Системы СЭУ. Конспект лекций для курсантов специальности 26. 05. 06 Эксплуатация судовых энергетических установок очной и заочной форм обучения Керчь, 2021
 Скачать 6.64 Mb.
|
|
Учебное оборудование Аудитория, комплектованная учебной мебелью, доской и видеопроекционным оборудованием для презентаций, средствами звуковоспроизведения, экраном. Последовательность изложения учебного материала Флот РП охватывает обширный и весьма разнообразный класс гражданских судов. В зависимости от выполняемых функций суда ФРП подразделяются на четыре основные группы добывающие, обрабатывающие, приёмно-транспортные, и вспомогательные рисунок 2.1) Флот РП охватывает обширный и весьма разнообразный класс гражданских судов. Добывающие суда. Эти суда предназначены для добычи рыбы, морских животных и добычи других морепродуктов, а во многих случаях и для переработки продуктов промысла на готовую к реализации продукцию. Рыбодобывающие суда составляют основу флота РП. Они могут быть классифицированы по многим признакам - по объекту промысла, - по типу орудий лова, - по способу обработки улова, - по способу хранения рыбопродукции. Более удобна классификация по типу орудий лова, поскольку они во многом предопределяют режим работы ГД в условиях промысловой работы. Обрабатывающие суда. Эти суда предназначены для приёма и переработки в готовую продукцию рыбы, сырца и других объектов морского промысла. В основу классификации обрабатывающих судов положено два признака вид поступающего на переработку сырья и ассортимент выпускаемой продукции. 12 Приёмно-транспортные суда. Эти суда предназначены для примас рыбообрабатывающих и обрабатывающих судов готовой продукции и доставки её на берег к месту потребления. Другой функцией приёмно-транспортных судов является снабжение находящихся на промысле судов тарой, различными материалами, пресной водой и др. Вспомогательные суда. Эти суда используются для промысловой разведки, научных и рыбохозяйственных исследований, охраны объектов морского промысла. Среди них различают две группы судов - обслуживающие промысловые суда в море - танкеры, НПС, учебные суда, спасательные, несущие дежурство в районах промысла - обслуживающие промысловые суда в порту - портовые и рейдовые буксиры, суда технического флота, лоцманские и разъездные суда. Эти суда есть в любом современном порту. Рисунок 2.1 - Состав флота рыбной промышленности Контрольные материалы для проверки усвоения учебного материала 1. Какие типы судов входят в состав рыбопромысловой группы флота рыбной промышленности 2. Какие типы судов входят в состав вспомогательной группы флота рыбной промышленности 3. Назовите состав судового пропульсивного комплекса. 13 Лекция №3 Назначение, состав СЭУ. Показатели СЭУ (2 часа) Цель занятия занятия направлены на формирование компетенций: ПК-6. Способен осуществлять подготовку, эксплуатацию, обнаружение неисправностей и меры, необходимые для предотвращения причинения повреждений следующим механизмами системам управления 1. Главный двигатель и связанные с ним вспомогательные механизмы 2. Паровой котел и связанные с ним вспомогательные механизмы и паровые системы 3. Вспомогательные первичные двигатели и связанные сними системы 4. Другие вспомогательные механизмы, включая системы охлаждения, кондиционирования воздуха и вентиляции (З, З, З, З, У, У, В) Методические материалы 1. Коршунов Л. П. Энергетические установки промысловых судов Л. П. Коршунов - Л Судостроение, 1991. – 360 с. 2. Соловьев, ЕМ. Судовые энергетические установки, вспомогательные и промысловые механизмы учебник для средних спец. учебных заведений / ЕМ. Соловьев. - М Агропромиздат, 1986. - 183 с. 3. Судовые энергетические установки учебное пособие для вузов / ГА. Артемов и др. - Л Судостроение, 1987. - 477 с. Набор слайдов с иллюстрациями по теме лекции Учебное оборудование Аудитория, комплектованная учебной мебелью, доской и видеопроекционным оборудованием для презентаций, средствами звуковоспроизведения, экраном. Последовательность изложения учебного материала 3.1 Назначение, состав СЭУ Судовая