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.
|
|
4.3 Энергетическая установка с дизель-редукторной передачей Эта установка имеет в своем составе, как правило, два главных двигателя, от которых мощность передается на один винт через редуктор. Передаточное отношение редукторов 1:2; 1:4 позволяет использовать двигатели с повышенной частотой вращения. Редукторы в таких установках только снижают частоту вращения коленчатого вала задний ход обеспечивается путем реверсирования двигателя или с помощью ВРШ. Схема дизель-редукторной передачи приведена на рисунке 4.4. Коленчатые валы двух главных двигателей 5 через муфты 4 соединены с первичными валами редуктора. Редуктор представляет собой одноступенчатую зубчатую передачу. Шестерни 3 и 6 вращают большое зубчатое колесо, соединенное с валопроводом 2 и гребным винтом 1. В редуктор вмонтирован упорный подшипник валопровода. Благодаря наличию редукторной передачи частота вращения гребного вала может быть снижена до величины, обеспечивающей высокий КПД гребного винта. Рисунок 4.4 - Схема дизель-редукторной передачи В качестве муфт применяются индукционные или гидравлические муфты, допускающие скольжение, что обеспечивает быстрое отключение валопровода от коленчатых валов, отключение одного из двигателей при неисправностях, а также предохраняет шестерни редуктора от резких ударов при включении передачи. Дизель-редукторная передача в настоящее время широко применяется в установках с двумя среднеоборотными главными двигателями французской фирмы «Семт-Пилстик». Эти двигатели четырехтактные, тронковые, с образным расположением цилиндров, с газотурбинным наддувом, с числом цилиндров от 12 до 16. Все двигатели этого типа (PC-2V-400) имеют одинаковые размеры цилиндров и хода поршня. Их цилиндровая мощность 342 кВт (465 л. с) при частоте вращения 500 об/мин. 30 4.4 Энергетические установки с дизель-электрической передачей Такие установки получили применение главным образом на судах, имеющих мощное рыбообрабатывающее оборудование на борту (производственные рефрижераторы, консервные траулеры, где требуется гибкое перераспределение энергии вырабатываемой энергетической установкой на переходах — максимальное использование вырабатываемой энергии для нужд движения судна, а ан промысле — обеспечение работы промысловых и рыбообрабатывающих механизмов. Такую возможность обеспечивает энергетическая установка с электрической передачей. Схема электрической передачи показана на рисунке 4.7. Рисунок 4.7 - Схема электрической передачи В машинных отделениях судов с дизель- электрической передачей устанавливаются агрегаты, состоящие из дизелей 5 и приводимых ими в движение генераторов 4 электрического тока. Гребной винт 1 в этой передаче приводится в действие электродвигателем 2, который получает энергию через распределительный щит 3. Механическая работа главных двигателей 4 в такой передаче превращается в электрическую энергию, которая затем преобразуется в механическую работу в гребном электродвигателе 2 для привода гребного винта. Такое двойное превращение энергии, естественно, уменьшает КПД передачи. Электрическая передача получила распространение наряде производственных рефрижераторов и консервных траулеров благодаря следующим достоинствам - возможности маневрирования числом работающих дизель-операторов, что позволяет использовать их полностью или частично в зависимости от потребностей в энергии - легкому осуществлению реверса при помощи электрических переключателей или ВРШ, что позволяет управлять гребной установкой с мостика - возможности размещения энергетической установки независимо от гребных валов отсутствие промежуточных валов и их туннелей - возможности использования главных генераторов для получения тока, питающего вспомогательные механизмы. К недостаткам электрического привода относятся невысокий КПД, сложность оборудования и необходимость увеличения численности обслуживающего персонала (кроме механиков необходимы еще электромеханики высокая первоначальная стоимость. Установка, изображенная на рисунке 4.7, является установкой сединой электроэнергетической системой. Дизель-генераторы в этом случае не делятся на главные и вспомогательные. Вырабатываемая ими энергия в зависимости от режима эксплуатации судна распределяется через распределительный щит между гребной электрической установкой и другими потребителями. По такой схеме работают энергетические установки траулеров типа Север, промыслово- производственных рефрижераторов типа Алтай и консервных рыболовных траулеров типа Наталия Ковшова». Существуют дизель-электрические суда, которые имеют главные и вспомогательные дизель-генераторы, те. гребная электрическая установка и судовая вспомогательная, электростанция в этом случае автономны. 