Курсовое проектирование энергетических установок промысловых судов

Н.Н. Салов 

КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ  
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК  

ПРОМЫСЛОВЫХ СУДОВ 

Рекомендовано  

Министерством образования и науки Украины 

в качестве учебного пособия для студентов вузов 

Севастополь   

2002 

УДК 629.124.72-8  

Рецензенты: д-р техн. наук, профессор кафедры судовых и 
промышленных автоматизированных систем СевНТУ Ф.Д. 
Пряшников; канд. техн. наук, профессор кафедры ядерных 
энергетических установок СИЯЭП В.М. Руденко 

Салов Н.Н. Курсовое проектирование энергетических 
установок промысловых судов: Учеб. пособие для студентов 
вузов / Н.Н. Салов. – Севастополь:  Изд-во СевНТУ, 2002. – 
112 с. 

         Учебное пособие по курсовому проектированию энергетических установок промысловых судов предназначено для 
студентов, обучающихся по направлению «Судовождение и 
энергетика судов» специальности 7.100302 «Эксплуатация 
судовых энергетических установок». В пособии приведены 
сведения, необходимые при обосновании выбора типа, компоновки и размещения главного и вспомогательного оборудования энергетической установки, данные для выполнения 
необходимых технических расчетов, краткие характеристики 
энергетических установок промысловых судов различных 
типов и назначений, исходные параметры для выбора варианта задания по курсовому проекту. Пособие может быть 
полезным при выполнении студентами дипломного проекта, 
а также для самостоятельной подготовки при изучении курса 
"Судовая энергетика". 

ISBN                                            © Издательство "СевНТУ" 
                                                                        2002 

С О Д Е Р Ж А Н И Е 

Условные обозначения и сокращения.................................................................... 
4 

Предисловие..........................................................................................................… 
6 

1. Определение состава и основных характеристик пропульсивного 
    комплекса промысловых судов 
1.1. Выбор и обоснование типа судовой энергетической установки.................. 
6 

1.2. Определение эффективной мощности пропульсивной установки............... 
12 

1.3.  Выбор главного двигателя............................................................................... 
13 

1.4. Расчет элементов валопровода......................................................................... 
15 

2. Комплектация систем энергетических установок с ДВС 
2.1. Топливные системы.......................................................................................... 
25 

2.2. Масляные системы........................................................................................... 
33 

2.3. Системы охлаждения........................................................................................ 
39 

2.4. Системы сжатого воздуха................................................................................. 
43 

2.5. Системы газоотвода.......................................................................................... 
45 

2.6. Определение мощности привода механизмов систем ЭУ............................ 
47 

3. Определение состава и основных характеристик вспомогательных 
    установок промысловых судов 
3.1. Парогенераторные устаноки.......................................................................... 
54 

3.2 Испарительные устаноки................................................................................ 
57 

3.3. Судовые электростации.................................................................................. 
61 

4. Судовые энергетические запасы 
4.1.Запасы топлива................................................................................................. 
68 

4.2. Запасы масла................................................................................................... 
69 

4.3 Запасы пресной воды....................................................................................... 
70 

5. Характеристики энергетических установок промысловых судов 
5.1. Энергетическая установка СРТР типа «Океан»............................................. 
74 

5.2. Энергетическая установка СРТН типа «Маяк»............................................. 
81 

5.3. Энергетическая установка РТМ типа «Тропик»............................................ 
83 

5.4. Энергетическая установка РТМ типа «Атлантик»........................................ 
86 

5.5. Энергетическая установка БМРТ типа «Пушкин»........................................ 
89 

5.6. Энергетическая установка БМРТ типа «Маяковский».................................. 
91 

5.7. Энергетическая установка БМРТ типа «Лесков».......................................... 
93 

5.8. Энергетическая установка БКРТ типа «Наталья Ковшова»......................... 
96 

5.9. Энергетическая установка ППР типа «Грумант».......................................... 
98 

5.10. Энергетическая установка ППР типа «Рембрант»....................................... 
101 

5.11. Энергетическая установка ППР типа «Алтай»............................................ 
103 

Библиографический список................................................................................... 
106 

Приложение А. Условные обозначения конструктивных элементов 
                           судовых систем.......................................................................… 
107 

Приложение Б.  Маркировка судовых ДВС дизелестроительными фирмами...   109 
Приложение В.  Оформление пояснительной записки и  графической части... 
110 

Приложение  Г.  Варианты заданий по курсовому проекту................................. 111 

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 

В 
- расход топлива, кг/ч; 

be
- удельный расход топлива, кг/(кВт⋅ч); 