энергетическая установка — это сложный комплекс функционально взаимосвязанных элементов энергетического оборудования, машин и механизмов, с помощью которых на судне производится выработка, преобразование, передача и использование различных видов энергии для безопасного и эффективного функционирования судна в соответствии сего типом и назначением и нормальных условии жизнедеятельности экипажа и пассажиров. Представление о составе СЭУ, входящих в нее элементов, взаимосвязи СЭУ ссудном можно получить из рисунка 3.1. В систему судно входят корпус, СЭУ, общесудовые системы, судовые устройства и т. д. В свою очередь, СЭУ состоит из главной энергетической установки (ГЭУ), вспомогательных энергетических установок и электроэнергетической установки. Исполнительная часть ГЭУ, включающая в себя главный двигатель (ГД), главную передачу, валопровод, движитель, называется пропульсивной установкой (ПУ). Вместе с корпусом судна, с которым ПУ гидродинамически взаимодействует через движитель, она образует пропульсивный комплекс (ПК). В состав СЭУ входят главные и вспомогательные энергетические комплексы и установки. 14 Рисунок 3.1 - Схема основных элементов СЭУ Главной энергетической установкой считают ту часть СЭУ, которая обеспечивает движение судна. Эту часть называют также пропульсивной установкой, что для ДУ и ГТУ имеет точное соответствие (в ПТУ котел входит в ГЭУ, ноне относится к ПУ). В состав ПУ включены машины и механизмы, с помощью которых механическая энергия вырабатывается, передается движителю (например, гребному винту) и преобразуется им в упор (нередко на движение судна расходуется более 90 % всей потребляемой СЭУ энергии. На специальных судах, например землесосах и землечерпалках, механическая энергия ГД передается рабочей машине, осуществляющей извлечение и транспортировку грунта, а на рыбопромысловых судах мощность ГД кроме затраты на переход расходуется и на траление. На многовальных судах ПУ состоит из нескольких групп движения по числу движителей (гребных винтов, каждая из которых, как правило, выполняется автономной. Элементы СЭУ, входящие в состав ГЭУ, называются главными В зависимости от типа ГЭУ в ее состав могут входить прежде всего главные двигатели (дизели, ГТД, главные паровые котлы или парогенераторы (в соответствии с принятой терминологией генератора пара обычной (работающей на органическом топливе) СЭУ называют паровым котлом, а ядерной СЭУ — парогенератором) и паровые турбозубчатые агрегаты главные электрогенераторы и главные передачи (механические, электрические и др валопроводы, передающие энергию к судовым движителям вспомогательные механизмы, теплообменные аппараты и другое оборудование систем, обслуживающих ГД и передачи (например, главные конденсаторы — ГК, главные питательные насосы — ГПН и т. д системы дистанционного автоматического управления (ДАУ), аварийно-предупредительной сигнализации и защиты ГД и электрогенераторов машины и системы автоматизированного централизованного контроля параметров. Таким образом, в состав ПУ входят (вместе с обслуживающими их системами и оборудованием) ГД, передачи, валопроводы и гребные винты. 15 Вспомогательные ЭУ представляют собой комплексы, предназначенные для удовлетворения энергетических потребностей (в энергии любого вида, за исключением электрической) и обеспечения заданного функционирования ГЭУ и общесудовых потребителей, связанных и несвязанных сдвижением судна (рулевые, якорно-швартовные, грузовые и другие устройства, машины и механизмы освещение, отопление, вентиляция и установки кондиционирования воздуха в судовых помещениях, холодильные установки, обеспечивающие сохранность перевозимого груза и провизии противопожарная и другие общесудовые системы и т. д. В зависимости от типа судна в состав его ЭУ могут быть включены несколько вспомогательных установок вспомогательная котельная (парогенераторная), водоопреснительная, установка повторного ожижения углеводородных газов (на газовозах) или приготовления и подачи их к ГД, холодильная установка для систем комфортного и технологического