Принципиальные схемы энергетических систем СЭУ

Общие сведения

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 [4,с.356].

В общем случае, в состав систем СЭУ входят следующие типы механизмов и агрегатов:

- насосы - предназначены для создания давления рабочей среды;

- фильтры - предназначены для очистки среды от посторонних (чаще всего механических примесей);

- сепараторы - предназначены для очистки рабочей среды от посторонних жидких фракций;

- редукторы - предназначены для снижения давления рабочей среды до необходимых параметров;

- охладители (нагреватели) - предназначены для охлаждения (нагрева) рабочей среды до требуемых параметров;

- рабочие сосуды - предназначены для хранения рабочей среды под определённым давлением;

- предохранительные устройства - предназначены для предотвращения повышения параметров среды выше установленных параметров;

- испарители (конденсаторы) – предназначены для изменения агрегатного состояния среды;

- аккумуляторы- источники энергии и другие.

Системы СЭУ классифицируют по назначению на: топливные, масляные, водяного охлаждения (забортной и пресной водой), воздушно-газовые (подвода воздуха для горения топлива, сжатого воздуха, газовыпуска, дымоходы судовых котлов), конденсатно-питательные и паровые.

СЭУ всех типов снабжены системами топливной, масляной, охлаждения, пускового воздуха, воздухоприемной и газовыпуска.

В таблице 5 приведены необходимые параметры вспомогательного оборудования для обеспечения работы двигателя Man B&W L42MS

Таблица 5

Параметры вспомогательного оборудования систем двигателя Man B&W L42MS

№	Наименование	Обозначение	Размерность	Значение
	Расход воздуха		кг/с	2,3
	Расход газов		кг/с	2,35
	Температура газов		°С
	Подача циркуляционного топливного насоса		м3/ч	0,48
	Подача топливоподкачивающего насоса		м3/ч	0,28
	Подача насоса пресной воды	Wпр	м3/ч	10,2
	Подача насоса забортной воды	Wзв	м3/ч
	Подача главного масляного насоса		м3/ч
	Подача насоса смазки распределительного вала		м3/ч	0,25
	Отвод тепла от продувочного воздуха		кВт	353,3
	Отвод теплоты с маслом		кВт	32,5
	Поток забортной воды через маслоохладитель		м3/ч
	Отвод теплоты от пресной воды		кВт	143,3
	Подвод теплоты к топливу		кВт	12,7

 

Топливная система

Топливная система СЭУ предназначены для приема, хранения, перекачивания, очистки, подогрева и подачи топлива к двигателям и котлам, а также для передачи топлива на берег или на другие суда.

В качестве основного топлива в соответствии с ГОСТ 1667-68* Топливо моторное для среднеоборотных и малооборотных дизелей принято топливо ИФО-30, содержащее 30-40% средне-дистиллятных продуктов (примерно соответствует мазуту Ф-5). Топливо судовое ИФО-30 является аналогом судового остаточного топлива класс Г, выпускаемого по международному стандарту ISO 8217: ИФО-30 — аналог ИСО-F-RMC 10.

В соответствии с требованиями Регистра РФ для установок, работающих на тяжелом топливе, предусмотрено две системы: система дизельного топлива (приятое маловязкое дизельное топливо в соответствии с ТУ38.101567-2005) для маневровых целей и работы вспомогательных двигателей и система высоко- или средне-вязкого топлива для главного двигателя. В составе топливной системы для обеспечения использования тяжелого топлива за топливоподкачивающим насосом (перед дизелем) предусмотрен подогреватель. Вдоль всех трубопроводов тяжелого топлива проложен паровой трубопровод-спутник, заключенный в общую изоляцию с основным трубопроводом. Перед фильтрами тяжелое топливо подогревается.

Вместимость расходных цистерн тяжелого топлива обеспечивает работу двигателя в течение не менее 12 ч. При использовании дизельного топлива это время уменьшено до 8 ч. В составе установки предусмотрено по две расходные топливные цистерны на каждый вид топлива.

Топливо от расходных цистерн к топливному насосу высокого давления подводится топливоподкачивающим насосом, подача которого превосходит фактический расход топлива в 2— 3 раза. Давление насосов принимается 0,2—0,4 МПа.

В составе системы предусмотрен резервный топливоподкачивающий электронасос, который используется также для предпусковой прокачки топлива.

