Судовая энергетическая установка

Фильтры устанавливаются лишь на проточных подсистемах охлаждения забортной водой, чтобы исключить попадание в систему мелкой рыбы, водорослей и других морских организмов, а также ила и посторонних предметов при работе насосов в период стоянки в портах.

Теплообменники предназначены для отвода в забортную воду тепла от промежуточных теплоносителей, и поэтому они одновременно принадлежат к двум различным контурам циркуляции, например, пресной и забортной воды или забортной воды и масла и др. Конструкции охладителей пресной воды в принципе не отличаются от охладителей масла.

Расширительные цистерны служат для отвода паров воды и воздуха из системы охлаждения пресной воды ДВС и пополнения ее из танков запаса или дистиллятов от опреснительной установки. Расширительные цистерны располагают выше крышек цилиндров ДВС. Самая высокая точка системы охлаждения соединяется с расширительной цистерной дренажной трубой, по которой отводится паровоздушная смесь (в верхнюю часть цистерны). Нижняя часть расширительной цистерны подсоединяется компенсаторной трубой к приемному трубопроводу циркуляционного насоса пресной воды. Таким образом, параллельно с рабочим контуром циркуляции действует и вспомогательный дренажно-компенсационный контур циркуляции.

Цистерна для ввода присадок также принадлежит системе охлаждения пресной воды. Растворенные в цистерне присадки перепускаются в расширительную цистерну и далее поступают в систему охлаждения. Присадки к пресной воде системы охлаждения вводятся для снижения корродирующего действия пресной воды.

В систему охлаждения пресной воды часто включают подогреватели забортной воды опреснителей, которые не принадлежат системе охлаждения, хотя и выполняют функции охладителя пресной воды. Включение подогревателей забортной воды опреснителей вызвано лишь стремлением утилизировать теплоту охлаждающей воды ДВС и не избавляет от необходимости установки штатного охладителя пресной воды. Обычно подогреватели забортной воды опреснителей включаются параллельно штатным охладителям пресной воды. Поток горячей воды между ними распределяется автоматически в зависимости от нагрузки ДВС и режима работы опреснителей.

Системы сжатого воздуха предназначены для получения, транспортировки внутри корпуса судна и хранения воздуха в специальных воздухохранителях. Сжатый воздух применяется на судах для запуска и реверсирования ДВС, продувания кингстонов, фильтров, балластных цистерн, питания средств автоматики, пневмоцистерн пресной и забортной воды санитарных систем, привода в действие переносного пневматического инструмента, подачи сигналов тифоном.

Системы сжатого воздуха в зависимости от рабочего давления сжатого воздуха подразделяют на системы низкого давления (до 1 МПа), среднего давления (до 3 МПа) и высокого давления (свыше 5,0 МПа). На промысловых судах системы высокого давления не встречаются. Для запуска главных и вспомогательных ДВС используется сжатый воздух при рабочем давлении 2,5... 3,0 МПа. Для других потребителей достаточно давления воздуха 0,5 ... 0,7 МПа.

Системы сжатого воздуха включают в себя воздушные компрессоры, воздухоохранители, водомаслоотделители, редукционные клапаны и средства автоматики, обеспечивающие включение компрессора в случае падения давления в воздухохранителях до заданного предела.

Воздушные компрессоры. Судовые воздушные электрические компрессоры имеют вертикальное или V-образное расположение цилиндров, число которых может быть от 2 до 5 при двух ступенях сжатия. Компрессоры, как правило, агрегатируются вместе с промежуточными охладителями воздуха.

Воздушные компрессоры - самые мощные вспомогательные механизмы СЭУ и включение в работу относительно мощных асинхронных электродвигателей, приводящих их в действие, вызывает глубокие провалы напряжения в судовой электросети. Эти нежелательные явления, часто повторяющиеся при больших расходах сжатого воздуха, серьезно осложняют работу обслуживающего персонала. Глубоких провалов напряжения можно избежать путем установки на судке подкачивающего компрессора, подача, а следовательно, и мощность электродвигателя которого много меньше, чем у главных компрессоров. Помимо заметного уменьшения провалов напряжения резко сокращается и число пусков подкачивающего компрессора с одновременным увеличением продолжительности его работы при каждом пуске. С увеличением продолжительности работы компрессора устанавливается более стабильный тепловой режим компрессора, благодаря чему вместе с уменьшением числа пусков снижается скорость изнашивания его деталей.

Воздухохранители. На судах сжатый воздух содержат в воздухо-хранителях - баллонах. По назначению баллоны бывают пускового воздуха (для главных и вспомогательных ДВС, для тифона), хозяйственные (для судовых хозяйственно-бытовых нужд), промысловые л технологические (на промысловых судах). Допускается использование пусковою воздуха и для подачи сигналов тифоном. В этом случае объем баллонов пускового воздуха должен быть соответственно увеличен, а давление воздуха перед тифоном снижено до необходимого уровня с помощью редукционных клапанов.

По конструкции баллоны могут быть цельнотянутыми и сварными. Корпуса сварных баллонов изготовляют из стального листа, а донышки выполняют штампованными. Толщина стальных листов-заготовок зависит от рабочего давления и диаметра баллона. Баллоны выпускают двух моделей: вертикальные и горизонтальные. Горизонтальные баллоны укладывают на специальные постели с уклоном в корму не менее 10° и крепят специальными стальными полотенцами. Внутренние поверхности покрывают антикоррозийными составами.

Баллоны снабжают наварышами, а при относительно небольших диаметрах - специальными головками, на которых устанавливают всю необходимую арматуру: запорные клапаны для отключения баллонов от компрессоров и потребителей, предохранительный клапан, а также штуцер для подключения манометра. В нижней части баллона устанавливают клапан для продувания.

