Введение.
Настоящий дипломныйпроект посвящен проблемам современной технологии ремонта гребных валов,рассмотрены причины образования и методы обнаружения дефектов гребных валов, методы восстановления и повышениясрока службы.
В дипломном проектерассмотрены вопросы технической эксплуатации СЭУ.
Рассмотрены такжетребования безопасности труда при выполнении судоремонтных работ. Особоевнимание уделено применениюполимерных материалов при ремонте гребных валов. В данном дипломном проекте произведен подбор главного двигателя, определены геометрические размеры гребного вала,разработано приспособление для насадки и снятия полумуфты гребного вала.
Под ремонтом суднапонимается комплекс операций по восстановлению исправного или работоспособногосостояния судна наопределенный интервал времени. Судоремонт является составной частью системытехнической эксплуатации флота, входя в подсистему «Техническое обслуживание и ремонт флота». Целевой функцией даннойподсистемы, и в частности судоремонта, является сокращение ремонтного времени, которое в значительной степениопределяет продолжительность эксплуатационного периода судов.
1. Общие сведения о судне-прототипе.
Расчетходкости судна. Выбор главного двигателя.
1. Общие сведения о судне-прототипе.Расчет ходкости судна. Выбор главногодвигателя.
1.1. Общие сведенияо судне-прототипе.
В качестве прототипавыбираем судно типа «Дмитрий Донской». Судно построено на класс Регистра СССР КМ УЛ [1] А2 (судно для навалочного груза). Районплавания-неограниченный.
Назначение-балкер-контейнеровоз.Судно приспособлено для плавания в арктических морях и представляет собойодновинтовой теплоход с ледокольным штевнем.
Основные параметрысудна
162,1 м
154,88 м
22,86 м
13,5 м
9,88 м 9,02 м
19590716870т 6000/11000 15,2 уз.
Длина:
наибольшая
между перпендикулярами
Ширина
Высота борта
Осадка:
по грузовую марку
спецификационная
Дедвейд
Дальность плавания
Скорость хода
1.2. Энергетическаяустановка судна -прототипа.
На судне установленглавный двигатель типа K8Z70/120Eфирмы MANноминальной мощностью 8200кВт при частотевращения коленчатого вала 140мин"1. Двигатель двухтактный, крейцкопфный, с петлевой продувкой, с газотурбинным наддувом.Используемое тяжелое топливо имеет вязкость до 1500 с. Редвудда 1 при 100°F( 380 сСт при 50°С).Удельный эффективный расход тяжелого топлива в дизеле составляет 218г/кВт-ч+5%. В условиях ледового плавания двигатель работает только на легкомтопливе. Главный двигатель соединяется с валопроводомнепосредственно. Валопровод состоит из промежуточного и гребного валов.Промежуточный вал опирается на опорный подшипник. Носовой конец гребноговала при помощи фланца соединяется спромежуточным валом. Гребной вал с винтом
устанавливают на опорные подшипники,смонтированные в деидвуднои трубе. Гребной винт, выполненный из хромоникелевойстали имеет диаметр около 5,4м. Дейдвудная труба снабжена уплотнительным сальником.
Оцениваяпропульсивный комплекс прототипа, необходимо отметить следующее.
Работающий на суднеГД морально устарел. Современные малооборотные двигатели аналогичного уровнямощности имеют удельный эффективный расход топлива на 25-30% ниже, а массу в двараза меньше. Использующееся в прототипе топливо по современным нормам является избыточновысококачественным, а следовательно, неоправданно дорогим. При учете этихобстоятельств может оказаться экономически нецелесообразной дальнейшая эксплуатациясудна с таким ГД. Очевидна необходимость выбора современного двигателя для данноготипа судов.
Диаметр гребноговинта прототипа 5,4м, составляющей 0,6 осадки судна, можно было быувеличить. Это позволило бы повысить его КПД. Однако, имея ввиду возможностьмодернизации плавающих судов рассматриваемого типа и желание избежать при этомпеределки кормовой оконечности, целесообразно принять решение о неизменности диаметра винта и необходимостиоптимизировать его шаговое отношение и частоту вращения.
