Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Рецензенты: Жиганов Сергей Николаевич, механик I разряда.
Жуков Валерий Александрович, доцент, кандидат технических наук
Николаевский центр подготовки плавсостава
Судовые энергетические установки
В учебном пособии изложены основные сведения из техничес-кой механики и технической термодинамики для понимания работы как всего комплекса – судовой энергетической установки ,так и ее основных элементов: главного двигателя, судовой электростанции, котла, вспомогательных механизмов и устройств.
Приведены исторические примеры создания различных типов судовых энергетических установок. Рассмотрены критерии выбора типа главного двигателя для транспортного морского судна. Изложены устройство и принцип действия судовых дизельных, паротурбинных и газотурбинных установок. При описании конструкций уделено внимание их эксплуатационным характеристикам, приводятся примеры типичных повреждений отдельных деталей и узлов в процессе эксплуатации и даются практические рекомендации как их избежать и устранить.
Работа различных двигателей рассмотрена в составе пропульсивного комплекса: «Главный двигатель - Судовой валопровод – Движитель» Особое внимание уделено дизельным установкам–наиболее распространенными в настоящее время на морском транспорте.
Рассмотрены современные установки по предотвраще-нию загрязнения морской среды.
Учебное пособие предназначено для студентов и курсантов, обучающихся по профессиональным направлениям: «Эксплуатация СЭУ», «Эксплуатация электрооборудования и автоматики судов».
Николаев, 2013
Содержание:
Раздел 1 Основы технической механики и технической термодинамики
1. 1. Основы технической механики
1.1.1.Структура технической механики.
1.1.2. Статика и кинематика.
1.1.3.Динамика
1.1.4. Прикладная механика
1.2.Основы технической термодинамики.
1.2.1.Основные понятия и определения в термодинамике.
1.2.2.Основные законы термодинамики.
1.2.3.Истечение и дросселирование газов и паров.
Раздел 2. Судовые энергетические установки (СЭУ).
2.1.Назначение и типы СЭУ.
2.2.Судовые дизельные установки
2.2.1.Основные типы дизельных установок
2.2.2. Классификация судовых двигателей внутреннего сгорания (СДВС).
2.2.3. Основные понятия и определения, принятые в ДВС.
2.2.4. Устройство и работа четырехтактного ДВС
2.2.5. Устройство и работа двухтактного ДВС.
2.2.6. Рабочие процессы в ДВС
2.2.7. Тепловой баланс ДВС
2.2.8. Основные неподвижные части ДВС (Остов ДВС).
2.2.8. 1.Фундаментная рама
2.2.8. 2.Станина
2.2.8. 3.Рамовые подшипники
2.2.8. 4.Блоки и рубашки цилиндров.
2.2.8. 5.Цилиндровые втулки
2.2.8. 6.Крышки рабочих цилиндров
2.2.8. 6.Анкерные связи
2.2.9. Кривошипно-шатунный механизм (КШМ).
2.2.9. 1.Поршневая группа
2.2.9.2.Поршневые штоки
2.2.9.3.Крейцкопфный узел
2.2.9.4.Шатуны
2.2.9.5. Шатунные болты
2.2.9.6. Коленчатый вал
2.2.10. Механизм газораспределения.
2.2.10. 1. Впускные и выпускные клапаны
2.2.10. 2. Распределительные валы
2.2.11.Наддув ДВС
2.2.12. Топливная система .
2.2.12.1.Характеристики топлив.
2.2.12.2.Марки топлив для дизелей.
2.2.12.3.Биоповреждения топлив.
2.2.12.4. Присадки к топливам
2.2.12.5.Применение на судах водотопливных эмульсий.
2.2.12.6. Принципиальная схема топливной системы главного двигателя.
2.2.12.7.Оборудование топливной системы.
2.2.12.7. 1.Топливные цистерны
2.2.12.7. 2. Форсунки
2.2.12.7. 3. Топливные насосы высокого давления (ТНВД)
2.2.12.7. 3. Насос-форсунки. Электронные (импульсные) системы впрыска топлива.
2.2.12.7. 3. Системы двухступенчатого впрыска топлива.
2.2.12.8.Топливоподготовка.
2.2.12.8.1. Механическая очистка топлива
2.2.12.8.2. Подогрев топлива
2.2.13. Системы смазки .
2.2.13.1.Классификация моторных масел и присадок к ним.
2.2.13.2. Циркуляционная система смазки.
2.2.13.3 Цилиндровая (лубрикаторная) система смазки.
2.2.14. Системы охлаждения
2.2.14.1. Система охлаждения пресной водой (Замкнутая система охлаждения)
2.2.14.2. Качество охлаждающей пресной воды, водоподготовка.
2.2.14.3. Оборудование систем охлаждения
2.2.14.4. Система охлаждения забортной водой.
2.2.14.5. Системы охлаждения поршней.
2.2.15. Системы сжатого воздуха
2.2.16.Реверсивно-пусковое устройство дизеля
2.2.17. Системы газоотвода.
2.2.18. Контрольно-измерительные приборы дизелей.
2.2.19 Автоматизация СЭУ.
2.2.20. Показатели работы дизеля
2.2.21 Характеристики дизелей
2.2.22. Основы технического обслуживания дизельных установок.
2.2.22.1. Подготовка главного дизеля к работе.
2.2.22.2. Проворачивание, пробные пуски и пуск в ход главного двигателя.
2.2.22.4 Остановка и вывод главного двигателя из работы.
2.2.22. 5.Обслуживание дизеля во время стоянки
2. 2.22. 6 Характерные неисправности в работе дизелей
2.2.22.7.Нефтянные операции.
2.2.22.8. Правила безопасного технического обслуживания (ТО) и ремонта дизелей. Противопожарная безопасность.
2.2.23. Системы технического диагностирования дизелей (СТД).
2.2.24. Перспективы развития судовых двигателей внутреннего сгорания (СДВС).
2.3.Судовые паротурбинные установки
2.4.Судовые газотурбинные установки
2.5.Парогазовые установки.
2.6. Атомные энергетические установки
2.7.Судовой валопровод.
2.8.Судовые движители
2.9. Основные способы передачи мощности от двигателя на движитель.
2.10. Движительный комплекс «Азипод»
2. 11. Судовые паровые, водогрейные и термомаслянные котлы (термобойлеры).
2.11.1. Назначение и типы котлов.
2.11.2.Устройство и принцип действия простейшего парового вспомогательного водотрубного котла.
2.11.3.Утилизационные паровые котлы.
2.11.4. Арматура парового котла.
2.11.5Правила технической эксплуатации паровых котлов.
2.11.5.1. Подготовка и пуск котла в работу
211.5.2. Обслуживание котла во время работы.
2.11.5.3. Вывод котла из работы.
2.1.5.4. Очистка поверхностей нагрева парового котла.
2.11.5.5.Верхнее и нижнее продувание котла
2.11.5.6. Техника безопасности при обслуживании паровых котлов.
2.11.6.Термомаслянные котлы (термобойлеры).
2. 12. Судовые вспомогательные механизмы и устройства.
2.12.1.Назначение и типы судовых вспомогательных механизмов.
2.12.2 Судовые насосы. Устройство и эксплуатация.
2.12.2.1. Классификация судовых насосов. Основные параметры насосов.
2.12.2.2. Поршневые насосы.
2.12.2.3. Шестеренчатые насосы.
2.12.2.4. Винтовые насосы.
2.12.2.5. Пластинчатые насосы.
2.12.2.6. Водокольцевые насосы
2.12.2.7. Радиально- и аксиально-поршневые насосы.
2.12.2.8. Центробежные насосы.
2.12.2.9. Вихревые насосы.
2.12.2.10. Осевые насосы.
2.12.2.11. Струйные насосы.
2.12.2.12. Мембранные насосы
2.12.2.13. Подготовка к пуску, обслуживание во время работы и остановка судовых насосов.
2.12.3. Судовые вентиляторы.
2.12.4. Судовые компрессоры.
2.12.5. Механизмы рулевых устройств.
2.12.5.1.Рулевые приводы
2.12.5.2. Рулевые машины.
2.12.5.3. Средства активного управления судна.
2.12.6. Механизмы якорных и швартовных устройств.
2.12.7. Грузоподъемные механизмы.
2.12.8. Судовые холодильные установки.
2.12.8.1.Способы получения холода;
2.128.2.Режимы холодильной обработки хранения продуктов.
2.12.8.3. Холодильные агенты и их свойства.
2.12.8.4. Автоматизация судовых холодильных установок
2.12.85 Правила технического обслуживания фреоновых холодильных установок
2.12.8.5. 1. Пуск и регулирование холодильной установки.
2.12.8.5.2.Признаки оптимального режима работы фреоновой холодильной установки
2.12.8.5.3.Характерные неисправности и неполадки в работе фреоновых холодильных установок и способы их устранения.
2.12.8.5. 4.Правила техники безопасности при обслуживании фреоновых холодильных установок
2.12.9. Опреснительные установки.
2.12.10. Установки по предотвращению загрязнения морской среды.
2.12.10.1. Установки очистки нефтесодержащих вод.
2.12.10.2.Установки очистки сточных вод.
2.12.10.3.Установки переработки мусора
2.12.10.4.Установки очистки выхлопных газов дизелей (скрубберы)
2.12.10.5. Технические средства борьбы с биологическими загрязнениями балластных вод морских транспортных судов.
Приложение 1.Характерные неисправности в работе о
Список литературы
Глава I. Основы технической механики и технической термодинамики.
1. 1. Основы технической механики
1.1.1.Структура технической механики.
Техническая механика – точная научная дисциплина, изучающая законы механического движения. Структура технической механики показана на рис 1 :
Рис 1.Структура технической механики
1.1.2. Статика и кинематика.
Статика – раздел механики, в котором изучают различные силы, действующие на тело. Одним из основных понятий в статике является понятие материальной точки. Тело можно рассматривать как материальную точку, т.е его можно представить геометрической точкой, в которой сосредоточена вся масса тела, в том случае, когда все его частицы совершают одинаковое движение. Например, поршень в двигателе можно рассматривать как материальную точку, в которой сосредоточена вся масса этого поршня.
При изучении равновесия тел считают их абсолютно твердыми, т.е. предполагают, что никакие внешние воздействия не вызывают изменения их размеров и формы. В действительности все тела под влиянием силовых воздействий со стороны других тел изменяют свои размеры и форму.
Таким образом, понятие абсолютно твердого тела является условными и дается с целью упрощения исследования закона равновесия и движения тела.
В механике также вводиться понятие силы, которое широко используют в других науках. Механика рассматривает и изучает не природу действующих сил, а производимый ими эффект.
Эффект действия силы определяется тремя факторами:
- направлением и линией действия силы:
-числовым значением силы;
-точкой приложения силы.
Совокупность нескольких сил, приложенных к телу, называют системой сил.
Если к телу приложены две параллельные силы, направленные в одну и ту же сторону, то опытом установлено, что равнодействующая этих сил параллельна им, равна сумме и направлена в ту же сторону.
Твёрдое тело находится в равновесии если сумма всех сил, приложенных к данному телу, и их моментов равны нулю. Или, что тоже самое, главный вектор и главный момент системы сил, приложенных к телу, равны нулю
Выделяют три вида равновесия:
1.Устойчивое — тело при малом отклонении от положения равновесия возвращается в это положение;
2.Неустойчивое — тело при малом отклонении от положения равновесия уходит от этого положения;
3.Безразличное — тело при малом отклонении от положения равновесия оказывается в новом положении равновесия
Кинема́тика (греч. — двигаться) в физике — раздел механики, изучающий математическое описание движения идеализированных тел (материальная точка, абсолютно твердое тело, идеальная жидкость), без рассмотрения причин движения (массы, сил и т. д.). Исходные понятия кинематики —пространство и время. Например, если тело движется по окружности, то кинематика предсказывает необходимость существования центростремительного ускорения без уточнения того, какую природу имеет сила, его порождающая. Причинами возникновения механического движения занимается другой раздел механики — динамика.
Различают классическую кинематику, в которой пространственные (длины отрезков) и временные (промежутки времени) характеристики движения считаются абсолютными, то есть не зависящими от выбора системы отсчёта, и релятивистскую. В последней длины отрезков и промежутки времени между двумя событиями могут изменяться при переходе от одной системы отсчёта к другой. Относительной становится также одновременность. В релятивистской механике вместо отдельных понятий пространство и время вводится понятие пространства-времени, в котором
инвариантным относительно преобразований Лоренца является величина, называемая интервалом.
Система отсчёта — используется для описания движения. Движение тела (материальной точки) может быть полностью описано кинематически, если известны система отсчета, начальное положение движущегося тела и его перемещение в любой момент времени.
Координаты — способ определять положение точки или тела с помощью чисел или других символов.
Радиус-вектор используется для задания положения точки в пространстве относительно некоторой заранее фиксированной точки, называемой началом координат.
Траектория — непрерывная линия, которую описывает точка при своём движении.
Скорость — векторная величина, характеризующая быстроту перемещения и направление движения материальной точки в пространстве относительно выбранной системы отсчёта.
Ускорение — векторная величина, показывающая, насколько изменяется вектор скорости точки (тела) при её движении за единицу времени.
Угловая скорость — векторная величина, характеризующая скорость вращения тела.
Угловое ускорение — величина, характеризующая быстроту изменения угловой скорости.
1.1.3.Динамика
Дина́мика (греч.сила) — раздел механики, в котором изучаются причины возникновения механического движения. Динамика оперирует такими понятиями, как масса, сила, импульс, энергия.
Динамика, базирующаяся на законах Ньютона, называется классической динамикой. Классическая динамика описывает движения объектов со скоростями от долей миллиметров в секунду до километров в секунду. Однако эти методы перестают быть справедливыми для движения объектов очень малых размеров (элементарные частицы) и при движениях со скоростями, близкими к скорости света. Такие движения подчиняются другим законам.
С помощью законов динамики изучается также движение сплошной среды, т. е. упруго и пластически деформируемых тел, жидкостей и газов. В результате применения методов динамики к изучению движения конкретных объектов возник ряд специальных дисциплин: небесная механика, баллистика, динамика корабля, самолёта и т. п.
Основная задача динамики – по заданным силам определить характер движения тела.
Динамика основана на трёх основных законах Ньютона:
1-й: Существуют такие системы отсчета, относительно которых поступательно движущееся тело сохраняет свою скорость постоянной, если на него не действуют другие тела или их действие скомпенсировано.
2-й: В инерциальной системе отсчета сумма всех сил, действующих на тело, равна произведению массы этого тела на векторное ускорение этого же тела (действие на тело силы, проявляется в сообщении ему ускорения).
В наиболее общем случае, который описывает также движение тела с изменяющейся массой (например, реактивное движение), 2-й закон Ньютона принято записывать следующим образом:
,
где — импульс тела. Таким образом, сила характеризует быстроту изменения импульса.
3-й: Тела действуют друг на друга силами равными по модулю и противоположными по направлению
Если при этом рассматриваются взаимодействующие материальные точки, то обе эти силы действуют вдоль прямой, их соединяющей. Это приводит к тому, что суммарный момент импульса системы состоящей из двух материальных точек в процессе взаимодействия остается неизменным. Таким образом, из второго и третьего законов Ньютона могут быть получены законы сохранения импульса и момента импульса.
1.1.4. Прикладная механика
Прикладная механика- это техническая наука, посвящённая исследованиям устройств и принципа действия механизмов.
Прикладная механика состоит из чётырёх разделов:
- В первом из них рассматриваются общие черты теории механизмов.
- Второй раздел посвящён основам сопротивления материалов — науке о прочности и жёсткости инженерных конструкций.
- Третий раздел посвящён вопросам проектирования наиболее распространённых механизмов (гл. образом кулачковых, фрикционных, зубчатых).
- Четвёртый раздел посвящён деталям механизмов.
Теория механизмов и машин
Теория машин и механизмов (ТММ) — это научная дисциплина об общих методах исследования, построения, кинематики и динамики механизмов и машин, и о научных основах их проектирования.
Основные понятия:
Машина — технический объект, состоящий из взаимосвязанных функциональных частей (узлов, устройств, механизмов и др.), использующий энергию для выполнения возложенных на него функций.
Механизм — система взаимосвязанных тел, предназначенных для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемое движение других тел. Механизм составляет основу большинства машин.
Твёрдое тело, входящее в состав механизма, называется звеном. Звено может состоять из одной или нескольких неподвижно соединённых деталей.
Соединение звеньев, допускающее их относительное движение, называется кинематической парой. Наиболее распространённые кинематические пары: цилиндрический шарнир (рис.2); шаровой (сферический) шарнир (Рис.5); ползун и направляющая (Рис.3); винтовая передача (Рис.4). На рисунках приведены условные трёхмерные обозначения типовых кинематических пар для построения пространственных кинематических схем механизмов согласно ISO 3952
Рис.2 Цилиндрический шарнир Рис. 3 Ползун и направляющая
Рис. 4 Винтовая пара Рис.5 Сферический шарнир
При построении механизма звенья соединяются в кинематические цепи. Другими словами, механизм – это кинематическая цепь, в состав которой входит неподвижной звено (стойка или корпус (основание), число степеней свободы которого равняется числу обобщённых координат, характеризующих положения звеньев относительно стойки. Движение звеньев рассматривается по отношению к неподвижному звену – стойке (корпусу, основанию).
Теория механизмов и машин решает следующие задачи:
- анализ механизмов, то есть описание движения, кинематический и динамический анализ существующих и разрабатываемых механизмов;
- синтез механизмов, то есть проектирование структуры и геометрии механизмов на основе заданных кинематических и динамических характеристик;
- задачи теории машин-автоматов, рассматривающей вопросы построения схем автоматических машин, исходя из условий согласованной работы отдельных механизмов, и достижения оптимальной продуктивности, точности и надёжности машин-автоматов.
Сопротивление материалов
Сопротивление материалов — часть механики деформируемого твёрдого тела которая рассматривает методы инженерных расчётов конструкций на прочность, жесткость и устойчивость при одновременном удовлетворении требований надежности и экономичности.
Наиболее известные теории прочности, известные науке о сопротивлении материалов:
- теория наибольших нормальных напряжений;
-теория наибольших деформаций;
-теория наибольших касательных напряжений;
- теория наибольшей удельной потенциальной энергии формоизменения;
-теория Мора, или теория предельных напряжённых состояний;
Из всех теорий прочности наиболее полной, точной и всеобъемлющей является теория Мора. Все её положения проверены экспериментально. Она одинаково подходит как для проверки прочности хрупких материалов (чугун, бетон, кирпич), так и для проверки на прочность пластичных материалов (низкоуглеродистая сталь). Теория наибольших нормальных напряжений и теория наибольших деформаций подходит лишь для прочностного анализа хрупких материалов, причём только для каких-то определённых условий нагружения, если требовать повышенную точность расчёта. Поэтому первые две теории прочности сегодня применять не рекомендуется. Результаты теории наибольших касательных напряжений и теории наибольшей удельной потенциальной энергии формоизменения можно получить в некоторых частных случаях нагружения при применении теории Мора.
Детали машин
Детали машин (от франц. — подробность) - это элементы машин, каждый из которых представляет собой одно целое и не может быть без разрушения разобран на более простые, составные звенья машин.
Д. м. является также научной дисциплиной, рассматривающей теорию, расчёт и конструирование машин.
Число деталей в сложных машинах достигает десятков тысяч. Выполнение машин из деталей прежде всего вызвано необходимостью относительных движений частей. Однако неподвижные и взаимно неподвижные части машин (звенья) также делают из отдельных соединённых между собой деталей. Это позволяет применять оптимальные материалы, восстанавливать работоспособность изношенных машин, заменяя только простые и дешёвые детали, облегчает их изготовление, обеспечивает возможность и удобство сборки.
Д. м. как научная дисциплина рассматривает следующие основные функциональные группы.
Корпусные детали (рис. 6), несущие механизмы и другие узлы машин: плиты, поддерживающие машины, состоящие из отдельных агрегатов; станины, несущие основные узлы машин; рамы транспортных машин; корпусы ротационных машин (турбин, насосов, электродвигателей); цилиндры и блоки цилиндров; корпусы редукторов, коробок передач; столы, салазки, суппорты, консоли, кронштейны и др.
Передачи (рис 7) — механизмы, передающие механическую энергию на расстояние, как правило, с преобразованием скоростей и моментов, иногда с преобразованием видов и законов движения. Передачи вращательного движения, в свою очередь, делят по принципу работы на передачи зацеплением, работающие без проскальзывания, — зубчатые передачи (рис. 7, а, б), червячные передачи (рис. 7, в) и цепные, и передачи трением — ремённые передачи и фрикционные с жёсткими звеньями. По наличию промежуточного гибкого звена, обеспечивающего возможность значительных расстояний между валами, различают передачи гибкой связью (ремённые и цепные) и передачи непосредственным контактом (зубчатые, червячные, фрикционные и др.). По взаимному расположению валов — передачи с параллельными осями валов (цилиндрические зубчатые, цепные, ремённые), с пересекающимися осями (конические зубчатые), с перекрещивающимися осями (червячные, гипоидные). По основной кинематической характеристике — передаточному отношению — различают передачи с постоянным передаточным отношением (редуцирующие, повысительные) и с переменным передаточным отношением — ступенчатые (коробки передач ) и бесступенчатые. Передачи, преобразующие вращательное движение в непрерывное поступательное или наоборот, разделяют на передачи винт — гайка (скольжения и качения), рейка — реечная шестерня, рейка — червяк, длинная полугайка — червяк.
Валы и оси (рис. 8) служат для поддерживания вращающихся Д. м. Различают валы передач, несущие детали передач — зубчатые колёса, шкивы, звёздочки, и валы коренные и специальные, несущие, кроме деталей передач, рабочие органы двигателей или машин орудий. Оси, вращающиеся и неподвижные, нашли широкое применение в транспортных машинах для поддержания, например, неведущих колёс. Вращающиеся валы или оси опираются на подшипники (рис.9), а поступательно перемещающиеся детали (столы, суппорты и др.) движутся по направляющим. Опоры скольжения могут работать с гидродинамическим, аэродинамическим, аэростатическим трением или смешанным трением. Опоры качения шариковые применяются при малых и средних нагрузках, роликовые — при значительных нагрузках, игольчатые — при стеснённых габаритах. Наиболее часто в машинах используют подшипники качения, их изготавливают в широком диапазоне наружных диаметров от одного мм до нескольких м и массой от долей г до нескольких т.
Для соединения валов служат муфты. Эта функция может совмещаться с компенсацией погрешностей изготовления и сборки, смягчением динамических воздействий, управлением и т.д.
Упругие элементы предназначаются для виброизоляции и гашения энергии удара, для выполнения функций двигателя (например, часовые пружины), для создания зазоров и натяга в механизмах. Различают витые пружины, спиральные пружины, листовые рессоры, резиновые упругие элементы и т.д.
Соединительные детали являются отдельной функциональной группой. Различают: неразъёмные соединения не допускающие разъединения без разрушения деталей, соединительных элементов или соединительного слоя — сварные (рис. 10, а), паяные, заклёпочные (рис.10,б), клеевые (рис.10,в), вальцованные; разъёмные соединения , допускающие разъединение и осуществляемые взаимным направлением деталей и силами трения (большинство разъёмных соединений) или только взаимным направлением (например, соединения призматическими шпонками). По форме присоединительных поверхностей различают соединения по плоскостям (большинство) и по поверхностям вращения — цилиндрической или конической (вал — ступица). Широчайшее применение в машиностроении получили сварные соединения. Из разъёмных соединений наибольшее распространение получили резьбовые соединения, осуществляемые винтами, болтами, шпильками, гайками (рис. 10, г).
Материалы д. м. в большой степени определяют качество машин и составляют значительную часть их стоимости (например, в автомобилях до 65—70%). Основными материалами для д. м. являются сталь, чугун и цветные сплавы. Пластические массы применяют как электроизолирующие, антифрикционные и фрикционные, коррозионно-стойкие, теплоизолирующие, высокопрочные (стеклопласты), а также как обладающие хорошими технологическими свойствами. Резины используют как материалы, обладающие высокой упругостью и износостойкостью. Ответственные д. м. (зубчатые колёса, сильно напряжённые валы и др.) выполняют из закалённой или улучшенной стали. Для д. м., размеры которых определяются условиями жёсткости, используют материалы, допускающие изготовление деталей совершенных форм, например незакалённую сталь и чугун. д. м., работающие при высоких температурах, выполняют из жаростойких или жаропрочных сплавов. На поверхности д. м. действуют наибольшие номинальные напряжения от изгиба и кручения, местные и контактные напряжения, а также происходит износ, поэтому д. м. подвергают поверхностным упрочнениям: химико-термической, термической, механической, термомеханической обработке.
Д. м. должны с заданной вероятностью быть работоспособными в течение определённого срока службы при минимально необходимой стоимости их изготовления и эксплуатации. Для этого они должны удовлетворять критериям работоспособности: прочности, жёсткости, износостойкости, теплостойкости и др. Расчёты на прочность д. м., испытывающих переменные нагрузки, можно вести по номинальным напряжениям, по коэффициентам запаса прочности с учётом концентрации напряжений и масштабного фактора или с учётом переменности режима работы. Наиболее обоснованным можно считать расчёт по заданной вероятности и безотказной работы. Расчёт д. м. на жёсткость обычно осуществляют из условия удовлетворительной работы сопряжённых деталей (отсутствие повышенных кромочных давлений) и условия работоспособности машины, например получения точных изделий на станке. Для обеспечения износостойкости стремятся создать условия для жидкостного трения, при котором толщина масляного слоя должна превышать сумму высот микронеровностей и др. отклонений от правильной геометрической формы поверхностей. При невозможности создания жидкостного трения давление и скорости ограничивают до установленных практикой или ведут расчёт на износ на основе подобия по эксплуатационным данным для узлов или машин того же назначения. Расчёты Д. м. развиваются в следующих направлениях: расчётная оптимизация конструкций, развитие расчётов на ЭВМ, введение в расчёты фактора времени, введение вероятностных методов, стандартизация расчётов, применение табличных расчётов для Д. м. централизованного изготовления.
Развитие конструирования д. м. происходит в следующих направлениях:
- повышение параметров и разработка д. м. высоких параметров;
- использование оптимальных возможностей механических с твёрдыми звеньями, гидравлических, электрических, электронных и др. устройств;
- проектирование д. м. на срок до морального старения машины, повышение надёжности, оптимизация форм в связи с новыми возможностями технологии;
- обеспечение совершенного трения (жидкостного, газового, качения);
- герметизация сопряжений д. м.;
- выполнение д. м., работающих в абразивной среде, из материалов, твёрдость которых выше твёрдости абразива, стандартизация и организация централизованного изготовления.
