Под долговечностью системы понимается ее свойство сохранять работоспособность с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонтов до предельного состояния, которое устанавливается по техническим условиям. Количественно долговечность определяется сроком службы и ресурсом.

Живучестью называют свойство системы сохранять и восстанавливать работоспособность при чрезвычайных обстоятельствах: аварии, пожаре, при затоплении МО и других повреждениях судна.

Если надежность системы зависит главным образом от надежности ее элементов, то живучесть определяется как конструктивными особенностями системы, так и активными действиями личного состава по восстановлению ее первоначальных свойств.

Для определения уровня требований к отдельным системам СДУ целесообразно разделить их на три группы. В первую группу входят системы, обеспечивающие главный двигатель (а во многих случаях и вспомогательные дизельгенераторы) топливом, маслом, охлаждающей водой, сжатым воздухом для пуска и реверса, свежим воздухом для сгорания топлива, а также служащие для отвода отработавших газов.

Ко второй группe относятся механизмы и системы, обслуживающие главную и вспомогательную энергетические установки, но работающие периодически. Это элементы систем перекачки и подготовки топлива, масла, воды и некоторые другие.

В третью группу входят системы и механизмы, не определяющие надежность СДУ в целом; при выходе их из строя несколько ухудшаются условия эксплуатации установки.

Основными направлениями повышения надежности и живучести систем СДУ являются:

-- применение в системах минимального числа оборудования, высокоэффективного, экономического и надежного, обладающего необходимым запасом производительности и мощности;

-- выбор рациональной схемы резервирования отдельных элементов и участков систем;

-- применение схем, позволяющих использовать периодически действующее оборудование в качестве резервного;

-- улучшение качества механизмов и систем в целом путем изменения конструкции отдельных узлов и деталей, а также применения более стойких материалов;

-- улучшение технологии изготовления отдельных элементов системы и ее монтажа в корпусе судна путем применения блоков и агрегатов, собираемых на общих фундаментах в цехе;

-- рациональное размещение механизмов в МО, обеспечивающее минимальную длину трасс трубопроводов с наименьшим числом изгибов и взаимных пересечений, что позволяет в максимальной степени использовать стандартные и унифицированные элементы, упрощает монтаж, обслуживание и ремонт систем на судне;

-- улучшение качества эксплуатации, поддержание оптимальных режимов нагрузки, предотвращение перегрузочных режимов, сокращение частоты включений, своевременное и качественное проведение профилактических ремонтов и осмотров, повышение квалификации обслуживающего персонала;

-- применение рационального уровня систем комплексной автоматизации.

Комплектация систем, их конфигурация и характеристики зависят от следующих параметров СЭУ:

-- тип, мощность, удельные расходы топлива, масла и воздуха главного двигателя;

-- тип передачи, ее элементы, параметры механизмов, обслуживающих передачу;

-- тип и число вспомогательных парогенераторов, их паропроизводительность, расход топлива, воды и воздуха, а также тип, число, паропроизводительность и расход воды утилизационных парогенераторов;

-- состав электростанции, мощность и тип первичных двигателей генераторов;

-- технические условия на поставку главных и вспомогательных двигателей, вспомогательных и утилизационных парогенераторов, агрегатов передачи;

-- требуемая степень автоматизации систем и дистанционного управления ими;

-- расположение в МО главных и вспомогательных двигателей, вспомогательных и утилизационных парогенераторов, мест хранения топлива, масла, пресной воды;

-- механизмы и оборудование общесудового назначения, устанавливаемые в МО;

-- дальность и район плавания, эксплуатационная скорость и автономность судна, время стоянки в порту с проведением и без проведения грузовых операций.

При проектировании систем рекомендуются следующие последовательность и объем работы на каждом этапе.

1. Разрабатывают принципиальные схемы каждой системы главной и вспомогательной энергетической установок во взаимосвязи с судовыми системами, которые могут быть использованы

как резервные, с учетом требований надежности, живучести и удобства эксплуатации, предусмотренных Правилами Регистра судоходства. Схему вычерчивают в одну линию без соблюдения масштаба, чаще всего в плане машинного отделения. Взаимное расположение механизмов и оборудования принимается близким к фактическому его размещению на судне, хотя в отдельных случаях это требование может не соблюдаться. Чтобы не сильно загромождать схему, ее можно разделить на две-три отдельные, на которых следует показать места подключения трубопроводов, изображенные на другом листе.

В разработанной схеме должны быть предусмотрены все необходимые механизмы, оборудование и емкости, которые подлежат дальнейшему расчету, а также резервные механизмы, агрегаты и магистрали подачи рабочего тела, повышающие надежность и живучесть системы.

2. Производят расчет параметров механизмов, объемов цистерн и другого оборудования, комплектующего проектируемые системы.

3. Выбирают по каталогам комплектующее оборудование с оптимальными показателями по к. п. д., массе и габаритам. При отсутствии нужного оборудования оно должно быть заказано промышленности.

4. Рассчитывают требуемые запасы топлива, масла, воды и определяют необходимые емкости для их хранения.

5. Выбирают рациональный способ управления системами и экономически оправданную степень автоматизации.

Окончательный вариант проектируемой системы должен иметь оптимальные показатели по надежности и живучести при приемлемой стоимости осуществления и эксплуатации.

6. После окончательного размещения механизмов, определения протяженности трасс трубопроводов и выбора комплектующего оборудования выполняют тепловой, гидравлический и прочностной расчет элементов систем при заданных давлениях и скоростях рабочего тела.

Лекция № 10. Судовые топливные системы

10.1 Виды и сорта топлив

Нефтяные топлива в зависимости от их углеводородного состава, в свою очередь определяемого химическим составом нефти, и методов ее переработки, подразделяются на следующие группы.

1. Прямогонные дистилляты.

2. Дистилляты каталитического крекинга.

3. Прямогонные остаточные топлива.

4. Крекинг-остаточные топлива, преимущественно после висбреакинга.

5. Смеси топлив.

Перечисленные выше группы представлены двумя классами.