31 В зависимости от рода тока энергетические установки с дизель-электрической передачей могут быть постоянного тока (промысловый рефрижератор типа Дружба) и переменного тока (промысловые рефрижераторы типов Алтай, Зеленодольск. Более широкое использование переменного тока в современных дизель-электрических установках объясняется компактностью, простотой конструкции и обслуживания генераторов, электродвигателей и другого оборудования переменного тока по сравнению с оборудованием постоянного тока. Энергетические установки с реверс-редукторной передачей на гребной винт от нереверсивного двигателя. Этот вид установок используется на малотоннажных промысловых судах средних и малых сейнерах, малых траулерах и приемотранспортных судах с мощностью главного двигателя 60-140 кВт (80 - 200 л. е. Схема машинного отделения с такой энергетической, установкой среднего черноморского, сейнера изображена на рисунке 4.8. Рисунок 4.8 - Схематический план машинного отделения морского промыслового судна Главный двигатель 8 (дизель мощностью 110 кВт) вращает гребной винт 1. Передача мощности от двигателя квинту осуществляется валопроводом. Он состоит из отдельных валов промежуточного 24 и дейдвудного, или гребного, 26, соединенных между собой фланцами 3. Промежуточный вал расположен в опорных подшипниках 4, а дейдвудный вал — в дейдвудных подшипниках 2, которые установлены в дейдвудной трубе 25. На конце дейдвудного вала закреплен гребной винт 1. Коленчатый вал двигателя соединен с валопроводом через реверс- редуктор 21, при помощи которого изменяется направление вращения валопровода и гребного винта. В корпусе реверс-редуктора расположен упорный подшипник. Он воспринимает давление, создаваемое гребным винтом. Для обеспечения энергией судовых вспомогательных и промысловых механизмов — насосов, лебедок, сетеподъемных машин в машинном отделении у правого борта размещен вспомогательный двигатель 17 (дизель мощностью 14 кВт, который приводит в действие электрогенератор. С левого борта установлен пожарный насос 9 с приводом от электродвигателя. В носовой части расположен осушительный насос 12, откачивающий воду из трюма и приводимый в действие непосредственно от главного двигателя. Запускается главный двигатель электростартером. Для питания электростартера и для освещения помещений предусмотрены аккумуляторы, расположенные в шкафу 22 по правому борту. В случае выхода из строя электростартера главный двигатель может быть пущен вход сжатым воздухом, который хранится в баллонах 20. Сжатый воздух используется и для других нужд. Запас его может 32 быть пополнен компрессором 19. У кормовой переборки находятся распределительный щит 23 судового электрохозяйства, котел водяного отопления 6 и угольный бункер 5. По бортам размещены цистерны основного запаса топлива 7 и 18, масляная 14 и расходная топливная 16. У носовой переборки установлен расходный масляный бак 11. Рядом с цистернами размещены ручные насосы 10 — для воды, 13 — для масла, для топлива. Для осуществления манёвров и реверса ГД маломерник судов изготовляется вместе с реверс- редукторами, с помощью которых можно изменять направление вращения гребного вала и уменьшать его частоту вращения. В конструкцию реверс-редуктора входит и разобщительное устройство. На рисунке 4.9 приведена схема двухдискового реверс-редуктора. Ведомый вал 11 редуктора соединен с промежуточным или упорным валом валопровода. Навалу заклинена Шестерня 12, которая сцепляется через шестерню 10 с шестерней 5, сидящей навалу, и с шестерней 7, сидящей на пустотелом валу 13. Шестерня 10 является паразитной и служит для сохранения направления вращения шестерни 8. Вал 9 входит внутрь вала 13, и оба они могут вращаться независимо. Рисунок 4.9 - Схема двухдискового реверс-редуктора Валы 13 и 9 имеют диски 3 и 15. Между ними помешается третий диск 4, который