Судовая энергетическая установка

Их изготовляют из нескольких скрученных мягких медных проволок, изолируя жилу резиновой оболочкой, поверх которой наматывают прорезиненную тканевую ленту. Для защиты резины от действия воды, нефтепродуктов, солнечных лучей и т.п. ее покрывают защитной оболочкой -- из свинца (кабель СРМ) или из негорючей шланговой резины (кабель КНР); сверх нее для защиты от механических повреждений надевают металлическую оплетку из стальной оцинкованной (кабель КНРП) или медной луженой (кабель КНРЭ) проволоки, которая служит экраном от радиопомех. Кабель прокладывают на судне в специальных подвесках и на стальных панелях. При прокладке кабеля через водонепроницаемые переборки и палубы, чтобы не нарушить их водонепроницаемости, его укладывают в переборочные или палубные кабельные коробки, которые затем заполняют уплотняющей массой (битумом, эпоксидно-тиоколовым компаундом).

Потребители тока. К основным потребителям тока на судне относятся электроприводы судовых механизмов, устройств и систем, освещение и прожекторы, электронавигационные приборы и электрические средства связи и сигнализации.

Электроприводом называют устройство, состоящее из электродвигателя, передаточного устройства, связывающего электродвигатель с исполнительным механизмом, и приборов управления.

Электродвигатели, используемые в приводах рулевого, грузового, якорного швартовного и других устройств, испытывают значительные перегрузки и работают в режиме частых включений и изменений направления движения. Эти особенности учитывают при конструировании соответствующих электроприводов.

В качестве передаточного механизма в судовых электроприводах применяют обычно жесткую передачу с помощью муфт или фланцевых соединений.

Пуск, изменение направления движения, торможение и остановку электродвигателей осуществляют с помощью аппаратуры управления, к которой относятся: контакторы -- электромагнитные аппараты дистанционного действия для замыкания и размыкания цепей электрического тока; электромагнитные реле -- аппараты, контролирующие величину магнитного поля и срабатывающие при достижении заданного значения (различают минимальные и максимальные реле тока, реле напряжения и реле времени); тепловые реле, срабатывающие при отклонении температуры от определенной величины; реле контроля неэлектрических величин, срабатывающие при изменении давления, частоты вращения, уровня жидкости и пр.; магнитные пускатели -- комплексные аппараты, предназначенные для управления асинхронными короткозамкнутыми электродвигателями и их защиты; магнитные станции -- устройства, состоящие из смонтированных в металлическом шкафу магнитных и других аппаратов для автоматического управления электроприводом; командоаппараты (кнопочные посты управления, командоконтроллеры) -- для дистанционного управления электроприводами, а также регулировочные, пусковые и пускорегулировочные сопротивления, величину которого можно изменять; контроллеры -- многоступенчатые коммутационные аппараты ручного управления реверсивными электроприводами кратковременного и повторно-кратковременного режимов работы; тормозные электромагниты -- для растормаживания механических фрикционных тормозов электродвигателей, работающих в кратковременном и повторно-кратковременном режимах. Управление аппаратурой, регулирующей работу судовых электроприводов, осуществляют вручную, полуавтоматически или автоматически -- без участия оператора. При полуавтоматическом управлении вручную подается только первоначальная команда, а все дальнейшие операции выполняются автоматически.

Рисунок 8.4 Светильники подволочные



Рисунок 8.5 Судовой прожектор

Разновидностью автоматического управления является программное управление, при котором все операции происходят в наперед заданной последовательности и продолжительности.

Для судового освещения применяют лампы накаливания, люминесцентные, а также дуговые ртутные лампы, В лампах накаливания световое излучение является результатом нагрева светящего тела -- вольфрамовой нити; в люминесцентных лампах светится покрывающий внутреннюю поверхность трубки тонкий слой специального вещества -- люминофора, которое под действием электрического разряда в газах или парах металлов дает световое излучение; в дуговых ртутных лампах световой поток создается излучением дугового разряда и свечением люминофора, покрывающего внутренние стенки стеклянного баллона лампы.

Судовые лампы накаливания отличаются от обычных высокой механической прочностью, что достигается утолщением нити и увеличением количества точек ее крепления, и вдвое большей средней продолжительностью горения. Обычно их применяют для местного и общего освещения помещений, для сигнально-отличительных фонарей и для аварийного освещения.

Люминесцентные лампы, используемые для судового освещения, различаются по характеру света и могут быть просто белого или теплого белого цвета. Люминесцентные лампы очень чувствительны к температуре окружающего воздуха и устойчиво работают только при температуре около 20°С. Другим недостатком этих ламп является присущий им стробоскопический эффект (мерцание), поэтому при наличии в освещаемых ими помещениях видимых вращающихся конструкций необходимо принимать меры для его устранения. Мощные дуговые ртутные лампы применяют для освещения открытых палуб или больших помещений. Они устойчиво работают в широком диапазоне температур окружающего воздуха: от--30 до +60°С.

Для защиты ламп от воздействия внешней среды, перераспределения светового потока и защиты глаз от прямого действия света на судах применяют осветительную арматуру, выполняемую в открытом, защищенном, водозащищенном, герметическом и взрывозащищенном исполнении. Лампу с осветительной арматурой называют светильником.

Судовые светильники (рисунок 8.4) бывают подволочные (подпалубные), переборочные, подвесные, настольные и переносные.

Судовое освещение должно создавать благоприятные условия для работы и жизни экипажа, причем освещенность должна быть постоянной -- без колебаний из-за раскачивания светильников или изменения напряжения. Нормы освещенности регламентируют Санитарными правилами.

Прожекторные установки состоят из прожектора и системы управления. В судовых прожекторах (рисунок 8.5) световой поток от источника света преобразуется параболическим зеркальным отражателем в узкий мощный световой поток. Источниками света являются лампы накаливания, а в наиболее мощных сигнальных прожекторах -- дуговые лампы. Ламповые прожекторы бывают дальнего действия и заливающего света. Первые устанавливают на верхнем мостике или марсовой площадке и используют для навигационных целей и сигнализации; их можно поворачивать вокруг горизонтальной и вертикальной осей, управляя поворотом дистанционно из рулевой рубки. Прожекторы заливающего света менее мощные; их используют для освещения места работы на палубе, пирсе и у борта судна, а также для декоративных целей.

