Конспект лекций по дисциплине «Судовые энергетические установки»


НазваниеКонспект лекций по дисциплине «Судовые энергетические установки»
страница1/16
Дата публикации20.03.2013
Размер2.44 Mb.
ТипКонспект
userdocs.ru > Физика > Конспект
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   16


МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

ВОДНОГО ТРАНСПОРТА



КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

по дисциплине
«Судовые энергетические установки»
для специальности 1180100 «Кораблестроение»

Составитель

Якунчиков В. В.

МОСКВА 2006

Оглавление




п/п

Название темы

стр



Назначение СЭУ. История развития, классификация и состав СЭУ. Газотурбинные, паровые, атомные СЭУ.

2



Современные ДЭУ речных и река-море судов. Заводы – производители. Главные показатели современных ДЭУ.

22




Мощность СЭУ (эмпирическая зависимость). Мощность СДВС (расчетная формула). Турбонаддув. Требования РРР к судовым дизелям (по частоте вращения). Работа СДВС по винтовой характеристике. Тяжелый и легкий винт.

23



Выбор главных двигателей. Технико – экономическое обоснование выбора ГД.

27



Главные судовые передачи и муфты, судовой валопровод. Определение диаметра валопровода по формуле Регистра.

29



Топлива и масла. Физико-химические свойства топлива и смазочных материалов, применяемых в СЭУ. Браковочные параметры масел.

35



Системы СЭУ. Системы: топливная, смазки, охлаждения, газовыпуска, пуска ДВС, принципиальные схемы.

43



Запасы СЭУ. Автономность по различным системам СЭУ. Расчет запаса топлива и масла. Расчет запасов питьевой воды, сточных емкостей. Судовые емкости (цистерны), конструкция.

51



Вспомогательные СЭУ.

Расчет судовой электростанции (СЭС), выбор мощности дизель - генераторов.

55



Управление энергетической установкой и её автоматизация.

Уровни автоматизации МКО.

67



Нормирование вредных выбросов отработавших газов СДВС, методы снижения ВВ ОГ.

71



Судовые средства защиты окружающей среды (станции очистки нефтесодержащих и сточных вод).

77



Основные сведения о перспективах развития судовых энергетических установок. Перспективные топлива.

84



Расположение ЭУ на судне (ко­рабле).

Проектирование МО. Учет требований РРР, СанПиН при проектировании МО. Расчет весовой нагрузки и определение центра тяжести МО.

92



Понятие САПР. Общие сведения о CAD/CAM/CAE-системах.

Применение систем автоматизированного проектирования при проектировании и создании судна на примере среды САПР Solid Works.

96



Практические вопросы использования среды Solid Works. Особенности, функциональные возможности. Типы представления модели. Интерфейс пользователя. Режим эскиза. Режим детали. Режим сборки. Получение чертежа из 3D модели.

106



Элементы CAE – COSMOS Works. Основные понятия. МКЭ. Граничные условия. Прочностные расчеты. Примеры.

115




ЛИТЕРАТУРА

119


^ 1. Назначение СЭУ. История развития, классификация и состав современных СЭУ. Газотурбинные, паровые, атомные СЭУ.
1.1 Назначение И классификация СЭУ

Судовая энергетическая установка (СЭУ) служит для сообщения хода судну, а также для обеспечения судовых потребителей необходимыми видами энергии (тепловой, электрической и пр.).

Судовые энергетические установки классифицируются как по роду используемого топлива (с органическим или ядерным топливом), так и по типу двигателя — двигатели внутреннего сгорания (ДВС), паротурбинные установки (ПТУ) и газотурбинные (ГТУ), а также комбинированные, состоящие из двигателей различных типов.
^ 1.2 История развития СЭУ

1.2.1 Век пара

История СЭУ начинается с веком пара. Подобно тому, как парус позволил в 10 раз уменьшить экипаж на судне, первые паровые машины позволили добиться того же, и на 100 лет завоевали море. В 1769 Джеймс Уатт получает патент на свое изобретение - двигатель, рабочий ход которого обеспечивался не созданием разряжения, как на существующих с XVI века поршневых насосах, а избыточным давлением, подаваемым в цилиндр. Начало эпохи транспортного машиностроения относится к 1781 г., когда Уатт создает двигатель с вращающимся моментом на валу, на котором впервые применяются планетарный механизм преобразования поступательного движения, регулятор частоты вращения и водомерное стекло на котле.

В 1784 г. Уатт создает первый двигатель двойного действия с кривошипно-шатунным механизмом, который на долгие годы стал главной энергетической установкой морских паровых судов.

