35 % Региональное 10…25 Япония Государственное 205 (жидкое топ.) 145 (газ) при Ne 2000 кВт Региональное 10... Данные таблицы 3.5 указывают на большое различие в норми руемых выбросах NOx в различных странах. При этом для дизелей эти нормы в 5...10 раз выше.

Фактические выбросы NOx для современных отечественных ко рабельных и судовых ГТД и дизелей составляют [29]:

• 3...4 и 6...7 г/кВт·ч – ГТД второго и третьего поколений соот ветственно;

• 13...25 г/кВт·ч – дизели (при норме 11...29 г/кВт·ч [54], боль шие значения относятся к более экономичным дизелям).

Из этих данных следует, что в более современных ГТД (и более напряженных в тепловом отношении), в том числе и высокотемпера турных ГТД третьего поколения, выбросы NOx значительно меньше, чем у ДВС.

Оценка годового выброса NOx всеми корабельными ГТД, экс плуатируемыми на кораблях СНГ с учетом спектра режимов работы ГТД (при основном режиме работы – 0,2...0,3 от номинального), по казала, что эти выбросы не превышают 10000 т NOx в год, что на 1... порядка ниже по сравнению с авиационными и стационарными ГТД [20]. Это объясняется работой на малых режимах, существенно мень шего количества корабельных ГТД и незначительной их наработкой (менее 1 000 ч/год против 6 000 ч/год у стационарных ГТД).

Тем не менее, для перспективных корабельных ГТД, с учетом достижений в области создания экологически чистых двигателей, предлагается [20] ограничить выбросы NOx значением 2,0 г/кВт·ч на режиме 0,6 от номинальной мощности. Особенно важно введение этого нормирования при условиях эксплуатации корабельных ГТД в условиях портов и заливов, где наблюдается скопление большого ко личества судов.

Во многих странах и в России (с 1980 г.) введены нормы на га зовые выбросы для стационарных источников. Нормы предельно до пустимых выбросов (ПДВ) регламентируют концентрации вредных веществ в дымовой трубе, общий валовой объем выбросов, а также удельный выброс на единицу продукции. По оксидам азота ПДВ (рассматривается как суммарный в пересчете на N02) составляет 0,3...0,39 г/м3 при сжигании природного газа, 0,3...0,44 г/м3 – мазута и 0,5...0,75 г/м3 – каменного угля. Для новых котлов рекомендуются бо лее жесткие значения ПДВ [34]. Эти данные близки к значениям ПДВ, принятым в США и ряде других стран.

Загрязнение моря с судов нарушает экологическое равновесие, является причиной снижения пищевых ресурсов моря, источником невосполнимых потерь энергетического сырья. В рамках междуна родной межправительственной морской консультативной организа ции ИМКО принят ряд требований, направленных на предотвраще ние загрязнения моря с судов. Одним из основных требований ИМКО является запрещение сброса нефтесодержащих вод, остатков нефте продуктов, отходов эксплуатации СЭУ, а также твёрдых отходов.

При создании судов особое внимание уделяется обеспечению их безопасности, охране человеческой жизни и экологической безопас ности, поэтому не случайно в программе Восьмой международной конференции «Российское судостроение и судоходство, деятельность портов, освоения океана и шельфа», проходившей в г. Санкт-Петер бурге в рамках выставки «Нева-2005» (26–29 сентября 2005 г.), кроме пленарной сессии («Морская индустрия и судоходство: проблемы и перспективы») и двух специализированных секций («Развитие судо строения, океанотехника и судоходства», «История, современное со стояние и перспективы навигации и океанографии в XXI веке»), была предусмотрена особая секция – «Факторы безопасности в морской индустрии и судоходстве», где затрагивались актуальные вопросы, связанные с безопасностью на море, предлагались пути решения су ществующих проблем [37].

Воздействие судна на окружающую среду осуществляется в виде:

• образования поверхностных вод при движении корабля;

• теплового поля в атмосфере и воде;

• различных физических полей корабля;

• поля антропогенных веществ;

• полей, возникающих при различных аварийных ситуациях.

Отдельные эти воздействия регламентируются международны ми и национальными правилами предупреждения загрязнения окру жающей среды, Регистром и инспекцией безопасности мореплавания.

Все правила предупреждения загрязнения окружающей среды исходят из того, что должно существовать равновесие в экосистеме.

Следовательно, качество судна должно оцениваться не только с точки зрения эффективности, но и равновесия системы «судно – ок ружающая среда». А такое равновесие зависит от:

• уровня полезного использования энергоносителей;

• возможности и степени переработки антропогенных веществ внутри судна;

• принятых конструктивных решений по жизнеобеспечению судна и экипажа;

• систем берегового обслуживания и ремонтопригодности ко рабля;

• организационно-технических решений по выводу из эксплуа тации и возможности утилизации судна и его энергетического обору дования.

Стремление получить равновесную систему «судно – окружаю щая среда» требует дополнительных затрат при проектировании и постройке судов.

На фоне активно обсуждаемой в прессе и научно-производст венной среде темы «глобального экологического кризиса» и поиска путей выхода из него вопросы совершенствования экологической безопасности производственных процессов в судостроении приобре тают особую актуальность. Очевидно, что решение этих вопросов требует значительных инвестиций в техническое и технологическое перевооружение производств и в отраслевую науку.

Проблема имеет и другую, чисто технологическую сторону. Эко логизация производственных процессов является условием устойчи вого развития отрасли, но нельзя забывать о специфических особен ностях судостроения: это значительные массы и габариты изготавли ваемых конструкций, необходимость выполнения большого объёма работ в замкнутых и труднодоступных судовых помещениях и отсе ках, значительные размеры производственных помещений (эллингов, цехов, доков), сложность организации в этих помещениях эффектив ных схем воздухообмена и обеспечения требуемых параметров про изводственной среды. Эти и ряд других особенностей обязательно должны учитываться при выборе стратегических и тактических на правлений экологизации производственных процессов.