Водомаслоотделители. При движении воздуха по трубопроводам его температура может оказаться ниже температуры точки росы и водяные пары, содержащие некоторое количество масла, будут кондотироваться. В процессе работы компрессора и промежуточных охладителях воздуха также скапливается конденсат. Наличие влаги в воздухе вызывает ускоренную коррозию трубопровода. Нежелателен и занос масла в некоторые потребители сжатого воздуха, например, в приборы пневмоавтоматики, пневмоцистерны. Поэтому на воздушных трубопроводах устанавливаются водомаслоотделители. Чаще всего эти цилиндрические сосуды, в которых размещаются жалюзийные сепараторы влаги. Вода и масло скапливаются на дне отделителя, откуда периодически отводятся вручную или автоматическим устройством. Для более тонкой очистки воздуха на нагнетательных трубопроводах устанавливают фильтры, в которых фильтрующими элементами служат микропористая керамика, состоящая из окислов калия, натрия, алюминия, кремния и небольших добавок окислов железа и кальции.

В системах сжатого воздуха используется обычная запорная арматура, предохранительные и редукционные клапаны, причем предохранительные клапаны устанавливают на компрессорах, баллонах и трубопроводах.

Схемы систем сжатого воздуха. Системы сжатого воздуха не отличаются разнообразием. Любая схема предусматривает подачу воздуха от компрессоров к воздухохранителям, а от них к ДВС и другим потребителям. Отличия в .схемах могут быть обусловлены числом и типом компрессоров, числом баллонов и их назначением, количеством потребителей сжатого воздуха.

На рисунке 13.1 показана принципиальная схема системы сжатого воздуха, часто встречающаяся на промысловых судах. Система включает два главных компрессора 1 и первоначального пуска 2, отделитель влаги 3, баллоны пускового воздуха главных 4 и вспомогательных 5 ДВС. Из схемы видно, что главные компрессоры могут нагнетать воздух в любой из баллонов, а воздух, содержащийся в любом баллоне, может быть использован для запуска главного S и любого из вспомогательных 9 ДВС. Из пусковых баллонов главных ДВС воздух опирается на тифон 7, а из общей расходной магистрали через редукционный клапан 6 на хозяйственные и другие нужды.

Воздух для ДВС забирается непосредственно из МКО. Подвод же воздуха в МКО осуществляется на малых судах за счет естественной циркуляции, а более крупных - системой общесудовой вентиляции. Иными словами, никакой специальной системы воздухоснабжения ДВС на судах не предусматривается. Для снижения уровня шума в местах забора воздуха к фланцу турбонагнетателя ДВС иногда подсоединяют подводящий патрубок с шумопоглощающим устройством.

Газовыпускные системы предназначены для отвода продуктов сгорания главных и вспомогательных ДВС. В соответствии с требованиями Регистра каждый ДВС должен иметь отдельный газовыпускной трубопровод. Таким образом, газовыпускная система представляет собой совокупность нескольких, газовыпускных трубопроводов выводимых в одну или две дымовые трубы.

Регистр допускает установку одного общего газовыпускного трубопровода для нескольких вспомогательных дизель-генераторов при условии, что каждый неработающий ДВС может быть отключен от общего газовыпускного трубопровода.

На относительно небольших судах, в том числе и на промысловых, выпускные газы могут отводиться через бортовые или кормовые отверстия в корпусе судна в атмосферу или под воду. В последнем случае предпринимаются меры, исключающие попадание забортной воды в неработающий двигатель.

Газовыпускные системы включают в себя ряд элементов, не встречающихся в других системах: компенсаторы температурных расширений трубопровода, глушители, искрогасители, маслоотделители.

Компенсаторы. Компенсаторы устанавливают на фланцах выходных патрубков турбонагнетателей ДВС. Однако если газовыпускной трубопровод имеет несколько точек жесткого крепления к судовым конструкциям, то компенсаторы следует устанавливать на прямолинейных отрезках каждого участка трубопровода между двумя жесткими опорами. Компенсирующую способность компенсаторов выбирают, сообразуясь с длиной участка и температурой газов, а также и возможностью самокомпенсации трубопровода.



Рисунок 13.1 Принципиальная схема системы сжатого воздуха

Глушители. Из-за колебаний давления в трубопроводе, обусловленных конечным числом цилиндров ДВС и резким расширением продуктов сгорания за турбонагнетателем, газовыпускной трубопровод- один из крупных источников шума в МКО. Чтобы снизить уровень шума, на газовыпускных трубопроводах ставят глушители.

Различают глушители активного и реактивного типов. Глушители активного типа (рисунок 13.2, а) представляют собой активные сопротивления в виде периферийных листов, сеток или пористых материалов, заключенных в корпус глушителя. Глушители такого типа эффективно заглушают шум, вызванный высокочастотными колебаниями. Глушители реактивного типа (рисунок 13.2, б) подобны акустическим фильтрам. Непременным их элементом являются расширительные либо резонансные камеры, где происходит расширение и стабилизация потока продуктов сгорания. Глушители реактивного типа эффективно заглушают низкочастотные колебания.

Для глушения колебаний широкого спектра используют комбинированные глушители активно-реактивного типа. Аэродинамическое сопротивление глушителей за четырехтактными ДВС не должно превышать 6 кПа, а за двухтактными, более чувствительными к противодавлению на выпуске, 3 кПа.

В качестве глушителей могут быть использованы утилизационные паровые котлы, оборудованные специальными камерами глушения.

Искрогасители. Вместе с выпускными газами в газовыпускной тракт выносятся смолистые вещества, твердые частицы несгоревшего топлива и масла, которые, осаждаясь на стенках трубопровода, образуют горючую массу. Нередко из-за неисправности топливной аппаратуры или не вполне удовлетворительной подготовки топлива отдельные частицы топлива догорают за пределами ДВС. Искры, летящие в потоке горячих газов, могут вызвать загорание отложений, в газовыпускном тракте, а в случае их выноса из дымовой трубы могут стать причиной пожара на судах, особенно на судах, имеющих на борту легковоспламеняющиеся грузы.

Рисунок 13.3 Искрогасители:

а-мокрого типа; б- сухого типа

В целях снижения пожароопасности на газовыпускных трубопроводах устанавливают искрогасители. Их нередко встраивают в глушители или в утилизационные котлы, но обычно они представляют собой отдельные устройства.

Искрогасители бывают мокрыми и сухими. Гашение искр и охлаждение раскаленных частиц в мокрых искрогасителях достигается за счет контакта выпускных газов с водой (рис. 13.3, а). Мокрые искрогасители устанавливают на танкерах и других судах с повышенной пожароопасностью.

