Управление операциями судна и забота о людях на судне на уровне управления

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Список сокращений и условных обозначений

Введение

1. Назначение и основные характеристики заданного судна и его энергетической установки

2. Морская механика на уровне управления

2.1 Оценка эффективности термодинамических процессов двигателя внутреннего сгорания

2.2 Рабочие жидкости, используемые в судовой энергетической установке

2.3 Эксплуатация систем судовой энергетической установки

2.4 Эксплуатация элемента судовой дизельной энергетической установки

3. Электрооборудование, электронная аппаратура и системы управления

на уровне управления

4. Техническое обслуживание и ремонт на уровне управления

5. Управление операциями судна и забота о людях на судне на уровне управления

5.1 Эксплуатационные мероприятия по обеспечению остойчивости судна

5.2 Мероприятия по предотвращению загрязнения окружающей среды в соответствии с МАРПОЛ 73/78

5.3 Обеспечение безопасной жизнедеятельности экипажа судна, согласно СОЛАС-74

6. Охрана труда при эксплуатации судовой энергетической установки

7. Направление совершенствования судовой энергетической установки и их технико-экономическое обоснование

Заключение

Список использованных источников



Список сокращений и условных обозначений

АДГ - аварийный дизель-генератор;

АРЩ - аварийный распределительный щит;

БКРТ - большой консервный траулер-рыбозавод;

БМРТ - большой морозильный рыболовный траулер;

ВДГ - вспомогательный дизель-генератор

ВКР - выпускная квалификационная работа

ВКУ - вспомогательная котельная установка;

ВОД - высокооборотный дизель;

ВРШ - винт регулируемого шага;

ВФШ - винт фиксированного шага;

ГА - генераторный агрегат;

ГД - главный двигатель;

ГРЩ - главный распределительный щит;

ГТН - газотурбонагнетатель;

ГЭД - гребной электродвигатель;

ГЭУ - главная энергетическая установка;

ДГ - дизель-генератор;

ДГА - дизель-генераторный агрегат;

КИП - контрольно-измерительный прибор;

КШМ - кривошипно-шатунный механизм;

МКО - машинно-котельное отделение;

МОД - малооборотный дизель;

НИС - научно-исследовательское судно;

ОК - осевой компрессор;

РЩ - распределительный щит;

СВК - судовой вспомогательный котел;

СДАУ - система дистанционного автоматического управления;

СДЭУ - судовая дизельная энергетическая установка;

СНГ - содружество независимых государств;

СНТОР - система непрерывного технического обслуживания и ремонта;

СОД - среднеоборотный дизель;

СТО - система технического обслуживания;

СТС - судовое техническое средство;

СКВ - система кондиционирования воздуха;

СХУ - судовая холодильная установка;

СЭС - судовая электростанция;

СЭУ - судовая энергетическая установка;

СЭЭС - судовая электроэнергетическая система;

ТКЗ - ток короткого замыкания;

ТО - техническое обслуживание;

ТОР - техническое обслуживание и ремонт;

ТУК - теплоутилизационный контур;

ТЭО - технико-экономическое обоснование;

УКУ - утилизационная котельная установка;

ЦБН - центробежный нагнетатель

ЦН - цент



Введение

Судно типа "Мирзага Халилов", большой морозильный рыболовный траулер, предназначено для ловли и обработки рыбопродукции, позволяет обеспечить бесперебойный приём рыбы на промысле и передачу её на транспортные рефрижераторы.

Развитие морского рыболовецкого флота России требует необходимость создания высокоэкономичных специализированных судов с комплексной автоматизацией управления энергетическими установками, грузовыми механизмами и судовыми системами.

Увеличение грузоподъёмности судов вызывает рост мощности главных двигателей, что приводит к увеличению воздействия судовых энергетических установок на технико-эксплуатационные и экономические показатели судов.

В условиях ускорения научно-технического прогресса возросла необходимость проектирования судов с современным энергетическим оборудованием которое соответствует экологическим, стоимостным показателям, а также показателям надёжности и маневрирования.

Эффективность судовой дизельной установки определяется совершенствованием конструкции главного двигателя и вспомогательных механизмов, а также надёжностью пропульсивного комплекса в целом.

Судовые энергетические установки на современных судах играют важную роль в обеспечении безопасной и более экономичной эксплуатации судна. Улучшение показателей судовых энергетических установок ведёт к уменьшению эксплуатационных расходов, увеличению КПД судна и увеличению межремонтного периода эксплуатации судна и судового оборудования.

Объектом исследования в работе является элементы ГЭУ для проектируемого судна и технологический процесс ремонта судового оборудования.

Предметом исследования обозначена спроектированная ГЭУ судна.

Целью данной выпускной квалификационной работы является проектирование судовой дизельной энергетической установки Wartsila 6L32 мощностью 2450 кВт для большого сухогрузов типа "Мирзага Халилов" дедвейтом - 6350 т и разработка ремонтного цикла и рекомендаций по восстановлению работоспособности коленчатого вала компрессора.

При выполнении работы были использованы источники учебной литературы по изученным дисциплинам подготовки и техническая документация на рассмотренные в работе агрегаты: Эксплуатация судовых механизмов и систем, Дейнего Ю.Г. [16]; Судовые энергетические установки, Артемов Г.А. [8]. Так же были использованы сведения из СОЛАС-74[2], МАРПОЛ 73/78 [3], наставления по борьбе за живучесть судна (НБЖС) 2004 [5], международный Кодекс по управлению безопасностью (МКУБ)2002 [1].

Методом исследования в данной работе использовано сравнение полученных данных с теоретическими и заводскими данными на определяемые элементы ГЭУ.

По рассмотренным данным ремонтного цикла и рекомендаций по восстановлению работоспособности коленчатого вала компрессора проводится выбор более экономичного. Совершенствование ремонтного цикла на прямую не связано с улучшением эксплуатационных показателей судна. Однако это изменение ведёт к росту безопасности эксплуатации судового оборудования, безопасности экипажа судна и как следствие - более качественного выполнения судном поставленных перед ним задач.

Реализация ремонтного цикла по восстановлению работоспособности судового элемента может быть использованы в практической деятельности при проведении судоремонта.

