СВМ. Cудовые вспомогательные механизмы,. керченский государственный морской технологический университет судомеханический техникум
 Скачать 3.31 Mb.
|
|
Вопросы для самоконтроля: 1. В чём заключается принцип действия вихревых насосов? 2. В каких судовых системах применяются вихревые насосы? 3. Преимущества вихревых насосов? 4. Недостатки вихревых насосов? 5. В чём заключается принцип действия осевых насосов? 6. В каких судовых системах применяются осевые насосы? 7. Преимущества осевых насосов? 55 8. Недостатки осевых насосов? 9. В чём заключается принцип действия струйных насосов? 10. В каких судовых системах применяются струйные насосы? 11. Преимущества струйных насосов? 12. Недостатки струйных насосов? 1.7 Судовые вентиляторы и компрессоры Под вентилятором понимается воздуходувная машина, служащая для перемещения воздуха (газа) по воздухопроводам к потребителям. Вентиляторы классифируются по ряду основных признаков: принцип действия (осевые, центробежные); величина коэффициента быстроходности (10 80 – центробежные; 80 500 – осевые); величина создаваемого давления (до 1 кПа – низкого; до 3 кПа – среднего; свыше 3 кПа – высокого, в некоторых случаях развиваемое давление может достигать от 4 до 15 кПа); расположение вала (горизонтальные, вертикальные). Устройство центробежных вентиляторов(ЦВ) принципиально не отличается от устройства центробежных насосов (ЦН), однако они имеют более простую конструкцию рабочих колес (РК) и остальной проточной части (рисунок 1.47). Основными элементами ЦВ являются корпус, рабочее колесо, спиральный отводящий канал, приемный и нагнетательные патрубки. Лопасти РК могут иметь различную конструктивную форму: загнутые вперед, загнутые назад, радиальные. Количество лопастей РК может составлять от 20 до 60. Принцип действия ЦВ состоит в следующем: при вращении РК воздух засасывается через приемный патрубок, далее проходит между лопастями от оси к периферии, а затем по спиральному отводящему каналу направляется в нагнетательный патрубок. Следует отметить, что центробежные вентиляторы большой производительности снабжаются дополнительно воздухонаправляющими аппаратами (ВНА) лопаточного типа для уменьшения закрутки потока перед входом в рабочее колесо (рисунок 1.47) Рисунок 1.47 – Общий вид и конструктивная схема одноколесного центробежного вентилятора: 1– рабочее колесо; 2 – приемный патрубок; 3 – спиральный отводящий канал; 4– вал электродвигателя; ВНА – воздухонаправляющий аппарат лопаточного типа 56 К основным элементам осевых вентиляторовотносят воздухо-направляющий аппарат, рабочее колесо, спрямляющий аппарат (рис. 1.48). Воздухонаправляющий аппарат (ВНА) служит для устранения закручивания потока среды перед входом в рабочее колесо (К). Спрямляющий аппарат (СА) предназначен для раскрутки потока среды, в результате чего значительно повышается создаваемое осевым вентилятором (ОВ) давление. В осевых вентиляторах движение потока воздуха направлено вдоль оси при последовательном прохождении через воздухонаправляющий аппарат, рабочее колесо и спрямляющий аппарат. В зависимости от назначения и производительности в ОВ могут отсутствовать отдельные элементы. Различные варианты компоновочной схемы представлены на рис.148. Следует отметить, что в осевых вентиляторах большой производительности рабочее колесо может выполняться с поворотными лопастями. Рисунок 1.48 – Компоновочная схема осевых вентиляторов: а) рабочее колесо (К) с обтекателем; б) рабочее колесо с обтекателем + спрямляющий аппарат (СА); в) обтекатель с воздухонаправляющим аппаратом (ВНА) + рабочее колесо; г) ВНА + К +СА Осевые вентиляторы подобно осевым насосам являются машинами низкого давления. В судовой практике чаще всего применяются центробежные вентиляторы. ЦВ, благодаря использованию работы центробежных сил, обеспечивают большие давления по сравнению с осевыми. Энергетические параметры вентилятора Вентиляторы создают небольшие давления, поэтому без особых погрешностей можно пренебречь сжимаемостью воздуха при рассмотрении в них рабочих процессов. Это позволяет использовать основные положения теории центробежных и осевых машин. К основным энергетическим параметрам вентиляторов относят напор Н, Дж/кг; подачу Q, м3/с; мощность N, кВт; КПД. Напором вентилятора называется приращение энергии 1 кг воздуха (газа) при ее прохождении через вентилятор. 