Перед подачей в расходные цистерны топливо очищается в сепараторах. Вязкость топлива при сепарировании поддерживается не более 45 мм²/с, для чего его подогревают. В блоке сепарации предусмотрено три сепаратора для обеспечения резерва и проведения обслуживания сепараторов в длительном плавании или при плавании в штормовых условиях. Пропускную способность сепараторов определена из условий необходимости очистки суточного расхода топлива за 8—12 ч, что соответствует трех- или двукратному часовому расходу топлива (в зависимости от его качества). Основной запас топлива размещён в междудонных и бортовых цистернах. Предусмотрено размещение суточного запаса топлива вне двойного дна. Тяжелое топливо в запасных цистернах подогревается до 40—50°С паром давлением 0,2—0,3 МПа, проходящим через змеевики. Перекачка топлива из одной цистерны в другую, подача его в отстойные цистерны и выдача на палубу производятся двумя электронасосами [4, с.384].

Погрузка топлива на судне производится береговыми средствами или средствами специального судна-раздатчика (танкера, наливной баржи). Для приема топлива на главной палубе или под палубой предусмотрен стационарный трубопровод с приемными отростками, выведенными к обоим бортам. Топливный трубопровод расположен в местах, защищенных от механических повреждений, и на всем протяжении доступен для осмотра и ремонта.

Таким образом, топливная система обеспечивает:

1) прием топлива с берега, хранение его в емкостях основного запаса;

2) перекачку из одних емкостей в другие и выдачу на берег;

3) очистку топлива от воды и механических примесей;

4) непрерывную подачу топлива требуемой вязкости к главным и вспомогательным парогенераторам.

 

 

Рис. 3 Схема топливной системы

1-блок фильтров, 2-подогреватель топлива, 3-топливоподающие насосы,

4-блок сепараторов.

 

 

Насосы выбираем по известной подаче, согласно ГОСТ 15829-89.

 

Характеристики топливоподающего насоса марки НМШ 5-25-4/4Б [10]:

Подача – 4 м³/ч;

Напор – 4 кг/см²;

Мощность привода – 2,2 кВт;

Частота вращения – 1500 об/мин;

Масса – 18 кг;

Габариты – 642х277х430 мм;

 

Характеристики циркуляционного насоса марки НМШГ 20-25-14/10 [10]:

Подача – 14м³/ч;

Напор – 10 кг/см²;

Мощность привода – 7,5 кВт;

Частота вращения – 1000 об/мин;

Масса – 214 кг;

Длина – 989 мм;

Ширина – 290 мм;

Высота – 640 мм.

 

Сепаратор топлива

Основной функцией топливного сепаратора (он же – фильтр- сепаратор) является отделение топлива от воды, т.к. наличие воды в топливе вызывает износ вследствии коррозии прецензонных пар, а в условиях низких температур - к размораживанию топливной системы двигателя и срыву в её работе. Воду, которая скапливается при водоотделении в нижней части корпуса (водосборнике), удаляется в специальную цистерну.

Выбираем сепаратор СЦ-3/II

Номинальная производительность, л/ч – 5750

Высота всасывания очищаемого нефтепродукта, мм рт. ст. - 300

Макс. давление подающего насоса на нагнетании, МПа - 0,25

Мощность электродвигателя, кВт - 5,5

Масса сепаратора, кг – 940

L=1200 мм

B=995 мм

H=1600 мм

 

Выбираем подогреватель топлива СНП4

Q_max=1900 кг/ч

P_пара=2,9 МПа

ΔP_топл= 0,1 МПа

L_подогр=2420 мм

G=100 кг

N=155 кВт

Фильтр очистки топлива

Фильтр горючего должен быть рассчитан на тяжелое дизельное топливо.

Рабочее давление 10 кг/см²;

Рабочая температура - максимальные 150 °C

Нефтяная вязкость в рабочей температуре - 15 cSt

Масляная система

 

Масляная система предназначена для приема, хранения, перекачивания, очистки, и подачи масла к местам охлаждения и смазки трущихся частей деталей механизмов, а так же для передачи его на берег или на другие суда.

Масло в СЭУ применяется для смазки и отвода теплоты от тру­щихся поверхностей двигателей, механических передач, дейдвудных, опорных и упорных подшипников валопровода, охлаждения поршней дизелей, работы системы автоматического регулирования управления и защиты (РУЗ).

