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.
|
|
5.2 Классификация судовых дизельных энергетических установок Единой и общепринятой классификации судовых ДУ не существует ввиду огромного разнообразия энергетических установок теплоходов. Чаще всего главные ЭУ классифицируются последующим основным признакам. По типу главных двигателей 1. Однотипные, имеющие в своем составе только дизели. Чисто дизельные установки в свою очередь различаются по типу главных дизелей - с малооборотными, среднеоборотными, дизелями повышенной оборотности или высокооборотными. 2. Комбинированные, устанавливаемые на некоторых судах специального назначения. Наибольшее применение находят дизель-газотурбинные установки (ДГТУ), в которых главные дизели (маршевые) обеспечивают малый и средний ход (маршевая установка, а ускорительная газовая турбина — полный ход (форсажная установка. Строго говоря, к числу комбинированных можно отнести все дизель-электрические установки. По типу передачи мощности на движитель 1. ДУ с прямой (непосредственной) передачей мощности ГД на винт. 2. ДУ с преобразованием энергии или крутящего момента ГД, которое может проявляться в изменении направления момента (изменение направления вращения, изменении зависимости крутящего момента от частоты вращения (трансформация, а также в суммировании (или разделении) мощности главных двигателей. ДУ с преобразованием крутящего момента подразделяются в зависимости от типа главной передачи наследующие а) ДУ с редукторной передачей (дизель-редукторные установки б) ДУ с реверсредукторной передачей (установки малой мощности в) ДУ с гидравлической передачей 1) с гидромуфтами и гидротрансформаторами; 2) с гидравлическим насосом, приводимым дизелем, и гидромотором, работающим на гребной винт 3) с гидравлическим насосом и приводом от дизеля и с водометным движителем г) ДУ с электрической передачей (дизель-электрические установки) с главными дизель- генераторами и гребными электромоторами д) ДУ скомбинированными (смешанными) передачами, например редукторной и дизель-электрической (редукторная передача между электродвигателем и движителем, редукторной и гидравлической. По числу гребных валов 1. Одновальные ДУ, которыми оборудована значительная часть грузовых транспортных судов морского и речного флотов. 2. Многовальные ДУ, среди которых наибольшее применение нашли двухвальные и реже трехвальные установки. По числу главных двигателей, работающих на один вал 1. Одномашинные ДУ. 2. Многомашинные ДУ, из которых наиболее широко применяются установки с двухмашинными, реже с трех- и четырех - машинными дизель-редукторными агрегатами. По типу движителя 1. ДУ с гребными винтами фиксированного шага 2. ДУ с гребными винтами регулируемого шага 3. ДУ с соосными гребными винтами противоположного вращения 4. ДУ с крыльчатым движителем 5. ДУ с водометным движителем 38 По способу обеспечения реверса судна 1. ДУ с реверсивным ГД 2. ДУ с нереверсивным ГД, с реверс-редуктором или реверсивной муфтой 3. ДУ с нереверсивным ГД и обеспечением заднего хода с помощью ВРШ По степени автоматизации, способу управления и обслуживания 1. Неавтоматизированные и частично автоматизированные ДУ с местным постом управления и постоянной вахтой в МО 2. Автоматизированные ДУ с дистанционным автоматическим управлением (ДАУ), постоянной вахтой в центральном посту управления (ЦПУ) и периодическим обслуживанием в МО (степень автоматизации А по Правилам Регистра СССР) 3. Автоматизированные ДУ с ДАУ, без постоянной вахты в ЦПУ и МО и с периодическим обслуживанием (степень автоматизации А. По способу крепления ГД к корпусу судна 1. ДУ с ГД и передачами, жесткозакрепленными на судовом фундаменте. 2. ДУ с амортизированными ГД и другими агрегатами. По способу обеспечения судна электроэнергией 1. ДУ с автономными дизель-генераторами. 2. ДУ с валогенераторами и автономными дизель-генераторами. 3. ДУ с утилизационным турбогенератором и автономными дизель-генераторами. 