Судовые энергетические установки
 Скачать 3.53 Mb.
|
|
Тема 2.4 Судовые системы и устройства. Вспомогательные механизмы В процессе изучения темы следует изучить классификацию и назначение судовых систем, выяснить назначение и познакомиться с конструкцией их составных элементов, ознакомиться с требованиями Морского Регистра Судоходства к судовым системам. 111 При рассмотрении конструкций судовых насосов необходимо понять принцип их действия, процессы, протекающие в их проточной части, познакомиться с основными характеристиками (подачей, напором, КПД). Особое внимание при изучении принципа действия насосов следует обратить на взаимосвязь геометрических характеристик, напора и мощности. При знакомстве с рулевыми машинами, якорно-швартовными и грузовыми механизмами особое внимание следует обратить на требования Морского Регистра Судоходства, предъявляемые к этим устройствам. Промысловые механизмы следует рассматривать, исходя из основных операций с орудиями лова. Основные вопросы темы: — общесудовые системы, их классификация; — системы, обслуживающие энергетическую установку; — судовые насосы, разновидности, классификация, принцип действия; — рулевые машины, их разновидности, устройство и принцип действия. Правила Морского Регистра Судоходства; — якорно-швартовные механизмы, их разновидности, устройство и принцип действия. Правила Морского Регистра Судоходства; — грузоподъемные механизмы, их разновидности, устройство и принцип действия. Правила Морского Регистра Судоходства; 2.4.1 Системы дизельных энергетических установок Системой ДЭУ называется совокупность специализированных трубопроводов с механизмами, аппаратами, устройствами и приборами, предназначенная для выполнения определенных функций, обеспечивающих нормальную эксплуатацию установки. Работу главных и вспомогательных дизелей обеспечивают следующие системы: топливная; смазочного и охлаждающего масла; охлаждения; сжатого воздуха (для пуска и реверса главного дизеля); свежего воздуха (для работы двигателей); отвода отработавших газов Каждая из перечисленных систем ДЭУ должна обладать надежностью и живучестью. Надежность – свойство системы выполнять заданные функции, сохраняя в процессе эксплуатации безотказность в работе, ремонтопригодность и долговечность составляющих ее элементов. Живучестью системы называется ее способность сохранять и восстанавливать работоспособность при чрезвычайных обстоятельствах: при аварии, пожаре, затоплении машинного отделения и прочих повреждениях судна. 112 Надежность и живучесть любой системы может быть обеспечена и повышена за счет следующих мер: минимизация количества элементов системы; резервирование элементов и участков системы; применение стойких конструкционных материалов и изделий; размещение элементов системы на одном фундаменте; рациональное размещение в машинных отделениях; унификация элементов системы; улучшение условий эксплуатации, обеспечивающих эффективный контроль состояния систем; повышение квалификации обслуживающего персонала; применение комплексной автоматизации. 2.4.1.1Топливные системы Топливные системы предназначены для приема, хранения, очистки, подогрева и подачи топлива на берег и другим судам. Структура топливной системы зависит от вида используемого топлива и типа двигателей. В энергетических установках морских и речных судов используются жидкие нефтяные топлива, являющиеся продуктом переработки нефти. Топлива делятся на 4 группы: дизельное, которое относится к категории дистилятных; моторное, которое производят смешиванием дистилятного топлива с мазутом; флотский мазут, который получают во время прямой перегонки нефти или смешиванием остатков нефтепродуктов с дистилятным топливом; котельный мазут, который представляет собой остаток процессов перегонки или крекинга нефти. Дизельное топливо называется легким, а остальные – тяжелыми топливами. Качество жидкого топлива определяется физико-химическими свойствами: фракционным составом, температурами застывания и вспышки, плотностью, испаряемостью, содержанием воды и механических примесей, наличием сернистых соединений и смолистых веществ, теплотой сгорания, вязкостью и др. Одним из основных показателей топлива является вязкость, так как она характеризует возможность перекачивания и использования топлива в СЭУ. В судовых установках используются топлива малой вязкости, средней вязкости и высокой вязкости – легкое и тяжелое. С увеличением температуры топлива его вязкость и плотность снижаются. Поэтому для улучшения распыления топлива его подогревают. Дизельное топливо относится к категории легких и считается наиболее подходящим для высокооборотных ДВС и ГТД авиационного типа. Для среднеоборотных, малооборотных и ГТД оно используется только во время пуска и работы на режимах маневрирования. 