Практическая эксплуатация пароходов началась в США благодаря выдающемуся американскому инженеру и изобретателю Дж. Фитчу (John Fitchs, 1743-1798), создавшему первые в истории флота линейные паровые суда. В схеме своего первого парохода (1787 г.) Дж. Фитч применил паровую машину в качестве движителя весла, но уже на втором паровом судне (1788 г.) Дж. Фитч объединил три весла в круг, воссоздав в Новом Свете гребное колесо.

В 1796 г. Дж.Фитч строит паровой катер с гребным винтом "Collect" и начинает его испытания в Нью - Йоркской гавани, намного опередив свое время. К сожалению, несмотря на то, что он отработал на пробных рейсах более 1000 км, изобретение оказалось потерянным после смерти его автора.

Первый российский пароход "Елизавета" был построен на заводе Ч. Берда в С.-Петербурге на базе тихвинской речной баржи (длина 18,3 м, ширина 4,5 м, осадка 0,61 м, водоизмещение 30 т), на которую были установлены бортовые гребные колеса диаметром 2,4 м и шириной 1,2 м и балансирная паровая машина Уатта мощностью 4 л. с., что позволяло судну развивать скорость до 6 узлов. Первый официальный рейс пароход совершил 3 ноября 1815 г. из Петербурга в Кронштадт.

В 1820 г. в России работало пятнадцать судов данного типа с паровыми машинами от 12 до 32 л.с.

В 1836 г. русский академик Борис Семенович Якоби создает первый в мире электроход – катер с гребными колесами, которые вращал электродвигатель, питавшийся от батареи гальванических элементов, однако скорость судна в силу малой эффективности колесного движителя и низкой энергоемкости первых аккумуляторов составила менее 1,5 узла. Гребной винт был изобретен только в следующем году и получил признание на флоте лишь через 7 лет, а практически пригодные для электродвижения аккумуляторы появились только в 70-х годах XIX века.

Самым большим колесным пароходом в истории флота стал "Великий восток" ("Great Eastern"), заложенный в Англии в 1854 и спущенный на воду в 1859, через год после смерти его создателя И. К. Брунеля. Длина судна составляла - 680 ft/207 м, ширина - 83 ft/25 м, осадка - 58 ft/18 м, высота надводной части - 28 ft/8,5 м, водоизмещение - 24000 т. Первоначальная сметная стоимость судна составляла £500 000, но заказчик - компания "Австралийские линии", потребовала снизить ее до £377 000. Судно строилось для грузоперевозок между Австралией и Великобританией и позволяло обеспечить транспортировку 4000 человек без захода в порты для пополнения запасов угля, продовольствия и воды.

В состав силовой установки входили четыре паровых двигателя с цилиндрами диаметром 74 дюйма/187 см и ходом поршня 14 ft/426 см. Общая поверхность нагрева паровых котлов составляла 44000 кв.ft/~4100 кв.м. В качестве ходового привода использовались гребные колеса диаметром 56 ft/57 м. При этом, в качестве резервного способа движения судна использовался гребной винт. Средняя скорость парохода при номинальной мощности СЭУ 10 000 л.с./7360 кВт составляла 16,5 узлов (30 км/час).
^ 1.2.2 Гребной винт

В Европе действие винта в жидкости было впервые изучено известным механиком древности - Архимедом (287-212 гг. до н.э.), а применить его в качестве судового движителя впервые предложил в 1681 г. доктор Р. Гук (Dr. Hooke, 1635-1703). Теоретическая база для расчета гребных винтов создана петербургскими академиками Д. Бернули (1752 г.) и Л. Эйлером (1764 г.), но востребованной она оказалась только после появления относительно быстроходных паровых машин.

Патент на первый гребной винт получил Джозеф Брамах (Joseph Bramah, UK) 9 мая 1785 г., но первая работающая конструкция винта была реализована в США на одно- и двухвинтовых паровых баркасах, построенных американцем Джоном Стевенсом (John Stevens) в 1804 и 1805 гг.

В Европе первый судовой кормовой гребной винт был спроектирован и установлен инженером из Богемии И. Ресселем (Joseph Ressel) в 1829 г. на п/х "Циветта" (Civetta) водоизмещением 48 т. На испытаниях, проведенных в Триесте, судно развило скорость 6 узлов, но ввиду несовершенства двигателя и активного противодействия морской администрации дальнейшие опыты не производились.

Начало практического применения винтов положили шведский инженер Джон Эриксон (John Ericsson) и английский фермер Ф. П. Смит (F.P.Smith). Оба получили в 1836 г. патенты на суда с винтовым движителем. Оба в 1837 г. построили в Англии небольшие паровые буксиры для Лондонского порта: Смит - 6-сильный буксир водоизмещением 6 т. и винтом Архимеда, а Эриксон - вдвое более мощный пароход, "Francis B. Ogden" (40x8 ft, 15 т.), оснащенный двухпропеллерным винтом с противоположным вращением лопастей.