кондиционирования и т. д. Кратко рассмотрим лишь основные из них. Важнейшими потребителями механической энергии кроме судовых движителей являются насосы, компрессоры, вентиляторы, палубные механизмы и др. Непосредственный привод таких потребителей от первичных двигателей — дизелей, паровых или газовых турбин — целесообразен только при больших мощностях двигателей или в случае специфических условий эксплуатации судна (например, на танкерах — паровой турбопривод грузовых насосов, на крупных промысловых базах и специальных судах — турбопривод холодильных центробежных компрессоров и т. д. В других случаях более удобен, а часто и более экономичен привод от электродвигателей. Кроме того, на судах много и иных потребителей электроэнергии. Поэтому в составе СЭУ всегда есть электроэнергетическая установка — судовая электростанция (в связи с ростом мощности и значительным усложнением электроэнергетических установок наряде современных крупных судов их выделяют в отдельную электроэнергетическую систему (ЭЭС), включающую в себя элементы для выработки, передачи, трансформации и потребления электроэнергии),в которую входят вспомогательные двигатели, электрические генераторы (основные, резервные, аварийные, главный и местные распределительные щиты, специальные устройства (трансформаторы, выпрямители, преобразователи и др) и кабели для подвода питания к потребителям, системы ДАУ, аварийно-предупредительной сигнализации и защиты. В качестве вспомогательных двигателей (БД) для привода электрогенераторов могут быть дизели, паровые и газовые турбины (нередко в составе СЭС имеются те и другие ВД — например, на теплоходах электроэнергия часто вырабатывается в дизель-генераторах и утилизационных турбогенераторах. Электрогенератор может приводиться в действие и путем отбора мощности от ГД. Мощность электростанции зависит от назначения судна и его размеров. Особенно большая мощность СЭС (сопоставимая с мощностью ГД) на промысловых и исследовательских судах и базах, на пассажирских и специального назначения судах например, на БМРТ мощность СЭС составляет 60—70% мощности ГД). Это объясняется значительными расходами энергии на технологические нужды, работу специального оборудования или на создание комфортных условий для пассажиров. На универсальных сухогрузных судах и танкерах мощность СЭС обычно составляет 12—2.1 % мощности ГД. Вспомогательная котельная установка обеспечивает потребности судна в паре, горячей воде, необходимых как для работы СЭУ, таки для иных целей (паровой привод грузовых и иных насосов, компрессоров теплоснабжение установок кондиционировании, 16 холодильных, опресни гелей, подогрева гелей топлива, переносимого груза, систем отопления горячее водоснабжение и пр. В состав вспомогательной котельной установки входит вспомогательные, утилизационные и комбинированные котлы (котло-агрегаты), вспомогательные машины и механизмы (насосы, вентиляторы и т. п теплообменные аппараты и другое оборудование и приборы систем, обслуживающих котлы или парогенераторы системы ДАУ, аварийно-предупредительной сигнализации и защиты. Водоопреснительная установка (ВОУ) предназначена для пополнения запасов пресной воды на судах с большой автономностью и дальностью плавания (пополнение утечек в системах пар — конденсат, пропаривание емкостей, водоснабжение судна. Водоопреснительные установки могут использовать теплоту, отводимую с охлаждающей водой от ГД и ВД, или пар от вспомогательного и утилизационных котлов. В состав ВОУ входят испарители, конденсаторы, подогреватели воды, насосы, эжекторы, цистерны, трубопроводы, контрольно-измерительная и регулирующая аппаратура и т. д. Установка комфортного кондиционирования воздуха (УККВ) предназначена для поддержания заданных комфортных (в соответствии с санитарно-гигиеническими нормами) тепловлажностных и акустических (уровень и характеристики шума) параметров воздуха как в помещениях СЭУ, таки в других помещениях с постоянным или периодическим пребыванием в них людей. В состав УККВ входят кондиционеры, обслуживающие их холодильные машины, трубопроводы для