Рис. 6. Корпусные детали:
а — плита; б — горизонтальная станина; в — стойка; г — портальная станина;
д — корпус электродвигателя с крышками; е — корпус редуктора; ж — стол.
Рис. 7. Передачи:
а — зубчатая цилиндрическая; б — зубчатая коническая; в — червячная.
Рис. 8. Валы и оси:
а — вал ступенчатый; б — шпиндель металлорежущего станка; в — вал коленчатый.
Рис. 9. Подшипники:
а — шариковый; б — роликовые цилиндрический и конический; в — скольжения.
Рис. 10. Соединения:
а — сварное; б — заклёпочное; в — клеевое; г — резьбовое.
1.2.Основы технической термодинамики.
1.2.1.Основные понятия и определения
Техническая термодинамика — это наука, занимающаяся изу чением физических явлений, связанных с превращением механической энергии в тепловую или, наоборот, тепловой энергии в механическую в тепловых машинах. Чтобы в тепловом двига теле можно было превратить тепловую энергию в механическую или обеспечить работу холодильной машины, нужны носители теплоты, которые называются рабочими телами. Рабочи ми телами являются пары и газы. Состояние рабочих тел определяется значениями, которые называют параметрами со стояния. В технической термодинамике рассматривают следующие основные параметры состояния рабочего тела: давле ние, температуру и удельный объем.
Газ состоит из беспорядочно движущихся молекул вещества Они «бомбардируют» стенки сосуда, в котором находится газ.
Силу, с которой рабочее тело (газ или пар) воздействует в ре зультате ударов молекул на единицу площади, называют дав лением.
Если силу, приложенную перпендикулярно к поверхности те ла, измерить в ньютонах (Н), а площадь поверхности — в квад ратных метрах (м2), то давление будет выражено в ньютонах на квадратный метр (Н/м2). Эту единицу давления, принятую в системе СИ, называют паскалем (Па). В связи с тем что еди ница давления очень мала, применяют единицы, в тысячу или миллион раз более крупные: килопаскаль (кПа) и мегапаскаль (МПа).
Давление атмосферного воздуха (ра) колеблется в среднем в пределах 0,1 МПа. Давление в сосудах выше атмосферного (избыточное) измеряют манометром, показывающим, на сколь ко давление в сосуде выше атмосферного.
Давление в сосудах ниже атмосферного (разрежение) за меряют вакуумметром, показывающим, на сколько давление в сосуде ниже атмосферного. Вакуум измеряют в миллиметрах ртутного столба.
Между различными единицами измерения давления сущест вуют следующие соотношения:
1 кгс/см2=0,1 МПа=735,5 мм рт. ст.
Температурой называют степень нагрева тела. Она ха рактеризует среднюю кинетическую энергию беспорядочного движения молекул тела. Температуру измеряют термометрами различного типа (спиртовыми, электрическими, термометрами сопротивления и др.).
В технической термодинамике для измерения температуры используют Международную температурную шкалу, принятую в 1968 г. на сессии Международного комитета мер и весов. Еди ницей измерения температуры служит кельвин (К), представ ляющий собой 1/273,16 температуры тройной точки воды. В этой точке одновременно существуют и находятся в температурном равновесии все три фазы: твердая — лед, жидкая — вода и га зообразная—водяной пар. Шкала Кельвина — основная термо динамическая температурная шкала. Температура по этой шка ле выражается только положительными числами. Кипящая при нормальном атмосферном давлении (0,1 мПа) вода, например, имеет температуру 373 К, замерзшая вода имеет температуру ниже 273 К. Обозначается эта температура символом Т. Международной практической температурной шкалой допус кается применение температуры Цельсия, в которой единицей измерения служит градус Цельсия (°С). Нуль температуры, Цельсия близок к тройной точке воды Кипящая вода имеет температуру 100 °С. Температура Цельсия ниже нуля выража ется отрицательными числами. Перевод температур Кельвина в температуры Цельсия и обратно может быть выполнен по формулам:
tºС=TºK — 273ºС TºK=273+ tºС
Объем, занимаемый единицей массы рабочего тела, назы вают удельным объемом. Его обозначают V и измеряют в кубических метрах на килограмм (м3/кг). Массу единицы объема называют плотностью, обозначаемую р и измеряе мую в килограммах на кубический метр (кг/м3). Удельный объ ем и плотность — значения взаимообратные, т. е.
Газообразные тела при изменении давления и температуры изменяют свой объем, а следовательно, плотность и удельный объем. Поэтому, когда говорят об удельном объеме и плотно сти, указывают температуру и давление, при которых эти зна чения были замерены.
В справочной литературе р и V даются для нормальных фи зических условий [р=0,1 МПа (760 мм рт. ст.);].
В термодинамике единицей массового количества вещества является не универсальная единица массы — килограмм (кг), а индивидуальная для каждого вещества масса — киломоль (кмоль). Киломолем называют количество вещества, масса которого в килограммах численно равна молекулярной массе. Напри мер, для кислорода О молекула которого состоит из двух ато мов с атомной массой 16, 1 кмоль= 16-2=32 кг; для диоксида углерода СО2 1 кмоль= 12+16-2=44 кг.
Для упрощения расчетов в теплотехнике пользуются поня тием идеальные газы. Идеальных газов в природе не су ществует. Считается, что в этих газах совершенно отсутствуют молекулярные силы, а сами молекулы принимаются за мате риальные точки, объемом которых можно пренебречь. Такие допущения в практических расчетах дают малозаметные по грешности, но вместе с тем позволяют значительно упростить расчеты.
В отличие от идеальных газов все действительно существую щие газы называют реальными. Зависимость между основными параметрами идеального га за (давлением, удельным объемом и температурой) устанавли вается уравнением состояния.
Удельная газовая постоянная R равна работе расширения 1 кг идеального газа при нагревании на 1° К при постоянном давлении. В системе СИ работу, как и энергию, выражают в джоулях (Дж). Джоуль — это работа силы 1 Н на расстоянии 1 м.
pv=RT
1.2.2.Основные законы термодинамики.
Термодинамика основывается на трёх законах — началах, которые сформулированы на основе экспериментальных данных и поэтому могут быть приняты как постулаты.
1-й закон — первое начало термодинамики.
Представляет собой формулировку обобщённого закона сохранения энергии для термодинамических процессов. В наиболее простой форме его можно записать как δQ = δA + dU, где dU есть полный дифференциал внутренней энергии системы, а δQ и δA есть элементарное количество теплоты, переданное системе, и элементарная работа, совершенная системой соответственно. Нужно учитывать, что δA и δQ нельзя считать дифференциалами в обычном смысле этого понятия, поскольку эти величины существенно зависят от типа процесса, в результате которого состояние системы изменилось.
2-й закон — второе начало термодинамики:
Второй закон термодинамики исключает возможность создания вечного двигателя второго рода. Имеется несколько различных, но в то же время эквивалентных формулировок этого закона.
1 — Постулат Клаузиуса. Процесс, при котором не происходит других изменений, кроме передачи теплоты от горячего тела к холодному, является необратимым, то есть теплота не может перейти от холодного тела к горячему без каких-либо других изменений в системе. Это явление называют рассеиванием или диссипацией энергии.
2 — Постулат Кельвина. Процесс, при котором работа переходит в теплоту без каких-либо других изменений в системе, является необратимым, то есть невозможно превратить в работу всю теплоту, взятую от источника с однородной температурой, не проводя других изменений в системе.
Основные положения второго закона термодинамики сводят ся к следующему:
в непрерывно действующем двигателе теплота не может быть вся превращена в работу, часть тепловой энергии остается не преобразованной;
Любая энергия, затраченная на производство работы, может сполна перейти в равновеликое количество теплоты;
Для работы теплового двигателя необходимы, по крайней мере, два источника теплоты — горячий и холодный, имеющие разные температуры.
В этом кроется причина, по которой нельзя перевести в ра боту тепловую энергию окружающего атмосферного воздуха или воды морей и океанов: отсутствует второй источник теплоты с более низкой температурой.
Таким образом, второй закон термодинамики раскрывает условия, необходимые для превращения теплоты в работу.
В тепловых двигателях превра щение теплоты в работу происходит с помощью рабочего тела, которое воспринимает теплоту от внешних источников, и рас ширяется, совершая полезную работу. Для работы тепловой ма шины требуется постоянное повторение процесса расширения, т. е. рабочее тело после расширения удаляется и заменяется новым в таком же количестве и в том же составе или возвра щается в первоначальное состояние.
Определенная совокупность термодинамических процессов, в результате которых рабочее тело возвращается в начальное состояние, а значения, характеризующие это состояние (р, vt T и др.), принимают прежние значения, называют круговым процессом, или циклом.
Степень использования теплоты, т. е. выгодность цикла, оценивается термическим коэффициентом полезного, действия (КПД). Из второго закона термодинамики видно, что в тепловом двигателе вся теплота не может быть превращена в работу и, следовательно, термический КПД никогда не может достигнуть единицы.
В связи с этим возникает вопрос, по какому циклу должен работать тепловой двигатель, чтобы иметь наивысший возмож ный КПД. Ответ на этот вопрос дал в 1824 г. французский ин женер и ученый Сади Карно. Он предложил цикл, названный его именем.
Цикл Карно.
Хотя цикл Карно — идеальный, практичес ки неосуществимый, он имеет для теплотехники огромное зна чение, так как позволяет определять максимально возможный при данных температурах термический КПД теплового двига теля.
Цикл Карно назван в честь французского военного инженера Сади Карно, который впервые его исследовал в 1824 году.
Например, если действительный двигатель внутреннего сго рания имеет высшую температуру в цикле — температуру сгора ния рабочей смеси 1800 °С и низшую — температуру свежей ра бочей смеси, поступающей в цилиндр, 50 °С, то его термический КПД не превышает 50%. Если бы этот двигатель внутреннего сгорания при данных температурах
работал по циклу Карно, то, , получим максимально возможный КПД, который был бы равен
Это означает, что при данных температурах в двигателе не может быть превращено в работу свыше 85% теплоты.
3-й закон — третье начало термодинамики:
Теорема Нернста: Энтропия любой системы при абсолютном нуле температуры всегда может быть принята равной нулю.
3-й закон — третье начало термодинамики может быть сформулировано так:
«Приращение энтропии при абсолютном нуле температуры стремится к конечному пределу, не зависящему от того, в каком равновесном состоянии находится система».
или
где x — любой термодинамический параметр.
Третье начало термодинамики относится только к равновесным состояниям.
Поскольку на основе второго начала термодинамики энтропию можно определить только с точностью до произвольной аддитивной постоянной (то есть, определяется не сама энтропия, а только её изменение):
,
третье начало термодинамики может быть использовано для точного определения энтропии. При этом энтропию равновесной системы при абсолютном нуле температуры считают равной нулю.
Третье начало термодинамики позволяет находить абсолютное значение энтропии, что нельзя сделать в рамках классической термодинамики (на основе первого и второго начал термодинамики). В классической термодинамике энтропия может быть определена лишь с точностью до произвольной аддитивной постоянной S0, что не мешает термодинамическим исследованиям, так как реально измеряется разность энтропий (S0) в различных состояниях. Согласно третьему началу термодинамики, при значение .
В 1911 году Макс Планк сформулировал третье начало термодинамики, как условие обращения в нуль энтропии всех тел при стремлении температуры к абсолютному нулю: . Отсюда S0 = 0, что даёт возможность определять абсолютное значения энтропии и других термодинамических потенциалов. Формулировка Планка соответствует определению энтропии в статистической физике через термодинамическую вероятность (W) состояния системы S = klnW. При абсолютном нуле температуры система находится в основном квантово-механическом состоянии. Если оно невырожденно, то W = 1 (состояние реализуется единственным микрораспределением) и энтропия S при равна нулю. В действительности при всех измерениях стремление энтропии к нулю начинает проявляться значительно раньше, чем могут стать существенными дискретность квантовых уровней макроскопической системы и влияние квантового вырождения.
1.2.3.Истечение и дросселирование газов и паров
Истечение — процесс непрерывного движения газа или пара по каналу изменяющегося сечения. При истечении газа или па ра меняются основные параметры его состояния. Для осуще ствления процесса истечения з теплотехнике применяют корот кие участки трубопроводов — специальные насадки.
Насадки подразделяют на сопла и диффузоры. При движе нии в соплах газ (пар) расширяется, т. е. падает давление, а скорость повышается. В соплах потенциальная энергия, или запас работоспособности газа, преобразуется в кинетическую энергию движения.
В диффузорах, наоборот, скорость газа по мере движения по насадке уменьшается, т. е. кинетическая энергия преобразуется в потенциальную.
Диффузоры широко применяют в струй ных насосах, а сопла — в паровых и газо вых турбинах.
Сопла бывают суживающимися и рас ширяющимися. Суживающееся сопло — это насадка, поперечное сечение которой посте пенно уменьшается от входа к выходу (рис. 11, а).
Если к выходному концу суживающего ся сопла прибавить плавно расширяющую ся часть, получится расширяющееся сопло (рис. 11,б).
Рис. 11 Насадки для истечения газов и паров:
а- суживающееся сопло; б- расширяющееся сопло Лаваля; в-диффузор
Газ протекает через суживающееся соп ло ( рис. 11,а), как показано стрелкой. Так как струя газа, находящегося внутри сопла, неразрывна, то в единицу времени через любое сечение сопла проходит оди наковое количество газа. Следовательно при проходе газа через малое сечение скорость его увеличивается, а при проходе через большое сечение — уменьшается. Дав ление же будет изменяться обратно изменению скорости, т. е. чем больше скорость, тем меньше давление, и наоборот. Таким образом, по мере протекания газа через суживающе еся сопло его давление быстро падает, а скорость увеличивает ся, т. е. газ расширяется и удельный объем его растет. В узком выходном сечении давление достигает наименьшего значения, и его называют критическим (рКр), скорость же становится наибольшей и тоже называется критической .
До каких пор будет падать давление и увеличиваться ско рость? Могут ли эти значения изменяться беспредельно? Для большинства газов и паров критическое давление со ставляет примерно половину давления на входе в сопло. При проходе газа (пара) через суживающееся сопло давление его не может упасть меньше в два раза. Например, если давление пара на входе в суживающееся сопло составляет 1,0 МПа, то на выходе оно не может быть ниже 0,5 МПа.
Шведским инженером Л авалем было предложено сопло, в котором можно получить давление ниже критического. Такое сопло изображено на (рис. 11,в), оно называется расширяющимся, или комбинированным. Самое узкое сечение называют горлом сопла. При переходе через горло газ или пар имеет критичес кие давления и скорость.
В сопле Лаваля можно получить скорость истечения в 2,5—3 раза больше критической.
Чтобы струя газа или пара при проходе через расширяю щуюся часть сопла не отставала от стенок и не возникали вих ревые движения, угол конусности а в этом месте должен быть небольшим.
В диффузорах (рис. 11, в) скорость газа понижается, а дав ление повышается. Такие диффузоры для газа и воздуха широ ко применяют в центробежных компрессорах.
Если при движении по трубопроводу пар или газ проходит через сужение (при неполном открытии клапана и т. д.), то давление за этим сужением становится меньше и падает. Это явление называют дросселированием, В су женном сечении пар (газ) обладает большой скоростью, но пос ле того как он опять начнет двигаться по трубопроводу, ско рость его окажется примерно такой же, как и до прохода через суженное место. Вентили, употребляемые для регулирования мощности па ровых машин и турбин, а также дроссельные заслонки для дви гателей внутреннего сгорания вызывают дросселирование.
Дросселирование рабочего пара в паровых двигателях — яв ление нежелательное, так как при этом снижается экономич ность паросиловых установок. На судах иногда возникает не обходимость в получении путем дросселирования небольших ко личеств пара низкого давления из котлов высокого давления (например, для парового отопления, подогрева топлива). Для этой цели на ответвление паровой магистрали для прохода па ра устанавливают специальные клапаны с малым сечением, на зываемые дроссельными, или редукционными. Регулируя натя жение пружины клапана, можно получить необходимое давле ние за клапаном.
Кроме того, дросселирование находит применение в рабочих процессах холодильных установок.
Контрольные вопросы по разделу 1:
1.Из каких разделов состоит прикладная механика?
2.Что такое инерция?
3.Почему маховики выполняют с массивным ободом?
4.В каких случаях используют ременную и цепную передачу, а в каких – зубчатую?
5.Перечислите виды неразъемных соединений.
6.Температура пара 120°С; Какова будет его температура по международной температурной шкале?
7.Если первый и второй законы термодинамики говорят о взаимном преобразовании теплоты и работы, то в чем их отличие?
8.Какое назначение имеет цикл Карно в теплотехнике?
9.В чем разница между соплом и диффузором?
10.Как работает тепловой двигатель?
Раздел 2. Судовые энергетические установки (СЭУ)
2.1. Назначение и типы СЭУ
Судовая энергетическая установка(СЭУ) – это комплекс технических средств (машин, механизмов, систем, приборов, оборудования, различных устройств и т. д.), предназначенных для автономного обеспечения судна всеми видами энергии, необходимой для производственной деятельности судна , жизни экипажа и пассажиров.
Если корпус судна по аналогии с человеческим организмом часто сравнивают со «скелетом» человека, то судовую энергетическую установку – с «сердцем». Сравнение не совсем точное, так как наше сердце, как любой живой организм само приспосабливается к новым условиям жизни, а при необходимости самовосстановливается – т.е. постоянно идут процессы отмирания старых клеток и замещения их новыми, молодыми. Это не скажешь о машинах, которые изнашиваются необратимо. Интенсивность износа и срок службы (ресурс) машины во многом зависят от качества ее изготовления и от ее правильной эксплуатации. Поэтому члены машинной команды должны понимать как устройство и принцип действия СЭУ, так и правила технического обслуживания установок в соответствии с рекомендациями завода– изготовителя.
В состав СЭУ входит:
- главный двигатель – вырабатывает механическую энергию (составляет 80-90% всей вырабатываемой энергии) и, которая передается движителю (обычно гребному винту), который в свою очередь обеспечивает судну требуемую скорость движения. (Комплекс: «Главный двигатель - Судовой валопровод – Движитель» называют пропульсивной установкой;
– судовая электростанция – вырабатывает электрическую энергию;
– паровой, водогрейный или термомаслянный котел (термобойлер) – которые вырабатывают соответственно водяной пар , горячую воду или горячий органический теплоноситель;
– вспомогательные механизмы и вспомогательные устройства ( палубные механизмы, холодильные и опреснительные установки, устройства и установки предотвращающие загрязнение окружающей среды и др.).
Рассмотрим основные типы главных двигателей, применяемых на морских судах.
Первые суда на флоте, которые пришли на смену парусному флоту, были пароходы – суда, где главным двигателем была паровая машина. В 1807 году, американский изобретатель Фултон первым в мире построил речной колесный пароход "Клермонт" (Рис.12) В своем первом рейсе речкой Гудзон от Нью-Йорка до городу Олбани пароход двигался со скоростью 5 узлов (то есть около 9 километров в час).
Рис.12. Пароход «Клермонт»
Пароходы имели широкое распространение по всему миру во второй половине XIX и XX веках. Изначально на них были также укреплены мачты с парусами. Это делалось для того, чтобы в ветреную погоду экономить уголь. Позже паруса были убраны из конструкции пароходов, и остался только паровой двигатель. Позднее гребные колёса на пароходах были заменены на гребной винт. Винт оказался намного эффективнее и придавал большую скорость, чем колесо, особенно при волнении. В настоящее время пароходы не строятся ввиду малой экономичности паровых машин.
В конце XIX века на смену пароходов стали приходить турбоходы и теплоходы, где соответственно устанавливали турбину или двигатель внутреннего сгорания. Турбоход — судно, которое использует для движения газовую или паровую турбину. Первое судно, оснащённый паровой турбиной было «Турбиния»,. построенное в 1894 году как экспериментальное. «Турбиния» стала наиболее скоростным судном своего времени. (Рис.13)
Рис.13 Паротурбоход «Турбиния»
Суда с паротурбинной установкой (паротурбоходы) не получили широкого применения в морском флоте. До недавнего времени оставались только танкера старой постройки (около 2% судов мирового флота), но с начала 2000-х годов со стапелей Южной Кореи стали сходить танкера для перевозки сжиженного природного газа (СПГ), оборудованные паротурбинными установками по причине их высокой надежности, а также возможности использовать перевозимый газ в качестве топлива.
Газовые турбины в составе СЭУ применяются в основном в качестве главных двигателей на военных кораблях, на транспортных судах на подводных крыльях и на судах на воздушной подушке из-за малых габаритов и веса, а также возможности агрегатного метода ремонта (демонтаж неисправного двигателя и установки вместо него нового или заранее отремонтированного) Недостатком газотурбоходов является большой расход органического топлива, высокая тепловая напряженность и быстрый износ ее конструктивных элементов и следовательно – малый срок службы. Кроме того, в связи с высокой скоростью вращения ротора газотурбинного двигателя (ГТД), его мощность не может быть передана на судовой валопровод непосредственно и поэтому необходимо применять промежуточные передачи мощности (зубчатые, гидравлические или комбинированные передачи) с понижением числа оборотов. (более подробно устройство и основные типы судовых паровых и газовых турбин рассмотрено в разделе 3.2. и 3. 3)
Суда с электродвижением (электроходы), где главный двигатель электродвигатель постоянного или переменного тока применяются на пассажирских судах, ледоколах, буксирах, судах-спасателях, паромах или рыбопромысловых судах, где необходимо иметь повышенную маневренность. В зависимости от первичного двигателя генератора электроходы подразделяются на дизель-электроходы и турбоэлектроходы.
Электродвижение имеет ряд достоинств:
- повышенная маневренность (возможность быстрого изменения направления и частоты вращения гребного вала);
- генераторы тока работают с постоянной частотой вращения, что дает возможность применять для их привода быстроходные нереверсивные дизели, что в конечном итоге повышает срок службы всей СЭУ.
Большую перспективу имеют движительные комплексы «Азипод» («Azipod») ( азимутальные приводы в обтекателе) – это электрические движительные установки в обтекателе. Высокомоментный электродвигатель расположен в установке в отдельном корпусе— поде. Тяговый винт установлен непосредственно на валу электродвигателя, коробка передач в этом случае не требуется, за счет этого достигается большая эффективность системы. Установка закреплена вне корпуса судна с помощью шарнирного механизма и может вращаться вокруг вертикальной оси на 360°, что позволяет получить лучшую маневренность по сравнению с обычными передачами.
Танкер-ледокол «Василий Динков» (Рис.14) может работать без ледоколов там, где толщина льда составляет 1,5 метра. Такой танкер способен самостоятельно пробивать себе дорогу во льдах, благодаря новой системе движительных рулевых колонок и двойному корпусу соответствующий ледовому классу «ЛУ 6» (1A Super).
Рис.14 Танкер-ледокол «Василий Динков»
Более подробно движительные комплексы «Azipod» освещены в гл. 2.9.
Атомные суда (атомоходы) бывают надводными и подводными..Единственными коммерческими судами с атомной энергетической установкой были: ледокол «Ленин» (СССР)- построенный в 1959г., грузопассажирское судно «Savanna» (США) - 1964 г., «Otto Hahn»(Германия) - 1968 г., «Mutsu Japan» (Япония) - 1970 г. и лихтеровоз «Севморпуть» (СССР)- 1988 г.
В настоящее время атомные установки применяется на ледоколах и военных судах, в частности на подводных лодках и авианосцах. Существует отдельный атомный флот, который является совокупностью кораблей различных типов, имеющих ядерную силовую установку. Более развит подводный атомный флот (в основном, в США и России), начало которому было положено в 1960-х годах.
Атомная силовая установка имеет преимущества перед другими двигателями: неограниченная автономность плавания, длительное использование высокой скорости хода, большая мощность на валу.
Атомоходы не нашли применения на гражданском транспортном флоте из-за больших габаритов и веса установки, а также из-за высоких требований к безопасному обслуживанию установки, что увеличивает первоначальную стоимость установки. Возникают и юридические проблемы захода атомоходов в иностранные порты.
В настоящее время атомные СЭУ устанавливают на ледоколах, к которым предъявляют специальные требования: высокая мощность и большой срок автономного плавания. В настоящее время атомные ледоколы России: «50 лет победы», «Ямал» (Рис.15), «Советский Союз», «Россия», «Таймыр», «Вайгач» обеспечивают проводку судов в арктических водах, а с 2000 года с помощью российских атомных ледоколов "Атомфлота" успешно проводятся туристические рейсы на Северный полюс.
Рис.15 Атомный ледокол «Ямал» (Россия)
Перспектива полного израсходования в ближайшие десятилетия невосполнимых запасов органического топлива служит причиной поиска иных источников энергии, к числу которых относится солнечная энергия. Компания Nippon Yusen K.K., являющаяся лидером в области кораблестроительства Японии, построила на своих верфях грузовой торговое судно с установленными на борту 328 солнечными панелями. (Рис.16) На этом судне может уместиться 6400 автомобилей , а стоимость судна составляет $1,68 миллиона долларов. Судно построено для перевозки автомобилей. Вырабатываемая солнечными батареями электроэнергия в 40 кВт обеспечит до 7% всех потребностей судового хозяйства, частично она будет использоваться для освещения кают и запуска ряда технических приборов и устройств. Помимо мощной системы солнечной генерации судно оснащено мощной аккумуляторной системой, работающей в моменты простоя.
Разработчики говорят, что строительство началось как нельзя более вовремя, потому что с верфи судно сошло как раз перед кризисом. Первым коммерческим клиентом, зафрахтовавшим корабль, стала Toyota Motor, Водоизмещение судна составляет 60213 тонн, длина 200 метров.
Рис. 16 Судно RO-RO «Auriga Leader» для транспортировки автомобилей.
Другим примером служит успешная эксплуатация с 2001 года в швейцарском пароходстве Navigation Lac de Bienne/Bielersee Schifffahrt на Нёвшательском озере пассажирского катамарана MobiCat, получающий энергию от солнечных батарей.
Японская компания Eco Marine Power, которая специализируется на производстве солнечных, ветровых и гибридных силовых установок для кораблей, создала технологию применения солнечных панелей одновременно и в качестве парусов, и в качестве портативной солнечной электростанции.
Рис.17.Солнечные панели-паруса
Планируется поставить солнечные панели-паруса на большие морские суда, например на нефтяные танкеры, поскольку они обладают автоматической системой управления под названием «Aquarius System», а также могут работать во время стоянки корабля в порту (Рис.17). Во время шторма или при других критических климатических условиях, Aquarius System спроектирована так, чтобы панели могли вовремя складываться.
Такие паруса позволят существенно снизить расход топлива почти на 20% и будут способствовать уменьшению выбросов углекислого газа в окружающую среду. Они также имеют ряд преимуществ над типичными силовыми установками: маневренность, надежность, комфортность (отсутствие дыма, низкий уровень шума и вибрации).
