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.
|
|
2.2 Показатели СЭУ Мощностные показатели. К абсолютным мощностным показателям относятся суммарная мощность пропульсивной установки, суммарная мощность ГЭУ, передаваемая валопроводам, а также суммарная мощность, подведенная к движителями мощность СЭС, кВт. Показатели энергоэффективности тепловой экономичности) СЭУ следующие — удельный расход топлива, кг/(кВт-ч), — эффективный КПД установки Показатели массы. Масса СЭУ оказывает прямое влияние на основные показатели судна (скорость, дальность плавания, полезное водоизмещение, а также характеризует в определенной мере эксплуатационные свойства СЭУ и степень ее технического совершенства. К абсолютным массовым показателям СЭУ относятся G y c — сухая масса установки, те. масса всех ее элементов без воды, масла и топлива, т G y — масса в рабочем состоянии, те. масса установки, приготовленной к действию (с водой, топливом, маслом в элементах и трубопроводах, т G 3 — масса запасов топлива, масла и технической воды для СЭУ, т G y 3 — полная масса установки с запасами, т, G y 3 — G y + G 3 . Габаритные показатели. Основными габаритными показателями СЭУ являются площадь F mo , ми объем Умом, помещений для механизмов и оборудования и протяженность этих помещений по длине суднам. Помещения СЭУ расположены в основном корпусе судна, в надстройках и рубках. Как правило, при расчете объемно-габаритных показателей СЭУ учитывают в первую очередь площадь помещений. Показатели надежности. Надежность представляет собой свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, которые характеризуют способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования. 21 Надежность — одно из важнейших свойств СЭУ и ее элементов. Понятие надежность включает в себя понятия безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости. Безотказность — свойство СЭУ непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки. Работоспособное состояние — такое состояние СЭУ, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской документации. Нарушение работоспособного состояния СЭУ называется отказом. Различают отказы независимый, зависимый, внезапный, постепенный, перемежающийся, конструкционный, производственный и эксплуатационный. Основными показателями безотказности являются вероятность безотказной работы, средняя наработка до отказа и на отказ, интенсивность отказов и пр. Для ДВС, например, эксплуатационные отказы обусловлены несоблюдением правил технического обслуживания и эксплуатации, перегрузками, несоответствием сорта и качества топлива и масел и пр. Долговечность — свойство СЭУ сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта. Качественными показателями долговечности являются назначенный срок службы и ресурс. Назначенный срок службы — это календарная продолжительность эксплуатации СЭУ, по достижении которой применение СЭУ по назначению прекращается. Ресурсы различают средний, гамма-процентный, назначенный. Например, назначенный ресурс есть суммарная наработка СЭУ, при достижении которой применять СЭУ по назначению запрещается. В терминах показателей долговечности необходимо указывать вид действий после того, как наступило предельное состояние СЭУ: например, средний ресурс до капитального ремонта, полный средний ресурс (срок службы. В срок службы входят продолжительности всех видов ремонтов СЭУ. Под ремонтопригодностью понимается свойство СЭУ, которое состоит в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов и повреждений, а также поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонтов. Сохраняемость представляет собой свойство СЭУ сохранять значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение и после хранения и (или) транспортирования. К показателям сохраняемости относятся средний срок сохраняемости и гамма-процентный срок сохраняемости. Комплексные показатели надежности представлены коэффициентами технического использования, готовности, оперативной готовности, планируемого применения, сохранения эффективности. Маневренностью (маневренными качествами) судна является его способность выполнять маневры (например, трогание с места и быстрый разгон до полного хода, устойчивое движение на малом ходу, быструю циркуляцию, способность судна останавливаться на относительно коротком пути при реверсировании гребного винта с полного хода вперед на полный ход назад, те. иметь малый выбег. Маневренность судна обеспечивается маневренными качествами СЭУ, которые в первую