Применительно к судостроению понятие «экологическая безопас ность производства» нуждается в конкретизации и уточнении. В тради ционной трактовке оно подразумевает безопасность производствен ных процессов прежде всего по отношению к окружающей природ ной среде. Современное судостроительное производство должно рас сматриваться не как эколого-экономическая, а как социально-эко лого-экономическая система. Компоненты такой системы чётко впи сываются в комплекс «окружающая природная среда – производст венный процесс – внутрипроизводственная среда». Такой подход представляется более обоснованным, поскольку проблема экологиза ции производства должна решаться не только с позиции защиты ок ружающей природной среды, но и обеспечения требуемых санитарно гигиенических параметров рабочей зоны [19].

Охрана труда в России является делом государственной важно сти. Создание здоровых и безопасных условий для высокопроизводи тельного труда – один из незыблемых законов общества.

Большое внимание охране труда уделяется при модернизации и эксплуатации морского флота. Это не случайно, т.к. в море имеет ме сто повышенная опасность, поэтому необходим правильный подход к вопросу охраны труда обслуживающего персонала, как судовой энер гетической установки, так и судна в целом.

Одним из этапов решения задачи улучшения и оздоровления ус ловий труда, ликвидации производственного травматизма и профес сиональной заболеваемости является внедрение санитарно-технических паспортов безопасности на предприятиях.

Паспортизация рабочих мест позволяет:

определить опасности и вредные производственные факторы в процессе труда;

выявить рабочие места, несоответствующие санитарным нормам и требованиям техники безопасности;

выявить производственные зоны, отрицательно влияющие на производительность труда и здоровье работающих;

установить связь общей заболеваемости, производственного трав матизма и профессиональной заболеваемости с опасными и вредными производственными факторами;

разработать меры по профилактике вредных производственных факторов;

осуществить действенный контроль за введением номенклатур ных мероприятий по охране труда.

В таблице 3.6 представлен анализ опасных и вредных факторов [19,25,37], предложены средства защиты (как коллективные, и инди видуальные), приборы контроля, предельно допустимые концентра ции вредных веществ и их воздействие на организм человека.

Анализ данных, предоставленных в таблице, показывает, что к наиболее неблагоприятным факторам, влияющим на здоровье обслу живающего персонала машинно-котельного отделения, относятся не удовлетворительные параметры микроклимата и загазованности по мещения машинно-котельного отделения, поэтому наибольшее вни мание следует уделять вопросу поддержания оптимальных парамет ров микроклимата и количества воздуха в машинно-котельном отде лении с помощью вентиляции.

Таблица 3.6 – Опасные и вредные производственные факторы Наименова- Вид, характер Средства защиты ние опасного действия и воз- ПДУ Приборы Коллектив- Индиви или вредного можные послед- контроля ные дуальные производст- ствия ПДК венного фак тора Движущиеся Вращающийся Установка ог части машин валопровод раждений, и механиз- главного двига- защитных мов, незащи- теля и валы кожухов, дис щенные под- вспомогательных танционное вижные эле- механизмов управление менты обору дования Повышенная Выделение газов Окись уг- Газоанализа- Очистка, Респира загазован- через неплотный лерода до тор УГ – 2 вентиляция. торы 20 мг/м ность воздуха газопровод, пары масел и топлива. Азота: до Сигнализация 5 мг/м Вредно для ор ганов дыхания Сероугл.

1мг/м до 700 С Повышенная В следствии теп- Термометр Вентиляция, Специаль температура лообмена с рабо- термоизоля- ная одежда поверхности чим телом. Воз- ция. Ограж оборудова- можны ожоги дения, дис ния танционное управление До 270С Повышенная Излучение тепла Термометр Включение в Специаль температура с поверхности работу раз- ная одеж воздуха ра- механизмов, ап- личных воз- да бочей зоны паратов и систем духоохлади телей Повышен- Несбалансиро- До 80дБ Вибромер Установка Специаль ный уровень ванность меха- ВМ – 1 механизмов ная обувь, вибрации низмов. Вибро- на амортиза- перчатки болезнь торах. Виб роизоляция Повышенная Утечка пара, До 75%, 2 Анемометр, Установка Специаль или пони- климатические м/с не ме- гигрометр, местных ная одеж женная влаж- условия, работа нее термометр кондиционе- да 140С ность возду- вентиляции ров ха, движение масс воздуха Недостаточ- Неисправность По сани- Люксометр Дополни- Свето ная освещен- светоприборов. тарным 1-0-116 тельные ис- фильтры, ность рабо- Ухудшение зре- нормам точники света перенос чей зоны ния для мор- ные ис ского фло- точники та СНиП света П-4- Повышенная Поражение элек- До 36 и 50 Авометр электрои- Специаль электроопас- трическим током Гц золяция, ог- ная одеж ность раждения да, рези сигнальные новые пер устройства, чатки, дистан- коврики, ционное специаль управление, ная обувь защитное за земление Машинно-котельное отделение должно быть оборудовано ис кусственной вентиляцией, обеспечивающей нормальные микрокли матические условия для работающих там людей [19, 25].

Во избежание простудных заболеваний обслуживающего персо нала между температурой подаваемого в эти помещения воздуха и температурой наружного воздуха должно быть не более 5°С [19, 25].

С этой же целью предусмотрена подача воздуха на рабочие места не сплошным потоком, а через перфорированные воздуховоды, жалюзи и другие устройства, позволяющие разбить воздушный поток на от дельные струи. Разработанная система вентиляции соответствует требованиям Морского Регистра судоходства, обеспечивает нормаль ную работу персонала МКО при различных условиях эксплуатации судна и при аварийных ситуациях.

Ввиду актуальности проблемы целесообразно включать в струк туру выпускных квалификационных работ бакалавра вопросы эколо гической безопасности и охраны окружающей среды.

ГЛАВА 4. КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ 4.1. Цели курсовой работы Выполнение курсовой работы (проекта) производится на заклю чительном этапе изучения учебной дисциплины, в ходе которого осуществляется обучение применению полученных знаний и умений при решении комплексных задач, связанных со сферой профессио нальной деятельности будущих специалистов.

Выполнение студентом курсовой работы (проекта) по дисцип лине проводится с целью систематизации и закрепления полученных теоретических зна ний и практических умений по дисциплине;

углубления теоретических знаний в соответствии с заданной темой;

формирования умений применять теоретические знания при ре шении поставленных вопросов;

формирования умений использовать справочную и нормативно техническую документацию;

развитие творческой инициативы, самостоятельности, ответст венности и организованности;

подготовки к итоговой государственной аттестации.