судовой коленчатый экипаж сухогруз



1. Назначение и основные характеристики заданного судна и его энергетической установки

Основные характеристики

Данный сухогруз дедвейтом 6350 тонн предназначен для перевозки всех видов основных грузов.

Габариты судна позволяют совершать проходы (передислокацию) через Волго-Донской и Волго-Балтийский каналы с морских районов на Каспий. Однако основным назначением является работа в морских условиях.

Проект судна разработан Морским Инженерным Бюро на класс РС и удовлетворяет всем требованиям международных конвенций, действующим на дату закладки судна. После выхода нормативных документов РС о порядке включения судам знака «ЭКО» в символ класса - судно «Мирзага Халилов» было предъявлено для освидетельствования и в настоящий момент судно имеет класс КМ ® ЛУ2 I А1 ECO.

Требования к знаку «ЭКО» были введены РС в 2006 году и применяются по желанию судовладельца. Наличие такого знака в символе класса свидетельствуют о том, что судно и его отдельные части, с точки зрения защиты окружающей среды, имеют более высокий стандарт безопасности, чем суда, отвечающие только требованиям Международной Конвенции МАРПОЛ73/78, и тем самым обеспечивают существенно меньший уровень экологического риска. Достигнуто это путем принятия дополнительных технических и организационно-технических мер по предотвращению загрязнения атмосферы выбросами из главного двигателя, котлов, из систем, содержащих вредные газы; предотвращения загрязнения морской среды остатками груза, льяльными и сточными водами, мусором и различного вида техническими маслами; предотвращения переноса вредных патогенных организмов вместе с балластными водами.

Архитектурно-конструктивный тип - стальной однопалубный, одновинтовой теплоход, с баком и ютом, с кормовым расположением рубки и машинного отделения (МО), с двойным дном высотой 1000 мм от форпиковой до ахтерпиковой переборки, двойными бортами шириной 1900 мм в районе грузовых трюмов, тремя трюмами, с бульбовой носовой и транцевой кормовой оконечностями.

В носовой оконечности установлен волноотбойник высотой около 2500 мм, совмещенный с тамбуром схода в носовые подпалубные помещения и предназначенный для уменьшения заливаемости люковых закрытий и палубного груза при ходе на волнении. Там же расположены форпик, шахта лага и эхолота шкиперская, малярная, а также носовое подруливающее устройство типа «винт в трубе» мощностью 300 кВт. В кормовой оконечности судна расположены МО, надстройка юта и трехъярусная рубка со служебными и жилыми помещениями для экипажа численностью 12 человек (12 мест). Ходовой мостик выполнен с круговым обзором и минимальными зонами затенения.

Трюма ящичной формы, гладкостенные, удобные для проведения грузовых работ и размещения груза без штивки. Размер грузового трюма № 1 - 27,90 х 12,7 х 8,86 м; грузовых трюмов № 2 и 3 - 28,60 х 12,7 х 8,86 м, что гарантирует размещение трех ярусов контейнеров международного стандарта высотой до 9 футов. Грузовые трюма оборудованы съемными люковыми закрытиями типа «Liftaway». Открываются и закрываются секции при помощи козлового крана, расположенного «по-походному» у носовой переборки жилой рубки.

Расчетная нагрузка на люковые крышки составляет 3,50 т/м2(трюм 1) и 2,60 т/м2 (трюма 2 и 3), что соответствует новым требованиям Международной Конвенции о грузовой марке и дает возможность размещения на них каравана лесных грузов высотой 2,5 м или одного яруса контейнеров максимальной массы.

Корма спроектирована с учётом необходимости размещения одновального пропульсивного комплекса и оптимизирована для обеспечения нормальной работы винторулевого комплекса. Форма бульбовой носовой оконечности оптимизирована с целью уменьшения сопротивления и достижения судном максимально возможной, при выбранном пропульсивном комплексе, скорости. При скорости 11,5 узлов применение бульба позволило получить выигрыш по мощности 4,7 % при пропульсивном коэффициенте 0,59.

Движение и управляемость судна обеспечивается одним винтом регулируемого шага (ВРШ) диаметром 3,40 м. Площадь пера руля - 8,4 м, наибольший угол поворота руля - 45°, закрылка - 37,6° дополнительно. Манёвренные характеристики судна не только удовлетворяют стандартам ИМО, но и вполне безопасны при работе на внутренних водных путях. Судно проекта RSD17 требует меньшей акватории, чем суда «Волго-Дон макс» класса с двухвальными установками классического типа (RSD19), с поворотными насадками (проекты 1565) и даже с полноповоротными винто-рулевыми колонками (006RSD05).

Рисунок 1.1 - Сравнение маневра «циркуляция» с перекладкой руля на 35градусов

Корпус судна спроектирован на класс ЛУ2, который предполагает круглогодичное плавание в незамерзающих морях, в мелкобитом разреженном льду неарктических морей (эпизодическое самостоятельное плавание в мелкобитом разреженном льду толщиной 0,55 м со скоростью 5 узлов; плавание в канале за ледоколом в сплошном льду толщиной 0,50 м со скоростью 3 узла). Расчетная температура наружного воздуха + 30° С при влажности 65 % летом и при - 20° С, при влажности 85 % зимой, температура воды от + 27° до 0° С соответственно.

В качестве материала основных конструкций корпуса применяется судостроительная сталь категорий РСD и РСА. Корпус имеет двойное дно, двойные борта, главную и верхнюю палубы, непрерывные продольные комингсы грузовых люков высотой 3620 мм (от главной палубы). Продольные комингсы грузового трюма установлены в плоскости продольных переборок трюма. За счет применения высоких непрерывных комингсов люков удалость обеспечить повышение стандарта общей прочности при увеличении грузоподъемности в море и грузовместимости. Поперечные переборки выполнены гофрированными. Верхняя и главная палубы, днище и второе дно, борт и второй борт выполняются по продольной системе набора, в оконечностях и машинном отделении - по поперечной системе набора. Второе дно рассчитано на интенсивность распределённой нагрузки 10,0 т/м2, а также на работу грейфером.