Дистиллятные топлива, состоящие из легких фракций, получаемых дистилляцией в прямогонных или крекинг установках; для них характерны малые значения вязкости, в пределах 2,5?14,0 мм²/с;

Тяжелые топлива, состоящие из смеси тяжелых остаточных фракций с тяжелыми газойлями дистиллятами; их вязкость лежит в широких диапазонах 40?700 мм²/с.

В России качество топлива регламентируется государственными стандартами или техническими условиями. За рубежом качественные показатели морских топлив определяется спецификациями Международного института стандартизации (ISO) - ISO8217, Международным советом по ДBC - CIMAC.

При заказе топлива, прежде всего, следует исходить из требования дизелестроителя, возможностей и состояния системы топливоподготовки, имеющейся на судне (наличия и мощности подогревателей топлива, производительностью сепараторов и пр.).

В силу ограниченности ресурсов и высокой стоимости дистиллятов (она в 1,4?1,5 раза превышает стоимость тяжелых топлив) дизельные топлива используются лишь в тех случаях, когда двигатели и система топливоподготовки не приспособлены для работы на тяжелых топливах. В общем балансе потребления топлив на морских судах расход дизельного топлива составляет 6?12%. Его в основном используют двигатели с частотой вращения до 1000?1200 об/мин.

Отечественная промышленность выпускает дизельные топлива марок: Л, 3, А и УФС. По содержанию серы они делятся на две группы: S < 0,2%, S = 0,21?0,50%. Топливо УФС от остальных отличается утяжеленным фракционным составом, вследствие чего оно имеет более высокую вязкость (3?6 мм²/с), более высокую температуру помутнения (5С) и застывания (0С).

В качестве заменителя дизельных топлив используют газотурбинные топлива, получаемые в качестве побочного продукта в процессах замедленного коксования. Газотурбинные топлива ТГ и ТГВК (табл. 6.1) в сравнении с дизельными топливами имеют более высокую вязкость и плотность, содержат до 25% смолистых соединений и непредельных углеводородов, что предопределяет их низкую стабильность, проявляющуюся при нагревании и смешивании с другими топливами.

Тяжелые топлива подразделяются на две группы: промежуточные топлива вязкостью до 180 мм²/с (Е25, табл. 6.2) представляющие собой смеси остаточных продуктов с дистиллятными фракциями, и тяжелые остаточные топлива (котельные топлива или мазут), в основном состоящие из остаточных продуктов прямогонных и крекинг-процессов нефтепереработки и имеющие вязкость 380мм²/с (Н35, см. табл. 6.2).

Из выпускаемых отечественной промышленностью топлив к первой группе могут быть отнесены: моторное топливо ДТ, флотские мазуты Ф-5 и Ф-12, топлива ДМ, 40, 40В (табл. 6,3). Ко второй группе относят топочные мазуты марок 100, 100В (см. табл. 6.3).

Для тяжелых зарубежных топлив характерен широкий диапазон изменения вязкости (до значений 700мм²/с), плотности (до 991?1010 кг/м³) и содержание серы (до 3,5?5,0%). При выборе сорта топлива следует руководствоваться соображениями как технического, так и экономического характера. При этом, если с переходом от дизельных топлив к классу тяжелых топлив (IFO180) выигрыш в стоимости составляет величину порядка 40%?45%, то дальнейший переход к топливам с более высокой вязкостью дает выигрыш всего 4%?5% (табл. 6.2).

При выборе топлива нужно иметь в виду, что его качество и стоимость находятся между собой в прямой зависимости. И потому перевод дизелей на более дешевое топливо обязательно будет иметь следствием ухудшением его состояния, а также сопутствующее тому увеличение эксплуатационных расходов. Поэтому при подсчете суммарного экономического эффекта следует исходить из разности между выигрышем в стоимости израсходованного за определенный промежуток времени топлива и потерями в части эксплуатационных расходов.

Дизелестроительные компании объявили следующие параметры предельными для тяжелых топлив:

- плотность топлива при 15°С, кг/м³…………….................... 991;

- кинематическая вязкость

при 100°С, сСт.......................................................................... 55;

при 50°С, сСт.......................................................................... 700;

- температуре вспышки, °С...................................................... 60;

- температура застывания, °С................................................. 30;

- коксовый остаток, %............................................................... 22;

- зола, %................................................................................. 0,15;

- общий остаток после старения, %..................................... 0,10;

- содержание воды, %............................................................. 1,0;

- содержание серы, %.............................................................. 5,0;

- содержание ванадия, ‰…………………….......................... 600;

- содержание алюминия и кремния, ‰.................................. 80.

На судах используются топлива двух видов:

дистиллятные топлива, получаемые дистилляцией и состоящие из легких фракций, которые характеризуются малыми вязкостью (n == 2,5 -- 14 мм²/с) и плотностью (r = 830?860 кг/м³);

тяжелые топлива условно подразделяют на две группы -- промежуточные топлива (Intermediate Fuel) -- диапазон вязкости

30--180 мм²/с и тяжелые остаточные топлива--мазуты (Heavy Fuel Oil) -- диапазон вязкости 180--500 (700) мм²/с.

На морских судах в главных двигателях используются преимущественно тяжелые топлива, а на вспомогательных двигателях морских судов и на всех дизелях судов речного и смешанного плавания - дистиллятные топлива.

Дистиллятные топлива. В силу ограниченности ресурсов и высокой стоимости дистиллятов (в России цены дизельных топлив, относящихся к классу дистиллятов, ориентировочно в 2 раза превышают стоимость тяжелых топлив, а за рубежом;- в 1,5--1,7 раза) дизельные топлива используют лишь в тех случаях, когда двигатели или система топливообработки не приспособлены для работы на тяжелых топливах. В главных дизелях, работающих на тяжелых топливах, дизельные топлива иногда применяют на режимах маневрирования и для промывки системы топливоподачи перед длительной остановкой во избежание застывания в ней топлива. В общем балансе потребления топлива на судах расход дизельного топлива составляет 6--12%. Его в основном используют во вспомогательных средне- и высокооборотных дизелях, которые либо по своей конструкции, либо из-за неприспособленности системы топливоподготовки (отсутствие подогрева) не могут быть переведены на более тяжелые сорта топлива.