57 Наряду с понятием «напор» для характеристики работы вентиляторов используется понятие «давление», под которым понимается энергия, сообщаемая 1 м3 перекачиваемого воздуха (газа). Мощность вентилятора– это энергия, подводимая к вентилятору от приводного двигателя в единицу времени. Часть этой энергии теряется в вентиляторе в виде потерь N пот N = N п + Nпот Коэффициент полезного действия. Полный КПД вентилятора – этоотношение полезной мощности к затраченной Техническое использование вентиляторов Вентиляторы, исходя из назначения обслуживаемого объекта на судах, используются: в машинно-котельных отделениях; в общесудовых системах вентиляции; в системах отопления и кондиционирования воздуха. Вентиляторы котельных установок служат для форсирования тяги (дымососы) и подачи воздуха, необходимого для сжигания топлива в топках котла. В зависимости от типа и теплонапряженности котельной установки требуемый напор вентилятора может изменяться от 0,2 до 1,3 м вод. ст. Вентиляторы, используемые в качестве вдувных и вытяжных систем вентиляции машинных отделений, создают напор от 0,05 до 0,2 м вод. ст. Вентиляторы, используемые в системах вентиляции грузовых трюмов, развивают напор в пределах от 0,2 до 0,4 м вод. ст. Вентиляторы бывают осевые и центробежные (радиальные). В судовых системах наибольшее распространение получили центробежные вентиляторы. Рисунок 1.49 – Вентилятор центробежный В металлическом корпусе 1 (кожухе) центробежного электро-вентилятора (рис. 1.49) размещается рабочее колесо 2, приводимое во вращение электродвигателем 5. При вращении колеса воздух засасывается через приемный патрубок 3, проходит между лопатками от оси к периферии и затем по спиральному каналу направляется в нагнетательный патрубок 4. Корпус вентилятора крепится к торцовой части 58 электродвигателя, имеющего лапы для крепления к судовому фундаменту. В месте сопряжения спиральной камеры с напорным патрубком находится язык. Радиальные вентиляторы могут иметь лопасти, загнутые вперед, назад и радиальные. Число лопастей z обычно составляет 20÷60. Рисунок 1.50 – Вентилятор осевой Осевой электровентилятор (рис.1.50) состоит из цилиндрического корпуса 2 и рабочего колеса (пропеллера) 1, приводимого во вращение электродвигателем 3, который закреплен в корпусе на установочных винтах 4. Удобство такой конструкции заключается в том, что вентилятор не изменяет направления движения нагнетаемого им воздуха и поэтому может быть установлен на любом прямолинейном участке воздухопровода, а при необходимости укреплен и на фундаменте с помощью лап 5. В осевом вентиляторе, как и в осевом насосе, при обтекании воздухом лопастей рабочего колеса частицы его находятся на одинаковом расстоянии от оси колеса, поэтому такие вентиляторы и называются осевыми. Центробежные вентиляторы благодаря использованию работы центробежных сил обеспечивают большие давления по сравнению с осевыми вентиляторами. Иногда перед рабочим колесом устанавливают направляющий аппарат, который служит для устранения возможного закручивания потока перед входом в рабочее колесо. Часто осевые вентиляторы снабжаются спрямляющим аппаратом (рис. 1.51) и состоят из цилиндрического корпуса 3, рабочего колеса 4 и спрямляющего аппарата 5 с лопатками 7, которые закреплены на втулках 6. Воздух входит в вентилятор через подвод 2, в котором установлен обтекатель 1. Стрелка у вала указывает направление вращения рабочего колеса. Рисунок 1.51 – Принципиальная схема осевого вентилятора 59 Спрямляющий аппарат применяют в том случае, когда относительное значение скорости