Судовые энергетические установки
 Скачать 3.53 Mb.
|
|
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 главных дизелей, а высокого – в системах пуска вспомогательных ДВС и других целей. В основном сжатый воздух расходуется на пуск главных и вспомогательных дизелей. Кроме этого он используется для работы пневмоавтоматики, контролирующих устройств и предупредительной сигнализации, для создания давления в пневмоцистернах пресной и забортной воды, для продувания нагревательных змеевиков, фильтров и кингстонов. Большую группу потребителей сжатого воздуха составляют пневматические устройства общесудового назначения: тифоны, пневмоинструмент и станки, пневматические грузоподъемные механизмы, углекислотные станции, воздущно-пенные аппараты и др. На судах промыслового флота сжатый воздух используют для работы технологического оборудования. Обычно в состав системы сжатого воздуха входят поршневые электрокомпрессоры, масловлагоотделители, баллоны для хранения воздуха, редукционные клапаны, трубопроводы, контрольно-измерительные приборы и устройства автоматического регулирования. Согласно требованиям «Правил Регистра» воздух для пуска главного двигателя 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 с давлением 5…7 мПа. Запас пускового воздуха на судне должен быть достаточным для 12 последовательных пусков (попеременно на передний и задний ход) каждого реверсивного главного двигателя. Для пуска нереверсивных главных двигателей запас воздуха должен быть достаточным для 6-ти пусков двигателя наибольшей мощности, а при наличии более двух двигателей – для 3- пусков каждого двигателя. Для дизель-генераторов допускается применять один баллон, вместимость которого обеспечивает 6-ть последовательных пусков одного двигателя. Если дизели-генераторы расположены на разных бортах судна, ставятся по одному баллону на каждый борт и соединяются между собой трубопроводом. При размещении главных двигателей в двух помещениях, разделенных водонепроницаемой переборкой, в каждом из помещений устанавливают не менее чем по одному баллону на разных бортах и по одному главному компрессору. Необходимая вместимость баллонов пускового воздуха оценивается специальным расчетом. 119 Сжатый воздух на судне расходуется не только для пуска двигателей, но и для других нужд, поэтому вместимость баллонов увеличивается из расчета на общесудовые нужды. Запас сжатого воздуха пополняется с помощью главных компрессоров, которых должно быть не менее двух (один резервный), и одного первичного компрессора с автономным двигателем. Последний служит для создания необходимого запаса сжатого воздуха с целью запуска дизель-генератора («оживления» установки), а затем могут быть запущены электрокомпрессоры. Компрессорная станция согласно «Правилам Регистра» должна быть такой, чтобы обеспечивать заполнение пусковых баллонов главного двигателя в течения 1-го часа, начиная от минимально допустимого давления до рабочего начального давления. Минимально допустимое давление – это давление, при котором возможен последний пуск или маневр двигателя. Сжатый воздух все шире применяется на современных судах для различных целей, несмотря на то, что затраты на его получение выше, чем затраты на получение других видов энергии. 2.4.1.6 Системы выпускных газов Система газовыпуска служит для отвода продуктов сгорания от главных и вспомогательных двигателей и котлов. В состав системы входят газовыпускные трубопроводы, глушители шума, искрогасители, компенсаторы температурных расширений, утилизационный котел и другие элементы. По газовыпускной системе транспортируются газы, имеющие высокую температуру (150…500С), обладающие токсичностью и несущие несгоревшие частички топлива в виде искр, способных вызвать пожар. Это заставляет предъявлять ряд специальных требований к газовыпускным системам при их проектировании и эксплуатации. Система выпускных газов главного двигателя. Выпускные газы, образующиеся при сгорании топлива в цилиндрах дизеля, направляются через выпускные клапаны с переменным давлением в коллектор, имеющий большой объем. В коллекторе сглаживается пульсация давлений и газы при постоянном давлении поступают в турбокомпенсатор. Для компенсации температурных деформаций элементов системы между выпускными клапанами и газовым коллектором и турбокомпрессором установлены компенсаторы (сальниковые, резинометаллические, линзовые). Для предохранения попадания в турбину возможных обломков поршневых колец между коллектором и турбокомпрессором устанавливается защитная решетка. По требованию Регистра коллектор выпускных газов и соединительные патрубки должны иметь тепловую изоляцию и обшиваться стальным листом. Выпускные газы могут использоваться, кроме привода турбокомпрессора наддува, для приведения в действие утилизационного котла. Система газоотвода. 