Выбор главного малооборотного двигателя из типоразмерного ряда фирмы MAN

Характеристики типоразмерного ряда MAN описаны в ряде публикаций [1, 6, 7 и др.] и здесь не приводятся. В обобщенном виде они приведены в Приложении. Выбор агрегата двигателя из типоразмерного ряда MAN выполняется в соответствии с такой последовательностью. Сначала определяется мощность главного двигателя, требуемая для движения судна с наибольшей скоростью – с учетом коэффициента запаса мощности:

Главный двигатель выбирается с использованием следующей модели:

N_е^агр N_e^ц Z^ц N_e^треб N_e^ц (Z^ц – 1 );

Z^ц [Z^ц_min, Z^ц_max].

Номинальная мощность агрегата двигателя превосходит требуемую, но не более, чем на один цилиндр данного типоразмера.

Рассмотренная методика реализована в виде комплекса программ WYBOR2002 – головного пакета САПР эскизного проектирования СЭУ транспортных судов. Для выбора агрегата МОД с помощью модели заполняются две таблицы (файла) исходных данных. Основной – файл ISX.DAT. Его пример приведен в табл. 2.1.

В табл.2.1 представлены следующие переменные, кодирующие отдельные особенности и характеристики судна и СЭУ: CY – целочисленная переменная, кодирующая тип судна. Возможны следующие значения: 1 – танкер; 2 – балкер; 3 – нефтерудовоз; 4 – универсальный сухогруз; 5 – рефрижератор; 6 – лесовоз; 7 – контейнеровоз; 8 – лихтеровоз; 9 – ролкер; 10 – метановоз; 11 – химовоз; 12 – газовоз с комбинированным способом перевозки; 13 – газовоз изотермический.

Таблица 2.1

Файл исходных данных ISX.DAT

№	Наименование переменной	I	R	Значен.
	Код типа судна	CY	–
	Полное водоизмещение судна	DPR	т	50893.
	Водоизмещение судна порожнем	D0	т	8793.
	Сопротивление движению судна на VPR	RPR	кН	645.
	Скорость судна-прототипа	VPR	узлы	14.3
	Тоже проектируемого судна	VSU	узлы	14.3
	Коэффициент запаса мощности	KZ	–	1.15
	Мощность электростанции на ходу	NEG	кBт	1350.
	Осадка судна в гpузу	TSU	м	11.
	Высота борта	HB	м	17.5
	Длина судна между перпендикулярами	LПП	м	174.8
	Коэффициент общей полноты корпуса	KOB	–	0.822
	Максимально допустимое отношение диаметра винта к TSU	PT	–	0.7
	Мощность на VPR	NEPR	кBт	7480.
	Частота на VPR	NPR	об/мин	119.
	Удельный расход топлива	BEGD	г/кВт.ч	166.
	Масса двигателя судна-прототипа	GD	т	210.
	Дальность плавания	LPL	мили	15000.
	Код класса ледового усиления	LED	–
	Код типа винта	WINT	–
	Наличие и тип ТКС	TCS	–
	Наличие и тип валогенератора	TWG	–
	Скорость задана жестко	IZVR	–
	Выбран типоразмер цилиндра ДВС (0 – нет)	TRGD	–
	Тип ГТН	GTN	–

DPR – полное водоизмещение судна-прототипа при расчетной осадке. Если в описании судна-прототипа DPR отсутствует, его можно определить следующим способом: DPR = k_об L_пп B_нб T_расч; RPR – сопротивление движению судна-прототипа на VPR; VPR – скорость судна-прототипа; VSU – то же, проектируемого судна. Если задано VSU = 0.0, то происходит пересылка значения VSU = VPR. Подобная организация информации принята для удобства варьирования скорости в исследовательских разработках; KZ – коэффициент запаса мощности – отношение мощностей на эксплуатационном режиме и режиме наибольшей скорости или обратное отношение. Если KZ < 1, то в п.п. 4, 5, 6 заданы параметры максимального режима. Если KZ >1 это признак задания параметров эксплуатационного режима; NEG – нагрузка электростанции на ходовом режиме, кВт. Если задано NEG = 0.0, то это признак необходимости определить этот параметр по корреляционным зависимостям; TSU – осадка судна в гpузу (расчетная, dezign); PT – коэффициент туннельности – максимально допустимое отношение диаметра винта к осадке; NEPR – мощность главного двигателя судна-прототипа, отдаваемая на винт на VPR; NPR – частота на режиме VPR; BEGD – удельный расход топлива двигателя судна-прототипа; GD – масса двигателя судна-прототипа; LPL – дальность плавания судна в круговом рейсе; LED – класс ледового усиления судна. Мощность энергетической установки судов ледового плавания должна быть не меньше определенной по следующим зависимостям, принятым в соответствии с Правилами Регистра РФ:

где f₁ – коэффициент влияния типа винта. В случае применения ВФШ f₁ =1,1. В случае применения ВРШ f₁ =0,9; f₂ – коэффициент влияния типа носового образования. Для носовой оконечности с углом наклона j: f₂ = j/ 200+0,675 1,1. Для носовой оконечности бульбообразного типа f₂ =  1,1. В любом случае произведение должно быть не менее 0,85; f₃ – коэффициент влияния ширины корпуса: f₄ и N_e0 – параметры, отражающие влияние категории ледового усиления и водоизмещения приведены в табл.2.2.

Таблица 2.2

Влияние категории ледового усиления

Ограничение	P	Категория ледового усиления
ЛУ2	ЛУ3	ЛУ4	ЛУ5	ЛУ6	ЛУ7
D < 3 10^4,т	f4	0,18	0,22	0,26	0,3	0,36	0,42
Ne0
D > 3 10^4,т	f4	0,11	0,13	0,15	0,2	0,22	0,24
Ne0
–	Ne^мин

В любом случае величина мощности пропульсивного комплекса судна с ледовым классом не может быть меньше указанного в последней строке табл.2.2, кВт; WINT – код типа движителя: 1 – винт фиксированного шага, 2 – винт регулируемого шага; TCS – код наличия и типа ТКС: 0 – ТКС отсутствует, 1 – ТКС работает на вал главного двигателя, 2 – ТКС работает на дизель-генератор; TWG – код наличия и тип валогенератора: 0 – валогенератор отсутствует, 1 – применен валогенератор с гидромеханической стабилизацией частоты, 2 – применен вало­генератор со статической стабилизацией частоты; IZVR – доступно ли изменение заданной скорости. Возможны два значения этой переменной: 0 – заданную скорость менять нельзя, 1 – возможна некоторая оптимизация скорости в пределах дополнительного запаса мощности одного цилиндра и при этом сохраняется заданный коэффициент запаса мощности; TRGD – признак того, выбран ли типоразмер цилиндра с J = TRGD. J – индекс типоразмера цилиндра, он изменяется в пределах от 1 (K98MC) до 27 (S26MC); GTN – признак использования ГТН обычного (0) или высокоэкономичного (1) типа, что отражается на величине удельного расхода топлива.

Часть исходных данных отнесена к "константам". Здесь сосредоточены значения величин применяемых наиболее часто, редко изменяемых при проектировании, величины, которые можно не изменять в процессе оптимизации ПК. Список констант приведен в табл.2.3 и хранится в файле CONSTANT.DAT, где может быть при необходимости откорректирован.

Таблица 2.3

№	Наименование переменной	I	R	Значен.
	Код типа СЭУ	CEY	–
	Код степени автоматизации	AWT	–
	Число валопроводов на судне	WAL	–
	Код района расположения МКО	RAS	–
	Код доли стали повышенной прочности	ST	–
	Число судов в составе серии	NC	–
	Код бассейна эксплуатации	BAS	–
	Число членов экипажа	ZE	–
	Код марки топлива на ход. реж.	TOP	–
	Класс перевозимого груза	KLAS	–
	Код наличия утилизации	REG	–
	Дисковое отношение винта	TET	–	0.75
	Годовой период эксплуатации	TGOD	сут/год	330.0
	Ставка за пользование капиталом	EN	1/год	0.15
	Коэффициент использования свободного тоннажа	KGR	–	1.0
	Коэффициент использования грузоподъемности	AGR	–	0.95
	Индекс доллара на 1983 г.	INDD	руб/долл	0.64
	Длительность стоянки без операций	TST	сут/рейс	4.0
	Длительность стоянки с грузов. операциями	TSTG	сут/рейс	0.75
	Длительность стоянки с мойкой	TSTM	сут/рейс	2.0
	Доля стоянки без операций	AST	–	0.4
	Доля стоянки с грузовыми операциями	ASTG	–	0.2