Ассортимент, качество и состав дизельных топлив. Отечественной Нефтеперерабатывающей промышленностью вырабатывается дизельное топливо по ГОСТ 305-82 трех марок:

Л -- летнее, применяемое при температурах окружающего воздуха выше 0 °С;

З -- зимнее, применяемое при температурах до -20 °С (в этом случае зимнее дизельное топливо должно иметь заст < -35 °С и п < -25 °С), или зимнее, применяемое при температурах до -30 °С, тогда топливо должно иметь заст < -45 °С и п <-35 °С);

А -- арктическое, температура применения которого до -50 °С. Содержание серы в дизельном топливе марок Л и З не превышает 0,2 % -- для I вида топлива и 0,5 -- для II вида топлива, а марки А -- 0,4 %.

Для удовлетворения потребности в дизельном топливе разрешаются по согласованию с потребителем выработка и применение топлива с температурой застывания 0 °С без нормирования температуры помутнения. В соответствии с ГОСТ 305-82 принято следующее условное обозначение дизельного топлива: летнее топливо заказывают с учетом содержания серы и температуры вспышки (Л-0,2-40), зимнее -- с учетом содержания серы и температуры застывания (З-0,2-минус 35).

В условное обозначение на арктическое дизельное топливо входит только содержание серы: А-0,2.

Дизельное топливо (ГОСТ 305-82) получают компаундированием прямогонных и гидроочищенных фракций в соотношениях, обеспечивающих требования стандарта по содержанию серы. В качестве сырья для гидроочистки нередко используют смесь среднедистиллятных фракций прямой перегонки и вторичных процессов, чаще прямогонного дизельного топлива и легкого газойля каталитического крекинга. Содержание серы в прямогонных фракциях в зависимости от перерабатываемой нефти колеблется в пределах 0,8-1,0 % (для сернистых нефтей), а содержание серы в гидроочищенном компоненте -- от 0,08 до 0,1 %.

Дизельное экспортное топливо (ТУ 38.401-58-110-94) -- вырабатывают для поставок на экспорт, содержание серы 0,2%. Исходя из требований к содержанию серы, дизельное экспортное топливо получают гидроочисткой прямогонных дизельных фракций. Для оценки его качества по требованию заказчиков определяют дизельный индекс (а не цетановое число, как принято ГОСТ 305-82). Кроме того, вместо определения содержания воды и коэффициента фильтруемости экспресс-методом устанавливают прозрачность топлива при температуре 10°С.

Зимние дизельные топлива с депрессорными присадками. С 1981 г. выпускается зимнее дизельное топливо марки ДЗп по ТУ 38.101889-81. Получают его на базе летнего дизельного топлива с t_п = = -5 °С. Добавка сотых долей присадки обеспечивает снижение предельной температуры фильтруемости до -15 °С, температуры застывания до -30 °С и позволяет использовать летнее дизельное топливо в зимний период времени при температуре до -15 °С.

Для применения в районах с холодным климатом при температурах -25 и -45 °С вырабатывают топлива по ТУ 38.401-58-36-92. Согласно техническим условиям получают две марки топлива: ДЗп-15/-25 (базовое дизельное топливо с температурой помутнения -15 °С, товарное -- с предельной температурой фильтруемости -25 °С) и арктическое дизельное топливо ДАп-35/-45 (базовое топливо с температурой помутнения -35 °С, товарное -- с предельной температурой фильтруемости -45 °С).

Экологически чистое дизельное топливо выпускают по ТУ 38.1011348-89. Технические условия предусматривают выпуск двух марок летнего (ДЛЭЧ-В и ДЛЭЧ) и одной марки зимнего (ДЗЭЧ) дизельного топлива с содержанием серы до 0,05 % (вид I) и до 0,1 % (вид II).

С учетом ужесточающихся требований по содержанию ароматических углеводородов введена норма по этому показателю: для топлива марки ДЛЭЧ-В -- не более 20 %, для топлива марки ДЗЭЧ -- не более 10 %. Экологически чистые топлива вырабатывают гидроочисткой дизельного топлива, допускается использование в сырье гидроочистки дистиллятных фракций вторичных процессов.

Городское дизельное топливо (ТУ 38.401-58-170-96). Основное отличие городского дизельного топлива от экологически чистого -- улучшенное качество благодаря использованию присадок (летом -- антидымной, зимой -- антидымной и депрессорной). Добавка присадок в городское дизельное топливо снижает дымность и токсичность отработавших газов дизелей на 30-50 %.

Депрессорные присадки, улучшающие низкотемпературные свойства топлива представляют собой, в основном, сополимеры этилена с винилацетатом зарубежного производства.

Европейский стандарт EN 590 действует в странах ЕЭС с 1996 г. Стандарт предусматривает выпуск дизельных топлив для различных климатических регионов. Общими для дизельных топлив являются требования по температуре вспышки -- не ниже 55 °С, косуемости 10 %-ного остатка -- не более 0,30 %, зольности -- не более 0,01 %, содержанию воды -- не более 200 ррm, механических примесей -- не более 24 ррm, коррозии медной пластинки -- класс 1, устойчивости к окислению -- не более 25 г осадка/м3.В 1996 г. в Европе введены ограничения на содержание серы в дизельных топливах -- не более 0,05 %. Таким требованиям отвечают отечественные ТУ 38. 1011348-89.

В качестве заменителя дизельного топлива на судах морского и речного флота используют газотурбинное топливо, получаемое в качестве побочного продукта в процессах замедленного коксования при выработке нефтяного кокса. Газотурбинные топлива ТГ и ТГВК отличаются высокой плотностью и вязкостью, но не настолько высокой, чтобы их нужно было подогревать перед использованием. Для этих топлив характерно более высокое содержание серы (1 и 2,5% соответственно) и, на что должно быть обращено особое внимание, в них содержится до 25% смолистых веществ. Это обусловливает их низкую стабильность, проявляющуюся при нагревании и смешивании с другими топливами.