Судовая одномашиннаяустановка с прямой передачей в условиях судна-прототипа представляется наиболееоправданной из всех типов ГЭУ. Это объясняется назначением судна (грузовое),отсутствием необходимости иметь уменьшенную осадку, т.е. иметь два гребных винта уменьшенногодиаметра, и, с другой стороны, возможностью получить высокий КПД винта, засчет установки одного винта увеличенного диаметра. По этим и другим соображениямцелесообразно сохранить тип ГЭУ судна — прототипа.
С учетом результатавышеизложенного анализа судна — прототипа для достижения поставленной целипредстоит рассчитать потребную мощность главного двигателя для обеспечения заданнойскорости хода судна при оптимизации шагового отношения гребного винта и частотыего вращения, подобрать главный двигатель, совместно оптимизировав уточненные параметры гребного винта и рабочую точкудвигателя в пределах поля допустимыхрежимов его длительной эксплуатационной мощности, произвести расчет параметров гребного вала.
Расчет потребной мощности для приводагребного винта принято проводить для чистого(необросшего) корпуса судна с последующим учетом т.н. «морского» запаса мощности на обрастание и запасамощности на двигатель. Расчетпотребной мощности и винта выполнен
1.3. Расчет потребноймощности для привода гребного винта балкера-контейнеровоза дедвейтом 16870 тонн (прототип — судно типа «Дмитрий Донской»),
Перечень исходных данных для программы
POWER
LPP — расстояние междуперпендикулярами, м;
LWL — длина судна поКВЛ, м;
DMX — максимальныйдиаметр винта в долях от осадки;
DMN — минимальный диаметрвинта в долях от осадки;
CWP — коэффициентполноты КВЛ;
RHO — плотность воды,кг/м3;
STN — шаг счета почастоте вращения винта;
CST — признак формыкормы;
S — площадь смоченнойповерхности голого корпуса, м2;
НВ — возвышение центра тяжести сечения бульба над основной линией, м ;
В — ширина судна на миделе, м;
Т — осадка на миделе, м;
TF — осадка носом, м;
ТА — осадка кормой, м;
СМ — коэффициент полноты миделя;
NU — кинематическая вязкостьводы, мс;
NN — начальная частота вращения для счета, мин'1;
AT — площадьпогруженной части транца, м2;
KS — коэффициент учетаобрастания корпуса;
АВТ — площадь поперечного сечения бульба на основном перпендикуляре, м
ХВ — положение центра величины в % от длины судна между
перпендикулярами;
NDчисло гребных винтов;
СА — корреляционная надбавка на шероховатость;
VS — расчетная скоростьсудна, уз;
СВ — коэффициент общей полноты судна;
RZ — тяга на гаке, кН;
NP — число шагов счетапо частоте вращения;
К2 — коэффициент сопротивления выступающих частей;
KR — коэффициент учетаобрастания корпуса;
RMAX — допустимоенапряжение материала лопасти винта. Па;
ETAS — коэффициент учетапотерь в валопроводе;
ENTA — половина угла входаносовой ветви КВЛ, град;
VSTS — шаг по скоростидля расчета показателя характеристики
буксировочного сопротивления, уз;
NPB — число лопастейвинта;
6
План трюма машинного отделения
1 — подкачивающий компрессор;
2 — компрессор пускового воздуха;
3 — агрегат смазки;
4 — охладитель масла;
5 — охладитель пресной воды;
6 — пожарный насос;
7 — агрегат насосов пресной воды;
8 — агрегат насосов забортной воды;
9 — цистерна льяльных вод;
10 — агрегат подготовки смазочного масла;
11 — агрегат подготовки топлива;
12 — главный двигатель;
13 — тошшвоперекачивающий насос;
14 — балластно-осушительный насос;
15 — дизель-генератор;
16 — компрессорный агрегат рефрижераторной установкипровизионных камер;
17 — пневмоцистерна трубопровода;
18 — пневмоцистерна питьевой воды;
19 — пневмоцистерна мытьевой воды;
20 — агрегат смазки турбонагнетателей.
