Статья: Анализ энергетической установки БАТМ «Васильевский остров» и повышение её промысловой эффективности путем внедрения струйных распорных устройств трала

Таблица 1.8

Расчет процесса расширения

Таблица 1.9

Индикаторные и эффективные показатели двигателя

После выполнения теплового расчета главного двигателя, по полученным данным строим индикаторную диаграмму рабочего цикла, в двух вариантах:

- в функции от текущего объёма цилиндра V

- в функции от текущего угла поворота коленчатого вала ц.

Начало построения индикаторной диаграммы, в координатах P-V, начнем с расчета и нанесения основных точек цикла: а, с, у, z, b.

Вычислим объём цилиндра, используя следующие формулы:

где: Vc - объём камеры сжатия двигателя,

Va - объём цилиндра двигателя, при начале сжатия,

Vz - объём цилиндра двигателя, в конце сгорания топлива в двигателе.

Вычислим некоторые числовые значения давления на линии сжатия и расширения смеси в цилиндре двигателя.

- степень сжатия (текущая)

Вычисляем площадь спроектированной диаграммы (индикаторной) и определяем усредненное давление (индикаторное):

где: масштаб, МПа/мм

это диаграммы длина, которая равна полному ходу поршня в мм.

Первоначально вычислим значения числовые угла ц в главных точках, использую данные формулы:

где: коэффициент постоянный кшм,

Рассчитаем средние числовые значения давления, так же как и ранее. Однако, числовая зависимость текущей степени сжатия рассчитывается по формуле:

перемещение поршня двигателя (безразмерное).

После расчета, по полученным числовым значениям чертим диаграмму индикаторную и осуществляем ее скругление.

Рисунок 1.5 - Диаграмма индикаторная

Рисунок 1.6 - развернутая индикаторная диаграмма

1.2.3.3 Расчет прочности узла главного двигателя

Расчет поршневой головки шатуна.

Наружный диаметр поршневой головки шатуна: d₂ = 0,296 м.

Внутренний диаметр поршневой головки шатуна: d₁ = 0,200 м.

Отношение:

Расчет прочности будем вести для тонкостенных головок.

Рисунок 1.7 - Схема тонкостенной головки шатуна

Радиус кривизны линии центров тяжести сечений:

м

r₁ = 0,1 - внутренний радиус головки,

r₂ = 0,148 - внешний радиус головки.

Изгибающий момент:

где: = 115⁰ - угол заделки.

Н.

Н^.м изгибающий момент в сечении А-А.

Н^.м - нормальная сила в сечении А-А.

Нормальная сила

Н.

Сила совместной деформации действующая на головку

Н

где:

Е_В = 115000 МПа (бронза) - модуль упругости материала втулки.

Е_Г = 220000 МПа (сталь 40Х) - модуль упругости материала головки.

F_В = 0,00066 м² - площадь поперечного сечения втулки.

F_Г = 0,00317 м² - площадь поперечного сечения головки.

Максимальное напряжение в сечении А-А

Па

где: а = 0,066 м - ширина головки.

м - радиальная толщина головки.

Величина натяга, определяемого различием в расширении материалов втулки6:

м

где: 1/град. - коэффициент линейного расширения втулки

1/град. - коэффициент линейного расширения головки.

⁰С - температура нагрева головки.

Удельная сила (контактное давление) между втулкой и головкой:

МПа

где: = 0,00008 - величина конструктивного натяга.

_В = 0,35 - коэффициент Пуассона для втулки

_Г = 0,23 - коэффициент Пуассона для головки

d = 0,19 м - диаметр пальца.

Напряжение от запрессовки втулки для внешних волокон головки:

МПа.

Амплитудное значение цикла напряжений:

МПа

МПа

Запас усталостной прочности:

где: МПа - предел выносливости материала при симметричном цикле нагружения (сталь 40Х)

= 1 принимаем. принимаем.

- допускаемый предел усталостной прочности.

Расчет кривошипной головки.

Рисунок 1.8 - Расчетная схема кривошипной головки шатуна

Растягивающая инерционная сила:

где: кг - масса крышки кривошипной головки.

кг - приведенная поступательно-движущаяся масса.

Наибольшее суммарное напряжение в сечении Б-Б:

где: F = 0,01066 м² - площадь сечения крышки.

F_В = 0,001968 м² - площадь сечения вкладыша.

м³

- момент сопротивления изгибу крышки

где: В = 0,077 - высота сечения крышки и вкладыша.

Н = 0,164 м - ширина сечения.

м⁴

- момент инерции сечения крышки.

где: В₁ = 0,065 - высота сечения крышки.

м⁴

- момент инерции сечения вкладыша.

где: В₂ = 0,012 - высота сечения вкладыша.

С = 0,416 м - расстояние между шатунными болтами.

МПа - допускаемые напряжения в крышке.

Расчет шатунных болтов.

Предварительная затяжка шатунных болтов:

Р_з = (2,0…3,0) ^.Р_и = 3 ^. 317189,35 = 951568 Н

Напряжение в стержне предварительно затянутого болта:

Мпа

м²

- площадь минимального сечения болта.

d_min = 0,046 м - минимальный диаметр болта.

