2.2 Краткое описание конструкции главного двигателя
Двигатель 6*S50MC-C крейцкопфный с прямоточноклапанной системой газообмена реверсивный со встроенным упорным подшипником. Ниже приводятся характеристики двигателя для номинального режима работы. [4]
| Мощность, кВт | 4560 |
| Ход поршня, м | 2,0 |
| Частота вращения, об/мин | 95 |
| Среднее эффективное давление газов, бар | 12,2 |
| Удельный эффективный расход топлива, г/(кВт*ч) | 159 |
| Удельный расход масла циркуляционного на цилиндр, кг/сутки | 5 |
| Вес сухой, т | 210 |
| Удельный расход цилиндрового масла, г/(кВт*ч) | 1,1¸1,6 |
| Высота двигателя, м | 8,9 |
| Длина двигателя, м | 6,715 |
| Ширина двигателя, м | 3,15 |
Используя каталожные данные фирмы MAN по двигателю 6S50MC-C можно определить требуемую мощность по результатам расчётов ходкости судна:
Nе ном = [Nкат * nном^3]/nкат^3 = 4560*118/95= 8739 кВт,
где Nкат - мощность двигателя по каталогу «MAN B&W»;
nкат - обороты двигателя по каталогу;
nном - номинальные обороты двигателя из расчёта ходкости судна.
Как видно, полученная мощность двигателя обеспечивает сравнительно небольшую перегрузку, составляющую примерно 1,9% , что удовлетворяет требованиям расчётов ходкости судна.
Двигатель типа S-MC-C отличается следующими качествами:
* низкое потребление топлива, широкий диапазон выбора скорости;
* малый расход смазывающих масел;
* возможность работы на тяжёлом, низкосортном топливе с вязкостью до 700 сСт;
* высокие технические показатели при низкой стоимости технического обслуживания;
* низкий уровень шума;
* широкое распространение сервисных организаций по всему миру.
Также необходимо помнить о том, что фирма MAN имеет 60-и летний опыт в производстве двухтактных малооборотных дизелей.
Конструкция принятого главного двигателя отличается следующими конструктивными и техническими данными:
* увеличена высота и уменьшена длина;
* сокращено расстояние между цилиндрами;
* длинноходовое соотношение S/D=4,0;
* короткая корма, вмещающая цепные приводы и упорные подшипники;
* картер удерживается двойными болтами;
* совершенные материалы подшипников;
* облегчённый поршень;
* верхнее уплотнительное кольцо типа «Контроль давления»;
* топливный насос типа «ЗОНТ»;
* оптимальная цилиндровая втулка;
* клапаны, регулируемые по давлению;
* токсичность выброса газов соответствует нормам IMO;
* единый уровень смазки цилиндров;
* универсальная система смазки;
* лёгкая очистка элементов, охлаждающих воздушные тракты;
* доступность крепёжных болтов;
* уменьшено количество клиньев;
* топливная аппаратура двигателя высокого качества;
* лёгкая разборка узлов и механизмов.
2.3 Особенности конструкции двигателя
Конструктивно-экономической особенностью дизеля фирмы MAN является изготовление остова повышенной жесткости, увеличение работоспособности подшипниковых узлов кривошипно-шатунного механизма, оптимизация теплового состояния камеры сгорания и тепломеханической напряжённости деталей ЦПГ, повышение надёжности и долговечности выпускных клапанов, оптимизация газообмена и наддува, оптимизация топливоподачи и обеспечение работы ТНВД и форсунок на тяжёлом топливе.
Остов двигателя сохранил традиционную анкерную конструкцию, объединяющую фундаментную раму, станину и блок цилиндров. Его поперечная и продольная жёсткость усиливается коробчатой станиной, состоящей из поперечных картерных стоек и продольных связей, соединяемых сваркой в одно целое для всех цилиндров или для их части. Фундаментная рама чугунная, литая. На станине размещаются чугунные монолитные блоки для одного или двух цилиндров. Образующиеся в них подпоршневые пространства отделяются от картера диафрагменной частью с посадочным местом для установки сальника поршневого штока.
Из-за большой величины соотношения S/D=4,0 высота блока существенно меньше высоты рабочего цилиндра. Втулки цилиндров имеют индивидуальные рубашки и на высоком охлаждаемом посадочном бурте выступают на 1/3¸1/2 длины над верхним срезом блока.
Монолитная цилиндровая крышка представляет собой стальное силовое кольцо с центральным отверстием для корпуса выпускного клапана. Вся конструкция крепится к блоку цилиндров удлиненными крышечными шпильками. На крышке установлены две форсунки, пусковой и предохранительный клапаны и индикаторный кран.
Подшипниковые узлы сконструированы с учётом сохранения допустимых удельных давлений при высоких Pz. По этой причине для крейцкопфного подшипника введена дифференциальная опорная поверхность, передающая усилие от давления газов непосредственно по оси стержня шатуна. Масло к крейцкопфу подводится через телескопическое или шарнирное устройство. Важной особенностью этого дизеля является обеспечение допустимого уровня тепломеханической нагруженности элементов камеры сгорания. Эксплуатационная надёжность ЦПГ была обеспечена изготовлением деталей в виде монолитных толстостенных конструкций с внутриканальным охлаждением, позволяющим в равной мере обеспечивать допустимые напряжения от давления газов, интенсивный теплоотвод и оптимальное тепловое состояние камеры сгорания при комплектовании дизелей агрегатами наддува.
Особенностью конструкции двигателя типа S-MC-C является наличие возможности регулирования угла опережения подачи топлива в диапазоне нагрузки 85¸100% от Nе ном., что позволяет сохранять высокий КПД двигателя при удовлетворительных значениях тепловой и механической напряжённости элементов ЦПГ.