Вопросы для самопроверки

Перечислите основные источники электрического тока, применяемые на судах.

Назовите род, напряжение и частоту тока судовой сети.

Как распределяется электроэнергия на судне?

Какие основные системы распределения электроэнергии вы знаете?

Что относится к потребителям тока?

Какие лампы применяют для судового освещения?

На какие группы подразделяются приемники электрической энергии по характеру ее

потребления?

В чем проявляется влияние числа агрегатов на эксплуатационные характеристики СЭС?

Чем объясняется широкое распространение валогенераторов?

Лекция 9. Вспомогательные СЭУ. Характеристики и параметры потребителей тепловой энергии. Типы и параметры судовых паровых котлов

Вспомогательные котлы предназначены для обеспечения паром или горячей водой следующих потребителей: системы парового (водяного) отопления, камбуза, душевых, прачечной, системы обогрева кингстонов забортной воды, системы подогрева тяжелого топлива, системы паротушения. Общие требования к вспомогательным котлам -- малые габариты и масса, простота конструкции, безотказная и надежная работа, возможность применения комплексной автоматизации.

Вспомогательные котлы бывают паровые, которые вырабатывают пар, и водогрейные, в которых вода нагревается до заданной температуры. Как паровые, так и водогрейные котлы могут быть автономные, работающие на топливе утилизационные, работающие за счет теплоты выпускных газов главных двигателей, и комбинированные, работающие на ходу судна на выпускных газах, а в период стоянки -- на топливе.

По конструкции котлы делятся на огнетрубные (газотрубные) и водотрубные. В огнетрубных котлах горячие гага (продукты сгорания топлива или отработавшие газы главных двигателей) проходят внутри трубок, которые снаружи омываются водой. В водотрубных котлах вода перемещается внутри трубок, которые снаружи омываются горячими газами.

Основными параметрами котлов являются: паропроизводительность (в паровых) или теплопроизводительность (в водогрейных), максимальное давление пара или температура воды и поверхность нагрева.

Паропроизводительность определяется количеством пара, вырабатываемого котлом в час. Она колеблется в пределах 120--2000 кг/ч.

Теплопроизводительность (или мощность) водогрейных котлов определяется количеством теплоты, переданной от газа к воде. Она находится в пределах 11,6-232 кВт (11.6 --232 Дж/с).

Максимальное, или рабочее давление пара, которое по условиям прочности может поддерживаться в котлах, обычно составляет 0,2--0,8 МПа, а температура воды в водогрейных котлах 90--120 °С. Поверхность нагрева котлов определяется как площадь стенок, омываемая с одной стороны газами, а с другой -- водой, т.е. поверхность, через которую осуществляется передача теплоты от газов к воде. Поверхность нагрева вспомогательных котлов 1,5 -- 20 м2.

Устройство вспомогательных котлов. Автономные котлы. В качестве водогрейных автономных котлов широкое распространение получили автоматизированные котлы КОАВ-68 и КОАВ-200, имеющие одинаковую конструкцию, но различающиеся габаритами и теплопроизводительностью. Теплопроизводительность котлов КОАВ-68 равна 79 кВт, а котлов КОАВ-200 составляет 232 кВт.

Корпус котлов (рисунок 9.1) имеет форму овала, большая ось которого расположена вертикально. Котел представляет собой бочку 3 с передним 2 и задним 6 днищем. В днищах сделаны отверстия для крепления дымогарных труб 4 и 10 и цилиндрической жаровой трубы (топки) 13. Во избежание пережога стенок внутренняя поверхность топки покрыта огнеупорным изолирующим материалом 11. К передней части топки (фронтону) 14 крепится форсунка, обеспечивающая распиливание топлива, устройство для его воспламенения и направляющий трубопровод для подачи воздуха. С днищами соединяются приставные коробки 1 и 9, причем задняя коробка разделена перегородкой 8 на верхнею и нижнюю части. При сгорании топлива газы из топки поступают в нижнюю часть камеры в, по трубам 10 проходят в камеру а, откуда по трубам 4 направляются в камеру б и дымовую трубу 7. Через патрубок 12 вода подается в котел, через патрубок 5 нагретая вода направляется к потребителям. Циркуляция воды через котел и систему потребления осуществляется с помощью насоса.

Рисунок 9.1 Водогрейный огнетрубный котел КОАВ-68

Утилизационные котлы. Количество и температура выпускных газов главных двигателей зависят от режима их работы. Во время стоянки судна выпускные газы отсутствуют, что вызывает неравномерность в работе утилизационных котлов и не позволяет заменить ими полностью вспомогательные котлы. Поэтому, как правило, устанавливают и утилизационные, и вспомогательные котлы. Обычно тип утилизационного котла соответствует типу вспомогательного котла.

Арматура вспомогательных котлов. Совокупность приборов и приспособлений, обеспечивающих безопасность работы котла и позволяющих вести контроль за его работой, называется арматурой котла. Различают арматуру парового пространства и арматуру водяного пространства.

К арматуре парового пространства относятся: манометры, предохранительные клапаны, разобщительный клапан и воздушный кран. Наибольшее распространение имеют механические манометры с трубчатой пружиной. На шкале манометра красной чертой отмечается разрешенное давление пара в котле. Трехходовой кран служит для присоединения контрольного манометра и для продувки трубки, соединяющей манометр с котлом. На котле должно быть не менее двух манометров.

Во избежание повышения давления пара выше нормального на котле устанавливают предохранительные клапаны (рисунок 9.2). Предохранительные клапаны регулируются на давление, превышающее рабочее не более чем на 3--5 %.

Разобщительный клапан служит для соединения парового пространства котла с трубопроводом пара (по нему пар подается к потребителям). При необходимости доступ пара в трубопровод можно прекратить, закрыв разобщительный клапан.

Воздушный кран устанавливают в верхней части котла. Он служит для удаления воздуха из внутренней полости котла во время наполнения его водой и подъема пара.

К арматуре водяного пространства относятся указатели уровня воды, пробные краны, питательная коробка, краны нижнего и верхнего продувания.