Основным оборудованием, входящим в масляную систему, являются насосы, фильтры, сепараторы, охладители и подогреватели. Применяемые насосы по конструкции бывают шестеренными и винтовыми.

Наиболее широкое применение в СЭУ нашли минеральные масла. В системах смазки МОД используют два сорта масел. Для циркуляционной смазки деталей движения подшипников и охлаждения поршней применяются моторные масла с малой вязкостью. Для смазки рабочих цилиндров используют цилиндровые масла с высокой вязкостью и стабильностью при высоких температурах. Для улучшения функциональных свойств базовых масел в них вводят специальные присадки: моющие, антиокислительные, антикоррозионные, противоизносные, противозадирные, антипенные, вязкостные и другие.

Судовые установки с МОД имеют наиболее сложные циркуляционные масляные системы. Они включают несколько самостоятельных систем:

1. напорную – для смазки механизма движения и для охлаждения поршней;

2. гравитационную – для смазки гозотурбонагнетателя;

3. линейную – для смазки цилиндров;

4. напорную – для смазки механизмов привода топливных насосов и системы газораспределения.

Рис. 4. Схема системы смазки ДУ

1-сточная циркуляционная система, 2-циркуляционные насосы, 3-маслоохладитель, 4-система автоматического регулирования системы смазки, 5-маслянный фильтр, 6-цистерна запаса масла, 7-цистерна запаса масла.

Руководствуясь требованиями ГОСТ 12337-84 и рекомендациями фирмы- производителя выбрано масло моторное М-16Е30, спецификации/допуски производителей по ГОСТ 12337-84.

Главный масляный насос выбираем по известной подаче, согласно типоразмерному ряду характеристик вспомогательного оборудования главного двигателя.

Подбираем блок из 2 масляных насосов.

Характеристики главного масляного насоса марки 3Вх2 500/10-400/10Б [11]:

Подача – 400 м³/ч;

Давление насоса 10 кгс/см²

Мощность привода – 132 кВт;

Длина – 2580 мм;

Ширина – 850 мм;

Высота –1260;

Масса – 2600 кг;

Вакуумметрическая высота всасывания – 5 м.

 

Характеристики насоса смазки распределительного вала марки БГ11-22 :

Подача – 18 м³/ч;

Давление 2,5кгс/см²;

Частота вращения - 1450 об/мин;

Масса – 34 кг;

Длина – 500 мм;

Ширина – 200 мм;

Высота – 252 мм.

 

Расчёт поверхности теплообмена маслоохладителя.

Расчитываем необходимую поверхность теплообмена по формуле:

,

где F_ОХЛ - поверхность теплообмена; Q– тепловой поток; k– коэффициент теплопередачи; Δt_ср – средняя тазница температур между двумя жидкостями, обменивающимися теплом.

Для этого узнаем температуры в теплообменниках:

k_МО = 300…500 (800, если повысить турболизацию) кДж/(м² ч С)

Теплоемкость забортной воды:

С_ЗВ=4,19 кДж/(кг град);

Теплоемкость масла:

С_М=2,05 кДж/(кг град);

По полученной поверхности теплообмена выбираем 2 маслоохладителя марки МБМ-63-90

Характеристики маслоохладителя:

Поверхность теплообмена – 66 м²;

Расход забортной воды – 108 м3/ч;

Расход масла – 90 м3/ч;

Гидравлическое сопротивление по забортной воде – 0,016 МПа;

Гидравлическое сопротивление по маслу – 0,009 МПа;

Длина – 4630 мм;

Ширина – 1310 мм;

Высота – 1320 мм;

Масса рабочая – 9121 кг.

 

Принципиальная схема системы приёма-перекачки масла приведена на рис.5

 

 

Рис. 5. Схема системы приёма-перекачки масла.

 

Система охлаждения

Система охлаждения в дизельных установках предназначена для отвода теплоты от отдельных узлов главных и вспомогательных двигателей, турбонагнетателей и воздухоохладителей. В главных двигателях охлаждаются втулки, крышки и поршни рабочих цилиндров, форсунки, выпускные клапаны и коллекторы, а во вспомогательных двигателях – цилиндры.