вращается вместе с корпусом 2, соединенным фланцем 1 с коленчатым валом двигателя. На рисунке 4.10 представлен продольный разрез реверс-редуктора двигателя 2ЧСП 10,5/13, работающего по приведённой выше схеме с передаточным числом 1:1,35 на задний ходи на передний ход. Номера позиций на рисунке 4.9 те же, что и на рисунке 4.10. При перемещении вправо диск 4 входит в сцепление с диском 15 и приводит его во вращение, а вместе с ним через шестерню 12 и вал 11 (передний ход. При перемещении влево диск 4 входит в сцепление с диском 3 и вместе с ним приводит во вращение вал 9. Вращение вала 9 передается ведомому валу 11 через шестерни 8 и 10. Направление вращения будет таким же, как и вала 9, те. обратным направлению вращения щестерни 12 (задний ход. Положение стоп соответствует среднему положению диска 4. В положении стоп коленчатый вал двигателя продолжает вращаться, а гребной вал будет остановлен. Передвижение нажимного диска 4 осуществляется рычагом переключения 5 с помощью муфты переключения 6 рычажного механизма 14. Достоинством реверс-редукторов данной схемы является возможность длительной их работы на заднем ходу. 33 К недостаткам следует отнести ограниченность величины передаваемого крутящего момента, а также необходимость весьма точного монтажа дисков в корпусе. Малейший перекос дисков может привести к их перегреву и заеданию. Для передачи больших крутящих моментов применяют реверс-редукторы с гидравлическим или пневматическим управлением. Маневрирование такими установками может осуществляться с дистанционных автоматизированных пультов. Рисунок 4.10 - Продольный разрез двухдискового реверс-редуктора 4.5 Энергетические установки с винтами регулируемого шага На всех современных средне- и крупнотоннажных промысловых судах в качестве движителей установлены винты регулируемого шага (ВРШ). Это обусловлено рядом преимуществ ВРШ перед винтами фиксированного шага (ВФШ). Гребные винты фиксированного шага могут использовать полную мощность двигателя только на одном режиме движения. На всех других режимах такие винты работают с меньшим КПД, не используя полную мощность машины. Винт фиксированного шага подбирают для судна таким образом, чтобы внешняя и винтовая характеристики пересекались в точке А, которая должна соответствовать номинальному режиму двигателя, те. при номинальной частоте вращения вся мощность, которую дает двигатель (и которую гарантирует завод-изготовитель), должна потребляться гребным винтом. Промысловое судно не может постоянно работать в каком-то одном режиме. Например, при буксировке трала, движении против ветра или обрастании корпуса сопротивление движению судна и мощность, потребляемая гребным винтом, при тех же частотах вращения возрастают. В этих условиях винт становится, как принято говорить, гидродинамическим 34 тяжелым. Зависимость в этом случае между мощностью, потребляемой винтом, и частотами его вращения выразится линией 2. Если по-прежнему эксплуатировать двигатель с номинальной частотой вращения (пп), то винт, будет потреблять мощность №1 (точка С, намного превышающую номинальную, те. двигатель будет перегружен. В этом случае необходимо снизить частоту вращения до пт и эксплуатировать двигатель на мощности NT, те. ниже номинальной, что экономически невыгодно. Действительно, при тралении, когда требуются наибольшие тяговые усилия, двигатель не даст мощность, гарантируемую заводом-изготовителем. При плавании в балласте или по ветру гребной винт будет потреблять при номинальной частоте вращения мощность меньшую, чем номинальная мощность двигателя (точка D). В этих условиях винт окажется гидродинамически легкими винтовая характеристика расположится ниже расчетной, те. двигатель окажется недогруженным на величину AD. Таким образом, винт фиксированного шага не позволяет эффективно использовать энергетические возможности главного двигателя во всех условиях плавания судна, что является основным его недостатком. Главные двигатели промысловых судов около 80 % времени работают в режимах, отличных от номинальных, атак как на этих режимах винты фиксированного шага не могут эффективно использовать энергетические возможности главного двигателя, на современных промысловых судах устанавливают винты регулируемого шага (ВРШ). Сущность ВРШ состоит в том, что его лопасти с помощью