Указатели уровня воды предназначены для определения уровня воды в котле. Принцип их работы основан на законе сообщающихся сосудов. Наибольшее распространение получили водоуказательные приборы с плоским числом. Схема установки и конструкция плоского водомерного стекла (рисунок 9.3).

Корытообразный корпус 4 фланцами присоединяется к патрубкам 2 и 3. Вырез закрывается стеклом 6, которое крепится к корпусу рамкой 7 и шпильками 5. Во время работы кран 1 закрыт, краны 2 и 3 открыты. Периодическая продувка стекла ведется в таком порядке. Закрывается кран 3, открываются краны 1 и 3 - осуществляются продувка паром.

Рисунок 9.2 Пружинные предохранительные клапаны

Рисунок 9.3 Схема установки и конструкция плоского водомерного стекла



Размещено на http://www.allbest.ru/

Материалы предоставлены интернет - проектом www.globalteka.ru®

Авторское выполнение научных работ любой сложности - грамотно и в срок

Рисунок 9.4 Питательная коробка

Питательная коробка (рисунок 9.4) обеспечивает подачу воды в котел. В корпусе 2 расположены разобщительный клапан 6 и невозвратный клапан 3, который не пропускает воду из котла, когда питательный насос не работает. Невозвратный клапан хвостовиком 4 входит в направляющее устройство крышки 5. Это направляющее устройство одновременно служит и ограничителем подъема невозвратного клапана. Во время работы котла разобщительный клапан всегда открыт. Фланцем 7 питательная коробка соединяется с водяным пространством котла, а фланцем 1 с трубопроводом от питательного насоса.

Устройство коробки позволяет при закрытом разобщительном клапане осматривать и ремонтировать невозвратный клапан.

Краны верхнего продувания предназначены для удаления с зеркала испарений пены, масла, кран нижнего продувания -- для удаления грязей и шлама, которые осаждаются и скапливаются в нижней части котла.

Вопросы для самопроверки:

Для каких целей устанавливают котлы?

Какие требования предъявляются к вспомогательным котлам?

Каковы основные параметры котла?

Что входит в арматуру парового пространства котла?

Лекция 10. Судовые передачи мощности. Главные судовые передачи и муфты. Назначение и типы передач. Механические передачи. Гидравлические передачи. Электрические передачи. Комбинированные передачи

Назначение и типы передач. В зависимости от конструктивных особенностей и принципа действия передачи могут быть (рисунок 10.1) механические (1--9) -- прямые и зубчатые, гидравлические (10--12) -- объемные гидравлические, электрические (13) -- на постоянном и переменном токе, комбинированные (14) -- механические в сочетании с электрическими и механические совместно с гидравлическими.

По способу передачи мощности и крутящего момента передачи бывают без редуцирования (уменьшения или увеличения) частоты вращения ГД и с редуцированием частоты вращения ГД. К передачам без редуцирования частоты вращения ГД относятся прямые передачи от ГД к движителю; к передачам с редуцированием -- зубчатые, гидравлические и электрические.

Рисунок 10.1 Схемы передач вращающего момента и мощности от ГД к гребному винту

1 - прямая к ВФШ с жесткой связью; 2 - то же с гибкой связью; 3 - прямая с реверсивно-разобщительной муфтой; 4 - прямая с реверсивно-разобщительной муфтой; 5 - зубчатая с прямым редуктором; 6 - то же с угловым редуктором; 7 - то же с разобщением мощности; 8 - то же с поворотно-откидной выдвижной колонкой; 9 - то же с реверс редуктором; 10 -гидродинамическая с гидромуфтой и гидротрансформатором; 11 - объемная гидравлическая с насосом переменной подачи и гидромотором постоянного расхода; 12 - то же с движительно-рулевым агрегатом; 13 - электрическая с разобщением мощности; 14 - комбинированная с ГД и ускорительным гребным электродвигателем.

Д - двигатель; УП - упорный подшипник; ЭМ - эластичная муфта; РМ - реверсивная муфта; Р - редуктор; РР - реверс-редуктор; УР- угловой редуктор; ПОВК - поворотно-откидная выдвижная колонка; ТП - гидротранформатор переднего хода; ГМ - гидромуфта; ТЗ - гидротрансформатор заднего хода; ГН - насос; ГГМ - гребной гидромотор; ДРК - движительно-рулевой комплекс; ЭГ - электрогенератор; ГЭД -гребной электродвигатель; ДРА - дизель-редукторный агрегат; ДРРА - дизель реверс-редукторный агрегат; ДГРА - дизель гидроредукторный агрегат; ГДГ - главный дизель-генератор.

На судах чаще всего используются прямые, редукторные, электрические и комбинированные передачи.

К важнейшим составным частям судовых энергетических установок относятся элементы передачи мощности. Под этим понимаются все элементы, участвующие в передаче крутящего момента от коленчатого вала или ротора в турбинах к гребному винту.

В энергетических установках с малооборотными дизелями редуктор отсутствует, в турбинных и энергетических установках с высокооборотными дизелями ставят двух- и трехступенчатые редукторы. В дизель- и турбоэлектрических энергетических установках предусмотрены электродвигатель.

Типовая дизельная энергетическая установка с двумя среднеоборотными дизелями показана на рисунке 10.2. Она включает в себя муфты, одноступенчатый редуктор, валопровод и гребной винт.

Рисунок 10.2 Дизель-редукторная энергетическая установка со среднеоборотными дизелями.

1 - муфта; 2 - редуктор; 3 - валопровод; 4 - гребной винт

Главные судовые передачи и муфты. Муфта соединяет узлы, выполняющие вращательные движения. Муфта предназначена для передачи крутящего момента от ведущего вала к ведомому, а также для сглаживания незначительных продольных, радиальных, угловых отклонений и крутильных колебаний.

В зависимости от конструкции, назначения и принципа действия различают жесткие (глухие), упругие, фрикционные, гидродинамические и электромагнитные муфты. В судовых установках встречаются все виды муфт в зависимости от типа, мощности и конструкции главного двигателя. В установках, не имеющих передаточных механизмов (например, в малооборотных дизелях), чаще всего применяют жесткие муфты (рисунок 10.3 а, b). Фланцы жесткой муфты в разогретом состоянии запрессованы на вал или на конус и дополнительно зафиксированы призматической шпонкой.