113 Дизельное топливо классифицируется на летнее (Л) и зимнее (З), а также арктическое (А). Моторное топливо марки ДТ и дизельный мазут марки ДМ используют для среднеоборотных и малооборотных дизелей. Для сжигания этих топлив в дизелях необходим их подогрев. Флотский мазут марок Ф5, Ф12 относится к тяжелым топливам повышенной вязкости и является основным для малооборотных и среднеоборотных дизелей. Вопросы технической эксплуатации топлив будут изучены в отдельной дисциплине. Судовая топливная система условно может быть разделена на три подсистемы: приема и хранения топлива; топливообработки; подачи топлива к двигателям. Каждая из этих систем состоит из ряда самостоятельных трубопроводов, укомплектованных механизмами и устройствами в зависимости от типа СЭУ и сорта используемого топлива. Топливная система дизеля состоит из топливных систем низкого и высокого давления и топливной аппаратуры. Топливная система низкого давления представляет собой часть топливной системы дизеля и предназначена для подготовки и подачи топлива к системе высокого давленияи включает в себя: цистерны, фильтры, насосы, смесители, сепараторы, гомогенизаторы, подогреватели и топливопроводы. Состав этой системы зависит от типа топлива. Топливная система высокого давления предназначена для нагнетания топлива в камеры сгорания: она осуществляет впрыскивание топлива в камеры сгорания дизеля и включает в себя топливный насос высокого давления (ТНВД) и форсунки, обычно соединенные топливопроводом высокого давления. Если применяются насос-форсунки, то топливопровод высокого давления отсутствует. Большинство дизелей транспортных судов на основных режимах плавания работают на тяжелых (вязких) сортах топлива. Для запуска и на переходных режимах, а также перед остановкой двигателя приходится использовать легкие топлива. Поэтому в состав топливной системы входят две системы: тяжелого и легкого топлива (на современных средне- и малооборотных дизелях). Прием топлива осуществляется в запасные цистерны легкого и тяжелого топлива с палубы через фильтр; при переполнении цистерн топливо по переливным трубам переливается в переливную цистерну. Для хранения топлива могут использоваться топливобалластные замещаемые танки. Применение вязких топлив требует установки в цистернах змеевиков парового подогрева или оборудования струйного подогрева в цистерне, при котором в районе расходного патрубка размещаются паровые змеевики для местного подогрева топлива. Для предварительной очистки топлива от воды и механических примесей предусматриваются отстойные цистерны тяжелого и легкого топлива. На 114 отдельных судах отстойные цистерны отсутствуют, но есть сепараторы для очистки топлива от воды и механических примесей. Кроме того система сепарации включает в себя фильтры, насосы, подогреватели топлива на его пути в расходные цистерны. Сепараторы для тяжелого топлива могут быть: самоочищающимися и работающими в автоматическом режиме. Дизельное топливо перед сепарацией не подогревают. Отходы от сепарации накапливаются в специальной цистерне, а затем направляются в сборник отходов масла, топлива и шлама или в мусоросжигательную печь. Гомогенизатор служит для разрушения асфальтосмолистых образований. Наиболее простой является топливная система подачи легкого топлива, т.к. система топливоподготовки в этих случаях упрощается за счет исключения подогрева топлива, гомогенизатора и других элементов. Для обеспечения работы малооборотных дизелей и четырехтактных вспомогательных дизель-генераторных установок применяется универсальная система топливоподачи. В такой системе применяется подогрев и сепарирование тяжелого топлива, а также его подача к ТНВД и отвод от ТНВД и форсунок в автоматизированном режиме с точным приборным контролем температуры, давления, вязкости топлива и поддержанием этих параметров. В процессе работы дизеля можно перейти с тяжелого топлива на дизельное и наоборот. Вспомогательные дизели также могут работать как на дизельном, так и на тяжелом топливе. Более детально топливные системы представляется возможным изучить на практических занятиях и во время плавательной практики на судах. 