4.2. Характеристика курсовой работы Курсовое проектирование является одной из составляющих про цесса освоения образовательной программы по конкретной дисцип лине или по блоку родственных дисциплин.

Курсовой проект представляет собой самостоятельную работу студентов, направленную на закрепление полученных теоретических знаний и развитие навыков решения прикладных задач по проведе нию инженерных расчётов составных элементов изделий, конструк ций сооружений, машин и аппаратов, технологий. Содержанием кур сового проекта также может быть составление технико-экономического обоснования применяемых технологических и конструкторских ре шений, рассмотрение вопросов планирования и управления произ водством. Проектно-технологические решения и результаты расчётов оформляются в виде чертежей и других графических материалов.

Курсовая работа должна быть направлена на привитие студен там элементов научно-исследовательской работы, развития навыков поиска, подбора и систематизации научного и справочного материа ла, проведения его анализа, обобщения результатов анализа, проведе ния расчётов отдельных элементов и устройств по стандартным ме тодикам.

4.3. Руководитель и его функции В функции руководителя курсового работы (проекта) входит:

• выдача задания курсовой работы (проекта) и определение ка лендарного плана его выполнения;

• оказание методической помощи на всех этапах выполнения курсового проекта (работы);

• проведение периодических консультаций;

• осуществление контроля за выполнением и соблюдением сроков;

• оказание помощи при подготовке доклада.

4.4. Защита и прием курсовых работ По завершении студентом курсовой работы (проекта) руководи тель проверяет, подписывает её и вместе с письменным отзывом пере даёт студенту для ознакомления. Письменный отзыв должен включать:

• заключение о соответствии курсовой работы (проекта) заяв ленной теме и заданию;

• оценку качества выполнения курсовой работы (проекта);

• оценку полноты разработки поставленных вопросов, теорети ческой практической значимости курсовой работы (проекта);


• оценку курсовой работы.

Студентам, получившим неудовлетворительную оценку по кур совой работе (проекту), предоставляется право выбора новой темы курсовой работы (проекта) или, по решению преподавателя, доработ ки прежней темы, и устанавливается новый срок её выполнения.

4.5. Содержание и объём разделов курсовой работы По содержанию курсовая работа может носить реферативный, практический или опытно-экспериментальный характер.

По структуре курсовая работа реферативного характера состоит из введения, в котором раскрывается актуальность и значение те мы, формулируется цель работы;

теоретической части, в которой даны история вопроса, уровень разработанности проблемы в теории и практике посредством сравни тельного анализа литературы;

заключения, в котором содержатся выводы и рекомендации от носительно возможностей использования материалов работы;

списка используемой литературы;

приложений.

По структуре курсовая работа практического характера состоит из введения, в котором раскрывается актуальность и значение те мы, формулируются цели и задачи работы;

основной части, которая обычно состоит из двух разделов:

теоретической основы разрабатываемой темы;

практической части, в которой представлены расчёты, графики, таблицы, схемы и т.п.;

заключения, в котором содержатся выводы и рекомендации отно сительно возможностей практического применения материалов работы;

списка используемой литературы;

приложений.

По структуре курсовая работа опытно-экспериментального ха рактера состоит из введения, в котором раскрывается актуальность и значение те мы, определяются цели и задачи эксперимента;

основной части, которая обычно состоит из двух разделов:

теоретической основы разрабатываемой темы, истории вопроса, уровня разработанности проблемы в теории и практике;

практической части, в которой содержатся план проведения экс перимента, характеристики методов экспериментальной работы, обос нование выбранного метода, основные этапы эксперимента, обработка и анализ результатов опытно- экспериментальной работы;

заключения, в котором содержатся выводы и рекомендации о возможности применения полученных результатов;

списка используемой литературы;

приложений.

По содержанию курсовой проект может носить конструкторский или технологический характер.

Пояснительная записка курсового проекта конструкторского характера включает в себя:

введение, в котором раскрывается актуальность и назначение темы, формируется цель;

описательную часть, в которой приводится описание конструк ции и принцип работы спроектированного изделия.

расчетную часть, содержащую расчеты по профилю специальности;

организационно-экономическую часть;

основные требования по технике безопасности, противопожар ной безопасности, производственной санитарии и охране окружаю щей среде при изготовлении или ремонте изделия;

заключение, в котором содержатся выводы и рекомендации от носительно возможностей использования материалов работы;

список используемой литературы;

приложения.

Пояснительная записка курсового проекта технологического ха рактера включает в себя:

введение, в котором раскрывается актуальность и значение те мы, формулируется цель;

описательную часть, в которой приводится описание конструк ции и принцип работы спроектированного изделия, выбор материа лов, технологические обоснования его изготовления или ремонта;

расчетную часть, содержащую расчеты по профилю специальности;

организационно – экономическую часть;

основные требования по технике безопасности, противопожар ной безопасности, производственной санитарии и охране окружаю щей среде при изготовлении или ремонте изделия;

заключение, в котором содержатся выводы и рекомендации от носительно возможностей использования материалов работы;

список используемой литературы;

приложения.

В организационно-экономической части излагаются основные направления по определению себестоимости и экономической эффек тивности за счет совершенствования технологического процесса ре монта или изготовления отдельных узлов или деталей изделия, а так же организации труда на специализированных рабочих местах;

от внедрения современных достижений науки и техники, патентов и т.п.

Практическая часть курсового проекта как конструкторского, так и технологического характера может быть представлена чертежа ми, схемами, графиками, диаграммами и др.

Во введении отражается: современное состояние решаемой про блемы, предмет и объект исследования, чёткая формулировка цели и за дачи, решение которых необходимо для достижения поставленной цели.

Написание введения во многом зависит от тех результатов, ко торые получены в основной части работы.

Рекомендуемый объем раздела – 2–4 страницы.

Основная часть работы выполняется согласно заданию на кур совую работу (проект).

Рекомендуемый объем – 17–24 страницы.

Заключение должно содержать выводы, сделанные по результа там всей работы. Рекомендуемый объем – 1–2 страницы.

В заключении необходимо соотнести полученные выводы с це лями и задачами, поставленными во введении. Иногда целесообразно построить текст заключения как перечень выводов, разбив его на пункты, каждый из которых – выделение и обоснование одного кон кретного вывода.