В настоящее время теплоходы, где главным двигателем служит двигатель внутреннего сгорания, составляют около 96-98% мирового флота. Широкое применение на морских судах дизельных установок объясняется их более высокой экономичностью (на 20-30%) по сравнению с энергетическими установками других типов и возможностью обеспечить практически любую потребность в мощности главного или вспомогательного двигателя – от нескольких десятков до 90000 тыс. КВт в агрегате.
Таким образом, на выбор типа главного двигателя для судна влияют следующие показатели:
– экономичность работы двигателя (затраты на топливо, смазку, техническую пресную воду);
– габариты и вес установки;
– затраты на обслуживание и ремонт;
– моторесурс и надежность работы установки.
Главный двигатель размещается в машинном отделении (МО) представляющее отсек, образованный водонепроницаемыми переборками. Главные двигатели размещают на специальных фундаментных рамах в нижней части МО. Палубу в нем образуют листы рифленой стали, укрепленные на специальном каркасе (пайолы). В пространстве между пайолами и вторым дном проложены трубопроводы различных судовых систем.
Вспомогательные механизмы и устройства расположены как на уровне ГД, так и на специальных платформах. Там же размещены механические и электромеханические мастерские, кладовые и др. помещения. В МО предусмотрена мощная принудительная вентиляция. Над МО имеется шахта, которая через все палубы выходит на самую верхнюю и заканчивается световым люком.
2.2.Судовые дизельные установки
2.2.1.Основные типы дизельных установок
Статистические данные последних лет показывают , что дизельные энергетические установки преобладают в составе мирового транспортного флота.
Дальнейший рост агрегатной мощности судовых дизелей, увеличение их надежности, экономичности и долговечности будут способствовать не только их распространению, но и более широкому использованию в качестве главных двигателей на крупнотоннажных судах морского флота.
Если в качестве ГД используются тихоходные малооборотные дизели (МОД частота вращения 80-250 об/мин), то на судне применяется прямая передача на винт через упорный подшипник и валопровод. (Рис.18.а), Если же ГД служат среднеоборотные дизели (СОД – частота вращения порядка 250-750об/мин) или высокооборотные (частота вращения 750-2500 oб/мин), то для снижения числа оборотов устанавливают зубчатые редукторы. (Рис. 18,б), реже встречаются и дизель- электрические (Рис.18,в).
Рис. 18Типы судовых дизельных установок:
а – прямая передача на винт: б – дизель-редукторная установка; в – дизель-электрическая установка.
1-гребной вал; 2-дейдвудный подшипник; 3 –промежуточный вал; 4-упорный подшипник;5-дизель; 6-редуктор;
7-гребной электродвигатель; 8-дизель-генераторы.
При прямой передачей мощности на винт (Рис18,а) к фланцу коленчатого вала дизеля присоединен короткий промежуточный вал 3, имеющий гребень для упорного подшипника 4 . Промежуточный вал соединяется, с уложенным в дейдвудный подшипник 2 гребным валом 1 . При такой передаче мощность, потребляемая движителем, составляет примерно 97—98% мощности главного двигателя, т. е. потери мощности в валопроводе на трение в подшипниках .Другим достоинством прямой передачи является простота конструкции установки, что снижает строительную стоимость, затраты на уход и ремонт.
В дизель-редукторном варианте (Рис.18,б) гребной винт может приводиться во вращение одним или несколькими дизелями через зубчатую передачу.
Дизель-электрические установки (Рис.18,в) состоят из нескольких дизель- или турбо-генераторов 8, подающих ток через щит электродвижения на гребной электродвигатель 7.
2.2.2. Классификация судовых двигателей внутреннего сгорания (СДВС).
Судовые двигатели внутреннего сгорания делятся по следующим признакам:
– по назначению – главные и вспомогательные. Главные ДВС приводят во вращение валопровод, и далее вращение передается движителю (гребному винту), обеспечивая движение судна. Вспомогательные ДВС приводят в движение электрогенераторы (дизель-генераторы),компрессоры (дизель-компрессоры),спасательные шлюпки, насосы и др. вспомогательное оборудование, т.е.служат для обеспечения всех судовых нужд, за исключением движения судна.
– по способу осуществления рабочего цикла – двухтактные и четырехтактные, с наддувом и без наддува;
–по способу воспламенения горючей смеси топлива с воздухом ( в определенных соотношениях) — с воспламенением от сжатия (дизели) и с принудительным воспламенением от электрической искры (карбюраторные, газовые и инжекторные);
–по виду применяемого топлива — работающие на жидком (бензин или дизельное топливо) и газообразном (сжатый или сжиженный газ) топливе, а также многотопливные;
– по способу смесеобразования – с внешним смесеобразованием(карбюраторные, газовые и инжекторные) и с внутрен-ним смесеобразованием ;
– по конструкции кривошипно-шатунного механизма (КШМ) – тронковые, крейцкопфные и двигатели с противоположно движущимися поршнями;
– по способу охлаждения – с жидкостным и воздушным охлаждением;
–по расположению цилиндров – вертикальные (Рис. 19,а), V-образные (Рис 19,б), W-образные (Рис 19,в), звездообразные (Рис.19,г), Δ- образные(19д) и др.;
а) б) в) г) д)
Рис.19 Различные типы ДВС по расположению оси цилиндров
–по числу оборотов – малооборотные (80-250 oб/мин), среднеоборотные (250-750 oб/мин), высокооборотные
(750-2500 oб/мин);
– по средней скорости поршня (Ст , м/с): тихоходные - 4,5 <Ст< 7,0; средней быстроходности - 7,0<Ст<10,0; быстроходные — 10,0 < Ст < 15,0;
–по возможности изменения направления вращения коленчатого вала - реверсивные, имеющие механизм реверса, позволяющий изменять направление вращения коленчатого вала, и нереверсивные, имеющие одно постоянное направление вращения коленчатого вала;
– по степени автоматизации, управления и обслуживания:
а) с дистанционным, автоматическим управлением из рулевой рубки и с центрального поста управления в машинном отделении;
б) с дистанционным, автоматическим управлением только из центрального поста управления в машинном отделении;
в)с местным управлением от пульта управления, расположенного на двигателе.
2.2.3. Основные понятия и определения, принятые в ДВС
Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – это тепловой двигатель, у которого рабочий процесс происходит внутри цилиндра. Энергия образующихся газов при сгорании топлива преобразуется в механическую энергию вращения коленчатого вала при помощи кривошипно–шатунного механизма (КШМ).
Преобразование химической энергии топлива, сжигаемого в цилиндре двигателя, в механическую работу совершается с помощью газообразного тела – продуктов сгорания жидкого или газообразного топлива.
За один оборот коленчатого вала поршень дважды будет находиться в крайних положениях, где изменяется направление его движения (рис.14). Эти положения поршня принято называть мертвыми точками, так как усилие, приложенное к поршню в этот момент, не может вызвать вращательного движения коленчатого вала. Положение поршня в цилиндре, при котором расстояние его от оси вала двигателя достигает максимума, называется верхней мертвой точкой (ВМТ).
Нижней мертвой точкой (НМТ) называют такое положение поршня в цилиндре, при котором расстояние его от оси вала двигателя достигает минимума. (В мертвых точках поршень на мгновения останавливается, т.е. его скорость равна 0.)
Расстояние по оси цилиндра между мертвыми точками называют ходом поршня (S). Каждому ходу поршня соответствует поворот коленчатого вала на 180°. (Рис.19)
Перемещение поршня в цилиндре вызывает изменение объема надпоршневого пространства. Объем внутренней полости цилиндра при положении поршня в ВМТ называют объемом камеры сгорания Vc.
Объем цилиндра, образуемый поршнем при его перемещении между мертвыми точками, называется рабочим объемом цилиндра Vh. :
где D – диаметр цилиндра, мм;
S – ход поршня, мм
Рис.20. Схема двигателя внутреннего сгорания
Объем надпоршневого пространства при положении поршня в НМТ называют полным объемом цилиндра Va.
.
Рабочий объем двигателя представляет собой произведение рабочего объема цилиндра на число цилиндров.
Отношение полного объема цилиндра Va к объему камеры сгорания Vc называют степенью сжатия (ε):
Для современных дизелей величина степени сжатия составляет 15-20 и более. Величина степени сжатия оказывает большое влияние на экономичность рабочего процесса и поэтому является важнейшей конструктивной характеристикой двигателя. Чем выше степень сжатия, тем выше к. п. д. двигателя. С одной стороны, степень сжатия выгодно иметь как можно больше, однако в судовых дизелях степень сжатия на практике не превосходит величины 20. Это объясняется тем, что рост давления в конце сжатия приводит к значительному увеличению максимального давления сгорания. При этом резко увеличиваются усилия, действующие на детали цилиндро-поршневой группы (ЦПГ) и КШМ, что приводит к интенсивному износу деталей, и как следствие—резкое снижение моторесурса дизеля .
2.2.4. Устройство и работа четырехтактного ДВС
Для работы дизеля необходимо обеспечить определенную по следовательность процессов: наполнение цилиндра воздухом, сжа тие его, подачу топлива и горение, расширение продуктов сгорания и удаление отработавших газов. Ряд последовательно протека ющих в цилиндре процессов, обеспечивающих непрерывную работу двигателя, называется рабочим циклом. Часть рабочего цикла, протекающая за один ход поршня, называется тактом.
Двигатели, в которых рабочих цикл совершается за за два хода поршня или за один оборот коленчатого вала, называются двухтакт ными; двигатели, в которых рабочий цикл совершается 4 хода поршня или два оборота коленчатого вала – четырехтактные.
Устройство четырехтактного ДВС показана на Рис.21. Двигатель состоит из следующих основных частей: крышки цилиндра 1, в которой располагается впускной (всасывающий) клапан 2, форсунка 3 и выпускной (выхлопной) клапан 4; цилиндра 5, поршня 6, шатуна 7, станины 8, коленчатого вала 10 с мотылем 9, фундаментной рамы 11. Фундаментная рама, станина и цилиндры стягиваются между собой болтами и образуют единую прочную конструкцию – остов двигателя.
Форсунка 3 служит для впрыскивания и распыливания топлива в цилиндре, всасывающий клапан – для впуска свежего воздуха в цилиндр, а выхлопной – для выпуска отработавших (выхлопных) газов. Шатун 7 соединяет поршень с коленчатым валом и совершает поступательно-вращательное движение. Коленчатый вал 10 вращается в подшипниках, уложенных в фундаментной раме.
|
Рис.21. Схема четырёхтактного ДВС: 1 - крышка цилиндра; 2 - всасывающий клапан; 3 - форсунка; 4 - выпускной клапан; 5 -цилиндр; 6 - поршень; 7 -шатун; 8 - станина;9 - мотыль; 10 - коленчатый вал; 11 – фундаментная рама. |
Рассмотрим процессы, происходящие в четырёхтактном ДВС (Рис.22):
Рис 22. Схема работы 4-х/т ДВС:
Первый такт – впуск воздуха. Поршень передвигается вниз под действием вращения коленчатого вала. При движении поршня вниз открыт всасывающий клапан, а выпускной закрыт. Свежий воздух засасывается из атмосферы (или из продувочного ресивера, если двигатель с наддувом) в пространство над поршнем. Наполнение цилиндра продолжается до тех пор, пока поршень не достигнет нижней мёртвой точки (Н.М.Т.).
Второй такт – сжатие воздуха. Поршень движется вверх. В это время оба клапана– всасывающий и выхлопной – закрыты. При движении поршня вверх объём цилиндра над ним уменьшается, т.е. происходит сжатие воздуха, которое продолжается до тех пор, пока поршень не достигнет верхней мёртвой точки (в.м.т.). Сжатие сопровождается повышением давления и температуры воздуха в цилиндре.
В конце второго такта при положении поршня 3-5º до в.м.т. происходит впрыск топлива в цилиндр через форсунку Мелко распыленное топливо хорошо смешивается с горячим воздухом и самовоспламеняется, быстро сгорая и образуя большую массу газов с высокой температурой и давлении
Третий такт – расширение газов. Под действием высокого давления газов поршень движется вниз, объём цилиндра увеличивается, давление газов уменьшается, т.е. происходит процесс расширения. Третий такт называется рабочим тактом или рабочим ходом поршня, т.к. только он даёт полезную работу – превращает тепловую энергию газов в механическую работу движения поршня. Прямолинейное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала при помощи шатуна и коленчатого вала. В третьем такте не коленчатый вал движет поршень в цилиндре, как это было при тактах всасывания и сжатия, а движущийся поршень заставляет вращаться коленчатый вал.
Четвёртый такт – выпуск отработавшего газа. Как только поршень достигает н.м.т., открывается выпускной (выхлопной) клапан. Поршень, проходя н.м.т., начинает двигаться вверх и выталкивает газы из цилиндра через открытый выхлопной клапан. Таким образом, весь рабочий цикл четырёхтактного двигателя происходит за два оборота коленчатого вала
Цикл работы двигателя обычно изображают графически в осях V-P (объем-давление) (Рис23). Значения величины V, равные объему, заключенному над поршнем, откладывают по оси абсцисс. Давление P в цилиндре откладывают – по оси ординат. По оси абсцисс откладывается объём, занимаемый газами в цилиндре, а по оси ординат — давление. Каждая точка на индикаторной диаграмме показывает давление в цилиндре двигателя при данном объёме, т. е. при данном положении поршня (точка r соответствует началу впуска; точка а — началу сжатия; точка с — концу сжатия; точка z— началу расши-рения; точка b — концу расширения). Такой график называют индикаторной диаграммой.
( Его можно вычертить при работе двигателя прибором, называемый индикатором.)
Рис.23 Теоретическая (пунктир) и действительная (сплошные линии) индикаторные диаграммы четырехтактного двигателя:
ra — линия впуска; ac — линия сжатия; cz — линия сгорания; zb — линия расширения; br — линия выпуска;
P —давление; V — объём.
|
Рис.24 Схема двухтактного крейцкопфного двигателя: 1-шток; 2-поршень; 3-крейцкопф; 4-направляющие; 5-шатун; 6- поперечина; 7-диафрагма |
2.2.5. Устройство и работа двухтактного ДВС.
Схематический чертеж 2х/т ДВС изображен на Рис. 24 Во время рабочего хода на поршень действует сила давления газов и вместе с силой инерции деталей КШМ составляет движущее усилие Рш , которое передается на шатун и дальше на коленчатый вал. Боковая составляющая Р прижимает поршень к цилиндровой втулке.У тронкового дизеля КШМ проще, чем у крейцкопфного, а также меньше высота и масса. Однако, при диаметре
цилиндра D > 500мм боковая сила достигает большихзначений, вызывая повышенный износ цилиндровой втулки и поршневых колец а также сильные стуки (при переходе поршня мертвых точек). Возникает и значительный опрокидывающий момент, который может привести к
опрокидыванию двигателя.
Рабочий цикл в двухтактных двигателях совершается за два такта, т. е. за один оборот коленчатого вала. В отличие от четырехтактных двигателей, в двухтактных очистка рабочего цилиндра от продуктов сгорания и наполнение его свежим зарядом, или, другими словами, процесс газообмена, происходят только при движении поршня вблизи НМТ. При этом очистка цилиндра от выпускных газов осуществляется путем вытеснения их не поршнем, а предварительно сжатым до определенного давления воздухом или горючей смесью. Предварительное сжатие воздуха или смеси производится в специальном продувочном насосе или компрессоре, исполняемом в виде отдельного агрегата. В небольших двигателях в качестве продувочного насоса иногда используются внутренняя полость картера (кривошипная камера) и поршень двигателя.
В процессе газообмена в двухтактных двигателях некоторая часть воздуха или горючей смеси неизбежно удаляется из цилиндра вместе с выпускными газами через выпускные органы. Эта утечка воздуха или горючей смеси учитывается при выборе производительности продувочного насоса или компрессора.
В двухтактных двигателях применяются различные схемы газообмена:
Прямоточно-клапанная схема газообмена (рис.25). Основными особенностями устройства двигателя этого типа являются:
- впускные окна (1), расположенные в нижней части цилиндра, высота которых составляет около 10–20 % хода поршня. Открытие и закрытие впускных окон производится поршнем (3) при его движении в цилиндре;
- выпускные клапаны (4), размещенные в крышке цилиндра.
Рис. 25.Прямоточно-клапанная схема газообмена
Петлевая схема газообмена (рис. 26) значительно упрощает конструкцию двигателя по сравнению с клапанно-щелевой, но при этом ухудшается качество газообмена и возникают потери воздуха или смеси при наполнении.
.
Рис. 26Петлевая схема газообмена
Прямоточная схема газообмена с противоположно движущимися поршнями (рис. 27), в которой один поршень (3) управляет впускными окнами, а другой – выпускными, обеспечивает высокое качество газообмена.
Рис. 27. Прямоточная схема газообмена с противоположно движущимися поршнями
Рассмотрим рабочий цикл двухтактного двигателя с прямоточно-клапанной продувкой:
Первый такт. Соответствует ходу поршня от ВМТ к НМТ (рис. 28). В цилиндре только что прошло сгорание (линия cz на индикаторной диаграмме) и начался процесс расширения газов, т. е. осуществляется рабочий ход. Несколько раньше момента прихода поршня к впускным окнам открываются выпускной клапан в крышке цилиндра, и продукты сгорания начинают вытекать из цилиндра в выпускной патрубок; при этом давление в цилиндре резко падает (участок тk на индикаторной диаграмме).
Рис. 28 Первый такт двухтактного ДВС
Впускные окна открываются поршнем, когда давление в цилиндре становится примерно равным давлению предварительно сжатого воздуха в ресивере или немного выше его. Воздух, поступая в цилиндр через впускные окна, вытесняет через выпускные клапаны оставшиеся в цилиндре продукты сгорания и заполняет цилиндр (продувка), т. е. осуществляется газообмен. Таким образом, в течение первого такта в цилиндре происходит сгорание топлива, расширение газов, выпуск выпускных газов, продувка и наполнение цилиндра.
Второй такт. Соответствует ходу поршня от НМТ к ВМТ (рис. 29). В начале хода поршня продолжаются процессы удаления выпускных газов, продувки и наполнения цилиндра свежим зарядом. Конец продувки цилиндра определяется моментом закрытия впускных окон и выпускных клапанов. Последние закрываются или одновременно с впускными окнами, или несколько ранее.
Рис. 29. Второй такт двухтактного ДВС
Давление в цилиндре к концу газообмена в двухтактных двигателях несколько выше атмосферного и зависит от давления воздуха в ресивере. С момента окончания газообмена и полного перекрытия поршнем впускных окон начинается процесс сжатия воздуха. Когда поршень не доходит на 10–30° по углу поворота коленчатого вала до ВМТ (точка с'), в цилиндр через форсунку начинает подаваться топливо. Следовательно, в течение второго такта в цилиндре происходит окончание выпуска, продувка и наполнение цилиндра в начале хода поршня и сжатие при его дальнейшем ходе.
В отличие от четырехтактного двигателя в двухтактном двигателе отсутствуют такты впуска и выпуска как самостоятельные такты, для которых требуется один оборот коленчатого вала. В двухтактных двигателях процессы выпуска и впуска осуществляются на небольших участках хода поршня, соответствующего основным тактам расширения и сжатия.(Рис.30)
Рис. 30Полная индикаторная диаграмма двухтактного ДВС без наддува
Примером мощного малооборотного ДВС служит дизель Wartsila-Sulzer RTA96-C - это двухтактный 14-цилиндровый судовой дизель. Диаметр цилиндра этого судового двигателя 960 мм, ход поршня — 2,5 метра, вес 2300 тонн, мощность достигает 108 тысяч 920 лошадиных сил. (Рис.31)
Рис. 31 Судовой дизель Wartsila-Sulzer RTA96-C
2.2.6. Рабочие процессы в двигателях внутреннего сгорания
Полный рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания происходит в течение нескольких ходов поршня, за один или два оборота коленчатого вала. Рабочий цикл осуществляется рядом последовательных процессов: наполнением цилиндра свежим зарядом воздуха, сжатием в цилиндре свежего заряда воздуха, впрыскиванием топлива и сжиганием его в цилиндре; расширением газов, которые совершают при этом механическую работу, и выталкиванием отработанных газов в атмосферу. Теоретически начало и конец каждого процесса могут происходить при положении поршня в соответствующих мёртвых точках.
Например, в четырёхтактном двигателе наполнение цилиндра воздухом должно было бы начаться в ВМТ а закончиться- в НМТ. Сжатие должно было бы закончиться при достижении поршнем ВМТ, после чего должен был бы произойти впрыск топлива и его сгорание. В действительном цикле рабочие процессы сдвинуты от крайних положений поршня. Открытие и закрытие всасывающих и выхлопных клапанов происходят прежде, чем поршень доходит до мёртвой точки, или позже, когда поршень уже переменил направление движения.
Каждому положению поршня соответствует вполне определённый угол поворота коленчатого вала. Моменты открытия и закрытия всасывающих и выхлопных клапанов, начало впрыска топлива и конец расширения газов, отнесённые к углам поворота мотыля коленчатого вала, называются фазами газораспределения. Для наглядности моменты открытия и закрытия клапанов двигателя изображаются в круговой диаграмме, представляющей собой замкнутую траекторию вращения мотыля коленчатого вала и углы его поворота, соответствующие началу и концу рабочих процессов.
На Рис. 32 изображена круговая диаграмма четырёхтактного дизеля. Рассмотрим подробнее процессы, происходящие
в цилиндре четырёхтактного дизеля.
Рис. 32Круговая диаграмма четырёхтактного дизеля.
Наполнение цилиндра (впуск) не заканчивается в НМТ, а продолжается ещё 10-30º поворота мотыля. Это объясняется тем, что при быстром движении поршня к н.м.т. воздух не успевает поступить в цилиндр через всасывающий клапан и в цилиндре создаётся давление ниже атмосферного (разрежение). После перемены направления движения поршня воздух всё ещё продолжает поступать в цилиндр, пока давление в цилиндре не сравняется с давлением во всасывающем трубопроводе. Процесс наполнения продолжается 220 – 230º поворота мотыля. Процесс сжатия происходит за 135 - 140º поворота коленчатого вала. Впрыск топлива в цилиндр осуществляется за 5 – 20º до того, как поршень достигнет в.м.т. Предварение впрыска необходимо для смешения и испарения топлива в среде горячего воздуха и подготовки к сгоранию основного количества топлива. Впрыск и сгорание топлива происходят в течение 20 - 30º поворота коленчатого вала и заканчивается за в.м.т. через 15 - 25º. Расширение газа продолжается около 130 - 160º после ВМТ. Поршень ещё не достигает н.м.т., а выхлопной клапан уже открывается (предварение открытия выхлопного клапана). При нахождении поршня в н.м.т. давление газов в цилиндре равно 1,1 – 1,2 кГ/см². Выталкивание выпускных газов продолжается 220 - 230º поворота вала. Всасывающий клапан начинает открываться за 10 - 15º до в.м.т. поршня (предварение открытия). Фазы рабочего процесса в четырёхтактном дизеле зависят от размеров двигателя и скорости вращения. У высокооборотных двигателей предварение (опережение) открытия и закрытия клапанов может быть бóльшим. Для улучшения процесса наполнения цилиндра свежим зарядом воздуха быстроходные дизели имеют два всасывающих клапана, что увеличивает проходное сечение всасывающих клапанов. Особенно хорошо протекает процесс наполнения цилиндров свежим зарядом воздуха у двигателей с наддувом, где воздух на всасывание подаётся под давлением от турбонагнетателя, работающего на выпускных газах.
В двухтактном двигателе фазы газораспределения определяют моменты открытия и закрытия поршнем впускных и продувочных окон. Весь круговой процесс происходит за один оборот коленчатого вала ( рис. 33).
Рис. 33 Круговая диаграмма двухтактного двигателя
Выпускные окна (точка 1 на диаграмме) открываются раньше продувочных (точка 2) с тем, чтобы к моменту открытия продувочных окон давление газов в цилиндре стало меньше давления продувочного воздуха (на 0,1 – 0,2 кГ/см²). При восходящем движении поршня сначала закрываются продувочные окна (точка 3), а затем выпускные (точка 4). В период движения поршня от точки 3 до точки 4 происходит потеря свежего заряда, выходящего через выпускные окна. При движении мотыля от точки 4 до точки 5 происходит сжатие, а в точке 5 в цилиндр впрыскивается топливо.На рис 32 показана круговая диаграмма рабочего процесса дизеля с наддувом, имеющего продувочные окна в цилиндре и выхлопной клапан в крышке цилиндра. В точке 1 открывается выхлопной клапан, а в точке 2 – продувочные окна. Выпуск, очистка цилиндра от газов и наполнение продолжаются до точки 3. В точке 3 выхлопной клапан закрывается, а наполнение цилиндра свежим воздухом продолжается до точки 4, что увеличивает весовой заряд воздуха в цилиндре. В двухтактных двигателях окна прорезаны в нижней части цилиндра, и чем ближе они находятся к н.м.т., тем полнее можно использовать тепловую энергию газов, так как увеличивается полезный ход поршня. Поэтому период выпуска и продувки в двухтактном двигателе уменьшен и составляет около 130 - 150º поворота коленчатого вала. У быстроходных двигателей процесс очистки цилиндра от отработавших газов затруднён из-за недостатка времени. Такие двигатели менее экономичны, потому что при плохой очистке цилиндра от газов топливо не полностью сгорает. Многооборотные дизели небольшой мощности выполняют обычно четырёхтактными. Подача топлива в цилиндр также происходит до того, как поршень достигнет в.м.т. Опережение впрыска топлива составляет 5 - 20º поворота мотыля и зависит от типа дизеля, числа оборотов и сорта применяемого топлива. Впрыск заканчивается после в.м.т. через 5 - 10º поворота коленчатого вала.
2.2.7. Тепловой баланс двигателя. Индикаторный и эффективный к.п.д.
Знание теплового баланса двигателя дает возможность понять распределение теплоты, полученной в двигателе в результате сгорания топлива.
Всю полученную теплоту принимают за 100%. Она распределяется на полезную работу и потери. К основным составляющим расхода теплоты в двигателе относятся:
- Qпол. – теплота, преобразованная в полезную работу, т.е.вращение валопровода и тем самым движение судна;
- Qгаз. – теплота, потерянная с выпускными газами;
- Qохл. – теплота, ушедшая в охлаждающую двигатель воду и масло;
- Qмех. – теплота, затраченная на механическое трение деталей;
- Qнеп. – теплота, потерянная из-за неполного сгорания топлива;
- Qпр. – теплота, затраченная на прочие неучтенные потери.
