1.7 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.
2 Порядок расчета
2.1 Общий порядок расчета
Расчет энергетического баланса СЭУ проводится в два этапа:
- определение расчетного режима и коэффициентов загрузки оборудования;
- расчет баланса и выполнение графической части.
2.2 Определение расчетного режима и коэффициентов загрузки оборудования
Расчет энергетического баланса СЭУ проводится для ходового режима работы судна.
Коэффициенты загрузки каждой единицы оборудования (ГД, ВГД, ВК) должны быть обоснованными, т.е. выбраны из соответствующих графиков загрузки оборудования.
Дипломант может выбрать для расчета энергобаланса другой режим работы судна по согласованию с руководителем проекта.
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.
2.3 Расчет баланса и выполнение графической части
Проводится расчет энергетических балансов оборудования на расчетном режиме в форме табл. 1.
Если после усовершенствования, согласно темы ДП, изменяется баланс какой ли единицы оборудования (или обслуживающих его систем), то производится одновременный расчет баланса для установленного оборудования и усовершенствованного оборудования и заполняется последний столбец таблицы 1, а также заполняется столбец 11 таблицы 2.
При этом, в случае установки дополнительного оборудования, в заголовке таблицы 2 делается пометка, например: «Утилизационный котел ГДМ». Пример распределения потоков энергии при заполнении таблицы 6 приведен в таблице 7, при этом в столбце 3 указан поток энергии полезно использованный в утилизационном котле.
Проводится построение энергетического баланса СЭУ на листе формата А1. При этом вначале необходимо построить энергетический баланс установки до модернизации, а затем построить и выделить вновь установленное оборудование и/или вновь появившиеся потоки энергии.
Р
исунок
8 - Энергетический баланс модернизированной
СЭУ.
Модернизация - установка утилизационного котла
Таблица 1 - Расчет тепловых и энергетических балансов |
|||||
№ п/ п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64 |
Наименование
1. Тепловой баланс ДВС
1.1 Расход тепла, полученного от сжигания топлива, полезноиспользуе-мое тепло
Номинальная эффективная мощность главного двигателя
Коэффициент загрузки
Расчетная мощность
Марка топлива и его ГОСТ
Низшая теплота сгорания топлива
Удельный эффектив- ный расход топлива, номинальный
Удельный эффектив- ный расход топлива, на режиме
Эффективный КПД на режиме
Тепловой поток, полученный от сжигания топлива
Часовой расход топлива
Полезноиспользуемое тепло 1.2 Потери тепла
1.2.1 Потери с уходящими газами
Теоретически необходимое количество воздуха (кг) для сгорания 1 кг топлива
Температура воздуха на входе двигателя (компрессора)
Средняя массовая теплоемкость воздуха
Температура выхлоп- ных газов в коллек- торе номинальная
Теплоемкость
продуктов сгорания при
Суммарный коэффициент избытка воздуха:
Теплоемкость выхлопных газов в коллекторе
Абсолютное давление наддува
Абсолютное давление выхлопных газов в коллекторе (перед турбиной)
Абсолютное давление за турбиной
Адиабатный КПД турбины