воздуха, воды, хладагента, воздухораспределители, шумопоглощающие устройства и т. д. Совокупность машин и механизмов, теплообменных аппаратов, фильтров, емкостей для хранения рабочих тел (воды, топлива, масла, воздуха, трубопроводов, кабельных трасс, средств контроля, регулирования и защиты, обеспечивающих нормальное функционирование основных элементов СЭУ (генераторов пара и газа, ГД и ВД) и их обслуживание, составляет системы СЭУ. Эти системы могут обслуживать ГЗУ, вспомогательные установки или те и другие одновременно. В состав систем СЭУ обычно входят топливные, масляные, охлаждения, сжатого воздуха, конденсатно-питательные, воздухо-подающие, газовыпускные, главного и вспомогательного пара. В зависимости от типа СЭУ может не иметь какой-либо из перечисленных систем например, в дизельной или газотурбинной установках без утилизационного контура не будет систем главного и вспомогательного пара. Топливная система предназначена для приготовления (очистки, подогрева, гомогенизации) и подачи топлива к главными вспомогательным двигателями котлам, а также его приема с берега, хранения, перекачивания и передачи на береги на другие суда. В состав топливной системы входят цистерны запаса топлива, отстойные и расходные цистерны, насосы, фильтры грубой и тонкой очистки, сепараторы (для очистки отводы и механических загрязнений) или гомогенизаторы, подогреватели, трубопроводы с запорной, регулирующей арматурой и контрольно-измерительными приборами. Масляная система служит для приема, хранения, перекачивания, приготовления и подачи масла, предназначенного для смазки и охлаждения трущихся деталей ГД и ВД и других механизмов, а также для передачи масла на другие суда. В ее состав входят цистерны — чистого масла, отработавшего масла, отстойные и напорные, сточно-циркуляционные; фильтры грубой и тонкой очистки, насосы, сепараторы, подогреватели и охладители масла, трубопроводы с запорной, регулирующей арматурой и контрольно-измерительными приборами. 17 Система охлаждения предназначена для охлаждения агрегатов, узлов и деталей ГД и ВД, компрессоров, конденсаторов паровых турбин, холодильных машин и опреснителей, маслоохладителей систем смазки и охлаждения, воздухоохладителей, других теплообменных аппаратов, главных передач, опорных и упорных подшипников валопровода, для прокачивания дейдвудных труб. Система охлаждения включает несколько замкнутых и разомкнутых контуров, состоящих из соединенных трубопроводами насосов, компрессоров, вентиляторов, фильтров, теплообменных аппаратов, в которых могут циркулировать масло, легкое топливо, воздух, пресная вода, забортная вода. Принцип работы, например, простейших из этих систем следующий электровентилятор обдувает охлажденным воздухом электрогенератор или гребной электродвигатель (ГЭД); конденсатор с помощью насоса прокачивается забортной водой, за счет чего в нем происходит конденсация водяных паров или паров другой жидкости через самопроточный главный конденсатор ПТУ при полном ходе судна протекает забортная вода, поступающая в систему охлаждения через специальные заборники в корпусе судна (подпор воды при движении судна. Это примеры простых (проточных, незамкнутых) систем охлаждения, в которых температура забортной воды на выходе из двигателей и других машин не должна превышать С во избежание солеотложений в проточных частях охлаждаемых машин. В большинстве своем системы охлаждения являются сложными, двухконтурными. Первый контур — замкнутый, циркуляционный. В нем циркулирует, например, пресная вода, охлаждающая агрегаты, узлы и детали дизеля (или ГТД) с температурой более 50 С, которая в свою очередь охлаждается в специальном теплообменнике забортной водой. В иных системах при одном внешнем (втором) контуре имеются два внутренних (первых) контура водном циркулирует пресная вода (охлаждает цилиндровые втулки, крышки, форсунки и прав другом — масло (охлаждает, например, поршни. Система сжатого воздуха обеспечивает сжатым воздухом необходимого давления (от 0,3—0,5 до 3,0—7,5 МПа) пуски реверс ГД, пуск ВД, работу пневматических