Энергетический баланс судовых энергетических установок

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«КЕРЧЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОРСКОЙ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра судовых энергетических установок

Хачиков С.В.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС СУДОВЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

Учебно-методическое пособие

по выполнению раздела выпускной квалификационной работы

для курсантов специальности

26.05.06 Эксплуатация судовых энергетических установок

очной и заочной форм обучения

Керчь, 2016 г.

УДК629.5.01:378.2

Составитель: Хачиков С.В., преподаватель кафедры судовых энергетических установок ФГБОУ ВО «КГМТУ» ______________________

Рецензент: Горбенко А.Н., доцент кафедры судовых энергетических установок ФГБОУ ВО «КГМТУ» ______________________

Учебно-методическое пособие рассмотрено и одобрено на заседании кафедры судовых энергетических установок ФГБОУ ВО «КГМТУ»,

протокол № _____ от ____________20____г.

Зав. кафедрой СЭУ _______________В.Л. Конюков

Учебно-методическое пособие утверждено и рекомендовано к публикации на заседании методической комиссии МФ ФГБОУ ВО «КГМТУ»,

протокол № _____ от ____________20____г.

© ФГБОУ ВО «КГМТУ», 2016 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение___________________________________________________
1 Основные теоретические сведения_______________________________
	1.1 Общее уравнение теплового баланса_________________________
	1.2 Уравнение теплового баланса для судовой энергетической установки_______________________________________________
	1.3 Тепловой баланс ДВС_____________________________________
	1.4 Тепловой баланс судовых котлов____________________________
	1.5 Тепловой баланс теплообменных аппаратов__________________
	1.6 Тепловые балансы агрегатированного вспомогательного оборудования____________________________________________
	1.7 Энергетический баланс СЭУ_______________________________
2 Порядок расчета______________________________________________
	2.1 Общий порядок расчета___________________________________
	2.2 Определение расчетного режима и коэффициентов загрузки оборудования ___________________________________________
	2.3 Расчет баланса и выполнение графической части ______________
Литература ____________________________________________________

ВВЕДЕНИЕ

Раздел «Энергетический баланс СЭУ» является частью дисциплины «Судовая энергетика», которая является одной из основных профилирующих дисциплин при подготовке судовых механиков. Изучение данного курса предусмотрено в образовательно-профессиональной программе (ОПП) подготовки инженеров-механиков специальности «Эксплуатация судовых энергетических установок».

Цель расчета энергетического баланса – дать студенту теоретическую и практическую подготовку для технически грамотной и эффективной эксплуатации СЭУ в целом и ее отдельных элементов, выбора оптимальных режимов их работы в конкретных условиях эксплуатации судна, а также анализ движения потоков энергии с целью их оптимизации и, в конечном итоге, подтверждения эффективности усовершенствования СЭУ согласно теме дипломного проекта.

В результате изучения дисциплины студент должен знать: структуру энергобаланса каждого элемента СЭУ и всей установки в целом.

Студент должен уметь: рассчитывать энергобаланс каждого элемента СЭУ и всей установки в целом на различных режимах работы судна, выявлять потоки энергий , которые технически целесообразно использовать в качестве вторичных энергоносителей.

Данная разработка содержит методические указания к выполнению соответствующего раздела дипломного проекта.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Тепловой баланс ДВС

Тепловой баланс ДВС имеет вид:

или

где - теплота, выделившаяся при сгорании топлива, кВт;

- расход топлива, кг/час;

- низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг;

- эффективная мощность двигателя – это мощность, измеряемая на выходном фланце коленчатого вала, для дизельредукторных агрегатов (ДРА) эффективная мощность измеряется на выходном фланце редуктора, кВт;

- сумма потерь теплоты, раздельно для каждого вида потерь, кВт.

Двигатели внутреннего сгорания относятся к числу наиболее экономичных двигателей. КПД лучших образцов ДВС достигает 50—51 %, однако и в них теряется значительное количество теп­лоты: около 30—40 % с выпускными газами, 10—20 % с охлаждающими средами (вода, масло).