Таким образом, тепловой баланс можно представить в виде уравнения:
Q= Qпол. + Qгаз. + Qохл. + Qмех. + Qнеп. + Qпр.
Ээффективность работы двигателя характеризует индикаторный ήі и эффективный ήе к.п.д. двигателя. Индикаторный к.п.д. показывает совершенство рабочего процесса в цилиндре дизеля, а эффективный – экономичность работы дизеля в целом с учетом всех его тепловых и механических потерь. Эффективный к.п.д. современных МОД составляет 0,4 – 0,55.
Механический к.п.д. ήм учитывает потери на трение. Зависимость между индикаторным и эффективным к.п.д. определяется формулой:
ήе = ήі ήм
Наиболее значительная часть механических потерь вызвана трением в цилиндре, меньшая - трением в хорошо смазываемых подшипниках и приводом необходимого для работы двигателя оборудования. Механический к.п.д.
двигателя зависит также и от типа используемого масла.
2.2.8. Основные неподвижные части ДВС (остов ДВС)
Основные неподвижные детали образуют остов ДВС, являющийся опорой для различных узлов и движущихся деталей. Конструкция остова определяется назначением и типом ДВС. На рис.34 приведены различные схемы конструкций остова ДВС.
Рис.34.Принципиальные схемы конструкций остова ДВС:
а)- раздельная фундаментная рама 1, картер 2, блок цилиндров 3,крышка 4;
б)- совмещенные картер и блок цилиндров – блок картер 5;
в)- совмещенные фундаментная рама и картер – рама-картер 6;
г)- фундаментная рама отсутствует, ее заменяет несущий картер 2,снизу закрытый поддоном 7;
д)- фундаментную раму заменяет несущий блок-картер 5;
е)- несущий картер 2 с поддоном 7, блок совмещен с крышкой – моноблоком 8.
Остов мощного малооборотного двигателя показан на рис.35
|
Рис. 35. Остов мощного малооборотного двигателя: 1- фундаментная рама; 2 - промежуточная стойка; 3 – станина; 4 - крышка подшипника
|
К конструкции остова предъявляют следующие основные требования:
- большая жесткость;
- достаточная про чность;
- возможно меньшая масса (масса остова достигает 70 % об щей массы дизеля).
Большая жесткость остова дает возможность избежать недо пустимых деформаций его деталей, нарушающих относительное расположение осей деталей КШМ.
В малооборотных крейцкопфных двигателях при меняют остовы с раздельно изготовленными фундаментной рамой, станиной и цилиндрами или блоком цилиндров. (Рис.35) Не обходимая жесткость остова обеспечивается благодаря большому сечению высоких поперечных и продольных балок фундаментной рамы, а также применению блока цилиндров и станины коробчатой конструкции. Схема позволяет упростить изготовление деталей остова и применить различные материалы для изготовле ния: блока цилиндров — чугун, станины и рамы — сталь.
2.2.8. 1.Фундаментная рама
Фундаментная рама является основанием, на котором последовательно производиться сборка всех остальных элементов остова двигателя. Она воспринимает силы тяжести устанавливаемых на нее деталей, силу давления газов в цилиндре и силы инерции движущихся частей. Поэтому ее изготовляют с достаточными продольной и поперечной жесткостью и прочностью, необходимыми для обеспечения нормальной работы коленчатого вала. В нижней части рамы по всей длине имеются опорные полки (лапы) с отверстиями для болтов, предназначенных для крепления дизеля к судовому фундаменту.
По конструкции рама может быть цельнолитой (Рис.36,а) или составной. Составная рама (Рис.36,б) состоит из продольных балок, образующих боковые стенки, и ряда поперечных балок , двутаврового или коробчатого сечения, усиленных ребрами жесткости. В верхней части поперечных балок имеются постели, предназначенные для установки рамовых подшипников коленчатого вала. В некоторых дизелях для прохождения анкерных связей или соединительные
болтов на поперечных балках рамы предусматриваются специальные приливы. Такие рамы выполняют сварной конструкции, состоящей из стальных листов и фасонных элементов, полученных штамповкой.
Фундаментную раму быстроходных двигателей изготавливают из силумина (сплав алюминия с кремнием)
Рис. 36. Фундаментная рама:
а) цельнолитая; б) составная литая
Вспомогательные дизели вместе с генератором часто жестко крепят к подмоторной раме, а раму устанавливают на аморти заторы (резиновые или пружинные). Это позволяет значительно снизить вибрацию корпуса судна, ослабить влияние его деформации на положение фундаментной рамы, снизить трудоемкость ра бот по монтажу дизеля и обеспечить его противоударную защиту.
Рекомендации: В процессе технического обслуживания и ремонта фундаментных рам необходимо осматривать на несоосность, овальность постелей рамовых подшипников, износ вертикальных стенок постелей и наличие трещин. Несоблюдение технических условий на ремонт и монтаж дизеля может привести к деформации его фундамента.
2.2.8. 2.Станина
Станина служит для связи блока цилиндров с фундаментной рамой в единую жесткую конструкцию и образования закрытой полости – картера. В крейцкопфном дизеле станина состоит из отдельных А-образных стоек, установленных в плоскостях рамовых подшипников и закрытых снаружи стальными щитами (Рис. 37,а). В тронковом дизеле чаще всего применяют станину коробчатого типа (Рис 37,б) или изготовленную заодно с блоком цилиндров (блок-станину). Материалом для станин обычно служит сталь (Ст.25,Ст.30) или чугун (СЧ18-36,СЧ-18-48).
|
Рис.37. Станина: а) – А-образная станина крейцкопфного дизеля б) – станина коробчатого типа тронкового дизеля |
Во время работы дизеля в картере скапливаются пары масла, которые могут воспламеняться или взрываться. Для защиты картера от разрушений от взрыва паров масла на станине устанавливают предохранительные клапаны. По Правилам Морского Регистра Украины дизели с диаметром цилиндра более 200мм и объемом картера более 0,6м3 оборудуют специальными предохранительными клапанами. (Рис 38) С помощью пружины 3 клапан 2 прижат к крышке 1 люка и уплотнен резиновым кольцом. При избыточном давлении (0,01 – 0,02МПа) клапан 2 открывается и газы выходят в атмосферу. Пламеотражатель 4 служит для предотвращения выброса пламени в машинное отделение. После падения давления газов в картере под действием пружины 3 клапан 2 закрывается и поступление свежего воздуха в картер прекращается.
|
Рис.38 Предохранительный клапан: 1-крышка клапана; 2-3-пружина; 4-пламеотражатель |
На основании требований Конвенции СОЛАС на судовых двигателях мощностью 2250 КВт и более с безвахтенным обслуживанием применение детекторов масляного тумана обязательно. В детекторах масляного тумана идёт постоянное сравнивание непрерывно извлекаемых проб атмосферы в картере с базовой или нормальной характеристикой фотоэлектрических ячеек. Фотоэлементы чувствительны к масляному туману и при его отсутствии будут находиться в состоянии электрического равновесия, однако, по мере того как масляный туман усиливается измерительный прибор, осуществит запись и вывод показаний несбалансированного тока на панель сигнализации. Система может быть отрегулирована таким образом, что, при определённом уровне отклонения показаний измерительного прибора будут срабатывать сигнал тревоги и защитные функции (снижение нагрузки, уменьшение оборотов, останов).
Рекомендации:
- детектор контролирует наличие масляного тумана по отсекам картера и его эффективность зависит от концентрации паров масла вблизи точки отбора проб. Аппаратура для отбора проб требует установки относительно длинных трубопроводов между анализатором и точками отбора проб в картере. Если воздухонепроницаемость трубопровода нарушена, то будет проникать свежий воздух к измерительному прибору и показания искажаться. Поэтому детектор масляного тумана должен ежедневно тщательно проверяться обслуживающим персоналом.
2.2.8. 3.Рамовые подшипники
Рамовые (коренные) подшипники служат опорой для рамовых (коренных) шеек коленчатого вала. В судовых дизелях применяют подшипники скольжения. Условия работы и нагрузки на подшипники определяются многими факторами, из которых основными являются: величина и характер нагрузки; скорость скольжения шейки вала; масляный зазор; сорт масла, его температура и расход через подшипник; свойства материалов основы вкладыша и антифрикционного рабочего слоя.
Подшипники монтируются в поперечных балках фундаментной рамы и состоят из следующих частей: верхнего 1 и нижнего 3 вкладышей. (Рис. 39) Для регулировки масляного зазора в подшипнике предусмотрен набор прокладок 2. Смазка к подшипнику подводиться по каналу 4. Сверху подшипник закрывается крышкой 5, которая у крупных дизелей для удобства демонтажа выполняются из двухчастей. Конструкция рамовых подшипников позволяет вынимать вкладыши без подъема коленчатого вала.
|
Рис. 39 Рамовый подшипник: 1-верхний вкладыш; 2-прокладки; 3-нижний вкладыш; 4-канал подвода масла |
По конструкции различают рамовые подшипники с толс тостенными (обычно двухслойными) и тонкостенными (многослойными) вкладышами, подвесные и установочные (опорно-упорные). Толстостенные вкладыши (верхний и нижний) плотно приго няют к постели и крышке подшипника. Тонкостенные вкладыши к гнездам не пригоняют, а устанавливают с натягом. Верхний толстостенный вкладыш фиксируют от разво рота штифтом. Осевое смещение вкладышей предотвращается буртами или штифтами.
В некоторых конструкциях остова рамовые подшипники прикреплены к станине снизу (подвес ные подшипники). Подвесные рамовые подшипники воспринимают полное давление газов и силы инерции, поэтому их нижние половины делают всегда массивными и крепят к станине верти кальными шпильками и поперечными болтами . Такие конструкции позволяют значительно сни зить массу остова и упростить центровку подшипников относительно оси коленчатого вала.
Для предотвращения осевого перемещения коленчатого вала один из рамовых подшипников (со стороны маховика или шестерни привода распределительного вала) делают установочным (опорно-упорным), что позволяет сохранить номинальные зазоры в шес теренной передаче во время работы дизеля. Коленчатый вал нагревается и удлиняется больше, чем фундаментная рама (удли нение 1 м длины вала составляет 0,01 мм/°С), поэтому для обеспе чения свободного удлинения вала при его нагреве в одном направ лении в установочном подшипнике предусматривают минимальный осевой зазор, а остальные рамовые подшипники выполняют мень шей длины, чем рамовые шейки вала. У установочного подшипни ка имеются залитые антифрикционным сплавом торцовые упорные поверхности, съемные упорные кольца или сегменты, в которые упираются бурты рамовой шейки или торцовые поверхности щек кривошипов.
Установочный подшипник не рассчитан на упор гребного вин та, поэтому при работе дизеля на винт предусматривают судовой упорный подшипник (отдельный или встроенный в раму дизеля). При наличии установочного и судового упорного подшипника осе вой зазор в последнем должен быть меньше.
Рекомендации:
– при осмотре подшипников необходимо обращать внимание на трещины, выкрашивание и отслаивание антифрикционного металла, а также на состояние галтелей и холодильников масла. При обнаружении трещин (особенно кольцевых замкнутых), глубоких задиров, выкрашивания и отставания антифрикционного металла подшипники должны быть заменены;
– замеры зазоров в подшипниках, не требующих разборки, производятся щупом с обоих торцов. Зазор в неразъемных головных подшипниках тронковых дизелей замеряется также щупом (при разъединенных шатуне и поршне) между втулкой шатуна и пальцем с обоих торцов по всей окружности;
– замер осевого зазора в подшипниках производится щупом с обеих сторон (нос, корма). При регулировке осевого зазора следует учитывать величину температурного удлинения вала.
2.2.8. 4.Блоки и рубашки цилиндров.
По конструкции блоки выполняют в виде одной литой детали - блока цилиндров (Рис.41) или в виде составного блока цилиндров (Рис.42)
Рис. 41 Блок цилиндров тронкового дизеля
Отдельные цилиндры бо лее просты в изготовлении, их применение значительно уменьшает влияние деформации остова дизеля (вследствие деформации корпуса судна) на положение осей цилиндровых втулок, а при необходимости можно заменить цилиндр в сборе во время эксплуатации). Некоторые дизелестроительные фирмы применяют составные блоки цилиндров из литых цилиндров с последующим соединением их призонными болтами или шпильками в общий блок
(Рис. 38)
|
Рис. 42 Составной блок цилиндров из литых цилиндров и цилиндровых втулок: 1-люки; 2-фланцы; 3-болты; 4-цилиндр; 5-каналы для анкерных связей. |
Цилиндровая втулка и рубашка двухтактного двигателя изображены на рис. 43
|
Рис. 43 Цилиндровая втулка и рубашка двухтактного двигателя: 1 – крышка цилиндра; 2, 8 – резиновые кольца; 3,7 – составные втулки; 4 – проставка; 5 – лючок; 6 – продувочные окна; 9 – приемный патрубок охлаждающей воды;10 – рубашка цилиндра; 11,16 – смотровые лючки;12 – втулка;13 – стальное кольцо; 14 – патрубок; 15,17 – шпильки. |
Вода поступает в нижнюю часть этой полости омывает цилиндровую втулку, поднимается вверх и по перепускным патрубкам перетекает в полость охлаждения цилиндровой крышки. В каждом цилиндре предусмотрены люки 11,16 для осмотра и очистки зарубашечного пространства.
Блок цилиндров и втулки одного из самых мощных дизелей – дизель Wartsila-Sulzer RTA96-C изображены на рис.44
Рис.44 Блок цилиндров и втулки дизеля Wartsila-Sulzer RTA96-C
2.2.8. 5.Цилиндровые втулки
К числу наиболее ответственных элементов остова относятся цилиндровые втулки. Внутренняя часть втулок, ограниченная с одной стороны крышкой цилиндра, а с другой – днищем поршня, образует камеру сгорания. Стенки втулок служат направляющими для поршня при его возвратно-поступательном движении, поэтому внутренняя поверхность цилиндра, так называемое зеркало цилиндра, тщательно обрабатывается.
Во время работы двигателя стенки втулок находятся под воздействием давления газов, а также боковых сил трения, возникающих при движении поршня. Вследствие этого втулки должны быть достаточно прочными и жесткими, чтобы противостоять действующим силам, а внутренняя поверхность должна обладать хорошей износоустойчивостью.
Втулки нагреваются горячими газами, а также в результате трения поршня и поршневых колец о стенки. Чтобы температура стенок втулки и температурное напряжение в них были в допустимых пределах, применяется охлаждение цилиндровых втулок, которое может быть воздушным или жидкостным. Особенно интенсивное охлаждение требуется для наиболее нагревающейся части цилиндровой втулки – камеры сгорания.
Воздушное охлаждение применяется преимущественно в маломощных двигателях.
При жидкостном охлаждении, применяемом в большинстве двигателей различного назначения, вокруг втулок создается полость охлаждения. В маломощных двигателях цилиндры обычно выполняют в виде общей отливки, т. е. в виде блока цилиндров, что повышает жесткость корпуса и уменьшает его размеры и массу. Блоки цилиндров отливают из серого чугуна или алюминиевого сплава. Чугунные блоки обладают высокой прочностью и имеют сравнительно малую стоимость.
Рабочей поверхностью втулки в чугунных блоках может служить обработанная поверхность самого блока. Применение вставных цилиндровых втулок позволяет увеличить срок службы блока цилиндров путем замены изношенных втулок, а также изготовлением втулок из высококачественного износостойкого чугуна или стали. Если вставленная в блок втулка не соприкасается с охлаждающей жидкостью, то ее называют сухой втулкой.(Рис.40.а) Сухие втулки устанавливаются преимущественно в двигателях с диаметром цилиндра до 200 мм.
Рис. 40Установка цилиндровых втулок
а – сухая втулка; б – мокрая втулка
Кроме сухих втулок, в цилиндрах двигателей с жидкостным охлаждением применяются мокрые втулки. В этом случае наружная поверхность гильзы омывается охлаждающей жидкостью. Мокрые втулки (рис40, б) устанавливают сверху в блок цилиндров.
Центрирование втулки в отверстии блока достигается с помощью верхнего и нижнего цилиндрических поясов. Опоры втулки могут быть на различной высоте, необходимо лишь обеспечить возможность ее свободного удлинения при нагреве. В средней части втулки между гильзой и блоком образуется пространство – полость охлаждения (рубашка охлаждения), по которой циркулирует охлаждающая жидкость. Для предотвращения утечки воды в картер нижний пояс втулки уплотняют резиновыми кольцами.
Рабочая поверхность цилиндровых втулок должна быть матовой – иметь микроцарапины на которых удерживается масляный слой.
Цилиндровые втулки изнашиваются по высоте неравномерно. Наибольший износ наблюдается в верхней части ее. Это объясняется следующими причинами: при рабочем ходе давление газов в цилиндре уменьшается и, следовательно, наибольшее удельное давление поршневых колец на стенки втулки бывает при верхнем положении поршня; ухудшением условий смазки; наибольшей тепловой нагрузкой; коррозийным действием продуктов сгорания на металл втулки. Правильная смазка рабочей поверхности втулки цилиндра является одним из основных факторов, предотвращающих ее износ.
Рекомендации:
- некоторые дефекты цилиндровых втулок можно определить, не демонтируя втулку из блока цилиндров. При визуальном осмотре будет заметна течь из зарубашечного пространства блока, если уплотнение посадочного пояска разрушено полностью до нижнего уплотнительного кольца;
- при появлении зеркального блеска рабочей поверхности цилиндровых втулок изношенную поверхность необходимо шлифовать мелким корборундовым камнем или наждачным промасленным полотном в поперечном направлении;
- повреждение поверхности втулки со стороны воды происходит вследствие кавитации и электрохимической коррозии. Для предотвращения этих явлений необходимо применять специальные присадки к охлаждающей воде и следить за состоянием установленных в полостях охлаждения цинковых протекторов;
- при смене уплотняющих колец следует обратить внимание на состояние канавок под кольца на втулке и блоке и при необходимости их тщательно зачищают. Перед установкой кольца смазывают мыльным раствором.
2.2.8. 6.Крышки рабочих цилиндров
Крышка цилиндра служит для плотного закрытия цилиндра, образования камеры сгорания (вместе с днищем поршня и стенками втулки), раз мещения различной арматуры.
Во время работы дизеля она подвергается воздей ствию больших механических и термических нагрузок из-за неравномерного нагрева отдельных ее частей. Поэтому крышка должна иметь достаточную прочность и жесткость.
В зависимости от раз меров цилиндра и осо бенностей двигателя го ловку выполняют блоч ной, общей на все или несколько цилиндров, или инди видуальной на каждый цилиндр. По форме крышки бывают четырех -, шести - восьмигран ные или круглые. Многогранная и круглая формы крышки дают воз можность расположить крепежные шпильки по окружности, увеличить их число и уменьшить диаметр, а следовательно, уменьшить про гиб участков крышки между шпильками и усилие затяга шпилек.
Форму огневого днища выбирают из условия обеспечения качественных процессов смесеобразования и газообмена с учетом возникающих в нем напряжений (напряжения растяжения нежела тельны).
Крышки четырех- и двухтактных дизелей с прямоточно-клапанной продувкой конструктивно подобны.
Более сложная по конструкции цилиндровая крышка четырехтактного дизеля. (Рис45)
Рис.45 Крышка цилиндров четырехтактного дизеля.
1- гнездо (седло) клапана; 2-впускной клапан; 3-гнездо для форсунки; 4-выпускной клапан; 5-цинковый протектор;
6-крышки для очистки водяных полостей; 7-патрубок подвода охлаждающей воды; 8-патрубок подвода пускового сжатого воздуха; 9-стойка; 10-ось коромысла; 11- коромысло; 12- скоба; 13- шпилька;
14-предохранительный клапан; 15-регулировочный золотник; 16- термометр;17-перепускное устройство;
18-корпус крышки
Вода для охлаждения крышки подводиться из фланцевой части ци линдровой втулки. Поток воды последовательно охлаждает огневое днище, стаканы форсунки и клапанов (часто непосредственно седла клапанов), каналы для газа и воздуха. Для улучшения охлаждения наиболее нагретых поверхностей в крышке отливают направляющие стенки и устанавливают специальные патрубки или сопла. Вода из крышки отводится из наиболее высокой точки полости охлаждения, что предотвращает образование застойных зон, воз душных и паровых мешков.
Крышка цилиндров дизеля «MAN – B&W» модели 6S60ME-G18-TI является принципиально новой конструкции (Рис.45) и предста вляющей массивную плиту, переходящую в цилиндр с развет вленной системой отверстий для циркуляции охлаждающей жидкости.
Рис. 46. Крышка цилиндров дизеля «MAN – B&W» дизеля 6S60ME-G18-TI
В качестве материалов для крышек и головок применяют серые легированные чугуны СЧ 18 и СЧ 20; высокопрочный чугун и алюминиевые сплавы. Крышки цилиндров крупных судовых малообо ротных двигателей изготовляют из низколегированной стали типа 20ХМ, которые обеспечивают работоспособность днища в усло виях высоких температур, характерных для форсированных малооборотных двигателей
Материал для изготовления крышек малооборотных двигателей (МОД) — легиро ванная сталь (молибденовая или хромоникелевая), крышек среднеоборотных двигателей (СОД) — легированный чугун с присадками молибдена, хрома, никеля или серый чугун. В высокофорсированных дизелях получили применение составные крышки: огневую часть составных крышек изготавливают из легированной стали, верхнюю — из чугуна или углеродистой стали.
Рекомендации:При осмотре крышек необходимо обращать внимание на возможные дефекты: трещины и раковины на наружных поверхностях, отложение накипи и коррозионных продуктов на охлаждаемых поверхностях, неплоскостность разъема составных крышек, коробление, износ седел и втулок клапанов, повреждение посадочных мест форсунок и клапанов, нагарообразование, обгорание, вмятины и царапины на посадочных местах клапанов и форсунок, прогорание, неровности, повреждение прокладок и опорных поверхностей уплотняющих буртов, обрыв шпилек.
2.2.8. 6.Анкерные связи
Анкерные связи предназначены для разгрузки деталей остова от разрывающих усилий, вызываемых давлением газов на поршень и крышку цилиндра, и связывания их в единую жесткую систему. (Рис.47)
В анкерной конструкции детали остова постоянно испытывают напряжения сжатия. Замена напряжений разрыва напряжениями сжатия особенно выгодна в чугунных деталях, так как чугун значительно лучше работает на сжатие. Это дает возможность выполнить детали остова относительно тонкостенными и снизить массу дизеля. Если детали остова изготавливают стальными сварными, то связи устанавливают для разгрузки сварных швов.
Материалом для изготовления анкерных связей служит высоколегированная сталь (Ст.18ХНМА, Ст.20ХН3А)
По конструкции различают связи длинные и короткие, цельные и составные. Длинные связи стягивают фундаментную раму, станину и блок цилиндров; короткие связи соединяют только блок цилиндров и ресивер наддувочного воздуха. В некоторых мощных среднеоборотных дизелях (СОД) короткие связи стягивают только блок ци линдров. Применение составных связей упрощает их монтаж. Для предотвращения резонансных колебаний анкерных связей часто ус танавливают распорные винты.
Затяжку связей производят равномерно и в оп ределенной последовательности. От равномер ности затяжки связей зависит положение оси коленчатого вала и цилиндровых втулок в блоке дизеля. В последние годы для затяжки анкерных связей стали применять гидравлические домкраты.
Рис.47 Анкерные связи
В процессе эксплуатации двигателей необходимо систематически проверять затяжку связей. При ослаблении затяжки гаек связей рубашка цилин дров приобретают небольшие смещения вверх (при каждом такте сжатие-сгорание и вниз на остальных ходах. Неболь шие смещения, невидимые для глаза, можно зафиксировать с помощью линейного индикатора.
Рекомендации:
- в процессе эксплуатации двигателей необходимо периодически проверять затяжку свіязей.При ослаблении затяжки рубашка начинает колебаться вверх и вниз. При таком явлении часто применяют термин «дыхание рубашки».В этом случае анкерные связи необходимо подтя нуть в соответствии с рекомендациями фирмы. После под тяжки обязательно проверить раскепы коленчатого вала)
2.2.9. Кривошипно-шатунный механизм (КШМ)
Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) является основным рабочим механизмом двигателя внутреннего сгорания. КШМ преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Детали КШМ участвуют в совершении рабочего процесса и воспринимают механические и тепловые нагрузки. На Рис. 42 показаны схемы кривошипно-шатунных механизмов, применяемых в двигателях.
Тронковый КШМ (рис. 47, а) наиболее часто применяется в двигателях простого действия. Поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала при помощи шатуна, сочлененного шарнирно верхней головкой с поршневым пальцем и нижней головкой с шейкой колена вала. Рабочая полость располагается над поршнем в цилиндре, закрытом крышкой.
Крейцкопфный КШМ изображен на (Рис. 47, б.) Поршень в данном механизме соединяется с шатуном при помощи жестко связанного с поршнем штока и крейцкопфа, совершающих поступательное движение. При таком сочленении поршень разгружается от нормальной силы, так как ее действие переносится на крейцкопф. При этом шток должен проходить через нижнюю крышку со специальным сальником, обеспечивающим герметичность полости под поршнем. Крейцкопфная система кривошипно-шатунного механизма применяется в тихоходных двигателях большой мощности.
Тронковый КШМ двигателя с V-образным расположением цилиндров показан на (Рис. 48, в.)
а) б) в)
Рис.48. Схемы кривошипно-шатунных механизмов двигателей внутреннего сгорания:
а- тронковый КШМ; б – крейцкопфный КШМ; в - тронковый КШМ с V-образным расположением оси цилиндров
Во время работы двигателя на поршень действует движущая си ла Р, одна из составляющих которой направлена по ша туну Рш, другая (нормальная) N — перпендикулярно к оси ци линдра (рис. 49).
Конструктивные особенно сти тронкового и крейцкопфного двигателей определяют состав элементов КШМ и ме сто приложения нормальной силы. В состав КШМ тронковых двигателей входят поршень , шатун и коленчатый вал
(рис. 48, а), крейцкопфных — поршень , шток , крейц копф , шатун и коленчатый вал (рис. 49,б).
В тронковых двигателях поршень выполняет функцию ползуна, которого нормальная сила N прижимает к стенке цилиндра,что способствует повышению тепловой и механической на грузки пары поршень — ци линдр и усиливает износ ее из-за недостаточной смазки в зоне высоких температур. Нормаль ная сила зависит от силы давления газов на поршень и от отно шения радиуса кривошипа R к длине шатуна L.. В крейцкопфных двигателях нормальная сила передается от шатуна через крейцкопф , состоящий из поперечины и пол зуна, на параллели . Благодаря этому рабочий цилиндр разгружен от действия нормальной силы, а двигатель —от опрокидывающего момента.