Таким образом, в заключении следует акцентировать внимание на том, что сделано в работе.

Список используемой литературы должен содержать библио графическое описание учебников, стандартов и других нормативно технических документов, справочников.

В приложениях помещаются графические результаты работы, ис пользуемые справочные данные. Наличие приложений не обязательно.

Графическая часть выполняется в виде чертежей и плакатов. Ее назначение – дать более полное представление о курсовом работе (проекте) в целом или иллюстраций отдельных разделов и результа тов работы.

Рекомендуемый объём пояснительной записки курсовых работ и проектов не должен превышать 20–30 страниц формата А4 машино писного текста, а графического материала – 1–2 листа формата А1.

4.6. Пример выполнения курсовой работы* Рабочим учебным планом направления 1800100 «Кораблестрое ние и океанотехника» предусмотрено выполнение студентами курсо вых проектов и работ по следующим дисциплинам: информатика, теоретическая механика, сопротивление материалов, техническая фи зика, детали машин, судовые парогенераторы, судовые двигатели внутреннего сгорания, экономика и управление на предприятии.

Выполнение студентами курсовых проектов и работ направлено на • систематизацию и закрепление полученных теоретических зна ний и практических умений по дисциплине;

• углубление теоретических и практических знаний в соответст вии с заданной темой;

• формирование умений использовать справочную и норматив но-техническую документацию;

• развитие творческой инициативы, самостоятельности, ответст венности и организованности;

• подготовки к итоговой государственной аттестации.

Ниже приводится пример выполнения курсовой работы по дис циплине «Техническая физика».

ПРИМЕР Тема курсовой работы: «Термодинамический расчет главной судовой энергетической установки с двигателем внутреннего сгорания и утилизацией тепла выхлопных газов».

Описание работы Судно имеет главную энергетическую установку с двигателем внутренне го сгорания (ДВС). Его отработавшие газы поступают в утилизационный паро генератор, пар из которого подается на паровую турбину, вращающую вспомо гательный электрогенератор. Конденсат отработавшего в паровой турбине пара питательным насосом возвращается в утилизационный парогенератор.

ДВС является двухтактным и работает по циклу со смешанным подводом тепла. Параметры воздуха на всасывании в двигатель Р1 и t1, степень повышения давления, степень предварительного расширения, степень сжатия. Процес сы сжатия и расширения в цикле обратимые адиабатные. Число оборотов колен чатого вала n, число цилиндров, диаметр цилиндров d и ход поршня S. Рабочее _ * По ГОСТ 2.105-95. Общие требования к текстовым документам.

тело является идеальным газом и обладает свойствами воздуха. Теоретический цикл ДВС обозначается 1-2-3-4-5. Потерей рабочего хода поршня из-за наличия окон пренебречь.

Вспомогательная паросиловая установка (ПСУ) работает по циклу Рен кина a-b-c-d-e-f. Сжатие в питательном насосе считается обратимым адиабат ным, внутренний относительный КПД паровой турбины о. Давление пара пе ред турбиной Ра, а температура пара tа принимается на 100 оС меньше, чем тем пература выхлопных газов после процесса расширения в дизеле. Давление в конденсаторе Рb = Рc, температура уходящих газов на выходе из утилизацион ного парогенератора tух, нагрев охлаждающей воды в конденсаторе t.

Задание 1. Изобразить общую схему и действительный цикл комбинированной СЭУ в PV, TS и hS координатах для вашего варианта задания.

2. Определить для ДВС параметры всех точек цикла, теоретический КПД, подводимое и отводимое в цикле тепло, удельную работу в цикле. Кроме этого для каждого процесса теоретического цикла ДВС определить изменение внут ренней энергии, тепло, участвующее в процессе, работу в процессе, а также из менение энтальпии и энтропии. Результаты занести в таблицу.

3. Определить среднее индикаторное давление в цикле и найти теорети ческую цилиндровую мощность Nцил и мощность всего дизеля на основании этого параметра и удельной работы в цикле.

4. Для цикла ДВС определить часовой (В, кг/час) и удельный (b, кг/(кВт ч) рас Р ходы дизельного топлива, приняв его теплотворную способность Qн = 10 000 ккал/кг.

5. Определить параметры всех точек теоретического и действительного циклов ПСУ, их термический КПД, подводимое и отводимое теоретическое и действительное тепло в циклах, удельную работу сжатия в питательном насосе и удельную работу расширения в паровой турбине.


6. При заданных параметрах работы ПСУ определить расход пара, дейст вительную и теоретическую мощности ПСУ с учетом работы питательного на соса. Параметры и характеристики обоих циклов занести в таблицу. Опреде лить термический КПД цикла Карно для паросиловой установки в том же ин тервале температур.

7. Определить мощность привода питательного насоса и кратность цирку ляции охлаждающей воды в конденсаторе, если нагрев охлаждающей воды t.

8. Для всей установки определить часовой В и удельный b расходы жид кого топлива при тех же условиях.

9. Изобразить действительный и теоретический процесс расширения пара в паровой турбине, на копии hS-диаграммы воды и водяного пара.

