Лекция 8. Особенности эксплуатации вспомогательного оборудования (09.04.2020)

Лекция 7 Влияние условий эксплуатации на рабочие характеристики ГСЭУ (8.04.2020)

Осваиваемые компетенции

ПК-5. Способен выполнять безопасные и аварийные процедуры эксплуатации механизмов двигательной установки, включая системы управления

ПК-6. Способен осуществлять подготовку, эксплуатацию, обнаружение неисправностей и меры, необходимые для предотвращения причинения повреждений следующим механизмам и системам управления: 1. Главный двигатель и связанные с ним вспомогательные механизмы; 2. Паровой котел и связанные с ним вспомогательные механизмы и паровые системы; 3. Вспомогательные первичные двигатели и связанные с ними системы; 4. Другие вспомогательные механизмы, включая системы охлаждения,

кондиционирования воздуха и вентиляции.

ПК-7. Способен осуществлять эксплуатацию систем: топливных, смазочных, балластных и других насосных систем и связанных с ними систем управления

По результатам лекции курсант обязан знать:

Состав СЭУ и ГЭУ судна (З-5.1)

Правила предотвращения причинения повреждений механизмам и системам управления главным двигателем, а также обслуживающим его системам (З-6.35)

Процедуры безопасной эксплуатации механизмов, систем управления главным двигателем и обслуживающих его систем (З-6.36)

Правила предотвращения причинения повреждений механизмам и системам управления паровым котлом, а также обслуживающим его системам (З-6.37)

Процедуры безопасной эксплуатации механизмов, систем управления паровым котлом и обслуживающих его систем (З-6.38)

 

Методические материалы:

1. Шаратов А.С. Вахтенное обслуживание СЭУ (тренажер машинного отделения) [Электронный ресурс]: метод. указ. по самостоят. работе для курсантов специальности 26.05.06 «Эксплуатация судовых энергетических установок» оч. и заоч. форм обучения / сост.: А.С. Шаратов; Федер. гос. бюджет. образоват. учреждение высш. образования «Керч. гос. мор. технолог. ун-т», Каф. судовых энергетических установок. — Керчь, 2016. — 27 с. // Электронная библиотека ФГБОУ ВО «КГМТУ». – Режим доступа: http://lib.kgmtu.ru/?p=2316

2. Осипов, О.В. Судовые дизельные двигатели: учебное пособие / О.В. Осипов, Б.Н. Воробьев. — 2-е изд., стер. — Санкт-Петербург: Лань, 2019. — 356 с. — ISBN 978-5-8114-4369-7. — Текст: электронный // Электронно-библиотечная система «Лань»: [сайт]. — URL: https://e.lanbook.com/book/119181 (дата обращения: 25.08.2019). — Режим доступа: для авториз. пользователей.

3. Равин, А.А. Техническая диагностика судового энергетического оборудования: учебное пособие / А.А. Равин. — Санкт-Петербург: Лань, 2019. — 240 с. — ISBN 978-5-8114-3391-9. — Текст: электронный // Электронно-библиотечная система «Лань»: [сайт]. — URL: https://e.lanbook.com/book/115493 (дата обращения: 25.08.2019). — Режим доступа: для авториз. пользователей.

4. Топливные системы современных судовых дизелей: учебное пособие / Е.В. Белоусов. — З-е изд., стер. — Санкт-Петербург: Лань, 2017. — 256 с. — ISBN 978-5-8114-2040-7. — Текст: электронный // Электронно-библиотечная система «Лань»: [сайт]. — URL: https://e.lanbook.com/book/93762 (дата обращения: 25.08.2019). — Режим доступа: для авториз. пользователей.

 

Материалы лекции

 

Доля расходов на топливо в общих эксплуатационных затратах на судно составляет 25-30% и возрастает с увеличением грузоподъемности и скорости хода судна, агрегатной мощности главных и вспомогательных дизелей. Поэтому снижение расхода топлива является одной из главных задач, решаемых на этапах проектирования и эксплуата­ции теплоходов.