а) б)
Рис.49Схемы действия сил:
а – в тронковом двигателе; б – в крейцкопфном двигателе;
2.2.9. 1.Поршневая группа
К поршневой группе относятся:
1- поршень;
2-поршневые кольца ;
3- поршневой палец (у тронковых дизелей);
4- стопорные кольца или стопорные крышки (у тронковых дизелей).
Поршень совместно с втулкой и крышкой цилиндра образует камеру сгорания и, воспринимая давление газов во время рабочего хода, при помощи шатуна преобразует возвратно-поступательное движение во вращение коленчатого вала.
Поршень тронкового двигателя (Рис 50) состоит из верхней части – головки, направляющей тронковой части называемой юбкой, цапфы для соединения поршня с верхней головкой шатуна. На поршень устанавливаются компрессионные и маслосъёмные кольца.
Рис. 50Поршневая группа тронкового дизеля: Рис. 51 Поршневая группа крейцкопфного дизеля
1- головка поршня; 2-компрессионное кольцо; 1 – шток; 2 – тронк; 3 – головка;
3 – палец; 4 – маслосъемное кольцо; 5 – шатун
Для повышения прочности и улучшения охлаждения поршня с внутренней стороны имеются рёбра. Поршни изготавливают цельные или составные, чугунные, стальные и из алюминиевых сплавов.
У маломощных дизелей поршни охлаждаются теплопередачей через поршневые кольца к стенке цилиндровой втулки и далее к охлаждающей воде цилиндра.
В мощных малооборотных дизелях поршни(Рис.51) имеют рубашку охлаждения и охлаждаются непосредственно водой или маслом. При водяном охлаждении количество теплоты, отводимой от поршня, больше, чем при масляном охлаждении, что объясняется высокой теплоемкостью воды (примерно в 2,5 раза) по сравнению с теплоемкостью масла. Поэтому водяное охлаждение применяется в дизелях фирмы « Зульцер», МАН. Однако, при водяном охлаждении возникает проблема надежного уплотнения сальников охлаждающих устройств, чтобы исключить попадание воды в картер и обводнение масла.
Поршни дизеля Wartsila-Sulzer RTA96-C изображены на Рис52
Рис. 52 Поршни судового дизеля Wartsila-Sulzer RTA96-C
Поршневые кольца подразделяются на компрессионные и маслосъёмные. Для предотвращения прорыва воздуха из камеры сгорания в картер, во время процесса сжатия и газов во время рабочего хода, а также для отвода тепла от поршня ставят компрессионные кольца. Уплотнение осуществляется при жатием кольца к втулке цилиндра силами упругости и от давления газов, (рис. 53)
Рис. 53Схема работы компрессионных колец
Обычно ставят от трёх до пяти компрессионных колец, в зависимости от быстроходности двигателей. Чем быстрее движется поршень, тем меньше газов успевает прорваться через уплотнения. Поэтому поршни двигателей с большим числом оборотов имеют меньше компрессионных колец.
В наиболее трудных условиях работает первое компрессионное кольцо, которое во время работы нагревается до температуры 300—350°. Давление газов на него составляет 60—65 кг/см2. Кроме того, первое кольцо работает при недостаточной смазке. Для повышения износостойкости первого компрессионного кольца и лучшего удержания им смазки его подвергают пористому хромированию.
С целью исключения попадания масла в камеру сгорания на юбке поршня устанавливают маслосъёмные кольца, которые отличаются от компрессионных тем, что имеют острую кромку для соскабливания масла с поверхности втулки.(Рис.54)
Рис.54 Схема работы маслосъемного кольца
Сечение маслосъёмных колец бывает: прямоугольным со скосом 2-3°, трапецеидальным с прорезью посредине.( Иногда кольца делают составными, т.е. в одной поршневой канавке располагают 2 кольца.
а) б)
Рис. 55Поршневые кольца:
а) – компрессионные; б) - маслосъемные
Чтобы кольца можно было надевать на поршень, их делают разрезными. В свободном состоянии наружный диаметр колец больше диаметра цилиндра. Поэтому для установки в цилиндр кольцо надо сжать. Разрез в кольце называют замком.
В рабочем состоянии в замках должны всегда быть зазоры, чтобы при нагреве кольца не заклинивались.
Замок колец изготавливают прямым, косым или ступенчатым. (Рис.56)
Рис. 56 Формы замков поршневых колец:
а – косой; б – косой со стопором; в – прямой; г, д – внахлест.
Материал для изготовления колец: серый чугун СЧ21-40 и СЧ24-44 с повышенным содержанием фосфора и присадками хрома и молибдена.
Поршневые кольца относятся к числу наиболее изнашиваемых деталей.
Характерные дефекты колец -это износ, коробление, потеря упругости. В результате износа увеличиваются зазоры в замке кольца и в канавке поршня. Быстрее изнашивается верхнее кольцо. Одна из причин повышенного износа колец - неудовлетворительная структура материала (присутствие свободного феррита и крупного графита). Пригорание и износ поршневых колец вызывают ухудшение пусковых качеств двигателя, проникновение отработавших газов в картер, увеличение дымности выпуска отработавших газов, увеличение удельного расхода топлива , а также понижение мощности двигателя и появлении посторонних шумов и стуков в цилиндре. Износ и неправильная установка маслосъемных колец сопровождаются повышенным расходом масла, повышенной дымностью выпуска отработавших газов, имеющих синеватую окраску, пригоранием компрессионных колец вследствие обильного поступления к ним масла. При значительном износе колец и потере ими упругости кольца заменяют новыми
Некоторые дизелестроительные фирмы стали применять биметаллические кольца (Рис. 57).
В желобок чугунного кольца заделаны один или несколько выступающих поясков из олова, бронзы или алюминиевого сплава, что ускоряет приработку кольца.
Рис. 57 Биметаллические поршневые кольца
Рекомендации:
- при интенсивном абразивном износе колец необходимо уменьшить нагрузки двигателя и увеличить подачу цилиндрового масла
Поршневой палец в тронковом дизеле (Рис. 58) служит для шарнирного соединения поршня с шатуном и передачи ему силы действия газов.
По конструкции пальцы могут быть сплошными и полыми. Полые пальцы имеют меньшую массу. Осевые перемещения пальца ограничивают стопорными кольцами (кольца Зегера) или заглушками. По осевым сверлениям «б» и радиальным сверлением «а» масло подводиться на охлаждение поршня и на смазывание бобышек. Для равномерного износа рабочей поверхности пальца применяют так называемые «плавающие» пальцы, которые свободно проворачиваются в бобышках во время работы.
Материал для изготовления пальцев: малоуглеродистая сталь (Ст.15 или Ст.20) или легированная сталь (Ст.15ХМА,
Ст. 12ХНЗА). Наружную рабочую поверхность цементируют или азотируют с последующей поверхностной закалкой и отпуском.
Рис. 58 Поршневой палец:
1- стопорное кольцо (кольцо Зегера); 2-заглушка;
а – радиальное сверление для подвода масла; б – осевое сверление
Основным видом повреждения поршневых пальцев и втулки верхней головки шатуна являются неравномерный износ рабочих поверхностей. А также задиры и трещины. Причины могут быть следующие: отсутствие или недостаточная смазка головного подшипника; несоответствующее качество масла; недостаточные зазоры в головном подшипнике или неудовлетворительная пригонка его по пальцу; перекос движения вследствие плохой сборки; нагрев головного подшипника; пуск двигателя без прокачки маслом; высокое давление газов в цилиндре двигателя; быстрая нагрузка непрогретого двигателя; значительная и длительная перегрузка двигателя.
При повышенном износе рабочей поверхности, а также и при обнаружении задиров и трещин пальцы заменяют.
2.2.9.2.Поршневые штоки
У крейцкопфных дизелей служат для соединения поршня с крейцкопфом. (рис.58) Верхняя часть штока имеет фланец, при помощи которого шток крепиться к поршню. Нижняя часть штока (хвостовик) имеет конус или фланец для соединения с крейцкопфом. Часто штоки служат для подвода и отвода охлаждающей жидкости к поршню. В этом случае в штоке высверливают отверстие, в котором устанавливают трубу по кольцевому каналу, образуемому между трубкой и телом штока, а охлаждающая жидкость отводиться по трубке.
Шток испытывает нагрузки на сжатие и изгиб, поэтому его обычно изготавливают из легированной стали.
Поршневые штоки и поршни судового дизеля Wartsila-Sulzer RTA96-C изображены на рис.59.
Рис.59Поршневые штоки и поршни судового дизеля Wartsila-Sulzer RTA96-C.
Подпоршневые пространства цилиндров крейцкопфных двигателей отделены от картеров специальной перегородкой – диафрагмой (Рис. 60), которая препятствует проникновению воздуха в картер и проникновению грязного масла из цилиндра в картер. В месте прохода штока через диафрагму устанавливают специальный сальник для уплотнения и для снятия масла со штока поршня.
Рис. 60 Сальник штока крейцкопфа в сборе двигателей Зульцер типа РНД.
2.2.9.3.Крейцкопфный узел
Крейцкопфный узел служит для соединения поршневого штока с шатуном, а также для передачи нормальных (боковых) нагрузок через ползуны на параллель.
Количество ползунов зависит от типа дизеля и его цилиндровой мощности. Крейцкопфный КШМ с двумя ползунами изображен на Рис.61
|
Рис. 61 Крейцкопфный КШМ с двумя ползунами: 1-шток поршня; 2-крышки цапф; 3-ползуны;4-поперечины; 5-шатун; 6-фланец шатуна; 7-гайка; 8-головные подшипники; 9-смазочные канавки. |
Крейцкопфный узел (Рис.61) состоит из двух ползунов 3, пустотелой поперечины 4 и головных подшипников 8. Ползуны насажены на цапфы поперечины и удерживаются на ней крышками 2, прикрепленными к торцам поперечины болтами. Рабочие поверхности ползунов залиты баббитоми имеют смазочные канавки 9. Масло для смазки параллелей подводиться от общей циркуляционной системы смазки двигателя. Конец штока 1 поршня устанавливают в центральное сверление поперечины и закрепляют гайкой 7.Безвильчатый шатун 5, в верхней части имеет фланец 6 четырехугольной формы. На фланец устанавливают два головных подшипника 8. Такая конструкция обеспечивает равномерное распределение нагрузки на подшипники.
2.2.9.4. Шатуны
Шатуны участвуют в преобразовании возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Различают шатуны тронковых и крейцкопфных дизелей. У тронкового дизеля усилия газов, действующих на поршень, передаются непосредственно на коленчатый вал; У крейцкопфных дизелей эти усилия передаются через шток поршня и крейцкопфный узел. Способ передачи усилий и обусловливает конструкцию шатуна: у тронковых дизелей – один подшипник соединен с поршневым пальцем (Рис. 62). у крейцкопфных двигателей шатуны бывают двух типов: безвильчатые и вильчатые (Рис.63)
Масло для смазки подшипников подаётся, в зависимости от конструкции шатуна, либо по внутреннему сверлению, либо по специальной трубке.
Рис. 62Шатун тронкового двигателя Рис. 63Вильчатый шатун крейцкопфного дизеля:
1-головной подшипник; 2 – шатунный болт; 1,8 – корончатые гайки; 2 верхняя половина(крышка)
3 – мотылевый подшипник 3.12– наборы прокладок; 4- нижняя половина головного 5.9 – центрирующие шайбы; 6,14 – головной и шатунный болты;
7 –стержень; 10– компрессионная прокладка;
11,13 – верхняя и нижняя половинка мотылевого подшипника;
Шатун относится к наиболее напряжённым деталям двигателя и должен иметь достаточную прочность и жёсткость для сопротивления продольному изгибу. Стержень шатуна, в зависимости от быстроходности двигателя, бывает круглого, трубчатого или двутаврового сечения. Стержень шатуна испытывает главным образом осевые ци клические усилия. На рис. 64 представлены различные сечения стержней и шатунов.
Рис. 64. Сечение стержней шатунов.
Поперечное сечение стержня может иметь форму сплошного круга или круга с отверстием, квадрата или крестообразного профиля. Однако в большинстве случаев из-за наличия определенного поперечного изгиба в плоскости качания шатуна выбирают профили с преимущественным расположением материала именно в этой плоскости и с ориентацией в ней наибольшего размера (высоты сечения). Для шатунов двигателей рядного ти па это наиболее экономно достигается при двутавровом про филе стержня (рис. 64, а), что позволяет осуществить плавный переход его полок в криволинейные очертания головок. Этим достигается повышенная жест кость шатуна при относительно малой массе.
Верхняя (поршневая) головка шатуна обеспечивает шарнирное соедине ние шатуна с поршнем. Её обычно выполняют в виде цельной замкнутой проушины круглой или овальной формы, имеющей плавное сопряжение со стержнем шатуна и симме тричной относительно его продольной оси. Основные разновидности конструкций поршневых голо вок показаны на Рис.65
Рис.65 Конструкции верхних головок шатуна:
1-втулка; 2-стопорный винт; 3-холодильник; 4-латунная трубка
В целях получения необходимой износостойкости в месте соединения головки шатуна с поршневым пальцем в отверстие головки устанавливают втулку из бронзы (типа БрОФ 7,0-0,2) или стали. Рабочую поверхность сталь ной втулки покрывают тонким слоем мягкого металла (обычно свинца и олова с добавкой меди).
Рекомендации:
- выявлять дефекты шатунов нужно путем визуального осмотра и обязательно путем дефектоскопии. Исправление дефектов заваркой или зачеканкой не допускается.
2.2.9.5. Шатунные болты
Шатунные болты - одни из самых ответственных деталей ДВС. Более нагружены шатунные болты 4х/т двигателей, испытывающих знакопеременную нагрузку. В 2х/т дизелях знакопеременная нагрузка в шатунных болтах отсутствует, так как рабочий цикл осуществляется за два хода поршня, когда насосный ход поршня отсутствует. Значит, нет действия сил инерции, растягивающих болт. А газовые силы превосходят действующие силы инерции движущихся масс деталей движения.
Надежность работы шатунных болтов зависит в основном от конструкции, качества изготовления, монтажа и от качества материала. Шатунные болты изготавливают из прочных легированных сталей (40х, 40ХН,38ХМ)
Авария, вызванная обрывом шатунного болта, обычно сопровождается тяжелыми повреждениями двигателя.
Шатунный болт вместе с гайкой подлежит замене при обнаружении следующих дефектов:
– вытяжка или повреждение резьбы; трещины, забоины, надрезы, скручивания;
– ослабление гайки на резьбе или слабая посадка болта в отверстии;
– задир или заедание поршня;
– подплавка кривошипного подшипника;
– работа дизеля вразнос;
– остаточное удлинение болта, превышающее допустимый предел или равное ему, через определенный срок службы
(у четырехтактных двигателей).
Внешний осмотр болтов производят при помощи лупы не менее пятикратного увеличения. Труднее всего обнаружить трещины. Применявшиеся до настоящего времени такие способы контроля как керосиново-меловая проба, опускание болта в насыщенный раствор соды с последующим просушиванием (после чего в районе трещины должен образоваться белый налет) - уже не могут считаться удовлетворительными, особенно для быстроходных ДВС. Мельчайшие трещины в шатунных болтах могут быть выявлены магнитной дефектоскопией.
При капитальном ремонте испытаниям подвергают два болта, и если результаты оказываются отрицательными, то принимают решение о замене всех болтов. При задирах поршней во втулках, перегреве подшипников и работе дизеля в разнос шатунные болты заменяют независимо от их состояния и срока службы.
.Резьбу болта проверяют резьбомером - или калибром. Резьба должна быть такой, чтобы гайка туго наворачивалась вручную. Чтобы выявить остаточную деформацию шатунного болта, микрометрической скобой измеряют его длину. (Рис.66) На поверхности головки болта должно быть клеймо ОТК завода-изготовителя и указана начальная длина болта.
Рис.66 Схема измерения длины шатунного болта микрометрической скобой:
1 – микрометрическая скоба; 2 – шатунный болт.
2.2.9.6. Коленчатый вал
Коленчатый вал участвует в преобразовании возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение и является наиболее ответственной, напряжённой и дорогостоящей деталью дизеля.
На коленчатый вал действуют переменные нагрузки от сил давления газов и сил инерции неуравновешенных, поступательно движущихся и вращающихся масс, значительные изгибающие и вращательные моменты.
В зависимости от мощности и размеров двигателя коленчатые валы бывают цельные и составные. При относительно небольших размерах и массе вал изготавливают цельным штамповкой или ковкой. Цельнокованый вал (Рис. 67) состоит из рамовых шеек 4 и щек 3. Рамовые шейки уложены в подшипники, на шатунные шейки навешены нижние головки шатунов. Для того чтобы повысить прочность коленчатого вала, его шейки подвергают поверхностной закалке и азотированию. В результате поверхность становиться износоустойчивая, а сердцевина шейки мягкая, исключающая образования трещин. Поверхность шеек тщательно шлифуют.
Материалом для изготовления коленчатых валов служит: углеродистая сталь (Ст35, 40, 45, 50, 35Г, 45Г), легированная сталь (Ст.40ХН, 40ХНВА и др.)
На кормовом конце вала установлен фланец 1 для крепления маховика. Носовой конец используют для монтажа шестерни привода навешенных на двигатель насосов (масляного, водяного, топливоподкачивающего) и других вспомогательных механизмов.
Рис. 67Коленчатый вал тронкового дизеля:
1-фланец отбора мощности: 2-рамовые (коренные) шейки: 3-щеки: 4- шатунная (мотылевая) шейка;
В носовой части вала устанавливается шестерня для привода масляного насоса 7 и насосов охлаждения забортной и пресной воды 8, обслуживающих систему двигателя, а в кормовой – шестерня привода распределительного вала. Рамовыми шейками вал укладывается на фундаментную раму, а мотылёвыми - соединяется с нижней головкой шатуна.
Угол заклинки кривошипов коленчатого вала зависит от тактности и числа цилиндров двигателя. Для обеспечения динамического уравновешивания двигателя от сил инерции вращающихся масс и соответствующих этим силам моментов на щеках мотылей устанавливают противовесы.
Коленчатые валы мощных крейцкопфных дизелей выполняют составными из отдельных деталей: шеек и щек (Рис.68). Рамовая 1 и шатунная 4 шейки выполнены полыми и запрессовываются в отверстия щек горячей посадкой.. Полости шеек закрыты заглушками 2 и заполнены маслом, которое в полость рамовой шейки 4 поступает по сверлению 1 и дальше по сверлению 3 в щеке попадает в полость шатунной шейки.
Рис. 68Колено составного коленчатого вала:
1,3 – сверления; 2 – заглушка; 4 – шатунная шейка; 5 – рамовая шейка
В многоцилиндровом двигателе для повышения равномерности работы необходимо, чтобы рабочие ходы поршней в отдельных цилиндрах чередовались через равные углы поворота вала или через равные промежутки времени. Чередование рабочих ходов в определенной последовательности называется порядком работы цилиндров двигателя. Порядок работы цилиндров зависит от расположения кривошипов коленчатого вала один относительно другого. Угол установки соседних кривошипов определяют числом тактов двигателя и количеством его цилиндров, который равен углу поворота вала за весь цикл, разделенному на число цилиндров. Так, у восьмицилиндрового двухтактного двигателя кривошипы располагаются через 360°: 8 = 45°.
Кроме того, во время работы двигателя в результате вращения кривошипа и нижней головки шатуна возникает центробежная сила инерции FМ направленная всегда от центра вращения и стремящаяся оторвать кривошип действующая на рамовые подшипники. При этом увеличивается их износ. В шести- и восьмицилиндровых двигателях эти силы оказываются уравновешенными. Если двигатель имеет нечетное число цилиндров или менее четырех, центробежные силы инерции взаимно не уравновешиваются. В этом случае коленчатые валы снабжаются противовесами – массами, закрепленными на щеках со стороны, противоположной шатунной шейке. При вращении противовеса возникает центробежная сила Fпр, которая равна по величине FМ, но направлена в обратную сторону. В результате сила FМ и ее влияние нейтрализуется.
В некоторых случаях противовесы приваривают к щекам коленчатого вала. Недос татком такой конструкции является нарушение структуры материала вала, особенно при изготовлении вала из легированных сталей. Поэтому чаще встречается болтовое крепление противовесов.
Коренные и шатунные шейки включены в систему смазки двигателя и смазываются под давлением. (Рис.68) К каждой опоре коренной шейки обеспечивается индивидуальный подвод масла от общей магистрали. Далее масло по каналам в щеках подается под давлением к шатунным шейкам. Вал служит мас лопроводом смазочной системы. Наиболее часто масло подводится из масляной магист рали по каналам к коренным подшипникам под давлением, равным 0,3-0,8 МПа. Из наи менее нагруженных коренных подшипников масло поступает в полости коренных шеек вала, а оттуда по каналам в щеках и шатунных шейках - для смазывания шатунных подшипников. Так как в масле имеются примеси (частицы металла, кокса, грязи), применяют устройства, препятствующие попаданию этих частиц в масляный зазор. Указанные функции выполняют маслопроводные трубки, завальцованные или прикрепленные каким-либо иным способом к стенке шатунной шейки; трубки опущены на значительную глубину в полость шатунных шеек.
Схема смазки подшипников коленчатого вала тронкого дизеля показана рис.69. .
Рис.69Схема смазки коленчатого вала тронкого дизеля.
1-масляный поддон; 2- датчик уровня и температуры масла; 3- масляный насос; 4- редукционный клапан; 5- масляный радиатор; 6- масляный фильтр; 7- перепускной клапан; 8- обратный клапан;
9- датчик давления масла;10- коленчатый вал; 11-форсунки; 12- распределительный вал выпускных клапанов;13- распределительный вал впускных клапанов;14- вакуумный насос; 15-турбонагнетатель;
16- стекание масла; 17- сетчатый фильтр; 18- дроссель
Коленчатый вал судового дизеля Wartsila-Sulzer RTA96-C изображен на Рис70
Рис.70.Коленчатый вал судового дизеля: Wartsila-Sulzer RTA96-C.
Для повышения равномерности вращения коленчатого вала на нем устанавливают маховик. Инерция маховика способствует более равномерному вращению коленчатого вала. С увеличением числа цилиндров период между последующими вспышками сокращается и требуется меньшая масса маховика. Маховики отливают из чугуна или стали.
Соединение маховика с коленчатым валом фланцевое. На ободе маховика делают зубцы для соединения с валоповоротным устройством и наносят градуировку, позволяющую определять углы поворота вала при регулировочных работах. Размеры и масса маховика зависит от тактности дизеля, числа цилиндров ,его мощности и соответственно массы деталей КШМ. При высоких оборотах дизеля маховик изготавливают из стали ,а при низких – из чугуна.
Во время работы дизеля на коленчатый вал действуют усилия от давления газов на поршни и инерционные усилия от движущихся частей. Воздействия эти регулярно повторяются в определенной последовательности и с частотой, пропорциональной частоте вращения коленчатого вала. Благодаря переменному характеру приложения вращающего момента массы, закрепленные на валу, возникают колебания, при которых происходит периодическое закручивание и раскручивание упругих участков вала. Крутильные колебания накладываются на установившееся вращение вала. Если частота колебаний совпадает с одной из собственных частот валопровода, то наступает резонанс. Частота вращения вала, при которой возникает резонанс, называется критической. Работа дизеля при критической частоте недопустима, так как при этом наблюдается тряска его, быстрый износ и разрушение подшипников, а иногда поломка коленчатого вала и других деталей.
Чтобы предотвратить эти явления, изменяют размеры вала, маховые массы, расположение их, увеличивают жесткость вала, уменьшают массу поршневой группы, с тем чтобы рабочий диапазон вращения вала удалить от критической частоты. Однако часто бывает и этого недостаточно, тогда для гашения резонансных крутильных колебаний применяют демпферы (гасители) или маятниковые антивибраторы. Устанавливают их обычно на конце вала.
Для борьбы с крутильными колебаниями коленчатых валов дизелей используют динамические маятниковые антивибраторы, демпферы вязкого трения либо комбинированные антивибраторы. Антивибратор (рис.71) состоит из стальной ступицы 1, имеет в двух дисках отверстия с запрессованными втулками, в которые вставлены с зазором пальцы 5.
Рис. 71.Устройство динамического антивибратора:
1 – ступица; 2 – грузы; 3 – втулка; 4 – планка; 5 – пальцы; А и Б – крайние диски ступицы.
Пальцы в осевом направлении застопорены планками 4. На пальцах подвешены, также с зазором, шесть грузов , четыре из которых настроены на одну частоту, а два других на другую. Крутильные колебания коленчатого вала вызывают колебания грузов в пределах зазоров между пальцами и втулками, что приводит к изменению собственной частоты колебаний коленчатого вала и предупреждает совпадение собственной и вынужденной частот.
Когда коленчатый вал вращается с частотой вращения ниже или выше критической, то грузы под действием центробежных сил переместятся от центра в крайнее положение в пределах зазора между пальцами и стенками отверстий. Как только коленчатый вал начнёт работать на критической частоте вращения, одна пара грузов, рассчитанная для гашения этих резонансных колебаний, придёт в действие, а именно: при увеличении частоты вращения коленчатого вала грузы в силу инерции будут стремиться сохранить прежнюю частоту вращения, а следовательно, отставать на некоторый угол и препятствовать закручиванию вала. При уменьшении частоты вращения вала частота вращения грузов будет, наоборот, превышать частоту его вращения, а следовательно, препятствовать закручиванию вала в другую сторону.
Во время работ, связанных с ремонтом, когда возникает необходимость проворачивания коленчатого вала, используется валоповоротное устройство. Оно бывает с ручным и єлектрическим приводом.
К поломке коленчатого вала могут привести следующие причины:
- ненормальные условия эксплуатации, работа в зоне критической частоты вращения;
-заклинивание поршня;
- гидравлический удар в цилиндре;
- обрыв шатунных болтов;
- неправильная укладка и центровка его с валом приводимого механизма;
- нарушения технологии при изготовлении или усталость металла;
- дефекты монтажа двигателя на фундаменте;
- чрезмерный износ или выплавление подшипников.
Вал должен лежать равномерно на всех подшипниках. При эксплуатации, вследствие неравномерного износа рамовых подшипников, изменяется величина масляного зазора и, следовательно, увеличивается отклонение действительной оси коленчатого вала относительно теоретической. При изгибе коленвала расстояние между щеками изменяется, поэтому величина этого изменения характеризует степень изгиба оси коленчатого вала. Величины прогиба коленчатого вала определяют посредством измерения расстояния между щеками вала в диаметрально противоположных точках. Разница в этих замерах называется раскепом.
