Судовые энергетические установки
 Скачать 3.53 Mb.
|
|
Тема 2.2 Дизельные судовые энергетические установки Условия работы дизельной СЭУ зависят от района и объекта промысла, времени года, типа и назначения судна. Принципиально все режимы можно объединить в четырех составляющих, называемыми «элементами рейса»: стоянка в порту, стоянка в море, переход и промысел. Работа СЭУ на промысле имеет ряд особенностей, заключающихся в том, что траление, являющееся буксировочным режимом, требует особого внимания из-за того, что дизель работает в наиболее неблагоприятных условиях. Мощность, необходимая для буксировки трала, не является постоянной, она изменяется в широких пределах в зависимости от конкретных условий промысла, характера грунта, типа промыслового вооружения, скорости траления, состояния моря и прочих. В результате изучения темы студент должен знать законы и принципы регулирования и управления судовыми дизелями, уметь правильно выбирать режимы их работы с учетом недопущения тепловых и механических перегрузок и наивысшей экономичностью. Основные вопросы темы: — типы главных дизельных энергетических установок, их особенности и комплектация — условия и особенности эксплуатации дизельных энергетических установок промысловых и транспортных судов; — скоростные и нагрузочные характеристики дизелей; — винтовые характеристики, «тяжелый» и «легкий» гребной винт; — взаимодействие дизеля, винта и корпуса судна при пуске, нагружении, реверсе. Влияние пусков, реверсов и перегрузок на техническое состояние дизеля; — паспортные и универсальные диаграммы и их использование. Оптимизация режимов эксплуатации СЭУ промысловых судов с различными схемами передачи мощности на винт; — основные операции по техническому использованию и техническому обслуживанию судовых дизелей. 2.2.1 Типы главных дизельных энергетических установок, их особенности и комплектация Классификация ДВС. По назначению ДВС делятся на главные и вспомогательные. Главные обеспечивают ход судна. Вспомогательные обеспечивают работу электрогенераторов. По осуществлению рабочего цикла ДВС бывают четырехтактными и двухтактными. По способу образования рабочей смеси ДВС могут быть с внутренним и с внешним смесеобразованием. Ко второй относятся карбюраторные, а к первой дизельные ДВС. 62 По способу наполнения цилиндров свежим воздухом – двигатели баз наддува и двигатели с наддувом. В последних воздух в рабочие цилиндры нагнетается под давлением специальным нагнетателем (компрессором или газотурбинным компрессором), в результате чего достигается увеличение воздушного заряда и повышение мощности двигателя. По способу воспламенения горючей смеси различают: двигатели, в которых распыленное топливо воспламеняется при смешивании со сжатым воздухом и поэтому разогретым воздухом (дизели); двигатели с воспламенением от электрической искры (карбюраторные двигатели). По направлению вращения коленчатого вала различают двигатели правого (вращение по часовой стрелке, если смотреть со стороны потребителя энергии) и двигатели левого (против часовой стрелки) вращения. По способу изменения направления вращения вала двигатели делят на реверсивные и нереверсивные. Реверсивные – такие двигатели, у которых можно изменять направление вращения коленчатого вала. Как правило это мощные двигатели. Нереверсивными выполняют двигатели меньшей мощности (до 220 кВт). Задний ход судна в этом случае выполняется при помощи реверсивной передачи, установленной между двигателем и гребным валом. По частоте вращения коленчатого вала различают двигатели малооборотные (n=100…200об/мин), среднеоборотные (n=200…750 об/мин) и высокооборотные (n>750 об/мин). Маркировка судовых дизелей. Маркировка используется для условного обозначения типа двигателя и выполняется на дизелестроительных заводах. Условные буквенные обозначения отдельных характеристик дизелей, применяемых в России и Украине, в Германии и других странах, приведены в таблице 6. В каждой стране применяется свое обозначение двигателей. В соответствии с государственным стандартом обозначение двигателей состоит из цифр, указывающих число цилиндров, и буквенных обозначений характеристик двигателя, после которых дробью показаны диаметр цилиндра и ход поршня (в сантиметрах). Например, обозначение 64Н18/22 расшифровывается так: шестицилиндровый, четырехтактный, с наддувом двигатель с диаметром поршня 180 мм и ходом поршня 220 мм. Марка 6ДКРН 74/160 обозначает: шестицилиндровый, двухтактный, крейцкопфный, реверсивный, с наддувом, с диаметром