Длительное время для отечественных среднеоборотных и малооборотных дизелей выпускается моторное топливо, получаемое из продуктов переработки нефтей в соответствии с ГОСТ 1667-68.

Начиная с 1988 г., нефтяная промышленность начала поставлять на флот судовое маловязкое топливо, предназначенное для замены дизельного и газотурбинного топлив. Это топливо вырабатывают путем смешивания дистиллятов вторичных процессов (коксования, термического и каталитического крекинга) с дизельными фракциями с повышенным концом кипения, взятыми из атмосферной и вакуумной колонн. По сравнению с дизельным топливом к нему предъявляют менее жесткие требования (допускается вдвое большая вязкость -- 11 мм²/с, содержание серы до 1,5%, более низкое ЦЧ -- не менее 40).

В 1986 г. отечественная промышленность приступила к выпуску дизельного топлива утяжеленного фракционного состава (УФС). Топливо отличается более высокой вязкостью (3--6 мм²/с) и температурой застывания -- мутнеет при 4-5°С и теряет подвижность при 0°С (см. табл. 6.3).

10.2 Виды и сорта топлив

Нефтяные топлива в зависимости от их углеводородного состава, в свою очередь определяемого химическим составом нефти, и методов ее переработки, подразделяются на следующие группы.

1. Прямогонные дистилляты.

2. Дистилляты каталитического крекинга.

3. Прямогонные остаточные топлива.

4. Крекинг-остаточные топлива, преимущественно после висбреакинга.

5. Смеси топлив.

Перечисленные выше группы представлены двумя классами.

Дистиллятные топлива, состоящие из легких фракций, получаемых дистилляцией в прямогонных или крекинг установках; для них характерны малые значения вязкости, в пределах 2,5?14,0 мм²/с;

Тяжелые топлива, состоящие из смеси тяжелых остаточных фракций с тяжелыми газойлями дистиллятами; их вязкость лежит в широких диапазонах 40?700 мм²/с.

В России качество топлива регламентируется государственными стандартами или техническими условиями. За рубежом качественные показатели морских топлив определяется спецификациями Международного института стандартизации (ISO) - ISO8217, Международным советом по ДBC - CIMAC.

При заказе топлива, прежде всего, следует исходить из требования дизелестроителя, возможностей и состояния системы топливоподготовки, имеющейся на судне (наличия и мощности подогревателей топлива, производительностью сепараторов и пр.).

В силу ограниченности ресурсов и высокой стоимости дистиллятов (она в 1,4?1,5 раза превышает стоимость тяжелых топлив) дизельные топлива используются лишь в тех случаях, когда двигатели и система топливоподготовки не приспособлены для работы на тяжелых топливах. В общем балансе потребления топлив на морских судах расход дизельного топлива составляет 6?12%. Его в основном используют двигатели с частотой вращения до 1000?1200 об/мин.

Отечественная промышленность выпускает дизельные топлива марок: Л, 3, А и УФС. По содержанию серы они делятся на две группы: S < 0,2%, S = 0,21?0,50%. Топливо УФС от остальных отличается утяжеленным фракционным составом, вследствие чего оно имеет более высокую вязкость (3?6 мм²/с), более высокую температуру помутнения (5С) и застывания (0С).

В качестве заменителя дизельных топлив используют газотурбинные топлива, получаемые в качестве побочного продукта в процессах замедленного коксования. Газотурбинные топлива ТГ и ТГВК (табл. 6.1) в сравнении с дизельными топливами имеют более высокую вязкость и плотность, содержат до 25% смолистых соединений и непредельных углеводородов, что предопределяет их низкую стабильность, проявляющуюся при нагревании и смешивании с другими топливами.

Тяжелые топлива подразделяются на две группы: промежуточные топлива вязкостью до 180 мм²/с (Е25, табл. 6.2) представляющие собой смеси остаточных продуктов с дистиллятными фракциями, и тяжелые остаточные топлива (котельные топлива или мазут), в основном состоящие из остаточных продуктов прямогонных и крекинг-процессов нефтепереработки и имеющие вязкость 380мм²/с (Н35, см. табл. 6.2).

Из выпускаемых отечественной промышленностью топлив к первой группе могут быть отнесены: моторное топливо ДТ, флотские мазуты Ф-5 и Ф-12, топлива ДМ, 40, 40В (табл. 6,3). Ко второй группе относят топочные мазуты марок 100, 100В (см. табл. 6.3).

Для тяжелых зарубежных топлив характерен широкий диапазон изменения вязкости (до значений 700мм²/с), плотности (до 991?1010 кг/м³) и содержание серы (до 3,5?5,0%). При выборе сорта топлива следует руководствоваться соображениями как технического, так и экономического характера. При этом, если с переходом от дизельных топлив к классу тяжелых топлив (IFO180) выигрыш в стоимости составляет величину порядка 40%?45%, то дальнейший переход к топливам с более высокой вязкостью дает выигрыш всего 4%?5% (табл. 6.2).

При выборе топлива нужно иметь в виду, что его качество и стоимость находятся между собой в прямой зависимости. И потому перевод дизелей на более дешевое топливо обязательно будет иметь следствием ухудшением его состояния, а также сопутствующее тому увеличение эксплуатационных расходов. Поэтому при подсчете суммарного экономического эффекта следует исходить из разности между выигрышем в стоимости израсходованного за определенный промежуток времени топлива и потерями в части эксплуатационных расходов.

Дизелестроительные компании объявили следующие параметры предельными для тяжелых топлив:

- плотность топлива при 15°С, кг/м³…………….................... 991;

- кинематическая вязкость

при 100°С, сСт.......................................................................... 55;

при 50°С, сСт.......................................................................... 700;

- температуре вспышки, °С...................................................... 60;

- температура застывания, °С................................................. 30;

- коксовый остаток, %............................................................... 22;

- зола, %................................................................................. 0,15;

- общий остаток после старения, %..................................... 0,10;

- содержание воды, %............................................................. 1,0;

- содержание серы, %.............................................................. 5,0;

- содержание ванадия, ‰…………………….......................... 600;

- содержание алюминия и кремния, ‰.................................. 80.