Исходя из грузоподъёмности судна, для главной энергетической установки выбран среднеоборотный дизель марки 6R32LN фирмы «Wartsila» со спецификационной МДМ 2450 кВт. Главный двигатель работает на тяжелом и дизельном топливе.

Запасы топлива размещаются в диптанках в районе носовой переборки МО.

Электроэнергетическая установка сухогруза состоит из валогенератора мощностью 500 кВт, двух дизель-генераторов мощностью по 292 кВт и одного аварийного дизель-генератора мощностью 160 кВт. Приводные двигатели генераторов работают на дизельном топливе.

Применение дизель-генераторов обеспечивает сохранение хода и возможности маневрировать в случае выхода из строя главного двигателя. Данный режим также может быть использован, когда нужен самый малый ход (например, при входе в порт и при швартовке). Кроме того, при непродолжительной работе судна в пределах района контроля выбросов SOx, движение судна может обеспечиваться дизель-генераторами, работающими на малосернистом дизельном топливе. В таком случае нет необходимости переводить главный двигатель с тяжёлого высокосернистого топлива на малосернистое.

Управление судном, главной энергетической установкой, винторулевым комплексом, подруливающим устройством, радионавигационными средствами осуществляется из центрального объединенного поста управления в рулевой рубке. Автоматизированная система предусматривает управление судном без несения постоянной вахты в машинном отделении. Объем и степень автоматизации технических средств судна соответствует знаку автоматизации А1 в символе класса судна в соответствии с Правилами РС.

Приведённые данные позволяют сделать вывод о том, что создан эффективный проект сухогрузных судов класса «азовских пятитысячников». Многоцелевой сухогруз «Мирзага Халилов» (строительный номер 03001) стал первым в истории российского судостроения судном, которому в символ класса Российского морского Регистра судоходства (РС) внесен знак экологической безопасности «ЭКО».

Главная энергетическая установка

Главный двигатель: среднеоборотный дизель с наддувом «6R32» производства фирмы «Wartsila-Vaasa» (Финляндия) (четырёхтактный, 6 цилиндровый, 320 х 350 мм). Мощность двигателя - 2500 л.с. (1850 кВт).

Валопровод - это устройство, соединяющее главный двигатель с движителем. Предназначен для передачи крутящего момента от главного двигателя движителю, а также для восприятия упора, создаваемого движителем, и передачи его корпусу судна. В состав валопровода входят гребной, промежуточный и упорный валы, опорные и упорные подшипники, дейдвудные, валоповоротные, тормозные устройства, обеспечивающие работу валопровода [8].

На судне применён относительно более дешевый одновальный вариант с одним эффективным рулем. Повышение общего уровня безопасности и снижение риска перевозки грузов обеспечивается также резервированием движения за счет использования валогенератора в качестве гребного электродвигателя для привода гребного винта.

Гребной вал предназначен для крепления движителя, и его опорами служат подшипники дейдвудного устройства. Упорный вал передает упор, создаваемый движителем, упорному подшипнику, жестко соединенным с корпусом судна.

Движение и управляемость судна обеспечивается одним винтом регулируемого шага и рулем фирмы Роллс-Ройс с закрылком типа «Бекер», как было указано выше.

Энергетическая установка

Электроэнергетическая установка сухогруза состоит из двух дизель-генераторов мощностью по 292 кВт и одного аварийного дизель-генератора мощностью 160 кВт.

Приводные двигатели генераторов работают на дизельном топливе. Вспомогательный дизель-генератор 6ЧН20/22.

Двигатель: четырехтактный, однорядный вертикальный, нереверсивный. Двигатели 6ЧН оборудованы газотурбинным надувом, модификация 6Ч является атмосферным дизелем.

Старт дизеля осуществляется с помощью сжатого воздуха, баллоны со сжатым воздухом для старта находятся отдельно от двигателя. Давление пускового воздуха 1,6-3,0 Мпа. Наполнение баллонов у судовых дизелей выполняется воздушным компрессором реверс-редуктора, для дизель-генераторов используется автономный компрессор. Охлаждение двигателя выполнено в виде двухконтурной системы.

Вспомогательные механизмы

Вспомогательные механизмы, принадлежащие к одной системе СЭУ, группируются в определенном районе МО, что уменьшает расход материалов, и облегчает управление и техническое обслуживание систем. Причем насосы для обеспечения надежных условий всасывания расположены ниже, а их электродвигатели - выше настила МО.

Насосы, подающие топливо к главному и вспомогательному двигателям работают от расходной цистерны, расположенной выше насоса.

Масляные насосы с автономным приводом установлены вблизи сточно-циркуляционных цистерн со стороны подвода масла к двигателю. Такое положение насосов определяет место установки циркуляционных масляных цистерн и другого оборудования масляной системы двигателя. Циркуляционные цистерны навешивают на носовую переборку.

Холодильники СЭУ установлены вблизи насосов, в том числе на платформе над насосами.

Компрессор расположен на жёсткой платформе вблизи ГД со стороны подачи пускового воздуха для уменьшения длины трубопровода.

Балластные и пожарные насосы установлены на той же кингстонной перемычке, что и насосы забортной воды, это позволяет их использоватькачестве резервных в системах СДЭУ

Для обеспечения жизнедеятельности, нормальной работы судна, а также предотвращения аварийных ситуаций, на судне предусмотрены следующие общесудовые системы:

- балластная;

- осушительная;

- система бытовой и пресной воды;

- система отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Балластно-осушительная система.

Для приема и выдачи балласта на судне имеется балластно-осушительная система, обслуживаемая двумя электроприводными центробежными насосами и двумя водоструйными эжекторами. Одновременная работа этих средств дает возможность откачать весь балласт не более чем за 7 ч. Смена балласта в море осуществляется без использования воздушных головок через специальный трубопровод для выдачи балласта.

Система бытовой и пресной воды предназначена для приема, хранения и обработки питьевой воды для нужд экипажа и судна.

Система кондиционирования.

В этой системе на заданном судне воздух в зависимости от внешних условий подогревается или охлаждается, или очищается. Наружный воздух засасывается вентилятором через фильтр и направляется для подогрева или охлаждения в калорифер. После калорифера воздух проходит через увлажнитель и влагоотделитель.