120 После использования энергии выпускных газов в турбокомпрессоре и утилизационном котле они должны отводиться за борт. Согласно «Правилам Регистра» каждый двигатель должен иметь отдельный газовыпускной трубопровод, который выводится на верхнюю палубу через общий кожух-трубу. На судах специального назначения и катерах газоотвод может осуществляться через борт. В таких случаях газоотвод от двигателя разделяют на надводный и подводный. Газовыпускные трубы крепят при помощи жестких опор и упругих пружинных подвесок, что обеспечивает свободные температурные расширения труб. Для уменьшения шума выпуска в газовыпускном тракте устанавливают глушители (активные, реактивные). На судах, перевозящих легковоспламеняющиеся грузы (танкеры, хлопковозы) обязательно устанавливаются искрогасители. При установке утилизационных котлов глушители шума и искрогасители не устанавливаются, т.к. глушение и искрогашение происходит в котле. 2.4.2 Устройство судового нагнетателя Судовые нагнетатели Электроприводы нагнетателей являются основными потребителями электронергии. На их долю приходится около 50 % вырабатываемой элек- троэнергии судовой электростанции. Нагнетатели обеспечивают работу энергетической установки судна и общесудовых систем. Эти механизмы имеют весьма ответственное назначение и предназначены для обеспечения: 1. движения судна; 2. безопасности мореплавания; 3. сохранности перевозимых грузов; 4. улучшения обитаемости и бытовых условий экипажа судна. Нагнетатели потребляют энергию от электропривода и сообщают ее рабочему телу - жидкости или газу. Эта энергия вызывает движение рабочего тела в трубопроводах, причем давление рабочего тела за нагнетателем больше, чем перед ним. Другими словами, нагнетатели служат для перемещения жидкостей или газов и сообщения им энергии. Рабочее тело поступает в нагнетатель через всасывающий трубопровод с давлением. В нагнетателе рабочему телу сообщается энергия, и в нагнетательном (напорном) трубопроводе давление бу- дет больше начального. Разновидности судовых нагнетателей К судовым нагнетателям относятся: насосы, вентиляторы и компрессоры. Насос — гидравлическая машина, преобразующая механическую энергию приводного двигателя или мускульную энергию (в ручных насосах) в энергию потока жидкости, служащая для перемещения и создания напора жидкостей всех 121 видов, механической смеси жидкости с твёрдыми и коллоидными веществами или сжиженных газов. Разность давлений жидкости на выходе из насоса и присоединённом трубопроводе обусловливает её перемещение. Вентилятор — устройство для перемещения газа со степенью сжатия менее 1,15 (или разностью давлений на выходе и входе не более 15 кПа, при большей разнице давлений используют компрессор). Основное применение: системы принудительной приточно-вытяжной и местной вентиляции зданий и помещений, обдув нагревательных и охлаждающих элементов в устройствах обогрева и кондиционирования воздуха, а также обдув радиаторов охлаждения различных устройств. Вентиляторы обычно используются как для перемещения воздуха — для вентиляции помещений, охлаждения оборудования, воздухоснабжения процесса горения (воздуходувки и дымососы). Мощные осевые вентиляторы могут использоваться как движители, так как отбрасываемый воздух, согласно третьему закону Ньютона, создает силу противодействия, действующую на ротор. Компрессор — устройство промышленного применения для сжатия и подачи воздуха и других газов под давлением. Общепринятая классификация механических компрессоров по принципу действия, под принципом действия понимают основную особенность процесса повышения давления, зависящую от конструкции компрессора. По принципу действия все компрессоры можно разделить на две большие группы: динамические и объёмные. Разновидности насосов и их характеристики Насос – устройство (гидравлическая машина) для напорного перемещения (всасывания и нагнетания) жидких сред (не только воды) или газов. Без насосного оборудования современная жизнь практически невозможна. Достаточно сказать, что насосное оборудование потребляет 20% всей вырабатываемой в мире электроэнергии. Основной характеристикой насоса