4. ДУ сединой электроэнергетической системой. Установки сединой электроэнергетической системой, в которых главная ЭУ используется как для движения судна, таки для снабжения его электроэнергией, применяются на судах с электродвижением. Контрольные материалы для проверки усвоения учебного материала 1. Классификация СДУ по способу передачи мощности на винт. 2.Классификация СДУ по типу главных двигателей 3. Классификация СДУ по способу обеспечения реверса судна 4. Классификация СДУ по типу движителя 5. Классификация СДУ по степени автоматизации, способу управления и обслуживания 39 Лекция №6 Системы СЭУ с судовыми дизельными установками. Энергетический баланс 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 6.1. Назначение и классификация Системы СЭУ объединяют главные и вспомогательные механизмы в единый энергетический комплекс. Системой СЭУ называется совокупность специализированных трубопроводов с механизмами, аппаратами, устройствами и приборами, предназначенными для выполнения определенных функций, обеспечивающих нормальную эксплуатацию СЭУ. Иногда ее называют механической системой (в отличие от общесудовой). В общем случаев состав системы входят трубопроводы (трубы, фасонные части, арматура, соединения, компенсаторы, аппараты (очистные, теплообменные, различного назначения, устройства, емкости (цистерны, баки, баллоны, ящики) и приборы (манометры, вакуумметры, термометры, расходомеры. К очистным аппаратам относятся фильтры грубой и тонкой очистки, фильтрационные установки, центробежные и статические сепараторы, отделители. Теплообменные аппараты по назначению подразделяются на подогреватели, охладители, испарители и конденсаторы. К аппаратам различного назначения относятся глушители шума на входе в двигатели и механизмы и выходе из них, искрогасители выпускных газов судовых двигателей, конденсато-отводчики, дроссельно-увлажнительные и гомогенизаторы. В конкретную систему может входить только часть перечисленного оборудования. Системы СЭУ классифицируют по назначению (а значит, и по рабочей среде топливные, масляные, водяного охлаждения (забортной и пресной водой, воздушно-газовые подвода воздуха для горения топлива, сжатого воздуха, газовыпуска, дымоходы судовых 40 котлов, конденсатно-питательные и паровые. Паровая система, например, включает в себя ряд трубопроводов главного, отработавшего и вспомогательного пара, продувания котлов, уплотнения и отсоса пара и др. Системы одного наименования могут отличаться по составу, если они предназначены для обслуживания различных двигателей. Кроме того, в различных СЭУ некоторые системы могут отсутствовать. Например, СЭУ всех типов снабжены системами топливной, масляной, охлаждения, пускового воздуха, воздухоприемной и газовыпуска. Паросиловые установки, кроме указанных, оборудуют специальными системами конденсатно-питательной, главного пара и др. 6.2. Топливные системы Топливные системы предназначены для приема, хранения, перекачивания, очистки, подогрева и подачи топлива к двигателями котлам, а также для передачи топлива на берег или на другие суда. В связи с обширностью выполняемых функций топливная система может быть подразделена наряд самостоятельных систем. Кроме того, часто в СЭУ используют несколько сортов топлива ив этом случае предусматривают самостоятельные трубопроводы для каждого из видов топлива, например дизельного, тяжелого, котельного. Все это усложняет систему. Приемоперекачивающий трубопровод выполняет следующие функции прием топлива с берега или с другого судна выдача топлива на берег или на другое судно размещение топлива по запасным цистернам перекачивание топлива между цистернами подачу топлива в отстойные или расходные цистерны. Указанные операции могут осуществляться одновременно с подачей топлива к двигателями котлам. Кроме того, приемоперекачивающий трубопровод имеет и другое, вспомогательное назначение. Его используют для выравнивания крена и дифферента судна при выполнении грузовых операций ив аварийных ситуациях. Прием топлива на судно осуществляется с помощью внесудовых средств с береговых или плавучих бункеровочных баз. Для этого на главной палубе или под нею прокладывают постоянный трубопровод с приемными отростками, выведенными к обоим бортам в специальные приемные станции, отделенные от других помещений. Как