Показатель адиабаты расширения газов в турбине Температура выхлоп-ных газов в коллек- торе на режиме:
Температура выхлопных газов за турбиной
Потеря тепла с уходящими газами ДВС с наддувом (за турбиной)
- то же в %
1.2.2. Потери с охлаждающей водой
Повышение температуры охлаждающей воды
Коэффициент производительности насоса пресной воды
Часовой расход воды на один двигатель,
Теплоемкость пресной воды
Потеря тепла в охлаждающую воду
- то же в %
1.2.3 Потери со смазочно-охлаждающим маслом
Повышение температуры масла
Удельный проток масла: а) малооборотные и среднеоборотные двигатели без охлаждения поршней маслом; б) малооборотные и среднеоборотные двигатели с охлаждением поршней маслом; в) форсированные двигатели
Часовой проток масла
Теплоемкость масла
Потеря тепла со смазочным маслом
- тоже в %
1.2.4 Потери в окружающую среду
Потери в охладителе наддувочного воздуха
Потери в окружающую среду (небаланс)
- тоже в %
1.3 Утилизация тепловых потерь
1.3.1 Утилизация потерь уходящих газов
Тепловой баланс утилизационного котла (УК)
Паропроизводитель- ность УК
КПД утилизацион-ного котла (коэффи-циент использования теплоты выпускных газов)
Вторичноиспользуе-мое (возвращенное) тепло
- то же в %
Коэффициент потерь в окружающую среду
Потери с уходящими газами после УК
- то же в %
Потери в окружающую среду
- то же в %
1.3.2 Утилизация потерь с охлаждаю-щей водой
1.3.2.1 Тепловой баланс водо-опреснительной установки (ВОУ)
Мощность теплового потока, поступаю-щего в ВОУ или теплообменный аппарат
Производительность ВОУ (дистиллят)
Тепловой поток, необходимый для обеспечения выработки дистиллята (вторичноиспользуе-мое тепло)
Коэффициент использования теплоты охлаждающей воды
Коэффициент потерь в окружающую среду
Тепловой поток, возвращаемый в ДВС (отводимый в водяной холодильник двигателя)
- то же в %
Потери в окружающую среду
- то же в %
3. Тепловой баланс вспомогательного котла
3.1. Расход тепла, полученного от сжигания топлива, полезноиспользуе-мое тепло
Марка ВК
Паропроизводитель-ность
Коэффициент режима работы
Расчетная паропро-изводительность
Марка топлива и его ГОСТ
Низшая теплота сгорания топлива
КПД котла, расчетное
Часовой расход топлива, номинальный
Часовой расход топлива, на режиме
Тепловой поток, полученный от сжигания топлива
Полезно используемое тепло
3.2. Потери тепла
Относительные потери от химической неполноты сгорания топлива
Потери от химической неполноты сгорания топлива
Относительные потери в окружающую среду на номинальном режиме
Относительные потери в окружающую среду на режиме
Потери в окружающую среду
Потери с уходящими газами
4. Расчеты энергетических балансов 4.1 Пропульсив-ная установка
Потери в муфте
Потери в передаче
Поток энергии, после передачи
тоже, %
Разделение энергии, - к валогенератору
Тоже, %
- к валопроводу
Тоже, %
Потери в валопроводе
Поток энергии, подводимый к движителю
Потери в винт-корпус
Буксировочная мощность
4.2. Судовая электростанция
Мощность дизельгенератора на режиме
Мощность валогенератора
Суммарная мощность электростанции на режиме |
Обозна- чение
kреж
РН
РЗТ
m
K
СВОД
|
Ед. изм.