В энергетических установках с редуктором связь между редуктором и двигателем, а также с валом гребного винта осуществляется со стороны двигателя чаще всего через соединительную муфту, а со стороны гребного винта -- через разобщительную. На рис. е показана упругая муфта. Она состоит из двух оснований, соединенных между собой гибкими прокладками, изготовленными из специальной резины. Такие муфты винтами крепятся к фланцам вала. Они могут передавать моменты независимо от направления вращения. За счет гибких вкладышей возможно выравнивание при перекашивании валов относительно друг друга.

Работа гидродинамических муфт основывается на гидравлическом принципе, схематично показанном на рисунке 10.3, с. Это можно представить себе так: насос, приводимый в движение двигателем, отсасывает жидкость из резервуара, и нагнетает ее в турбину. Жидкость под определенным давлением протекает через лопатки турбины, приводя ее в движение, и затем течет обратно в резервуар. При одинаковых размерах роторов насоса и турбины агрегат работает как гидравлическая муфта, при различных -- он превращается в гидротрансформаторную передачу, позволяющую изменять частоту вращения ведомого вала.

На практике роторы насосов и турбин находятся в специальном корпусе (рисунок 10.3, d). Действие гидродинамической муфты основывается на энергообмене между двумя полумуфтами (рисунок 10.3, d) с помощью рабочей среды и циркуляции жидкости. Эта циркуляция возникает только в том случае, когда первичная сторона и турбина имеют равные частоты вращения. У гидравлических муфт, используемых на судах, это скольжение составляет от 1,5 до 3%.

В судовых главных двигателях довольно часто применяют также электромагнитные индукционные скользящие муфты.

Принцип действия подобной муфты состоит в использовании вращающего момента, возникающего вследствие воздействия вращающегося магнитного поля на индукционные токи. Внутренняя часть муфты расположена на ведущем вале. Обмотки полюсов через щетки и контактные кольца питаются постоянным током. Внешняя часть муфты имеет обмотку в виде беличьей клетки. Когда внешняя часть, приводимая в движение двигателем через вал, начинает вращаться и возбуждается, она вместе с валом, связанным с ней и ведущим, например, к редуктору, попадает в область вращения магнитного поля. За счет этого в обмотке типа беличьей клетки этой части муфты возникают индукционные токи. Эти токи, взаимодействуя с силовыми линиями магнитного поля, обусловливают возникновение момента вращения, вследствие чего внешняя часть муфты начинает вращаться вместе с внутренней.

Таким образом, вращение, мощность и момент вращения передаются от двигателя к валу редуктора.

Часть муфты с обмоткой типа беличьей клетки должна - аналогично гидродинамической и электромагнитной муфте - вращаться медленнее, чем вращающееся магнитное поле, так как при одинаковой скорости вращения обеих частей не могли бы возникнуть индуктированные токи и передача вращающего момента была бы невозможна. Поэтому и в данном случае имеет место так называемое скольжение муфты.

Редуктор главного двигателя на рисунке 10.4 должен передавать момент вращения и так изменять его частоту вращения, чтобы она имела оптимальную величину, необходимую для нормальной работы гребного винта. На судах чаще всего применяют механические редукторы, состоящие из зубчатых колес. С введением планетарного редуктора появилась возможность значительно уменьшить размеры и общую массу. В последнее время на новых судах все чаще используют планетарные редукторы в энергетических установках со среднеоборотными дизелями, газовыми или паровыми турбинами.

Электрическая передача. В зависимости от типа главного двигателя различают дизель- и турбоэлектрические энергетические установки. В дизель-электрической энергетической установке генераторы приводятся в действие ДВС; в корме судна установлены электродвигатели, которые в большинстве случаев непосредственно соединены с судовыми движителями.

Эти двигатели позволяют использовать нереверсивные судовые высоко- и среднеоборотные дизели и обеспечивают гибкую работу всего блока, так как дизели, генераторы и электродвигатели можно комбинировать любым образом. Кроме того, имеется возможность наиболее целесообразного размещения двигателей в средней и носовой части судна, а также достижения наиболее экономичной работы приводных двигателей при различных режимах движения.

Рисунок 10.3 Судовые муфты

а, b -- жесткие (глухие) муфты: 1 -- полумуфта; 2 -- фланец; 3 -- шпоночная канавка со шпонкой.с -- схема гидромуфты: 1, 2 -- насосы; 3 -- цистерна.

d -- схема гидромуфты (турбо-муфты); е -- гибкая муфта. 4 -- фланец; 5 -- элемент муфты; f -- электромагнитная муфта.

Дизель-электрические установки на рисунке 10.5 являются наиболее распространенными. Чаще всего их применяют на специальных судах, таких как ледоколы, рыболовные буксиры, противопожарные, плавучие краны, землечерпательные снаряды, паромы. На рисунке ниже показаны схемы дизель-электрических энергетических установок: ледокола с двумя и четырьмя пропульсивными электродвигателями в корме и для буксиров. Из рисунка видно, что передача мощности от первичного к пропульсивному двигателю иногда может осуществляться через механический редуктор.



Рисунок 10.4 Механический судовой редуктор:

а -- суммирующий; b -- планетарный.

1 -- вал турбины высокого давления; 2 -- вал турбины низкого давления; 3, 5, 8, 9 -- центральные солнечные шестерни; 4 -- водило; 6 -- свободный эпицикл; 7 -- вал; 10 -- тормозной эпицикл; 11 -- свободное водило; 12 -- полый вал; 13 -- зубчатые колеса (3-я ступень); 14 -- приводное зубчатое колесо гребного вала; 15 -- гребной вал; 16 -- гребной винт.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Материалы предоставлены интернет - проектом www.globalteka.ru®

Авторское выполнение научных работ любой сложности - грамотно и в срок

Рисунок 10.5 Схематическое изображение дизель-электрической энергетической установки:

а -- ледокола; b -- рыболовного судна; с -- с двухдвигательным приводом (с двигателями разной мощности); d -- буксира.

1 -- электродвигатель; 2 -- дизель; 3 -- генератор

Дизель-электрические энергетические установки обычно применяют мощностью до 4000 кВт. Использование двигателей большей мощности характерно только для ледоколов. Так, например, американский ледокол «Глэсье» имеет два гребных винта, которые приводятся во вращение двумя электродвигателями по 6200 кВт каждый. Наибольшую общую мощность дизель-электрической энергетической установки имеет советский ледокол «Москва». На нем установлено четыре электродвигателя по 4000 кВт каждый. Изображенные на рисунке 10.5 турбоэлектрические энергетические установки встречаются намного реже.