систем автоматики и управления, работу приборов звуковой сигнализации судна (сирена, тифон, продувку кингстонов, работу пневмоинструмента и другие общесудовые и специальные нужды. Она состоит из баллонов для хранения сжатого воздуха (воздухохранителей), компрессоров, главного пускового и редукционного клапанов, воздухопроводов с арматурой и контрольно-измерительных приборов. Конденсатно-питательная система служит для непрерывного питания котлов или парогенераторов водой необходимого качества. В современных СЭУ применяют закрытую систему питания котлов, при которой исключается контакт питательной воды с воздухом. Основную часть питательной воды составляет конденсат отработавшего пара, остальное — добавки опресненной воды (для компенсации утечек пара и его потерь при продувках котлов, безвозвратного расхода пара на потребители и т. п. Поскольку опресненная вода на судне хранится в открытых емкостях, а в находящийся под вакуумом конденсатный контур может подсасываться воздух, то питательную воду приходится освобождать от кислорода, вызывающего коррозию внутренних поверхностей генераторов пара. Это делают с помощью деаэраторов (дегазаторов. В состав конденсатно-питательной системы входят конденсатные, бустерные, дренажные и питательные насосы, вакуум-насосы или эжекторы, трубопроводы, контрольно-измерительные приборы. Воздухоподающие системы служат для подачи в паровые котлы, дизели и ГТД воздуха, необходимого для сжигания в них топлива. В современных котлах наиболее нагретый воздух из верхней части котельного помещения подается вентиляторами по воздухопроводам в 18 пространство между двойной обшивкой котлоагрегатов. Это снижает потери от излучения теплоты в окружающую среду и улучшает условия обслуживания котельного отделения. В межкожуховом пространстве воздух частично подогревается и поступает в воздухоподогреватель, а затем через воздухо-направляющие устройства — в топку котла. В ГТУ воздух засасывается компрессорами ГТД из атмосферы (выше палубы) через воздухоприемные шахты или воздуховоды. Система снабжается глушителями шума и устройствами (каплеот-делителями), предотвращающими попадание в компрессоры вместе с воздухом брызг забортной воды и обледенение приемных сеток и решеток. В ДУ компрессор двигателя, имеющий газотурбинный или механический привод, засасывает воздух либо из МО, либо с верхней палубы через воздухопровод, либо комбинированным способом. После компрессора, а также между его ступенями воздух охлаждается водой в специальных теплообменниках. Газовыпускные (газоотводные) системы служат для отвода в атмосферу отработавших газов от ГД и ВД и паровых котлов. Каждый дизель или ГТД должен иметь отдельный газопровод, по которому газы выводятся в общую дымовую трубу, расположенную над надстройками судна. В некоторых случаях газы отводятся за борт ниже ватерлинии и тогда предусматривается устройство, предотвращающее попадание воды в двигатель. Дымоходы отдельных котлоагрегатов ПТУ соединяются в один дымоход, идущий к дымовой трубе судна. В системе газовыпуска предусматривают компенсаторы температурных расширений, глушители шума и искрогасители. Для предотвращения задымления судна в верхней части дымохода (вокруг него) создается воздушный заслон с помощью кольцевой насадки. Воздух, подаваемый электровентилятором, выходит в атмосферу из кольцевой насадки со скоростью, в 2,5—4 раза превышающей скорость дымовых газов дымовые газы эжектируются воздухом и отводятся выше вихревой зоны (выше верхних надстроек судна. Паровые системы предназначены для подвода пара от парогенератора (котлоагрегата) к главным турбинам (система главного пара, вспомогательным механизмами теплообменным аппаратам (система вспомогательного пара. Паропроводы имеют тепловые компенсаторы, арматуру (главный стопорный клапан, паровые задвижки, распределительные коробки. Кроме главной и вспомогательных ЭУ и систем в состав СЭУ входит также дополнительное оборудование, обеспечивающее нормальную ее эксплуатацию, обслуживание и ремонт. К нему относят системы вентиляции МО, шумозащитные выгородки и покрытия, изоляцию нагретых и холодных поверхностей, площадки, трапы, поручни и ограждения, подъемные и транспортные устройства, мастерские и кладовые с запасными частями и материалами. В пропульсивный комплекс помимо пропульсивной установки входит корпус судна. Таким образом, к пропульсивному комплексу относят ГД, главную передачу, валопровод, движитель (обычно гребной винти корпус судна, постоянно (при движении судна) находящиеся в динамическом взаимодействии (смотри рисунок 3.2). 