кВт
-
кВт
-
кВт
кВт
кг/кг
0С
С0
МПа
МПа
МПа
K0
С0
K0
С0
кВт
%
0С
кг/час
кВт
%
0С
кг/час
кДж/кг0С
кВт
%
%
кВт
кВт
%
кг/ч
-
кВт
%
кВт
%
кВт
%
кВт
т/сут
кВт
-
кВт
%
кВт
%
кг/ч
-
кг/ч
кДж/кг
кг/ч
кг/ч
кВт
кВт
%
кВт
%
%
кВт
кВт
кВт
кВт
кВт
%
кВт
%
кВт
%
кВт
кВт
кВт
кВт
кВт
кВт
кВт
|
Способ определения/ Числовая операция
Главный двигатель, вспомогательный двигатель
По паспортным данным двигателя
По паспортным данным двигателя
По тепловому расчету ГД или По характеристике двигателя
По характеристике двигателя, исходя из kреж Или с поправочным коэффициентом по рис. 9
Определен в тепловом расчете ГД для ВД принять 14,1
При
заборе воздуха из машинного отделения
0,9352+0,0000934•tB
По характеристике ДВС или по Табл.11
1,03+0,000126•
для ГД по тепловому расчету для ВД по паспортным данным
Принимается РН=0,13-0,25МПа, для ДВС форсированного типа РН=0,26-0,35Мпа
(0,82…0,94) РН
Принимается (0,101¸0,103)
0,6¸0,65; для импульсных турбин 0,6¸0,8; для изобарных турбин
Принимается =1,32…1,34
По характеристике ДВС исходя из kреж Или с поправочным коэффициентом по рис. 9
По характеристике ДВС исходя из kреж или
По данным, собранным на преддипломной практике ≈ (7¸12)
Принимается К = 0,004…0,008
Принять по производит. насоса пресной воды, по данным практики, или
Принимается = 4,19
По данным двигателя, собранным на преддиплом-ной практике ≈ 5…150С Или принимается по производит. масляного насоса Принимается
10¸18
40¸60
30¸50
Принимается = 1,9
Принимается по данным преддипл. практики, или для МОД и СОД ≈ 5-8
% для ВОД ≈ 8-10 %
Расчеты п. 1.3 выполняются только при установке соответствующего оборудования
По установленному на судне оборудованию
По установленному на судне оборудованию
Принять = 0,95…0,98
Принято 0,98
5
По паспорту котла
По паспорту котла
По характеристике котла,
По паспорту котла или пропорционально номинальному режиму
Принять 0,5 %
Принять 0,5…1 %
Табл. 5
По данным оборудования, установленного на судне
|
Числовое значение при усовершенст-вовании
,
принимается
- пропуль-сивный КПД по табл.5
по табл. 10 - КПД генератора по табл. 10
|
(“чистых” газов)
-
поправочный коэффициент по рис. 9
-
КПД муфты
по Табл. 5
-КПД
передачи по
-КПД
валопровода по Табл. 5.
-
пропульсивный
КПД по табл.5
-
КПД генератора
Рисунок 9 - Зависимости от загрузки двигателя:
- kвод – относительных потерь с охлаждающей водой;
- kн.в.- относительных потерь охлаждения наддувочного воздуха;
- gIe – относительного удельного расхода топлива;
- t ВГ.- относительного снижения температуры выхлопных газов в коллекторе
Рисунок 10 – Относительные характеристики судовых котлов
.
Таблица 2 - Энергетический баланс СЭУ
|
Группы оборудования |
СЭУ в целом |
||||||||
Пропульсивная установка |
Судовая электростанция |
Вспомогательная энергетическая установка |
Базовая |
Изменен- ная |
||||||
Показатель, кВт |
Главный двигатель |
Утилизац. котел ГД |
Вспомога- тельный двигатель |
Утилизац. котел ВД* |
Вало- венера- тор |
Вспомогат. котел |
Утилизац. котел ГД, ВД |
ВОУ или дополнит.оборудов. |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
Теплота, от сгорания топлива |
|
|
|
|
|
|
Заполняется |
Заполняется |
|
|
Тоже, % |
100 |
|
100 |
|
|
100 |
в случае |
в случае |
|
|
Полезно используемое тепло |
|
|
|
|
|
|
использования вторичных |
использования вторичных |
|
|
Тоже, % |
|
|
|
|
|
|
энергоресурсов |
энергоресурсов |
|
|
Потери/утилизация |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- с уходящими газами: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
после двигателя(котла) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
разбивка потоков при утилизации |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тоже, % |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- с охлаждающ. водой |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
после двигателя |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
разбивка потоков при утилизации |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тоже, % |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- со смаз. маслом |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тоже, % |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- в окружающ. cреду (небаланс), для ВК Q3+Q5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тоже, % |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Группы оборудования |
СЭУ в целом |
||||||||
Пропульсивная установка |
Судовая электростанция |
Вспомогательная энергетическая установка |
Базовая |
Изменен- ная |
||||||
Показатель, кВт |
Главный двигатель |
Утилизац. котел ГД |
Вспомога- тельный двигатель |
Утилизац. котел ВД |
Вало- венера- тор |
Вспомогат. котел |
Утилизац. котел ГД |
ВОУ |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
Потери в муфте |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КПД муфты, % |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Потери в передаче |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КПД передачи, % |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Поток энергии, после передачи |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тоже, % |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Разделение энергии, к валопроводу/ к валогенератору |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тоже, % |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Потери в валопровод. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КПД валопров., % |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Поток энергии, подводимый к движителю |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Потери в винт-корпус |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пропульсивный КПД, % |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Потоки энергии, подводимые к потребителям |
Буксировочная мощность |
Мощность СЭС |
Производительность оборудования |
|
||||||
* В случае, если установлен УК для ВД, то вводится дополнительный столбец
Таблица 4 - Область применения и низшая теплота сгорания топлива
Топливо |
Область применения |
Низшая теплота сгорания топлива кДж/кг |
Примечание |
Дизельное для быстроходных дизелей (ДЛ, ДЗ, ДА, ДС)
|
ВОД |
42700 |
|
Дизельное (Л, З, А, С)
|
ВОД |
42500 |
|
Моторное ДТ дизельное топливо
|
СОД, МОД, ПК |
41700 |
Дополнительно используется дизельное топливо ГОСТ 305-82 в кол-ве 10…15 % для ДВС (запуск и маневры) и кол-ве5 % для котлов (растопка и др,) |
Моторное ДМ дизельный мазут
|
МОД, ПК |
41400 |
|
Флотский мазут Ф5, Ф12
|
МОД, ПК |
40900 |
|
Котельный мазут М40, М100
|
ПК |
39200…39400 |
Таблица 5 - КПД основного оборудования пропульсивного комплекса
Наименование оборудования (комплекса) |
Обозначение |
Типы оборудования (судна) |
Численное значение КПД |
Муфты |
М |
Гидравлическая |
0,94…0,96 |
Электромагнитная |
0,98 |
||
Передачи |
П |
Одноступенчатый редуктор |
0,97…0,98 |
Двухступенчатый редуктор |
0,96…0,97 |
||
Реверс-редуктор |
0,94…0,95 |
||
Гидротрансформатор переднего хода |
0,85…0,92 |
||
Гидротрансформатор заднего хода |
0,65…0,7 |
||
Электропередача на переменном токе |
0,88…0,93 |
||
Электропередача на постоянном токе |
0,84…0,88 |
||
Валопровод |
ВП |
|
0,97…0,98 |
Винт-корпус (пропульсивный КПД) |
|
Буксиры, траулеры |
0,3…0,55 |
Транспортные |
0,6…0,78 |
||
Быстроходные лайнеры |
0,55…0,7 |
||
Быстроходные катера |
0,55…0,7 |
Таблица 6 - КПД генераторов и гребных электродвигателей
Таблица 7 – Зависимость температуры выхлопных газов в коллекторе ДВС при номинальной нагрузке от типа ДВС
Тип ДВС |
Температура
выхлопных газов в коллекторе -
|
4-х тактные без наддува |
380…450 |
4-х тактные с наддувом |
360…410 |
2-х тактные с контурной продувкой |
270…310 |
2-х тактные с прямоточно-клапанной продувкой |
360…380 |
,
ОС
Таблица 8 - Пример распределения потоков энергии
при заполнении таблицы 2
Показатель, кВт |
Главный двигатель |
Утилизац. котел ГД |
1 |
2 |
3 |
Теплота, от сгорания топлива |
1500 |
|
Тоже, % |
100 |
|
Полезно используемое тепло |
425 |
|
Тоже, % |
35 |
|
Потери/утилизация |
|
|
- с уходящими газами: |
|
|
после двигателя(котла) |
300 |
|
разбивка потоков при утилизации |
90 |
210 |
Тоже, % |
30 |
70 |