Функциональное проектирование систем СЭУ

Системы судовых энергетических установок должны обеспечить подвод и отвод рабочих тел к местам потребления и производства в заданном количестве и опре­деленного качества. Исходя из анализа этих функций систем происходит их функ­циональное проектирование – определение подач, напоров, расходов, емкостей, произво­дительностей, сечений, поверхностей и других характеристик.

Конечными целями этого этапа проектирования СЭУ является определение собственных затрат электрической и тепловой энергии элементами СЭУ и уточнение на этой основе нагрузок судовой электростанции и вспомогательной котельной установки, а также создание возможности выбора комплектующего вспомогательного оборудования СЭУ из типоразмерных рядов и сортаментов. Сами эти цели достигаются на после­дующих этапах проектирования СЭУ, но в процессе функционального проектиро­вания для этого создаются возможности.

В САПР эскизного проектирования СЭУ включены модели, реализующие два различных метода проектирования систем: на основе рекомендаций фирм-произво­дителей двигателей и на основе тепловых балансов.

Пример рекомендаций фирмы MAN B&W по характеристикам оборудования систем двигателей типа МС-2001 приведен в табл.4.14.

В табл.4.14 приведены следующие характеристики оборудования систем, обслуживающих двигатель из ряда МС из расчета на один цилиндр соответствующего типоразмера: индекс типоразмера цилиндра; маркировка цилиндров, включающая буквенный и цифровой код, (см. примечание к табл.3.1); Wтц – подача циркуляционного топливного насоса; Wтп – подача топливоподкачивающего насоса; Wпр – подача насоса пресной воды; Wзв – подача насоса забортной воды; Wм – проток забортной воды через маслоохладитель; Wм – подача главного масляного насоса; Wмр – подача насоса смазки распредвала. В случае если в данной графе стоит прочерк – насос отсутствует, а смазка распредвала – консистентная. Если в этой графе стоит звездочка, то кроме консистентной смазки распредвала применен еще гидропривод выхлопного клапана, подача которого в этой графе и указана; Qизл – потери теплоты в помещение МКО в процентах от теплоты сжигаемого в двигателе топлива; Gвоз – расход продувочного воздуха; Gгаз – pасход выхлопных газов; Tгаз – температура газов; Qво – отвод теплоты от продувочного воздуха; Qмо – отвод теплоты с циркуляционным маслом; Qпр – отвод теплоты от пресной воды; Qт – расход теплоты на подогрев топлива.

Параметры табл.4.14 отнесены к режиму номинальной МДМ (см. § 3.1). Двигатель работает на тяжелом топливе с вязкостью 700 сСт при 50^оС.

Насосы должны обеспечивать напор не ниже заданного в табл.4.15, а температура рабочих тел не должна превосходить указанных здесь же величин.

Таблица 4.15 Параметры рабочих тел

В табл.4.15 приведены рекомендуемые значения параметров шести основных насосов энергетических систем двигателей типа МС: Pнаг – давление нагнетания, МПа; Tmax – наибольшая температура, оС.

Проектирование систем первым методом состоит в умножении значений из строки, соответствующей выбранному типоразмеру цилиндра ДВС типа МС, на число цилиндров в составе агрегата.

Для проектирования систем первым методом следует подготовить исходные данные в соответствии с табл.4.16. В случае работы в составе основного расчетного варианта САПР эскизного проектирования СЭУ табл.4.16 подготавливается автоматически после отработки модели WYBOR-MC. Для автономного прогона модели проектирования систем исходные данные нужно подготовить вручную, откорректировав файл SMC1_ISX.DAT в рабочей библиотеке на магнитном диске.

Таблица 4.16 Исходные данные модели функционального проектирования систем

В табл.4.16 приведены следующие переменные: NE – мощность главного двигателя на основном эксплуатационном режиме; NR – частота вращения главного двигателя на эксплуатационном режиме; VSU – средняя эксплуатационная скорость хода судна; LPL – дальность плавания; NDG – мощность электрогенератора на ходу; MTG – код марки топлива, используемого главным двигателем на длительных режимах эксплуатации. Кодирование марок топлива рассмотрено в гл.2; MTW – код марки топлива дизель-генератора на ходовых режимах; TRGD – типоразмер главного двигателя - индекс типоразмера цилиндра в соответствии с табл.3.1; IZ – число цилиндров в составе агрегата главного двигателя.

После подготовки файла исходных данных следует обратиться к модели SIST_MC.EXE проектирования систем по рекомендациям фирмы. Эта модель включает в свой состав табл.4.14 и 4.15 в форме оператора DATA, что позволяет ей по данным табл.4.16 выполнить функциональное проектирование систем и вывести результаты в файл SMC2_REZ.DAT. Вариант этой модели SIST_MCW.EXE содержит несколько отличную таблицу рекомендаций по характеристикам оборудования в случае применения более совершенных газотурбонагнетателей типа ABB или TOSHIBA.

Пример результатов функционального проектирования систем по данным табл.4.16 приведен в табл.3.16. В гл.3 эти данные были использованы для анализа требований к ИБД СЭУ по вспомогательному оборудованию.

При выполнении функционального проектирования систем по энерге­тическим балансам, что актуально для двигателей, требования к вспомогательному оборудованию которых не опубликованы или не известны проектировщику, следует откорректировать файл исходных данных S1_ISX.DAT, аналогичный рассмотренному выше файлу исходных данных для функционального проектирования систем двигателей МС.

Данные этого файла мало отличаются от содержания табл.4.16 и поэтому здесь не обсуждаются. Кроме файла исходных данных для расчетов систем по энергетическим балансам нужно еще уточнить данные этих балансов в таблицах, описывающих константы, принятые при проектировании систем. Эти константы приведены в файлах SKON_OXL.DAT, SKON_SGA.DAT, SKON_SMA.DAT и SKON_TOP.DAT.

В табл.3.21 рассматривались константы, принимаемые при проектировании систем охлаждения – файл SKON_OXL.DAT. Нужно ознакомиться с содержимым этого файла на момент проведения сеанса проектирования и уточнить принимаемые значения. Аналогично по константам топливной системы – файл SKON_TOP.DAT, системы цирку­ляционной смазки – файл SKON_SMA.DAT и системы сжатого воздуха – файл SKON_SGA.DAT.

После этого возможно обращение к исполняемому файлу SISTEMY.EXE, который осуществляет функциональное проектирование систем СЭУ по тепловым балансам. В основе алгоритма расчета систем с использованием модели SISTEMY – применение функционального принципа определения количественных характеpистик оборудования на базе анализа его функций. Напpимер, подача главного масляного насоса системы циркуляционной смазки определяется как отношение количества теплоты, которое нужно отвести с маслом от нагретых деталей (подшипников и дp.), к количеству теплоты, которое можно отвести с единицей количества масла:

Wмн = ?м be Ne Qpн/ (См ?тм),

где be Ne Qpн – полное тепловыделение в двигателе, кВт; ?м – доля тепла, отводимая с маслом; См ?тм – теплоотвод с единицей количества масла – произведение теплоемкости на допустимое повышение температуры, кДж/кг.

Соответствующие зависимости для расчета других характеристик оборудования систем СЭУ приведены в работах В.П.Воронковского, В.И.Козлова, В.А.Ваншейдта и др., а константы принимаются по данным тепловых балансов двигателей и рекомендаций проектировщиков.

Форма представления результатов такого проектирования не отличается от результатов проектирования систем двигателей МС и здесь не рассматривается.

Следует отметить, что рекомендации фирмы-производителя двигателя по пара­метрам рабочих тел энергетических систем – расходам, тепловым потокам, температурам и давлениям обеспечивают стабильный расчетный температурный режим двигателя и этим самым являются способом обеспечения гарантируемого ресурса. Поэтому применение другого метода функционального проектирования – по тепловым балансам не может быть рекомендовано для регулярного применения, как не обеспечивающее расчетного температурного режима и гарантируемого ресурса двигателя. Это излишне приближенный метод, применяемый лишь при отсутствии данных по системам двигателя.