правило, приемные станции размещают в средней части судна вблизи устройства для приема жидких грузов, а на танкерах — в районе грузовых станций. Станции приема топлива оборудуют фильтром предварительной очистки (или грязевой коробкой, измерительным устройством (нефтемером), а также термометрами и манометрами. Топливо подают на судно по шлангам, плотно соединенным с патрубками системы с помощью специального замка, струбцин или штуцеров. Топливо может быть принято с любого борта. Время приема полного запаса топлива не должно превышать 6—10 ч, а интенсивность приема 50—100 т/ч, в зависимости от водоизмещения судна. В связи с дефицитностью дизельного топлива и трудностями, возникающими при сжигании тяжелых сортов топлива, в некоторых двигателях применяют топливные смеси. Топлива смешивают вовремя приема их на судно или при эксплуатации СЭУ с помощью специальной установки. 6.3. Масляные системы Масляные системы предназначены для приема, хранения, перекачивания, очистки и подачи масла к местам охлаждения и смазки трущихся деталей механизмов, а также для передачи его на другие суда и на берег. В зависимости от основного назначения различают масляные трубопроводы приемоперекачивающий, циркуляционной смазочной системы, сепарирования масла, дренажный, подогрева масла. Циркуляционные масляные системы подразделяют, в свою очередь, на напорную, гравитационную и напорно-гравитационную. Кроме замкнутых циркуляционных применяют системы линейного типа, в которых масло подается только к объектам смазки и обратно в систему не возвращается (смазка поверхностей цилиндров ДВС и компрессоров. В линейных системах специальное 41 высоковязкое цилиндровое масло по трубопроводу направляется к многоплунжерным насосам (лубрикаторам), которые приводятся в действие от обслуживаемого ими двигателя. Под давлением 5— 8 МПа лубрикаторы подают масло к невозвратным клапанам, установленным в местах смазки (на цилиндрах. Основным оборудованием, входящим в масляную систему, являются насосы, фильтры, сепараторы, охладители и подогреватели. Применяемые насосы по конструкции бывают шестеренными (при небольшой подаче) и винтовыми (при большой подаче. Прием на судно масла, как и топлива, производится по приемо-перекачивающему трубопроводу закрытым способом (по шлангам) внесудовыми средствами через наливные палубные втулки или приемные патрубки, расположенные в станциях приема топлива и масла. Через эти же патрубки производится выдача масла осуществляют обычно в течение 50—70 % времени работы ГД. Наиболее сложные циркуляционные масляные системы имеют судовые установки с МОД. Обычно они включают несколько самостоятельных систем напорную — для смазки механизма движения и для охлаждения поршней гравитационную — для смазки газотурбонагнетателя; линейную — для смазки цилиндров напорную для смазки механимов привода топливных насосов и системы газораспределения. Последнюю выполняют отдельной, чтобы предотвратить попадание топлива в масло основной циркуляционной системы. 6.4. Системы охлаждения Системы охлаждения предназначены для отвода теплоты от различных механизмов, устройств, приборов и рабочих сред в теплообменных аппаратах. Рабочими средами в СЭУ бывают забортная и пресная вода, масло, топливо и воздух. Вода по сравнению с другими охлаждающими средами имеет большую теплоемкость и при скорости 0,5—2,5 мс высокие коэффициенты теплоотдачи. Это легкодоступная охлаждающая среда, которая широко применяется в установках всех типов. Однако вводе содержатся растворимые соли, микроорганизмы и другие примеси, которые при нагревании выпадают в осадок. Особенно много солей и примесей в морской забортной воде, поэтому ее подогрев в теплообменных аппаратах выше 45 С нежелателен. При необходимости нагрева охлаждающей среды вышеуказанной температуры на судах применяют двухконтурные системы охлаждения с использованием в высокотемпературном контуре другого теплоносителя, например пресной воды. Пресная вода допускает нагрев в системах охлаждения при атмосферном давлении до 80—90 С, а при повышенном — и более. Пресная вода, циркулирующая во внутреннем контуре, проходит предварительную обработку