2.4.1.2 Системы смазочного и охлаждающего масла В СЭУ используются, как правило, минеральные масла, которые производятся из нефтепродуктов и могут быть дистилятными или компаундными. В особых случаях (при высоких температурах и нагрузках), когда минеральные масла непригодны, используются синтетические масла. Они имеют лучшие качества, но стоимость их высока, и поэтому чаще используют смеси минеральных и синтетических масел. Требования к маслам изучаются в специальной дисциплине. Системы смазочного и охлаждающего масла предназначены для приема, хранения, очистки от воды, механических примесей 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 назначения системы делятся на: приемоперекачивающие, циркуляционные смазочные, сепарирования масла, дренажные, подогрева. Прием масла на судно производится по приемоперекачивающему трубопроводу закрытым способом (по шлангам) внесудовыми средствами через 115 наливные палубные втулки или приемные патрубки, расположенные в станциях приема топлива и масла. Через эти патрубки производится и выдача масла. По способу создания давления различают системы: напорную, в которой давление масла (0,2…0,8 мПа) перед узлами трения создается насосом; гравитационную, в которой давление (0,07…0,1 мПа) зависит от высоты расположения напорной цистерны, из которой масло самотеком поступает к смазываемым узлам. Гравитационная система выгодно отличается от напорной постоянством напора и наличием определенного запаса масла, гарантирующего его подачу при пусках и остановках смазываемого агрегата и при аварийном отключении насоса. ДВС оборудуют напорными системами, обычно называемыми циркуляционными. В дизельных установках в зависимости от типа дизеля и его мощности используют масляные циркуляционные системы с «мокрым» или «сухим» картером. Система с «мокрым» картером применяется в высокооборотных дизелях малой и средней мощности. В этой системе поддон картера дизеля используется в качестве циркуляционной масляной цистерны, из которой масло поступает в систему через фильтр и охладитель. Основным недостатком такой системы является быстрая потеря маслом своих качеств из-за следующих причин: интенсивное загрязнение масла продуктами неполного сгорания топлива, попадающими в картер со стенок цилиндров; тепловое воздействие на масло отводом тепла в картер от поршней; утечка газов в картер через неплотности поршневых колец; высокая частота циркуляции масла в системе из-за ограниченного объема поддона картера. В рассматриваемой системе масло циркулирует по замкнутому контуру и ее подразделяют на две взаимосвязанные: внутреннюю и внешнюю. Задача внутренней системы заключается в подаче масла к рамовым подшипникам, к шатунным и головным подшипникам, подшипникам распределительного вала, промежуточной шестерне привода смазочного насоса и др. элементам дизеля. К элементам внешней системы относятся резервный и предпусковой насосы, насос ручной подачки, шестеренчатый масляный насос, маслоохладитель, фильтр, термостатический клапан и др. Эта простая компоновка масляной системы повышает степень автономности двигателя. Система с «сухими» картером применяется для малооборотных и среднеоборотных двигателей. В таких системах масло самотеком сливается в циркуляционные цистерны, размещенные под двигателем. Достоинством циркуляционной смазки с «сухими» картером является более длительный срок службы масла вследствие меньшей интенсивности его загрязнения и окисления. 116 Однако такая система имеет существенные недостатки: большая сложность из-за увеличения числа механизмов и устройств; повышенные затраты мощности на привод насосов. Устройство систем смазочного масла дизелей существенно зависит от особенностей их устройства. Например, в дизелях «МАН-Б и В Дизель» распределительный вал смазывается от отдельной системы. В смазочной системе крейцкопфного дизеля имеется отдельная система смазывания цилиндропоршневой группы. В малооборотных крейцкопфных дизелях имеется система сточного масла из сальников поршневых штоков и другие особенности. 