С 
- различные постоянные; 

с 
- теплоемкость, кДж/(кг⋅К); 

D 
- паропроизводительность, кг/ч; т/сут; диаметр, м; 

d 
- относительная паропроизводительность, кг/(кВт⋅ч); расход воды на  
  человека, кг/(сут⋅чел.); 

k 
- коэффициент запаса; загроможденности; теплопередачи, кДж/(см2⋅ч⋅К); 

р 
- давление, Па; 

t 
- температура; 

Ne
- эффективная мощность, кВт; 

i 
- энтальпия, кДж/кг; число смен масла; число цилиндров; число ступеней 
   компрессора; 

η 
- коэффициент полезного действия; 

Qн

р
- удельная теплота сгорания топлива, кДж/кг; 

n 
- частота вращения, об/мин; число двигателей; 

β 
- коэффициент, учитывающий неравномерность крутящего момента; 

σ 
- предел прочности, Па; 

W 
- производительность, м3/ч; 

ρ 
- плотность, кг/м3; 

τ 
- время, ч; 

Н 
- напор, Па; 

Т 
- абсолютная температура, К; 

Q 
- теплота, Дж, кДж; тепловой поток, кДж/ч, кВт; расход газа, м3/с; 

F 
- площадь, м2; 

а 
- коэффициент трения; доля теплоты; 

Z 
- кратность циркуляции, 1/ч; число пусков двигателя; 

g 
- удельное количество масла, л/кВт; удельный расход масла, кг/(кВт⋅ч); 
   удельный расход воздуха, м3/м3 объема цилиндра; 

s 
- ход поршня, мм; 

V 
- объем, м3; 

v 
- скорость, м/с; 

R 
- газовая постоянная, Дж/(кг⋅К); 

m 
- кратность очистки масла; 

ξ 
- коэффициенты потерь; 

G 
- запасы топлива; масла; воды, т; 

БКРТ 
- большой консервный траулер-рыбозавод; 

БМРТ - большой морозильный рыболовный траулер; 
ВОУ 
- водоопреснительная установка; 

ВФШ 
- винт фиксированного шага; 

ВРШ 
- винт регулируемого шага; 

ВОД 
- высокооборотный двигатель; 

ГД 
- главный двигатель; 

ДВС 
- двигатель внутреннего сгорания; 

ДГР 
- дизель-генератор. 

МО 
- машинное отделение; 

МКО 
- машинно-котельное отделение; 

МОД 
- малооборотный двигатель; 

ПР 
- производственный рефрижератор; 

ППР 
- промыслово-производственный рефрижератор; 

РТМ 
- рыболовный траулер морозильный; 

РТ 
- рыболовный траулер; 

РС 
- рыболовный сейнер; 

СРТМ - средний рыболовный траулер морозильный; 
СРТР 
- средний рыболовный траулер-рефрижератор; 

СРТ 
- средний рыболовный траулер; 

СЭУ 
- судовая энергетическая установка; 

СЭС 
- судовая электростанция; 

СДУ 
- судовая дизельная установка; 

СОД 
- среднеоборотный двигатель; 

ТР 
- транспортный рефрижератор; 

ЦПУ 
- центральный пост управления; 

ЭУ 
- энергетическая установка; 

6 

П Р Е Д И С Л О В И Е 

Учебное пособие предназначено для студентов, выполняющих курсовой проект по дисциплине "Судовая энергетика" и обучающихся по направлению "Судовождение и энергетика судов" специальности 7.100302 "Эксплуатация судовых энергетических установок". 

Выполнению курсового проекта по данной дисциплине предшествует освоение студентами ряда специальных дисциплин, в числе которых "Судовые дизели", 
"Судовые пароэнергетические установки", "Судовые устройства, вспомогательные 
механизмы и их эксплуатация", "Электротехника и электрооборудование судов". 

Энергетические установки промысловых судов, отличаясь высокой энерговооруженностью, олжны обладать высокой надежностью и при том ыть эконод
э
б

мичными с учетом большого числа переменных режимов, характерных при работе 
на промысле. Приведенный в учебном пособии материал помогает выбрать энергетическую установку для заданного типа судна; обосновать выбор движителя и главного двигателя; определить состав и характеристики вспомогательных установок; 
произвести необходимые расчеты механизмов и устройств, входящих в состав систем СЭУ; рассчитать энергетические запасы, принимая во внимание режимы работы 
и условия эксплуатации установок промысловых судов. 