Исходные данные Необходимые исходные данные по вариантам приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 – Исходные данные для расчёта № n, t, Р1, t1, P a, tух, Pb, d, S, o вари- обр/ o о o бар C МПа С кПа мм мм C анта мин 1 0,85 -10 1,15 1,50 12,0 0,80 0,50 130 5 4,0 140 420 1800 2 0,90 -10 1,15 1,51 12,3 0,82 0,55 135 6 4,5 129 460 1950 3 0,95 -10 1,16 1,52 12,6 0,84 0,60 140 7 5,0 148 500 1600 4 1,00 -5 1,16 1,53 12,9 0,86 0,65 145 8 5,5 127 500 1900 5 1,05 -5 1,17 1,54 13,2 0,88 0,70 150 9 6,0 132 500 2000 6 1,10 -5 1,17 1,55 13,5 0,90 0,75 155 10 6,5 123 600 1950 7 1,15 0 1,18 1,56 13,8 0,74 0,80 160 11 7,0 105 600 2300 8 1,20 0 1,18 1,57 14,1 0,72 0,85 165 12 7,5 115 600 2400 9 1,25 0 1,19 1,58 14,3 0,74 0,90 170 11 8,0 120 700 2300 10 1,30 5 1,19 1,59 14,5 0,76 0,95 175 10 8,5 125 700 2700 11 1,35 5 1,20 1,60 14,8 0,78 1,00 180 9 9,0 95 700 2800 12 1,40 5 1,20 1,61 15,0 0,80 1,10 185 8 10,0 93 800 2300 13 1,45 10 1,21 1,62 15,1 0,82 1,20 190 7 9,5 85 800 2600 14 1,50 10 1,21 1,63 15,6 0,84 1,30 195 6 9,0 79 800 3050 15 1,55 10 1,22 1,64 15,9 0,86 1,40 200 5 8,5 76 800 3200 16 1,60 15 1,22 1,65 16,2 0,90 1,45 205 6 8,0 83 900 2550 17 1,65 15 1,23 1,66 16,5 0,92 1,50 210 7 7,5 76 900 2300 18 1,70 15 1,23 1,67 16,8 0,90 1,55 215 8 7,0 94 900 2900 19 1,80 20 1,24 1,68 17,0 0,93 1,60 220 9 6,5 104 900 3200 20 1,90 20 1,24 1,69 17,3 0,91 1,65 215 10 6,0 110 980 2660 21 2,00 20 1,25 1,70 17,5 0,85 1,70 210 11 5,5 105 980 2400 22 2,10 25 1,25 1,71 17,8 0,83 1,75 205 12 5,0 90 900 3200 23 2,20 25 1,26 1,72 18,0 0,80 1,80 200 13 4,5 95 900 2900 24 2,30 30 1,26 1,73 18,3 0,77 1,85 195 14 4,0 98 900 2300 25 2,40 30 1,27 1,74 18,6 0,75 1,90 190 15 5,0 85 900 2550 26 2,5 35 1,27 1,75 18,9 0,72 1,95 185 14 6,0 105 800 3200 27 2,6 35 1,28 1,76 19,2 0,70 2,00 180 13 7,0 108 800 3050 28 2,70 40 1,28 1,77 19,7 0,68 2,05 175 10 8,0 110 800 2600 29 2,80 45 1,29 1,78 20,0 0,69 2,10 170 8 8,5 120 800 2300 30 2,90 50 1,30 1,80 20,0 0,73 2,20 165 6 9,0 104 700 2800 Содержание пояснительной записки Введение. Раскрывается актуальность и значение темы, формулируются цели и задачи работы.

Основная часть. Состоит из двух разделов. В первом разделе рассматрива ются теоретические основы разрабатываемой темы. Во втором разделе – практи ческая часть, которая представлена расчетами, графиками, схемами, hS-диаграмма для воды и водяного пара.

Заключение. Содержатся выводы и рекомендации относительно возмож ностей практического применения материалов работы.

Список используемой литературы.

Рекомендуемая литература 1. Луканин В.Н. Теплотехника. – М.: Высш. шк., 2000.

2. Трофимова Т.И. Курс физики. – М.: Высш. шк., 2001.

3. Головинцов А.Г., Юдаев Б.Н., Федотов Е.И. Техническая термодина мика и теплопередача. – М.: Машиностроение, 1970.

4. Ривкин С.Л. Термодинамические свойства газов (таблицы). – М, 1970.

5. Александров А.А., Григорьев Б.А. Таблицы термодинамических свойств воды и водяного пара. – М, 2002.

6. Крутов В.И. Теплотехника. М.: Машиностроение, 1986.

7. Кузовлев В.А. Техническая термодинамика и основы теплопередачи. – М.: Высш. шк., 1983.

ПРИМЕР РАСЧЁТА Таблица 4.2 – Исходные данные t1 = 55 оС = 1,30 = 1, Р1 = 3,00 бар tух = 150 оС = 20,3 о = Ра = 2,15 МПа 0, t = 7 оС Рb = 9,5 кПа n = 115 об/мин d = 700 мм = S = 3200 мм Общая схема установки и действительный цикл комбинированной схемы в PV, TS и hS-координатах 1 – двигатель внутреннего сгорания;

2 – утилизационный парогенератор;

3 – паровая турбина;

4 – турбогенератор;

3 4 5 – конденсатор;

2 6 – циркуляционный насос;

7 – питательный насос.

Рисунок 4.1 – Общая схема установки Двигатель внутреннего сгорания работает по циклу Собатэ – Тринклера (или цикл со смешимым подводом тепла).

1–2 – адиабатное сжатие рабочего q1р тела;

dq=0 2–3 – изохорный процесс первой P 3 4 доли теплоты;

q1v 3–4 – изобарный подвод второй доли теплоты;

2 q V 4–5 – адиабатное расширение T(h) рабочего тела;

p q v q 5–1 – изохорный отвод тепла 3 в теплоприемник и возвращение рабочего тела 2 в первичное состояние q S Рис. 4.2 – Цикл ДВС а–b – полученный пар расширяет q P K ся по адиабате в цилиндре a парового двигателя до дав d ef ления Pb в конденсаторе;

b–c – пар полностью конденсиру ется до состояния кипящей c жидкости при давлении Pb;

q2 b b' c–d – процесс сжатия воды осуществляется в насосе;

V Рисунок 4.3 – Цикл паросиловой установки (начало) d–e – изменение объема воды при h нагревании в конденсаторе a до температуры кипения;

K f e–f – процесс парообразования в b’ котле и подсушивание пара e b в перегревателе;

c(d) S f–a – процесс нагрева пара в перегреватели Рисунок 4.3 – Цикл паросиловой установки Расчет двигателя внутреннего сгорания Расчет параметров всех точек цикла Точка Воспользуемся уравнением Клапейрона:

P1V1 = RT1, (4.1) где Р1 – давление газа (воздуха);

V1 – объем газа (воздуха);

Т1 – температура газа (воздуха);

Rвоз. = 287 Дж/кг К – газовая постоянная воздуха.

Р1 = 3,00 бар = 3·105 Па – исходные данные;

Т1 = 550С = 328,15 К – исходные данные.

RT V1 = P. (4.2) Рассчитаем последний параметр:

287 328, V1 = = 0,3139 м3/кг.