3. Выбор вспомогательных механизмов СЭУ
3.1 Выбор утилизационного котла
В целях повышения экономичности судовой энергетической установки на судне применена система частичной утилизации тепла выхлопных газов с применением утилизационного котла.
На судне установлен длинноходовой двигатель с пониженной температурой выхлопных газов перед утилизационным котлом.
Для выбора котла производим расчёт:
Gг = ge*Ne*a*j*Lo /3600 ,
где Gг - расход газов через котёл;
Ne- эффективная мощность главного двигателя, кВт;
a - коэффициент избытка воздуха (для данного типа двигателя принимаем a=2,2);
j - коэффициент продувки (принимаем j=1,4);
Lo- теоретический расход воздуха (принимаем Lo=14,3 кг/кг);
ge- удельный расход топлива (ge=159 г/(кВт*ч));
Gг = 0,159*7830*2,2*1,4*14,3 = 54833 кг/ч
Из формулы КПД имеем:
hк = [Dп*(iн-iпв)]/[Gг*Ср*(tвх.г-tу.г)],
где hк - КПД утилизационного котла (принимаем hк = 0,3);
Dп - паропроизводительность котла;
iн - энтальпия насыщенного пара (принимаем из условий расчёта вспомогательного котла iн = 2855,4 кДж/кг);
iпв- энтальпия питательной воды (тоже, iпв= 166,72 кДж/кг);
tвх.г - температура входящих газов , °С (для длинноходовых двигателей
tвх.г »260°С);
tу.г - температура уходящих газов , °С (принимаем tу.г = 160°С);
Ср - изобарная теплоёмкость, Ср=1,07 кДж/(кг*°С).
Следовательно:
Dп = hк* Gг*Ср*(tвх.г-tу.г)/ (iн-iпв)= 0,3*54833*1,07*(260-160)/(2855,4-166,72)=655 кг/ч
Исходя из расчётов выбираем котёл отечественного производства марки КУП 95/5 с параметрами:
· паропроизводительность Dп = 800 кг/ч;
· рабочее давление пара в сепараторе 0,5 МПа;
· площадь поверхности нагрева Нп = 95 м^2;
Работа теплохода планируется в южных широтах, поэтому потребность в паре будет минимальная, а паропроизводительность утилизационной котельной установки обеспечит нужды судна в паре. При острой необходимости в параллельную работу можно запустить вспомогательный котёл.
3.2 Комплектация вспомогательных механизмови систем для силовой установки
3.2.1 Топливная система
Применяемые топлива марки IFO с вязкостью до 700 сСт при температуре 50°С .
gт = 0,95¸0,98 г/см^3 Nе=7830 кВт gе=159 г/(кВт*ч)
Дальность плавания L = 8000 миль
а) Запас топлива
Gт = к*(Gх + Gст),
где к=1,1¸1,25 - коэффициент штормового запаса;
Gх - расход топлива на ходу, т;
Gст - расход топлива на стоянке, т;
Gх = tх*(ge*Ne+geдг*Neдг)=0,15*tх* ge*Ne
tх = L/Vs = 8000/19 = 421 ч
Gх = 1,15*421*0,159*7830 = 603 т
Gст = К3*Gx ,
где К3 = 0,2
Gст = 0,2*603 = 121 т
окончательно:
Gт = к*(Gх + Gст) = 1,1*(603+121)=796 т
Gтт = 0,85*796 = 677 т
Gдт = 0,15*796 = 119 т
б) Объём топливных цистерн:
Тяжёлое топливо
Vтт =b*Gтт/gтт ,
где b = 1,04¸1,05 - коэффициент загромождённости цистерн набором корпуса;
Vтт = 1,05*677/0,97 = 733 м^3.
Дизельное топливо
Vдт =b*Gдт/gдт = 1,05*119/0,88 = 142 м^3 ;
Объём отстойной цистерны (вне двойного дна):
Vотс= 24*b*1,15*ge*Ne*10^(-3)/gтт=24*1,05*0,159*7830*10^(-3)/0,97 = 32,3 м^3
Объём расходной цистерны тяжёлого топлива на 12 часов работы главного двигателя:
Vрасх=12*b*1,15*ge*Ne*10^(-3)/gтт=12*1,05*0,159*7830*10^(-3)/0,97=16,2 м^3
Объём расходной цистерны для дизельного топлива:
Vрасх = 0,66*0,15*Vрасх тт = 0,66*0,15*16,2 = 1,6 м^3
в) Топливоперекачивающие насосы:
Производительность перекачивающего насоса тяжёлого топлива
Qтт = Vmax / t ,
где Vmax - объём наибольшей цистерны основного запаса топлива;
t = 3ч4 часа - время работы насоса
Qтт = 180/4 = 45 м^3/ч
Принимаются к установке два насоса (один из них резервный, обеспечивающий перекачку дизельного топлива) марки ONV-35/10 производительностью 40 м^3/ч, мощность электропривода N=12,5 кВт
г) Топливоподкачивающие насосы определяем исходя из формулы потребной мощности:
Gпт = к*ge*Ne*gтт*10^(-3),
где к=1,2ч1,3 - коэффициент запаса производительности насоса
Gпт = 1,3*0,159*7830*0,97*10^(-3) = 1,6 м^3/ч
К установке принимаются насосы марки 2ВВ 1,6/4,5 в количестве двух штук, производительностью Q=2,5 м^3/ч , мощность электропривода Nэдв = 1,5 кВт.