Учебное пособие является дополнением к учебникам, по которым изучается 
курс "Судовая энергетика". Используя материалы из книги Алексеева Г.Д. и Карповича В.А. "Энергетические установки промысловых судов", изданной в 1972 году, 
пособие восполняет пробел, который имеется в учебной литературе по данной теме. 
Помимо указанной книги при составлении учебного пособия использовались сведения 
из учебной литературы и справочников авторов Артемова Г.А., Белова М.В., Ваншейдта В.А., Возакова Ю., Вешкельского С.А., Епифанова Б.С., Коваленко В.Ф., Ильина 
А.К., Овсянникова М.К., Хряпченкова А.С. и другой нормативной документации. 

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТАВА И ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК 
     ПРОПУЛЬСИВНОГО КОМПЛЕКСА ПРОМЫСЛОВЫХ СУДОВ 

1.1. Выбор и обоснование типа судовой энергетической установки 

Промысловый флот является самым многочисленным в мире. В его задачу 
входит добыча, обработка и транспортировка объектов водного промысла. Суда 
промыслового флота разделяются на промысловые, вспомогательные и служебные. 
На рисунке 1 показан состав судов промыслового флота [1]. 

Добывающие суда специализируются по орудиям лова (траулеры, сейнеры, 
дрифтеры, ярусники и др.), а также по объектам промысла (рыболовные, краболовные, креветколовные, кальмароловные, сборщики водорослей и др.). 

Добывающе-перерабатывающие суда кроме лова объектов водного промысла осуществляют переработку улова в готовую продукцию. К ним относятся траулеры-заводы, консервные и посольно-свежьевые траулеры. 
7 

Промысловые 

Добывающие 

Добывающеперерабатывающие 

Вспомогательные 

Промысловые 

научноисследовательские 

Служебные 

Буксиры 

Лоцманские 

Суда промыслового флота 

Перерабатывающие 

Приемотранспортные 

Патрульные 

Т а н к е р ы 

Суда перспективной 

разведки 

Учебные 

Рыбоохранные 

Сухогрузные 

Пассажирские 

Прочие 

Плав.мастерские 

Прочие 

Рисунок 1 - Схема состава судов промыслового флота 

Добывающе-перерабатывающие суда кроме лова объектов водного промысла осуществляют переработку улова в готовую продукцию. К ним относятся траулеры-заводы, консервные и посольно-свежьевые траулеры. 

Перерабатывающие суда принимают от добывающих судов объекты водного 
промысла и перерабатывают их в готовую продукцию. К ним относятся промысловые плавучие базы различного назначения, например, универсальные, консервные, 
сельдяные, краборыбообрабатывающие, производственные рефрижераторы, а также 
малые производственные рефрижераторы для внутренних бассейнов. 

Приемотранспортные суда промыслового флота принимают от добывающих 
судов продукцию промысла и доставляют ее в порт назначения. К ним относятся 
транспортные рефрижераторы для доставки скоропортящихся грузов и живорыбные 
приемотранспортные суда. 

Основное ядро промыслового флота составляют большие морозильные рыболовные траулеры, рыболовные траулеры морозильные, рыболовные траулеры, средние 
рыболовные 
траулеры 
морозильные, 
средние 
рыболовные 
траулерырефрижераторы, средние рыболовные траулеры, рыболовные сейнеры, тунцеловные 
суда, рыбоконсервные заводы, рабообрабатывающие базы, производственные рефрижераторы, транспортные рефрижераторы, промыслово-производственные рефрижераторы. 

8 

Современное промысловое судно является сложным инженерно-техническим 
сооружением, включающим в себя последние достижения науки и техники. Судовая 
энергетическая установка является одним из важнейших комплексов этого сооружения, поскольку обеспечивает движение судна и снабжает всеми видами энергии находящиеся на нем потребители.  

Промысловые суда, обладая большой автономностью плавания (например, для 
рефрижераторных судов автономность составляет от 60 до 120 суток, а для морозильных траулеров от 100 до 150 суток), должны иметь надежную, экономичную и 

компактную пропульсивную установку. Кроме этого для обеспечения работы холодильного и технологического оборудования, траловой лебедки, а также электрорадионавигационного и поискового оборудования на судне должна быть мощная электроэнергетическая установка. Этим требованиям в настоящее время отвечают дизельные установки, экономичность которых в два-три раза превышает экономичность паросиловых установок, при этом ДВС отличаются лучшими массогабаритными показателями и высокой готовностью к действию. 