Таким образом, по результатам выбора ГЭУ делаем заключение, что ГЭУ принимается схожей с прототипом.

ВЫВОДЫ

Спроектированная главная энергетическая установка и её элементы рассмотрены и приняты по прототипу судна. На спроектированном судне типа «Мирзага Халилов» дедвейтом 6350 тонн в качестве главного двигателя применен среднеоборотный дизель фирмы Wartsila 6L32 мощностью 2450 кВт.

Пополнение запасов пресной воды происходит за счёт опреснительной установки. Холодильная установка принята по прототипу.

Принятые элементы судового оборудования соответствуют требованиям морского регистра, которые предъявляются к данному типу судов.



2. Морская механика на уровне управления

2.1 Оценка эффективности термодинамических процессов двигателя внутреннего сгорания

Эксплуатационные показатели и конструкция судового дизеля Wartsila 6R 32LN:

Диаметр цилиндра -320 мм.

Ход поршня - 350 мм.

Рабочий объем - 9,12 л.

Дизельный двигатель правого вращения. Если смотреть на двигатель спереди, то коленчатый вал вращается по часовой стрелке.

Общее устройство дизеля

Дизель четырехтактный с турбонаддувом, промежуточным охлаждением воздуха и с непосредственным впрыскиванием топлива.

Двигателям, работающим по циклу с подводом теплоты при P=const, соответствуют стационарные и судовые компрессорные дизельные двигатели с распыливанием жидкого топлива в цилиндре двигателя при помощи сжатого в специальном компрессоре воздуха, что позволяет дизельному двигателю Wartsila 6R 32LN развить высокий КПД (около 40%).

Регулирование рабочей смеси в дизельном ДВС качественное; подаваемое в цилиндры количество воздуха не зависит от частоты вращения коленчатого вала и нагрузки.

Расход топлива зависит от наполнения цилиндров воздухом, давления начала подъема иглы форсунки, качества распыла топлива форсунками, угла опережения впрыска топлива, от характера подачи топлива топливным насосом высокого давления, стабильности регулировочных параметров системы подачи топлива [30].

Блок-картер, образующий остов двигателя, монолитный. Рамовые подшипники подвешенного типа. Подвески рамовых подшипников фиксируются двумя шпильками, затянутыми гидравлическим способом, и двумя горизонтальными боковыми болтами. Ресивер наддувочного воздуха и главные распределительные каналы смазочного масла и циркуляционной воды отлиты в блок-картере. Люки картера, изготовленные из силумина, уплотнены резиновыми кольцами к блок-картеру. Масляный поддон сварной конструкции [10].

Коленчатый вал двигателя цельнокованый и при надобности уравновешивается противовесами.

Шатуны штампованы. Нижняя головка с разъемом под углом; площади разъема имеют зубчатку. Вкладыш верхней головки шатуна имеет ступенчатое исполнение (нижняя часть шире, верхняя уже) с целью увеличения рабочей поверхности подшипника.

Поршни дизеля сделаны из шаровидного чугуна и охлаждаются маслом. Охлаждающее масло подводится через сверленые каналы шатуна, поршневого пальца и поршня в охлаждающую полость и вытекает через сверленые отверстия в поршне, которые рассчитаны на оптимальную эффективность расплескивания масла. Две самых верхних из кольцевых канавок закалены. Набор поршневых колец состоит из трех компрессионных колец, из которых верхние два кольца хромированные, и из одного хромированного самопружинящего маслосъемного кольца, расположенного выше поршневого пальца.

Крышка цилиндра двигателя изготавливается из высокопрочного чугуна, закреплена четырьмя гидравлически затянутыми шпильками. Расположенные на крышке два впускных и два выпускных клапана со стеллитовыми фасками гнезд и хромированными штоками полностью идентичные. Изготовленные из специального чугуна гнезда клапана впрессовываются в расточки, которые имеют эффективное охлаждение со стороны водяной полости. Форсунка утоплена полностью в крышку; соединение топливной трубки выполнено сбоку соединительным ниппелем и поэтому топливо не имеет возможности смешиваться со смазочным маслом. Клапанный механизм имеет смазку под давлением и полностью закрытую конструкцию.

Распределительный вал дизеля состоит из секций, одна на каждый цилиндр. Кулачки отлиты заодно с валом.

Топливные насосы высокого давления находятся в верхней части дизельного двигателя и имеют специальные толкатели.

Турбонагнетатели судового дизеля Wartsila 6R 32LN, по одному на каждый ряд цилиндров, находятся на свободном конце двигателя.

Воздухоохладители имеют отдельный трубочный набор.

В топливную систему дизеля Wartsila 6R 32LN входят: первичный фильтр, топливоподкачивающий насос и сдвоенный фильтр с трехходовым клапаном.

В масляную систему судового двигателя входят: шестеренчатый насос, сдвоенный масляный фильтр, холодильник с термостатным клапаном, центробежный байпасный фильтр, а также ручной насос и стояночный маслонасос с электроприводом. Все эти устройства навешены на дизель.

Пусковая система. Воздух, подается в цилиндры через распределитель пускового воздуха, приводимого в действие от распределительного зала. Дизель 4-цилиндрового исполнения пускается в работу пневматическим стартером.

Работа Wartsila 6R 32LN с микротурбиной и без

Большинство газопоршневых установок Wartsila работают с турбонагнетателями.

Первый капитальный ремонт турбины у Wartsila 6R 32LN происходит спустя 120 000 часов.

Работа в переходном режиме отрицательно влияет на износ любого оборудования, особенно в режиме пуска.

У больших турбин и газопоршневых установок насосы предварительно закачивают масло в наиболее ответственные узлы непосредственно перед пуском агрегата, у микротурбины Wartsila происходит абсолютно сухой запуск, который снижает ресурс.

При работе на переменных нагрузках микротурбины постоянно находятся в режиме старта-остановки, если же их не останавливать, то непомерный расход топлива -- природного газа доведет потребителя до цугундера.