является осуществляемая им объёмная подача воды - количество жидкости, перемещаемое за единицу времени, а также развиваемое давление или соответствующий ему напор (полное количество энергии, сообщаемое единице массы жидкости), потребляемая мощность и КПД. По сфере применения насосы разделяют на бытовые и промышленные. Бытовые насосы используют для водоснабжения, отопления и канализации в жилых и производственных помещениях. Промышленная насосная техника - это насосы для систем охлаждения, подачи воды в различных промышленных установках, установках для водоочистки, насосы для промывки под высоким давлением, перекачивания пищевых продуктов, подачи воды в котлы, повышения давления, для перекачивания нефти и нефтепродуктов, агрессивных сред в химических производствах и множества других специфических операций. 122 Существует множество типов насосов, различающихся по принципу действия и конструкции. Можно выделить два основных вида: насосы объемного действия и динамические насосы. В объемных насосах рабочим органом является изменяющая объем камера и преобладают силы давления, принудительно перемещающие вещество. Насосы объемного действия могут использоваться для перекачки вязких жидкостей. В этих насосах происходит одно преобразование энергии - энергия двигателя непосредственно преобразуется в энергию жидкости. Это высоконапорные насосы, они чувствительны к загрязнению перекачиваемой жидкости. Рабочему процессу в объемных насосах присуща высокая вибрация, поэтому для них необходимы массивные фундаменты. Однако преимуществом таких насосов можно считать способность к сухому всасыванию (самовсасыванию). К насосам объемного типа относятся: 1. роторные насосы - общее название насосов, которые перемещают жидкости при движении роторов, кулачков/клиньев, винтов, лопастей/лопаток или похожих деталей в фиксированном корпусе; 2. шестеренные насосы - простой тип насосов с принудительным смещением, которое вызывается изменением объемов в полостях сцепленных между собой шестерен; 3. импеллерные насосы - в которых рабочее колесо с лопастями из эластичного материала вращается внутри эксцентрического корпуса, что приводит к сгибанию лопастей и вытеснению жидкости; 4. кулачковые насосы - в которых жидкость перемещается внутри рабочей камеры насоса благодаря вращению двух независимых роторов. Благодаря высокой точности изготовления корпуса насоса и роторов между ними находятся малые зазоры, препятствующие противотоку жидкости внутри насоса. Такие насосы могут перекачивать жидкости с большими включениями (например, джем с целыми ягодами) и поэтому широко применяются в производстве продуктов питания, напитков, молочных продуктов, фармацевтической промышленности; 5. перистальтические насосы - рабочим элементом в этих насосах является гибкий многослойный рукав из эластомера. Двигатель вращает вал с башмаками (роликами), которые пережимают рукав насоса, перемещая жидкость внутри рукава; 6. винтовые насосы - в которых металлический ротор винтообразной формы находится внутри статора, сделанного из эластомера. При вращении ротора изменяется объем полостей внутри пары ротор-статор и жидкость, вытесняясь из-за вращения ротора, перемещается по оси насоса. В динамических насосах преобладают динамические силы. Для них характерно двойное преобразование энергии, они обладают равномерной подачей и уравновешенностью рабочего процесса. В отличие от объемных насосов, они не способны к самовсасыванию. К динамическим насосам относятся: 123 1. центробежные насосы - в них рабочим органом насоса является рабочее колесо, при прохождении через которое увеличиваются кинетическая энергия жидкости (увеличивается скорость) и потенциальная энергия давления; 2. вихревые насосы - аналогичны центробежным, отличаются малыми габаритами и массой. Недостатками таких насосов являются низкий КПД, не превышающий в рабочем режиме 45%, и непригодность для подачи жидкости, содержащей абразивные частицы (так как это приводит к быстрому изнашиванию стенок торцевых и радиальных зазоров); 3. струйные насосы - разделяются на водоструйные(гидроэлеваторы), принцип действия которых основан на передаче кинетической энергии рабочей жидкостью перекачиваемому веществу и эрлифты, в которых подается сжатый воздух от компрессора и водовоздушная смесь двигается благодаря подъемному действию пузырьков воздуха. 