В искрогасителях сухого типа предусмотрены направляющие устройства, благодаря которым продукты сгорания резко меняют свое направление. Находящиеся в потоке газов во взвешенном состоянии искры под действием центробежных сил отделяются от газов и отводятся в сборники золы.

На рисунке 13.3, б показана схема искрогасителя сухого типа, смонтированного вместе с глушителем.

Маслоотделители. При длительной работе ДВС на режимах долевых нагрузок в режиме пном = const заметно снижается температура выпускных газов, что при неизменной подаче масла в цилиндры двигателя приводит к заметному росту маслянистых веществ в продуктах сгорания. Во избежание роста отложений масла на стенках газовыпускного тракта устанавливают маслоотделители, которые совмещают с глушителями. Отделить масло и смолистые вещества можно и путем закручивания потока газов, а гудрон отвести через специальные клапаны, установленные на глушителях и утилизационных котлах.

Очистка газовыпускного тракта от отложений достигается путем обдува, механического удаления с последующей промывкой специальными моющими растворами.

Газоотводы главных и вспомогательных паровых котлов значительно проще. В них отсутствуют глушители, а искрогасителями оборудуют лишь газоходы ВПК, поскольку температура газов за ними много выше, чем у главных котлов и может превысить 400 °С.

Паровые и конденсатно-питательные системы. Механизмы и оборудования систем. Паровая система состоит из систем свежего и отработавшего пара и системы продувания.

Система свежего пара предназначена для его канализации от парового котла к потребителям и включает в себя главный и вспомогательный паропроводы. По главным паропроводам подается свежий пар к главным турбинам, по вспомогательным - ко всем другим потребителям.

Системы отработавшего пара служат для отвода его от механизмов в вакуумные и атмосферные конденсаторы или другие теплообменные аппараты, исполняющие по существу их роль.

В системах свежего и отработавшего пара, перемещаемая рабочая среда имеет высокую температуру и при определенных условиях может находиться в двухфазном состоянии, например, в процессе прогрева паропровода. Это обстоятельство вызывает необходимость изолировать паропроводы, а также компенсировать их температурные расширения, удалять из паропроводов и паровых полостей механизмов влагу, появившуюся в предпусковой период.

Частицы влаги отделяются в сепараторах под воздействием центробежных сил, возникающих при резком изменении направления потока пара. После дросселирования перед подачей к теплообменникам пар увлажняется за счет впрыска в поток пара пресной воды в увлажнителях.

Для отвода конденсата из паропровода, паровых полостей механизмов и теплообменников, а также и для осушения после прекращения действия систем свежего и отработавшего пара служит система продувания. К сепараторам влаги, наиболее низким точкам паропровода, в которых скопление дренажей и конденсатов наиболее вероятно, подключаются трубопроводы продувания, по которым они отводятся в общую магистраль и далее в одну из цистерн конденсатно-питательной системы.

Конденсатно-питательная система - наиболее насыщенная механизмами оборудованием. В ее функции входит:

- прием и хранение пресной поды;

- отвод конденсата из главных и вспомогательных конденсаторов;

- деаэрация питательной воды и ее докотловая обработка;

- регенеративный подогрев питательной воды;

- подача питательной воды к главным и вспомогательным паровым котлам;

- обеспечение надежной работы ПЭУ на переменных режимах.

Иногда к функциям конденсатно-питательной системы относят и такие, как отвод горячих дренажей от теплообменных аппаратов в сборник дренажей (теплый ящик) и компенсацию утечек в цикле пар-конденсат путем ввода дистиллята опреснительных установок в систему. В конденсатно-питательной системе различают конденсатный, питательный и дренажные трубопроводы. На конденсатных трубопроводах устанавливают конденсатные и уравнительные насосы, конденсаторы воздушных эжекторов, фильтры и деаэраторы; на питательных трубопроводах - бустерные и питательные насосы, регенеративные подогреватели питательной воды, станции умягчения воды, электромагнитные и ультразвуковые аппараты для обработки воды; на дренажных трубопроводах - конденсатоотводчики.

Конденсатные насосы забирают конденсат из главного и вспомогательного конденсаторов и нагнетают его через конденсаторы воздушных эжекторов в деаэратор. В качестве конденсатных насосов используют насосы центробежного типа, обладающие повышенными антикавитационными качествами.

Уравнительные насосы служат для поддержания заданных уровней в деаэраторе. Один насос подает воду в деаэратор из уравнительной цистерны. При снижении уровня в уравнительной цистерне другой насос подает в нее воду из танков запаса.

Конденсаторы воздушных эжекторов включаются в конденсатный трубопровод. Прокачиваемый через них конденсат выполняет роль охлаждаемой жидкости. При этом температура конденсата повышается на несколько градусов, что уменьшает расход топлива на подогрев питательной воды.

Деаэраторы предназначены для удаления из питательной воды растворенного в ней воздуха, который агрессивен по отношению к металлу котла, особенно при высоких рабочих давлениях пара. Наибольшее распространение на флоте получили термические деаэраторы, принцип действия которых основан на законе Генри, согласно которому растворимость газов в воде пропорциональна их парциальному давлению. Известно, что с повышением температуры воды парциальное давление газов уменьшается и при температуре насыщения становится равным нулю, т. е. газы полностью удаляются из воды. В конденсатно-питательных системах вспомогательных ПЭУ промысловых судов с рабочим давлением пара Рк < 1,0 МПа деаэрации питательной воды не предусматривается.

Бустерные насосы. Деаэрированная питательная вода оказывается перегретой по отношению к давлению в приемной камере питательного насоса, и часть ее вскипает, что приводит к срыву работы насоса. Во избежание кавитационных явлений перед питательным насосом устанавливают бустерный насос с высокими антикавитационными качествами, которые достигаются благодаря особой геометрии рабочего колеса. Бустерные насосы создают подпор, при котором питательная вода оказывается недогретой, обеспечивая тем самым надежную работу питательного насоса. Рабочее колесо бустерного насоса часто встраивают в корпус питательного в качестве первой ступени.