К большому минусу микротурбины можно отнести и стоимость запасных частей (ЗИПа) для проведения капитальных ремонтов. Стоимость капитального ремонта составит 70% от первоначальной стоимости турбины. И это уже через семь лет работы.

КПД определяет то количество топлива, которое должно сжигаться в агрегате для выработки 1 кВт мощности и, в конечном итоге, ту сумму, которую потребитель вынужден заплатить за топливо.

Даже у самых «продвинутых» микротурбин КПД не превышает 32%. Это значительная прибавка к мощности дизеля.

Этот пример доказывают, прежде всего, колоссальную разницу в расходе драгоценного топлива -- невозобновляемого природного ресурса. Чрезмерный расход топлива -- чувствительный удар по кошельку судовладельца.

В современной конкуренции разница в КПД силовой установки всего на 1,0% уже считается приличным значением. В сравнении с газопоршневыми установками без турбины разница в КПД, а значит и в потреблении топлива, просто несопоставима.

Например, газопоршневой дизель для выработки 1 МВт электроэнергии потребляет около 250 нм3/час, с микротурбиной -- уже 400 нм3/час. Разница составляет более 1,2 млн. м3 топлива в год или в денежном эквиваленте -- более 3,5 млн. руб./год.

Важно понимать, что все указанные параметры справедливы для работы микротурбины в номинальном режиме. Но стоит только измениться одному из параметров, как КПД микротурбины начинает стремительно снижаться. Пример -- работа микротурбины с неполной нагрузкой. В режимах с нагрузкой около компрессора (нетто) уже чуть больше 13%. Зависимость КПД микротурбины от температуры окружающего воздуха тоже крайне велика. Выходная мощность микротурбины С30 начинает стремительно падать уже при температуре +18°С, а при +30°С снижается уже на четверть!

Таки образом, мы рассмотрели технические характеристики и конструкцию судового дизеля Wartsila 6R 32LN и приняли, что данный двигатель наиболее подходит в ГЭУ проектируемого судна.

2.2 Рабочие жидкости, используемые в судовой энергетической установке

Дизельные топливо для «Мирзага Халилов» ассортимент, качество и состав дизельных топлив

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 %.

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).

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 %.

Для главного двигателя принято топливо соответствующее марке ДМZ ГОСТ Р 54299- 2010.

Дизельное топливо должно отвечать критериям и показателям, указанным ниже в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Критерии и показатели лёгкого топлива

Показатели	Значение
Вязкость, мм2/с, не более	3,0-6,0
Цетановое число, не менее	45
Температура застывания, °С	-10
Массовая доля серы, %, не более:	0,2
Массовая доля механических примесей, %	отсутствует
Массовая доля воды, %	отсутствует
Содержание водорастворимых кислот и щелочей	отсутствует
Зольность, %, не более	0,01
Коксуемость, %, не более	0,2
Плотность при 20 °С, кг/м3, не более	860

Для смазки двигателя и отвода теплоты от трущихся деталей применяются масла марки М16Е-30 .

Технические характеристики масла М16Е-30 приведены ниже в таблице 2.2.



Таблица 2.2 - Технические характеристики масла М16Е-30

Наименование показателя	Норма по ГОСТ (ТУ)
Вязкость кинематическая, мм2/с, при температуре 100°С	15-17
Индекс вязкости, не менее	90
Щелочное число, мг КОН/г, не менее	30
Зольность сульфатная, %, не более	5,0
Массовая доля механических примесей, %, не более	0,03
Температура, °С: вспышки в открытом тигле, не ниже застывания, не выше	205 -12
Плотность при 20°С, кг/м3, не более	910

Таким образом, мы рассмотрели и приняли рабочие жидкости элемента СЭУ (дизельное топливо марки ДМZ, масло М16Е-30) сходными с рабочими жидкостями, применёнными на судне-прототипе.

2.3 Эксплуатация систем судовой энергетической установки

Топливная система

Рассматриваемая система служит для приема, перекачки, хранения, очистки, подогрева, транспортировки жидкого топлива к дизелям и автономным котлам [34].

Ниже (на рисунке 2.1) показана принципиальная схема топливной системы. Топливо из цистерны топлива расходной (ЦТР) насосом топливоперекачивающим (НТП), пройдя спаренный фильтр грубой очистки (ФГ) и через фильтры тонкой очистки (ФТ), подается к топливным насосам высокого давления (ТНВД), а последние нагнетают через клапан нагнетательный (КН), трубопроводы высокого давления и щелевые фильтры топливо к форсункам (Ф). Рециркуляционный трубопровод обеспечивает отвод излишнего топлива (отсечное топливо насосов высокого давления), и отвод топлива, просочившегося через неплотности форсунок и насосов, в цистерну утечного топлива (ЦУТ). 

Рисунок 2.1 - Схема топливной системы

Основной запас топлива 2х60,3 м3 на судне размещают в отсеках, расположенных по бортам, и в междудонном пространстве судна под машинными помещениями и грузовыми трюмами.

Чтобы избежать перетекания топлива при бортовой качке из одного отсека в другой - отсеки разделяют продольными переборками на две или три цистерны, которые соединяют трубопроводом.

При хранении топлива в междудонном пространстве часть его (аварийный запас) в количестве не менее суточного расхода по Правилам Регистра размещается вне двойного дна.

Прием топлива на судно в цистерны основного запаса с береговых или плавучих бункеровочных баз должен обеспечиваться с двух бортов закрытым способом. На данном судне два отверстия для приёма топлива находятся на левом и правом борту.

Для приема топлива на судне имеется постоянный трубопровод, который снабжен арматурой для подачи топлива во все цистерны основного запаса. Он заканчивается на главной палубе наливными втулками, снабженными крышкой и сеткой. Погрузочный шланг с бункеровочной базы закрепляется в наливной втулке замком [54].

Кроме запасных, на судах установлены цистерны: расходные, расходно-отстойные, сточные, грязного топлива.

Подача топлива к потребителям производится из расходных цистерн объёмом 4м3. Их размещают в машинном помещении на высоте, обеспечивающей поступление топлива к дизелям, автономным котлам или топливоподкачивающим насосам самотеком.

