Расчет удельного расхода топлива главного двигателя при референтной скорости движения судна
Показатели главных двигателей на долевых режимах определяем с помощью зависимостей:
- эффективный КПД на режиме
- удельный расход топлива на режиме
.
Расчет производим в табличной форме (табл.3). В таблице 3 приведен пример расчета для двигателя 6ЧРН30/38.
Таблица 3 – Расчет параметров главных двигателей по винтовой характеристике
| Наименование параметра, единица измерения | Численное значение | |||||
| ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ | ||||||
| Марка дизеля | 6ЧРН30/38 | |||||
| Номинальная эффективная мощность Рен, кВт | ||||||
| Ном. частота вращения коленчатого вала nе, мин-1 | ||||||
| Удельный эф. расход топлива ge, кг/(кВт×ч) (см. прим.2) | 0,204 | |||||
| Низшая уд. теплота сгорания топлива Qн, кДж/кг | ||||||
| Механический КПД на номинальном режиме h | 0,92 | |||||
| РАСЧЕТНЫЕ ДАННЫЕ | ||||||
| Доля ном. частоты вращения коленчатого вала | 0,9 | 0,8 | 0,6 | 0,4 | 0,3 | |
| Дол. частота вращения коленчатого вала n, мин-1 | 337,5 | 281,25 | 112,5 | |||
| Адаптивная поправка к КПД Dh | 0,05 | 0,065 | 0,075 | 0,105 | 0,15 | |
| Эффективный КПД на режиме hд | 0,413 | 0,430 | 0,429 | 0,422 | 0,408 | 0,401 |
| Удельный эф. расход топлива geд, кг/(кВт×ч) | 0,204 | 0,196 | 0,197 | 0,200 | 0,207 | 0,211 |
По результатам расчетов строим графики изменения показателей главных двигателей при их работе по винтовой характеристике, рис.3.
По графику на рис. 3 находим режим работы двигателей при 75% от номинальной мощности с определенной в предыдущей главе частотой вращения 341 об/мин. Для этого режима определяем значение удельного эффективного расхода топлива geд = 0,1964 кг/(кВт∙ч), которое будет использовано ниже для расчета конструктивного коэффициента энергетической эффективности судна EEDI.
Примечание 2.Удельный эффективный расход топлива следует принимать по справочным данным (см. приложение 1 и 2) или данным фирмы-производителя. Если данных для двигателя нет, то согласно рекомендациям Руководства по методу расчета EEDI (Energy Efficiency Design Index), вступившее в силу с 01.01.2013 (MEPC.212(63)) можно принимать для главных двигателей geд=0,190 кг/(кВт∙ч).
Рисунок 3 – Изменение параметров главного двигателя при работе по винтовой характеристике
5. РАСЧЕТ КОНСТРУКТИВНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ СУДНА
В 2007 году на 56-й сессии Комитета по защите морской среды (КЗМС) были определена основная цельтехнических мер по сокращению выбросов парниковых газов – улучшение энергетической эффективности строящихся судов путем внедрения требований по конструктивному коэффициенту энергетической эффективности (ККЭЭ - EEDI).
Согласно Руководства по методу расчета EEDI (Energy Efficiency Design Index) для новых судов, вступившее в силу с 01.01.2013 (MEPC.212(63) [4]) необходимо пользоваться следующей формулой:
EEDI= 
где Vref – скорость судна; Capacity – водоизмещение судна (дедвейт DWT); fi, fj, fw – факторы, учитывающие влияние водоизмещения, особенности конструкции и условий волнения и ветра, соответственно; PMEi – расчетная мощность главных двигателей; PAEi – расчетная мощность вспомогательных двигателей; PPTIi, – мощность, равная 75% от расчетной; PWHR – электрическая мощность в результате утилизации тепла главных двигателей; SFCME, SFCAE – удельный эффективный расход топлива главными и вспомогательными двигателями; СFMEi , CFAEi– выбросыCO2 главными и вспомогательными двигателями; feff – коэффициент эффективности инновационных технологий получения энергии; Peff – мощность, развиваемая в результате примененияинновационных технологий получения энергии; Ceff – выбросыCO2 в результате примененияинновационных технологий получения энергии.
Для судов без ледового усиления, без валогенератора и без гибридной установки формула приобретает более простой вид:
. (9)
В данной формуле CF соответствует топливу, используемому на судне, причем принимается, что главные и вспомогательные двигатели работают на одном сорте топлива. Значение CF определяется по табл. 4.