Питательные насосы обеспечивают подачу питательной воды в паровые котлы. В качестве питательных чаще всего используются центробежные многоступенчатые насосы. Число ступеней насосов зависит от рабочего давления пара. В отличие, от главных паровых котлов, питательные насосы которых действуют непрерывно, питание ВПК может быть и дискретным, т.е. питательная вода подается в котел порциями под воздействием автоматических устройств, периодически включающих и отключающих питательный насос в зависимости от уровня воды в котле.

Подогреватели питательной воды включают в питательный трубопровод с целью регенерации тепла в цикле ПЭУ и повышения ее термодинамического КПД. Питательная вода подогревается паром, отбираемым из ресиверов главных турбин, либо отработавшим во вспомогательных механизмах. Благодаря этому, с одной стороны, уменьшается расход топлива на получение пара в котле, с другой стороны, уменьшается количество пара, а следовательно, и тепла, сбрасываемого в конденсатор.

Станции умягчения воды предназначены для приготовления растворов антинакипинов и ввода их в питательную воду. Антинакипины, вступая во взаимодействие с солями жидкости, образуют осадок, который удаляется из котлов нижним продуванием. Станция умягчения воды включает в себя емкость с бункером в верхней части и мешалкой, приводимой в действие электродвигателем, поршеньковый дозаторный насос, с помощью которого раствор антинакипина вводится в магистраль питательной воды в строго определенных количествах, и ионообменные фильтры. Фильтрующим элементом в катионитовом фильтре служит катионит КУ-2-8 (ГОСТ 20298-74) или сульфоуголь.

Электромагнитные и ультразвуковые аппараты служат для докотловой и внутрикотловой обработки питательной воды. Сущность магнитной докотловой обработки состоит в пропуске воды через магнитное поле, благодаря чему растворенные, если, участвующие во внутрикотловых процессах, при определенных условиях совершенно не образуют накипи. Магнитная обработка способствует разрушению старой накипи в котле.

Ультразвуковой метод внутрикотловой обработки питательной воды основан на передаче ультразвуковых колебаний поверхности нагрева и котловой воде. Колебания препятствуют процессу накипеобразования на поверхностях нагрева и способны разрушить уже отложившуюся накипь.

Сборники дренажей и конденсатов представляют собой емкости для дренажей и конденсата. Другая функция сборников - очистка дренажей и конденсатов от возможных загрязнений. Из-за нарушения герметичности дренажи могут быть загрязнены от подогревателей топлива, масла, воды, бульонов, варильников и сушилок РМУ, а это исключает их использование для питания паровых котлов. Дренажи очищают путем фильтрации в каскадных фильтрах, размещенных внутри теплого ящика (рисунок 13.4). Теплые ящики имеют несколько отсеков, где помещают различные фильтрующие материалы.

Рисунок 13.4 Теплый ящик

В первом отсеке по ходу движения дренажа на металлической решетке 8 находится манила 7 слоем 3 см, а далее древесная стружка 6. Оба слоя ограждены сверху решеткой 5. Вместо манилы может быть использована сизаль или люфа, а древесная стружка заменена кусочками поролона в сетках.

Во втором отсеке устанавливают несколько ящиков 4, наполненных слоем мелких кусочков кокса, поверх которых укладывают слой поролона.

Третий отсек заполнен ящиком с коксом 3 и матерчатыми фильтрами 1. На поверхность каждого из отсеков укладывают листы поролона 2, на которых осаждается всплывшее масло (топливо, жир). Сочетание механических и сорбционных фильтров обеспечивает очистку дренажей от маслянистых продуктов в виде капель, пленок и эмульсий, а также от механических примесей.

На судах, где вероятность загрязнения дренажей и конденсатов велика, например, на рыбообрабатывающих судах, их очищают путем выпаривания в испарителях грязных конденсатов.

Конденсатно-питательные системы бывают закрытые, не имеющие контакта с атмосферным воздухом, и открытые.

На рис 13.5 показана принципиальная схема конденсатно-питательной системы закрытого типа. Образовавшийся в результате конденсации отработавшего пара конденсат из главного конденсатора 1 забирается одним из конденсатных насосов 3 и подается через конденсаторы пароструйных эжекторов 4 в деаэратор 11. Туда же конденсатный насосом 12 откачивается конденсат и от вспомогательного конденсатора 13, а одним из дренажных насосов 17- и дренажи различных теплообменных аппаратов 15 (из сборника дренажей 16). Необходимое количество тепла для доведения питательной воды до температуры насыщения в деаэраторе, при которой полностью удаляются из воды, растворенные в ней газы, поступает с греющим паром. Деаэрированная питательная вода одним из питательных насосов 9 через подогреватель питательной воды 6 нагнетается в паровой котел 8.

Рисунок 13.5 Принципиальная схема конденсатно-питательной системы

Для поддержания постоянного уровня в конденсаторе, необходимого для устойчивой работы пароструйных эжекторов, часть конденсата по рециркуляционному трубопроводу 2 вновь отводится в конденсатор. В случае переполнения деаэратора излишки питательной воды через переливную трубу 14 сбрасываются в цистерну 16. Если для питания паровых котлов воды оказывается недостаточно, то ее дефицит покрывается дистиллятом из цистерны 10.

Предусмотрена возможность питания котла и недеаэрированной водой. В этом случае конденсат подается не в деаэратор, а непосредственно к питательным насосам.

Для ввода в питательную воду присадок установлен дозаторный насос 7, подключенный к напорной магистрали питательного насоса через невозвратный клапан. Дренаж из подогревателя 6 через конденсатоотводчик 5 отводится в цистерну 16, а конденсат из конденсаторов эжекторов- в главный конденсатор.

Переключения потоков конденсата и питательной воды осуществляются автоматически.