Главные судовые дизели имеют сложную систему охлаждения. Но во всех случаях охлаждение пресной воды и масла осуществляется забортной водой в водо- и маслоохладителях. Наиболее сложные системы охлаждение ДУ, обычно двухконтурные (пресной и забортной водой). Отдельные узлы главного двигателя охлаждаются маслом и топливом. В зависимости от рода жидкости, охлаждающей цилиндры, поршни и форсунки двигателя, различают следующие системы:

1) с охлаждением цилиндров, поршней и форсунок пресной водой;

2) с охлаждением цилиндров и форсунок пресной водой, а поршней - маслом;

3) с охлаждением цилиндров пресной водой, поршней – маслом, а форсунок – топливом.

Рис. 6. Система охлаждения дизельной СЭУ пресной водой

1-ДВС; 2-деаэратор; 3-расширительная цистерна; 4-циркуляционные насосы; 5-вакуумная опреснительная установка; 6-водоохладитель пресной воды; 7-подогреватель воды; 8-система регулирования температуры воды; 9-воздухоохладитель; 10-температурный датчик.

 

Насосы пресной воды и забортной выбираем по известной подаче, согласно типоразмерному ряду характеристик вспомогательного оборудования главного двигателя.

Характеристики центробежного насоса пресной воды марки НЦВ 400/20А:

Подача – 400 м³/с;

Напор – 200 Дж/кг;

Частота вращения –1500об/мин;

Мощность привода – 30 кВт;

Подача на нижней границе области допустимых режимов – 255 м³/ч;

Подача на верхней границе области допустимых режимов – 490 м³/ч;

Длина – 1250 мм;

Ширина – 740 мм;

Высота – 620 мм;

Масса – 469 кг.

 

Рис. 7. Система охлаждения дизельной СЭУ забортной водой

1 – бортовой кингстонный ящик; 2 – воздушные трубы; 3 – насосы забортной воды; 4 – датчик температуры забортной воды, подающий импульс на терморегулятор 9; 5 – маслоохладитель; 6 – охладитель продувочного воздуха; 7 – охладитель пресной воды; 8 – охладитель масла распредвала; 10 – отливной клапан; 11 – отливной коллектор; 12 – дроссельная шайба; 13 – трубопровод рециркуляции (возврата); 14 – приемный фильтр; 15 – донный кингстонный ящик.

 

Подбираем блок из 2 центробежных насосов

 

Характеристики 1-го центробежного насоса забортной воды марки НЦВ 630/30АГ [11]:

Подача – 630 м³/ч;

Напор – 300 Дж/кг;

Мощность привода – 70 кВт;

Частота вращения – 1500 об/мин;

Подача на низшей границе области допустимых режимов – 395 м³/ч;

Подача на верхней границе области допустимых режимов – 725 м³/ч;

Длина – 1365 мм;

Ширина – 870 мм;

Высота – 825 мм;

Масса – 699 кг;

 

Характеристики 2-го центробежного насоса пресной воды марки НЦВ 400/20А [11] :

Подача – 400 м³/с;

Напор – 200 Дж/кг;

Частота вращения –1500об/мин;

Мощность привода – 30 кВт;

Подача на нижней границе области допустимых режимов – 255 м³/ч;

Подача на верхней границе области допустимых режимов – 490 м³/ч;

Длина – 1250 мм;

Ширина – 740 мм;

Высота – 620 мм;

Масса – 469 кг.

 

Расчёт поверхности теплообмена охладителя пресной воды.

Расчитываем необходимую поверхность теплообмена

,

где F_ОХЛ - поверхность теплообмена; Q – тепловой поток; k – коэффициент теплопередачи; t_ср-средняя разница температур между двумя жидкостями, обменивающимися теплом.

Для этого узнаем температуры в теплообменниках:

k_МО = 300…500 (800, если повысить турболизацию) кДж/(м² ч С)

С_ЗВ=4,19 кДж/(кг град); С_М=2,05 кДж/(кг град);

 

По результатам расчета выбираем охладитель пресной воды марки 40В.01.000

Характеристики охладителя:

- поверхность теплообмена – 15 м²;

- расход забортной воды – 25,4 кг/с;

- расход пресной воды – 33,6 кг/с;

- давление забортной воды – 0,4 МПа;

- давление пресной воды – 0,4 МПа;

- длина – 965 мм;

- ширина – 1310 мм;

- высота – 580 мм;

- масса брутто– 380 кг.