очередь зависят от назначения судна. К ним относят продолжительность подготовки исправной СЭУ к пуску (например, после длительной стоянки продолжительность пуска и последующего разгона установки до полной мощности продолжительность перехода с одного режима на другой продолжительность реверса и возможное число последовательных реверсов мощность установки на заднем ходу и продолжительность работы установки 22 диапазоны возможных режимов работы характеристику передаваемого движителю вращающего момента. Продолжительность подготовки СЭУ к пуску в основном определяется временем, необходимым для равномерного прогрева двигателей, агрегатов, а в случае ПТУ также для подъема давления пара в котлах, и включает в себя проворачивание механизмов, подготовку к действию систем, обслуживающих главные и вспомогательные двигатели и агрегаты. Под реверсом судна понимают изменение направления его движения на противоположное. Реверс ПУ—это изменение направления воспринимаемого корпусом судна упора движителя. Продолжительность реверса характеризуется временем от начала выполнения маневра реверсирования до начала работы движителя в режиме, обеспечивающем изменение направления упора. Продолжительность реверса зависит от инерционных характеристик ПК, от способа реверсирования и режима работы ПК до осуществления реверса. Наиболее тяжелые условия — в случае реверса на полном ходу при полной загрузке судна. Контрольные материалы для проверки усвоения учебного материала 1. Назначение СЭУ. Состав СЭУ? 3. Показатели СЭУ? 4. Мощностные показатели. 5. Показатели массы. 6. Показатели энергоэффективности (тепловой экономичности) СЭУ. 7. Габаритные показатели. 8. Показатели надежности. 23 Лекция №4 Классификация СЭУ. Главные судовые передачи (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 4.1 Классификация СЭУ Общепринятой классификации СЭУ вследствие их большого разнообразия не существует. Однако их различают по основным признакам — роду топлива работающие на органическом (нефть, газ, уголь, синтетические топлива и т. пи ядерном — роду рабочего тела паровые (пари газовые (продукты сгорания органического топлива или нагретый газ — типу ГД: дизельные, паротурбинные, газотурбинные, комбинированные — способу передачи мощности к движителям с прямой (непосредственной, механической редукторной, гидравлической, электрической и комбинированной передачами — числу валопроводов: одновальные и многовальные; — числу ГД, работающих на один вал одномашинные и многомашинные; — способу обеспечения реверса судна с реверсивным ГД; с нереверсивным ГД и реверсредуктором или реверсивной муфтой с нереверсивным ГД и обеспечением заднего хода с помощью ВРШ; — степени автоматизации, способу управления и обслуживания неавтоматизированные и частично автоматизированные СЭУ с местным постом управления и постоянной вахтой в МО; автоматизированные СЭУ с ДАУ, с постоянной вахтой в центральном посту управления (ЦПУ) и периодическим обслуживанием в МО (степень автоматизации А автоматизированные СЭУ с ДАУ, без постоянной вахты в ЦПУ и МО и с периодическим обслуживанием (степень автоматизации А. Дадим некоторые пояснения и дополнения к такой классификации СЭУ. 24 В ДУ главный двигатель — дизель. Это самый экономичный и универсальный в использовании судовой ГД, поэтому он широко применяется. Различают малооборотные дизели — МОД (п Л = = 50-f-350 об/мин), работающие непосредственно на винт (через валопровод — прямая передача, среднеоборотные — СОД (п Л = = 350-=-750 об/мин) с передачей мощности на винт через зубчатую или гидравлическую передачу и высокооборотные — ВОД (яд об/мин) с зубчатой или электрической (через ГЭД) передачей мощности на винт. Совместно с зубчатой передачей дизель образует дизель-редукторный агрегат (ДРА) и сама ДУ в этом случае называется дизель-редукторной (ДРУ). Совместно с электрогенератором дизель составляет дизель-генератор (ДГ) и ДУ называют дизель-электрической. Применение паротурбинного двигателя сопряжено с необходимостью включать в состав, установки паровой котел или парогенератор, в котором за счет сжигания органического углеводородного топлива или за счет тепловой энергии ядерного реактора вырабатывается водяной пар для паровой турбины. На судах применяются тот и другой варианты, чаще первый. Паротурбинные установки могут быть с зубчатой и электрической передачами. В первом случае совместно с зубчатой передачей паровая турбина образует главный турбозубчатый агрегат (ГТЗА), а во втором (совместно с