19 Рисунок 3.2. Схема судового пропульсивного комплекса На рисунке 3.2 обозначено N е ГД — эффективная (на выходном фланце) мощность ГД; N e y — суммарная мощность ГЭУ, передаваемая валопроводу (валопроводам) ПУ,; N В у — суммарная мощность, подведенная к движителю, ˄N и ˄n — изменение мощности и частоты вращения (изменение частоты вращения винта влияет на работу ГД, изменение мощности ГД влияет на работу винта Р и Ре упор и полезная тяга гребного винта v — скорость судна R(v) сопротивление воды движению судна (со скоростью у Кр относительная поступь винта, Ре изменение полезной тяги винта. Прежде чем рассматривать взаимосвязь и взаимодействие элементов ПК, кратко охарактеризуем их (кроме уже известных корпуса судна и ГД). В качестве судовых движителей, преобразующих механическую энергию ГД в упор Р часть которого составляет полезную тягу, чаще всего применяют гребные винты, которые могут иметь фиксированный шаг (ВФШ) и регулируемый шаг (ВРШ, обеспечивающие реверс судна при нереверсивном ГД и позволяющие эффективно использовать мощность ГД в условиях плавания, отличающихся от спецификационных). В случае применения ВРШ на линии вала устанавливают механизм изменения шага винта (МИШ). Для мощных ЭУ скоростных судов перспективно применение соосных гребных винтов противоположного вращения. В этом случае и валопроводы выполняют также соосными, расположенными один в другом. На малых судах прибрежного, смешанного плавания, наречных (мелкосидящих) судах, портовых буксирах иногда ставят водометные движители, а на скоростных неводоизмещающих судах с динамическими принципами поддержания (на подводных крыльях СПК, воздушной подушке — СВП) — воздушные винты, реактивные устройства сопла. Судовой водопровод служит для передачи мощности (вращающего момента) от ГД или от главных передач (например, редукторов) к движителями для передачи упора движителя на корпус судна через главный упорный подшипник (ГУП). Валопровод судна обычно состоит из последовательно соединенных упорного, промежуточных, дейдвудного (гребного) валов, упорного, опорных и дейдвудных подшипников, тормозного и валоповоротного устройств, переборочных уплотнений и других элементов. 20 Главные передачи — это механизмы, устройства или системы, предназначенные для передачи судовому валопроводу энергии ГД с преобразованием ее либо без преобразования — в механических передачах. Нередко они также служат для объединения мощности нескольких ГД на один валопровод или для разделения мощности одного ГД на несколько потоков. Наиболее распространенным типом судового движителя, как отмечалось, является гребной винт. Оптимальная частота его вращения п в зависит от водоизмещения, осадки и скорости судна, уменьшаясь с увеличением водоизмещения. Для крупнотоннажных транспортных судов при умеренных и небольших скоростях она составляет 50—100 об/мин. Для контейнеровозов при скоростях v более 10 мс оптимальная частота вращения гребного вала достигает 140 об/мин в связи с относительно малыми диаметрами винтов (5,4—7,2 м. Оптимальной частоте вращения гребного винта соответствует наибольшее значение его КПД цр, которое может достигать 0,70—0,80. Частота вращения валов ГД п а (особенно турбин, при которой достигается наивыгоднейшее соотношение между экономическими и массогабаритными показателями двигателя, а значит, и ЭУ, намного превышает оптимальную частоту вращения винта п в . В таких случаях необходимо включать в линию двигатель — движитель промежуточное звено передачу) с целью трансформации частоты вращения и вращающего момента двигателя. |