Рисунок 13.6 Принципиальная схема конденсатно-питательной системы ВКУ с теплоутилизирующим контуром

На рис 13.6 показана принципиальная схема конденсатно-питательного трубопровода вспомогательной котельной установки открытого типа. Конденсат из вспомогательного конденсатора 1 насосом 2 откачивается в теплый ящик 3. Туда же самотеком из контрольно - смотровой цистерны 12 поступают дренажи из теплообменных аппаратов. Из „теплого ящика" питательными насосами 4 через ионные фильтры 11 питательная вода нагнетается в ВПК 7 и сепаратор 10 утилизационного котла 9, питание которого обеспечивается циркуляционным насосом 8. Восполнение убыли питательной воды осуществляется насосом 5, подкачивающим питательную воду из цистерны запаса 6 в теплый ящик. Питательные насосы могут забирать воду и непосредственно из танков запаса.

Вопросы для самопроверки

Какие механизмы и какое оборудование входят в состав системы охлаждения дизельной СЭУ?

В чем состоят преимущества централизованной системы охлаждения СЭУ?

Почему системы охлаждения поршней и форсунок ДВС выполняются, как правило, автономными?

Что характерно для систем охлаждения паровых ЭУ?

Какие основные элементы входят в систему сжатого воздуха дизельной СЭУ?

Какие функции выполняет газовыпускная система ДВС?

Чем отличаются глушители активного и реактивного типов?

Чем отличаются паропроводы от трубопроводов других систем?

Какие функции выполняет конденсатно-питательная система?

Что и как обеспечивает в питательной системе требуемое качество питательной воды?

Лекция 14. Взаимосвязь типа судна и ЭУ. Влияние типа судна на состав и основные параметры СЭУ. Дизельные установки судов транспортного, промыслового и технического флота

Передача мощности от двигателя к движителю. Мощность главных двигателей передается на движитель с помощью валопровода и электрической передачи. При электропередаче происходит двойное превращение энергии, что делает ее КПД ниже КПД валопровода. Кроме того, к недостаткам электрического привода относится сложность оборудования и необходимость увеличения числа обслуживающего персонала. Поэтому на речных судах основным видом передачи мощности от двигателя к гребному винту является валопровод.

Взаимодействие главного двигателя с гребным винтом и корпусом судна. Главный двигатель, соединенный с гребным винтом, работает в гидродинамическом комплексе: двигатель -- винт -- корпус. Все элементы этого комплекса, называемого пропульсивным или движительным, взаимосвязаны. Поэтому от правильного их сочетания зависят эксплуатационные показатели судна, которые оцениваются в виде КПД движительного комплекса где: NR -- буксировочная мощность, затрачиваемая на движение судна с заданной скоростью; Ne -- эффективная мощность главного двигателя. Величина для современных транспортных судов находится в пределах 0,5--0,7.

Для увеличения КПД движительного комплекса необходимо, чтобы корпус имел такие обводы подводной части, при которых сопротивление воды движению судна было бы наименьшим, и чтобы элементы гребного винта соответствовали главному двигателю.

Если диаметр и шаг винта превышают требуемые для данного случая размеры, то это приведет к перегрузке двигателя на номинальном режиме. Для характеристики указанного несоответствия введено понятие «тяжелого» винта, т. е. винта, для работы которого с номинальной частотой вращения у двигателя не хватает мощности. При таком несоответствии двигатель работает с пониженной частотой вращения, что является неэкономичным.

Если диаметр и шаг винта будут меньше требуемых для данного случая размеров, то при номинальной частоте вращения двигателя винт потребляет мощность меньшую, чем может развить двигатель. Для характеристики такого несоответствия введено понятие «легкого» винта. При легком винте двигатель при номинальной частоте вращения не развивает номинальной мощности, что приводит к недоиспользованию мощности.

Судовые энергетические установки. Вопрос о том, удастся ли получить высокие скорости у судов обычного или необычного типа, зависит прежде всего от прогресса в судовом машиностроении. Наибольшая мощность применяемых на судах энергетических установок составляет 85 тыс. кВт (на 30-узловом транспортном судне). Для 35-узлового судна потребуется уже мощность порядка 140--180 тыс. кВт.

Наибольшие из построенных до сего времени энергетических установок имеют мощность 175 тыс. кВт (на пассажирском судне) и 265 тыс. кВт (на авианосце). Однако корабли обоих этих типов не могут сравниваться с транспортными судами, ибо эксплуатируются в совершенно иных условиях. Превышения указанных мощностей можно ожидать, когда речь идет о больших трансокеанских судах на воздушной подушке, для которых потребуются мощности порядка 350--550 тыс. кВт. Мощность тепловой электростанции, обеспечивающей электроэнергией город с миллионным населением, составляет около 200 тыс. кВт. Для размещения агрегатов и подсобных служб такой электростанции требуется производственная площадь около 10 тыс. м2, на борту же судна для размещения установки можно выделить только от 1000 до 1500 м2 площади. Отсюда вполне очевидно, что развитие судового машиностроения должно ориентироваться на двигатели с большой концентрацией мощности, требующие незначительных площадей и кубатуры.

Какие типы главных двигателей имеются в настоящее время и появятся в будущем? Если говорить об обычных транспортных судах, то на них в подавляющем большинстве случаев стоят дизели и значительно реже паротурбинные установки.

Газовые турбины и атомные установки, широко используемые в военном кораблестроении, до сих пор практически не нашли применения в торговом флоте

По мере дальнейшего роста скоростей и размеров судов вопрос об увеличении мощности судовых энергетических установок делается все более актуальным.

Одновременно к установке должны предъявляться следующие требования:

-- малый объем, необходимый для ее размещения;

-- относительно высокая надежность;

-- длительный срок службы;

-- низкий расход топлива.

Энергетическая установка должна, кроме того, легко поддаваться автоматизации.

Из всех двигателей непосредственно на гребной винт могут работать только малооборотные дизели с частотой вращения 100--200 об/мин (в некоторых случаях до 300 об/мин). Все остальные типы двигателей вследствие слишком высокой для гребного винта частоты вращения требуют понижающего редуктора. Это создает условия для применения многомашинных установок, когда на один гребной винт через редуктор работает сразу несколько двигателей и мощность, передаваемая на винт, возрастает. Если 2--4 среднеоборотных дизеля будут работать на один редуктор, то мощность, передаваемую на один гребной винт, уже сейчас можно довести до 55 тыс. кВт.