Для сбора стоков топлива из поддонов расходных цистерн, фильтров, а также утечного топлива из форсунок и насосов высокого давления дизелей служит сточная цистерна объёмом 8 м3.

Отстой из расходно-отстойных цистерн и остатки после сепарации собирают в цистерну грязного топлива.

Все топливные цистерны оборудуют измерительными устройствами, вентиляционными воздушными и переливными трубами. Воздушные трубы выводят выше верхней палубы судна, концы их закрывают огнезащитной сеткой и размещают так, чтобы исключалось попадание забортной воды в цистерну.

Главные и вспомогательные дизели, а также автономный вспомогательный котел работают на одном сорте топлива. Топливо поступает на судно через палубные наливные втулки в фильтр грубой очистки, а затем в цистерны основного запаса соединенные трубопроводом. Из цистерн топливо подается через фильтр топливоперекачивающим насосом с электроприводом или ручным насосом в расходные цистерны для автономного котла, главных и вспомогательных дизелей. Из соответствующих расходных цистерн через быстрозапорный клапан с дистанционным приводом оно самотеком поступает к вспомогательным дизелям и через спаренные фильтры грубой очистки к главным дизелям.

При необходимости, на магистралях подвода топлива к дизелям, могут быть установлены топливоперекачивающие насосы. К автономному котлу топливо подается форсуночным насосом через фильтр. Сепаратором топливо очищается от воды и механических примесей, после чего подается из запасных цистерн в расходные [35].

В сточную цистерну стекает утечное топливо от дизелей и из поддона расходных цистерн. Из сточной цистерны оно одним из насосов или через сепаратор может быть возвращено в расходную цистерну.

Предусмотрена возможность перекачки топлива насосом из запасных, расходных и сточной цистерн через отдельную палубную втулку на берег или на другие суда.

Цистерны основного запаса топлива располагается в междудонном пространстве, емкость обеспечивает запас топлива для автономности плавания. Все топливные цистерны оборудуют вентиляционными трубами, дистанционными указателями уровня, необходимой арматурой, горловинами для осмотра и ремонта.

Топливоперекачивающие насосы служат для приема топлива из-за борта. В случае необходимости выдачи топлива на другое судно осуществляют перекачку топлива из одних цистерн в другие и подачу его в расходные цистерны. Топливоперекачивающие насосы выполняют шестеренного типа.

Топливоподкачивающие насосы служат для обеспечения избыточного давления топлива, подаваемого к всасывающей полости насосов высокого давления. По конструкции эти насосы бывают: плунжерные, шестеренные и коловратные. Топливоподкачивающие насосы приводятся в действие от коленчатого и распределительного вала.

В процессе транспортировки и хранения происходит загрязнение и обводнение топлива, поэтому его фильтрация является необходимым условием для обеспечения надежной работы топливной аппаратуры и уменьшения износа ее трущихся частей. Топливные фильтры подразделяются на фильтры грубой очистки, которые устанавливают перед топливоподкачивающими насосами, фильтры тонкой очистки, устанавливаемые перед насосом высокого давления, и щелевые фильтры, устанавливаемые непосредственно перед форсункой или вмонтированные в форсунку. С помощью фильтров достигается высокая эффективность очистки топлива, простое обслуживание и легкость замены фильтрующих элементов. Фильтры выполнены спаренными, что обеспечивает чистку или замену одного из элементов фильтров при работе другого. Фильтрующая поверхность грубых фильтров состоит из металлических сеток или набора металлических пластин со щелями. Для фильтров тонкой очистки фильтрующим элементом являются металлические пластины с уменьшенными зазорами, а также бумажные, войлочные, фетровые и капроновые сменные вставки.

Тонкая очистка топлива достигается с помощью специальных фильтров и сепараторов. Применяя сепараторы, из топлива можно удалить воду и механические частицы размером до 3--10 мкм. Работают сепараторы на принципе центробежной силы. В процессе сепарирования топливо распыляется на мельчайшие частицы, при этом происходит удаление воды и примесей.

Система масляная

Данная система предназначена для приема, хранения, очистки и подачи масла к потребителям. В СЭУ масло используется для смазки трущихся деталей главных и вспомогательных механизмов, а также для отвода теплоты, выделяющейся при трении; для охлаждения поршней ДВС; в качестве рабочей жидкости гидромуфт гидротрансформаторов, объемного гидропривода судовых механизмов, и в элементах гидравлических систем автоматики [34].

Смазочная система главных и вспомогательных дизелей, также, как и топливная, подразделена на две части: непосредственно связанную с дизелем и судовую. К первой части системы относятся навешенные на дизель масляные насосы, фильтры, трубопроводы, каналы для циркуляции масла и др. Ее схема зависит от конструкции и мощности дизеля. Во вторую часть смазочной системы входят запасные, расходные и отстойные цистерны, насосы, фильтры, сепараторы, подогреватели и трубопроводы, расположенные вне дизеля. Схема ее зависит от конструкции первой части [16].

У дизеля 6R 32LN система смазки - с «мокрым» картером.

Масло для циркуляционной системы смазки подаётся с береговых или плавучих бункеровочных баз по гибкому шлангу через наливные палубные втулки в запасные цистерны. Последние изготовлены вкладными и размещаются в машинном помещении вдоль бортов или переборок. Из запасных цистерн масло маслоперекачивающим насосом подается в расходную цистерну, откуда - в маслосборник или картер двигателя.

При смене масла в двигателях оно спускается в сточную цистерну. Часть масла из сточной цистерны поступает в отстойную, а затем на сепарирование. Очищенное масло направляется в специальную цистерну сепарированного масла [32].

Смазочная система главных дизелей заполняется маслом непосредственно из цистерн основного запаса объёма 5,87 м3.

К оборудованию и расположению масляных цистерн предъявляются такие же требования, как и к топливным цистернам. Все масляные цистерны снабжают воздушными и переливными трубами, измерительными устройствами.

Опишем схему работы масляной системы дизельной установки.

