8. Характеристики гребного винта. Относительная поступь гребного винта. 33

• Название: 8. Характеристики гребного винта. Относительная поступь гребного винта. 33
• Дата: 04.07.2022
• Размер: 3.6 Mb.
• Имя файла: ESEU.docx
• Тип: Документы; #624475
• страница: 15 из 21

22. Экономичность работы ДЭУ. Основная доля эксплуатационных затрат. Показатель экономичности элементов ДЭУ. Полезная энергия, потери. Способы повышения экономичности, определяющие факторы. Выражение КПД установки, его анализ.

Экономичность работы установок.

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 [9].

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 [9]:
ηDЭу= , (1.11.)

где Ев - энергия, подводимая к гребным винтам;

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

Еп – энергия, затрачиваемая на обслуживание пассажиров;

Gу – расход топлива на установку;

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

Для конкретных типов судов, например, транспортных тепло­ходов (при отсутствии затрат энергии на сохранение груза Ег=0 и отсутствии пассажиров Еп=0) КПД установки определяется по формуле:
ηдэу=ηегд ·ηпгд ·х, (1.12)

где ηегд – эффективный КПД главных дизелей;

ηпгд – КПД главной передачи;

Х – доля расходуемого топлива на главные дизели.

Значения ηпгд 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.

З
начения ηдэу , ηегд и Х могут изменяться в зависимости от режима работы установки. Их количественные значения приведены на рис.1.7. [ 9 ]

Изменение ηдэу, ηегд и Х от частоты вращения
Рис.1.1 (сухогруз типа т/х "Архангельск")

К возможным путям увеличения ηдэу относят повышение КПД главных дизелей и снижение потерь энергии в передаче. Однако экономичность главных дизелей оказывает решающее влияние на ηдэу, 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. 1.7.). При увеличении частоты вращения ηДЭУ растет до тех пор, пока приращение доли расхода топлива на главные дизели преобладает над уменьшением ηеГД. Максимум ηДЭУ достигается при больших частотах вращения, чем максимум ηеГД.

При уменьшении частоты вращения ηДЭУ снижается быстрее

ηеГД из-за уменьшения доли расхода топлива на главные дизели.

23. Решающие факторы повышения КПД ГД. Схемы утилизации в зависимости от системы охлаждения газов и способа использования пара. Принцип работы валогенератора, его достоинства.

Решающими факторами повышения ηeГД являются [25]:

- 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 Pz;

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

- согласование эксплуатационных режимов с характеристиками

удельного расхода топлива Ве=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 экономичности на 2-3% путем согласования эксплуатационных режимов с характеристикой Ве=ƒ(n) является результатом совместного действия конструктивных и экс­плуатационных факторов (рис. 1.8.)
Д иапазоны скорости - мощности на эксплуатационных

режимах полного хода (А) и экономичного хода (В)

Рис. 1.8. (------- 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).

Одним из средств повышения КПД судовых дизелей и ДЭУ в целом, как отмечалось выше, является применение силовой тур­бины. При КПД турбокомпрессора ηтк›0,65 ,необходимые парамет­ры наддува (давление и расход воздуха) можно получить, направ­ляя в турбину не весь поток газов, а только его часть (90% и более). Остальной газ параллельным потоком отводится в силовую турбину, связанную через муфту и редуктор с валом дизеля (рис. 1.9.)



Схема подключения силовой турбины к дизелю "Зульцер" типа RТА.

Рис 1.9. (I - турбина; 2- компрессор; 3 – выпускной коллектор; 4 - главный дизель; 5 - воздушный рессивер; 6 - механизм отбора мощности на валогенератор; 7 - гидромуфта; 8 - редуктор силовой турбины; 9 - силовая турбина; 10 - заслон­ка подвода газа к силовой турбине; II - кла­пан перепуска газа). Соответствующая автоматика управляет газоперепускным клапаном и муфтой. При снижении мощности дизеля до 55% клапан зак­рывается, муфта отключается и весь газ направляется в наддувоч­ный турбокомпрессор. Таким образом, осуществляется своеобразное регулирование мощности турбокомпрессора, улучшение параметров наддува и экономичность дизеля во всем диапазоне эксплуатацион­ных режимов (рис.1.10.).

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]:

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 (NеГД>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.

Наиболее широкое распространение на сухогрузных теплоходах получила первая схема утилизации тепловых потерь. Но из-за малых расходов пара и отсутствия постоянных потребителей эффек­тивность её ограничена, особенно при плавании в летнее время или в тропических районах.
Схема глубокой утилизации с валогенератором.



Рис.1.13. (I - главный дизель; 2 - редуктор; 3 - гидроме­ханический редуктор; 4,5 - турбогенератор; 6 -утилизационный котел; 7 - сепаратор пара низкого давления для последней ступени УТГ; 8 - сепаратор пара среднего давления для общих нужд; 9 - вспо­могательный котел; 10 - воздушный экономайзер в воздухоохладителе главного дизеля; А - вход газа; Б -вход воздуха).

Реализация такой схемы возможна при использования высоко-форсированных четырехтактных дизелей, которые имеют повышенную температуру выпускных газов. При условии полного замещения вспо­могательных дизелей и ВК избыточная мощность утилизационного турбогенератора на режимах полного хода (Nегд>50%) может превы­шать потребности судна в электроэнергии в 2-3 раза (рис 1.14