закручивания велико. Это позволяет значительно повысить давление, создаваемое вентилятором. Различают аэродинамические и акустические характеристики вентиляторов. Аэродинамические характеристики вентилятора представляют собой графические зависимости давления, мощности и КПД его от подачи. Вид характеристики зависит от типа вентилятора. Характеристики строят по результатам аэродинамических испытаний вентилятора. Акустические характеристики оценивают шум и вибрацию вентилятора при нормальной его работе. Шум вентиляторов имеет главным образом аэродинамическое происхождение и для его уменьшения используют различные средства, а именно: хорошо балансируют ротор, изготовляют спиральную камеру без языка, устанавливают вентиляторы на амортизаторах, применяют глушители шума и др. При подготовке вентилятора к пуску необходимо осмотреть весь агрегат снаружи, убрать посторонние предметы, оставленные на нем, проверить крепеж и подсоединения трубопроводов; подготовить к пуску электродвигатель. Пуск центробежных вентиляторов следует осуществлять при закрытых заслонках, а осевых – при открытых. Особо тщательную подготовку к пуску необходимо выполнять для вентиляторов котельных установок морских судов и судов на воздушной подушке. Если предусмотрено охлаждение подшипников вентиляторов, то необходимо убедиться в поступлении охлаждающей среды к подшипникам. При подготовке вентилятора к работе после монтажа или ремонта необходимо по возможности проверить отсутствие на лопастях трещин, вмятин, прогиба, ослабления заклепок на них. Регулируют вентиляторы только для изменения подачи путем дросселирования воздуха на входе или на выходе. Во время работы вентиляторов нельзя допускать ударов и толчков по кожуху вентилятора во избежание вмятин и перекосов, которые могут привести к заеданию рабочего колеса за кожух и выводу его из строя. При появлении стуков и ударов, а также при заметном увеличении вибрации вентилятор останавливают. После аварийной остановки вентилятора следует выяснить причины его ненормальной работы, проверив крепление вентилятора, состояние амортизаторов и муфт, крепление рабочего колеса и его балансировку, отсутствие посторонних предметов внутри вентилятора. Причинами малой подачи воздуха могут быть: неправильное положение заслонок, засорение и неплотности в воздуховодах, недостаточная частота вращения или неправильное направление вращения вентилятора. Неплотности в соединениях корпуса вентилятора устраняются заменой поврежденных прокладок и обжатием соединений. В момент остановки следует прослушивать механизм вентилятора, чтобы убедиться в отсутствии шумов, стуков и заедания. Компрессоры Компрессоры являются нагнетателями, обеспечивающими различные судовые нужды сжатым воздухом или газом. Они осуществляют аккумулирование энергии в форме сжатого воздуха или газа. Судовые воздушные компрессоры необходимы для обеспечения потребителей СЭУ и в целом судна сжатым воздухом различного давления и расхода. 60 Наиболее распространены на судах поршневые одноступенчатые и многоступенчатые компрессоры, которые используют для получения сжатого воздуха, для пуска дизелей (давлением 30 бар), и низкого давления для обеспечения работы пневматических систем управления (давление до 10 бар), а также для сжатия паров хладоагентов в рефрижераторных установках. Судовые компрессоры классифицируют по принципу действия, степени повышения давления, назначению, конструктивным признакам, типу приводного механизма. По принципу действия судовые компрессоры делят на объемные и лопаточные. Объемными называют компрессоры, повышение газа которых осуществляется за счет уменьшения объема замкнутого пространства, заполненного газом. Газ в объемных компрессорах сжимается поршнем и в сжатом виде поступает к потребителю. Лопаточными называют компрессоры, повышение давления газа в которых осуществляется за счет использования сил инерции потока газа, приведенного в движение вращающимся лопаточным