Масло в запасную цистерну принимается с главной палубы (с двух бортов), где размещаются наливные палубные втулки. К трубопроводу, выходящему из запасной цистерны, подключены всасывающие магистрали резервного масляного насоса и насоса с ручным приводом. Всасывающие магистрали насосов через систему трубопроводов и вентилей подключаются к трубопроводам цистерны сепарированного масла, сточной системе, маслосборников циркуляционной смазочной системы главных дизелей, картеров главных и вспомогательных дизелей [11].

Нагнетательные магистрали насосов, через систему трубопроводов и вентилей позволяют раздельно подавать масло в маслосборники, в картеры вспомогательных дизелей, в нагнетательную магистраль циркуляционного насоса, отстойную и сточную цистерны, к упорным подшипникам и при необходимости через палубные втулки на главную палубу для выдачи на берег или другим судам.

В случае выхода из строя одного из насосов включается резервный масляный насос. Прокачка масла перед пуском дизеля может осуществляться резервным насосом или насосом с ручным приводом. Свежим маслом циркуляционные смазочные системы главных дизелей заполняются через маслосборники резервным насосом или насосом с ручным приводом из запасной цистерны или цистерны сепарированного масла.

Отработавшее масло из циркуляционной смазочной системы удаляется через маслосборники.

Таким образом, системы СЭУ (топливную и масляную) мы принимаем по прототипу. Эксплуатация систем СЭУ производится согласно регламентирующих документов.

2.4 Эксплуатация элемента судовой дизельной энергетической установки

В качестве элемента СДЭУ выбираем ГД

Рассмотрим порядок пуска дизеля и рекомендации по вводу в режим эксплуатационной нагрузки.

Общие указания

Подготовка дизелей к действию должна производиться в соответствии с требованиями заводской инструкции по эксплуатации и правил эксплуатации.

Распоряжение капитана главному (старшему) механику о подготовке дизелей к работе должно быть дано заблаговременно, с учетом времени на подготовку, установленного заводской инструкцией по эксплуатации дизеля и требований Правил.

По распоряжению главного (старшего) механика подготовка дизелей к действию должна производиться под руководством вахтенного механика либо лица в заведовании которого находится данное оборудование. Одновременно с подготовкой дизеля к действию должны быть подготовлены механизмы отбора мощности, приводные агрегаты, редукторы, соединительные муфты, валопровод, а также средства автоматизации, топливная система, системы охлаждения и смазки [15].

Дизель в машинном помещении перед вводом в действие в зимнее время при низкой температуре следует обогреть имеющимися на судне или у судовладельца средствами и прогреть в соответствии с требованиями заводской инструкции по эксплуатации и настоящих Правил.

До подготовки дизелей к действию необходимо проверить исправность противопожарных, водоотливных и осушительных средств, пожарной сигнализации в машинном помещении, аварийного освещения. Кроме того, при подготовке главных дизелей необходимо проверить правильность показаний машинного телеграфа, исправность действия всех средств связи машинного помещения с рулевой рубкой и другими постами управления энергетической установкой [11].

Подготовка дизеля к действию.

После непродолжительного перерыва в работе (не более 48 часов без производства ремонтных работ) необходимо [11]:

произвести наружный осмотр дизеля;

подготовить к действию и проверить исправность механизмов и систем обслуживающих дизель в соответствии с требованиями п. п. 2.3 - 2.8;

прокачать и прогреть дизель водой и маслом;

проверить исправность средств автоматизации, в том числе аварийно - предупредительной сигнализации и защиты, наружным осмотром, по показаниям контрольно - измерительных приборов и других средств индикации, а также с помощью устройств встроенного контроля (при наличии);

провернуть коленчатый вал (валоповоротным устройством, вручную и т.д.).

При подготовке главных дизелей к действию вахтенный механик обязан записывать в вахтенный машинный журнал [15]:

все команды, полученные от капитана и его вахтенных помощников, а также распоряжения главного (старшего) механика;

время выполнения и содержание основных операций, результаты проводимых проверок и замеров.

Об окончании подготовки главных дизелей к действию вахтенный механик обязан доложить главному (старшему) механику и с его разрешения вахтенному помощнику капитана.

Пуск дизеля разрешается после выполнения всех операций по его подготовке. При экстренном пуске, связанном с угрозой человеческой жизни или в аварийной ситуации, допускается не выполнять требования п. 2.2.1.

Запрещается ввод в действие и работа дизелей в случаях [16]:

несоответствия характеристик топлива и масла указанным в инструкции по эксплуатации или требованиям раздела 7 настоящих Правил;

наличия трещин в фундаментной раме, коленчатых валах, шатунах, анкерных связях головных, рамовых и мотылевых подшипников, а также трещин, пропускающих воду или масло, на рабочих поверхностях блока, на цилиндрах, головках поршней и крышках цилиндров, неисправных турбокомпрессоров;

раскепов коленчатого вала, превышающих установленные нормы;

неисправного состояния пускового и реверсивного устройства; органов газораспределения и подачи топлива; всережимного и предельного регуляторов частоты вращения; валоповоротного устройства, валопровода, его подшипников и сальников дейдвуда (для главных дизелей с прямой передачей на винт);

давления смазочного масла, топлива и охлаждающей воды ниже установленной нормы;

подплавленных или имеющих выкрашивание белого металла рамовых, мотылевых и головных подшипников;

неисправности предохранительных и защитных устройств, сигнализации, редуктора и муфт, системы предпусковой прокачки циркуляционным маслом;

износа основных ответственных деталей, превышавшего предельно допустимые значения, а также отсутствия документальных данных о фактических размерах трущихся деталей и зазорах в соединениях;

наличия посторонних стуков и шумов в дизеле;

неисправности или отсутствия штатных контрольно - измерительных приборов, а также наличия приборов срок действия поверок которых истек, с поврежденными пломбами, не имеющих пломб и клейм поверяющих организаций;

наличия неисправностей в системах трубопроводов дизеля;

неисправности газовыпускных коллекторов.