Экономичность каждого из элементов ДЭУ оценивается его КПД и в различной степени отражается на экономичности ДЭУ в целом.

Для транспортного судна энергия, используемая по прямому назначению на перевозку, сохранение грузов и обслуживание пассажиров, относится к полезной, а энергия, затрачиваемая на обслужи­вание главных и вспомогательных дизелей, экипажа и судна в це­лом - к потерям. Развитие современных ДЭУ идет по пути умень­шения расходов энергии на вспомогательное потребление [2].

Современные ДЭУ оборудуются турбогенераторами, работающими на паре от УК, вакуумными BOУ, использующими тепло воды, охлаж­дающей дизели, валогенераторами, гидроприводом ВМ. При этом не только уменьшаются расходы топлива, масла, но повышается ресурс вспомогательных дизелей, котлов.

Экономичность ДЭУ во многом зависит от согласования режимов работы механизмов, их технического состояния, использования средств утилизации, рационального распределения расходов топлива на главные и вспомогательные потребители. Все это отражается на КПД установки. Исхода из этого, под КПД установки понимается от­ношение полезной энергии, потребляемой на транспортные расходы (перевозка, подготовка и сохранение груза и обслуживание пасса­жиров), ко всей энергии, затрачиваемой на установку [2]:

 

                   η_DЭу= ,           (7.1)

где Е_в - энергия, подводимая к гребным винтам;

Е_г - энергия, расходуемая на подогрев груза (танкеры) или его охлаждение (рефрижераторные теплоходы),сюда же относятся расходы на вентиляцию и подогрев в трюмах сухогрузных теплоходов;

Е_п – энергия, затрачиваемая на обслуживание пассажиров;

G_у – расход топлива на установку;

Q_у – теплота сгорания смеси топлива, расходуемого на всю установку.      

Для конкретных типов судов, например, транспортных тепло­ходов (при отсутствии затрат энергии на сохранение груза Е_г=0 и отсутствии пассажиров Е_п=0) КПД установки определяется по формуле:

 

η_дэу=η_е^гд ·η_п^гд ·х,     (7.2)

где η_е^гд – эффективный КПД главных дизелей;

η_п^гд – КПД главной передачи;                                                                                              

Х – доля расходуемого топлива на главные дизели.

Значения η_п^гд могут быть приняты в зависимости от типа передачи: прямая 0.97-0.99, гидрозубчатая 0.95-0.97, электрическая на постоянном токе 0.80-0.87.

Значения η_дэу , η_е^гд и Х могут изменяться в зависимости от режима работы установки. Их количественные значения приведены на рис.7.1

К возможным путям увеличения η_дэу относят повышение КПД главных дизелей и снижение потерь энергии в передаче. Однако экономичность главных дизелей оказывает решающее влияние на η_дэу, так как доля расхода топлива на этот потребитель является наи­большей. В то же время режим работы с максимальным КПД главных дизелей не обязательно соответствует максимуму КПД (рис_. 7.1). При увеличении частоты вращения η_ДЭУ растет до тех пор, пока приращение доли расхода топлива на главные дизели преобладает над уменьшением η_е^ГД. Максимум η_ДЭУ достигается при больших частотах вращения, чем максимум η_е^ГД.

 

Изменение η_дэу, η_е^гд и Х от частоты вращения

 

Рисунок 7.1  - (сухогруз типа т/х "Архангельск")

При уменьшении частоты вращения η_ДЭУ снижается быстрее

η_е^ГД из-за уменьшения доли расхода топлива на главные дизели.