При совпадении действительной оси вала с теоретической коленчатый вал имеет "нулевой" раскеп и "нулевое" биение рамовых шеек. В практике действительная ось чаще не совпадает с теоретической осью коленчатого вала и имеет форму кривой. Для замера раскепов применяют индикаторы часового Рис.72) или электронного типа.
а) б)
Рис.72Замеры раскепов коленчатого вала дизеля:
а) – установка индикатора; б) - индикатор часового типа для замеров раскепов.
В последние годы хорошо себя зарекомендовали электронные лазерные индикаторы, обладающие высокой степенью точности и надежности работы.
2.2.10. Механизм газораспределения
Механизм газораспределения обеспечивает нормальные условия для сгорания топлива, т.е. управляет очисткой цилиндров от отработанных газов и наполнением их свежим зарядом воздуха. Это обеспечивается открытием и закрытием, в соответствующие моменты, всасывающих и выпускных клапанов в четырёхтактных дизелях или продувочных и выпускных окон в двухтактных дизелях. В четырехтактных двигателях применяется клапанный механизм газораспределения. (Рис. 73) Он состоит из всасывающих и выпускных клапанов, установленных на крышке цилиндров с пружиной, предназначенной для плотного закрытия клапана. Приводы клапанов состоят из распределительного вала 2 с кулачными шайбами, толкателя 4 с роликом, штанги 5, коромысла 6, цепного или шестеренчатого привода распределительного вала.
При набегании кулачка 3 на ролик толкателя 4 штанга 5 поднимается и поворачивает рычаг коромысла относительно оси 7. При этом правый конец коромысла нажимает на шток клапана и открывает его, сжимая пружину 10. При сбегании ролика с кулачка силой упругости пружины клапан закрывается, плотно прижимаясь к седлу (гнезду).
|
Рис. 73Газораспределительный механизм четырехтактного двигателя: 1 – клапан; 2 – распределительный вал; 3 – кулачок 4- толкатель; 5 – штанга;6-рычаг (коромысло);7- подшипник; 8-стойка; 9-тарелка пружины; 10-клапанная пружина. |
Продолжительность открытия газораспределительных органов зависит от частоты вращения вала.
В процессе работы детали газораспределительного механизма нагреваются и удлиняются. Поэтому для обеспечения плотной посадки клапанов в седлах между клапаном и коромыслом устанавливают зазор (тепловой) 0,25...0,3 мм. Вследствие возможного биения сопрягаемых деталей механизма в процессе эксплуатации допускается увеличение зазора до 0,4 мм. Регулировка зазора производится ввинчиванием или вывинчиванием ударника коромысла. Правильное регулирование ведет к мягкой работе механизма газораспределения и без стука.
Детали клапанного привода смазываются централизовано и, чтобы не было потерь масла, крышки цилиндров закрываются колпаками.
2.2.10. 1. Впускные и выпускные клапаны
Клапаны работают в условиях значительных температурных и ударных нагрузок (удар при посадке на седло и с другой стороны ударного действия коромысла). В более тяжелых условиях находятся выпускные клапаны, которые подвергаются газовой коррозии и эрозии со стороны камеры сгорания. Поэтому клапаны изготавливают из жароупорных и износоустойчивых сталей.
Для уменьшения массы движущихся частей и сил инерции клапанного привода, а также снижения шумности и повышения надежности работы в современных МОД с прямоточно-клапанной продувкой привод выпускного клапана заменен на гидро-пневматический (Рис74) или гидравлический
На Рис. 73.изображен выпускной клапан двигателя MAN B&W 7S80MC с гидро - пневматическим приводом. Такие клапана с индивидуальным корпусом удобнее в эксплуатации, так как позволяет делать замену притертого клапана без демонтажа крышки цилиндра и организовать более эффективное охлаждение клапана.
На нижней части штока клапана установлена и закреплена крылатка, которая обеспечивает автоматический поворот клапанов относительно своей оси во время работы, что приводит к более равномерному износу тарелки и седла. а также более равномерный нагрев клапана.
Корпус выпускного клапана имеет заменяемое седло. Шток клапана перемещается в направляющих втулках, которые при предельном износе заменяются на новые. Корпус выпускного клапана охлаждается водой, поступающей из блока цилиндров системы охлаждения дизеля через патрубки и отводится из верхней части через дроссельные шайбы, позволяющие дозировать проходящую воду. Смотровые люки служат для очистки внутренней полости охлаждения корпуса выпускного клапана. с помощью которой клапан вращается во время работы дизеля и таким образом меняет посадочное место- происходит равномерный износ посадочной поверхности. На верхнем конце штока клапана смонтированы два поршня:
1- гидравлический поршень, предназначенный для открытия выпускного клапана, и крепится к штоку шпинделя крепёжными планками;
2- воздушный поршень (пневматический) – для закрытия выпускного клапана, и крепится в штоку шпинделя двумя коническими полувтулками.
Рис. 74Выпускной клапан двигателя MAN B&W 7S80MC
Необходимое уплотнение при посадке клапана на седло достигается тщательной притиркой клапана к седлу.
Клапан прижимается к седлу пружинами. Установка нескольких пружин на один клапан обеспечивает более плавную и надежную работу клапанов.
Рекомендации:
- по возможности избегать использования топлив с высоким содержанием ванадия и натрия, которые образуют каталитические соединения, способствующие быстрому подгоранию клапанов. Введение в топливо присадок типа Ameroid Mfrk-4, Vecom Fot-SA и др. , в состав которых входит Mg нейтрализует вредное влияния ванадия и натрия.
2.2.10. 2. Распределительные валы
Распределительный вал служит для управления работой газораспределительных клапанов, для привода ТНВД, топливоподкачивающего насоса, воздухораспределителя пусковой системы и регулятора частоты вращения.
Распределительные валы изготавливаются цельными или составными. Шейками вал укладывается в подшипники скольжения. Кулачки штампуют вместе с валом или насаживают на вал в виде кулачных шайб.. Форма и взаимное расположение кулачков обеспечивает работу приводных механизмов в нужные моменты в соответствии с порядком работы цилиндров. Для уменьшения износа кулачки цементируют, закаливают и шлифуют. На распределительном вале реверсивного двигателя для каждого клапана насаживается два кулачка: для переднего и заднего хода.
При осевом смещении вала происходит смена шайб и те самым изменяется порядок работы цилиндров, чем обеспечивается изменение направления движения коленчатого вала (происходит реверс) Профиль кулачковой шайбы проектируют так, чтобы обеспечить оптимальную продолжительность открытия клапанов. Распределительные валы изготавливают из углеродистой или легированной стали.
Привод распредвала осуществляется при помощи шестеренчатой или цепной передачи от коленчатого вала. Шестеренчатый привод имеет одну или несколько промежуточных шестерен. Цепной привод применяют при большом расстоянии между осями коленчатого и распределительного вала, что имеет место в тихоходных дизелях большой мощности.
В тронковых двигателях распредвал устанавливается в нижней (Рис. 75,б), средней или верхней части двигателя. (Рис.75,а)
Рис. 75Способы установки распредвала:
а – верхнее расположение; б – нижнее расположение; s – тепловой зазор
2.2.11. Наддув ДВС
В настоящее время наддув является основным средством увеличения мощности ДВС. Принудительная подача в цилиндры увеличенного заряда воздуха способствует улучшению процесса сгорания топлива, повышению литровой мощности и уменьшению удельной массы дизеля без существенного изменения его габаритных размеров.
Наддув является общепризнанным и наиболее рациональным направлением в развитии и создании новых дизелей с высокими технико-экономическими параметрами.
Повышение мощности при наддуве оценивается степенью наддува т. е. отношением среднего эффективного давления дизеля с наддувом к среднему эффективному давлению у такого же дизеля без наддува. Наибольшие значения у четырехтактного дизеля не превышают 4, у двухтактного 2,5.
Наддув может осуществляться механическим, газотурбинным и комбинированным способами. Механический наддув осуществляется центробежным или роторным компрессором (нагнетателем), приводимым в действие с помощью механической передачи от коленчатого вала дизеля. Он имеет ограниченное применение, так как отбор мощности на привод нагнетателя неизбежно приводит к уменьшению механического КПД дизеля (рис. 76)
|
Рис. 76 Схема наддува дизеля с механическим приводом воздушного нагнетателя: 1 — цилиндр дизеля; 2 — поршень; 3 — клапан выпускной; 4 — клапан впускной; 5 — нагнетатель центробежный, 6 — редуктор |
Недостаток такого способа наддува состоит в том, что количество подаваемого в цилиндр воздуха зависит от частоты вращения вала дизеля, а не от нагрузки, т. е. подача воздуха в цилиндр при данной частоте вращения вала будет одинакова на холостом ходу и при полной нагрузке.
В практике дизелестроения получили распространение две основные системы газотурбинного наддува:
1) с разделенным выпускным коллектором и парциальным подводом газа из каждой секции коллектора в сопловой аппарат турбины (импульсный наддув), ( рис. 77 )
2) с неразделенным выпускным коллектором и общим подводом газа к турбине, т. е. наддув с постоянным давлением газа перед турбиной (рис. 78);
Сущность импульсного наддува (Рис.77) (с турбинами переменного давления) состоит в том, что в нем используется не только теплота отработавших газов, но и их скоростной напор, т. е. максимальный выпускной импульс газовой струи, вытекающей из цилиндра. Резкое изменение давления в выпускном коллекторе происходит в период предварения выпуска. Для лучшего использования импульса давления в турбине выпускной трубопровод, объединяющий несколько цилиндров, должен иметь минимальные объем и длину от выпускного клапана (окна) до турбины. Для выполнения этого условия на дизель устанавливают несколько импульсных газовых турбин, расположенных вблизи рабочих цилиндров, Сопловой аппарат импульсной газовой турбины соединяют с каналами крышек цилиндров короткими патрубками от каждого цилиндра, не допускающими большой потери кинетической энергии выпускных газов.
|
Рис. 77 Схема газотурбинного наддува с разделенным коллектором(с переменным давлением газов перед турбиной - импульсный наддув) |
Недостатком импульсной системы наддува- более низкий КПД турбины (по сравнению с турбиной на постоянном давлении)
При наддуве с постоянным давлением газа направляются в один общий выпускной коллектор (Рис.78) в котором давление газа выравнивается. Из коллектора газ поступает в одну или две турбины с постоянным давлением газа.
При такой системе наддува обеспечивается равномерное вращение турбины и компрессора, хотя теряется часть энергии газов.
|
Рис. 78 Схема газотурбинного наддува с неразделенным выпускным коллектором (с постоянным давлением газов перед турбиной): 1 - воздухозаборник; 2 - рабочее колесо компрессора; 3 - рабочее колесо газовой турбины ; 4 – цилиндры двигателя; 5 - воздушный холодильник. |
Современные дизели оборудуются наддувом с постоянным давлением, обеспечивающем снабжение дизеля воздухом от турбокомпрессоров в диапазоне нагрузок от 100 до 40%
При меньших нагрузках и пусках подключается дополнительный компрессор с электроприводом, работающий параллельно, либо последовательно с газотурбокомпрессором.
Комбинированный наддув (Рис.79).представляет собой сочетание газотурбинного и механического наддува, позволяющее осуществлять двухступенчатое сжатие воздуха перед подачей его в цилиндры двигателя. Обычно компрессор, приводимый от коленчатого вала, представляет собой вторую ступень сжатия и обеспечивает подачу воздуха в цилиндры в период пуска дизеля и его работу на малых частотах вращения
|
Рис. 79 Схема дизеля с комбинированным (двухступенчатым) наддувом: 1— поршень; 2 — цилиндр дизеля; 3 — клапаны выпускные; 4 — газовая турбина; 5 — нагнетатель первой ступени; 6 — воздухоотделитель; 7 — нагнетатель второй ступени; 8 — редуктор привода нагнетателя второй ступени; 9 — кривошип; 10 — наддувочный коллектор. |
Работа дизеля с двухступенчатым наддувом протекает следующим образом. При работе под нагрузкой газовая турбина 4 вращает колесо нагнетателя 5 с большой частотой (15 000— 20 000 об/мин), вследствие чего нагнетатель засасывает воздух из атмосферы и под давлением (0,2-0,25) МПа подает его в охладитель, и далее в приводной нагнетатель. В этом нагнетателе воздух дополнительно сжимается еще на (0,034-0,05) МПа и через наддувочный коллектор и впускные окна подается в цилиндр дизеля. Во время пуска дизеля, когда газовая турбина не работает, приводной нагнетатель 7 засасывает воздух из атмосферы через нагнетатель 5 и охладитель 6 и подает его в дизель.
Комбинированный наддув наиболее широко применяют в двухтактных дизелях большой мощности, в которых получить баланс мощности, необходимой для качественной продувки и достаточного наполнения цилиндров дизеля воздухом только за счет свободного турбокомпрессора, не всегда удается. На практике применяют несколько схем комбинированного наддува, обеспечивающих высокую экономичность и надежность работы дизелей во всем диапазоне нагрузок, в том числе и при минимально устойчивой частоте вращения .
В качестве надувочных агрегатов используются газотурбокомпрессоры (ГТК), состоящие из центробежного или осевого компрессора и газовой турбины, установленных на одном валу. Температура газов поступающих в газовую турбину составляет при полной нагрузке дизеля 320—650ºС.В судовых дизелях получили применение одноступенчатые центробежные компрессоры, имеющие меньший момент инерции ротора, что облегчает пуск дизеля.
Турбокомпрессор двигателяWartsila-Sulzer. RTA96-C изображен на рис.80
Охлаждение наддувочного воздуха производится с целью обеспечения нормальных условий эксплуатации турбокомпрессора и увеличения массового заряда воздуха в цилиндрах.
Температуру наддувочного воздуха за охладителем поддерживают в пределах 30 - 40° С. Она не должна быть ниже точки росы, чтобы не препятствовать выделению влаги из продувочного воздуха при низкой температуре забортной воды, которая прокачивается через воздушный холодильник и охлаждает наддувочный воздух.
Наивыгоднейший режим работы воздушных холодильников выбирают из таблиц предельной влажности наддувочного воздуха в зависимости от давления, температуры и влажности его.
Вода, выделившаяся в ресивере из наддувочного воздуха или поступившая в ресивер через неплотности в воздушном холодильнике, вместе с наддувочным воздухом поступает в цилиндры двигателя, в результате чего нарушаются процессы смазки и горения топлива в цилиндре, особенно при использовании топлива с большим содержанием серы. Удаление воды из коллектора наддувочного воздуха осуществляется через сливные краны в его нижней части.
Повседневный уход за газотурбонагнетателем заключается в обеспечении нормальной смазки, охлаждения и работоспособности агрегата.
Рекомендации: В период эксплуатации необходимо контролировать:
– температуру подшипников газотурбонагнетателя;
– частоту вращения ротора, давление наддува;
– температуру выхлопных газов и наддувочного воздуха.
Предельная нагрузка дизеля может быть определена по температуре выхлопных газов. Чрезмерное повышение температуры выхлопных газов может вызвать обгорание, коробление и другие повреждения лопаток газовой турбины, поэтому работа двигателя при температуре выхлопных газов, превышающей пределы, предусмотренные инструкцией для данного дизеля, запрещается.
После остановки двигателя продолжительность вращения ротора газотурбонагнетателя по инерции служит признаком исправной его работы . Это время указывается в инструкции по эксплуатации газотурбонагнетателя и обычно равно 1 - 1,5 мин.
В случае повреждения колеса, вала или диска агрегат необходимо отправить для ремонта на завод, который имеет соответствующее оборудование для балансировки ротора.
Вибрация газотурбонагнетателя может появиться вследствие нарушения уравновешенности ротора, искривления оси вала ротора, неисправности подшипников, неисправности системы смазки и т. д. При появлении вибрации газотурбонагнетатель останавливают, выясняют неисправность и устраняют ее.
Одним из вредных явлений возникающих при работе газотурбокомпрессора является помпаж – это вибрации воздушного потока в компрессоре, сопровождающиеся периодическим выбросом воздуха обратно во всасывающие патрубки дизеля и всасывающего тракта.
Помпаж проявляется в виде пульсаций воздушного потока, сопровождающихся периодическим выбросом воздуха обратно во всасывающие патрубки дизеля и всасывающего тракта. Иногда помпаж сопровождается характерными громкими хлопками. Помпаж является следствием уменьшения подачи центробежного компрессора (уменьшения расхода воздуха в единицу времени) ниже определенного критического значения. В результате происходит срыв потока воздуха с лопаток воздушного колеса или лопастного диффузора компрессора, нарушается устойчивая работа последнего. Эксплуатировать дизель, у которого турбокомпрессор работает неустойчиво, нельзя, так как длительный помпаж может вызвать разрушение воздушного колеса компрессора и деталей всасывающего тракта.
Для предупреждения помпажа и устранения его в случае возникновения рекомендуется соблюдать следующие меры: устанавливать заслонки в трубопроводах между турбокомпрессорами и нагнетателем второй ступени в полностью открытом положении; систематически очищать от нагара выпускные и продувочные окна и защитные решетки на входе газов в турбокомпрессоры и следить за исправностью воздухозаборного устройства, не допуская увеличения его сопротивления; следить, чтобы охладители наддувочного воздуха не были загрязнены и не создавали большого сопротивления при проходе воздуха; проверять температуру отработавших газов по цилиндрам, которая при отрегулированном дизеле, очищенных окнах и исправной топливной аппаратуре должна быть не более 380 - 400°С при стандартных атмосферных условиях и не более 400 - 420°С при температуре окружающего воздуха +40 °С; следить за температурой воздуха в ресивере, которая должна быть не более 65 - 70°С при стандартных атмосферных условиях и не более 90°С при температуре окружающего воздуха +40°С.
Также для борьбы с помпажем есть несколько приспособлений:
1. Blowoff valve (BOV) Это клапан, который при превышении давления между компрессором и дросселем свыше определенного предела выпускает часть воздуха в атмосферу
2. Bypass valve - Аналогично BOV, только воздух выпускается не в атмосферу, а возвращается на вход компрессора
3. Ported Shroud - В компрессоре имеется канал, через который часть воздуха уходит на рециркуляцию во впуск.
Если помпаж не прекращается, необходимо снять турбокомпрессор с дизеля и проверить состояние лопаток турбины и суммарное сечение соплового аппарата. Сечение сопл определяют с помощью шаблонов. При обнаружении отклонений от требуемого сечения подгибают кромки лопаток по специальному шаблону.
В последнее время в некоторых дизелях с газотурбинным наддувом применяют систему "Гипербар", достаточно перспективную для дальнейшего повышения мощности без увеличения механических и тепловых нагрузок, что имеет большое значение для повышения долговечности двигателей.
Рис. 81 Схема дизеля с системой "Гипербар":
1- электростартер; 2,4 –каналы; 3- воздушный холодильник; 5- регулятор перепуска; 6- топливный насос;
7- выпускной коллектор; 8- камера сгорания; 9- регулятор интенсивности пламени; 10- газовая турбина.
Принцип работы дизеля с системой "Гипербар" (рис. 81) заключается в том, что наддувочный воздух после турбокомпрессора 11 может направляться не только в двигатель по каналу 2, как это обычно происходит в дизелях с газотурбинным наддувом, но и перепускаться по каналу 4 в выпускной коллектор 7, в котором установлена камера сгорания 8 с воспламенителем и регулятором 9 интенсивности пламени. После сгорания топлива, поступающего в камеру сгорания 8 с помощью топливного насоса 6, отработавшие газы направляются к газовой турбине 10.
Оптимальное давление отработавших газов в коллекторе, необходимое для обеспечения пуска дизеля и его работы, получают путем регулирования подачи топлива в камеру сгорания 8 с помощью регулятора перепуска 5. Такое регулирование позволяет получить на режимах частичных нагрузок повышенный крутящий момент на валу дизеля и обеспечить работу турбокомпрессора в режиме, близком к оптимальному.
Перепуск воздуха и наличие дополнительной камеры сгорания позволяют производить пуск дизеля при низком значении степени сжатия и обеспечивать работу дизеля при высоком среднем эффективном давлении (более 3 МПа) без существенного повышения температуры отработавших газов. В системе предусмотрен воздушный холодильник 3. Турбокомпрессор приводится в действие электростартером 1, что обеспечивает давление и температуру воздуха; достаточные для пуска дизеля.
2.2.12.1. Характеристики топлив.
Эксплуатационные свойства топлив оценивают показатели, характеризующие процессы подачи, смесеобразования и сгорания топлива, а также способность вызывать нагарообразование и износ в дизелях. Основными показателями топлив является:
Теплота сгорания(Calorific value or specific energy)
Теплота сгорания - это количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1 кг топлива и выражается в Дж/кг, кДж/кг или мДж/кг. Одна килокалория эквивалентна 4,187 кДж. В практических расчетах используется так называемая - низшая теплота сгорания QH мДж/кг. Низшая теплота сгорания — это количество тепла, выделившегося при сгорании 1 кг топлива, без учета тепла, израсходованного на испарение содержащейся в топливе воды.
Теплота сгорания нефтяных топлив в зависимости от их химического группового состава может находиться в пределах 39200...43300 кДж/кг. Наибольшим значением QH обладают па рафиновые топлива, а наименьшим - топлива с высокой плотно стью и большим содержанием ароматики.
Плотность(Density)
Плотность - d определяется как масса единицы объема нефтепродукта, в международной системе единиц СИ она имеет размерность кг/м3.
Удельная плотность (relative or specific gravity) - /°4 -представляет собой отношение плотности нефтепродукта при 20°С (d20) к плотности воды при 4°С и нормальном атмо сферном давлении (d4). За рубежом в практике продажи и по ставки топлив используют относительную плотность rf1515, за даваемую при одинаковых температурах топлива и воды, рав ных 15°С (60°F).
Сведения о плотности топлива обычно используют при пе ресчетах объема в массу и наоборот Высоковязкие топлива обычно подогревают и поэтому они нередко поступают на судно, имея сравнительно малую плотность по отношению к стандартной. Увеличение плотности топ лива свидетельствует о повышении содержания в нем тяжелых углеводородов, асфальтосмолистых составляющих, ароматиков, о которых можно судить по содержанию микро-углеродного остатка (mcr - micro-carbone residue).
Рекомендации:
а) учитывайте плотность при бункеровке для определения массы остатка топлива в цистерне, весовой вместимости цистерны, массы принятого в цистерну топлива. Производя бункеровку при различных температурных условиях и определяя количество топлива, следует уточнить его плотность для данных условий по формуле:
р=р4 ± K(t-20),
где,
К—температурная поправка к величине плотности при изменении температуры топлива на 1°С ;
t — температура топлива в момент определения его массы, ° С;
б) учитывайте плотность при подборе регулировочной шайбы в сепараторе.
Вязкость (Viscosity)
Это мера текучести топлива, определяющее внутреннее трение между частицами жидкости при их перемещении относительно друг друга. Для оценки величины относительной силы трения в жидкости используют динамические, кинематические или условные единицы
За единицу динамической вязкости принят пуаз (П), т. е. сила сопротивления, возникающая при относительном перемещении слоев жидкости со скоростью 1 см/с, когда площадь каждого слоя 1 см2 и расстояния между ними 1 см. За единицу кинематической вязкости принят Стокс (0,01Ст-1 сСт) — отношение динамической вязкости жидкости к ее плотности при той же температуре.
За единицу условной вязкости принят градус условной вязкости (° ВУ) или градус Энглера (°Е). Вязкость нефтепродуктов в ° ВУ для данной температуры равна отношению времени истечения 200 мл нефтепродукта через калиброванное отверстие стандартного вискозиметра ко времени истечения 200 мл дистиллированной воды из того же вискозиметра при 20° С.
В США, Англии и некоторых других странах вязкость измеряется в секундах Редвуда (с R) или Сейболта (SU). При этом вязкость для данной температуры определяется временем истечения 50 мл нефтепродукта (по Редвуду) или 60 мл нефтепродуктов (по Сейболту) из вискозиметра.
Вязкость является определяющим фактором при: перекачке топлива насосами; сепарации; работе топливных насосов (оказывает влияния на закон подачи и на условия смазки плунжерных пар); впрыске и смесеобразовании (от нее зависит тонкость и однородность распыла).
Цетановое число –ЦЧ(Сetane numbe)
ЦЧ характеризует воспламеняемость топлива, т. е. процентное содержание цетана (С1бНз4) в такой его смеси с aметил нафталином (С11Н10), которая имеет тот же период задержки воспламенения, что и испытуемое топливо. Топливо, имеющее высокое цетановое число, обладает более коротким периодом задержки воспламенения. ЦЧ оказывает существенное влияние на пусковые качества топлива, жесткость работы двигателя, его экономичность. ЦЧ тяжелых топлив в среднем составляет 25 единиц, дистиллятных дизельных топлив-50 единиц.
Температура застывания (Pour point)
Это температура, при которой топливо теряет свою текучесть, т. е. будучи налитым, в стандартную пробирку, остается неподвижным в течение 1 мин после наклона пробирки под углом 45°.
Застывание топлива связано с кристаллизацией растворенного в нем парафина. Поэтому температура застывания зависит от химического состава топлива. В эксплуатации температуру застывания учитывают при хранении топлива, выборе режима подогрева, перекачке топлива.
Во избежание застывания топлива в системе, его темпе ратура с помощью подогревателей должна поддерживаться на уровне, по крайней мере, на 10°С превышающем температуру застывания.
При отсутствии подогревателей или при недостаточной их мощности следует прибегать к смешиванию имеющегося то плива с другим топливом, имеющим более низкую температуру застывания .
Допустимо использование присадок (wax crystal modifiers), способствующих улучшению текучести топлива за счет некото рого уменьшения размеров кристаллов парафина. Подготовлен ное таким образом топливо не забивает фильтры и беспрепятст венно поступает к топливным насосам высокого давления. Причем введение присадки не изменяет величину температуры застывания - меняется лишь структура и размер кристаллов. Температура застывания отечественных топлив лежит в пределах от -5 до +10°С.
Температура вспышки (Flash point)
Температура вспышки (flash point) - tвс„ - низшая тем пература, при которой пары топлива в смеси с воздухом вспы хивают при поднесении к ним открытого пламени. (При этом жидкая масса топлива не загорается)
Температура вспышки зависит от температуры кипения, испаряемости и уп ругости паров топлива и определяется фракционным составом топлива. Какого-то влияния на самовоспламенение и сгора ние топлива в дизеле этот показатель не оказывает. Но он, ха рактеризует пожароопасность топлива. Международный Стандарт (ISO 8217) и Правила Классификационных Обществ требуют, чтобы температура вспышки принимаемого на борт судна топлива не была ниже 60°С. Тяжелые топлива имеют более высокие температуры вспышки (75...85°С) и, поскольку их приходится подогревать, температура подогрева в открытых емкостях в целях пожаробезопасности должна быть на 10—15°С ниже температуры вспышки tecn.
В целях предотвращения опасности воспламенения паров топлива рекомендуется:
Температурный режим во всех открытых (сообщающих ся с атмосферой) элементах топливной системы должен поддер живаться на уровне, не превышающем разности 10—15°С.
Вентиляционные трубы танков всегда должны быть чис тыми. Это условие обеспечит хорошую вентиляцию верхнего незаполненного пространства. Пламегасящие ловушки и сетки должны быть исправными, источники возможного воспламене ния любого вида не должны размещаться в непосредственной близости от вентиляционных труб.
Во избежание местного перегрева топлива, поступающе го при бункеровке, и создания в связи с этим пожароопасной атмосферы в танке, паровые змеевики подогрева при бункеровке должны быть отключены. Паровые змеевики также должны отключаться при падении уровня топлива в танках до низких значений.
Температура самовоспламенения(Tеmperature of combustion)
Температура самовоспламенения—это температура, при которой топливо воспламеняется без воздействия постороннего источника тепла. Эта величина зависит от фракционного состава топлива и от давления воздуха, при повышении которого температура самовоспламенения понижается.
Если топливо самовоспламеняется не своевременно, а с запаздыванием, то это приводит к жесткой работе двигателя. При жесткой работе детали двигателя работают с перегрузкой, что приводит к ускоренному их износу и даже поломкам, перерасходу топлива, дымному выхлопу и снижению мощности .
Температура самовоспламенения находиться в пределах у дизельного топлива 350-400°С.
Коксуемость (Carbon residue)
Это свойство топлива образовывать на деталях ЦПГ твердый углеродистый осадок (нагар) при нагреве без доступа воздуха. Коксуемость оценивается процентным содержанием кокса, получившегося в результате сгорания топлива. Ее следует учитывать при выборе антинагарных присадок.
При оценке склонности топлива к нагарообразованию следует учитывать, что не только коксуемость, но и наличие в топливе элементов, образующих смолы, способствуют отложению нагара. Коксуемость дистиллятных топлив обычно не превы шает 0,5 %, тяжелых топлив - 10 %.
Зольность(Ash content)
Характеризуется размером твердого остатка, образую щегося после сгорания топлива. Зола способствует абразивному из нашиванию деталей ЦПГ, а соединения ванадия и натрия, содержащие ся в золе, способствуют коррозии деталей ЦПГ, выпускных клапанов, соплового и лопаточного аппаратов турбокомпрессора. При температуре деталей, не превышающей 550 СС, зола, которая образуется при сгорании топлива, уносится с отработавшими газами. Однако при более высоких температурах соединения ванадия и натрия приобретают пластичное состояние и прилипают к на гретым поверхностям деталей. Особенно нежелательны такие отло жения на посадочных поясах выпускных клапанов и лопатках газовых турбин. Через образующиеся неплотности клапана происходят прорыв газов, местный перегрев металла и его окисление, что приводит к про горанию тарелки клапана и седла. Для предотвращения таких явле ний в некоторых конструкциях средне-оборотных четырехтактных дизе лей, приспособленных для работы на тяжелых топливах, применяют охлаждение посадоч-ного седла клапана и обеспечивают вращение кла пана во время работы двигателя с помощью специального механизма.
Кислотность(Acidity - pH)
Кислотность характеризует содержание в топливе органических кислот, образующихся в результате окисления топлива кислородом воздуха. Наличие в топливе органических кислот в допустимых пределах не представляет большой опасности, поэтому такие кислоты принято называть слабыми. Однако повышенная кислотность способствует коррозии элементов топливной аппаратуры и деталей ЦПГ. Кислотность характеризуется косвенным показателем — количеством щелочи, необходимой для нейтрализации содержащейся в топливе кислоты.
Кислотность дизельных топлив не должна превышать 5 мг КОН на 100 мл топлива. В тяжелых сортах топлива кислотность не регламентируется.
Сернистость (Sulphur content)
Сернистость топлива является следствием использования высокосернистой нефти с содержанием серы до 3—4%. При переработке нефти значительная часть серы остается в топливе, так как удаление ее — сложный процесс, значительно повышающий стоимость топлива.
Сера является вредной примесью, так как ее соединения в определенных условиях способствуют коррозии деталей топливной аппаратуры, ЦПГ и газо-выпускного тракта, а также увеличению нагарообразования в цилиндрах и повышенному износу трущихся деталей.
При сгорании топлива сернистые соединения превращаются в кислотные окислы. В дальнейшем в процессе конденсации водяных паров, образующихся из содержащейся в топливе влаги, и соединения с ними окислов SOi и S0з получается сернистая H2SO3 и серная Н2S04 кислоты. Все продукты сгорания серы являются коррозионно-агрессивными соединениями и поэтому могут вызывать газовую и кислотную коррозию.
После 1 янва ря 2010 года максимальное содержание серы в топливе, исполь зуемом в портах стран ЕС, не должно превышать 0,1%. Аналогичное требование введено правительством США в районе «Калифорнийской зоны».
Это требова ние повлияет на объем танков, план трубопроводов, работу дви гателей и котлов в порту и должно будет приниматься во вни мание на стадии разработки проектов новых судов.
Содержание механических примесей (Сontent of mecyanical impurities)
Все остаточные топлива - в пределах «нормы» - помимо твердых механических частиц содержат определенные количе ства осадков или шлама (total sediment), которые могут пред ставлять собой мелкие частицы агломератов асфальтенов, кокса и посторонних включений минерального происхождения. Как те, так и другие вызывают абразивный износ топливной аппара туры и деталей ЦПГ. Содержание асфальто-смолистых агломе ратов и механических примесей в тяжелых топливах оценивает ся на основе метода TSP (Total Sediment Potential). Для оценки содержания механических примесей в дистиллатных топливах используется аналогичный способ, но без искусственного ста рения - без нагревания пробы топлива. Этот метод именуется TSE (Total Sediment Existent). Оба способа дают возможность оценить общее содержание механических примесей без под разделения их на примеси органического и минерального про исхождения. Международными стандартами содержание примесей такого рода ограничивается для дизельных топлив величинами диапазона 0,01...0,02%, а для тяжелых - величина ми порядка 0,1%. Исключение составляют топлива DMC , для которых TSE допускается до 0,1 %.Отечественные стандарты, к сожалению, для ряда тяжелых топлив допускают присутствие механических примесей в 0,25%.
Если при анализе топлива методом горячей фильтрации (TSP) установлено, что общий осадок превышает норму 0,1%, это свидетельствует и о нестабильности топлива. Уменьшение содержания механических примесей в топливе обеспечивается его фильтрацией и сепарированием, характеризует наличие в топливе механических частиц металла, глины, кокса и т. д. Эти включения попадают в топливо из нефти в процессе ее переработки, а также при транспортировке и хранении топ лива.
Механические примеси способствуют загрязнению емкостей, износу деталей топливной аппаратуры и ЦПГ.
В эксплуатации содержание механических примесей учитывают при назначении режима очистки топлива. Механические примеси в дизельных топливах не допускаются, а в тяжелых топливах не должны превышать 0.1-0,2%
Содержание воды (Water content)
Содержание воды в топливе (в процентах) обусловливается технологией переработки нефти. На содержание воды влияют условия хранения и подогрева топлива. Вода ухудшает условия работы топливной аппаратуры и способствует коррозии ее деталей, отрицательно влияет на режим горения и снижает теплоту сгорания топлива. Вода обычно попадает в топливо в процессах транспортировки и бункеровки. На судне вода может попадать при приеме топлива в танки, которые раннее использовались для балласта. Чего следует избегать. Источниками воды могут быть также протекающие змеевики парового подогрева топлива и конденсат. Образующийся в цистернах при больших колебаниях температуры.
Зарубежные тяжелые топлива обычно содержат около 0,5% воды, международные стандарты допускают воду в количестве 1% Новые международные требования на морские топлива (CIMAC,BSI,ISO-2005г.) дополнены требованиями по сле дующим показателям: содержание алюминия и силикатов (кремния)- алюмосиликатов, а также стабильность и совместимость.
Содержание алюмосиликатов (Aluminium/silicon content)
Содержание алюмосиликатов введено в сертификат на морские топлива ISO-F в 1996 г. в свя зи с участившимися случаями интенсивных износов топливной аппаратуры и ЦПГ дизелей, которые были обусловлены присутствием в топливах соединений алюминия и кремния. Алюмосиликаты – это мельчайшие частицы катализаторной пыли, состоящие из окислов алюминия и кремния, которые используются в процессах каталитического крекинга, в основном имеют размер от 5 до 50 микрон и очень твердые. Однако дизелестроительные фирмы говорят, что содержание алюмосиликатов в топливе, поступающем в двигатель, не должно превышать 15 – 20 ррm..
Сертификатом IMO установлено требование, согласно которому содержание Л1 и Si в топливе не должно превы шать
80 ррm. Превышение содержа ния в топливе алюмосиликатов сверх уровня 80 ррm приводит к увеличению абразивного износа топливной аппаратуры и де талей ЦПГ. Поэтому не рекомендуется допускать к использованию в дви гателях топливо, содержащее более 80 ррm Л1 и Si.
Рекомендации:
- при наличии в топливе алюмосиликатов следует уде лять повышенное внимание его очистке, используя для этой
цели оба имеющихся сепаратора, включенные в параллель и работающие на пониженных производительностях.
Желательна двукратная сепарация. В такой ситуации лучше сдать топливо в ближайшем порту, предъявив претензию о несоответствии показателей топлива Международному Стандарту ISO 8217:2005.
Стабильность (Stability)
Химическая стабильность - это способность топлива в те чение длительного времени сохранять свои свойства, противо стоять образованию осадков, шламоотделению и расслаиванию при хранении, перекачках и нагревании. Химические изменения в топливе, происходящие в условиях транспортирования или хранения, связаны с окислением входящих в его состав углеводородов. Следовательно, химическая стабильность топлива определяется скоростью реакций окисления, которая зависит от условий процесса и строения окисляемых углеводородов.. Накопление в топливе продуктов окисления резко ухудшает его эксплуатационные свойства. Смолянистые вещества могут выпадать из топлива, образуя отложения в резервуарах, трубопроводах и др. .
Совместимость (Compatibility)
Совместимость топлив находит свое вы ражение в сохранении стабильности смеси после смешивания компонентов (не возникает последующего осадкообразования).
Несовместимость (incompatability) топлив- это характеристика или свойство топлив, в связи с которым топлива до смешивания были ста бильными, а после смешивания потеряли свойства стабильности.
. Рекомендации:
1.Перед смешиванием топлив желательна проверка на совместимость. В судовых условиях можно рекомендовать использование ме тода «пятна», который заключается в том, что равные количества смешиваемых компонентов (обычно это дистиллятное и остаточное топлива) наливают в сосуд и интенсивно встряхивают в течение 10 с для получения однородной смеси. Затем сосуд со смесью нагревают в водяной бане до температуры 60-63°С и выдерживают 15-20 минут. По окончании нагрева смесь еще раз перемешивают пластмассовой палочкой и ею же наносят пятно на специальную фильтровальную бумагу Пятно, имеющее более или менее однородную окраску. свидетельствует о совместимости смеси. Пятно у которого произошло разделение окраски: темное внутреннее кольцо и светлое внешнее указывает на несовместимость топлив т.е. присутствие нерастворимых асфальтенов и осадка.
2.Желательно не смешивать топлива с различной бункеровкой.
2.2.12.2. Марки топлив для дизелей
При выборе сорта топлива для судовых дизелей учитывают:
– рекомендации завода изготовителя дизеля;
–стоимость топлива;
–конструкцию двигателя (частоту вращения, способ смесеобразования);
– конструкцию топливной системы (наличие систем подогрева и очистки топлива, отдельных систем для использования легких и тяжелых сортов топлива, особенности топливной аппаратуры);
–режим работы дизеля.
На судах морского флота используют две группы топлив: маловязкие (дизельные или дистиллятные),и высоковязкие (остаточные) вязкостью выше 36сст при 50ºС).
Большинство зарубежных поставщиков топлива имеет свою классификацию и нормы на нефтепродукты. Широкое распространение за рубежом получили стандарты, разработанные ISO (International Organization for Standardization), BSI (British Standard Institute), CIMAC (International Council in Combustion Engines).
Международный стандарт ISO 8217 - Спецификация морских топлив - и ISO 8216-1 - Классификация морских топлив была опубликована ISO 15 июня 2010. Стандарт ISO каждые 5 лет подвергается пересмотру и в него вносятся коррективы.Последний проект Международного стандарта (ISO Final Draft International Standard - FDIS) –– ISO FDIS 8217 получил одобрение 19-го мая 2010.
Обычно в документации бункерной поставки в качестве свойств топлива указывается только плотность, вязкость, температура вспышки и содержание воды. Эти свойства должны определяться в лаборатории контроля качества поставщика.
Основные показатели некоторых топлив по ISO приведены в Табл.1 и 2.
Буквенные символы DМ и RM означают соответственно дистиллят и остаточный мазут. Далее следует буква которая, которая характеризует качественные показатели топлива. Цифры в марке указывают максимальную вязкость топлива в сантистоксах при 100С.
Для дистиллятных топлив DМХ, DМА, и DМВ в стандартах, кроме того, приведено цетановое число (соответственно равное 45,40 и 35). Кинематическая вязкость этих топлив определена при 40С.. Коксуемость топлив DМХ, DМА, DМВ и DМС определена по Рамоботтону, а других топлив – по Конрадсону. Температура вспышки для топлива RMX должна быть не ниже 43С, остальных топлив – не ниже 60С.Из-за разных методик определения характеристик топлива по различным стандартам, возможны различия в фактическом качестве отечественных и зарубежных топлив,
несмотря на одинаковые значения соответствующих характеристик.
Требования стандарта ISO 8217 1996 к дистилятным и остаточным топливам приведены в Табл. 2 и 3.
Требования к дистилятным топливам.
|
Наименование показателя |
Норма для марки |
|||
|
DMX |
DMA |
DMZ |
DMB |
|
|
1 Кинематическая вязкость при 40 °С, мм/с |
1,400-5,500 |
2,000-6,000 |
3,000-6,000 |
2,000-11,000 |
|
2 Плотность при 15 °С, кг/м, не более |
- |
890,0 |
890,0 |
900,0 |
|
3 Цетановый индекс, не менее |
45 |
40 |
40 |
35 |
|
4 Массовая доля серы, %, не более |
1,00 |
1,50 |
1,50 |
2,00 |
|
5 Температура вспышки в закрытом тигле, °С, не ниже |
61 |
61 |
61 |
61 |
|
6 Содержание сероводорода, мг/кг, не более |
2,00 |
2,00 |
2,00 |
2,00 |
|
7 Кислотное число, мг KОН/г, не более |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
|
8 Общий осадок горячим фильтрованием, % масс., не более |
- |
- |
- |
0,10 |
|
9 Стабильность к окислению, г/м, не более |
25 |
25 |
25 |
25 |
|
10 Коксуемость 10%-ного остатка разгонки (микрометод), % масс., не более |
0,30 |
0,30 |
0,30 |
- |
|
11 Коксовый остаток, (микрометод), % масс., не более |
- |
- |
- |
0,30 |
|
12 Температура помутнения, °С, не выше |
Минус 16 |
- |
- |
- |
|
13 Температура текучести, °С, не выше |
||||
|
- зимой |
Минус 6 |
0 |
||
|
- летом |
0 |
6 |
||
|
14 Внешний вид |
Чистое и прозрачное |
|||
|
15 Содержание воды, % (об.), не более |
- |
- |
- |
0,30 |
|
16 Зольность, %, не более |
0,010 |
0,010 |
0,010 |
0,010 |
|
17 Смазывающая способность: |
520 |
520 |
520 |
520 |
Табл. 2.
Требования к судовым остаточным топливам
Табл. 3.
|
Наименование показателя |
Норма для марки |
||||||||||
|
RMA 10 |
RMB 30 |
RMD 80 |
RME 180 |
RMG |
RMK |
||||||
|
Кинематическая вязкость при 50 °С, мм/с, не более |
10,00 |
30,00 |
80,00 |
180,0 |
180,0 |
380,0 |
500,0 |
700,0 |
380,0 |
500,0 |
700,0 |
|
2 Плотность при 15 °С, кг/м, не более |
920,0 |
960,0 |
975,0 |
991,0 |
991,0 |
1010,0 |
|||||
|
3 Расчетный индекс углеродной ароматизации CCAI, не более |
850 |
860 |
860 |
860 |
870 |
870 |
|||||
|
4 Массовая доля серы, %, не более |
2,0 (1,5) |
||||||||||
|
5 Температура вспышки в закрытом тигле, °С, не ниже |
61,0 |
61,0 |
61,0 |
61,0 |
61,0 |
61,0 |
|||||
|
6 Содержание сероводорода мг/кг, не более |
2,00 |
2,00 |
2,00 |
2,00 |
2,00 |
2,00 |
|||||
|
7 Кислотное число, мг КОН/г, не более |
2,5 |
2,5 |
2,5 |
2,5 |
2,5 |
2,5 |
|||||
|
8 Общий осадок со старением, % масс., не более |
0,10 |
0,10 |
0,10 |
0,10 |
0,10 |
0,10 |
|||||
|
9 Коксовый остаток (микрометод), % масс., не более |
2,50 |
10,00 |
14,00 |
15,00 |
18,00 |
20,00 |
|||||
|
10 Температура текучести, °С , не выше: |
|||||||||||
|
зимой |
0 |
0 |
30 |
30 |
30 |
30 |
|||||
|
летом |
6 |
6 |
30 |
30 |
30 |
30 |
|||||
|
11 Содержание воды, % об., не более |
0,30 |
0,50 |
0,50 |
0,50 |
0,50 |
0,50 |
|||||
|
12 Зольность, %, не более |
0,04 |
0,070 |
0,070 |
0,070 |
0,100 |
0,150 |
|||||
|
13 Содержание ванадия, мг/кг, не более |
50 |
150 |
150 |
150 |
350 |
450 |
|||||
|
14 Содержание натрия, мг/кг, не более |
50 |
100 |
100 |
50 |
100 |
100 |
|||||
|
15 Содержание алюминия + кремния, мг/кг, не более |
25 |
40 |
40 |
50 |
60 |
60 |
|||||
|
16 Отработанные смазочные масла (ОСМ): |
Топливо не должно содержать ОСМ. Топливо считают содержащим ОСМ, если удовлетворено одно из следующих условий: |
2.2.12.3.Биоповреждения топлив
Ущерб от биоповреждений топлив и смазочных материалов про является в ухудшении качества самих продуктов, а также в корро зии резервуаров, топливных и смазочных систем двигателей и т. п., в появлении кожных, аллергических и других заболеваний у лиц, контактирующих с нефтепродуктами, зараженными микроорганиз мами. Среди различных видов нефтяных топлив более биостойкие — легкие дистиллятные топлива — бензины. Повреждениям подвергаются топлива и топливные системы, а также судовые резервуары — топливные танки и цистерны. При этом наблюдают следующие проявления биоповреждений: скоп ление в донной части топливных емкостей шлама — во ды с различными загрязнениями, включая бактериальную слизь;
При этом чаще других в нефтепродуктах обнаруживают бактерию Рs. aerugenosa и грибы С1аdosporium. resinae «керосиновый гриб».
Основное условие развития микрофлоры в топливе — наличие в нем воды со следами минеральных солей и подходящая температу ра. В абсолютно сухом топливе развитие и рост микроорганизмов прекращается. Защита от биоповреждений предусматри вает прежде всего предотвращение попадания воды в топлива, своевременную осушку его и удаление воды из донной части резер вуаров, соблюдение санитарно-гигиенических мер профилактики и применение биоцидов — антимикробных присадок. Для защиты топлив от обводнения всячески уменьшают контакт с воздухом, особенно влажным, применяют специальные осушивающие препараты типа силикагеля, фильтрацию и т. д. Хорошие результаты по очистке и обеззараживанию топлив дают применение сверхтонких фильтров, термическая и радиационная стерилизация (пастеризация). Однако эти способы сложные и дорогие.
Химиче ские средства защиты — антимикробные присадки не должны ухуд шать горение и энергетические характеристики топлив Введение в состав топлив и масел антимикробных при садок— биоцидов дает наибольший эффект. Биоциды убивают микроорганизмы в топливной системе и одновременно снижают коррозионные поражения. Наиболее известный сейчас биоцид - ВIOCONTROL MAR – 71.
2.2.12.4. Присадки к топливам
Для улучшения свойств топлив к ним добавляют присадки, которые в зависимости от состава обеспечивают: улучшение процесса сгорания, уменьшение нагарообразования, нейтрализацию коррозионного действия топлива и продуктов его сгорания, повышение стабильности (стойкости против окисления) топлива при хранении, стойкость топлива против образования эмульсий с водой, стойкость против биоповреждений топлива.
Установлено, что введение присадки, способствующей улучшению условий сгорания, уменьшению нагарообразования и коррозии, понижает износ деталей ЦПГ на 30—40%, и предотвращает электрохимическую коррозию, что значительно увеличивает срок службы топливной аппаратуры.
Универсальных присадок, улучшающих в одинаковой степени различные эксплуатационные свойства, не существует.
Большим недостатком топливных присадок, из-за которого они не получили широкого распространения, является их склонность к выпадению в осадок при длительном хранении. Поэтому вводить присадки рекомендуется на судне. При хранении присадки следует предусмотреть меры противопожарной безопасности и для сохранения свойств не допускать . ее охлаждения до температуры ниже —5° С.
Сложность дозировки, неудобство приготовления смеси на судне и невысокая эффективность существующих присадок — все это ограничивает их применение. Однако использование топливных присадок перспективно, так как позволит применять дешевые топлива с тем же результатом, что и дорогостоящие.
2.2.12..5. Применение на судах водотопливных эмульсий.
Применение средне- и высоковязких топлив в судовых дизелях возможно только после их подогрева и сепарации. Отходы при сепарации составляют 2-5 % от общего потребления топлива. Процессы освобождения топлива от пресной воды, такие как сепарация и отстой, приводят к потере высококалорийных горючих компонентов. Наличие в топливах, так называемой, свободной воды может вызвать заклинку плунжиров топливных насосов и зависание игл форсунок при попадании глобул воды нарущиеся поверхности деталей прецизионных пар и нарушение, таким образом, условий смазки топливом. Однако наличие в топливе пресной воды в виде мелкодисперсных частиц способствует процессу горения средне- и высоковязких топлив в судовых дизелях и снижает его удельный расход.
Механизм действия воды на улучшение сгорания топлива состоит в том, что мелкодисперсная глобула воды окружается слоем тяжелых компонентов топлива - асфальтенов и смол которые являются поверхностноактивными веществами, способными организовать вокруг частицы воды достаточно прочный трудноразрушаемый слой.
Разрушение глобулы в цилиндре дизеля происходит мгновенно, в виде "микровзрыва", в процессе чего тяжелые компоненты дополнительно дробятся на мельчайшие частицы, сгорание которых происходит полностью. Поэтому при соответствующей обработке обводненного топлива отпадает необходимость в удалении из него воды.
Получение водотопливных эмульсий (ВТЭ) в судовых дизелях научно обосновано, проверено на практике на многих судах как зарубежного так и отечественного флота. С переводом рабочего процесса судовых дизелей на водотопливную эмульсию с содержанием воды 17-20% расход топлива сокращается на 12%, эмиссия окислов азота NOx уменьшается на 30-37%, сернистого ангидрида S02 - на 50%, сероводородов H2S - на 50%, несгоревшие углеводороды отсутствуют. Для получения ВТЭ могут быть использованы коллоидные мельницы, механические мешалки, струйные диспергаторы, ультразвуковые и кавитационные установки, гомогенизаторы Наиболее применение получили ультразвуковые гидроструйные смесители. (Рис82 )
Рис. 82Принцип действия ультразвукового гидроструйного смесителя
В судовом варианте смеситель позволяет регулировать поток дизельного топлива от 100 % до 50 %, а поток мазута - от 50 % до 0 %. Таким образом, регулятор смесителя обеспечивает максимальное содержание мазута и топливной смеси не более 50 % от общего объема, тем самым исключает возможность приготовления топливной смеси с большим содержанием мазута. Дозировка дизельного топлива и мазута осуществляется посредством специально подобранных расчетным путем регулируемых сечений в корпусах резонаторов, имеющих резьбовой привод к дозирующему устройству.
Исследования и опытная эксплуатация в течение ряда лет показали возможность работы мало-, средне- и даже высокооборотных дизелей судов на смесях моторного и дизельного топлива различных составов.
2.2.12.6. Принципиальная схема топливной системы главного двигателя
Схема и состав топливной системы зависят от типа и мощности двигателя. Схема топливной системы главного двигателя работающего на тяжёлом топливе показана на Рис.83
Рис.83 Схема топливной системы главного двигателя:
1 – отстойные цистерны; 2,14 – подогреватели; 3 – сепараторы; 4 – шестеренчатые насосы охлаждения форсунок;
5 – холодильник; 6 – расходные цистерны тяжелого топлива; 7 – расходная цистерна дизельного топлива;
8 – топливоподкачивающие насосы; 9,10 – фильтры; 11,20 – топливоперекачивающие насосы; 12,19 – междудонные цистерны запаса топлива; 13 – обводной трубопровод; 14 – топливоподогреватель; 15 – вискозиметр; 16 –ТНВД;
17 – двигатель; 18 форсунки; 21 – фильтр грубой очистки.
В связи с наличием на судне двух сортов топлив обычно имеются расходные цистерны легкого 7 и тяжелого топлива 6, которые заполняются топливоперекачивающими насосами соответственно 11 и 21. К форсункам 18 топливо поступает под давлением топливоподкачивающих насосов 8. Механическая очистка топлива осуществляется путем отстоя, фильтрации и сепарирования. Температура тяжелого топлива поддерживается автоматически топливоподогревателем 14, Его работой управляет визкозиметр15. По конструкции топливоподогреватели бывают паровые, электрические и термомаслянные.
2.2.12.7. Оборудование топливных систем
2.2.12.7. 1.Топливные цистерны
Для хранения жидкого топлива на судне служат топливные цистерны, которые делятся на корпусные и вкладные.
Корпусные цистерны, являясь неотъемлемой частью корпуса, находятся в междудонных и бортовых отсеках, образуемых наружной обшивкой корпуса и вторым дном или переборками судна. Вкладные цистерны представляют собой самостоятельную сварную металлическую конструкцию, размеры и форма которой определяются назначением цистерны и местом ее установки. Вкладные цистерны крепятся к судовому набору.