специального приводного механизма могут поворачиваться, те. изменять величину своего шага на ходу судна в процессе работы двигателя от положения, соответствующего полному переднему ходу, до положения, отвечающего заднему ходу. Изменять скорость хода судна при наличии ВРШ можно регулированием шага винта путем поворота лопастей. При этом частоту вращения главного двигателя не изменяют. В необходимых случаях лопасти можно развернуть на такой угол, при котором действительный шаг гребного винта станет равным нулю и, несмотря на работу двигателя и вращение гребного вала, судно будет стоять на месте. Винты регулируемого шага позволяют регулированием положения лопастей изменять скорость хода от номинальной до максимальной, что очень важно для выполнения различных промысловых операций и наиболее эффективного использования мощности двигателя. Применение таких винтов меняет системы управления и обслуживания энергетических установок, исключает необходимость частых пусков и реверсов, в результате чего увеличивается ресурс главных двигателей и появляется возможность отказаться от системы непосредственного реверсирования дизеля и реверс-редукторов. Контрольные материалы для проверки усвоения учебного материала 1. Энергетическая установка с непосредственной передачей мощности на винт, преимущества и недостатки. 2. Энергетическая установка с дизель-редукторной передачей, преимущества и недостатки. 3. Энергетические установки с ВРШ, их преимущества и недостатки. 4. Главные судовые передачи, классификация, назначение 35 Лекция №5 Состав и классификация судовых дизельных энергетических установок (2 часа) Цель занятия занятия направлены на формирование компетенций: ПК-5. Способен выполнять безопасные и аварийные процедуры эксплуатации механизмов двигательной установки, включая системы управления (З, З, У, У, У, ВПК 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 5.1 Состав судовых дизельных энергетических установок На органическом топливе работают СЭУ всех типов, те. дизельные, паро- и газотурбинные, комбинированные и смешанные. Представление о составе СДУ можно получить из рисунке 2.2, где показана дизельная установка с прямой (непосредственной) передачей мощности от МОД на гребной винт, с утилизацией теплоты, вспомогательными котельной и водоопреснительной установками, судовой электростанцией и основными системами, обслуживающими ГД. Такой состав (с теми или иными различиями, дополнениями, особенностями, связанными с типом ГД и передачи и т. п) имеют большинство ДУ относительно крупных судов. Распространенные на судах дизельные ЭУ разнообразны, их состав зависит от типа судна и применяемого ГД, способа передачи энергии на гребной вал, осуществления реверса судна и т. п. Простейшая принципиальная схема СДУ представлена на рисунке 5.1. Главный двигатель 5, обслуживаемый рядом систем 20—24 топливной, масляной, охлаждения, пуска, управления, через валопровод 2 передает мощность на гребной винт 1, с помощью которого судно движется (или совершает различные маневры. В состав СЭУ могут входить утилизационная установка 7, работающая на выпускных отходящих) газах 6, с помощью которой вырабатывается либо механическая энергия, 36 передаваемая на гребной вали винт, либо электроэнергия для снабжения судовых электропотребителей, либо водяной пар для судовых нужд (чаще одновременно и электроэнергия, и пар для теплоснабжения. Кроме того, в состав СЭУ входят вспомогательная котельная установка 9, судовая электростанция (СЭС) 11, водоопреснительная установка 16 и др. Рисунок 5.1 - Простейшая принципиальная схема СДУ: 1 — гребной винт 2 — валопровод; 3 — топливо 4 — воздух 5 — ГД; 6 — выпускные газы 7— утилизационная установка 8 — глушитель (искрогаситель 9 — вспомогательная котельная установка 10 — пар 11 — СЭС 12, 13, 14 — подвод электроэнергии к непоказанным на схеме потребителям холодильной машине, кондиционерам, вентиляторам, компрессорам, насосам МО и общесудовых систем, палубным механизмам 15 — опресненная вода 16 — водоопреснительная установка 17 — подвод энергии 18 — подвод морской воды 19 — подвод электроэнергии к механизмам систем СЭУ; 20 — система автоматизации регулирования и управления 21 — система сжатого воздуха (для пуска и реверса 22 — система охлаждения 23 — масляная система 24 — топливная система 37 |