Методические основы повышения эффективности СЭУ путём использования утилизационных гидропаровых турбин

• Автор: Макарьев, Евгений Васильевич
• Шифр специальности: 05.08.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 200 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 СУДОВЫЕ СИСТЕМЫ УТИЛИЗАЦИИ ВТОРИЧНЫХ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ (Обзор научно-технической литературы)
1.1 Актуальность проблемы повышения энергоэффективности судов морского и речного флота
1.2 Методы определения тепловых потерь в судовых дизельных энергетических установках
1.3 Системы утилизации вторичных энергоресурсов в судовых дизельных энергетических установках

1.4 Гидропаровые турбины в системах утилизации вторичных

энергетических ресурсов

Выводы по главе

ГЛАВА 2 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СРЕДСТВ И МЕТОДОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ БАЛАНСОВ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
2.1 Объект экспериментального исследования
2.2 Автоматизированный дизельный стенд для тсплобаланспых испытаний
2.3 Методика и программа проведения исследований и обработки
экспериментальных данных
Выводы по главе
ГЛАВА 3 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ТЕПЛОВОГО И ЭКСЕРГЕТИЧЕСКОГО БАЛАНСОВ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
3.1 Результаты экспериментального исследования
3.2 База данных паспортных характеристик и тепловых балансов судовых
среднеоборотных дизельных двигателей
3.3 Методика расчета составляющих теплового баланса
3.4 Верификация расчетной модели определения составляющих
теплового баланса

3.5 Эксергетический баланс судовых дизельных установок
3.6 Методика повышения энергетической эффективности СЭУ на стадии
проектировании судна
Выводы по главе
ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА СХЕМ И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ ГЛУБОКОЙ УТИЛИЗАЦИИ С ГИДРОПАРОВЫМИ ТУРБИНАМИ
4.1 Выбор схем утилизации и методика расчета параметров гидропаровой турбины
4.2 Совершенствование конструкции ГПТ
4.3 Оценка эффективности и возможностей применения предлагаемых типовых схем утилизации па судах различного назначения
4.4 Формирование принципов создания автоматизированной системы сбора, обработки, хранения и обработки информации о судовом утилизационном
оборудовании
Выводы по главе
ГЛАВА 5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВНЕДРЕНИЯ СИСТЕМ ГЛУБОКОЙ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОТЫ
5.1 Принципы проведения оценки эффективности схем СЭУ с системами глубокой утилизации теплоты
5.2 Формирование методики оценки эффективности инвестиционного проекта внедрения энергосберегающих систем на судах
5.3 Оценка эффективности инвестиционного проекта внедрения СГУТ с ГПТ
на различных типах судов
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 - ПРОТОКОЛЫ ИСПЫТАНИЙ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРА
ЗУЕ)15.5/
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 - АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ
ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ
Водный транспорт является одной из основных отраслей материального производства, обеспечивающей около 70 % всего объема внешнеторговых перевозок и тем самым способствующий повышению эффективности международного разделения труда [4]. В тоже время он является одним из основных потреби телей органического топлива, сжигание которого приводит к существенному загрязнению окружающей среды (5,3% от общего объёма её загрязнения всеми видами транспорта) [96].
Стремление к уменьшению негативного влияния указанных выше факторов стало основой технической политики в большинстве развитых стран мира, направленной на разработку и реализацию обширных программ энергосбережения и защиты окружающей среды.
В результате внедрения целого ряда технических инноваций, ведущие дизелестроительные фирмы мира в 70-80-е годы добились существенного повышения экономичности судовых ДВС.
В 80-е годы начался новый этап совершенствования судовых дизелей, когда наряду с продолжением работ по снижению расхода топлива, были активизированы работы по уменьшению токсичности отработавших газов. Этот этап имеет принципиальные отличия от предыдущего, так как достаточно часто меры по уменьшению токсичности выбросов шли в противоречие с мерами по повышению эффективного КПД двигателей и судовых энергетических установок в целом.
Однако, несмотря на снижение расхода топлива у современных дизельных двигателей по сравнению с их аналогами, установленными на судах 20-30 летней постройки, затраты на топливо остаются весьма большими и составляют около 50-60% судовых эксплуатационных расходов, а также велико загрязнение окружающей среды токсичными и парниковыми газами.
Актуальность исследования. Внедрение энергосберегающих технологий на судах является одной из актуальных перспектив развития водного транспор та, что нашло отображение в Транспортной стратегии РФ на период до 2030 г. [154], в Стратегии развития судостроительной промышленности на период до 2020 года

сивное парообразование. На участке 2—>3 происходит конденсация образовавшегося пара, участок 3—>4 - это повышение давления воды и её перегрев перед ротором турбины до состояния, близкого к равновесию между паром и жидкостью (с сохранением жидкого агрегатного состояния), участок 4—>4' - повышение давления воды за счёт центробежных сил при ес движении от оси ротора к периферийным соплам. Вся полезная работа турбины совершается за счёт внешней энергии, затраченной на повышение давление и нагрев воды на участке 3—>4.
Основная работа в процессе преобразования тепловой энергии горячей воды в кинетическую энергию рабочего потока и механическую турбины осуществляется жидкой фазой, что принципиально отличает гидропаровую турбину от паровой. Профессор, д.т.п. В.Л. Зысин оценивает возможный КПД ГПТ в 40-50%.
Гидропаровые турбины имеют ряд принципиальных преимуществ [14]:
• минимальное число подвижных деталей, что обеспечивает простому технического обслуживания;
• высокая эффективность осесимметричных сопел как источника реактивного усилия на колесе;
• оч'сутствие рабочих лопаток, что исключает обтекание лопаток двухфазным потоком и их эрозию капельной влагой;
• принципиально новые возможности регулирования мощности турбины.
В ом'личие от паровой утилизационной ч'урбипы, ГПТ позволяет полезно использовать как тепло отработавших газов, так и тепло получаемое при охлаждении наддувочного воздуха, охлаждающей воды и моторного масла.
Отказ в утилизационном цикле от испарения воды и перегрева образовавшегося пара (как это требуется при использовании паровой утилизационной турбины) позволяет увеличить массу нагреваемой воды и агрегатную мощность ГПТ.
При анализе изоэнтропного процесса истечения жидкости, было выявлено, что при значении полного давления перед соплом Лаваля р0 превышающем давление насыщения рч на некоторую величину, возникает режим истечения, называемый предельным [15]. При данном режиме вскипание жидкости происходит