с целью снижения солесодержания, жесткости и удаления различных примесей. В нее вводят ингибиторы — замедлители коррозии. В СЭУ наибольшее распространение получили системы охлаждения забортной водой. Этой водой охлаждают главные и вспомогательные конденсаторы паровых турбин, охладители пресной воды ДВС, маслоохладители циркуляционных систем смазки редукторов, ДВС, ТЗА и ГТД, компрессоры, подшипники судового валопровода и другие элементы СЭУ. Атмосферный воздух, применяемый в качестве охлаждающей среды, имеет теплоемкость по сравнению с водой примерно в четыре раза меньшую, в связи с чем в системах охлаждения требуются его увеличенное количество и подача со скоростью до 10 мс и более. Это создает определенные неудобства вследствие повышенного расхода энергии на привод нагнетателей воздуха. Поэтому воздух в качестве охлаждающей среды применяется только в тех случаях, когда жидкие охлаждающие среды использовать затруднительно (в электродвигателях и электрогенераторах. В системах водяного охлаждения забортная вода поступает через кингстонные ящики. В соответствии с требованиями Регистра России в каждом МО должно быть не менее двух кингстонных ящиков циркуляционной или охлаждающей воды, через которые можно принять забортную воду при любых условиях эксплуатации. Как правило, один кингстонный ящик размещают в двойном дне, а другой — у борта. Их оборудуют устройствами для подачи пара давлением 0,5 МПа, горячей воды и сжатого воздуха (р = 0,3 МПа, применяемых для 42 подогрева воды в ящиках и для продувания приемных решеток. Кроме того, в верхней части кингстонного ящика предусматривается трубопровод для отвода воздуха, попавшего вместе с водой. На судах ледового плавания прием забортной воды в систему охлаждения осуществляют через ледовые ящики. Попадающие в ящик вместе с водой частички льда (шуга) всплывают наверх. Приемный кингстон установлен в нижней части ящика, обеспечивая тем самым надежный прием воды. Для растапливания частичек льда, попавших в ледовый ящик, к нему подводят по рециркуляционному трубопроводу часть подогретой воды из системы охлаждения. Отвод охлаждающей воды за борт осуществляется через невозвратно-запорные клапаны. Для того чтобы нагретая вода в системе охлаждения при отводе не попадала в приемные отверстия, последние располагают внос от отливных. Наиболее сложные системы охлаждения в ДУ, обычно двухконтурные (пресной и забортной водой. Отдельные узлы ГД охлаждаются маслом и топливом. В зависимости от рода жидкости, охлаждающей цилиндры, поршни и форсунки двигателя, различают следующие системы с охлаждением цилиндров, поршней и форсунок пресной водой с охлаждением цилиндров и форсунок пресной водой, а поршней — маслом с охлаждением цилиндров пресной водой, поршней — маслом, а форсунок — топливом. В этих системах охлаждение пресной воды и масла осуществляется забортной водой в водо- и маслоохладителях. Температура забортной воды па выходе не должна превышать 55 С, чтобы из нее не выпадали соли и не осаждались на стенках теплообменных поверхностей в виде накипи. Температура пресной охлаждающей воды поддерживается на входе в двигатель не ниже 55 Сана выходе не более 60—75 Св главных малооборотных ДВС и 75—85 Св главных среднеоборотных и вспомогательных двигателях. 6.5. Воздушно-газовые системы Система подачи воздуха для горения топлива служит для подачи воздуха в топки паровых котлов, к дизелями ГТД. Расходы воздуха для сгорания топлива в СЭУ различных типов неодинаковы. При одной и той же мощности ГД наименьшее количество воздуха потребляют ПТУ, несколько большее-—дизели и наибольшее — ГТД. Система газовыпуска СЭУ служит для отвода продуктов сгорания от главных и вспомогательных двигателей и котлов. В ее состав входят газовыпускные трубопроводы, глушители шума, искрогасители, компенсаторы температурных расширений, УК и другие элементы. Схема системы газовыпуска определяется типом СЭУ и назначением судна. Она предназначена для транспортировки газов, имеющих высокую температуру (150—500 С, обладающих токсичностью и несущих несгоревшие частички топлива в виде искр, которые могут вызвать пожар. Это заставляет