Дальнейшее увеличение мощности может быть достигнуто путем применения многовальных установок с двумя или тремя гребными винтами. Но для того, чтобы повышенную мощность перспективных главных двигателей превратить с помощью гребных винтов в толкающий судно упор, требуется еще исследовательская работа в области самих гребных винтов.

В настоящее время максимальная мощность, которую гребной винт может переработать, составляет у гражданских судов около 45 тыс. кВт и у боевых кораблей -- примерно 65 тыс. кВт на один винт. Дальнейшее повышение мощности винтов только за счет увеличения их диаметров невозможно, так как диаметр гребного винта должен быть меньше осадки судна. Например, гребной винт 250 000-тонного танкера с энергетической установкой мощностью 24 тыс. кВт имеет диаметр 9,4 м и массу почти 60 т. Большие размеры гребных винтов создают значительные технологические трудности при отливке. Новые пути увеличения мощности открывает применение соосных, расположенных один за другим гребных винтов противоположного вращения.

Рисунок 14.1 Судовые энергетические установки:

1 -- низкооборотный дизель, непосредственно работающий на гребной винт; 2 -- дизель-редукторная установка; 3 -- паротурбинная установка; 4 -- газовая турбина; 5 -- атомная установка; 6 -- газотурбинная установка с электрической передачей на винт

В этой связи нельзя не упомянуть часто применяемые гребные винты в насадках. Благодаря окружающей его кольцевидной насадке, винт может при одинаковой мощности и равных условиях эксплуатации обеспечить транспортному судну увеличение упора до 6%. Это немаловажное преимущество может использоваться, однако, только на тихоходных судах. На быстроходных применение винтов в насадках невыгодно, так как собственное сопротивление насадки перекроет выигрыш.

В будущем для достижения больших скоростей здесь могут применяться гребные винты, имеющие более высокий коэффициент полезного действия, чем у водометных движителей, состоящих из центробежного насоса и сопла. Водометные движители найдут применение в особенно благоприятной области -- на быстроходных судах на подводных крыльях.

До сих пор остался без ответа вопрос о том, какого именно типа энергетические установки будут преимущественно применяться в будущем. Сравнение массы и стоимости энергетических установок представляет в благоприятном свете многомашинные установки со среднеоборотными дизелями и, пожалуй, прежде всего газовые турбины. Если в качестве главного судового двигателя принять газовую турбину, то можно уменьшить массу установки на 50% по сравнению с паровой турбиной и на 60% по сравнению с тихоходным дизелем, непосредственно работающим на гребной винт. При мощности 30 тыс. кВт экономия массы составляет от 1000 до 1500 т.

Сравнение габаритов дает такие результаты: газовая турбина 20 тыс. кВт имеет длину 7 м, высоту 1,5 м, а массу всего 8,5 т. Длина же тихоходного дизеля примерно 20 м, высота около 10 м, а масса почти 1000 т. Если сравнивать энергетические установки в целом, а не только главные двигатели, разница будет несколько меньше, так как для газовой турбины требуются редуктор и сложная система каналов для подвода свежего воздуха и отвода отработавших газов.

Диапазон мощностей свыше 35 тыс. кВт до настоящего времени занимают паровые турбины. Однако и здесь в перспективе с ними будут конкурировать газовые турбины. Преимущественная сфера применения мощных двигателей -- по-видимому, быстроходные контейнеровозы и суда с горизонтальной погрузкой. Скорости свыше 30 уз требуют мощностей от 55 до 100 тыс. кВт. При меньшем пределе газовая турбина будет иметь массу 20 т, в отличие от 1400-тонной паротурбинной установки. Еще более важной является экономия площади. Длина машинного отделения газотурбинного судна при указанной мощности будет вдвое меньше, чем у паротурбинного. Благодаря этому грузовместимость газотурбинного судна возрастет на 10--20%. Примерно в такой же степени возрастет количество перевозимого груза.

Рисунок 14.2 Движители для передачи большой мощности или для быстроходных судов:

1 -- трехвальная установка; 2 -- гребной винт в насадке; 3 -- соосные гребные винты противоположного вращения; 4 -- водометный движитель

С применением электрической передачи газовые турбины позволяют осуществить совершенно новые принципы компоновки машинных отделений. Например, в очень небольшом и низком помещении в корме можно расположить гребной электродвигатель, приводящий гребной винт через редуктор, Этот двигатель будет получать питание от главной электростанции -- генераторов электрического тока, приводимых непосредственно газовыми турбинами. Поскольку главная электростанция может находиться в любом месте судна, ее можно разместить в сравнительно небольшом машинном отделении на палубе. При этом резко сократится длина воздушных и газоотводных каналов, газовые турбины будут легко доступны и замена их после истечения срока службы не составит ни малейшего труда.

Однако для того, чтобы такой проект мог быть осуществлен, необходимо существенное снижение цен на электрооборудование. Кроме того, следует иметь в виду, что электрическая передача всегда связана с большими потерями мощности. Особую проблему представит также борьба с шумом, создаваемым работающими в надстройке на главной палубе газовыми турбинами.

Кроме указанных, газовая турбина имеет и другие преимущества: малые расходы на обслуживание, возможность быстрой замены (в течение 4--6 ч), быстрая готовность к действию и, разумеется, большая концентрация мощности в очень малом объеме.

Почему же, несмотря на многочисленные преимущества, газовые турбины до сих пор не нашли широкого применения в судовых энергетических установках? Это объясняется следующими причинами:

1) очень велик удельный расход топлива: газовая турбина расходует от 310 до 340 г на 1 кВт-ч, т.е. приблизительно на 40--50% больше, чем дизель.

2) в газовой турбине может сжигаться только легкое и потому дорогое топливо (например, дизельное), в то время как любой мало- или среднеоборотный дизель работает на тяжелом моторном топливе, стоимость которого на мировом рынке составляет около 60% стоимости дизельного топлива;

3) моторесурс, т.е. время между двумя переборками, у газовой турбины составляет всего 1500 ч, что намного ниже, чем у дизелей или паровых турбин.