2.4.1.3 Системы охлаждения Системы охлаждения предназначены для отвода теплоты от различных механизмов, устройств, приборов и рабочих сред в теплообменных аппаратах. Рабочими охлаждающими средами с СЭУ является забортная и пресная вода, масло, топливо и воздух. Вода по сравнению с прочими охлаждающими средами имеет большую теплоемкость и при скорости 0,5-3,0 м/с высокий коэффициент теплоотдачи. Это легкодоступная охлаждающая среда и поэтому широко применяется в энергоустановках всех типов. Однако в воде содержатся растворимые соли, микроорганизмы и другие примеси, выпадающие в осадок при нагревании. Особенно много солей и примесей в морской забортной воде, поэтому ее нагрев выше 55С нежелателен. Исходя из этого на судах применяют двухконтурные системы охлаждения: в низкотемпературном контуре используется забортная вода, а в высокотемпературном – пресная. Пресная вода допускает нагрев в системах охлаждения при атмосферном давлении до 80-90С, а при повышенном давлении – более 100С. Атмосферный воздух, как охлаждающая среда, имеет по сравнению с водой в 4 раза меньшую теплоемкость. Поэтому в системах охлаждение его требуемое количество весьма существенно и подается воздух со скоростью до 10 м/с и более. Это создает дополнительные проблемы, связанные с затратами энергии и поэтому воздух используется только в тех случаях, когда нельзя применять жидкие охлаждающие среды. Например, в электрических машинах используются только воздух для их охлаждения. В судовых дизельных установках применяются три типа систем охлаждения – проточная, замкнутая и центральная. Проточная система охлаждения забортной водой в ДЭУ используется для двигателей небольшой мощности, их редукторов, компрессоров сжатого воздуха, подшипников и для всех теплообменников. Замкнутая система судовых ДЭУ применяется обычно для отвода теплоты от деталей двигателей, а проточная – для охлаждения рабочих сред в теплообменниках (масла, воздуха). 117 Применение замкнутой системы охлаждения пресной водой исключает коррозию деталей дизелей, позволяет повышать температуру в системе баз интенсификации образования накипи. Для охлаждения современных судовых дизелей применяют исключительно замкнутые системы охлаждения, в которых используется пресная вода, циркулирующая по замкнутому контуру. Нагретую пресную воду пропускают через охладитель, прокачиваемый забортной водой. Это позволяет поддерживать необходимый температурный режим. Центральная система водяного охлаждения отличается тем, что она имеет только один теплообменник, охлаждаемый забортной водой. Остальные холодильники, включая холодильник пресной воды охлаждения цилиндров двигателя, охлаждаются от системы пресной воды низкой температуры. Мы не рассматриваем здесь устройство каждого из типов систем охлаждения, так как это зависит от конкретной ДЭУ и изучается на судне во время практики. 2.4.1.4 Системы воздухоснабжения Назначением системы воздухоснабжения является получение, хранение и подача воздуха различных параметров к потребителям. Система воздухоснабжения состоит из двух подсистем: системы подачи воздуха для сжигания топлива и системы сжатого воздуха. Первая служит для подачи воздуха к главным и вспомогательным дизелям, вспомогательным котлам и т.д. Эта система подводит воздух к потребителям в необходимых количествах для обеспечения нормального сгорания топлива. На судах для горения топлива в дизелях воздух обычно подается из машинного отделения, куда он поступает через световой люк и из системы вентиляции. Турбонагнетатели расположены в верхней части дизеля и снабжены приемным патрубком с фильтрами для очистки воздуха и снижения шума воздушного потока. В некоторых установках предусматривается автономный подвод воздуха к дизелям. Это служит для того, чтобы поступающий к дизелям воздух не снижал температуру в машинном отделении (например, при плавании в высоких широтах). Чтобы предотвратить попадание в камеры сгорания солей морской воды, воздухоприемные устройства размещаются в верхней части судовой надстройки и на входе в воздухоприемную шахту устанавливают двух- и трехступенчатые фильтры. На крупных морских судах воздухоприемные устройства представляют собой сложные и громоздкие конструкции. Это каналы большого сечения с минимальными изгибами, протянутые от верхней части судовой надстройки к дизелям. Внутренние стенки воздухоприемной шахты облицовывают звукопоглощающими материалами, так как скорость воздуха в шахте достигает 30 м/с и создает сильный шум. |