предъявлять ряд специальных требований к, газовыпускным системам при их проектировании. Согласно Правилам Регистра СССР каждый двигатель должен иметь отдельный газовыпускной трубопровод. Допускается и объединение этих трубопроводов при наличии надежных устройств, отключающих неработающий двигатель. Дымоходы (газовыпускные трубопроводы) главных или вспомогательных паровых котлов могут быть объединены в общий трубопровод. Выпускные газы главных судовых паровых котлов имеют на выходе умеренную температуру (150—180 С, поэтому температурные расширения трубопровода для них небольшие. Обычно дымоход изготовляют из листовой стали толщиной 3—5 мм при помощи электросварки. Для придания ему жесткости листы подкрепляют угольниками с внутренней или с наружной стороны. С внешней стороны дымоход защищают слоем изоляционного материала толщиной 10—12 мм, а затем на расстоянии 10—12 мм от изоляции крепят стальные листы наружной обшивки толщиной 1,0—1,5 мм. Воздушная прослойка между обшивкой и изоляцией также служит теплоизоляцией. Дымоход выводится в судовую дымовую трубу через вырез в ее диафрагме. Внутреннее сечение дымохода определяют исходя из 43 максимального значения скорости выпускных газов, которая для главных котлов составляет 7—10, а для вспомогательных 15—20 мс. Газовыпускпые трубы ДВС и ГТД изготовляют из стальных труб стандартных размеров небольшой длины (3—5 м, соединяемых между собой с помощью фланцев. Между фланцами ставят паронитовые прокладки для газонепроницаемости стыков. Сечение газовыпускных труб обычно значительное, что затрудняет изготовление погибей. В большинстве случаев их выполняют с помощью сварки из заранее заготовленных обечаек. Газовыпускные трубопроводы двигателей на морских судах обычно выводят вверх через дымовую трубу. На судах небольшого водоизмещения или на специальных выпуск газов может быть осуществлен с борта выше или ниже ватерлинии. При расчете проходного сечения газовыпуска исходят из следующих допустимых скоростей газам с 25—30 для двухтактных ДВС; 40—50 для четырехтактных ДВС; 50—60 для ГТД простого цикла 15—20 для ГТД с регенерацией. Системами сжатого воздуха оборудуют ЭУ всех типов. Наиболее развиты эти системы на дизельных транспортных, промысловых и на крупных газотурбинных судах. Различают системы сжатого воздуха низкого (до 1 МПа, среднего (до 3 МПа) и высокого (более 5 МПа) давления. Воздух низкого давления используется для хозяйственных нужд судна и ЭУ продувание механизмов, кингстонов, среднего давления — в основном для пуска и реверса ДВС, а высокого — в системах управления ГТД, пуска вспомогательных ДВС и других целей. По комплектации механизмами и устройствами системы сжатого воздуха на судах различных типов практически не отличаются. Обычно в состав системы входят поршневые электрокомпрессоры, масловлагоотделители, баллоны для хранения воздуха, редукционные клапаны, трубопроводы, контрольно-измерительные приборы и устройства автоматического регулирования системы. Согласно Правилам Регистра России воздух для пуска ГД должен храниться в двух баллонах одинаковой вместимости. Давление пускового воздуха составляет 2,5—3 МПа. На небольших судах и для пуска вспомогательных двигателей используют воздух давлением 5—7 МПа. Запас пускового воздуха на судне также определен Правилами Регистра России, в соответствии с которыми требуется, чтобы он был достаточным для 12 последовательных пусков (попеременно на передний и задний ход) каждого реверсивного ГД. Для пуска нереверсивных ГД запас воздуха должен быть достаточным для шести пусков двигателя наибольшей мощности, а при наличии более двух двигателей — для трех пусков каждого двигателя. Для ДГ допускается применять один баллон, вместимость которого должна быть такой, чтобы обеспечить шесть последовательных пусков одного двигателя. Если ДГ расположены на разных бортах судна, ставят по одному баллону на каждый борт. Между собой баллоны соединяют трубопроводом. При размещении ГД в двух помещениях, разделенных водонепроницаемой переборкой, в каждом из них устанавливают не менее чем по одному баллону на разных бортах и по одному главному компрессору. |