электрогенератором) — главный турбогенератор. На некоторых пароходах (старых, относительно мелких судах портовых буксирах и т. п) применена паровая машина — малоэкономичный морально устаревший и громоздкий ГД, хотя надежный, всережимный. Особенно ценными качествами паровой машины следует считать возможность больших перегрузок по мощности и многократное увеличение вращающего момента при снижении частоты вращения вала, что для некоторых судов, в частности ледового плавания, очень важно и благоприятно. Главный двигатель газотурбинной установки — газотурбинный. В нем необходимое для работы газовой турбины рабочее тело — газ с относительно высокими давлением и температурой — получают за счет теплоты сжигаемого органического топлива. Возможна работа ГТУ и на горячих газах, нагреваемых за счет теплоты ядерного реактора. Газотурбинные установки открытого (незамкнутого) цикла подразделяют на установки с камерами сгорания и со свободно-поршневыми генераторами газа (СПГГ), которые нашли применение только на отечественных лесовозах одной серии. В современных ГТУ энергия на движитель передается посредством зубчатой, гидравлической или комбинированной передач. Агрегат газовая турбина — электрогенератор называют газотурбогенератором. Дизельные установки работают на органическом топливе. Паро- и газотурбинные установки, как отмечалось, могут работать как на органическом, таки на ядерном топливе. Паро- или газотурбинная установка, работающая на ядерном топливе, называется ядерной или атомной и обозначается ЯПУ (АПТУ) или ЯГТУ (АГТУ). Комбинированной СЭУ считается такая, в которой применены два типа ГД (обычно паровая и газовая турбины, а также дизель и паровая турбина) с термодинамически связанными циклами работы, те. когда энергия из одного цикла (контура установки) передается в другой цикл (контур. Например, если с помощью теплоты выпускных газов ГТД генерируется пар для ПТУ, работающей на гребной валили на компрессор ГТД, то СЭУ называется комбинированной газопаротурбинной установкой — ГПТУ (основной цикл — газовый такую установку называют и ГТУ с теплоутилизационным контуром — ТУК. Если основным циклом будетпаровой, а дополнительным — газовый, установка называется 25 комбинированной парогазогурбинной например, выпускные газы высоконапорного парового котла идут в газовую турбину, которая приводит компрессор, подающий воздух в топку котла. К комбинированным СЭУ можно отнести и ДУ с ТУК, мощность паровой турбины которого передается на гребной валили используется для привода электрогенератора (в свою очередь, электроэнергия расходуется на общесудовые потребители и на привод ГЭД). Такую установку можно назвать дизель-паротурбинной. Комбинированные установки применяют с целью повышения КПД СЭУ, те. уменьшения удельного расхода топлива g e , г/(кВт-ч). Так, в ГТУ с ТУК на судах типа Капитан Смирнов» за счет утилизации теплоты ГТД достигнуто повышение мощности СЭУ а значит, пропорциональное снижение g e ) более чем на 20% (достигнутое g c =230 г/(кВт-ч) приближает такие ГТУ по топливной экономичности к ДУ). Установки комбинированного типа применяются в тех случаях, когда судно имеет два ходовых режима, резко отличающихся потребляемой мощностью и продолжительностью. Смешанной установкой иногда называют СЭУ, состоящую из разнотипных ГД с термодинамически несвязанными циклами. В таких установках ГД одного типа (дизель, паровая турбина — маршевые двигатели) обеспечивают длительный экономический хода двигатели другого типа (обычно газотурбинные — форсажные двигатели) — достижение полной (форсированной и относительно кратковременной) скорости. В форсированном режиме могут работать совместно маршевые и форсажные двигатели. В некоторых случаях применяли установки смешанного типа с паротурбинными агрегатами экономического хода и с ГТД, подключаемыми в форсированном режиме. В последнее время отдают предпочтение установкам условного смешанного типа с отдельными ГТД экономического хода и с легкими форсажными ГТД (условного потому, что в СЭУ установлены не разнотипные, а однотипные ГД). Многовальные СЭУ применяют при большой мощности ГД (например, на атомных и дизель-электрических отечественных ледоколах, на скоростных транспортных судах типа Капитан Смирнов»). На современных морских транспортных судах чаще всего устанавливают одновальные СЭУ (дизельные с прямой передачей, дизельные и паротурбинные с зубчатой передачей. 