устройством (ротором). Механическая энергия ротора лопаточного компрессора преобразуется частично непосредственно в потенциальную энергию газа (давление), а частично — в кинематическую. Кинематическая энергия также переходит в потенциальную при торможении потока газа за компрессором. Основные потребители следующие: пусковой воздух для главных двигателей (ГД) и дизельгенераторов (2,5-3,0 МПа), аварийного дизельгенератора (7,0 МПа); ДАУ главного двигателя; система автоматического управления и контроля; пневмомуфты подключения СОД к редуктору; ВРШ (управление заданием); масляные фильтры ГД (продувание без разборки на ходу судна); продувание кингстонов; отключение ТНВД ГД на ходу (любого цилиндра); выпускные клапаны ГД; зарядка аквалангов (15,0-20,0 МПа); пусковые баллоны пеногенераторов противопожарной системы; хознужды (пневмоинструмент и прочее); Судовые компрессоры можно классифицировать по следующим признакам: Конструктивные особенности и характеристики: поршневые, центробежные, винтовые, осевые; приводы от электродвигателя, дизельного двигателя, от главного двигателя; Соединение с приводом муфтовое или техстропами; по давлению: 0,8-1,2 МПа, до 3,5 МПа, до 6,5-7,5 МПа и выше; по оборотам приводного двигателя: от 585 до 1750 мин -1 ; по ступеням сжатия: 1-но ступенчатые, 2-х ступенчатые и 3-х ступенчатые. В свою очередь, 2-х ступенчатые поршневые ЭКП бывают одностороннего и двухстороннего действия; по количеству цилиндров на ступень: один цилиндр с одним поршнем и одним воздухоохладителем; один цилиндр с поршнем 2-х и 3-х диаметров, а также с двумя и тремя воздухоохладителями; два цилиндра раздельно, один первой ступени и один второй ступени; 61 по виду охлаждения цилиндров, крышек и воздухоохладителей: водой забортной, пресной от общей системы охлаждения СЭУ, воздухом от вентилятора, приводимого от вала компрессора; по производительности (м 3 /час) одного цилиндра (или одной пары цилиндров, если 1-ая и 2-ая ступень в двух цилиндрах) в зависимости от оборотов приводного двигателя, размеров цилиндра и конечного давления: до 0,8 МПа - 20÷480 (м 3 ), до 3,0 МПа - 440 (м 3 ), до 6,0 МПа - 130 (м 3 ) свободного воздуха; производительность 3-х ступенчатого компрессора главного двигателя с компрессорным распылом - около 250 (м 3 /час) на 1000 л.с. мощности при конечном давлении 6,5...7,0 МПа. По назначению компрессоры подразделяются: Центробежные компрессоры с приводом от турбины выхлопных газов ГД для продувки и наддува ГД; Осевые компрессоры для управления антикреновыми системами на судах с рампой (аппарелью), судах Ро-Ро, многоцелевых судах и судах с тяжеловесной стрелой грузоподъемностью 150, 280 и более тонн. При таком управлении антикреновой системой в любых условиях крен практически не заметен в отличие от систем с управлением вихревыми реверсивными насосами большой мощности (до 14160 л/мин); ЭКП пускового воздуха на судах с ВФШ. Они, как правило, бывают поршневые 2- х ступенчатые до 3,5 МПа (от 3-х до 7-ми цилиндров), с цилиндровой подачей 75 м 3 /час и больше. Обычно устанавливают 2 воздухохранителя по 10000 литров каждый; ЭКП для работы системы автоматики. Бывают 2-х и 3-х цилиндровые компрессоры с выходным давлением 1,2 МПа и более; ЭКП аварийный, обычно 1-цилиндровый. Его электропривод запитывается от АДГ. На некоторых судах АДГ запускается не только от аккумуляторов, но дополнительно от взрывного заряда или от специального небольшого баллона пускового воздуха с давлением 7,0 МПа. Для зарядки такого баллона имеется специальный компрессор; 4-х ступенчатый V-образный компрессор высокого давления для заправки аквалангов (через керамический фильтр) давлением до 40,0 МПа. На судах мирового флота применяются воздушные компрессоры различных фирм. Они бывают двух и трехступенчатые. Необходимость применения многоступенчатых компрессоров вызвана тем, что степень сжатия воздуха в одной ступени не должна превышать 8 (т. е. воздух в первой, например, ступени