Вопросы для самопроверки:

Назовите типы судовых передач?

Какие требования предъявляются к передачам?

Устройство судовой муфты.

Устройство судового редуктора.

Лекция 11. Судовой валопровод. Назначение, состав и основные элементы. Расположение на судне. Конструкции основных элементов валопровода

Валопровод соединяет приводной двигатель с гребным винтом. Гребной вал, который в зависимости от расположения машинного отделения на судне может состоять из одной или нескольких соединенных через глухие муфты частей, должен передавать момент вращения двигателя на гребной винт.

Гребной вал опирается на радиальные подшипники. Концевая часть проходит в уплотнительном сальнике, который предохраняет туннель гребного вала от попадания морской воды. На конусообразной концевой части гребного вала закреплен гребной винт (рисунок 11.1, а). Осевое давление, действующее со стороны гребного винта и передаваемое дальше через вал, воспринимается упорным подшипником.

Принцип действия упорного подшипника изображен на рисунке 11.1, d-е. Такой подшипник старого типа состоит из взаимодействующего с опорными поверхностями гребня давления; опорные поверхности залиты металлом. На переднем ходу функционирует одна поверхность гребня давления, на заднем -- другая.

Рисунок 11.1 Валопровод:

а -- общий вид; b -- полумуфта; с -- упорный подшипник; d, e -- принцип действия упорного подшипника.

1 -- гребной вал; 2 -- сальник; 3 -- полу- подшипник; 6 -- переборочный сальник; 7 -- муфта; 4 -- промежуточный вал; 5 -- опорный упорный подшипник; 8 -- упорный вал

Устройство основных элементов судового валопровода. Главные судовые энергетические установки разнообразны и могут быть классифицированы по ряду признаков:

по типу главных двигателей - дизельные, паро- и газотурбинные, комбинированные. На морской промышленности используются дизельные СЭУ, за редким исключением - с другими типами главных двигателей;

по типу гребных валов - одно-, двух- и многовальные. На морских транспортных, получили распространение одновальные, двухвальные чаще всего встречаются на судах речного флота, а многовальные - на кораблях;

по числу главных двигателей - одно-, двух- и многомашинные. По типу главной передачи - с непосредственной, механической, электрической, сложной и комбинированной. Главные СЭУ с комбинированными главными передачами (энергетическая установка „отец и сын") получили широкое распространение на траловом флоте ФРГ (передача от главного ЛВС - прямая, от лебедочного генератора - электрическая);

по типу двигателя - с гребными винтами фиксированного и регулируемого шага (ВФШ и ВРШ). СЭУ с ВРШ - самый распространенный на рыболовных траулерах, особенно крупнотоннажных. На морском и речном флотах, как правило, применяются СЭУ с ВФШ;

по отбору мощности - с отбором мощности для привода в действие валогенераторов специального или общесудового назначения, гидронасосов для питания гидравлических траловых лебедок;

по способу управления - с управлением с местных постов, с центральных пультов управления (ЦПУ) и с ходового мостика.

Вопросы для самопроверки

Какие функции выполняет каждый элемент судового валопровода?

Чем отличаются конструкции гребных валов и дейдвудных устройств при смазке действующих подшипников водой и маслом?

Как передается упор, создаваемый гребным винтом корпусу судна?

МОДУЛЬ3. Эксплуатационные процессы в СЭУ

Лекция 12. Топлива и масла, применяемые в СЭУ. Виды, свойства и характеристики топлив.

В СЭУ применяется исключительно жидкое топливо, представляющее собой продукты перегонки нефти. По фракционному составу нефтяные топлива делятся на следующие:

- дизельные, состоящие из легких керосиногазойлевых смесей с мазутами;

- моторные, получаемые при смешивании керосиногазойлевых смесей с мазутами;

- флотские мазуты, представляющие собой остатки процессов перегонки или крекинга нефти.

Быстроходные главные ДВС малых и средних судов, подавляющее большинство агрегатов СЭС работают исключительно на дизельном топливе. Оно характеризуется малой вязкостью, не содержит воды и механических примесей, имеет низкую кислотность, в его составе мало серы. В соответствии с ГОСТ 305-82 дизельное топливо поставляется трех марок: Л (летнее), 3 (зимнее) и А (арктическое), которые различаются плотностью, вязкостью, температурой вспышки, но главное - температурой застывания.

Моторное топливо (ГОСТ 1667-68) бывает двух марок: ДТ (дизельное топливо) и ДМ (дизельный мазут). Это топливо обладает большими плотностью и вязкостью. Перед сжиганием в мало- и среднеоборотных ДВС требуется их специальная подготовка (отстой, фильтрация, подогрев, сепарация).

Флотские мазуты, как и моторное топливо, используются в мало- и среднеоборотных ДВС и в судовых паровых котлах. Для флотских мазутов перед сжиганием также необходима специальная подготовка.

Котельные мазуты (М-40, М-100) сжигают главным образом в топках паровых котлов. По сравнению с дизельным топливом они обладают большей вязкостью, содержат значительно больше серы, воды, механических примесей, у них высокая температура вспышки и положительная температура застывания. Все это сильно усложняет подготовку топлив на судах.

Наиболее сильное влияние на процессы топливоподачи, тонкость и однородность распыливания топлива, определяющих характер предпламенных процессов и процессов горения, оказывают вязкость, плотность, испаряемость и температура вспышки топлива. Впрыскиваемое с большой скоростью в цилиндры ДВС топливо разбивается на мельчайшие капли диаметром 20 ... 30 мк. Капли такого размера в среде горячего воздуха в цилиндре ДВС испаряются за 3... 5 мк. с, благодаря перемешиванию паров топлива с воздухом в значительной части объема цилиндра создаются оптимальные концентрации топливовоздушной смеси для ее самовоспламенения.