цилиндра 740 мм и ходом поршня 1600 мм. 63 Таблица 6 – Условные обозначения характеристик двигателей. Характеристики Страны Россия, Украина МАН, Германия Бурмейстер и Вайн, Дания Зульмер, Швеция Четырехтактные Ч V V B Двухтактный Д Z V - Реверсивный P U F D Крейцкопфный K K T S Тронковый - G - T С газотурбинным наддувом H A, C B A С реверсивной муфтой C - - - С редуктором П - - - Дизель - D В то же время дизели некоторых отечественных заводов имеют особую маркировку. В Германии в маркировку двигателей входят тактность, число цилиндров и ход поршня. Например, двигатель 6VD24 расшифровывается как шестицилиндровый нереверсивный четырехтактный дизель с ходом поршня 240 мм. При наличии наддува, а также если дизель реверсивный дополняются буквы А и U. Например, 8NVD – 48 AU. На учебном судне института в качестве главного установлен дизель 6NVD26-A-3(шестицилиндровый, нереверсивный, четырехтактный дизель с газотурбинным наддувом, ходом поршня 260 мм, 3-й модификации), а в качестве вспомогательных – два дизеля 64 12/14. Типы СЭУ с ДВС Судовые энергетические установки с ДВС классифицируются по целому ряду признаков. По числу гребных валов: одновальные; двухвальные; трехвальные и т.д. По способу передачи мощности от дизеля к гребным винтам: с жесткой передачей без изменения частоты вращения (гребной винт вращается с частотой вращения коленчатого вала главного двигателя); с гибкой передачей (с помощью гидромуфт, электромагнитных муфт; гидротрансформаторов); с электрической передачей – дизели работают на генераторы, а гребные винты приводятся в действие от гребных электродвигателей (ГЭД); 64 с гидропередачей, обеспечивающей гидрореактивную движущую силу (на судах с водометными движителя). По числу двигателей, работающих на каждый гребной вал: одномашинные – на каждый гребной вал работает один главный дизель; многомашинные – на каждый гребной вал работают два и более главных двигателей, передающих свою энергию вращения на гребной вал через один общий редуктор. По типу применяемых двигателей: однотипные, когда используются однородные типы двигателей; комбинированные – используются несколько типов главных двигателей (например, дизели и газовые турбины и т.п.). По типу движетеля: с гребным винтом фиксированного шага (ВФШ); с гребным винтом регулируемого шага (ВРШ); с противоположно вращающимися соосными гребными винтами; с водометными движителями; с крыльчатыми движителями. Современные мощные главные двигатели выполняются с наддувом и струйным распылением топлива. Четырехтактные дизели выполняются тронковыми, двухтактные – тронковыми и крейцкопфными, а также с противоположно движущимися поршнями и несколькими коленчатыми валами. Главные судовые дизели классифицируются по ряду признаков. 1. По назначению: - всережимные, обеспечивающие все скорости судна от самой малой до полной; - ускорительные (форсажные), обеспечивающие полные и близкие к полным хода при кратковременном использовании; - маршевые (экономического хода), обеспечивающие длительный экономический ход. 2. По конструктивному исполнению: - рядные с вертикальным расположением цилиндров четырехтактные с числом цилиндров от 6 до 12 и двухтактные с числом цилиндров от 5 до 12; - V-образные с числом цилиндров от 8 до 20; - X-образные с числом цилиндров от 16 до 32; - звездообразные с числом цилиндров от 42 до 56; - двухрядные – по существу два дизеля, соединенных общим картером, рамой и зубчатой передачей; - -образные двухтактные с противоположно движущимися поршнями с числом цилиндров от 9 до 18. 3. По реверсивности: нереверсивные с реверсивными муфтами или с реверс-редукторами; реверсивные. 4. По массовым и габаритным характеристикам, скоростному режиму и ресурсу: - малооборотные тяжелые; - среднеоборотные; - быстроходные средней удельной массы; - быстроходные легкие. 65 Рассмотрим более детально указанные типы дизелей и сравним их. Малооборотные тяжелые дизели являются в основном двухтактными с клапанной или петлевой продувкой. Они отличаются высокой удельной массой (до 55 кг/кВт), большими габаритами и низкой частотой вращения коленчатого вала. Такие дизели применяют для прямой передачи мощности на гребные винты крупнотоннажных морских судов (танкеров, сухогрузов, рудовозов и др.). Ведущие западные фирмы создали ряд дизелей этого класса с числом цилиндров от 6 до 12, мощностью 30-35 тыс. кВт. Например, дизели фирмы МАН-Бурмейстер и Вайн. К таковым относится дизель 60МС. Это двухтактный крейцкопфный реверсивный с прямоточно-клапанной продувкой