Рис. 1.2.
SAP — площадь смоченной поверхности выступающих частей, м:СВТ — коэффициент сопротивления подруливающего устройства; DPU — диаметр подруливающего устройства, м2.
Исходные данныезадачи POWER.
Таблица 1
LPP=1 54,88
B=22,86
XB=1,74
RMAX=0,6+08
LWL=1 58,00
T=9,02
ND=1
ETAS=0,980
DWX=0,599
TF=9,02
CA=0.800E-03
ENTA=-1,00
DMN=0,599
CM-0,995
VS=15,20
VSTS=1.00
CWP=0,85
NU=0,1570E-05
CB=0,7550
RHO= 1025,00
NN=90,00
RZ=0,00
NPB=4
STH=5,00
AT=0,00
NP=12
SAP=250,00
CST=0,00
KS-0,00
R2=l,40
CBT=0,00
S=l,00
ABT=0,00
KR=1,00
DPU=0,00
HB=0,00
Результаты.
Таблица 2.
Частота враще ния
потребная мощность
диаметр гребного винта
шаговое отноше ние винта
дисковое отношение винта
КПД
винта в свободной воде
коэффи циент влияния
кпд
винта за корпусом
Относит ель ная толщина лопасти
мм-
об/ мин
PS
DP
HD
ADA
ЕТАВ
ЕТАН
ETAD
DEL
кВт
м
—
—
—
—
—
—
90,00
7218,06
5,403
1,3105
0,6358
0,5095
1,2419
0,6327
0,0405
95,00
7043,27
5,403
1,1992
0,6358
0,5220
1,2419
0,6483
0,0405
100,00 105,00
6900,35
5,403
1,1055
0,6358
0,5333 0,5431
1,2419 1,2419
0,6623 0,6745
0,0405 0,0405
6772,19
5,403
1,0244
0,6358
110,00
6669,07
5,403
0,9541
0,6358
0,5510
1,2419
0,6843
0,0405
115,00
6610,11
5,403
0,8936
0,6358
0,5565
1,2419
0,6912
0,0405
120,00
6567,00
5,403
0,8398
0,6358
0,5604
1,2419
0,6959
0,0405
125,00
6533,37
5,403
0,7915
0,6358
0,5628
1,2419
0,6989
0,0405
130,00
6511,99
5,403
0,7485
0,6358
0,5646
1,2419
0,7012
0,0405
135,00
6539,46
5,403
0,7100
0,6358
0,5625
1,2419
0,6986
0,0405
140,00
6565,05
5,403
0,6748
0,6358
0,5603
1.2419
0,6958
0,0405
145,00
6601,52
5,403
0,6426
0,6358
0,5568
1,2419
0,6915
0,0405
Получена зависимостьпотребной мощности от частоты вращения гребных винтов, так называемая линияпостоянной скорости судна. Полученная ЛПСС может быть использована при выборевариантов ГД. В процессе расчета выяснилось, что минимальная потребная мощность соответствует 130мин"1. При этом оптимальный гребной винт диаметром 5,4 м имеет отношение0,748. Пропульсивный коэффициент достаточно высок -0,7.
Расчеты показали,что для обеспечения движения судна со скоростью 15,2 уз. При чистом корпусе иоптимальном гребном винте требуется мощность 6512 кВт при частоте вращения 130мин". Далее для назначения режима работы выбираемого ГД произведемсовместную оптимизацию параметров ГД и гребного винта.
1.4. Методика автоматизированного выбора и оптимизации пропульсивного комплекса.