С ростом вязкости топлива при неизменном давлении впрыска увеличивается средний диаметр капель распыливаемого топлива; ухудшаются условия его испарения, увеличивается период задержки воспламенения и ухудшаются параметры процесса горения. Из-за неполного сгорания увеличивается удельный расход топлива и дымность выпускных газов. С ухудшением испаряемости заметно ухудшаются пусковые характеристики ДВС.

Температура застывания определяет такое важное эксплуатационное качество, как прокачиваемость. Она зависит от температуры начала кристаллизации парафина, растворенного в топливе, и предопределяет способы хранения и меры по обеспечению перекачки топлива, исключающие возможность утраты им необходимой подвижности.

Стабильность топлива - отражает способность топлива сохранять свои свойства в период транспортировки и в условиях длительного хранения.

При длительном хранении свойства топлива и его эксплуатационные качества существенно изменяются под воздействием протекающих в нем физических и химических процессов. К физическим процессам относят кристаллизацию и загустевание топлива и поглощение им влаги, а к химическим - изменение состава горючего - образование смолистых и кислых веществ, различного рода осадков. Естественно, что в результате этих процессов эксплуатационные качества топлива заметно ухудшаются, что отрицательно сказывается на условиях работы топливной аппаратуры.

К важнейшим свойствам топлив относится и теплота сгорания, характеризующая его как горючее. Теплота сгорания жидких топлив, применяемых в СЭУ, составляет 41... 48 МДж/кг. Топливо с меньшей плотностью и не содержащее балласта имеет более высокую теплоту сгорания.

Содержание в топливе серы, воды, смолистых веществ, механических примесей отрицательно сказывается на работе топливных насосов высокого давления (ТНВД) и форсунок, вызывает коррозию деталей, повышает их износ.

Сера содержится в топливе в виде сероводородных соединений и элементарной серы. Наличие в 1 м3 топлива 10 мг серы уже вызывает коррозию трубопроводов, топливохранилищ и топливной аппаратуры. Еще более агрессивны продукты сгорания серы S02 и S03, резко повышающие температуру точки росы и образующие с конденсирующимися парами воды в зоне пониженных температур выпускных газов ДВС концентрированную серную кислоту. Сера интенсифицирует процессы газовой коррозии, проявляющиеся при температурах 700 ... ... 900 "С, когда конденсация водяных паров еще невозможна. Газовая коррозия стали в среде S02 увеличивается, по меньшей мере, в 10 раз. Кроме того, наличие серы в топливе значительно увеличивает плотность нагара.

Органические кислоты, присутствующие в топливе, также являются причиной коррозии. Так же, как и сера, она способствуют нагарообразованию.

Содержащиеся в топливе смолистые вещества в еще большей степени чем сера, приводят к лако- и нагарообразованию на поршнях, крышках цилиндров, клапанах, вызывают закоксовывание сопловых отверстий распылителей форсунок.

Механические примеси, присутствующие обычно в виде кварца (Sj03) и глинозема, отрицательно сказываются на работе фильтров, ТНВД и форсунок и могут быть причиной их заклинивания.

Зола, образующаяся в результате сгорания топлив, также вызывает абразивный износ деталей, контактирующих с продуктами сгорания. В отличие от механических примесей, которые можно удалить путем отстоя, фильтрации и сепарации топлива, зола образуется в процессе сгорания и ее негативное воздействие трудно предотвратить.

Эксплуатационные качества топлив могут быть значительно улучшены путем введения в них функциональных присадок.

Стабилизирующие антиокислительные и диспергирующие присадки способствуют увеличению срока хранения топлива. Ингибиторы окисления (амины, фенолы) сдерживают процессы окисления, а диспергенты (полимерные диспергенты, аминосульфаты и др.) предотвращают появление в нем различных осадков.

Для улучшения в прокачиваемое топлива вводят депрессорные присадки. Они воздействуют на вязкость топлива, температуру кристаллизации и застывания, понижая ее на 15... 30 "С. В качестве депрессорных присадок используют „Парадин", присадки А 11 OX, А 504Х.

Присадки алкилнитратов RCH20N02 и RCH20N0, кетонов RCOR интенсифицируют процессы горения, улучшают воспламеняемость топлив, ускоряют предпламенные процессы.

Введение в топлива противокоррозионных присадок НК 204У, 6МП, ВНИИП 101 и других в значительной мере нейтрализует агрессивность продуктов окисления сернистых соединений и позволяет увеличить срок службы топливной аппаратуры, замедляет коррозию, снижает нагарообразование.

Применяются и другие функциональные присадки - противоизносные и моющие. Особое внимание уделяется многофункциональным присадкам, оказывающим комплексное влияние на эксплуатационные качества топлива.

В тепловых двигателях и механизмах смазка выполняет по крайней мере две функции: снижения коэффициента трения в трущихся парах и защиты деталей механизмов от коррозии. Однако, если организовать циркуляцию смазки через зазоры в трущихся парах, то с маслом будет отводиться и теплота трения, а также будут вымываться абразивные частицы продуктов износа и другие механические включения, в процессе эксплуатации в смазке накапливаются как абразивные частицы, так и продукты окисления самих масел, которые к тому же насыщаются еще и газами. Вследствие этого эксплуатационные свойства масел заметно ухудшаются. Эксплуатационные свойства масла могут быть восстановлены, если в контур его циркуляции включить фильтры, охладитель масла и предусмотреть его периодическую очистку центробежными сепараторами.

К важнейшим эксплуатационным свойствам моторных масел относят смазывающую способность, температурно-вязкостную характеристику, стабильность в процессе эксплуатации и при длительном хранении, склонность к нагаро- и лакообразованию, коррозийное воздействие на детали машин и механизмов, склонность к испарению.

Под смазывающей способностью понимают способность масла образовывать пленку на твердой поверхности смазываемых деталей, которая обеспечивает существенное снижение потерь на трение и в значительной мере исключает их непосредственный контакт, благодаря чему снижается скорость изнашивания и вероятность возникновения заеданий, задиров.

Несущая способность адсорбционной масляной пленки во многом определяется вязкостью масла и характером ее зависимости от температуры. Температурно-вязкостные характеристики масел одни из важнейших. Их оценивают температурно-вязкостным коэффициентом (ТВК) или индексом вязкости (изменяется от 0 до 100). Низкие значения ТВК и, напротив, высокие значения индекса вязкости отражают более слабую зависимость вязкости масла от его температуры и более высокие эксплуатационные качества. Снижение вязкости масел при повышении температуры влечет за собой увеличение их расхода и скорости изнашивания деталей, возникновение задиров.