На ходовых испытаниях судно Эриксона развило не очень большую скорость - всего 10 узлов, но самые удивительные результаты были получены при буксировке парусных судов по Темзе. Маленький пароход с 12-сильной машиной обеспечил буксировку 140-тонной шхуны со скоростью 7 узлов, а большого американского пакетбота "Toronto" (250 т.) со скоростью 5 узлов. В судостроении появилось понятие полезный упор движителя, который для винтов в десятки раз превышал эффективность колесного привода. Демонстрация очевидной эффективности гребного винта положила конец активному противоборству сторонников парусного и парового флотов, а 1838 г. считается концом эры парусного флота.
^ 1.2.3 Первые ПЛ

В 1846 г. доктор Проспер Пейерн построил во Франции первую подводную лодку с механическим приводом винта (паровой машиной), разработанным в 1795 г. его соотечественником Арманом Мезьером. В оригинальной энергетической установке лодки, названной "Гидростат", пар к машине поступал от котла, в герметически закрытой топке которого сжигалось специально приготовленное топливо – спрессованные брикеты смеси селитры с углем, выделявшие при горении необходимый кислород. Одновременно в топку подавалась вода. Водяной пар и продукты сгорания топлива направлялись в паровую машину, откуда, после выполнения работы, отводились за борт через невозвратный клапан. Ненадежность и трудная управляемость системы не позволили применить это изобретение для практических целей.

В 1879 г. была построена подводная лодка с паровым котлом, рассчитанным на рабочее давление 10 кгс/кв.см и работавшим на пониженном давлении при надводном ходе. Перед погружением котел форсировался, и давление поднималось до рабочего. Затем горение прекращалось, и паровая машина продолжала работать за счет оставшегося в паросборнике котла пара. На испытаниях выяснилось, что запаса пара хватало на 12 миль плавания под водой. Лодка была признана непригодной для боевого применения из-за малой скорости, ограниченной дальности плавания в подводном положении и чрезмерной сложности перехода из надводного в подводное положение, требующего изменения режима работы парового котла.

В 1873-1877 гг. в России был разработан прототип свинцово-кислотного аккумулятора, который запатентовал французский ученый К. Фор, и по заказу Французского флота в 1884 г. организовал его промышленное производство. На флоте появился электропривод.

В 1888 г. во Франции был построен опытный образец полнофункциональной подводной лодки "Жимнот" водоизмещением 31 т. В качестве двигателя (единого для надводного и подводного хода) на ней был применен электромотор мощностью 50 л. с. с питанием от аккумуляторной батареи массой 9,5 т, что составило почти 30% от водоизмещения корабля.

На испытаниях, начавшихся в 1889 г., лодка показала в подводном положении скорость от 5 до 7 узлов при дальности плавания от 65 до 45 миль.
1.2.4 Броненосцы

Почти сразу после Крымской войны Англия, Франция и Германия приняли программы строительства броненосного флота, но только британская промышленность, имевшая опыт строительства SS Great Britain, была готова приступить к постройке полностью железных боевых судов.

В 1859 г. был заложен первый полностью железный батарейный винтовой броненосец "Уорриер" ("Warrior" - воин), по современной классификации - фрегат, спущенный на воду в 1861 г. Англичане считают, что именно "Уорриер" был первым судном, обладающим основными характеристиками броненосных кораблей. Машинное и котельное отделение обслуживали 66 кочегаров и машинистов, 10 инженеров и два старших механика. За рейс в котельном отделении вручную перекидывали 850 т. угля и 50 т. золы. Это была грязная работа в тяжелых условиях - постоянная качка, угольная пыль, температура до 45°C. Именно эти факторы привели к тому, что работа кочегаров и машинистов оплачивалась на 50 % выше, чем у палубных матросов, а поиск более совершенных ЭУ для флота надолго стал приоритетом военного и гражданского судостроения.

^ 1.2.5 Паровая турбина

Кардинальное повышение эффективности судовых энергетических установок было связано не с совершенствованием паровых двигателей, а с изобретением турбин, позволивших не только поднять к.п.д. СЭУ, но и на порядок уменьшить массогабаритные характеристики судового двигателя.

Термин турбина происходит от французкого слова - turbine, пришедшего из латинского turbo — вихрь, вращение с большой скоростью.

