Оценка технического уровня систем охлаждения судового оборудования

Йв помощь ЛЕКТОРУ гма,„,„ и СПЕЦИАЛИСТУ






   ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ
   СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ СУДОВОГО
   ОБОРУДОВАНИЯ

  ОБЩЕСТВО "ЗНАНИЕ" УКРАИНСКОЙ ССР
  ДОСТИЖЕНИЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ПРОГРЕССА И ПЕРЕДОВОЙ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ОПЫТ В ОТРАСЛЯХ НАРОДНОГО ХОЗЯЙСТВА





                                      В помощь лектору и специалисту






  ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ СИСТЕМ ОХЛАВДЕНИЯ СУДОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ

КИЕВ .1989

             В методических рекомендациях рассматриваются вопросы оценки технического уровня судовых систем охлаждения. Используемый показатель технического уровня является интегральной характеристикой, обобщающей такие основные единичные показатели как масса, габарит, стоимость, надежность, затраты на техническое обслуживание и др.
             Рассчитаны на-научных и инженерно-технических работников судостроительной промышленности.
             Подготовлены кандидатом технических наук К» Ю.ФВДОРОНСКИМ.



                                 (Рекомендованы к печати научно-методичес-ской секцией по пропаганде научно-технического прогресса, конкретной экономики и передового производственного опыта при правлении общества ’’Знание" Украинской ССР и Севастопольским филиалом РДЭНТП. Отделение судостроения, судоремонта и эксплуатации судов).



                            Ответственный за выпуск заместитель председателя отделения кандидат технических наук
                                         А. II. Петров
                           Научный редактор доктор технических наук
                                         Д.Г.Никитин
                           Рецензенты: кандидаты технических наук
                                        Г.Н.Гоголев и В.В.Макаров






                                ©Общество ’’Знание"

Украинской ССР, 1989

     Задача создания высококачественных конкуренто-способных образцов техники, соответствующих или превосходящих зарубе ясные аналоги, юс всей неотложностью поставлена ХХУП съездом КПСС [l] . Это непосредственно относится и к судостроению. Совершенные энергетические установки (ЗУ) должны обеспечить эффективную эксплуатацию судна. Один из важнейших элементов ЭУ - система охлаждения.'
     Основное содержание предлагаемых методических рекомендаций составляют материалы по оценке уровня технического совершенства различных вариантов систем охлаждения, их оптимизации и выявлению путей дальнейшего улучшения. Полученные результаты могут быть использованы -при проектировании и модернизации энергетических установок судов и других морских технических средств.
    •Материал изложен в следующей последовательности:
     I.      Показатель технического уровня систем охлаждения судового оборудования.
     2.      Анализ составляющих показателя технического уровня.
     3.      Пример оценки технического уровня систем охлаждения.

        1. ПОКАЗАТЕЛЬ ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ СИСТЕМ ОХЛАЙДЕНШ! СУДОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ

     Известно много различных вариантов систем охлаждения СЭУ. Все они характеризуются рядом показателей, основные из которых - затраты энергии на прокачивание теплоносителей К , масса М, занимаемые габаритные объемы Vᵣ » стоимость С, затраты на техническое обслуживание и ремонт (Тоб + трем) й надежность Р. Эти показатели часто взаимосвязаны. Так, например, повышение надежности, как правило, приводит к усложнению системы, увеличивает ее стоимость и массо-габаритные показатели.
     В настоящее время техническое сравнение различных систем ведется на основе сопоставления их отдельных (единичных) показателей, например, при различных мощностях установки [2] . Необходимость общей оценки и определения перспектив дальнейшего совершенствования 2-заказ 1015

3        ,

    требует интегрального показателя, связывающего воедино единичные показатели. Введение в этой целью весовых коэффициентов, определяемых на основе экспертных оценок, является достаточно сложной и неоднозначной задачей Q3 ^|, особенно при создании новых образцов техники.
         Воспользуемся широко применяемым сегодня понятием приведенных затрат, в соответствии с которым затраты относятся к полученному при этом полезному эффекту:
               (сумма затрат/ ПОКАЗАТЕЛЬ = -— ------------ .
[эффект]