застывания -- мутнеет при 4-5°С и теряет подвижность при 0°С.

Топливные системы СЭУ

Топливные системы предназначены для приема, хранения, перекачивания, очистки, подогрева и подачи топлива к тепловым двигателям и котлам, а также для передачи топлива на берег или на другие суда. Если судовая энергетическая установка использует несколько сортов топлива, то предусматриваются самостоятельные трубопроводы для каждого из них, например, маловязкого (дизельного), средневязкого (газотурбинного, моторного) и высоковязкого (мазутов).

Прием топлива на судно производят с помощью внесудовых средств с береговых или плавучих бункеровочных баз. Для этого на главной палубе прокладывают трубопровод с приемными отростками, выведенными к обоим бортам в специальные станции приема и выдачи топлива, отделенные от других помещений. Если устройства для приема топлива располагаются на открытых и свободных участках палуб, то в этом случае районы приемки должны быть обнесены комингсами или иметь стационарные емкости под приемными устройствами для сбора протечек нефтепродуктов. Прием топлива на судно является одной из ответственных операций. При этом имеются инструкции по бункеровке топлива, где указываются порядок и очередность заполнения топливных цистерн, определяется примерный состав лиц, участвующих в бункеровочных операциях и их функции.

Для перекачивания топлива на судне предусматривается не менее двух топливоперекачивающих насосов. Один из них является резервным. Подача насосов должна быть достаточной для перекачки за 1-1,5 часа суточного расхода топлива судовой установки работающей на полной мощности.

Топливные цистерны хранения жидкого топлива по конструкции делятся на корпусные (образованные элементами корпусных конструкций) и вкладные (самостоятельные металлические конструкции). По назначению различают цистерны основного запаса, аварийного запаса, расходные, отстойные, переливные, сбора нефтесодержащих остатков и шлама.

Основной запас топлива располагается в бортовых отсеках, междудонном пространстве, диптанках. Высоковязкое топливо основного запаса и аварийный запас стараются не размещать в танках двойного дна. Расходные цистерны служат для хранения уже подготовленного для двигателя топлива. Часто эти цистерны бывают вкладными. При работе двигателя на двух видах топлива должны быть предусмотрены расходные цистерны для каждого вида. Отстойнные цистерны предназначены для предварительного отстоя топлива, во время которого из него выпадают твердые частицы и осаждается вода. Переливные цистерны служат для приема топлива при переполнении заполняемых топливных цистерн.

В цистерны сбора нефтесодержащих остатков отводятся утечки топлива и масла от элементов установки и нефтесодержащие воды. В отдельные цистерны отводится шлам от сепараторов и фильтров топлива и масла.

Важнейшей эксплуатационной операцией является топливоподго-товка, улучшающая качество топлива. За период длительного хранения топливо в цистернах загрязняется и обводняется, что приводит к изменению его физико-химических свойств. В установках различных типов и для топлив с разными характеристиками их подготовка будет неодинаковой. Менее всего требовательны к качеству топлива главные котлы, использующие остаточные мазуты и допускающие в топливе высокое содержание воды и механических примесей. В установках с дизелями и газовыми турбинами, имеющими топливную аппаратуру с прецизионными плунжерными парами, необходима более тщательная предварительная обработка топлива.

С целью повышения текучести, лучшей очистки от механических примесей и более эффективного распыла производится тепловая обработка или подогрев топлива. Обогрев топливных цистерн осуществляется с помощью паровых или водяных змеевиков. В последнее время применяют и местный обогрев методом размыва (циркуляция топлива по замкнутому контуру через мощный подогреватель). На протяженных трубопроводах высоковязкого топлива обычно устанавливают паровые спутники, представляющие собой паропровод небольшого диаметра, уложенный на топливный трубопровод и вместе с ним заизолирован-ный. На коротких трубопроводах высоковязкого топлива могут устанавливаться спутники с электрическим обогревом. Вязкость топлива, поступающего к главному двигателю поддерживается, как правило, автоматически действующим вискозиметром.

Топливо средне и высоковязких сортов, являясь компаундированным, имеет в своем составе сгущения, остающиеся в фильтрах или в отходах сепарации. Избежать таких потерь топлива можно, если его сделать однородным - гомогенным. Это достигается гомогенизацией топлива. Имеется несколько способов гомогенизации топлива, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Гомогенизация топлива позволяет снизить нагарообразование, уменьшить удельный расход топлива на установку, упростить эксплуатацию.

Предварительными способами очистки топлива являются отстаивание и фильтрация. Процесс отстаивания заключается в осаждении на дно цистерны под действием гравитационных сил механических примесей и воды, содержащихся в топливе. Фильтрация топлива позволяет улучшить его по тонкости очистки от механических примесей в зависимости от требований эксплуатации.

Наиболее распространенным и эффективным способом очистки топлива от механических примесей и воды является сепарирование. При этом используется принцип расслоения жидкостей различных плотностей под действием центробежных сил, возникающих при вращении барабана (центробежные сепараторы). Наиболее распространенными и эффективными на судах являются сепараторы фирмы «Альфа Лаваль». В зависимости от настройки сепаратор может работать как кларификатор (отделение твердых частиц из топлива) или как пури-фикатор (сепарация воды и отстоя, причем вода непрерывно удаляется из барабана). При обработке низкосортного тяжелого топлива сепараторы обычно подключаются последовательно: пурификатор перед кларификатором. Это обеспечивает необходимое качество очистки топлива.

Для уменьшения потерь топлива вследствие выпадения из него осадка производят химическую обработку топлива, т.е. вводят присадки. Количество присадки связано с наличием в топливе серы, ванадия, никеля и кокса. Присадку в топливную систему следует вводить в таком месте, где бы она хорошо перемешивалась с топливом и не поступала в сепаратор. Полное перемешивание присадки с топливом происходит при вводе ее в расходную цистерну через гомогенизатор.