можно сжимать до давления 0,8 МПа). Это объясняется тем, что температура вспышки компрессорных смазочных масел составляет 250-280°С, а при сжатии воздуха до 0,8 МПа его температура достигает 170-220°С. При дальнейшем повышении давления пары масла могут самовоспламениться, что приведет к взрыву и разрушению компрессора. Поэтому в первой ступени двухступенчатого компрессора воздух обычно сжимается до 0,5-0,8 МПа, во второй - до конечного давления 2,5-3,0 МПа. При этом воздух обязательно охлаждается в специальном воздухоохладителе после первой ступени компрессора примерно до первоначальной температуры (для предотвращения чрезмерного повышения температуры воздуха после сжатия во второй ступени и уменьшения затрат мощности на привод компрессора). После второй ступени компрессора, перед подачей в воздухохранители (баллоны), воздух также охлаждается (по Правилам Регистра температура воздуха, поступающего в баллоны, не должна превышать 40°С). Для очистки воздуха от масла и влаги устанавливаются влагомаслоотделители. Для привода компрессора применяют электродвигатели (электрокомпрессоры) и двигатели внутреннего сгорания (дизель-компрессоры), причем, согласно Правилам, на судах с неограниченным районом плавания должно быть не менее двух компрессоров. 62 Допускается применять в качестве резервного компрессор с приводом от главного дизеля. На небольших судах возможно применение ручных резервных компрессоров. Ряд требований к системе сжатого воздуха: запас воздуха в воздухохранителях должен обеспечить без подкачки двенадцать реверсов с последующими пусками главных реверсивных дизелей; если главные двигатели нереверсивны, то запас воздуха должен быть достаточным для шести пусков всех главных дизелей; производительность основного компрессора должна обеспечивать заполнение всех воздухохранителей пускового воздуха от давления 5 бар до рабочего в течение одного часа. В зависимости от расположения ступеней компрессоры бывают последователь-ного сжатия—тандем и дифференциальные. Рисунок 1.52 – Схемы трёхступенчатых компрессоров сжатого воздуха: а- тандема, б- дифференциального На рисунке 1.52 представлены схемы трехступенчатых компрессоров типа тандем (а) и дифференциального (б). У компрессора типа тандем при движении поршня 1 вниз воздух из машинного отделения через фильтр 3 и всасывающий клапан 2 попадает в ступень низкого давления (СНД); при движении поршня вверх воздух из СНД через нагнетательный клапан 11 переходит в холодильник СНД; далее, при движении поршня вниз воздух из холодильника СНД 10 и клапан 9 переходит в ступень среднего давления (ССД). При последующем поступательном движении поршня вверх воздух из ССД через нагнетательный клапан 4 переходит в холодильник ССД 5; при движении поршня вниз воздух из холодильника ССД 5 переходит через клапана 6 в ступень высокого давления СВД, при поступательном ходе поршня вверх воздух через нагнетательный клапан 7 из СВД через холодильник 8 поступает в воздухохранители. У дифференциального компрессора (рис. 51, б) СНД размещена между СВД и ССД. Поэтому при движении поршня вверх воздух из СНД через холодильник 10 и клапан 11 переходит в ССД, а при движении поршня вниз – из ССД через холодильник 5 – в СВД и оттуда, при сжатии, через холодильник 8 – в воздухохранители. После холодильников каждой ступени устанавливают специальные сепараторы – масловодоотделители. Сравнивая компрессоры двух типов, можно сделать следующие выводы: - у компрессора типа тандем сжатие во всех цилиндрах происходит одновременно, что 63 увеличивает нагрузки на коленчатый вал и вызывает необходимость устанавливать более мощный приводной двигатель; - у дифференциального компрессора при движении поршня вверх воздух сжимается в СНД и СВД, а при движении поршня вниз — в ССД, что уменьшает разность знакопеременных нагрузок, действующих на коленчатый вал компрессора; - при поступательном ходе поршня вниз у компрессора тандем в СНД давление ниже