3 10 Точка Так как процесс 1-2 – адиабатное сжатие, то воспользуемся уравнением адиабаты:

k V 1 P = 2, V (4.3) P где k – показатель адиабаты, k = 1,4, т.к рассматриваем цикл идеальной ма шины;

V1 и Р1 – объем и давление начальной точки адиабатного процесса;

V2 и Р2 – объем и давление конечной точки адиабатного процесса.

V =, (4.4) V где = 20,3 – степень сжатия (исходные данные).

V V2 =, (4.5) 0, V2 = = 0,01546 м3/кг;

20, Р2 = Р1 k ;

(4.6) Р2 = 3 105 20,31, 4 = 3,105 67,6853 = 203,0559 105 Па ;

P2 V T2 = P2V2 = RT2, (4.7) R 203,0559 10 5 0, Т2 = = 1093,810 К.

Точка Процесс 2-3 – изохорный, т.е. V3 = V2 = 0,01546 м3/кг, поэтому воспользу емся законом Шарля:

P2 T =, (4.8) P3 T где Р3 и Т3 – давление и температура третей точки.

P =, (4.9) P где = 1,3 – степень повышения давления (исходные данные).

P3 = ·P2;

(4.10) Р3 = 1,3 203,0559 10 5 = 263,9727 10 5 Па ;

Т 3= Т 2 ;

(4.11) T3 = 1,3 1093,81 = 1421,953 0 K.

Точка Процесс 3-4 изобарный, Р4 = Р3 = 263,9727 105 Па. Воспользуемся зако ном Гей – Люссака:

V4 T =, = (4.12) V3 T где = 1,79 – степень предварительного сжатия;

Р4 и Т4 – давление и температура четвертой точки.

V4 = V3 ;

(4.13) V4 = 1,79 0,01546 = 0,02767 м3/кг;

Т 4 = Т 3 ;

(4.14) T4 = 1,79 1421,953 = 2545,29 0 К.

Точка Процесс 4-5 – адиабатный (расширение продуктов сгорания).

V5 = V1 = 0,3139 м3/кг, т.к. цикл замкнутый, а процесс 5-1 – изохорный.

k k V4 V P = 5 ;

и P5 = P4 4, V V (4.15) P 5 где Р5 и Т5 – давление и температура пятой точки.

1, 0, P5 = 263,9727 10 5 = 8,8077 10 5 Па ;

0, P5 V T5 = ;

(4.16) R 8,8077 10 5 0, Т5 = = 0,00963 10 5 = 9630 К.

Все полученные данные параметров точек цикла ДВС вставим в таблицу.

Таблица 4.3 – Параметры цикла ДВС Параметры 1 2 3 4 3·105 203·105 263,97·105 263,97·105 8,81· Р, Па V, м3/кг 0,3139 0,01546 0,01546 0,02767 0, Т, 0К 328,15 1093,81 1421,95 2545,29 Термический КПД Коэффициент полезного действия (КПД) цикла Собатэ – Тринклера:

k 1, c mp = 1 (4.17) [( 1) + k ( 1)] t k 1,3 1,791, 4 c mp = 1 = 0,6657.

[(1,3 1) + 1,4 1,3 (1,79 1)] 20,31, t Подводимое и отводимое тепло Подводимое тепло:

q1 = q1 + q1p, (4.18) где q1 – количество тепла, подводимое в течении всего цикла;

q1 – количества тепла, подводимое в процессе 2-3;

q1p – количество тепла, подводимое в процессе 3-4.

q1 = C dT = q 23, (4.19) где C – изохорная теплоёмкость.

C = R;

(4.20) 287 ( 1093,81 + 1421,95) = 235440,45 Дж/кг;

q1 = q1p = C p dT = q3 4, (4.21) где Ср – изобарная теплоёмкость.

Cp = R;

(4.22) R (T4 T3 ) ;

q1p = (4.23) 287 (2545,29 1421,95) = 1128395,03 Дж/кг.

q1p = Согласно уравнению (18), вычислим:

q1 = 1128395,03 + 235440,45 = 1363835,48 Дж/кг.

Отводимое тепло:

q 2 = q = q51, (4.24) где q2 – количество теплоты, отводимое в течение цикла.

R (T 5 T 1 ) ;

q 2 = C dT = (4.25) 287 (963 328,15) = 455504,87 Дж/кг.

q2 = Определим термический КПД другим способом:

q1 q t = q1 ;

(4.26) 1363835,48 455504, t = = 0,6660 ;

1363835, tc mp = t ;

0,6657 0,6660.

Удельная работа в цикле Определим удельную работу цикла ДВС, согласно определению работы:

l ц = q1 q 2, (4.27) l ц = 1363835,48 455504,87 = 908330,61 Дж/кг.

Изменение внутренней энергии, тепло, участвующее в процессе, ра бота в процессе, а также изменение энтальпии, энтропии.

Процессы 1-2 – Адиабатное сжатие чистого воздуха до температуры, обеспечи вающей самовоспламенение распылённого топлива.

U = C (T2 T1 ) = R (T2 T1 ), (4.28) где U – изменение внутренней энергии.

287 (1093,81 328,15) = 549361,05 Дж/кг.

U = Т.к. при адиабатном процессе dq = 0, то первое начало термодинамики будет:

q = U + l ± U = m l, (4.29) l = 549361,05 Дж/кг.

Изменение энтропии:

q S = = 0. (4.30) T Т.к. q = 0, то изменение энтальпии:

R (T2 T1 ) ;

dh = C P dT = (4.31) 287 (1093,81 328,15 ) = 769105,47 Дж/кг.

dh = 2-3 – Процесс механического распыления топлива и сгорание его частич но при V = const, подвод тепла q1.

Т.к. dV = 0 l = 0, тогда:

R (T3 T2 ) ;

U = C T = (4.32) 287 (1421,95 1093,81) = 235440,45 Дж/кг.

U = Согласно первому началу термодинамики q = U + ;

U = 235440,45 Дж/кг.