Схемы дизельных энергетических установок, применяемых на промысловых 
судах, в зависимости от состава и назначения могут быть разделены на следующие 
три типа [2]: 

− с раздельной пропульсивной установкой и электроэнергетической системой;  в этом случае пропульсивная установка служит только для привода гребного 
винта, а электроэнергетическая установка обеспечивает электрической энергией судовую сеть; 

− с отбором мощности от пропульсивной установки для целей, не связанных 
с движением судна; в этом случае часть механической энергии главных двигателей 
преобразуется в электрическую, но основным источником электрической энергии 
служит автономная судовая электростанция; 

− с единой энергетической системой; в этом случае все источники энергии 
объединены в общую систему. 

На промысловых судах преимущественное применение получили одновальные установки с винтами регулируемого шага. Двухвальные и трехвальные ухудшают пропульсивные качества, требуют большой ширины машинного отделения, 
что уменьшает объем помещений полезного груза. По способу передачи энергии от 
дизеля к гребному винту все установки делятся на три группы: с прямой передачей, 
дизель-редукторные и дизель-электрические. Малые, средние и большие траулеры, а 
также промыслово-производственные рефрижераторы комплектуются установками 
с прямой передачей от дизеля к винту, так как в этом случае в качестве главных двигателей применяются малооборотные ДВС, которые имеют большой моторесурс, 
надежны и просты в обслуживании. 

Винт регулируемого шага является наиболее распространенным типом движителя, практически весь промысловый флот пополняется судами с ВРШ, так как на 
судах с ВРШ реверсы двигателем полностью исключаются. Девять, десять тысяч 
различных режимов плавания судна, имеющих место за рейс продолжительностью 
120 суток, осуществляются поворотом лопастей ВРШ, что позволяет двигателю работать с постоянной частотой вращения, сохраняя его ресурс. Число пусков двигателя, которое за рейс 120 суток составляет около тысячи, сокращается более чем в 
два раза и связано только с необходимостью дрейфа судна в период промысла и передачи грузов в море. Важным преимуществом установок с ВРШ по сравнению с 
установками ВФШ является независимость скорости на малом ходу судна от величины минимально устойчивой частоты вращения главного двигателя. Реверс перекладкой лопастей ВРШ стал менее продолжительным и составляет от 9 до 22 с в за

висимости от типа системы управления. Выбег судна уменьшился до 3,5...3,7 длины 
корпуса. На рисунке 2 представлены схемы одновальных энергетических установок 
с прямой, редукторной и электрической передачами энергии от двигателя к движителю, применяемые на судах промыслового флота. 

Как видно из рисунка 2, практически все энергетические установки промысловых судов имеют валогенератор, что в целом увеличивает КПД судовой установки. 
Применяют также установки с обратимой электромашиной на валопроводе. На переходах она работает в режиме электродвигателя, получая энергию от вспомогательных дизель-генераторов, передавая ее движителю, а на промысле - в режиме генератора, обеспечивая работу траловой лебедки и других потребителей. По числу 
двигателей дизель-редукторные установки делятся на одно-, двух, трехмашинные и 
многомашинные. Наиболее распространены двухмашинные дизель-редукторные установки с двигателями одинаковой мощности. 

Род тока является основным признаком классификации дизель-электрических 
установок. Как правило, дизель-генераторы гребной установки вырабатывают постоянный ток, а судовая электростанция - переменный. Возможны варианты с отбором части механической или электрической энергии от главных дизель-генераторов 
для целей, не связанных с обеспечением хода судна. Конструктивно отбор механической энергии выполняется присоединением второго (вспомогательного) генератора к главному дизель-генератору.  Отбор электрической энергии осуществляется либо непосредственно от шин щита электродвижения, либо путем отключения главного дизель-генератора от этих шин и соединения его со щитом электростанции. Оба 
варианта возможны в случае использования переменного тока для гребной установки и электростанции. Если применяются оба вида тока, то отбор мощности от главных дизель-генераторов производится через специальный преобразователь. 

В целом дизель-электрические установки позволяют обеспечивать: любые сочетания мощности на валу и мощности, потребляемые СЭС; повышение живучести 
энергоустановки за счет варьирования числа генераторов; увеличения (на 20%) числа ходовых суток судна в году, благодаря возможности вывода для ремонта на ходу 
отдельных агрегатов; высокую надежность энергоустановки. Наиболее полно использованы преимущества дизель-электрической установки на консервном траулере-рыбозаводе типа «Наталья Ковшова» и ППР серии «Алтай». 