2.4.3 Механизмы рулевых устройств Рулевое устройство (рисунок 2.42) обеспечивает судну управляемость и состоит из четырех дополняющих одна другую частей, каждая из которых выполняет определённое назначение. Р у л ь 1 воспринимает давление воды и изменяет направление движения судна. Рулевой привод 2 связывает руль с рулевой машиной и передает вращающий момент, необходимый для поворота баллера. Рулевая машина (двигатель) 3 создает усилие и обеспечивает работу рулевого привода. Цилиндрическая передача (телемотор) 4 связывает рулевую машину с постом управления судна. Рисунок 2.42 - Принципиальная схема рулевого устройства. Рулевые приводы подразделяются на две группы: приводы с гибкой связью (штуртросные, цепные) и проводы с жесткой связью (зубчатые, гидравлические, винтовые). Рулевые машины могут быть ручными, паровыми, электрическими и электрогидравлическими. Ручные рулевые машины устанавливают на маломерных судах. Паровые рулевые машины распространены на паровых судах. Широкое 124 распространение на всех судах получили электрические рулевые машины. При больших значениях вращающего момента, возникающего на баллере руля при перекладке (на БМРТ, плавбазах), применяют электрогидравлические рулевые машины. Телемоторы бывают механические (валиковые, стержневые, тросовые), электрические и гидравлические. Наиболее часто встречаются электрические и гидравлические телемоторы. Рассмотрим принципиальные схемы рулевых устройств с различными рулевыми приводами, рулевыми машинами и телемоторами, применяемые на промысловых судах. Рулевое устройство с зубчатым секторным приводом, электрической рулевой машиной и электрическим телемотором показано на рисунке 2.43. Рисунок. 2.43 - Рулевое устройство Рисунок 2.44 - Схема рулевого устройства с. зубчатым секторным приводом с гидравлическими элементами С ходового мостика команда (импульс) через электрическую дистанционную систему (телемотор) передается на электродвигатель 6, который начинает вращаться в ту или другую сторону. Электромотор через передачу, состоящую из червяка 5 и червячной шестерни 4 вращает цилиндрическую шестерню 3. Шестерня 3 входит в зацепление с зубьями сектора 2, свободно посаженного на баллер 1. Вращение шестерни вызывает поворот зубчатого сектора, который, воздействуя через буферные пружины 7 на румпель 5, осуществляет перекладку руля. На рисунке 2.44 изображена схема рулевого устройства транспортного рефрижератора типа «Яна», у которого рулевой привод, рулевая машина и телемотор — гидравлические. Румпель 2, посаженный на баллере /, шарнирно соединен со штоками поршней прессов 5 рулевого привода. Полости рабочих Цилиндров прессов 5 и 11 125 трубопроводами 6 связаны с насосом 8 рулевой машины, получающим привод от электродвигателя. Телемотор состоит из датчиков 9, установленных в рулевой рубке, и приемника 12, находящегося в румпельном отделении. Датчики и при- емник связаны трубопроводами 10. Шток 13 приемника связан с рычагом 14, верхний конец которого шарнирно соединен со штоком пресса 5. К этому рычагу прикреплен левый конец тяги 3 управления насосом. Для компенсации утечек жидкости из насоса и из прессов привода предусмотрен бачок 7. Насос 8 рулевой машины устроен таким образом, что дает возможность при одной и той же частоте вращения (от электродвигателя) подавать жидкость в разных направлениях и с различной производительностью (либо к прессу 5, либо к прессу 11) в зависимости от положения тяги 3. При повороте штурвала, например, против часовой стрелки поршень приемника 12 будет перемещаться влево и отклонять влево нижний конец рычага 14. В результате тяга 3, перемещаясь влево, установит регулирующий орган насоса 8 в такое положение, что насос начнет отсасывать жидкость из полости пресса 5 и нагнетать ее в полость пресса 11. Поршни 4, перемещаясь в разные стороны, разворачивают румпель 2\ происходит перекладка руля. Вместе с верхним поршнем 4 вправо будет перемещаться верхний конец рычага 14, который через тягу 3 стремится установить регулирующий орган насоса в первоначальное (нейтральное) положение. Когда поворот штурвала закончится, тяга 3 установит регулирующий орган насоса в нейтральное положение и перекладка руля прекратится. Если продолжать поворачивать штурвал, то шток 13 и нижнее плечо рычага 14 будут отклоняться вместе с тягой 3 влево и руль, как мы выяснили ранее, будет перекладываться. При повороте штурвала по часовой стрелке тяга 3 переместится вправо и насос начнет перекачивать жидкость из полости 11 в полость 5. Руль будет перекладываться в обратную сторону. Такая система управления называется следящей. |