На рисунке 1 представлена типовая диаграмма теплового ба­ланса судовых ДВС. Все потоки энергии выражены в процентах, причем за 100 % принята химическая энергия сжигаемого топлива q_т.

Рисунок 1 — Типовая диаграмма теплового баланса судовых ДВС

Полезная работа — q_пол характеризуется эффективным КПД двигателя – η_е.

К потерям энергии относятся:

q_н — теплота, рас­сеиваемая двигателем в окружающую среду и неучтенные потери;

q_M — теплота, отводимая с охлаждающим маслом;

q_вод — теплота, отводимая от двигателя с охлаждающей водой;

q_в — теплота, отбираемая от воздуха в воздухоохладителе турбонагнетателя, данный вид потерь имеет существенное значение и учитывается при высоких степенях наддува;

q_вг — теплота, отводимая с выпускными газами двигателя.

Большие значения КПД – для ДВС большей мощности, меньшие для ДВС небольшой мощности. При мощности ДВС менее 200 кВт, нижнее значение КПД может уменьшиться на 5%.

Анализируя диаграмму можно сделать несколько выводов:

1. Наибольшие потери – это потери с выхлопными газами, далее, по степени убывания, идут потери с охлаждающей водой, потери теплоты, отбираемые от воздуха в воздухоохладителе турбонагнетателя, потери теплоты, отводимые с охлаждающим маслом, потери теплоты, рассеиваемые двигателем в окружающую среду и прочие неучтенные потери.

2. Наибольшие потери – это потери с выхлопными газами, далее, по степени убывания, идут потери с охлаждающей водой, потери теплоты, отбираемые от воздуха в воздухоохладителе турбонагнетателя, потери теплоты, отводимые с охлаждающим маслом, потери теплоты, рассеиваемые двигателем в окружающую среду и прочие неучтенные потери.

3. Тепловой баланс дизеля зависит от его типа. При этом принята следующая классификация дизелей по частоте вращения n об/мин:

малооборотные дизеля (МОД) n = 90…300 об/мин;

среднеоборотные дизеля (СОД) n = 300…1000 об/мин;

высокооборотные дизеля (ВОД) n≥ 1000 об/мин.

4. Наибольший КПД и соответственно наименьший удельный расход топлива, у МОД, наибольший – у ВОД.

Энергетический баланс СЭУ

Энергетический баланс СЭУ состоит из трех составных частей, в соответствии с составом СЭУ.

В этом случае рассматриваются:

- баланс пропульсивной установки, в которой основным источником энергии является главный двигатель, потребителем - корпус судна, движущийся с определенной скоростью;

- баланс судовой электростанции, в которой основным источником энергии является генератор, получающий привод от вспомогательного двигателя. Промежуточным потребителем является главный распределительный щит (ГРЩ);

- баланс вспомогательной энергетической установки, которая вырабатывает несколько видов энергии, имеет соответствующее количество источников энергии. Это: котлы, водоопреснительные установки, компрессоры и т.п.

ПОРЯДОК РАСЧЕТА

Общий порядок расчета

Расчет энергетического баланса СЭУ проводится в два этапа:

- определение расчетного режима и коэффициентов загрузки оборудования;

- расчет баланса и выполнение графической части.

Примечание.

Необходимо учитывать, что коэффициент загрузки СЭС, коэффициент загрузки ДГ и коэффициент загрузки ВД - это различные показатели.

Например, при загрузке СЭС на 60%, в действие могут быть введены два дизель-генератора с загрузкой 55 %. Кроме того, мощность привода генератора должна быть рассчитана с учетом КПД генераторов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Алексеев Г.Д. Энергетические установки промысловых судов / Г.Д. Алексеев, В.А. Карпович. - Л.: Судостроение, 1972 – 296 с.

2. Артемов Г.А. Судовые энергетические установки / Г.А. Артемов, Д.П. Волошин. – Л.: Судостроение, 1987 – 480 с.