         Основное функциональное назначение системы охлаждения - отвод (перенос) теплоты. Это соответствует получаемому полезному эффекту. Затраты же удобно связать с отмеченными выше единичными показателя-⁴ ми - мощностью, стоимостью, массой и т.д. Поскольку эффект выражается в тепловых единицах, то желательно установить такую, возможно в некоторой степени условную, связь на энергетической основе. Подобный подход применен в [4] при оценке различных теплообменных аппаратов.
         Наиболее просто вопрос стоит в отношении тепловых затрат на прокачку теплоносителя, которые равны


               fV7= 36OoVt кти киэ-X , дж,                      (I)


    где Т - рассматриваемый промежуток времени, ч;
        Ктй - коэффициент технического использования системы;
        Киэ - коэффициент интенсивности эксплуатации системы;
         эу - К.П.Д. судовой энергетической установки.
    Масса судна и требуемая для перемещения мощность связаны между собой посредством известного показателя, называемого энерговооруженностью. Его значения для различных типов судов приведены в [b] . Тогда теплбвые затраты на систему охлаждения массой М равны
М = 3600 Мс</Кти Киэ -Л- , Дж,                 (2)

    где cC^f - энерговооруженность, Вт/кг.
    Имеется аналогичный показатель /Jo] , соответствующий объему помещений машинного отделения, приходящемуся на I Вт мощности дизельной энергетической установки судна. С его использованием тепловые затраты на систему о суммарным габаритным объемом ее элементов Уг равны

4

      [Vf] = 3600 ^ Г Ктикиэ -j-, Дж.                        (3)

  Отметим, что рассмотренные энергетические затраты приведены за счет использования КПД ОЗУ к теплоте сжигаемого топлива.
       Стоимость системы в значительной степени определяется расходом энергии на получение материалов, изготовление и монтаж оборудования. Тогда, используя цены на топливо, можно перейти к соответствую чему количеству топлива и теплоты, полученной при его сжигании
                          н₽ •
fcj = с —-Н- кн пг , Дж,                       (4)
                          ит
 где н£ - низшая теплотворная способность топлива, Дж/кг;
       Цт - цена топлива, руб./кг;
       Пг - количество лет;
       Кн = 0,15 - коэффициент нормативного отчисления за год. Применительно к техническому обслуживанию и ремонту системы охлаждения, с учетом стоимости единицы трудоемкости, может быть использован аналогичный подход. Тогда соответствующее выражение имеет

 ВВД’г '         ,               А
      f Гоб ⁺ Трем] ~ <тоб ⁺ Трем^ ц
Чр


(5)

, Дж,

  где ТпИ и Тпрм - соответственно трудоемкости технического обслужили               вания и ремонта, чел.-час;
Ц,.*    “ стоимость одного чел.-час трудоемкости, руб./чел.
                  час.
       Потеря работоспособности системы в силу малой надежности приведет к выну,еденному простою судна и связанным с этим убыткам. Их денежное выражение, о учетом вероятности возникновения, может быть так же сопоставлено с количеством топлива и теплоты, полученной при его сжигании
     , =спр*“пр^-р) -rL,JLS'                               ⁽⁶⁾
цт
  где СПр - стоимость простоя судна в течение одного часа, руб./ч; ^Пр - длительность простоя, определяемая временем отказа, ч;
     Р - вероятность безотказной работы системы.
 Остается установить величину отводимой за время Т в системе теплоты, которая равна

[&] =3&00^₀T T Ктикиэ, Дж,           (7)

    где - отводимая системой тепловая мощность, Вт.
        Таким образом, все основные единичные показатели системы охлаждения выражены в форме затрат тепловой энергии (1)-(6). Отнесем их к передаваемой тепловой энергии (7). В результате показатель технического уровня системы охлаждения равен
         пту tn> м


               НР*ЭУ1

+ (lai I те^1Ctdl 3600^ от Т'Яти Яо
    Чем меньше безразмерное значение ПТУ, тем более совершенная система.


±И-7  * /тоб <■ трем7 ₊ /р}
 Т^Т~~               ~
Зх— +   ।     >        (8)
07

             2. АНАЛИЗ СОСТАВЛЯЩИХ ПОКАЗАТЕЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ


           Рассмотрим показатель технического уровня с точки зрения оценки вклада каждой составляющей. Будем считать, что охлаждается ди
      зельная установка. Несомненный интерес при этом представляет и характер изменения ПТУ с изменением мощности установки.