Рассмотрим принципиальную схему топливной системы дизеля, работающего на высоковязких топливах (рис. ?23). Такие системы наиболее сложные. Основной запас топлива размещен в танках /5, оборудованных змеевиками для подогрева топлива. К змеевикам подводиться насыщенных пар давлением до 0,5 МПа. Температура подогрева топлива в танках должна быть не менее чем на 15°С ниже температуры его вспышки. Если топливо имеет высокую температуру застывания, подогрев может производиться при помощи параллельно проложенных труб-спутников. Из танка топливо перекачивающим насосом 17 через фильтр грубой очистки 16 может быть направлено в отстойную цистерну 75, имеющую тоже паровой подогрев.

Рис. ?23. Схема топливной системы

После отстаивания топливо принимается насосами сепаратора и через подогреватель 19 направляется в сепаратор 20 для очистки. После сепаратора топливо поступает в расходные цистерны тяжелого топлива 21, в которых вновь происходят отстаивание и подогрев. Из расходных цистерн топливо самотеком поступает в смесительную (бустерную) цистерну 4. Далее топливо забирается топливоподкачивающим насосом 12 и через фильтр // подается в паровой подогреватель 13.

В подогревателе топливо снижает свою вязкость за счет нагрева. Подогрев контролируется регулятором вязкости 14 путем воздействия на паровой клапан. После подогревателя топливо поступает через фильтр тонкой очистки 8 к топливным насосам высокого давления (ТНВД) 10 двигателя. При этом избыточное топливо перепускается в смесительную цистерну 4, воздушная трубка 3 которой снабжена газовой ловушкой 7.

Редукционный клапан 9 поддерживает за топливоподкачивающим насосом давление в магистрали, равное 0,4 - 0,7 МПа. Такое давление при рециркуляции исключает возможность образования перед ТНВД газовоздушных пузырьков. Кроме того, циркуляция топлива предохраняет его от застывания в случаях остановки двигателя.

При пуске дизеля и маневрах система использует дизельное топливо. Чаще всего переход на дизельное топливо производится за 0,5 ч до остановки дизеля для того, чтобы после остановки расходные трубопроводы были заполнены дизельным топливом. Поэтому параллельно с цистернами 21 к системе присоединена цистерна дизельного топлива 2. Через клапан 5 дизельное топливо может поступить в смесительную цистерну 4 по трубе 7 к ТНВД, контроль расхода осуществляется расходомером 6.

В последние годы многие дизелестроительные фирмы начали производство средне и малооборотных дизелей приспособленных для сжигания сверхвысоковязких топлив. С этой целью ими разработаны специальные системы топливоподготовки закрытого типа. Их особенность заключается в том, что они дополнительно оборудованы специальным блоком подачи топлива, который позволяет поддерживать повышенное давление во всей топливной системе. Это предохраняет возникновение кипения и образования паров и газов в топливе при температуре 130 - 150°С, поддерживаемой в системе с целью получения необходимой вязкости тяжелого топлива перед форсунками.

Лекция № 11. Масляные системы СЭУ

11.1 Масляная система По П.С.Емельянову

Масляная система или система смазки предназначена для приема, перекачивания, хранения, очистки и подачи масла к местам охлаждения и смазки трущихся деталей главных и вспомогательных двигателей и механизмов.

Системы смазки, применяемые в СЭУ, позволяют уменьшать износ трущихся деталей механизмов и отводить значительное количество тепла, выделяющегося при трении. При этом должно обеспечиваться достаточное количество смазочного масла и поддерживаться определенная его температура. Чаще всего применяются принудительно-циркуляционные системы смазки, т.е. подача масла к местам трения производится под напором. По способу создания напора масла различают два вида систем: гравитационные, где давление масла (0,07... 0,1 МПа) создается благодаря соответствующему расположению напорных цистерн; напорные, в которых давление масла (0,3... 0,4 МПа) в магистрали создается непосредственно насосом, принимающим масло из сточной цистерны.

В гравитационных системах в отличие от напорных масляные насосы производят только перекачку масла из сточных цистерн в напорные. Объем напорных цистерн предусматривается таким, чтобы в случае остановки масляного насоса смазка обеспечивалась еще в течение нескольких минут. Гравитационные системы имеют преимущество перед напорными в том, что давление поступающего к местам трения смазочного масла постоянно, т.е. не изменяется в зависимости от расхода. Для регулирования давления масла в местах смазки системы предусматривают установку дроссельных клапанов или дроссельных шайб.

В системах смазки транспортных судов для обеспечения надежности устанавливаются два главных масляных насоса, из которых один является резервным, и две напорные цистерны (в гравитационных системах). Производительность масляных насосов определяется из условия необходимости отвода тепла от мест трения. Кроме того, в гравитационных системах производительность насоса принимается с запасом около 25% для постоянного перелива масла из напорной цистерны в сточную.

Системы смазки дизелей могут быть с сухим и мокрым картером. При мокром картере масло, заливаемое в систему смазки, находится в нижней его части. Такую систему смазки имеют дизели малой мощности. Эта система проста и автономна. При сухом картере стекающее из

подшипников масло непрерывно удаляется из него (самотеком или насосом в специальный маслосборник - циркуляционную цистерну). Большинство судовых дизелей имеют такую систему смазки.

Потери масла в системе пополняются из танков запаса, в которые смазочное масло принимается по приемному трубопроводу с берега.

Отвод тепла из системы смазки происходит в двух маслоохладителях, которые прокачиваются забортной водой с меньшим, чем у масла, давлением для предотвращения возможности попадания морской воды в систему смазки.

В состав систем смазки обязательно входят центробежные сепараторы для очистки масла с подогревателями и фильтры.

Необходимые перекачки масла из одной цистерны в другую обеспечивает маслоперекачивающий насос.

Системы смазки оборудуются автоматической звуковой и световой сигнализацией для информирования обслуживающего персонала о ненормальной работе систем, а также автоматическими устройствами зашиты, которые останавливают двигатели при падении в системах давления смазочного масла.