Стабильность масел - это способность сохранять свои свойства в процессе эксплуатации. Особенно важна термоокислительная стабильность масел - способность сохранять масляную пленку в условиях высоких температур и противостоять окислительным процессам под воздействием кислорода.

Склонность к нагаро- и лакообразованию проявляется в следующем. Под действием высоких температур в камере сгорания происходит глубокий термический распад масла, а стенки камеры покрывают - нагаром. В зоне более низких температур превращения масла не столь глубокие, тем не менее поверхности поршней в районе поршневых колец и тронков покрываются лакообразными пленками. Продукт окисления масла в толстом слое в картере ДВС в условиях относительно невысоких температур выпадают в виде осадка. Все виды отложений отрицательно сказываются на работе двигателей. Нагаро-лакообразования ухудшают отвод тепла от деталей двигателя, качество продукции и распыла топлива, обусловливают рост потерь на трение. Интенсивность отложении о значительной мере зависит от сорта применяемого топлива, состояния топливной аппаратуры, а также и от антинагарных свойств и термостабильности масла.

Коррозионное воздействие масла тоже отрицательно сказывается на работе двигателей. Содержащиеся в масле и образующиеся в процессе эксплуатации ДВС органические кислоты в присутствии кислорода воздуха и воды вступают во взаимодействие с антифрикционными сплавами (медно-свинцовыми, кадмиево-серебряными) подшипников, вызывая их коррозию. Причиной коррозии вкладышей могут быть и активные сернистые соединения, входящие в состав используемых масел и топлив. Количество кислот оценивается по кислотному числу, равному числу миллиграммов КОН, необходимых для нейтрализации одного грамма масла.

Эксплуатационные свойства масла могут быть значительно улучшены путем введения в масла различных функциональных присадок: вязкостных, противоизносных, противозадирных, антиокислительных, антикоррозионных, диспергирующих, моющих, депрессорных, противопенных, а также и многофункциональных, представляющих собой композиции ряда присадок.

Введение вязкостных присадок способствует повышению вязкости при высоких температурах и сохранению неизменной вязкости при низких температурах, т. е. улучшению температурно-вязкостных характеристик масел. В качестве вязкостных присадок используют высокомолекулярные соединения: полиизобутан или полиметакрилат.

Противозадирные присадки повышают маслянистость масел, снижая тем самым потери трения и скорость изнашивания деталей машин. Основой противозадирных присадок служат растительные и животные жиры, содержащие эфиры и жирные кислоты, а также органические соединения серы, фосфора и хлора. Противозадирные присадки активно способствуют образованию на поверхностях деталей защитных адсорбционных и хемосорбционных пленок. Известен целый рад противозадирных присадок: ЛЗ-23К, ЛЗ-309/2, ЭФО, АБЭС.

Антиокислительные присадки способствуют повышению термоокислительной стабильности масел. В результате физической или химической адсорбции антикислотные присадки образуют защитные пленки, предохраняющие масла от каталитического воздействия металлов. Такие присадки одновременно повышают и антиизносные свойства масел. В качестве антикислотных служат присадки: ДФ1, ДФ11, МНИИП-22К, ВНИИП-354.

Антикоррозионные присадки вводят с целью снижения коррозийной активности масел в отношении подшипниковых сплавов и нейтрализации кислот, содержащихся в масле и образовавшихся в процессе эксплуатации. По своему защитному действию антикислотные присадки подразделяют на ингибиторы и щелочные присадки. Ингибиторы, взаимодействуя с металлом вкладышей подшипников, образуют прочные хемосорбционные защитные пленки. Действие щелочных присадок основано на нейтрализации кислот. Ингибиторами служат присадки АзНИИ-ЦИАТИМ-1, АзНИИ-7, а в качестве щелочных используют АКОР-1, КП, КП2.

Диспергирующие присадки предназначены для стимулирования способности масел поддерживать во взвешенном состоянии возможно большее количество твердых частиц, исключая возможность их укрупнения.

Моющие присадки придают маслам свойства, подобные щелочным мылам в водной среде. Они препятствуют отложению сажеобразных и смолистых веществ на деталях ЦПГ. Моющие присадки представляют собой соли щелочно-земельных металлов, чаще всего сульфонаты кальция и бария. Присадки ПМСА, ПМС, С-300.

Противопенные присадки препятствуют вспениванию масел и тем самым насыщению их воздухом, газами. Наличие воздуха в масле снижает смазывающую способность масла и повышает его коррозийность. Принцип действия противопенных присадок основан на разрушении пузырьков воздуха присоединяющимися к ним диспергированными частицами полисилоксановой жидкости. Присадка ПСМ-200А.

Депрессорные присадки вводят для понижения температуры застывания масла. В качестве депрессараторов применяют присадку АзНИИ и многофункциональные присадки.

Высоких эксплуатационных качеств моторных масел нельзя получит добавлением лишь одной присадки. Создание масел с необходимыми для конкретных условий эксплуатации свойствами возможно при включении в масло ряда совместимых присадок и их композиций, оказывающих многофакторное влияние на эксплуатационные свойства масел.

Вопросы для самопроверки

Какие марки топлив применяются в СЭУ?

В чем проявляется взаимосвязь между физико-химическими свойствами и эксплуатационными качествами топлив?

Какие механизмы и оборудования включают в себя топливная система СЭУ?

Какие масла используются в дизельных и турбинных СЭУ?

Чем вызвана необходимость ввода в масла функциональных присадок?

Лекция 13. Системы СЭУ. Назначение и классификация. Топливные системы. Масляные системы. Системы охлаждения. Воздушно-газовые системы. Паровые и конденсатно-питательные системы.

Непрерывная работа главных и вспомогательных двигателей и судовых паровых котлов невозможна без постоянного подвода к ним рабочей среды, смазки узлов и отвода от них тепла трения, отвода тепла от деталей, работающих в зоне высоких температур, удаления продуктов сгорания топлив. Функции непрерывного подвода рабочей среды (топлива, питательной воды, сжатого воздуха), циркуляции теплоносителей (масла, пресной и забортной воды) выполняют системы СЭУ, представляющие собой совокупность механизмов, разного рода аппаратов и оборудования, трубопроводов и арматуры с приборами контроля и средствами управления. Конкретный состав каждой из систем определяется ее назначением и конструктивными особенностями СЭУ.