4.2 Установки с различными типами передач Дизельные установки с прямой передачей относятся к числу наиболее распространенных типов судовых ЭУ. На рисунке 4.1 дана схема такой установки. Главный двигатель 7 жестко соединен с промежуточным валом 4. Упорный подшипник 6, воспринимающий упор винта, установлен на линии вала или встроен в кормовом торце ГД. Промежуточный вал покоится на опорных подшипниках 5. Крутящий момент ГД передается гребному валу 2, установленному в дейдвудной трубе 3 с опорными подшипниками, и далее на движитель — гребной винт 1. Рисунок. 4.1 - Схема ДУ с прямой передачей Основные элементы и устройства ДУ с прямой передачей показаны на принципиальной тепловой схеме (рисунок 4.2). Главная ЭУ, состоящая из гребного винта 1, валопровода 2, 26 упорного подшипника 3 и ГД 5, аналогична показанной на рисунке. 4.1. Турбокомпрессор 6 нагнетает воздух в ГД через воздухоохладитель 26, а топливо подается насосом 4. Охлаждение двигателя пресной водой, проходящей через опреснитель 31, обеспечивается насосом пресной воды 30, а смазка — нагнетательным масляным насосом 28. Охлаждение наддувочного воздуха в воздухоохладителе 26, смазочного масла в маслоохладителе 27 и пресной воды в водоохладителе 29 производится забортной водой, подаваемой насосом 25. Аналогичным образом, но обычно автономно осуществляется циркуляция рабочих тел во вспомогательном двигателе 12 с помощью навешенных (реже автономных) насосов пресной воды 13, смазочного масла 14 и забортной воды 17. Охлаждение пресной воды и масла БД происходит в охладителях пресной воды 15 и смазочного масла 16. Рисунок 4.2 - Принципиальная тепловая схема ДУ с прямой передачей Сжатый воздух для пуска ГД подается из баллонов запаса 20, периодически пополняемых электрокомпрессором 19. Выпускные газы ГД из турбокомпрессора направляются в атмосферу через глушитель 9 или (при достаточно большой мощности ЭУ и значительной потребности в паре) могут использоваться для генерирования пара низких параметров в утилизационном парогенераторе 7. Продукты сгорания вспомогательного парогенератора 8 отводятся в атмосферу через дымоход, в котором установлен искрогаситель 10, а от ВД — через глушитель-искрогаситель 11. Питательный насос 24 подает питательную пресную) воду из теплого ящика 23 в УП и ВП. От парогенераторов пар поступает ко всем потребителям, в том числе к турбогенератору 18, откуда отработавший пар сбрасывается во вспомогательный конденсатор 22, через который циркуляционным насосом 21 прокачивается забортная вода. Снабжение судна электроэнергией обеспечивает дизель-генератор 12, а на ходу — также турбогенератор 18. Принципиальная тепловая схема ДУ, показанная на рис. 4.3, в основном характерна и для ДУ с другими типами передач. Дизельные установки с прямой передачей по схемам, показанным на рисунок 4.1 и 4.2, наиболее характерны для транспортных судов всех типов и промысловых судов с прямой передачей мощности на винт. При этом в качестве ГД обычно применяют малооборотный (n ≈ 100 ÷ 150 об/мин), а для судов малого тоннажа — среднеоборотный (n ≈ 250 ÷ 500 об/мин) реверсивный двигатель. Другие возможные схемы судовых ДУ с прямой передачей показаны на рисунке 4.3. Установки с реверсивной муфтой (рисунок 4.3, а) характерны для малотоннажных судов быстроходных и разъездных катеров, СПК, рыболовных сейнеров и малых траулеров, речных судов и др) с нереверсивным средне- или высокооборотным ГД. 27 В послевоенные годы все большее распространение получают ДУ с прямой передачей и ВРШ (рис. 4.3, б. В этом случаев линию вала встраивают механизм изменения шага винта 9. Наибольшее применение ДУ с прямой передачей и с ВРШ получили на промысловых судах, а в последние годы и на транспортных судах практически любого тоннажа. В ДУ с прямой передачей и с ВРШ при работе ГД в режиме n = const широко используются валогенераторы (рис. 4.3, в, так как вырабатываемая при этом электроэнергия удовлетворяет требованиям по допустимым колебаниям частоты тока без применения специальных стабилизирующих устройств. На случай внезапного падения частоты вращения или остановки ГД предусматривают автоматический запуски включение в работу автономного дизель-генератора (горячий резерв) Для бесперебойного питания жизненно важных потребителей. Привод валогенераторов может осуществляться через повышающую зубчатую иди клиноременную передачу 11 и муфту 12, либо от свободного конца вала ГД, через передачу или непосредственно (при повышенной частоте вращения двигателя. Рисунок 4.3 - Возможные схемы ДУ с прямой передачей ас реверсивной муфтой б - с ВРШ; в - с ВРШ и ВГ; гс разобщительной муфтой 1 - ВФШ; 2 - гребной вал 3 - дейдвудное устройство 4 - промежуточный вал 5 - опорные подшипники 6 - реверсивная муфта 7 - ГД; 8 - ВРШ; 9 - МИШ; 10 - упорный подшипник 11 - текстропная передача 12 - эластичная разобщительная муфта 13 - ВГ 28 В ряде специальных случаев (при необходимости разобщения ГД и винта, большой длительности режимов дрейфа, при установке ГД на амортизаторах и др) применяются ДУ с прямой передачей и эластичной разобщительной муфтой (рисунок 4.3, г. Упорный подшипник 10 при этом устанавливается в корму от муфты 12. Двухвальные ДУ с прямой передачей применяются наречных судах, судах с ограниченной осадкой, на пассажирских теплоходах, паромах, буксирах. В двухвальных ДУ на переднем ходу гребные винты вращаются в наружную сторону - к бортам (если смотреть внос, что улучшает условия работы винтов и повышает их безопасность в ледовых условиях или в загрязненных бассейнах. В случае затруднений с размещением винтов в кормовом подзоре может применяться веерное расположение валопроводов, а при необходимости их заглубления - расположение с уклоном в корму. Трехвальные ДУ с прямой передачей имеют ограниченное применение, например на крупнотоннажных контейнеровозах при скорости до 25-30 уз и суммарной мощности ЭУ более 45-50 тыс. кВт. Четырехвальные ДУ с прямой передачей на гражданских судах практически не применяются. Энергетические установки с непосредственной передачей на винт от реверсивного двигателя, получили наибольшее распространение на промысловых судах. Они используются на средних и больших траулерах, больших сейнерах, транспортных рефрижераторах, плавбазах. В таких энергетических установках коленчатый вал главного двигателя жестко соединен через систему валов с гребным валом. Гребной винт в этом случае имеет туже частоту, что и вал главного двигателя. Другая схема непосредственной передачи от реверсивного двигателя показана на рисунке а. С маховиком 8 двигателя 9 непосредственно соединен короткий упорный вал 6, снабженный откованным заодно с ним упорным гребнем. Упорный вал лежит в упорном подшипнике 7, воспринимающем осевое усилие гребного винта. Корпус упорного подшипника неподвижно и прочно прикреплен к набору судна. Упорный вал при помощи фланцев соединяется с промежуточным валом, состоящим из одной или нескольких частей 4, лежащих в опорных подшипниках 5. Промежуточный вал соединен с гребным валом 3, который вращается в дейдвудной трубе 2. На конце гребного вала укреплен гребной винт 1. Установка такого типа применена на БМРТ типа «Маяковский», СРТМ типа Маяк, плавбазах типа Пионерски других судах. На серии новых супертраулеров (РТМС) типа Прометей с главным двигателем 8ZD72/48 мощностью 2680 кВт (3880 л. с) при частоте вращения 214 об/мин в линию валопровода установки вмонтирован валогенератор, постоянно вырабатывающий энергию для судовых нужд. Известно, что КПД гребного винта, работающего на номинальном режиме, в значительной степени зависит от частоты вращения с увеличением частоты вращения КПД уменьшается. Поэтому в установках большой и средней мощности с непосредственной передачей мощности на гребной винт применяются главные двигатели с частотой вращения от 100 до 360 об/мин. Сточки зрения КПД непосредственная передача наиболее выгодна, поскольку потери в ней при передаче мощности минимальны. Достоинством непосредственной передачи является, также ее высокая надёжность. Мощность главных двигателей флота рыбной промышленности в установках с такой передачей, находится в пределах 220 - 8830 кВт (300—12000 л. с. ТО в СЭУ главный двигатель-дизель. Это самый экономичный и универсальный в использовании судовой ГД, поэтому он широко применяется на промысловых судах. 29 Различают малооборотные дизели - МОД (100 - 350 об/мин.), которые используются в непосредственных передачах (ППР, РТМ-С); среднеоборотные двигатели - СОД - с числом оборотов 350 - 750 об/мин., которые применяются с передачей мощности на винт через зубчатую или гидравлическую передачи. Например, на СЧС-225(сейнер) ГД 6ЧНСП 18/22 при 750 об/мин. при передаточном отношении 2, те. гребной винт имеет 375 об/мин.; высокооборотные - ВОД -двигатели n=750 - 1500 об/мин. с зубчатой или электропередачей (ЗД6-6ЧСП 15/18, 110 кВт (150 л.с.). Расположение и количество механизмов в машинном отделении крупного промыслового судна типа ППР «Рембрант» представлено на рисунке 4.5 ГД «Зульцер» 8ТАД-48 2206 кВт (3000 л.с.) при 225 об/мин. с прямой передачей мощности на винт. |