атмосферного и частицы масла вместе с воздухом поступают из картера через зазоры в компрессионных кольцах в цилиндр, что увеличивает расход масла и загрязняет сжатый воздух; у дифференциального компрессора этот недостаток отсутствует, так как в нижней части размещается ССД; - у дифференциальных компрессоров СНД и ССД размещаются в одной полости, что позволяет уменьшать габариты и массу компрессора; - у компрессоров типа тандем сжатый воздух поступает во все холодильники одновременно и находится там до всасывающего хода поршня, вследствие этого холодильники работают в более тяжелых условиях, чем у дифференциальных компрессоров. К недостаткам дифференциальных компрессоров следует отнести сложность регулировки вредного пространства в ССД. (Вредным называется пространство, заключенное между поршнем, когда он находится в в. м. т. и крышкой цилиндра, а для ступени СД дифференциального компрессора — между крышкой и поршнем, когда он находится в н. м. т. Воздух, который остается в этом пространстве, расширяется при всасывающем ходе поршня и отдаляет момент открытия впускных клапанов, поэтому объем вредного пространства должен быть возможно минимальным.) Вредное пространство регулируют: у компрессоров тандем, а также в СНД и в СВД у дифференциальных компрессоров — изменением толщины прокладок между пяткой шатуна и мотылем подшипников, в ССД дифференциальных компрессоров — изменением высоты поршня или толщины прокладок между цилиндром и цилиндровой крышкой. Для улучшения условий работы приводного электродвигателя, а также для сглаживания других недостатков в последнее время получили распространение спаренные компрессоры типа тандем: от одного коленчатого вала работают параллельно два двухступенчатых цилиндра, причем, когда в одном из цилиндров происходит сжатие воздуха в ступенях, в другом – впуск воздуха, и наоборот. Конструкция такого компрессора марки 20К-1 показана на рис. 52. Все детали и узлы компрессора смонтированы на чугунной станине 13; в нижней части в специальных фланцах-крышках 10 и 25 смонтированы рамовые подшипники, в которых уложен коленчатый вал 11; на торце коленчатого вала насажен приводной шкив-маховик 24 (привод от электродвигателя осуществляется при помощи техстропной передачи). С двумя мотылевыми подшипниками коленчатого вала при помощи шатунов связаны два двухступенчатых поршня 21. Зарубашечное пространство образуется между втулками 14 и станиной 13 и уплотняется резиновыми кольцами 22. Закрываются цилиндры первой ступени крышками 16, которые одновременно служат цилиндрами вторых ступеней; вторые ступени закрыты крышками 20. 64 Рисунок 1.53 – Конструкция двухступенчатого сдвоенного компрессора 20К-1 При работе компрессора воздух из машинного отделения через всасывающий клапан 4 поступает в первую ступень, из нее через нагнетательный клапан 15 попадает в трубчатый холодильник 9, проходит через сепаратор 1, всасывающий клапан 17 во вторую ступень, откуда после сжатия через нагнетательный клапан 19 поступает в змеевиковый холодильник 8 и в воздухохранители. Уровень масла в картере контролируют по маслоуказателю 6. Трущиеся детали смазывают разбрызгиванием масла черпаками 5, закрепленными к нижним крышкам мотылевых подшипников. Избыточное масло со стенок цилиндровой втулки первой ступени снимается маслосъемными кольцами, установленными в нижней части поршней. Выброс масла из картера предупреждают маслоотбойные кольца 23. Для монтажа мотылевых подшипников предусмотрены специальные люки с крышками 7. Компрессор может охлаждаться как пресной, так и забортной водой, причем охлаждение может быть как от общей системы, так и «своим» насосом. При индивидуальном охлаждении вместо крышки 12 к торцу коленчатого вала крепят специальный водяной насос, который подает воду в зарубашечное пространство компрессора; отвод воды осуществляется через отводной трубопровод 18.Давление воздуха в первой ступени контролируют манометром 2, сброс избыточного давления |