SFCFME – удельный эффективный расход топлива главными двигателями найден в разделе 4 и подставляется в г/(кВт∙ч);
SFCAE – удельный эффективный расход топлива вспомогательными двигателями находится по справочным данным или из приложений 1 и 2 и подставляется в г/(кВт∙ч), если данные по вспомогательным двигателям не найдены, то, согласно рекомендациям MEPC.212(63), можно принимать SFCAE = 215 г/(кВт∙ч);
N – число главных двигателей;
РМЕ – мощность главного двигателя, равная 75% от приведенной в справочнике при описании судна.
В качестве РАЕ можно принять мощность, определенную для ходового режима из таблицы нагрузок электростанции. В случае отсутствия таких данных принимается равной мощности всех дизель-генераторов за вычетом одного (находящегося на ходу в резерве).
Скорость судна Vref определяется по результатам расчета буксировочного сопротивления (рис.1) для режима мощности главного двигателя, равном 75% от номинала (показана зеленой линией). Скорость при подстановке в формулу (9) переводится из км/ч в узлы.
Таблица 4 – Значения величины CF для разных типов топлива
| Тип топлива | Ссылка | Содержание углерода | СF, г СО2 / г топлива |
| 1. Дизельное/ Газойль | ИСО 8217 | 0,8744 | 3,206 |
| 2. Легкое жидкое топливо (ЛЖТ - LFO) | ИСО 8217 | 0,8594 | 3,151 |
| 3. Тяжелое жидкое топливо (ТЖТ - НFO) | ИСО 8217 | 0,8493 | 3,114 |
| 4. Сжиженный нефтяной газ (СНГ - LPG) | Пропан | 0,8182 | 3,000 |
| Бутан | 0,8264 | 3,030 | |
| 5. Сжиженный природный газ (СПГ - LNG) | 0,7500 | 2,750 | |
| 6. Метанол | 0,3750 | 1,375 | |
| 7. Этанол | 0,5217 | 1,913 |
Полученное по формуле (9) значение ЕЕDI сравнивается с базовой кривой. Согласно MEPC.203(62) принята базовая кривая допустимых значений EEDI для грузовых судов
где a и с – постоянные величины, зависящие от типа судна (таблица 5).
Полученные результаты отображаются графически, как показано для примера на рис.4.
Типичные вопросы при выполнении раздела 5.
Вопрос: к какому классу судов отнести шаланду в таблице 4 для определения значений a,b,c?
Ответ. Судно для генгруза.
Вопрос: что такое DWT судна и откуда берётся его значение?
Ответ. DWT - дедвейт судна, берется из описания судна из справочника.
Вопрос: рассчитав referencelinevalue, как отметить полученное значение на графике сравнения значения EEDI судна с базовой кривой? Ось Y – полученное значение EEDI из формулы 9, а полученное значение referenceline – ось X?
Ответ. По оси Х откладывается дедвейт судна. Расчет базовой линии проведите в диапазоне от 100 до 5000 т. Этого хватит, чтобы точка для Вашего судна попала в этот диапазон.
Проблема еще в том, что Вы скорость при снижении мощности до 75% должны снимать с графика на рис.1, а не определять по формуле (8), т.к. в ней Вы не знаете буксировочное сопротивление. Поэтому находите на рис.1 на кривой мощности значение 423,7 кВт и спускаетесь от нее вниз к оси скорости. Эту скорость переводите из км/ч в узлы и используете далее при расчете ЕЕDI. Полученная точка не обязательно должна совпадать в референтной линией на рис.4. Она может быть и выше (что более вероятно) и ниже.
Таблица 5 – Значения постоянных величин для расчета базовой кривой
| Тип судна | a | b | c |
| Балкер | 961.79 | DWT судна | 0.477 |
| Газовоз | 1120.00 | DWT судна | 0.456 |
| Танкер | 1218.80 | DWT судна | 0.488 |
| Контейнеровоз | 174.22 | DWT судна | 0.201 |
| Судно для генгруза | 107.48 | DWT судна | 0.216 |
| Рефрижератор | 227.01 | DWT судна | 0.244 |
| Комбинированное судно | 1219.00 | DWT судна | 0.488 |
Рисунок 4 – Пример сравнения значения EEDI судна VIENNA EXPRESS с базовой кривой