Рис. I. Зависимость удельного теплоотвода Q- с охлаждающей водой с единицы мощности дизеля от величины мощности дизеля Ne

   Дизельные установки различной мощности отличаются по доле теплоты, отводимой водой. На рис. Г представлена указанная зависимость, полученная по данным [?] и используемая в дальнейшем.
   Рассмотрим пять различных вариантов схем системы охлаждения (см.рис. 2). Первый вариант - это разомкнутая система, в которой зарубашечное пространство двигателя охлаждается за
      бортной водой. Второй вариант представляет собой широко испсльзуе
6

мую сейчас разомкнутую двухконтурную систему, а третий - разомкнутую трехконтурную систему. При этом максимально снимется протя-’ жевдость трубопроводов забортной воды, в результате чего должна повыситься надежность эксплуатации. Четвертый вариант - это одноконтурная замкнутая система охлаждения (ЗСО), в которой циркулирует пресная вода. Отвод теплоты осуществляется через обшивку корпуса судна посредством судовых обшивочных теплообменных аппаратов (СОТОА) [б] . Нелание проектировщиков сохранить приемственность по отношению к широко используемым сейчас схемам (вариант 2) обусловило необходимость изучения пятого варианта системы: замкнутой двухконтурной. В обоих контурах циркулирует пресная вода. Сброс теплоты осуществляется в СОТОА. В случае крайней необходимости система просто может быть приведена к варианту 2. Именно так было сделано на плавкранах тьща ’’Слава Севастополя” грузоподъемностью 500 т [&] .
           Величины трудоемкости технического обслуживания и ремонта, а также показатели надежности оборудования взяты из [2] . Расчеты велись при: К = 0,75; К,ри = 0,95; Чау = 0,3; /„= 0,530'Ю⁻³Вт/м³;
           = 0,3-10-6 Вт/кг; Н₽,= 45-10⁶ Дк/кг; Цт = 0,068 руб./кг;
      Ut-t = 5 руб./ч.-ч. Время простоя определялось длительностью переборки наиболее трудоемкого механизма системы. Стоимость одного часа простоя X кВ*г мощности дизеля принималась равной 0,15 руб., что соответствует'среднему уровню потерь, например, плавкрана ’’Черномо-. рец”. Сравнение.' производилось для четырехлетнего срока эксплуатации, На основании обработки данных [2;$] установлено, что трудоемкость технического обслуживания за указанный период ориентировочно может быть определена:

ТТОА = МТЙА⁸ » чел.-час;            = il,8 Ц^д⁸, чел.г-чао,

      где Тгрлд и ТНАр - трудоемкости обслуживания соответственно тепло-¹                  обменников и насосов, чел.-чао;
          Mtqa и ^НАС ~ массы соответственно теплообменников и насосов, КГ •


           В случае принципиального рассмотрения вопроса целесообразно было бы иметь обобщающие зависимости, описывающие массу, габаритный объем, стоимость и др. для теплообменных аппаратов и насосов. С этой целью выполнена соответствующая обработка данных представленных в          . Применительно к судовым кожухотрубным теплооб      менным аппаратам получены (см.рис. 3) выражения, представленные в табл. I.


        3-заказ 1015

7

Рис.2 Варианты схем системы охлаждения

( — — — -пресная вода;------забортная вода).

                Аналогично рассмотренной, выполнена обработка данных для судовых центробежных насосов (см.рис. 4). Полученные выражения даны в табл. 2. псе они являются функцией расхода V/ , который изменялся в пределах 25 + 630 м³/ч.
                Рассмотрим характер изменения ПТУ и единичных показателей в зависимости от мощности дизельной установки. Соответствующие графики см. на рис. 5-II. По затратам на прокачивание теплоносителей (см.рис. 5) наилучшими выглядят схемы 1 и 4 (см.рис. 2). Увеличение количества контуров приводит к увеличению количества насосов и, соответственно, затрат на прокачивание. Поэтому на схеме 3 указанный показатель наихудший.

8

$

Рис.З. Зависимость характеристик теплообменных аппаратов (<2 - массы М; - стоимость С, (? - габаритного объема Vᵣ ) от величины ( А - мае доохладит эли; < - водоохладители)