Здесь сосредоточены такие переменные: CEY – переменная кодирует тип СЭУ. Предусмотрены следующие варианты: 1 – дизельная установка с малооборотным двигателем; 2 – дизельная установка со среднеоборотным двигателем; 3 –паротурбинная установка; 4 – чисто газотурбинная установка; 5 – газотурбинная установка с теплоутилизационным контуром; AWT – переменная кодирует степень автоматизации судна и СЭУ: 1 – полная комплексная автоматизация производственных процессов на судне и СЭУ; 2 – автоматизация СЭУ, систем и палубных механизмов; 3 – без автоматизации; RAS – переменная кодирует район расположения МКО на судне: 1 – чисто кормовое расположение МКО; 2 – промежуточное расположение; 3 – расположение МКО в средней части судна; WAL – переменная кодирует и численно равна числу движителей и валопроводов на судне; ST – переменная, кодирующая долю стали повышенной прочности в составе корпуса: ST =0 – доля качественной стали до 30%, ST =1 – доля качественной стали до 50%, ST =2 – доля качественной стали более 50%; NC – число судов в составе серии; BASS – переменная, кодирующая бассейн эксплуатации судна. Она может принимать следующие значения: 1 – черноморский бассейн; 2 – каспийский; 3 – балтийский; 4 – Северный; 5 – Дальневосточный; 6 – Сахалинский; 7 – Арктический; 8 – Камчатский; ZE – число членов экипажа может быть задано прямо в виде числа. Если оно не известно, то можно задать ZE =0, и тогда будут применены аппроксимирующие зависимости ZE =F(N_e, DW); TOP – переменная, кодирующая марку топлива, используемую главным двигателем на длительном эксплуатационном режиме. Она может принимать следующие значения: 0 – мазут марки М-100; 1 – мазут марки М-40; 2 – моторное топливо марки ДМ; 3 – моторное топливо марки ДТ; 4 – дизельное топливо марки ДЛ; KLAS – переменная кодирующая класс перевозимого груза (1 – 14). Нефтепродукты соответствуют 7 – 8 классу. Фрахтовая ставка увеличивается приблизительно в десять раз при переходе от наиболее дешевых грузов 14 класса к грузам первого класса; AGR – коэффициент технического использования грузоподъемности; INDD – коэффициент пересчета рубль/доллар в 1983г, последнем году устойчивого развития отечественной экономики, когда соблюдался определенный баланс расходов по отдельным статьям и видам оборудования. Большинство аппроксимирующих зависимостей ориентированы на прейскуранты цен и расходов этого периода; TST, TSTG, TSTM – типовая схема распределения стояночного времени для танкера; AST, ASTG – типовая схема распределения стояночного времени для сухогрузного судна в долях от длительности ходового времени.

После заполнения файлов ISX.DAT и CONSTANT.DAT параметрами, описывающими проектируемое судно, их следует сохранить под этими же именами в директории, в котором будет выполняться расчет. Там должно находиться Windows -приложение – исполняемый файл WYBOR2002.EXE – программа расчета. Расчет предусмотрен в двух вариантах: 1) для отыскания в типоразмерном ряду МС/МС-С всех агрегатов отвечающим требованиям и допустимым по ограничениям. Таких агрегатов будет несколько, так как при выборе двигателя варьируются два параметра – цилиндровая мощность и число цилиндров в составе агрегата. 2) После анализа технических характеристик найденных агрегатов выбирается один или несколько лучших и повторяются расчеты с индексами этих цилиндров, задаваемых в 24-й строке файла ISX.DAT. В этом случае после запуска приложения WYBOR2002.EXE рассчитывается только один агрегат с J, заданном в 24-й строке файла ISX.DAT. Расчет более подробный – с расчетом винта в итерациях, параметров рейса, экономических и технических характеристик агрегата.

В табл. 2.4 приведены результаты расчета с 0, заданным в 24-й строке файла ISX.DAT – результаты перебора типоразмерного ряда МАН 2002 г. с поиском двигателей отвечающим требованиям.