По назначению системы СЭУ делятся на топливные, масляные, водяного охлаждения, сжатого воздуха, газовыпускные, продувания, конденсатно-питательные, воздуховоды (подачи воздуха к топкам паровых котлов), газоотводные.

Системы СЭУ отличаются большим разнообразием, однако все они непременно включают в себя следующие элементы; трубы, фасонные части, путевые соединения и арматуру. Судовые трубы, путевые соединения и арматура характеризуются условным проходом и условным давлением.

Под условным проходом Dy подразумевают совокупность геометрических размеров арматуры и наружный диаметр труб. Из этого следует, что каждому условному проходу соответствует определенный наружный диаметр труб. Внутренний диаметр труб определяется толщиной стенки, которая зависит от давления и температуры, агрессивности среды и других ее свойств. Фактический и условный проходы арматуры совпадают (в пределах точности ее изготовления), а ее присоединительные размеры, как и присоединительные размеры путевых соединений и фасонных частей, строго регламентированы.

Под условным давлением ру понимают такое избыточное давление, которое может выдержать материал труб, арматуры и фасонных частей при температуре среды Т= 293 К в условиях длительной эксплуатации. Рабочее давление - наибольшее допустимое избыточное давление при определенных температурах транспортируемой среды.

Системы охлаждения предназначены для отвода тепла от деталей двигателей, механизмов и рабочих тел, циркулирующих в судовой энергетической установке.

Объектами охлаждения в дизельных СЭУ являются:

-втулки и крышки цилиндров, выпускные коллекторы и клапаны главных и вспомогательных ДВС, поршни и форсунки главных, а иногда и вспомогательных ДВС;

- рабочие цилиндры воздушных компрессоров;

- подшипники судового валопровода;

- циркуляционное масло главных и вспомогательных ДВС, редукторов главных передач;

-пресная вода, используемая в качестве промежуточного теплоносителя в главных и вспомогательных ДВС;

- наддувочный воздух главных и вспомогательных ДВС;

- воздух на выходе из цилиндра низкого давления воздушных компрессоров при двухступенчатом сжатии.

В случае применения главных электрических передач к перечисленным выше объектам охлаждения следует добавить и обмотки гребных электродвигателей и главных дизель-генераторов.

Все объекты охлаждения объединять в единую систему нецелесообразно, поскольку они различаются как по условиям работы, так и по температурному режиму. Более того, охлаждающая среда единой системы в случае нарушения герметичности может попасть в другие Циркулирующие жидкости и вызвать аварийную ситуацию. Единая система охлаждения оказывается очень сложной и в управлении, поэтому в современных энергетических установках система охлаждения состоит, как правило, из нескольких подсистем.

В каждой из подсистем состав объектов охлаждения и охлаждающие жидкости могут быть различными. В качестве охлаждающих жидкостей используют забортную морскую воду, пресную воду, масло, топливо. В ряде случаев используют и воздух. Чаще других используется вода. Причем забортная вода применяется и для непосредственного охлаждения деталей двигателей и механизмов в проточных систем охлаждения, но главным образом - для охлаждения промежуточных теплоносителей в двухконтурных системах.

Столь же широкое применение в качестве охлаждающей жидкости получила и пресная вода. В ней также содержатся растворимые соли, но в значительно меньших количествах. Тем не менее, корродирующее действие пресной воды проявляется довольно сильно. Чтобы уменьшить загрязнения поверхностей теплообмена и снизить корродирующее действие, пресную воду подвергают обработке, после которой снижается солесодержание, жесткость, а также агрессивность к металлу.

Масло и топливо в качестве охлаждающих жидкостей применяют редко. Обычно масло используют в автономных подсистемах охлаждения поршней ДВС, а топливо - в подсистемах охлаждения форсунок. Масло и топливо обладают почти вдвое меньшей теплоемкостью и в несколько раз меньшими коэффициентами теплоотдачи. Применение масла для охлаждения поршней обусловлено значительно большей безопасностью при нарушении герметичности системы внутри ДВС, чем при охлаждении поршней водой. Масло при попадании в него воды значительно утрачивает свои смазочные свойства, образуя эмульсии. Топливо, применяемое в качестве охлаждающей жидкости, обеспечивает более высокую надежность работы топливной аппаратуры при охлаждении форсунок.

Воздух как теплоноситель применяется лишь при охлаждении главных дизель-генераторов и гребных электродвигателей.

Насыщенность систем охлаждения СЭУ механизмами и оборудованием определяется главным образом количеством автономных подсистем - контуров циркуляции, обслуживающих различные группы или одиночные объекты охлаждения. Состав механизмов и оборудования каждой подсистемы охлаждения во многом зависит от ее назначения и свойств теплоносителя, но непременными элементами любой подсистемы охлаждения являются циркуляционные насосы.

Циркуляционные насосы обеспечивают циркуляцию охлаждающей жидкости в подсистемах. В качестве циркуляционных используются обычно центробежные насосы и только в подсистемах, где охлаждающими жидкостями служат топливо или масло, применяют шестеренные или винтовые насосы.

Циркуляционные насосы замкнутых систем охлаждения обслуживают чаще всего один объект, в то время как насосы забортной воды - несколько объектов охлаждения, которые могут быть последовательно или параллельно включены в напорный трубопровод насосов. Циркуляционный насос, обслуживающий одну и ту же группу потребителей, в зависимости от способа их включения, должен иметь различные расходно-напорные характеристики.

Кингстонные ящики представляют собой герметичные выгородки в корпусе судна, предназначенные для размещения в них кингстонов с устройствами для обогрева (в зимнее время) и продувания приемных решеток. В соответствии с требованиями Регистра СССР в каждом МКО должно быть не менее двух кингстонных ящиков, обеспечивающих прием забортной воды в любых условиях эксплуатации. Один из кингстонных ящиков размещается в междудонном пространстве, другой - на борту судна. Оба кингстона соединены общей распределительной магистралью, откуда забортная вода забирается насосами.

...