и турбинным наддувом. Среднеоборотные дизели получили широкое распространение в качестве главных дизелей СЭУ. Это четырехтактные двигатели с высоким давлением наддува, числом цилиндров от 6 до 20 при рядном или V-образном расположений цилиндров, частотой вращения коленчатого вала 350…550 об/мин. Такая частота вращения коленчатого вала, как правило, не позволяет устанавливать прямую передачу на гребной винт. Поэтому применяются редукторные передачи, соединяемые с дизелем упругими муфтами. Ресурсы дизелей и передач отвечают высоким требованиям морского флота. Причем суммарная масса дизель- редукторного агрегата в 2,0…2,5 раза меньше малооборотных тяжелых дизелей. На различных судах в качестве главных двигателей широко применяются среднеоборотные дизели фирм: «МАН-Бурмейстер и Вайн», «Зульцер», «Пилстик», «МаК» и др. Они, как и малооборотные дизели эксплуатируются на тяжелых сортах топлива. Примером могут служить среднеоборотные дизели <40/54 фирмы «СЕМТ Пилстик», а также дизели фирмы «МаК» серии М601. Высокооборотные (быстроходные) дизели средней удельной массы. Это дизели рядной и V-образной конструкции мощностью 740…4500 кВт при частоте вращения 750…1500 об/мин. Такие дизели применяются на судах ограниченного водоизмещения (буксирах, небольших танкерах, морских траулерах, речных судах) и в качестве главных дизель-генераторов на судах с электродвижением. Быстроходные легкие судовые дизели сложной конструкции V-, X-, H- образные или звездообразные. Их изготавливают при широком использовании алюминиевых сплавов для получения минимальной массы. Они применяются на наиболее быстроходных судах, требующих развития высокой скорости в легких энергетических установках. Например, на судах с подводными крыльями мощность серийных дизелей этого типа достигает 3700 кВт. Они отличаются малыми размерами диаметра и большим числом цилиндров (12…56). Этот тип двигателей обладает наименьшим ресурсом и в этом их основной недостаток. Дизельные установки с малооборотными двигателями Компоновка, масса, габариты и стоимость установки зависит в основном от характеристик главного двигателя, а малооборотные дизели имеют большие размеры и массу. Поэтому они размещаются в средней части машинного отделения. Чаще всего такие дизели применяются в одновальных установках с размещением в диаметральной плоскости судна параллельно основной плоскости или с незначительным отклонением от линии гребного вала. 66 Реже встречаются двухвальные установки, а в практике судостроения известен случай строительства трехвального контейнеровоза (Япония) с малооборотными дизелями фирмы «Мицубиси». На этом судне установлено два дизеля эффективной мощностью 18,5 мВт по бортам и один дизель эффективной мощностью 26 мВт – по диаметральной плоскости. Следует иметь в виду, что многовальная установка во многом уступает одновальной по массе, габаритам, сложности, капитальным затратам, затратам на обслуживание и др. Во многих случаях многовальную установку с малооборотными дизелями не всегда можно считать оправданной, тем более, что в настоящее время максимальная мощность таких дизелей составляет 70 мВт при высокой экономичности. Например, дизели фирмы «Зульцер» типа RTA в 12-ти цилиндровом исполнении. Таким образом, наиболее эффективны одновальные установки с малооборотными дизелями. Дизель-редукторные установки со среднеоборотными и высокооборотными двигателями Такие установки занимают второе место по распространенности и применяются на морских судах транспортного, технического, вспомогательного и промыслового флота, а также на судах смешанного плавания (река-море) и на речных судах. Число оборотов коленчатого вала среднеоборотных дизелей (250…750 об/мин) превышает допустимые обороты гребного винта и поэтому в состав такой дизельной установки включаются передачи мощности (механические, гидравлические или комбинированные). Совокупность установленных на общей фундаментной раме главных двигателей и передач, соединительно-разъединительных или пружинных муфт называется дизель-редукторным агрегатом. К передачам, как правило, присоединяются один или два валогенератора, что усложняет схему установки, но дает выигрыш в экономии топлива для выработки электроэнергии при работе главного двигателя. Такое решение также позволяет уменьшить количество дизель-генераторов судовой электростанции и экономить ресурс. Редукторы и соединительно-разъединительные муфты увеличивают массу (на 25…60%) и габариты (на 30…50%) дизель-редукторной установки. Однако, в целом, они в 1,2…2 раза меньше, нежели установки с малооборотными дизелями. Габариты дизель-редукторного агрегата практически не отличаются от габаритов установки с малооборотным дизелем. Однако, последний в два раза выше. Незначительная высота среднеоборотных дизелей позволяет использовать их на судах, которые перевозят длинномерные грузы и на которых необходимы палубные проезды для колесной техники (например, суда с горизонтальной грузообработкой). Конструктивно главные установки со среднеоборотными дизелями и механическими передачами бывают одно-, двух-, трех- и четырехмашинными, которые присоединяются к одному редуктору. Такие СЭУ бывают одно- и многовальными. 