Обозначение переменных выводимых по каждому найденному двигателю:

J – индекс типоразмера цилиндра, его обозначение;

ZC – число цилиндров в агрегате;

NEL – максимальная длительная мощность, кВт;

VD – достижимая скорость на МДМ, узлы;

BEN– удельный расход топлива на МДМ, г/кВт.ч;

GD – масса двигателя, т;

LDR – длина двигателя, м;

LMKO – длина МКО, м;

HRPR – ремонтная высота двигателя, м;

UDPZ – удельные приведенные затраты, долл./тонно-мили;

ZRE – число рейсов за год эксплуатации;

KY – первоначальная стоимость СЭУ, тыс. долл.

Таблица 2.4

J= 15 типоразмер ДВС S60MC-C ZC= 4 NEL= 9040.0 VD= 15.26 BEN= 170.0 GD= 256.00 LDR= 5.65 LMKO= 18.27 HRPR= 10.08 UDPZ=0.00395496 ZRE= 6.809 KY= 7496.9   J= 16 типоразмер ДВС S60MC ZC= 4 NEL= 8160.0 VD= 14.75 BEN= 170.0 GD= 272.40 LDR= 6.12 LMKO= 18.74 HRPR= 9.72 UDPZ=0.00393190 ZRE= 6.809 KY= 7155.1   J= 17 типоразмер ДВС L60MC-C ZC= 4 NEL= 8920.0 VD= 15.19 BEN= 171.0 GD= 248.00 LDR= 5.65 LMKO= 18.27 HRPR= 8.20 UDPZ=0.00395198 ZRE= 6.809 KY= 7452.5   J= 18 типоразмер ДВС L60MC ZC= 5 NEL= 9600.0 VD= 15.57 BEN= 171.0 GD= 312.50 LDR= 7.02 LMKO= 19.65 HRPR= 8.60 UDPZ=0.00396842 ZRE= 6.809 KY= 7696.2   J= 19 типоразмер ДВС S50MC-C ZC= 5 NEL= 7900.0 VD= 14.59 BEN= 171.0 GD= 177.50 LDR= 5.54 LMKO= 18.10 HRPR= 7.88 UDPZ=0.00392465 ZRE= 6.809 KY= 7047.4

J= 20 типоразмер ДВС S50MC ZC= 6 NEL= 8580.0 VD= 14.99 BEN= 171.0 GD= 225.00 LDR= 7.06 LMKO= 19.62 HRPR= 8.26 UDPZ=0.00394325 ZRE= 6.809 KY= 7323.1   J= 21 типоразмер ДВС L50MC ZC= 7 NEL= 9310.0 VD= 15.41 BEN= 173.0 GD= 243.30 LDR= 7.95 LMKO= 20.46 HRPR= 7.24 UDPZ=0.00396159 ZRE= 6.809 KY= 7594.6   J= 22 типоразмер ДВС S46MC-C ZC= 7 NEL= 9170.0 VD= 15.33 BEN= 174.0 GD= 192.00 LDR= 6.66 LMKO= 19.22 HRPR= 7.89 UDPZ=0.00395818 ZRE= 6.809 KY= 7544.4   J= 23 типоразмер ДВС S42MC ZC= 8 NEL= 8640.0 VD= 15.03 BEN= 177.0 GD= 183.00 LDR= 7.19 LMKO= 19.75 HRPR= 6.92 UDPZ=0.00394483 ZRE= 6.809 KY= 7346.4   J= 24 типоразмер ДВС L42MC ZC= 9 NEL= 8955.0 VD= 15.21 BEN= 177.0 GD= 180.80 LDR= 8.15 LMKO= 20.66 HRPR= 6.01 UDPZ=0.00395293 ZRE= 6.809 KY= 7465.5   J= 25 типоразмер ДВС S35MC ZC= 12 NEL= 8880.0 VD= 15.17 BEN= 178.0 GD= 140.28 LDR= 8.32 LMKO= 20.83 HRPR= 5.42 UDPZ=0.00395104 ZRE= 6.809 KY= 7437.6

Всего найдено 11 типоразмеров двигателей, способных развить на данном судне скорость не ниже заданной и проходящие по ограничениям. Для дальнейшего анализа выбираем J= 20 типоразмер ДВС S50MC по причине наиболее полного соответствия заданию: при наличии коэффициента запаса 1,15 двигатель развивает скорость 14,3 узла. У него высокая энергетическая эффективность и 6 цилиндров, не препятствующих работе с 5-и лопастным винтом.