Максимальное в цикле напряжение в болте:

МПа

Амплитудное и среднее напряжение цикла:

МПа

МПа

Запас усталостной прочности:

где: МПа - предел выносливости материала при симметричном цикле нагружения.

= 4, = 0,9, , - допускаемый предел усталостной прочности.

В результате проведенного расчета все расчетные значения напряжений и пределов прочности соответствуют допускаемым значениям.

1.2.4 Судовой валопровод, редуктор, движитель

Современные суда представляют собой сложную конструкцию, состоящую из множества различных, взаимосвязанных элементов. Исправная работа судна зависит от того, насколько слаженно работает вся система в целом и каждая его часть в отдельности. Рассмотрим, что же собой представляют валопровод и движитель и как они взаимодействуют друг с другом, обеспечивая движение судна.

Главный двигатель вырабатывает ту необходимую энергию, за счет которой происходит движения судна, а вот за ее передачу и непосредственное применение отвечают валопровод и движитель.

На нашем судне, установлена одновальная дизельная установка с винтом регулируемого шага. Судовой валопровод (СВП) можно с уверенностью охарактеризовать как цельную энергетическую систему, которая передает: крутящий момент (КМ) от судового двигателя к движителю. В состав данной системы входит непосредственно сам вал, подшипники (главный упорный и опорные) и целый перечень вспомогательных устройств: тормозное, токосъемное, валоповоротное и дейдвудное. Основное предназначение упорного подшипника заключается в передаче упора корпусу судна, а опорных - в обеспечение опоры СВП. Дейдвудное устройство выполняет функцию барьера, не позволяя воде проникать внутрь судна. Назначение прочих элементов СВП понятно уже из их названий.

Рисунок 1.9 - Основные габаритные размеры и конструкция гребного вала

1 - ВРШ, 2 - Дейдвудная труба, 3 - Опорный подшипник, 4 - Переборочное уплотнение, 8 - фланцевое уплотнение валов, 6 - главный упорный подшипник 10 - упорный вал

Судовой движитель (гребной винт)

Основное назначение движителя - преобразование энергии, получаемой от судового дизеля, в прикладную силу, которая и обуславливает движение любого водного транспорта.

На судне установлен гребной винт регулируемого шага (ВРШ).

Гребные винты регулируемого шага (ВРШ) отличаются от ВФШ тем, что их лопасти не являются одним цельным со ступицей, а могут поворачиваться вокруг своей оси на заданный угол при помощи механизма изменения шага (МИШ).

ВРШ состоит из основных конструктивных элементов:

* винта с поворотными лопастями (ВПЛ);

* гребного вала с маслобуксой и проходящей внутри вала штангой;

* механизма изменения шага (МИШ).

Основные характеристики гребного винта, перечислены ниже:

Судовой редуктор

Редуктор валопровода обеспечивает распределение крутящего момента двигателя на гребной вал с нужным передаточным соотношением, позволяя регулировать усилие на валу и скорость вращения винта в зависимости от конкретных условий и требований.

Рисунок 1.10 - Поперечный разрез судового движителя

Управление редуктором осуществляется с мостика и ЦПУ, дистанционно. Так же имеется аварийное местное управление. В редукторе установлен масляный насос, Редуктор снабжен шестеренчатым масляным насосом, обеспечивая давление масла в системе от 2-5 бар. На редукторе установлен охладитель масла, трубчатого исполнения, охлаждается забортной водой.

Редуктор обеспечивает все заданные режимы работы для главного двигателя от малого до полного хода, а так же задний ход.

Основные характеристики судового-редуктора, перечислены ниже:.

Тип: ASL 2x155

Привод:

Номинальная мощность - 2 х3000 л.с.

Номинальное число оборотов - 600 об/мин

Направление вращения при ходе вперед, вид в

направлении движения - налево

Максимальное число оборотов при включении - 330 об/мин

Ведомый вал:

Номинальное число оборотов - 146,3 об/мин

Направление вращения при ходе вперед, вид в

направлении движения - направо

Толкающее усилие винта - макс. 110 т

Привод генератора:

Номинальная мощность - 2278 л.с.

Номинальное число оборотов - 1497 об/мин

Направление вращения, вид в

направлении движения - направо

1.2.5 Рулевая машина

К важнейшим вспомогательным механизмам любого судна относится рулевая машина, входящая в комплекс узлов, механизмов и агрегатов, составляющих рулевое устройство судна.

Судовая рулевая машина выполняет функцию обеспечения управляемости судна, придерживание судном заданного курса, эффективное маневрирование.

Судовая рулевая машина - механизм, обеспечивающий усилие, необходимое для поворота баллера, а затем и руля на заданный угол для удержания требуемого курса или совершения маневра.

Современные судовые рулевые машины имеют привод от электродвигателя. Различия заключаются в типе передачи.

При механической передаче усилия от электродвигателя к рулевой машине такой тип машин называют электрическими. Гидравлическая передача свойственна гидравлическим машинам рулевым.

Основные предъявляемые требования

Исходя из назначения и места установки видно, что рулевые машины судовые выступают ключевыми, важными и ответственными элементами рулевого устройства корабля, потому к ним предъявляются строгие требования относительно обеспечения: