Связанных с ними систем управления

Среди различных судовых энергетических установок (паротурбинные и газотурбинные, использующие органическое или ядерное топливо, комбинированные, используемые одновременно два рабочих тела – пар и газ, смешанные – состоящие из разнотипных главных двигателей с термодинамически несвязанными циклами) дизельные установки нашли широкое применение на судах речного и морского флота. В настоящее время примерно из 64 тысяч судов морского мирового гражданского флота около 58 тысяч является теплоходами. Общая вместимость судов с ДЭУ составляет 67% тоннажа морского мирового флота. Доля ДЭУ в общем объеме строящихся морских судов превышает 90%, а среди судов речного флота – более 97%, что объясняется, прежде всего их высокой топливной экономичностью и автоматизацией, значительным ресурсом и хорошей надежностью.

Судовая энергетическая установка (СЭУ) предназначена для обеспечения движения судна и снабжения различными видами энергии (механической, тепловой, электрической) всех потребителей, находящихся на судне. В состав СЭУ входят главная и вспомогательная установки.

Главная установка предназначена для обеспечения движения судна. В состав главной дизельной установки (ГДУ) обычно входят 5 следующие элементы: главные двигатели, главные электрогенераторы, гребные электродвигатели, главные передачи, валопроводы и движители, вспомогательные механизмы, теплообменные аппараты и другое оборудование систем, обслуживающих главные двигатели и передачи, системы дистанционного автоматического управления (ДАУ), аварийно-предупредительной сигнализации и защиты.

Вспомогательная дизельная установка (ВДУ) предназначена для удовлетворения энергетических потребностей ГДУ и общесудовых нужд непосредственно не связанных с движением судна. В состав ДЭУ входят следующие вспомогательные установки: вспомогательная котельная установка, опреснительная или испарительная установки, судовая холодильная установка, установка кондиционирования воздуха.

Совокупность трубопроводов с механизмами, аппаратами, устройствами и приборами называют системой энергетической установки. Совокупность систем СЭУ связывает все элементы установки в единый энергетический комплекс. Все механизмы, входящие в состав систем, называют вспомогательными. Системы обслуживают ГДУ и ВДУ. К основным системам ДЭУ относятся следующие: топливная, масляная, охлаждения, сжатого воздуха, газовыпускная.

Машинные помещения (МП) – это все помещения, в которых расположены дизели главные либо вспомогательные, вспомогательные автономные котлоагрегаты, а также шахты всех указанных помещений.

Машинное отделение (МО) – это машинное помещение, в котором находятся главные двигатели.

Котельное отделение (КО) – это машинное помещение, в котором размещены автономные котлоагрегаты.

Отделения вспомогательных механизмов (ОВМ) – это помещения, в которых размещают механизм судовой электростанции, сепараторы, рефрижераторные установки и др.

В МП размещают многие механизмы и устройства, не входящие в состав энергетической установки, к ним относятся: трюмные, балластные, пожарные и осушительные насосы, гидрофоры питьевой, мытьевой и забортной воды, сепараторы трюмных и фекальных вод, агрегаты кондиционирования воздуха. Поэтому в отечественной практике широко используется термин энергетическая установка, объединяющий, как правило, все механизмы, оборудование и технические комплексы, размещенные в МП судна.

Главные двигатели и вспомогательные механизмы, обеспечивающие движение судна, должны сохранять работоспособность при следующих условиях: длительном крене до 15°, длительном дифференте до 5°, бортовой качке + 22,5° с периодом 7…9 с, килевой качке ± 7,5°, а также при совместном действии бортовой и килевой качек.

Судовую ДЭУ можно классифицировать по следующим основным признакам: по типу главных двигателей (чисто дизельные с различным типом дизелей и комбинированные – дизель – газотурбинные, дизель – электрические), по типу передачи мощности на движитель, по числу гребных валов, по числу главных двигателей, работающих на один вал (одномашинные, многомашинные), по типу движителя, по способу обеспечения реверса судна, по степени автоматизации, способу управления и обслуживания, по способу крепления главных двигателей к корпусу судна, по способу обеспечения судна электроэнергией

Система котлоагрегата

Система автоматического управления, защиты и сигнализации, предназначена для поддержания температуры воды в рабочем диапазоне и обеспечения безопасной эксплуатации котлоагрегата. Она включает: щит автоматического управления; реле температуры и давления воды; фотореле; клапан электромагнитный; клапан предохранительный и редукционный для закрытой системы отопления; клапан топливный отсечной; звонок с лампой.

В качестве реле температуры и давления воды применено реле комбинированное КРМ. Реле предназначено для автоматического включения и отключения котлоагрегата при достижении предельных значений температуры воды в котле и для автоматического вывода из действия котлоагрегата при достижении предельно допустимых значений (верхнего и нижнего) давления воды в котле.

Фотореле предназначено для контроля за наличием факела в топке котла и прекращения действия котлоагрегата при срыве факела. И состоит из корпуса, в котором на панели крепится фоторезистор.

 Щит автоматического управления предназначен для размещения элементов системы автоматического управления, защиты и сигнализации. Схема щита выполнена на печатных платах и состоит из плат: стабилизации напряжения; фотореле; реле времени и аварийной защиты.

Клапан топливный отсечной предназначен для прекращения подачи топлива к форсунке при падении давления в топливной системе.

Клапан электромагнитный предназначен для автоматической по- дачи топлива к форсунке котлоагрегата и является исполнительным органом (прекращает подачу топлива) по любому виду защиты.

Клапан предохранительный предназначен для сброса воды из котла при достижении давления открытия клапана.

Клапан редукционный предназначен для автоматической подпитки котла водой при понижении давления воды в котле.

Топливная система включает в себя: топливный насос, фильтры, клапан переливной (в корпусе насоса); радиационный подогреватель топлива, клапаны (электромагнитный, отсечной, предохранительный и сливной), форсунку, распределитель топлива, систему трубопроводов.

Распределитель топлива предназначен для промывки радиационного подогревателя дизельным топливом при работе котлоагрегата на моторном топливе. Промывка производится во время продувки топки перед включением котлоагрегата и после его отключения. Промывка радиационного подогревателя способствует уменьшению коксообразования моторного топлива на внутренних поверхностях змеевика.

Клапан сливной предназначен для слива топлива с радиационного подогревателя во время его промывки, а также предотвращает рост давления топлива, обусловленного его подогревом и температурным расширением от нагретых поверхностей отключенного котла. Клапан открывается при падении давления топлива до 0…0,2 МПа и закрывается при включении котлоагрегата.

Устройство и основные элементы валопровода.

Система валов и различных конструктивных элементов, соединяющих гребной винт с главным двигателем, называется судовым валопроводом. Основное назначение валопровода состоит в передаче движителю крутящего момента, развиваемого ГД, восприятии осевой силы (упора) и передаче ее через упорный подшипник корпусу судна. Осевая сила, преодолевая сопротивление воды, сообщает судну поступательное движение.

В общем случае устройство судового валопровода показано на рис 1. Кроме представленных на рисунке элементов, валопровод иногда оборудуют устройствами для отбора мощности, измерения вращающего момента (торсисметры), привода реле автоматики дистанционного управления двигателем, тахогенераторами и т.п.

Рис. 1. Общее устройство валопровода:

1 – обтекатель гребного винта; 2 – гребной винт в насадке; 3 – кормовая опора гребного вала; 4 – защитный кожух гребного вала; 5 – водонепроницаемая переборка; 6 – уплотнение дейдвуда в водонепроницаемой переборке; 7 – дейдвудная труба; 8 – гребной вал; 9 – кормовой опорный роликовый подшипник; 10 – шкив привода валогенератора; 11 – поперечно-свертная коническая муфта; 12 – ленточный тормоз; 13 – шариковый упорный подшипник; 14 – упорный вал; 15 – шкив привода реле частоты вращения ДАУ; 16 – зубчатая компенсирующая муфта; 17 – опорный шариковый подшипник проставочного вала; 18 – проставочный вал и маховик двигателя

Число валопроводов определяется типом передачи мощности и числом движителей. На судах речного флота встречаются одно-, двух- и трехвальные установки. Линии валопроводов имеют уклон (0...5°) относительно горизонтальной плоскости, при двух валопроводах имеется также веерность относительно диаметральной плоскости (0...3°). Уклон и веерность линии вала уменьшают полезный упор винта. При выборе угла веерности следует иметь в виду, что маневренные свойства судов с двухзальными установками зависят от положения точки пересечения бортовых линий валов с диаметральной плоскостью относительно центра вращения судна. Если эта точка лежит достаточно далеко в нос или корму от центра вращения судна, то возможно разворачивание его винтами на стоянке и управление судном винтами на заднем ходу. В эксплуатации более удобен вариант, когда точка пересечения линии валов лежит в нос от центра вращения судна.

Направление вращения винтов выбирают из условий обеспечения надежной их работы, маневренности и управляемости судна. В двухвальных установках целесообразно, чтобы ВФШ вращались на переднем ходу наружу, а ВРШ внутрь, при этом достигаются лучшие маневренные качества. В одновальных установках гребной винт имеет правое вращение, если смотреть с кормы в нос судна.

Рассмотрим некоторые элементы судового валопровода. Обтекатель – устройство, служащее для уменьшения гидравлических потерь от вихреобразования за ступицей и предохранения вала с гайкой от коррозии. Полость обтекателя обычно заполняется петролатумом или его заменителями.

Минимальный зазор между корпусом судна и лопастью винта в любом месте должен быть не менее (0,15…0,25) Дв для одновинтового и (0,22...0,25) Дв – для двухвинтового судна (Дв – диаметр гребного винта).

Гребной вал передает упор, создаваемый движителем. Он работает при знакопеременных нагрузках и подвержен изгибу и кручению. При качке судна, механической и гидродинамической неуравновешенностью в гребном валу возникают дополнительные напряжения. Гребной вал вращается в двух подшипниках, один из которых (кормовой) расположен в кронштейне рядом с винтом, а другой (у носового конца гребного вала) в дейдвудной трубе. Иногда применяются бескронштейные валопроводы.

Дейдвудные подшипники выполняются из бакаута (древесина) древеснослоистого пластика (лигнофоля), специального текстолита, капрона и резины, армированной металлом. Перспективными являются металлопластмассовые подшипники с вкладышами из капрона. На судах речного флота, с учетом специфики их работы, применяются в основном резинометаллические подшипники.

На шейки гребного вала в районе подшипников напрессовываются облицовки из оловянистой бронзы, латуни, стали 40Х. Смазываются дейдвудные подшипники водой, подаваемой под давлением в дейдвудную трубу.

Упор винта передается упорным валом на упорный подшипник. В качестве упорных подшипников используют подшипники качения и скольжения.

Валы судового валопровода соединяются жесткими и подвижными (некомпенсирующими) муфтами. Жесткие муфты (обычно фланцевые и муфты со съемным фланцем) применяются для соединения валов, вращающихся с небольшими окружными скоростями. Компенсирующие муфты при соединении валов допускают продольное смещение торцов валов, радиальное смещение и угловой поворот осей, в полужестких и упругих муфтах несовпадение соединяемых ими валов компенсируется за счет упругой деформации промежуточных металлических деталей муфты (стальных стержней, пластин, цилиндрических и пластинчатых пружин), а в yпругодеформирующих муфтах – упругой деформации промежуточных деталей, изготовленных из резины, кожи или прорезиненного бельтинга.

В местах прохода валопровода через переборки устанавливаются переборочные сальники (уплотнения).

Для предотвращения поворота валопровода в случае производства ремонтных работ на нем имеется тормоз. Валоповоротное устройство устанавливается в районе выходного фланца главного двигателя или на упорном валу, оно должно быть реверсивным. Частота вращения поворачивания валопровода составляет 0,3...1,0 об/мин.

Насосные устройства.

Рис. 2. Схема типов насосов.

Основным классификационным признаком насосов является деление их по принципу действия на две группы:

первая – объёмные, к которым относятся возвратно-поступательные (поршневые, плунжерные) и роторные, подразделяющихся на роторно-вращательные (шестеренные, винтовые) и роторно-поступательные (пластинчатые, радиально-поршневые и аксиально- поршневые);

вторые – динамические, подразделяющиеся на лопастные (центробежные), осевые и трения (вихревые, струйные).

1)  Поршневые насосы при­меняются там, где нужны высокие напоры при относительно небольших пода­чах и сухое всасывание. Напор практически не зависит от подачи. По этой при­чине запуск насоса с закрытым клапаном на нагнетательном трубопроводе ве­дёт к выходу насоса из строя. Сухое всасывание позволяет использовать насос в системах осушения и зачистных. Недостатком насоса является неравномер­ность подачи и наличие клапанов.

2) В шестеренных насосах жидкость переносится из всасывающей полости в нагнетательную полость. Из полостей, образуемых впадинами зубьев и корпусом (но не через участок зацепления), жидкость вытесняется из насоса входящими в зацепление зубьями. Жидкость остающаяся во впадинах зубьев при запирании её в замкну­тых пространствах при зацеплении, должна отводиться в нагнетательную по­лость при уменьшении запертого объема и сообщаться с всасывающей поло­стью при последующем увеличении запертого объёма.

3) Винтовые насосы имеют конструктивные особенности, которые надо учитывать для правильного понимания их свойств. Винты эвольвентного и циклоидального профилей имеют линейное зацепление и обеспечивают герме­тичное разделение полостей с перемещаемой жидкостью. Такие насосы перека­чивают только чистые жидкости. Винтовые насосы с винтами прямоугольного и трапецеидального профилей не обеспечивают герметичности в зацеплении, не создают высоких давлений нагнетания и используются для перекачивания за­грязнённых жидкостей.   

Одновинтовые насосы отличаются от многовинтовых по принципу действия. Винт одновинтового насоса представляет собой однозаходный червяк вращающийся во втулке корпуса насоса. При каждом повороте червяка образуемые им и втулкой замкнутые объёмы сообщаются, последова­тельно перепуская жидкость в освобождающиеся объёмы в сторону нагнетания.

4) В пластинчатых (шиберных) насосах жидкость из всасывающего трубо­провода в нагнетательный переносится в замкнутых полостях переменного объёма, образуемых эксцентрично расположенным ротором с выдвигающимися пластинами и корпусом.

5) В водокольцевых насосах межлопастные рабочие полости ограничивают­ся не корпусом, а кольцевым слоем, образуемым на периферии перекачиваемой жидкостью. Кольцевой слой благодаря эксцентрично расположенному ротору с лопатками в первой половине цикла удаляется от центра, а во второй - при­ближается, выполняя роль гидравлического поршня. Насосы этого типа приме­няются в самовсасывающих устройствах центробежных насосов.

6) В роторно - поршневых насосах, необходимо обратить вни­мание на следующие моменты. Изменение направления и величины подачи на­сосов производится без изменения направления и частоты вращения приводно­го вала.

7) У радиально - поршневых насосов (РПН) органом управления является скользящий блок (обойма), смещение которого относительно оси насоса приво­дит к увеличению рабочего объёма цилиндров и величины подачи пропорцио­нально величине эксцентриситета. Изменение стороны (знака) эксцентриситета приводит к изменению направления подачи. Распределение жидкости у насоса осуществляется через каналы в неподвижной цапфе, соединяющимися с цилин­драми вращающегося блока.

8) В аксиально-поршневых насосах (АПН) оси рабочих цилиндров расположены параллельно (аксиально) оси приводного вала, а крутящий момент передаётся блоку через шатуны, шарнирно закрепленные во фланце приводного вала. Изменение рабочих объёмов ци­линдров осуществляется либо отклонением блока цилиндров на угол от оси (насос с наклонным блоком), либо отклонением диска, связанного с шатунами (насос с наклонным диском). Распределение перекачиваемой жидкости у АПН осуществляется через торцевой неподвижный диск, два полукольцевых отвер­стия которого при вращении блока сообщают цилиндры последовательно с нагнетательным и всасывающим трубопроводами. Изменение стороны отклоне­ния меняет функции цилиндров, работающих на всасывание и нагнетание, а, следовательно, и направление подачи.

9) Корпус центробежного насоса предназначен для соединения всех элементов насоса в энергетическую гидравлическую машину. Лопастный насос осуществляет преобразование энергий за счет динамического взаимодействия между потоком жидкой среды и лопастями вращающегося рабочего колеса, которое является их рабочим органом. При вращении рабочего колеса жидкая среда, находящаяся в межлопаточном канале, лопатками отбрасывается к периферии, выходит в отвод и далее в напорный трубопровод.

10) У насосов трения (вихревые) жидкость перемещается под действием сил трения.

Осо­бенностью работы вихревых насосов является то, что насосы с открытым кана­лом не обладают свойством самовсасывания, так как вихревой канал у них не­посредственно связан с всасывающим и нагнетательным патрубками.

Са­мовсасывание достигается установкой на нагнетательном патрубке специально­го сепарирующего колпака. У насосов с закрытым каналом всасывающий пат­рубок соединяется с внутренней частью межлопастного пространства, что спо­собствует созданию разрежения при заполнении жидкостью вихревых каналов, а следовательно и самовсасывание.