V V2 = V3 = 1;

V T3 V S = C ln + R ln 3 ;

(4.33) T2 V 5 1421, S = 287 ln + 287 ln1 = 188,2448 Дж/кг·К;

2 1093, R (T3 T2 ) ;

dh = C P dT = (4.34) 287 (1421,95 1093,81) = 329616,63 Дж/кг.

dh = 3-4 – Процесс механического распыла топлива и догорание его при Р = const, подвод тепла q1p :

U = C (T4 T3 ) = R (T4 T3 ) ;

(4.35) 287 (2545,29 1421,95) = 805996,45 Дж/кг;

U = l = R T = R (T 4 T 3 ) ;

(4.36) l = 287 (2545,29 1421,95) = 322398,58 Дж/кг.

Согласно первому началу термодинамики:

q = 805996,45 + 322398,58 = 1128395,03 Дж/кг;

dq = dh VdP ;

(4.37) VdP = 0 dq = dh = 1128395,03 Дж/кг.

P При изобарном процессе 3-4 P4 = P3 = 1;

P V4 P S = C P ln + C ln 4 ;

(4.38) V3 P 7 0, S = 287 ln = 584,712 Дж/кг·К.

2 0, 4-5 – Расширение продуктов сгорания. Рабочий ход (адиабатный процесс):

U =C v (T5 T4 ) = R (T5 T4 ) ;

(4.39) 287 (963 2545,29) = 1135293,075 Дж/кг;

U = ± U = ml, согласно первому началу термодинамики, = 1135293,075 Дж/кг;

R (T5 T 4 ) ;

dh = C P dT = (4.40) 287 (963 2545,29) = 1589410,305 Дж/кг;

dh = S = 0, т.к. процесс адиабатный.

5-1 – Отвод тепла при V = const, = 0, т.к. процесс изохорный:

U =C v (T1 T5 ) = R (T1 T5 ) ;

(4.41) 287 (328,15 963) = 455504,88 Дж/кг;

U = q = U = 455504,88 Дж/кг;

R (T1 T5 ) ;

dh = C P dT = (4.42) 287 (328,15 963) = 637706,825 Дж/кг;

dh = T S = C l n ;

(4.43) T 5 328, S = 287 ln = 772,448 Дж/кг·К.

2 Полученные данные занесем в таблицу 4.4.

Таблица 4.4 – Параметры процессов Параметры 1-2 2-3 3-4 4-5 5- – 4,6 · 5,5 · 105 2,4 · 105 8,1 · 105 – 11,4 · U, Дж /кг – 4,6 · 2,4 · 105 11,2 · q, Дж /кг 0 – 5,5 · 105 3,2· 105 11,4 ·, Дж /кг 0 – 6,4 · 7,7 · 105 3,3 · 105 11,2 · 105 – 15,8 · h, Дж /кг S, Дж/кг·К 0 188,2 584,7 0 – 772, Среднее индикаторное давление в цилиндре:

P2 [( 1) + k ( 1)] c mp t ;

Pi = (4.44) (k 1) ( 1) 203,0559 105 [(1,3 1) + 1,4 1,3 (1,79 1)] Pi = 0,6657 = 30,4282 105 Па.

(1,4 1) (20,3 1) Теоретическая мощность дизеля:

d2 n N = Pi S z i, (4.45) 4 где Рi – среднее индикаторное давление;

d – диаметр цилиндра;

S – ход поршня;

n – число оборотов;

z = 1 – коэффициент тактности для двухтактного двигателя;

i – число цилиндров.

( ) 30,4282 10 5 3,14 700 10 3 3,2 115 1 Ni = = 50250062,6 Вт.

4 • N = l пол m, (4.46) • P V • • • где m = 1 и P1 V = m RT1 – массовый расход воздуха;

R T d2 n • – объёмный расход воздуха;

V= S i 4 3,14 0,7 2 3,2 7 • = 16,5143 м /с;

V= 4 3 10 16, • = 52,605 кг/с.

m= 287 328, l полез = l l сжат, (4.47) рас где l полез – полезная работа цикла;

l рас = l 45 – работа при растяжении;

l сжат = l 12 – работа при сжатии.

l пол = l 4 5 l 1 2 ;

(4.48) ( ) l пол = 11,4 10 5 5,5 10 5 = 16,9 10 5 Дж/кг;

N = 16,9 10 52,605 = 889,0245 10 Вт.

5 Часовой (В, кг/ч) и удельный (в, кг/кВт ч) расход жидкого топлива для ДВС, с учётом его тепловой способности:

QH = 10000 кКал/кг – исходные данные;

p QH = 10000 = 41,86 · 10 Дж/кг;

p • q B = P 3600 ;

(4.49) QH N • q= t ;

(4.50) 889,0245 10 • q= = 133,5473 10 6 Вт;

0, 133,5473 10 6 B= = 114851,97 кг/ч;

41,86 10 B b= ;

(4.51) N 114851, b= = 0,0012919 кг/кВт ·ч.

Расчет паросиловой установки Определение параметров всех точек цикла ПСУ Точка а Ра = 2,15 МПа = 2,15 106 Па– давление пара перед турбиной;

Та = Т5 – 100 0К – исходные данные;

Та = 963 – 100 = 863 0К – температура пара перед турбиной, принимаем = 590 0С, на 100 0С меньше, чем температура выхлопных газов после процесса расширения в ДВС.

Остальные параметры берем из табл. II, III [5] перечня рекомендуемой литературы раздела 4.6.

Данные параметры берём из таблицы № III [5]:

va = 0,1972 м3/кг – удельный объём;

hа = 3668,2 кДж/кг.– удельная энтальпия;

Sа = 7,6783 кДж / кг·– удельная энтропия;

х – степень сухости, т.к. в турбину попадает перегретый пар, то ха = 1.

Точка b После турбины газ попадает в конденсатор под давлением:

Рb = 9,5 кПа = 9,5 103 Па.

По таблице № II [5]:

Тb = 44,81 0С = 317,96 0К – температура в конденсаторе;

'b = 0, 0010098 м3/кг – удельный объём кипящей воды;

''b = 15,396 м3/кг – удельный объём сухого насыщенного пара;

' hb = 187,63 кДж/кг – удельная энтальпия кипящей воды;

hb' = 2582,1 кДж/кг – удельная энтальпия сухого насыщенного пара;

' rb = 2394,5 кДж/кг – удельная теплота испарения;

' S b = 0,6361 кДж/кг·К – удельная энтропия кипящей воды;

S b' = 8,1669 кДж/кг·К – удельная энтропия сухого насыщенного пара.