При подготовке дизеля к действию после продолжительного бездействия (более 48 часов), сборки, ремонта и консервации необходимо [32]:

произвести тщательный наружный осмотр дизеля и обслуживающих его механизмов, обратив особое внимание на состояние узлов подвергавшихся ремонту;

через клапанные или форсуночные отверстия, отверстия в крышках осмотреть внутренние полости цилиндров, убедиться в отсутствии на головках поршней посторонних предметов, топлива и воды, осмотреть через специальные лючки выпускные и продувочные окна, а также осмотреть поршневые кольца, проворачивая коленчатый вал дизеля;

проверить затяжку и шплинтовку гаек и болтовых соединений, обращая особое внимание на состояние наиболее ответственных деталей и частей дизеля (шатунные болты, рамовые подшипники, фундаментная рама, маховик и т.п.);

проверить наличие и исправность всех штатных контрольно - измерительных приборов;

осмотреть и при необходимости разобрать, прочистить и промыть все фильтрующие элементы;

проверить регулировку всех элементов газораспределения и топливоподачи;

осмотреть отстойные и расходные цистерны топлива, убедиться в отсутствии в них воды и грязи, заполнить цистерны топливом, прокачать топливо через всю систему до полного удаления воздуха, проверить герметичность топливопроводов;

убедиться в поступлении топлива к топливным насосам высокого давления, спрессовать насосы, проверить правильность установки нулевой подачи топлива, поставив рукоятку поста управления в положение «Стоп»;

заполнить систему смазки, лубрикаторы и пресс-масленки соответствующим маслом и прокачать его к местам смазки;

заполнить систему охлаждения дизеля водой, убедиться в отсутствии пропуска воды в картер через уплотнение втулок рабочих цилиндров, а также проверить герметичность всей системы охлаждения;

заполнить и прокачать маслом (водой) систему охлаждения поршней и проверить ее герметичность;

проверить все опорные и упорные подшипники дизеля и валопровода, залить в них масло до необходимого уровня, проверить систему охлаждения упорного и опорных подшипников;

отрегулировать давление и качество распыла топлива форсунками путем их опрессовки согласно инструкции по эксплуатации;

убедиться в отсутствии посторонних предметов, топлива, масла, воды и грязи во внутренних полостях газовыпускного тракта, всасывающего коллектора и ресивера продувочного воздуха.

Подготовка к действию дизелей после их сборки, ремонта, продолжительного бездействия в состоянии консервации должна производиться под непосредственным руководством и наблюдением главного (старшего) или второго механиков. Расконсервация дизеля должна производиться в соответствии с заводской инструкцией и указаниями по консервации, хранению и расконсервации дизеля (Приложение 1).

Подготовка масляных систем (смазки и охлаждения).

Проверить уровень масла в сточных цистернах или в картерах дизеля и редуктора, в маслосборниках или сточных цистернах турбокомпрессоров наддува, в масляных сервомоторах, в корпусе упорного и опорного подшипников, в лубрикаторах, в регуляторе частоты вращения, при необходимости пополнить их маслом до требуемого уровня. Пополнить масленки ручной и фитильной смазки, колпачковые масленки. Убедиться в отсутствии воды в циркуляционном масле.

Убедиться в исправности устройств автоматического пополнения и поддержания уровня масла в цистернах.

Подготовить к работе масляные фильтры и маслоохладители, привести клапаны на трубопроводах в рабочее положение.

Перед проворачиванием дизеля подать масло в его цилиндры, цилиндры продувочных (наддувочных) насосов и в другие места лубрикаторной смазки, приводя лубрикаторы в действие вручную либо независимым приводом. Подать масло ко всем точкам ручной смазки [40].

Подготовить к работе и пустить автономные масляные насосы дизеля, редуктора, турбокомпрессоров. Проверить действие дистанционного автоматизированного управления основными и резервными насосами, удалить из систем воздух. Прокачать маслом системы смазки дизеля и турбокомпрессоров при одновременном проворачивании дизеля валоповоротным устройством (при его отсутствии - вручную). Убедиться в наличии требуемого давления масла в системе по штатным приборам, проверить поступление масла ко всем точкам смазки дизеля, а также на охлаждение поршней. После окончания прокачивания отключить валоповоротное устройство [47].

В установках с отбором мощности через редуктор подготовить к работе масляную систему редуктора.

При температуре воздуха в машинном помещении ниже 15°C необходимо подогреть масло. При отсутствии специальных нагревательных устройств масло нагревают путем прокачки через систему во время прогрева дизеля паром или водой от работающих дизелей. Температура масла при этом не должна превышать 45°C.

При достижении контролируемыми параметрами рабочих значений убедиться в исчезновении аварийно - предупредительных световых сигналов.

Подготовка системы водяного охлаждения.

Подготовить к работе фильтры, водоохладители и водоподогреватели, установить клапаны и краны на трубопроводах в рабочее положение и проверить их исправность в действии.

Проверить уровень воды в расширительной цистерне контура пресной воды и в цистернах автономных систем охлаждения поршней и форсунок. При необходимости пополнить системы водой.

Подготовить к работе и включить автономные насосы системы пресной охлаждающей воды (цилиндров, поршней, форсунок и т.д.). Насосы должны работать в течение всего времени подготовки дизеля. Подготовить к работе и включить насос системы забортной охлаждающей воды для водо и маслоохладителей. Насос должен работать только в течение времени достаточного для проверки исправности системы и насоса (если он не предназначен для обслуживания других потребителей).

Проверить действие дистанционного автоматизированного управления основными и резервными насосами. Довести давление воды до рабочего, выпустить из системы воздух.

При прокачивании системы охлаждения цилиндров поршней необходимо поддерживать температуру охлаждающей воды от 45 до 55°C, а воды охлаждения форсунок - от 60 до 80°C. Проверить работу приборов контроля и регулирования температуры.

При охлаждении дизеля забортной водой (одноконтурная система) установить клапаны на трубопроводах в рабочее положение, включить автономный насос, прокачать дизель забортной водой до полного вытеснения воздуха из системы. Проверить работу резервного насоса.

При прогреве дизеля паром необходимо предварительно убедиться в том, что все полости охлаждения заполнены водой. Давление пара в этом случае не должно быть выше 0,25 МПа (2,5 кгс/кв. см), подача пара осуществляется в нижнюю часть блока. Прогрев дизеля только паром при незаполненных водой полостях запрещается [32].

...