В ДЭУ для подачи масла ко всем подшипникам и приводам навешенных механизмов используется циркуляционная система смазки. В такой системе масло подается насосом к местам смазки деталей под давлением, а затем стекает в нижнюю часть картера двигателя или в сточную цистерну, откуда вновь забирается насосом. Для охлаждения нагретого масла в системах предусматриваются кожухотрубные или пластинчатые охладители. Для очистки масла от механических примесей и воды используются, как и в ранее рассмотренных системах, фильтры и сепараторы. Дублирование масляных насосов обязательно. У дизелей небольшой мощности масляные насосы могут быть навешенными, т.е. приводятся в действие не автономным приводом, а обслуживаемым двигателем. Для смазки поверхностей втулок дизеля специальным цилиндровым маслом применяются плунжерные насосы - лубрикаторы, создающие давление масла, превышающее давление газов. Цилиндровое масло поступает к этим насосам самотеком из расходных цистерн цилиндрового масла. Каждый лубрикатор подает масло в определенные точки втулки через штуцер, снабженный невозвратным клапаном. Большая часть этого масла сгорает в цилиндре двигателя. Остатки масла с поверхности втулки удаляются маслосьемными кольцами.

На рис. ?24 показана принципиальная схема масляной системы ДЭУ. Из сточной цистерны 11 масло принимается насосом 10, проходит сдвоенный фильтр 8, холодильник 7 и попадает в магистраль б, из которой расходится по местам смазки. Насос 9 резервный. Отработавшее масло стекает в картер двигателя, а из него в сточную цистерну, образуя таким путем замкнутый цикл.



Рис. 24. Схема масляной системы

Для очистки масло забирается насосом сепаратора 13 из сточной цистерны и направляется через подогреватель 12 к сепаратору 19. Подогрев производится для лучшей очистки топлива в сепараторе. После очистки масло возвращается в сточную цистерну, а отделившаяся грязь по трубопроводу 14 направляется в сборник отходов. Сепаратор включается периодически по мере загрязнения масла

Добавка масла в систему производится из расходной цистерны 18, заполняемой из запасной цистерны 16 насосом 75. Отстой из расходной цистерны спускается по трубе 17 в сборник отходов. Все цистерны оборудованы воздушными трубками 1 для выхода паров масла.

В расходной цистерне 2 находится цилиндровое масло. По трубопроводу 3 оно подводится к лубрикаторам 4 и далее к штуцерам 5 для смазки цилиндров.

Избыточное давление масла в системах циркуляционной смазки составляет 0,15... 0,2 МПа. Общий расход масла в этой системе у малооборотных двигателей составляет 1,08... 1,3 г/(кВт*ч), у среднеоборотных он несколько выше - 1,5-2,5 г/(кВт*ч).

Лекция № 12. Системы охлаждения СЭУ

Система охлаждения обеспечивает отвод тепла от различных механизмов, устройств, приборов и рабочих сред в теплообменных аппаратах. В судовых энергетических установках распространены системы водяного охлаждения из-за целого ряда преимуществ. К ним относится и высокая эффективность (теплопроводность воды в 20 - 25 раз выше чем, у воздуха), меньшее влияние внешней среды, более надежный пуск, возможность использования отводимого тепла.

В дизельных установках система охлаждения служит для охлаждения рабочих цилиндров главных и вспомогательных двигателей, газовыпускного коллектора, наддувочного воздуха, масла циркуляционной смазочной системы и воздухоохладителей компрессоров пускового воздуха.

Система охлаждения в паротурбинных установках предназначена для отвода тепла от конденсаторов, маслоохладителей и других теплообменных аппаратов.

Система охлаждения газотурбинных установок используется для промежуточного охлаждения воздуха при многоступенчатом сжатии, охлаждения маслоохладителей, деталей газовых турбин.

Кроме того, в установках любого типа система служит для охлаждения опорных и упорных подшипников валопровода, для прокачки дейдвудных труб, используется в качестве резерва противопожарной системы. В качестве рабочего тела судовые системы охлаждения применяют забортную и пресную воду, масло и воздух. Выбор теплоносителя зависит от температур теплоотвода, конструктивных особенностей и размеров охлаждающих узлов и аппаратов. Самое широкое применение в качестве теплоносителя находит пресная и забортная вода. Масло применяется в системах охлаждения довольно редко, например, для охлаждения поршней двигателей внутреннего сгорания. Это объясняется его существенными недостатками по сравнению с водой (высокой стоимостью, малой теплоемкостью). В то же время масло как охлаждающая жидкость обладает ценными свойствами, высокой температурой кипения при атмосферном давлении, низкой температурой застывания, малой коррозионной активностью.

Воздух в качестве охлаждающей среды используется в газотурбинных установках. Для охлаждения деталей ГТУ воздух требуемого давления отбирается из напорных трубопроводов компрессоров.

Системы охлаждения разделяются на проточные и циркуляционные. В проточных системах охлаждающее рабочее тело на выходе из системы выбрасывается.

В циркуляционных системах охлаждения по замкнутому контуру многократно проходит постоянное количество охлаждающего вещества, а тепло от него отводится охлаждающему рабочему телу проточной системы. В этом случае в охлаждении принимают участие два потока, а системы носят название двухконтурных.

В качестве циркуляционных насосов пресной и забортной воды используются центробежные насосы.

Системы охлаждения дизельных энергетических установок почти всегда двухконтурные: двигатели охлаждаются пресной водой замкнутого контура, которая, в свою очередь, охлаждается забортной водой в специальном холодильнике. В случае охлаждения двигателя проточной системой к нему будет подводиться холодная забортная вода, температура нагрева которой не должна быть выше 50 - 55°С. При этих температурах из воды могут выделяться растворенные в ней соли. В результате отложения солей затрудняется передача теплоты от двигателя воде. Кроме того, охлаждение деталей двигателя холодной водой приводит к повышенным тепловым напряжениям и снижению экономичности дизеля. Применяемые в ДЭУ замкнутые системы охлаждения позволяют иметь чистые полости охлаждения и легко поддерживать наивыгоднейшую температуру охлаждения воды, регулируя ее в соответствии с режимом работы двигателя.