В 1882 г. шведский инженер Карл Густав Патрик де Лаваль (Carl Gustav Patric de Laval, 1845 -1913) создал первую импульсную паровую турбину, в 1883 г. построил и использовал морскую реверсивную турбину, запатентованную в 1883 г., частота вращения которой достигала 42 000 оборотов в минуту. Главная заслуга Лаваля в разработке паровых турбин заключалась в том, что конструкция его сопла позволила примерно в 5 раз увеличить возможность использования потенциальной энергии струи пара, повысив скорость его истечения c 800 ft/с (244 м/c) до 4000 ft/c (1220 м/c), но, несмотря на это, одноступенчатые паровые турбины не позволяли дать однозначного заключения об их преимуществе перед паровыми машинами.

Промышленное использование паровых турбин стало возможным лишь после того, как сэр Чалз А. Парсонс (Sir Charles Algernon Parsons, 1854-1931) создал в 1884 первую многоступенчатую паровую турбину мощностью 10 л.с. (18 000 об/мин). Турбины Парсонса использовались для привода электрогенераторов, мощность которых на первом этапе развития электроэнергетики составляла от 1 до 75 кВт.

В 1893 г. Ч. Парсонс основал компанию морских паровых турбин ("Marine Steam Turbine Company") и предложил Британскому Адмиралтейству построить турбоход. Первый турбоход "Турбиния" - длина 104 ft/37.8 м, максимальная ширина 9 ft/3.2м, водоизмещение 44,5 т., был заложен 2 августа 1894 г.

В 1896 турбоход был спущен на воду, и начались ходовые испытания. На первых испытаниях теплоход показал скорость всего 20 узлов при мощности турбины около 2000 л.с., что потребовало пересмотра сложившихся представлений к проектированию корпуса и винта, выработанных для пароходов.

После перехода на трехвинтовую схему пропульсивного комплекса, доводки обводов судна, решения проблем с кавитацией винтов и заменой одного турбоагрегата на три многоступенчатые турбины "Турбиния" была сдана заказчику, показав на испытаниях 1897 года максимальную скорость в 34.5 узла (61 км/час) при мощности ЭУ - 2300 л.с.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   16

Похожие:

Конспект лекций по дисциплине «Судовые энергетические установки» iconТеоретические основы автоматики
Методические указания разработаны кандидатом технических наук Коваленко Олегом Александровичем – доцентом кафедры «Судовые энергетические...
Конспект лекций по дисциплине «Судовые энергетические установки» iconСудовые энергетические установки
Методические указания и контрольные задания составлены на основании рабочих планов заочной подготовки в бгарф по специальности 180403,...
Конспект лекций по дисциплине «Судовые энергетические установки» iconКонспект лекций по дисциплине "инвестирование"
Конспект лекций по дисциплине «Инвестирование» для студентов экономических специальностей всех форм обучения Сост.: В. М. Гридасов...
Конспект лекций по дисциплине «Судовые энергетические установки» iconКонспект лекций по дисциплине вгипу, 2009 Конспект лекций по дисциплине...
Учебное пособие предназначено для студентов различных специальностей, изучающих дисциплину “Информационные технологии на транспорте”....
Конспект лекций по дисциплине «Судовые энергетические установки» iconКонспект лекций «Ильин А. А. Акушерство и гинекология. Конспект лекций»
Конспект лекций предназначен для подготовки студентов медицинских вузов к сдаче зачетов и экзаменов. Книга включает в себя полный...
Конспект лекций по дисциплине «Судовые энергетические установки» iconКонспект лекций по дисциплине “Бизнес-планирование внешнеэкономической деятельности”
Конспект лекций по дисциплине “Бизнес-планирование внешнеэкономической деятельности” для студентов специальности 7050206 – менеджмент...
Конспект лекций по дисциплине «Судовые энергетические установки» iconКомпьютерная графика и web дизайн Конспект лекций Днепропетровск
Конспект лекций по дисциплине “Компьютерная графика и web дизайн” содержит теоретические сведения для подготовки к зачету. В конспекте...
Конспект лекций по дисциплине «Судовые энергетические установки» iconКонспект лекций для студентов направления 070104 «Морской и речной транспорт»
Конспект лекций рассмотрены и одобрены на заседании кафедры «Судовождение» кгмту
Конспект лекций по дисциплине «Судовые энергетические установки» iconУчебное пособие Специальности 100300 «Эксплуатация судовых энергетических установок»
Учебное пособие предназначено для студентов, изучающих двигатели внутреннего сгорания, выполняющих курсовые проекты по современным...
Конспект лекций по дисциплине «Судовые энергетические установки» iconКраткий конспект лекций для студентов дневного и заочного отделения...
Психология труда. Краткий конспект лекций /Сост. М. Д. Лапина – Мариуполь, 2004, 34 с
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2020
контакты
userdocs.ru
Главная страница