67 По сравнению с установками с малооборотными двигателями, рассматриваемые установки имеют ряд преимуществ: машинное отделение судна со среднеоборотными дизелями может иметь меньшую высоту, а сама ГЭУ – меньше массу и габариты; наличие редуктора позволяет использовать двигатели и гребной вал при частичных оборотах, что отвечает наибольшему КПД винта; эксплуатационные характеристики установки выше за счет того, что при снижении скорости хода судна отдельные двигатели можно остановить, а оставшиеся в работе используются более эффективно; неисправность одного из двигателей не приводит к остановке судна, а возможность отключения неисправного двигателя позволяет выполнить его ремонт во время рейса. Следует отметить и недостатки установок со среднеоборотными двигателями по сравнению с установками с малооборотными: ресурс среднеоборотного дизеля значительно ниже; из-за затрат энергии в редукторе и муфтах механический КПД меньше; более сложна эксплуатация из-за большого количества цилиндров дизелей; эти установки имеют повышенный уровень шума, что заставляет принимать дополнительные меры по шумоизоляции, а это ведет к удорожанию установки. Установки с высокооборотными дизелями применяются на рыболовецких сейнерах речного флота, портовых буксирах, судах обеспечения, катерах, судах на подводных крыльях и на воздушной подушке. К этому классу относятся двигатели с частотой вращения коленчатого вала выше 750 об/мин. Поэтому в состав энергетической установки применяется понижающая передача на движители. Как правило, применяется механические, гидравлические, гидромеханические и электрические передачи. Высокооборотные дизели имеют меньше массогабаритные показатели, чем среднеоборотные, меньшую стоимость и высокую ремонтопригодность. Однако они уступают среднеоборотным экономичностью, ресурсом и требуют использования легкого (дизельного) топлива. Высокооборотные дизели широко применяются в установках с электропередачей. Это позволяет создавать компактные энергетические установки, так как дизель-генераторы можно размещать в любом месте судна, включая платформы и верхнюю палубу. При наличии условий передачи мощности на гребной винт в таких установках можно обойтись без валопровода. СЭУ со среднеоборотными и высокооборотными дизелями отличаются между собой разнообразием конструктивных и компоновочных решений, которое определяется в большей степени типом и назначением судов. У них чаще, чем в установках с малооборотными дизелями, применяются навешанные вспомогательные механизмы (электрогенераторы, компрессоры воздушные, насосы топливные, масляные, охлаждения, осушительные, противопожарные), а это упрощает компоновку систем и уменьшает нагрузку на судовую 68 электростанцию. В то же время навешанные механизмы (в большом количестве) могут снизить надежность и ремонтопригодность установки. 2.2.2 Основные типы дизельных энергетических установок судов промыслового флота Современная энергетическая установка морского судна представляет собой ‘сложный комплекс агрегатов и систем, обеспечивающих надежную работу судна при всех режимах В зависимости от назначения и условий эксплуатации промысловых судов состав и схемы энергетических установок могут быть различными, однако все они включают в себя: один или несколько главных двигателей; вспомогательные дизель-генераторы; вспомогательные механизмы, устройства и системы, обеспечивающие работу главных двигателей и дизель-генераторов; передачи и движители. По способу передачи мощности от главного двигателя к гребному винту судовые энергетические установки можно разделить на четыре основных типа: установки с реверсредукторной передачей мощности на винт от нереверсивного двигателя; установки с непосредственной передачей мощности на винт от реверсивного двигателя; дизель-редукторные установки и дизель- электрические установки. |