Каждое машинное отделение согласно требованиям морского Регистра судоходства должно иметь не менее двух кингстонных ящиков, обеспечивающих прием забортной воды в любых условиях эксплуатации.

Приемные кингстоны забортной воды рекомендуется размещать в носовой части машинных отделений, как можно дальше от гребных винтов. Это делается для уменьшения вероятности попадания воздуха в приемные трубопроводы забортной воды при работе винта на заднем ходу.

Расчетная температура забортной воды для судов неограниченного района плавания составляет 32°С, а для ледоколов 10°С. Наибольшее количество теплоты отводится забортной водой в системе охлаждения ПТУ, которое составляет 55 - 65% всей выделенной при сгорании топлива. В этих установках теплота, в основном отводится при конденсации пара в главных конденсаторах.

Режим охлаждения дизелей определяется разностью температур пресной воды на входе в двигатель и на выходе из него. В главных малооборотных двигателях температура на входе в двигатель находится на уровне 55°С, а на выходе 60 - 70°С. В главных среднеоборотных и вспомогательных дизелях эта температура составляет 80 - 90°С. Ниже этих значений температуру не опускают из соображений увеличения термических напряжений и снижения эффективности рабочего процесса, а повышение температур охлаждения, несмотря на улучшение показателей работы дизеля, заметно усложняет сам двигатель, систему охлаждения и эксплуатацию.

Давление воды внутреннего контура охлаждения дизелей должно быть несколько выше давления забортной воды, чтобы исключить попадание забортной воды в пресную в случае течи в трубах охладителя.

На рис. 25 дана принципиальная схема даухконтурной системы охлаждения ДЭУ. Втулки рабочих цилиндров 21 и крышки 20 охлаждаются пресной водой, которая подается циркуляционным насосом 11 через водоохладитель 8. Нагретая в двигателе вода подается по трубопроводу 14 к насосу 77.

Из наиболее высокой точки этого контура отходит труба 7 к расширительной цистерне 5, сообщенной с атмосферой. Расширительная цистерна служит для пополнения водой циркуляционной системы охлаждения и отвода воздуха из нее. Кроме того, из бачка 6 в расширительную цистерну при необходимости может подводиться реактив, снижающий коррозионные свойства воды. Регулирование температуры пресной воды, поступающей к двигателю, производится автоматически термостатом 9, который перепускает большее или меньшее количество воды помимо холодильника. Температура пресной воды, выходящей из двигателя, поддерживается термостатом на уровне 60...70°С для малооборотных дизелей и 8О...9О°С для средне- и высокооборотных. Параллельно основному циркуляционному насосу пресной воды 11 подключен резервный насос 10 такого же типа.

Забортная вода принимается центробежным насосом 17 через бортовой или донный кингстоны 7, через фильтры 19, которые производят частичную очистку охладителей воды от ила, песка и грязи. Параллельно основному насосу забортной воды 77 в системе предусмотрен резервный насос 18. После насоса забортная вода подается на прокачку маслоохладителя 12, охладителя пресной воды 8.

Кроме того, часть воды по трубопроводу 16 направляется для охлаждения наддувочного воздуха двигателя, воздушных компрессоров, подшипников валопровода и на другие нужды. Если предусматривается охлаждение поршней главного дизеля пресной водой или маслом, то, кроме перечисленного, забортная вода охлаждает и теплоотводящую среду поршней.



Рис. 25. Схема системы охлаждения

Магистраль забортной воды у маслоохладителя 12 имеет обводной (байпасный) трубопровод 13 с термостатом 75 для поддержания определенной температуры смазочного масла перепуском забортной воды помимо холодильника.

Нагретая вода после водоохладителя 8 отводится за борт через отливной клапан 4. В случаях слишком низкой температуры забортной воды и попадания ледовой шуги в кингстоны система предусматривает повышение температуры забортной воды в приемном трубопроводе за счет рециркуляции нагретой воды по трубе 2. Количество возвращаемой в систему воды регулируется клапаном 3.

Лекция № 13. Системы сжатого воздуха СЭУ

Система сжатого воздуха предназначена для получения, хранения и расходования сжатого воздуха на пуск (и реверсирование) главных и вспомогательных дизелей в ДЭУ, подачи воздуха в гидрофоры судовых систем, к тифону, для продувания кингстонов, приведения в действие пневмоинструмента, некоторых элементов автоматики. Для пуска и реверса дизелей на современных судах используется сжатый воздух с давлением около 3 МПа. Для систем сжатого воздуха в этих случаях это давление является максимальным, так как все остальные потребители используют воздух меньшего давления.

Для получения сжатого воздуха на судах применяются компрессоры поршневого типа с приводом от электродвигателя. В зависимости от того, происходит сжатие воздуха в одном цилиндре или в нескольких последовательно, различают одноступенчатые и многоступенчатые компрессоры. Одноступенчатые компрессоры используются для получения воздуха с давлением не выше 0,9 МПа. С помощью двухступенчатого компрессора можно получить воздух с давлением до 6,5 МПа. В связи с этим в судовых системах сжатого воздуха и используются двухступенчатые компрессоры. По Правилам Регистра на морских судах неограниченного плавания должно быть не менее двух независимых компрессоров. Кроме того, в системе необходимо иметь один компрессор с ручным или дизельным приводом для аварийных ситуаций. Некоторые типы дизелей оборудуются навешенными компрессорами воздуха. После сжатия в компрессоре воздух очищается от воды и масла в специальных устройствах и охлаждается забортной водой до температур, не превышающих 40°С. Воздух, сжимаемый компрессорами, хранится на судне в воздухохранителях - баллонах. Хранить большое количество воздуха при низком давлении нецелесообразно из-за больших размеров емкостей. Поэтому чаще всего сжатый воздух хранится при высоком давлении, а непосредственно перед его использованием давление снижается редукционным клапаном до требуемых значений.

...