Известные методикивыбора параметров комплекса страдают рядом недостатков. Зачастую отсутствуеткомплексный подход при выборе гребного винта, типо-размера двигателя и егорабочей точки. Фирмы- разработчики судовых двигателей в своих каталогах и программах предлагаютпроектировщику упрощенный подход к формированию характеристики потребноймощности, без полноценного расчета ходкости и гребного винта. Фирменные программыспособны работатьтолько с каталогами собственных дизелей.
В разработанной накаф. Судовых ДВС и теории корабля ГМТЦ автоматизированной системе ETNGINES2 использованы модули программы «АСПО»расчетов ходкости и гребного винта. Создана база данных, содержащая каталогисовременных малооборотных двигателей известных фирм. Система позволяет призаданных параметрах корпуса судна и скорости его движения выбрать и комплекснооптимизировать параметры гребного винта, типо-размер главного двигателя и режим его работы по критериючасового расхода топлива. Предусмотрена возможность исследования запасов мощности наоптимальность с учетом условий плавания.
Результаты автоматизированного выбора пропульсивного комплексапредставлены в таблице 3.
В таблице указаны: марка двигателя;число цилиндров; длительная эксплуатационная мощность (ДЭМ) двигателя (с учетом«морского» запаса), кВт; соответствующая частота вращения коленвала, мин"1;удельныйэффективный расход топлива, г/кВт 2; часовой расход топлива, кг/г; габаритыдвигателя, м; масса двигателя.
Каждый двигательуказан при «своей» частоте вращения, обеспечивающий минимальный для данногодвигателя часовой расход топлива.
Варианты главного двигателя балкер-контейнеровоза дейдвудом 16870 тонн безвалогенератора. (Список составлен в порядке увеличения часового расхода топлива).
Таблица 3.
Марка
Цилинд
р
шт.
ткс
Мощность кВт
Частота об/мин
Расход удельн.
г/Вт-ч
Расход кг/ч
Длина мм
Высота мм
Масса т
S50MC-
8
Нет
7445
123,7
158,0
1176
8465
8900
256
S50MC-95
8
нет
7446
123,5
160,0
1192
9272
8800
297
S50MC-96
7
Нет
7446
123,5
160,8
1198
7615
8900
232
RTAS2-95
8
Нет
7441
126,4
163,2
1214
8845
8745
300
RTAS2-95
7
Нет
7441
126,4
164,0
1220
7925
8745
270
L60MC-95
5
Нет
7459
119.6
164.6
1228
7379
9300
305
S50MC-96
6
Нет
7446
123,5
164,9
1228
6765
8900
210
S46MC-96
7
Нет
7443
125,5
170,2
1267
7005
8575
205
S42NC-95
9
Нет
7457
132,3
170,1
1268
8569
8050
186
S42MC-95
8
Нет
7457
132,3
173,1
1291
7821
8050
168
Результаты расчетанаилучшего по суммарным затратам варианта установки с ГД марки 8S42MCбез валогенераторапредставлены ниже. При этом выбор запаса мощности выбранного дизеля не более 8% по отношению к режимуДЭМ объясняется ограничением, накладываемым на выбор верхней линией ЬГЬ3поля спецификационных режимов дизеля.
Главный двигатель: количество -1,
наименование — 8ДКРН42/176(8842МС) фирма — разработчик MAN-B&W
Масса — габаритные показатели:
диаметр цилиндра 420мм
ход поршня 1760мм
длина 7,82м
ширина 2,67м
высота под выем поршня 7,83 м
сухой вес 168,0тонн
Параметры ГД на режимах ДЭМ и МДМ при запасе на дизель 8,0%
мощность на винте, л/с 9939 10803
мощностьдизеля, л/с 10142 11024
частота вращения, об/мин 131,0 134,7
среднее эффективное давление, кг/см2 17,87 18,89
удельныйрасход топлива, кг/лсч 1268 1279
Преимуществоустановки без ВГ объясняется следующими обстоятельствами. При наличии валогенератора ГД имеет на один цилиндр больше и ГД на 10,7% дороже. А выигрыш всуммарном расходе топлива на введение ВГ оказался не столь значительным -0,6%.