Рисунок 14.3 Энергетические установки с низкооборотным дизелем и газовыми турбинами

Рисунок 14.4 Газотурбоэлектроход с газовыми турбинами, установленными в надстройке

Таким образом, если судовладелец решил поставить на свое судно газовую турбину, он должен иметь для этого достаточно веские основания. В будущем этот тип двигателей должен все чаще встречаться на быстроходных судах, ибо мощные энергетические установки другого типа окажутся более тяжелыми и займут значительно больше места, что неблагоприятно скажется на грузоподъемности и грузовместимости судна.

Для очень быстроходных судов, особенно для судов на подводных крыльях и на воздушной подушке, газовые турбины представляют собой неизбежную необходимость. Повышения экономичности газовых турбин можно ожидать лишь в связи со снижением удельного расхода топлива. Но поскольку это наступит, по-видимому, не скоро, можно полагать, что в первое время увеличится число дизельных установок с редуктором, которые во многих случаях, особенно на быстроходных судах, заменят самый экономичный двигатель -- малооборотный дизель.

Если говорить об энергетических установках завтрашнего дня, нельзя обойти вниманием атомные энергетические установки. Установки такого типа уже доказали свою пригодность в качестве главных двигателей и безопасность эксплуатации на многочисленных боевых кораблях, а также на советских ледоколах «Ленин», «Арктика» и «Сибирь» и на трех гражданских судах. Однако атомные установки до сих пор еще неэкономичны.

Существуют различные мнения о том, начиная с какой мощности атомные энергетические установки становятся экономичнее обычных. Результаты исследований колеблются между значениями 45 и 70 тыс. кВт. Естественно, что исследовательские работы в области применения атомной энергии для движения судов продолжаются; цель этих исследований -- сдвинуть границу экономичности к более низким значениям мощности. Оптимистические прогнозы обещают, что через несколько лет атомные установки уже начиная с 15 тыс. кВт станут конкурентоспособными с энергетическими установками других типов.

Поскольку разведанных запасов нефти достаточно для того, чтобы и в 2000 г. покрывать мировые потребности в топливе, очевидно, не будет крайней необходимости в замене энергетических установок обычного типа атомными, особенно когда речь идет о сравнительно «малых» мощностях. Это нерационально уже хотя бы потому, что эксплуатация судов-атомоходов во многих странах мира регламентирована законодательными ограничениями. Эти законы, хотя и преследуют благую цель защиты окружающей среды, тем не менее, затрудняют эксплуатацию таких судов. Во многие порты вход судам с атомными установками вообще запрещен. Необходимые конструктивные мероприятия по обеспечению безопасности, к числу которых относится устройство тяжелого защитного контейнера для атомного реактора и ограждение реакторного отделения достаточным числом водонепроницаемых переборок на случай столкновения судов, не только сопряжен с увеличением массы, но и сильно увеличивают стоимость атомной установки по сравнению с установками обычного типа.

Атомные энергетические установки в будущем смогут стать экономичными там, где требуются большие мощности и где грузы перевозятся на дальние расстояния. У универсальных сухогрузных судов, многих специализированных транспортных и пассажирских судов такие предпосылки отсутствуют. Поэтому вопрос о применении атомной энергии на судах такого типа пока не стоит. В то же время немалая часть контейнеровозов со скоростями 30 уз и более, а также супертанкеров и больших судов для перевозки навалочных грузов к концу века перейдет на атомную энергию. Однако ожидают, что теперешние установки с водяным реактором под давлением и паровой турбиной уступят место газоохлаждаемым высокотемпературным реакторам в сочетании с газовой турбиной. До XXI века широкого применения атомной энергии в морском торговом флоте не предполагается. Для последующего периода возникают дополнительные проблемы.

Поиски новых первичных источников энергии являются важной задачей. Известно, что уже появились и работают достаточно мощные батареи, составленные из топливных элементов. Однако, поскольку у двигателей этого типа трудно будет добиться большой концентрации мощности, их применение и в будущем, по-видимому, ограничится автомобильным и железнодорожным транспортом. Таким образом, и в дальнейшем наибольшее значение будут иметь двигатели внутреннего сгорания, а также газовые и паровые турбины.

Вопросы для самопроверки

Как влияет тип судна на состав и основные параметры СЭУ?

Особенности энергетических установок судов транспортного и технического флота.

Лекция 15. Судовые средства защиты окружающей среды

Морской транспорт является одним из источников хронического загрязнения морской среды и повышенной угрозы разливов нефти, которые могут нанести непоправимый вред легко уязвимой природе.

Экологическая опасность морского транспорта складывается из двух составляющих - эксплуатационной и аварийной. Очень трудно сказать, какие из них наиболее опасны для окружающей среды. Загрязнения, возникающие в процессе эксплуатации судов, портов и судоремонтных предприятий, образуются и сбрасываются постоянно, хотя и в относительно небольших количествах.

При аварийных разливах происходят залповые сбросы большого количества загрязнителей, но они ограничены районом аварии и прилегающими территориями. При ава рий ном сбросе наблюдается массовая гибель обитателей моря, а при эксплуата ционных загрязнениях происходит хроническое отравление всего моря.

Эксплуатационные загрязнения с судов. Все суда, построенные после вступления в силу международной Конвенции МАРПОЛ 73/78 должны удовлетворять ее требованиям в части охраны окружающей среды; суда, построенные до этой даты, должны быть подвергнуты модернизации с целью приведения их в соответствие с положениями Конвенции МАРПОЛ 73/78 и национальных правил по охране окружающей среды. К основным эксплуатационным судовым загрязнителям могут быть отнесены нефтесодержащие и сточные воды, мусор и выбросы в атмосферу.

Транспортные суда, совершающие международные рейсы, оборудованы емкостями для сбора загрязненных вод и контейнерами для сбора мусора и/или установками для очистки воды от нефти, для обработки сточных вод и инсинераторами для сжигания мусора. Количество судовых отходов зависит от дедвейта и типа судна, его возраста, качества обслуживания и количества членов экипажа.