3. Пимошенко А.П. Справочник судового механика по теплотехнике / И.Ф. Кошелев, А.П. Пимошенко, Г.А. Попов, В.Я. Тарасов. - Л.: Судостроение, 1987. - 480 с.

4. Коршунов Л.П. Энергетические установки промысловых судов / Л.П. Коршунов. - Л.: Судостроение, 1991 – 360с.

Сергей Валериевич Хачиков

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС

СУДОВЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

Учебно-методическое пособие

по выполнению раздела выпускной квалификационной работы

для курсантов специальности

26.05.06 Эксплуатация судовых энергетических установок

очной и заочной форм обучения

Тираж_____экз. Подписано к печати_____________.

Заказ №________. Объем 0,75 п.л.

Изд-во ФГБОУ ВО «Керченский государственный морской технологический университет»

298309 г. Керчь, Орджоникидзе, 82.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«КЕРЧЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОРСКОЙ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра судовых энергетических установок

Хачиков С.В.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС СУДОВЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

Учебно-методическое пособие

по выполнению раздела выпускной квалификационной работы

для курсантов специальности

26.05.06 Эксплуатация судовых энергетических установок

очной и заочной форм обучения

Керчь, 2016 г.

УДК629.5.01:378.2

Составитель: Хачиков С.В., преподаватель кафедры судовых энергетических установок ФГБОУ ВО «КГМТУ» ______________________

Рецензент: Горбенко А.Н., доцент кафедры судовых энергетических установок ФГБОУ ВО «КГМТУ» ______________________

Учебно-методическое пособие рассмотрено и одобрено на заседании кафедры судовых энергетических установок ФГБОУ ВО «КГМТУ»,

протокол № _____ от ____________20____г.

Зав. кафедрой СЭУ _______________В.Л. Конюков

Учебно-методическое пособие утверждено и рекомендовано к публикации на заседании методической комиссии МФ ФГБОУ ВО «КГМТУ»,

протокол № _____ от ____________20____г.

© ФГБОУ ВО «КГМТУ», 2016 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение___________________________________________________
1 Основные теоретические сведения_______________________________
	1.1 Общее уравнение теплового баланса_________________________
	1.2 Уравнение теплового баланса для судовой энергетической установки_______________________________________________
	1.3 Тепловой баланс ДВС_____________________________________
	1.4 Тепловой баланс судовых котлов____________________________
	1.5 Тепловой баланс теплообменных аппаратов__________________
	1.6 Тепловые балансы агрегатированного вспомогательного оборудования____________________________________________
	1.7 Энергетический баланс СЭУ_______________________________
2 Порядок расчета______________________________________________
	2.1 Общий порядок расчета___________________________________
	2.2 Определение расчетного режима и коэффициентов загрузки оборудования ___________________________________________
	2.3 Расчет баланса и выполнение графической части ______________
Литература ____________________________________________________

ВВЕДЕНИЕ

Раздел «Энергетический баланс СЭУ» является частью дисциплины «Судовая энергетика», которая является одной из основных профилирующих дисциплин при подготовке судовых механиков. Изучение данного курса предусмотрено в образовательно-профессиональной программе (ОПП) подготовки инженеров-механиков специальности «Эксплуатация судовых энергетических установок».

Цель расчета энергетического баланса – дать студенту теоретическую и практическую подготовку для технически грамотной и эффективной эксплуатации СЭУ в целом и ее отдельных элементов, выбора оптимальных режимов их работы в конкретных условиях эксплуатации судна, а также анализ движения потоков энергии с целью их оптимизации и, в конечном итоге, подтверждения эффективности усовершенствования СЭУ согласно теме дипломного проекта.

В результате изучения дисциплины студент должен знать: структуру энергобаланса каждого элемента СЭУ и всей установки в целом.

Студент должен уметь: рассчитывать энергобаланс каждого элемента СЭУ и всей установки в целом на различных режимах работы судна, выявлять потоки энергий , которые технически целесообразно использовать в качестве вторичных энергоносителей.

Данная разработка содержит методические указания к выполнению соответствующего раздела дипломного проекта.