1.5 Конструкция гребного вала. Расчет основных элементов валопровода.
1.5.1 Конструкция гребного вала.
Гребной вал служит для передачи крутящего момента от двигателя
кгребному винту, а также передачи силы упора, создаваемого
вращающимся гребным винтом на упорный подшипник. Гребные валы
отковываютзаодно либо с фланцами, либо для крепления валов с
фланцевойполумуфтой предусматривают коническую часть. В
соединении гребного вала сгребным винтом и в соединении валов с
помощью фланцевой полумуфты применяютконические соединения на
шпонке и без шпонки(гидропрессовые). Согласно Правилам Регистра
России гребные валы должны быть надежнозащищены от
соприкосновения с морской водой.Этой цели служат облицовки по всей
длине вала (сплошные) или только в районах дейдвудных подшипников
(несплошные) с защитоймежоблицовочной части вала покрытием на
основе эпоксидных смол. РегистрРоссии рекомендует применение
сплошных цельнолитых облицовок, особенно длявалов
крупнотоннажных судов. Однако всвязи с тем, что изготовление таких
облицовок весьма сложно, допускаетсяприменение облицовок ,
сваренных из отдельных частей до насадки на вал. При этом стыки
сварных швов должны располагаться внерабочих мест облицовки.
Облицовки обычно изготавливают из бронзы Бр. ОЦ10-2, обладающей
высокой коррозийной стойкостью при работе в морской воде со всеми антифрикционныминеметаллическими материалами.
1.5.2 Расчет основных элементов водопровода. Расчетный диаметр промежуточного вала
где: Nb — расчетная мощность,передаваемая промежуточным валом кВт
nb — частота вращенияпромежуточного вала, сек"1
к — поправочный коэффициент
K= (d-l)g0=(1.2-l)0,5 = 0,1go= 0,5 — для установок с двухтактным двигателем,
(X — коэффициент, представляющий отношение максимального
индикаторного
суммарногомомента всего двигателя к среднему индикаторному моменту;
для8 цилиндровых двигателей а =1,2.
Расчетный диаметргребного вала
dr>= 1,12 dn+K•Д = 1,12 • 405 + 7•5,4 = 491,4мм,
принимаем диаметргребного вала 492мм,
где: К=7 — для вала со сплошной облицовкой;
Д — диаметр гребноговинта; Толщина бронзовой облицовки гребного вала S>0,03d1r+7,5=0,03492+7,5=22,26MM, принимаем 23мм.Т.к. судно спроектировано на класс ледового усиления Ji2, диаметр гребного валаувеличиваем на 8% d1r=dr*1,08=492-1,08=532мм. Длину вала оставляем прежнюю, как у судна - прототипа, равна 7920±2мм.
2. Вопросы технической эксплуатации СЭУ.
2. Вопросы технической эксплуатации СЭУ.
2.1. Содержаниетехнической эксплуатации.
Под терминомэксплуатация в технике понимают стадию жизненного цикла технического изделия, накотором реализуются, поддерживаются и восстанавливаются его качества.Техническая эксплуатация (ТЭ) СЭУ представляет собой комплекс технических и организационныхмероприятий, обеспечивающих эффективное использование и длительное поддержаниеработоспособности всего оборудования в целом, а также каждого его элемента в отдельности.
Эксплуатация СЭУначинается с момента подписания комиссией акта приемки судна, подтверждающегоего готовность к использованию по назначению и заканчивается списанием судна.
Достижение целей ТЭСЭУ должно осуществляться при минимальных материальных и трудовых затратах, что в своюочередь способствует получению максимального экономического эффекта отэксплуатации судна.
Главная задача ТЭ — увеличение эксплуатационного периода Тэ, в течение которого судно выполняетпроизводственное задание.
Эксплуатационный период:
Тэ = Тг.ф. — ( Тр — Тпр ) где:
Тг.ф. — годовой фонд времени, в течение которого судно
используется по назначению;