' r Xb S a= Sb + b.

' T (4.52) b Следовательно, степень сухости:

( )T X b = S a S b' b ;

(4.53) rb ( ) 371, X b = 7,6783 10 3 0,6361 10 3 = 0,9351;

2394,5 10 hb = hb' + rb X b ;

(4.54) hb = 187,63 10 3 + 0,9351 2394,5 10 3 = 2426,727 10 3 Дж/кг.

Располагаемая работа:

H 0 = h a hb ;

(4.55) H 0 = 3668,2 10 3 2426,7 10 3 = 1241,5 10 3 Дж/кг.

По таблице № III [5]:

b 14,87 м3/кг;

S b = 7,6783 кДж/кг·К = Sa, т.к. процесс адиабатный.

Точка с Сжатие в питательном насосе под давлением Pc = Pb = 9,5 103 Па с пара метрами:

' hc = hb = 187,63 кДж/кг;

' S c = S b = 0,6361 кДж/кг · К;

Tc = Tb = 317,96 0К;

c = 'b = 0,0010098 м3/кг;

хс = 0, т.к. в насосе сжимается уже вода полученная после конденсатора из пара.

Точка d В паровом котле вода уже кипит под давлением Pd = Pa = 2,15 МПа = = 2,15 106 Па с параметрами:

Sd = Sc = 0,6361 кДж/кг · К;

hd = 211,0 кДж/кг – по таблице № III [5];

Td = Tc = 317,96 0К;

d = c = 0,0010098 м3/кг;

хd = 0.

Точка е В котле вода начинает испарятся под давлением Pe = Pd = 2,15 106 Па и хе = 0.

Определяем по таблице № II [5]:

Te = 216,07 0C = 489,22 0K;

' e = 0,09277 м3/кг = e ;

'' e = 0,9277 м3/кг = f ;

' he = 925,5 кДж/кг = he ;

h || e = 2799,8 кДж/кг;

re = 1874,3 кДж/кг;

' S e = 2,4814 кДж/кг·К = S e ;

S e' = 6,3125 кДж/кг·К.

' Точка f Смесь воды и пара попадает в перегреватель с параметрами хf = 1:

Pf = Pa = 2,15 106 Па;

Tf = Te = 216,07 0C = 489,22 0K;

h f = h || e = 2799,8 кДж/кг;

S f = S e' = 6,3125 кДж/кг·К.

' Точка b| hb' hb' X b\ = ;

(4.56) rb h b ' = h a oi H o, ПТ (4.57) где oi = 0,9 – внутренний КПД паровой турбины.

ПТ hb' = 3668,2 10 3 0,9 1241,5 10 3 = 2550,85 10 3 Дж/кг;

2550,85 10 3 187,63 10 = 0,9869.

= X b\ 2394,5 10 P ' = Pb = 9,5 103 Па – давление реальной и теоретической точек совпадает.

b rb X b' S b' = S + ' ;

(4.58) b Tb 2394,5 10 3 0, S b ' = 0,6361 10 + = 8,0683 10 3 Дж/кг·К.

317, По таблице № III [5] определим:

T ' = t s = 45,810 C = 318,96 0 K ;

b 'b = ''b = 15,396 м3/кг.

Полученные параметры паросиловой установки поместим в таблицу 4.5.

Таблица 4.5 – Параметры ПСУ b Параметры a b c d e f P, мПа 2,15 0,0095 0,0095 2,15 2,15 2,15 0, Т, К 863 317,96 317,96 317,96 489,22 489,22 318, V, м /кг 0,1972 14,87 0,0010098 0,0010098 0,0011831 0,09277 15, h, кДж/кг 3668,2 2426,7 187,63 211,0 925,5 2799,8 2550, S,кДж/кг·К 7,6783 7,6783 0,6361 0,6361 2,4814 6,3125 8, Х 1 0,9351 0 0 0 1 0, Определение термического КПД идеального цикла ПСУ q1 q2, tПСУ = (4.59) q где q1 – подводимое тепло;

q2 – отводимое тепло.

q1 = ha – hd ;

(4.60) q1 = 3668,2 10 3 187,63 10 3 = 3480,57 10 3 Дж/кг;

теор q 2 = hb – hc ;

(4.61) q2 = 2426,7 187,63 = 2239,07 кДж/кг;

теор q2 =h b\ hc ;

дейс (4.62) q2 = 2550,85 187,63 = 2363,22 кДж/кг;

дейс 3480,57 2239, tтеор = = 0,3567 ;

3480, 3480,57 2363, tдейс = = 0,321.

3480, Удельная работа расширения в паровой турбине и сжатия в пита тельном насосе l ПТ = ha hb ;

(4.63) теор l ПТ = 3668,2 – 2226,7 = 1241,5 кДж/кг;

теор l ПТ = ha hb \ ;

(4.64) дейс l ПТ = 3668,2 – 2550,85 = 1117,35 кДж/кг;

дейс l ПТ = hd hc ;

(4.65) сжат l ПТ = 211,0 – 187,63 = 23,37 кДж/кг.

сжат Расход пара (Tвх Т ух ) С р УПГ m, • D= (4.66) ha hd где УПГ = 1 – КПД парогенератора;

Твх = Т5 = 963 0К – температура входящего пара;

Тух = 150 0С = 423,15 0К – температура исходящего пара;

• m = 52,605 кг/с – массовый расход топлива (уже рассчитан);

Ср – изобарная теплоёмкость воздуха.

Cp = Rвоздуха ;

(4.67) 287 = 1004,5 Дж/кг К = 1,0045 кДж/кг К;

Сз = (963 423) 1,0045 10 3 1 52,605 = 8, D= кг/с.

(3668,2 211,0) 10 Действительная и теоретическая мощность с учетом работы пита тельного насоса ( ) N ПСУ = l рас l сж D ;

(4.68) = (l ) D ;

l сж m N теор (4.69) рас N теор = (1241,5 23,37 ) 8,2537 = 10054,0796 кВт;

N дейс = (l драс l сж ) D ;

(4.70) N дейс = (1117,35 23,37) 9029,3827 кВт.

КПД цикла Карно:

T T tКарно = 1 = 1 b ;

(4.71) T1 Ta 317, tКарно = 1 = 0,6316.



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.