Повторяем расчет с J = 20 в 24-й строке файла ISX.DAT. Результаты работы приложения WYBOR2002.EXE представлены в табл. 2.5, 2.6 и 2.7.

Таблица 2.5

Характеристики винта (обозначения см. в разделе 1)

Pежим M - при DW=DWMAX DW= 7.7000 LP= 0.4485 P= 870452.44 VA= 7.7592 KT= 0.1812 KDE= 2.2562 KW= 0.5341 CTA= 2.2931 IQ= 0.9572 WT= 0.4580 TP= 0.2573 KPROP= 0.76472 Pежим P- рабочий на винтовой проходящей через MДM DW= 6.0343 LP= 0.3275 P= 840088.94 VA= 7.1036 KT= 0.1811 KDE= 1.7681 KW= 0.4471 CTA= 4.2994 IQ= 0.9519 WT= 0.5038 TP= 0.2304 KPROP= 0.72841 Pежим P- рабочий на винтовой проходящей через MДM DW= 6.0205 LP= 0.3114 P= 839846.81 VA= 7.0958 KT= 0.1647 KDE= 1.7641 KW= 0.4462 CTA= 4.3273 IQ= 0.9519 WT= 0.5044 TP= 0.2302 KPROP= 0.72795

Таблица 2.6

Экономические характеристики судна, СЭУ и двигателя

Наименование показателя	I	R	Значение
Годовые приведенные затраты	GPZ	тыс.$/год	17511.152
Годовой доход	DOX	тыс.$/год	98427.
Число рейсов за год	ZRE	-	6.809
Длительность рейса	STK	час	1163.204
Длительность ходовых режимов	TPL	час	1001.204
Текущие расходы за рейс	CR	тыс.$/рейс	1921.587
Расходы на топливо	ZT	тыс.$/рейс	1445.501
Расходы на амортизацию, ремонт	CA	тыс.$/рейс	417.720
Расходы навигационные	CH	тыс.$/рейс	16.280
Расходы косвенные	CK	тыс.$/рейс	20.044

Расходы на экипаж	CE	тыс.$/рейс	21.538
Стоимость главного двигателя	KD	тыс.$	1309.6
Стоимость механического оборудования МКО	KM	тыс.$	3758.5
Стоимость энергетической установки	KY	тыс.$	7323.1
Стоимость корпуса судна	KMK	тыс.$	6817.6
Стоимость оборудования корпуса	KOK	тыс.$	9619.5
Стоимость корпуса судна	KK	тыс.$	16437.2
Стоимость работ завода	KRA	тыс.$	1459.1
Стоимость судна установившейся серии	KC	тыс.$	29516.6
Стоимость серийного судна	SCP	тыс.$	33826.0

Таблица 2.7

Технические характеристики СЭУ и двигателя

Наименование показателя	I	R	Значение
Максимальная длительная мощность	NEL1	кВт	8580.0
Нагрузка двигателя на режиме СМДМ	NESP	кВт	7840.58
Нагрузка двигателя на режиме Э	NERD	кВт	6668.65
Мощность на винт на режиме Э	NERR	кВт	6668.65
Частота на режиме МДМ	NL1	об/мин	127.0
Частота на режиме СМДМ	NSP	об/мин	123.24
Частота на режиме Э	NR	об/мин	116.74
Частота на режиме L3	NL3	об/мин	95.0
Оптимальная частота при DW=DWMAX	NM	об/мин	69.3
Достижимая скорость на NEL1	VD	узлы	14.994
Коэффициент запаса мощности	KZR	-	0.7767
Удельный расход топлива на НМДМ	BEN	г/кВтч	171.0
Удельный расход топлива на эксплуатационном режиме	BE	г/кВтч	0.1663

Кроме файлов GDMCALL.DAT (все двигатели, обеспечивающие требуемые характеристики на данном судне) и GDMC1W.DAT (вариант при заданном J) программа в случае задания J подготавливает исходные данные для расчета валопровода и энергетических систем данного двигателя. Они будут рассмотрены в разделах 5 и 6.

Дата добавления: 2015-08-13