Количество отходов сепарации нефтяных топлив зависит от типа используемого топлива и ориентировочно может быть оценено как 1,5-2,0%% ежедневного расхода топлива при работе на тяжелом топливе и около 0,5 % при работе на сред не вязком топливе. При этом остатки в топливных танках могут достигать 7 % от количества находящегося в нем тяжелого топлива. Количество льяльных вод, образующихся на транспортном судне, зависит от мощности двигателя, его технического состояния, возраста судна и квалификации персонала и оценивается 1-10 куб. м/день, а для судов каботажного плавания - 0,1-3 куб. м/день. На танкерах для перевозки сырой нефти, не имеющих танков изолированного балласта, может образовываться до 25% дедвейта грязного балласта за рейс.

Количество сточных вод оценивается равным 100 л/человека в день, бытового мусора - 1,5-3,5 кг/человека в день, эксплуатационного мусора (отложения с двигателей, старая краска, ветошь и т.д.) - 10-15 кг/день. Мусор, возникающий при обработке груза, оценивается для судов с генеральными грузами - 1 т на 200 т груза, для контейнеровозов 1 т на 25000 т груза и навалочников - 1 т на 10000 т груза.

Если на борту судна имеются инсинераторы, то часть нефтеостатков и мусора, в том числе и пищевые отходы, сжигаются на борту судна, а негорючие отходы и шламы, накопившиеся после обработки сточных вод, сдаются на береговые приемные сооружения в портах.

Источниками загрязнения атмосферы с судов являются выбросы из энергетических установок окислов серы и азота, углерода, озоноразрушающих веществ. Эти выбросы будут нормироваться после вступления в силу нового Приложения VI к МАРПОЛ 73/78, принятого ИМО в 1997 г. Учитывая, что в России выпускается топливо с содержанием серы, не превышающим 3,5 %, а на транспортных судах в основном эксплуатируется мало и среднеоборотные дизеля, выбросы серы с условного судна можно оценить равным 1-1,5 т./сутки, а окисла азота - 2-5 т/сутки.

Наставление содержит стандарты качества воды, требуемые МАРПОЛ 73/78 и правилами по охране прибрежных вод морей от загрязнения. Оно включает организационные и технические мероприятия, которые должны быть проведены на судне с тем, чтобы выполнить установленные требования по сбросам. Каждый раздел Наставления содержит список документов, которые должны подтверждать проведение операций с судовыми отходами (журналы, планы, расписки операторов) и соблюдение судном природоохранных правил. Приведена процедура оформления этих документов.

Предотвращение загрязнения моря невозможно обеспечить, несмотря на принимаемые меры только за счет внедрения на судах различных природоохранных технологий и техники. Экологически чистое, полностью безопасное судно будет слишком дорогим, как при строительстве, так и при эксплуатации, поэтому часть судовых отходов будет всегда заканчивать свою жизнь на берегу, и судну будут требоваться услуги портовых приемных сооружений, которые часто являются составной частью городских сооружений по переработке отходов.

Конструктивные меры экологической безопасности. Все танкеры валовой вместимостью 150 рег. т и более и другие суда валовой вместимостью 400 рег. т и более оборудуются устройством для очистки нефтеводяных смесей перед сбросом их за борт до допустимого предела - сепарационным и фильтрующим оборудованием. Для сохранения на борту нефтесодержащих вод суда оборудуются сборным танком достаточной вместимости.

Нефтяные танкеры валовой вместимостью 150 рег. т и более и другие суда валовой вместимостью 10 000 тыс. т и более должны быть оборудованы системой автоматического замера, регистрации и управления сбросом нефтесодержащих вод. Сброс должен автоматически прекращаться, если его интенсивность или содержание нефти в нефтеводяной смеси превысит установленные пределы.

На всех судах должен иметься танк для сбора нефтяных остатков (шлама), которые сдаются на береговые приемные сооружения.

На танкерах для сырой нефти дедвейтом 20 000 т и более и нефтепродуктовозах дедвейтом 30 000 т и более предусматривается защитное расположение танков изолированного балласта. Нефтяные танки отделяются от наружной обшивки по всей высоте борта от палубы до верхней кромки двойного дна бортовыми балластными танками шириной не менее 2 м. Минимальная высота междудонного танка должна составлять 1/15 наибольшей ширины судна или 2 м, в зависимости от того, что меньше. Этим обеспечивается предотвращение вытекания нефти в море при повреждениях наружной обшивки корпуса судна.

Для сбора сточных вод на всех судах валовой вместимостью 200 рег. т и более или на которых перевозится более 10 человек, предусматривается цистерна для сбора сточных вод, оснащенная световой и звуковой сигнализацией при заполнении ее на 80 %. На этих судах должна иметься установка для обработки сточных вод, в состав которой входит накопитель судовых стоков, устройство для их очистки и устройство для обеззараживания. Очищенная и обеззараженная вода сбрасывается за борт.

Суда оборудуются устройствами для сбора или для сжигания мусора. Для сбора мусора используются одобренные Морским регистром судоходства контейнеры для сбора всех видов синтетики и пластмасс, включая синтетические тросы и рыболовные сети, оборудуется специальная емкость.

Может быть предусмотрена установка для измельчения пищевых отходов, изделий из бумаги, ветоши, стекла, металла до размеров частиц менее 25 мм. При уничтожении мусора в установках термического типа судовые отходы превращаются в неопасные для живых существ золу и шлак.

Предупредительные меры экологической безопасности. С целью определения оптимальных приемов и методов ликвидации разлива нефти при аварии судна разрабатывается судовой план чрезвычайных мер по борьбе с загрязнением нефтью. Ответственность за разработку плана возлагается на старшего помощника капитана и старшего механика.

План для сухогрузного судна должен предусматривать своевременное принятие всех необходимых мер для перекачки топлива из поврежденных в неповрежденные топливные цистерны, в сборные цистерны льяльных нефтесодержащих вод, в крайнем случае в балластные цистерны или в свободные от груза трюмы. При этом должны быть приняты все возможные меры против выброса топлива за борт по балластной магистрали и попадания воды из балластной магистрали в топливную систему.

План должен содержать схемы: расположения топлива по судну с указанием его количества в каждой цистерне; расположения балластных цистерн с указанием количества балласта в каждой цистерне; перекачки топлива из одной цистерны в другую; расположения водяных цистерн с указанием количества воды в каждой из них; приема, передачи и слива балласта; расположения груза по трюмам и на палубе.

...