а)
б)
в)

1

2

3

4

1

2

3

4

5

6

1

2

3

Рисунок 2 - Схемы одновальных энергетических установок 

промысловых судов: 

а) установки с прямой передачей: 1 - без валогенератора; 2 - с приводом генератора от валопровода через передачу; 3 - с приводом от переднего конца коленчатого вала через передачу; 4 - с 
приводом генератора от коленчатого вала через разобщительную муфту без повышения частоты 
вращения; 5 - с валогенератором, встроенным в линию валопровода;   6 - с обратимой электромашиной на валопроводе; 

б) дизель-редукторные установки: 1 - одномашинная с валогенератором; 2 - двухмашинная с дизелями равной мощности и обратимой электромашиной; 3 - двухмашинная с дизелями разной 
мощности («отец и сын»); 

в) дизель-электрические установки: 1 - с автономными гребной установкой и электростанцией;  
2 - с отбором механической энергии от главного дизель-генератора; 3 - с отбором электрической 
энергии от главного дизель-генератора; 4 - единая электроэнергетическая установка 

Для промысловых судов характерны следующие типы энергетических установок: 

− для малых добывающих судов с ЭУ мощностью примерно до 300 кВт - дизельные установки с прямой и редукторной передачей; 

− для судов с ЭУ мощностью от 300 до 1470 кВт - преимущественно дизельредукторные установки с ВРШ и отбором мощности для привода промысловых механизмов; 

− для судов с ЭУ мощностью от 1470 до 2200 кВт - дизельные с прямой передачей и дизель-редукторные с ВРШ с отбором мощности на промысловые и общесудовые нужды; 

− для судов с ЭУ мощностью более 2200 кВт - дизель-редукторные установки 
со среднеоборотными двигателями и отбором мощности на промысловые и общесудовые нужды, а также дизельные установки с прямой передачей на ВРШ или дизельэлектрические установки с отбором мощности на все судовые потребители. 

Наличие в схеме энергетической установки гребного электродвигателя (см. рисунок 2 схемы а,1 и б,2) является предпочтительным для рыболовных траулеров, так 
как гребной электродвигатель, работая в генераторном режиме, может снабжать энергией электродвигатель траловой лебедки. Такая схема обеспечивает возможность эффективного использования мощности главного и вспомогательного двигателей в различных по загрузке режимах работы судна, например, при нормальном ходовом режиме главный дизель работает с полной нагрузкой на винт. Гребной электродвигатель не 
возбужден, вспомогательный дизель-генератор не работает. 

При тралении в нормальных условиях главный двигатель приводит в действие 
винт и гребной электродвигатель, работающий в режиме валогенератора, который 
питает электродвигатель траловой лебедки. Скорость судна при этом несколько 
снижается, что соответствует данному режиму. 

При тралении в тяжелых условиях, например, в штормовую погоду, когда сопротивление движению судна с тралом возрастает. В этом случае электродвигатель 
траловой лебедки питают от вспомогательного дизель-генератора, а главный дизель 
работает с полной нагрузкой на винт. 

При возвращении судна с уловом для ускоренного хода применяют одновременную работу на винт обоих дизелей, причем вспомогательный дизель-генератор 
работает на гребной электродвигатель через электропередачу. 

В аварийном режиме при аварии главного двигателя разобщают муфту, соединяющую главный двигатель с валопроводом. Винт приводится во вращение гребным 
электродвигателем, получающим питание от вспомогательного дизель-генератора. 
Этот же прием осуществляют, когда судну нужно лечь в дрейф. 

На выбор типа ЭУ для промыслового судна оказывают влияние не только экономические показатели ЭУ, но и условия поставки энергетических агрегатов, стоимость горюче-смазочных материалов, построечная стоимость и др. факторы. Необходимо учитывать также трудооемкость обслуживания, так, например, переборка 
двух цилиндров V-образного двигателя требует 22 чел.⋅ч, аналогичная работа для 
малооборотного крейцкопфного двигателя - 8 чел. ⋅ч, для тронкового - 4 чел.⋅ч. Трудоемкость обслуживания клапанов двигателей увеличивается пропорционально их 
числу. Поэтому наиболее перспективным является уменьшение дизель-генераторов 
автономной электростанции (или даже отказ от них) за счет применения навешанных генераторов с оставлением одного автономного агрегата для стояночных нужд. 

Дизель-электрические пропульсивные установки, несмотря на то, что их первоначальная стоимость на 10…50% выше, а расход топлива на 5…7% больше, чем в 
случае применения прямой передачи, могут быть конкурентноспособны в случае 
применения переменного тока и ВРШ. 

12 

Несмотря на общие направления, развитие энергетических установок промысловых судов в различных странах может иметь свои особенности. 

1.2. Определение эффективной мощности пропульсивной установки