 

Решающими факторами повышения η_e^ГД являются [2]:     

 - дальнейшее Форсирование дизелей на основе совершенствова­ния систем газообмена и наддува и повышение КПД турбокомп­рессоров;

 - использование конструкций, допускающих организацию рабо­чего цикла с высоким значением максимального давления сго­рания P_z;

 - применение длинноходовых и сверхдлинноходовых дизелей с 
            прямоточно-клапанной продувкой (отношениеS/D)=2,5…3_,85);

- согласование эксплуатационных режимов с характеристиками

удельного расхода топлива В_е=ƒ(n)

- применение керамики и композитных материалов, ограничивающих теплообмен между газом и стенками цилиндра;

- использование энергии выпускных газов в силовых турби­нах комбинированных дизелей.

Дальнейшее повышение КПД установок после мероприятий, свя­занных с увеличением КПД главных дизелей и передач, может быть осуществлено путем глубокой утилизации тепловых потерь и применяемых способов привода ВМ.

Утилизация тепловых потерь в главных, а в некоторых случаях и вспомогательных дизелей, позволяет существенно уменьшить расходы топлива на вспомогательные потребители. На теплоходах часть энергии выпускных газов традиционно используется в утилизационных котлах для получения водяного пара. В зависимости от системы охлаждения газов и способа использования пара возможны различные схемы утилизации [9]:

 

------- при обросшем корпусе; - - - - при чистом корпусе; • - двигатель оптимизирован;

1- судно с грузом включая, морской запас; 2 – то же без морского запаса; 3 – судно с балластом, включая морской запас, 4- то же без морского запаса.

Рисунок 7.3 Влияние эксплуатационных характеристик.

I). Пар от УК во время хода направляется в систему подогрева топлива, воды, воздуха и на другие нужды, т.е. происходит замещение ВК утилизационными, в которых из-за ограниченной производительности срабатывается 1/3-1/2 часть располагаемой теплоты газов (в этом случае такие системы называют системами частич­ной утилизации).

2). Основная часть пара используется в утилизационной ПТУ, работающей по циклу Ренкина (утилизационный турбогенератор вырабатывает электроэнергию, идущую на привод ВМ, освещение и другие потребители); в этом случае утилизационная установка во время хода полностью или частично замещает вспомогательные дизели и в связи с повышенной производительностью котлов ути­лизируется большая часть (2/3 - 3/4) располагаемой теплоты га­зов и такие системы называются системами глубокой утилизации.

3). Излишки пара не сбрасываются в конденсатор, а в виде избыточной энергии на режимах полного хода (N_е^ГД>50%) переда­ются на винт. В этом случае совместная работа главного дизеля и утилизационного турбогенератора на винт осуществляется через механизм отбора избыточной мощности турбогенератора на редуктор главной передачи. При этом автоматически обеспечивается ста­билизация частоты вращения генератора в рабочем диапазоне час­тот вращения главного дизеля. В такой схеме кроме утилизации части теплоты наддувочного воздуха, предусматривается возможность дополнительного отбора теплоты выпускных газов путем генерирования пара низкого давления, направленного в последнюю ступень турбины.

4). Утилизация энергии выпускных газов силовой турбины, работающей совместно с валогенератором главного дизеля на заме­щение вспомогательных дизелей. В высокоэкономичных судовых дизелях с низкой температурой газов за турбиной (220…240°С) такая схема позволяет рационально сочетать простые схемы утилизации с высокой топливной экономичностью, низкой стоимостью, малыми затратами на обслуживание установки. В этом случае энерге­тический КПД установки повышается вследствие совместного воздей­ствия на эффективный КПД главного дизеля и снижения расхода энергии на вспомогательное потребление.

 

 

Вопросы для самопроверки:

1.Назовите характерные причины приводящие к перерасходу топлива

2.Что называется оптимизация расхода топлива

3.Как влияют условия эксплуатации на экономичность судна?

4.Что такое программа экономии топлива?

5. Методы повышения эффективности работы энергетической установки?

 

Лекция 8. Особенности эксплуатации вспомогательного оборудования (09.04.2020)