По назначению судовые топливохранилища подразделяются на:
Цистерны основного запаса:
служат для хранения топлива на все время продолжительности плавания. Располагаются в междудонных, бортовых отсеках или диптанках. Емкость цистерн основного запаса определяется в зависимости от автономности плавания данного судна;
Цистерны аварийного запаса:
служат для хранения топлива, которое не требует подогрева и используется лишь после полного из расходования основного запаса. Предусматриваются на судах неограниченного района плавания вне междудонного пространства. Емкость цистерны аварийного запаса обеспечивает хранение не менее суточного запаса топлива;
Отстойные цистерны:
служат для предварительной подготовки топлива к использованию в двигателях. При непрерывном подогреве топлива из него выпадают в осадок вода и крупные механические примеси. Размещение и количество отстойных цистерн обычно такие же, как и расходных. Их емкость должна быть возможно большей для обеспечения заданного цикла отстоя;
Расходные цистерны:
служат для хранения топлива, непосредственно подаваемого в двигатель. Размещаются в бортовых отсеках или диптанках (но при небольшой емкости могут быть и вкладными), как правило, выше уровня топливных насосов, что обеспечивает напор в приемной топливной магистрали двигателя. Для каждого двигателя целесообразно предусматривать отдельную расходную цистерну. При наличии на судне одного главного двигателя расходных цистерн для удобства и надежности эксплуа тации установки должно быть две. Суммарный объем парных расходных цистерн для тяжелого топлива должен обеспечивать не менее 12 часов работы двигателей, а для дизельного топлива— не менее 8 ч;
Переливные цистерны:
служат для приема топлива, переполняющего цистерны, расположенные вне междудонного пространства. Они могут быть корпусными—в междудонном пространстве и вкладными—под настилом машинного отделения. Емкость переливных цистерн должна обеспечивать 10-минутную производительность топливоперекачивающего насоса. Если трубопроводы аварийного опорожнения цистерн, расположенных в машинной шахте, проведены в переливную цистерну, то ее емкость должна быть достаточной для приема всего топлива из опорожняемых цистерн;
Цистерны сбора утечек (сточные):
служат для сбора утечек через не плотности прецизионных пар топливных насосов и форсунок, а также из поддонов вкладных цистерн, фильтров и другого оборудования. Размещаются в междудонных отсеках или под насти лом машинного отделения. Емкость сточных цистерн выбирается из учета 80—130 л на 1000 кВт судовой энергетической установки;
Цистерны сбора отстоя (грязного топлива):
служат для приема воды и грязи из отстойных и расходных цистерн и из фильтров. Располагаются в междудонных отсеках. Емкость цистерн грязного топлива устанавливается с учетом вероятного обводнения топлива и опорожнения цистерны один раз в сутки;
Цистерны отходов сепарации:
служат для сбора грязи, удаляемой при открытии самоочищающихся сепараторов. Размещаются в междудонном пространстве или под настилом МКО.
Топливные цистерны всех назначений имеют много общего в конструктивном оформлении. Однако особенности в оборудовании позволяют разделить судовые топливохранилища на цистерны в двойном дне и цистерны, расположенные вне двойного дна в шахте машинного отделения.
Правила Регистра предусматривают требования к размещению и оборудованию топливных цистерн.
При расположении цистерн в двойном дне не допускается хранение топлива в отсеках двойного дна, расположенных под котлами. Топливные отсеки двойного дна должны быть отделены от цистерн воды и масла коффердамами. На цистернах предусматриваются горловины, закрывающиеся на болтах крышками с огнестойкими, газонепроницаемыми, нефтестойкими прокладками.
Каждая цистерна должна быть оборудована воздушными трубами, количество и расположение которых выбираются в зависимости от формы и размера цистерны, чтобы предотвратить образование воздушных мешков.
Воздушные трубы выводят из верхней части цистерны на верхние палубы в места, где выходящие пары и перелив топлива из цистерн не представляют пожарной опасности. Выходной конец воздушной трубы должен быть выполнен в виде колена, обращенного отверстием вниз, и снабжен планкой с отличительной надписью. Выходное отверстие должно быть защищено пламепрерывающей сеткой. Если выходной конец трубы расположен на открытой палубе, то он должен быть оборудован автоматическим устройством, исключающим попадание воды в цистерну. Суммарное сечение воздушных труб цистерны должно составлять 1,25 сечения наполнительного трубопровода цистерны.
Каждая цистерна должна быть оборудована указателями уровня. Для цистерн двойного дна предусматриваются измерительные приборы, которые должны быть прямыми и не препятствовать замеру уровня топлива в цистерне футштоком.
Измерительные трубы выводят на 0,5 м над настилом машинного отделения, достаточно удаленном от двигателей, котлов, электрических машин и распределительных щитов. Выходной конец трубы должен быть оборудован самозакрывающимся клапаном, а при выводе на открытую палубу—пробкой с отличительной надписью на планке.
В цистернах тяжелого топлива предусматриваются подогревательные паровые или водяные змеевики, расположенные в наиболее низких частях цистерны.
Давление греющего пара не должно превышать 7 кг-с/см2. Конденсат греющего пара должен направляться в контрольный бак со смотровым стеклом. Для контроля температуры подогреваемого топлива предусматриваются термометры. Обычно температура топлива в двойном дне фиксируется по термометру, установленному на патрубке топливоперекачивающего насоса. Для наполнения и опорожнения междудонных цистерн предусмотрены трубопроводы, снабженные необходимой арматурой.
Переливные и сточные цистерны оборудуют световой и предупредительной звуковой сигнализацией по верхнему уровню. Цистерны машинной шахты для обеспечения противопожарной безопасности нельзя размещать над трапами, двигателями, котлами, газовыхлопными трубами, дымоходами, электрическим оборудованием и постами управления главными двигателями. Минимально допустимое расстояние от стенок цистерн до любых нагреваемых поверхностей — 600 мм. Для тушения пожара, возникшего в цистерне, а также для ее пропаривания перед очисткой от станции паротушения в верхнюю часть цистерны подведен паропровод свежего пара давлением 5 кг-с/см2.
Вкладные цистерны устанавливают на специальные фундаменты из прокатных профилей или листовой стали. Так же как и цистерны двойного дна, все шахтные цистерны снабжены горловинами, подогревательными змеевиками (в случае использования тяжелого топлива) и воздушными трубками, конструкция и расположение которых отвечают требованиям Регистра.
По Правилам Регистра цистерны, расположенные в машинных шахтах, следует оборудовать устройством для быстрого опорожнения в междудонные или переливные цистерны. Для этой цели служит самозапорный клапан с местным и дистанционным приводом, выведенным из машинного отделения. Диаметр спускного трубопровода должен обеспечить опорожнение цистерны не более чем за 6 мин.
Для удаления отстоя из расходных и отстойных цистерн предусматриваются самозапорные клапаны и трубопроводы к цистернам грязного топлива. На трубопроводах должны быть установлены смотровые стекла. При наличии поддонов вместо стекол допускается применение открытых воронок. Поддоны находятся в нижней части цистерн, на которых установлена арматура и, следовательно, возможны протечки. Топливо из поддона сливается по трубопроводу в сточную цистерну.
На цистернах устанавливают приборы контроля за уровнем и температурой топлива и предупредительную сигнализацию по нижнему и верхнему уровням. В связи с неудобством использования измерительных труб с футштоками для контроля за уровнем топлива в цистернах машинной шахты применяют визуальные уровнемеры местного и дистанционного типов.
2.2.12.7. 2. Форсунки
Форсунка предназначена для впрыска и распыливания топлива в цилиндре дизеля. Распыливание топлива производится за счет подачи его к форсунке от ТНВД (топливный насос высокого давления) под большим давлением, что обеспечивает истечение топлива с большой скоростью через сопловые отверстия форсунки диаметром от 0,15 до 0,9мм. По конструкционному исполнению форсунки делятся на открытые и закрытые.
Форсунка закрытого типа (Рис.84) имеет автоматически закрывающийся клапан (иглу)для разобщения нагнетательного трубопровода от полости цилиндра, что имеет большое значения для качественного протекания процессов впрыскивания и сгорания топлива. Игла находится внутри корпуса распылителя и нагружается через стержень толкателя пружиной, изменение натяжения которой производится регулировочным винтом. После регулирования форсунки на заданное давление распыливания, регулировочный винт фиксируется контргайкой. Открытие иглы происходит следующим образом: ТНВД нагнетает топливо по трубопроводу в кольцевую полость корпуса распылителя, соединенную с корпусом форсунки накидной гайкой. Давление топлива воздействует на дифференциальную площадку запорной иглы и поднимает ее, преодолевая натяжение пружины распылителя. Подъем иглы форсунки составляет от 0,4-1,2 мм.
|
Рис. 84Устройство форсунки закрытого типа: 1 – шпилька; 2,17,20 – штуцера; 3,5 –каналы для охлаждения;4 – центрирующий штифт; 6 – игла; 7 – иглодержатель;8 –распылитель; 9 – прокладка; 10,16 – топливные каналы;11 – фигурная гайка; 12 –прокладка; 13 – толкатель;14 – пружина; 15 – регулировочный винт; 18 – корпус; 19 –контргайка |
После прекращения подачи топлива и падения давления в трубопроводе, игла, под действием пружины, прижимается к седлу корпуса и закрывает сопловое отверстие. Давление топлива, при котором происходит открытие иглы, является постоянной величиной независимо от режима работы двигателя, колеблется от 140 до 450 кг/см2 и имеет определенные значения для каждого типа дизеля. В форсунках закрытого типа применяются различные распылители – однодырчатые и многодырчатые, запорная часть которых имеет вид обычного конуса или штифта. Однодырчатые применяются на дизелях небольшой мощности с вихрекамерным и предкамерным смесеобразованием. Многодырчатые применяются на дизелях с непосредственным впрыском в неразделенные камеры сгорания. Игла и направляющая иглы с распылителем являются точной (прецизионной) парой и заменяются в случае выхода из строя в комплекте.
2.2.12.7. 3. Топливные насосы высокого давления (ТНВД)
Топливный насос служит для подачи топлива к форсунке под высоким давлением (110-700 кг/см² и выше) строго отмеренными порциями и в определённые моменты по углу 10-20° поворота коленчатого вала. Топливный насос приводится в движение от распределительного вала дизеля. Привод топливного насоса делается кулачковым, причём устанавливается так, чтобы впрыск топлива происходил с некоторым опережением относительно В.М.Т. Топливные насосы высокого давления бывают клапанные и золотниковые .Большее применение получили ТНВД золотникового типа
В современных двигателях, оборудованных ТНВД золотникового типа , существуют два способа дозировки
топлива:
1) изменением момента конца подачи топлива (отсечки). Изменение дозировки топлива осуществляется проворачиванием плунжера вокруг его оси, вследствие чего, спиральная отсечная кромка плунжера открывает перепускное окно во втулке;
2) изменением момента начала подачи топлива. Перепуск топлива в этом случае производится всасывающим клапаном, закрываемым в определённый момент в начале подачи топлива
В малооборотных и среднеоборотных дизелях для каждого цилиндра имеется отдельный ТНВД, а в быстроходных ТНВД обычно делают блочными, с числом отдельных насосных секций, равным числу цилиндров.
Секция топливного насоса – это насос поршневого типа, в котором всасывание и нагнетание топлива производится поршеньком (плунжером) при его возвратно-поступательном движении.
На рис. 85 показана топливоподающая секция насоса золотникового типа, с регулированием по концу подачи.
|
Рис.85 Топливоподающая секция насоса: 1-штуцер; 2-пружина; 3-нагнетательный клапан; 4-седло; 5-приемные отверстия;6-зубчатая рейка; 7-зубчатый венчик; 8-плунжер; 9-поворотная втулка. |
Выступающая часть кулачка, набегая на ролик, который катится по его поверхности, перемещает вверх толкатель. Вместе с толкателем поднимается вверх плунжер. Когда выступ кулачка начнёт выходить из-под ролика, плунжер и вместе с ним толкатель, под действием сжатой пружины, будут опускаться вниз и займут первоначальное положение.
Подача топлива начнётся при перекрытии отверстий во втулке кромкой верхнего торца плунжера во время движения вверх, а закончится в момент, когда отверстие втулки начнёт открываться отсечной кромкой спирального выреза на плунжере.
Количество подаваемого топлива зависит от относительного положения плунжера и втулки. Зубчатая рейка 6, находящаяся с зубчатым венчиком 7, вращает плунжер 8. Венчик устанавливается на поворотной втулке 9. Втулка плунжера имеет пазы, в которые входят прямоугольные выступы плунжера. Регулировка количества топлива, подаваемого плунжером насоса, устанавливается при заводском испытании путём поворота венчика. Верхнее выходное отверстие втулки закрывается седлом 4, в которое устанавливается нагнетательный клапан 3. Седло прижимается к втулке штуцером 1, который ввёрнут в головку, а нагнетательный клапан – пружиной 2, вставленной в штуцер 1.
Во время движения плунжера вниз, т.е. при ходе всасывания топливо, в момент открытия отверстий 5, заполнит полость под плунжером во втулке. При движении плунжера вверх топливо в начальный период вытесняется из втулки через отверстия обратно в канал головки. Когда верхняя кромка плунжера перекроет впускные отверстия, в над плунжерной полости втулки начнёт повышаться давление.
Так как топливо почти несжимаемое, давление повышается очень быстро. Когда давление топлива в над плунжерной полости достигнет величины, необходимой для преодоления сопротивления пружины и сопротивления топлива в топливопроводе, нагнетательный клапан откроется, и топливо будет нагнетаться по топливопроду к форсунке.
При дальнейшем движении плунжера, кромка его винтового среза откроет перепускные отверстия и, вследствие большого давления в надплунжерной полости, топливо через вертикальный канал начнёт протекать по перепускному отверстию в канал головки. При этом, давление над плунжером начнёт падать и пружина нагнетательного канала прижмёт его к седлу.
Положение плунжера при различных количествах подаваемого топлива показаны на Рис 86, где:
а и б соответствуют нулевой и неполной подаче топлива;
в - полная подача топлива;
Рис. 86. Схемы различных положений плунжера
Преимуществом золотниковых ТНВД является их простота конструкции и более низкая стоимость по сравнению с ТНВД клапанного типа. Недостатки – быстрое изнашивание и потеря плотности плунжерных пар.
2.2.12.7. 3. Насос-форсунки. Электронные (импульсные) системы впрыска топлива.
Ведущими дизелестроительными фирмами разработаны методы, направленные на изменение рабочего процесса двигателя, позволяющие снизить максимальную температуру цикла Тz. К таким методам относятся применение систем топливоподачи с электронно- управляемыми насос-форсунками (Рис.87). В данной схеме топливоподачи насос высокого давления и форсунка объединены в один узел. Начало подачи топлива и количество регулируются одним электроклапаном по сигналам от блока управления.
Преимуществом насос- форсунок является то, что система управления полностью электронно- управляемая. Это позволяет осуществлять многоступенчатый впрыск топлива ( для снижения шумности работы двигателя) и максимально оптимизировать топливоподачу с учетом очень многих факторов.
Расчет топливоподачи и угла опережения впрыска максимально приближен к идеалу на любых режимах работы двигателя (на основе самоадаптации).
Рис. 87 Насос-форсунка с электромагнитным клапаном.
«Электронные системы впрыска топлива» (EFI) иногда называют импульсными.
Существует несколько вариантов импульсных систем, но их основные функции одинаковы. Во всех импульсных системах поступающий воздух измеряется датчиком, который передает электронный сигнал, уровень которого пропорционален воздушному потоку. Электронное устройство управления (ECU), отвечая на сигналы от датчика воздушного потока и других датчиков, подает топливо к двигателю посредством электрически управляемых соленоидальных клапанов.
Топливо нагнетается серией импульсов, всегда управляемых электроникой. В системах Bosch (рис88),число импульсов пропорционально числу оборотов двигателя в минуту. Отрезок времени каждого импульса управляется с
помощью электроники, так что инжекторы подводят топливо импульсами, в зависимости от требований к смеси.
|
Рис. 88 Схема работы форсунки 1 – ЭБУ, 2 – датчик давления топлива, 3 – управляющий клапан, 4 – слив, 5 – топливный коллектор, 6 – «питающий» жиклер, 7 – жиклер управляющей камеры, 8 – управляющая камера, 9 – плунжер, 10 – распылитель, 11 – игла, 12 – камера распылителя, 13 – топливный насос, 14 – перепускной клапан. |
Все данные системы определяют количество топлива для двигателя с помощью электронного блока управления (ЭБУ), следящего за интервалами времени, в течении которых топливные форсунки открыты В системе импульсного впрыска весь воздух, входящий в двигатель, сначала прокачивается через измеритель воздушного потока (ИВП). ИВП отмеряет количество воздуха, которое определяется по нагрузке двигателя, и преобразует это измерение в электрический сигнал, идущий к ЭБУ. Блок управления использует входные сигналы о воздушном потоке и частоте вращения двигателя, и по ним вычисляет количество топлива, необходимое для образования оптимальной смеси, затем электрическим способом открывает инжекторы во впускном канале каждого цилиндра, чтобы впрыснуть соответствующее количество топлива в воздушный поток. Время впрыскивания определяется ЭБУ по частоте вращения коленвала. Главный топливный насос обеспечивает систему топливом под давлением.
Импульсные системы BOSCH используют также много дополнительных датчиков, которые контролируют эксплуатационные условия двигателя.
2.2.12.7. 3. Системы двухступенчатого впрыска топлива.
Рядом фирм, в том числе «Катерпиллар», «Вяртсиля», МАН, BOSCH был внедрен двухступенчатый впрыск топлива, сущность которого состоит в подаче в цилиндр небольшой порции топлива (pilot injection), предшествующей основной подаче. Необходимость такой организации процесса впрыска обусловливается плохой воспламеняемостью тяжелых топлив и продолжительным периодом задержки воспламенения, в процессе которого топливо накапливается в цилиндре и только затем воспламеняется. Одновременное воспламенение и сгорание накопившейся массы топлива сопровождается большими скоростями сгорания и жесткой работой двигателя. Наличие предварительного впрыска создает условия для более мягкого и полного сгорания, т.к. основная подача происходит в момент, когда в цилиндре появляется пламя от сгорающей предварительно поданной порции топлива. Поэтому воспламенение основной массы топлива происходит практически мгновенно и процесс сгорания идет со значительно меньшими скоростями, которые определяются скоростью поступления топлива в цилиндр. В двигателях «Вяртсиля» предварительный впрыск осуществляется с использованием стандартного ТНВД, в котором установлен дополнительный нагнетательный клапан с более слабой пружиной, первым открывающийся в начале нагнетательного хода плунжера. Основным недостатком дизельных двигателей с непосредственным впрыском топлива является повышенная шумность работы по причине резкого повышения давления в камере сгорания. Справиться с этим недостатком конструкторам двигателей удалось благодаря применению двухступенчатого впрыска топлива, хотя при этом и пришлось «пожертвовать» токсичностью. Искоренить оба эти недостатка удалось фирме BOSCH: ее конструкторы создали новые двухпружинные (двухступенчатые) форсунки, где первая ступень впрыска происходит при давлении 190 бар, количество впрыснутого топлива при этом ограничивается маленьким ходом иглы форсунки (0,06 мм) и упругостью пружины второй ступени. Когда же давление возрастает до 310 бар, преодолевается сила сопротивления второй пружины и игла полностью открывает отверстие форсунки для впрыска топлива. Малое количество топлива вначале воспламенения обеспечивает плавное нарастание давления в камере сгорания, что способствовало протеканию процесса сгорания более «мягко», с меньшим шумом. После начала сгорания малой дозы топлива происходит впрыск и сгорание оставшейся его части. Необходимым условием при этом является время впрыска, и чем меньше это время, тем больше КПД двигателя.
Рис.89Работа двухступенчатой форсунки.
Принцип действия (Рис. 89):
1-й этап (предварительный ход)
В корпусе форсунке установлены две пружины разной толщины. Они подобраны таким образом, что в начале операции впрыска топлива игла форсунки поднимается, преодолевая только силу сжатия пружины 1. В результате образования при ходе 1 зазора предварительно впрыскивается лишь небольшое количество топлива при низком давлении (p = 190 бар).
Это приводит к плавному нарастанию давления в камере сгорания и создает условия, необходимые для поджига основного количества топлива.
2-й этап (полный ход)
Из ТНВД постоянно поступает все больше топлива. Это приводит к повышению давления внутри форсунки, так как количество поступившего из ТНВД топлива не может быть выпущено через маленький зазор. В результате повышения
давления преодолевается усилие сжатия пружины 2 и игла форсунки поднимается на ход 2 и достигает полного хода. В результате увеличения зазора впрыскивается основное количество топлива, при этом оставшееся количество впрыскивается при высоком давлении (p = 300 бар).
Форсунка впрыскивает топливо, находящееся под высоким давлением в топливном коллекторе, в соответствии с сигналом электронного блока управления, соответствующим углу опережения впрыска, величине цикловой подачи, скорости впрыска.
2.2.12.8. Топливоподготовка
Это комплекс мероприятий по обработке и подготовке топлива перед подачей в двигатели. Цель топливоподготовки — исключить вредное влияние различных примесей в топливе на двигатели и системы, а также обеспечить возможность использования дешевых сортов топлива. Топливоподготовка может осуществляться 2 основными способами: изменением физико-химического состава топлива и изменением его физического состояния. Первый способ заключается в отделении от топлива вредных примесей химической обработкой с применением ингибиторов и в очистке путем отстоя, с помощью фильтров и сепараторов. Второй предусматривает повышение текучести под воздействием паровых, электрических или индукционных нагревателей и разрушение в гомогенизаторах смолистых образований, присутствующих в топливе в виде пленок, эмульсий и твердых частиц. В судовых энергетических установках из всех способов топливоподготовки, широкое распространение получили подогрев и очистка. Наиболее чувствительными к качеству высокооборотные двигатели. Выбор оборудования и судовых систем топливоподготовки определяется вязкостью и плотностью применяемого топлива, а также типом двигателя. При использовании тяжелого топлива топливоподготовки упрощается добавлением в него легкого топлива.
Различные сорта тяжелых топлив, а иногда и топлива одного и того же сорта, но разных бункеровок имеют при одинаковой температуре существенно различающуюся вязкость. С целью повышения надежности работы дизельной установки и улучшения топливоиспользования, топливные системы дизелей оборудуются автоматическими системами регулирования вязкости.
Наиболее широкое применение получила механическая очистка топлива и его подогрев.
2.2.12.8.1. Механическая очистка топлива
В топливных системах судовых дизелей для механической очистки топлива используют отстой, фильтрацию и сепарацию.
Отстой.
Процесс отстоя состоит в осаждении на дно емкости под воздействием гравитационных сил воды и механических примесей, содержащихся в топливе. Скорость осаждения вредных составляющих зависит от их плотности и размера, а также от вязкости топлива. Чем меньше разница в плотности между вредными включениями и топливом и чем больше его вязкость, тем меньше скорость осаждения частиц. По этой причине отстой дизельного топлива, имеющего меньший удельный вес, протекает более эффективно, чем отстой тяжелого. Эффективность отстоя тяжелых топлив повышается при подогреве отстойных цистерн.
На современных морских теплоходах применяют отстой обычно в системах тяжелого топлива. Дизельное топливо, отличающееся высоким качеством и незначительным содержанием вредных включений, отстаивать не имеет смысла, так как необходимое качество очистки топлива полностью обеспечивается фильтрацией и сепарацией.
Тяжелое топливо рекомендуется отстаивать в течение 18—24 ч при непрерывном подогреве. Температура подогрева топлива в отстойных цистернах в зависимости от его вязкости лежит в пределах: для моторных топлив—50—65° С, для мазутов—65—80° С.
В любом случае в целях противопожарной безопасности предельная температура подогрева должна быть на 10—15°С ниже температуры вспышки.
Недостатком отстоя является невысокая эффективность и необходимость использования дополнительных емкостей, уменьшающих полезный объем машинного отделения. На некоторых судах с установками, работающими на тяжелом топливе, отстой по этим причинам не используют.
Фильтрация.
Процесс фильтрации состоит в очистке топлива от механических примесей при прохождении его через фильтрующий элемент.
Фильтры классифицируют по следующим признакам:
По качеству очистки:
— фильтры грубой очистки, отделяющие частицы размером 50— 60 мк и более; фильтры, задерживающие частицы величиной 20 мк (устанавливают перед насосами и сепараторами);
— фильтры тонкой очистки, отделяющие частицы 3—5 мк и более (устанавливают перед топливными насосами высокого давления ТНВД, что обеспечивает снижение износа деталей топливной аппаратуры и ЦПГ).
По типу фильтрующего элемента:
— поверхностные (сетчатые, щелевые — пластинчатые, ленточные, проволочные);
По способу очистки:
— поверхностные, задерживающие механические примеси на поверхности фильтрующего элемента; используются в основном для грубой очистки топлива;
— емкостные, задерживающие механические примеси в порах фильтрующего элемента; используются для тонкой очистки топлива(войлочные; фетровые; хлопчатобумажные; синтетические; металлопористые).
По способу очистки фильтра от загрязнении:
— ручной очистки, требующие разборки для удаления скопившихся загрязнений;
— самоочищающиеся, из которых загрязнения удаляют без разборки фильтра.
Для бесперебойного действия системы фильтры обычно изготавливают спаренными и снабжают переключающим устройством
Проволочно-щелевой фильтр (рис. 90,а) в качества фильтрующего элемента имеет цилиндрический стакан 1 с верти-кальными ребрами 2. На поверхности ребер выфрезерованы канавки, в которые укладывают проволоку 4 диаметром около 0,3 мк. Между витками проволоки образуется щель, через которую проходит топливо, поступающее к фильтрующему элементу снаружи. Очищенное топливо через окна 3 между ребрами поступает внутрь стакана, откуда отводится в систему. Загрязнения, осаждающиеся на внешней поверхности проволочного фильтра, очищают обратным током чистого топлива.
Пластинчато-щелевой фильтр (рис. 90,б) имеет фильтрующий элемент, набранный на оси 3 из дисков 9, разделенных шайбами 10. Топливо подводится в корпус 1 по трубе 5 и проходит в щели между дисками, а механические частицы, размер которых превышает высоту щели, остаются на поверхности фильтрующего элемента. Чистое топливо отводится по трубе 6. Грязь с поверхности фильтра периодически удаляют ножами 11, установленными на оси 2 между дисками, при вращении фильтрующего элемента с помощью рукоятки 4. Загрязнения падают в грязевую камеру 7, откуда периодически удаляются через пробку 8.
Металлопористый фильтр (рис.90, в) представляет собой совокупность зерен железа, нержавеющей стали и бронзы, которые при сжатии до определенного давления спекаются, обеспечивая пористость любой заданной величины. Фильтрующему элементу можно придать любую форму: пробки, цилиндра и т. д. Топливный фильтр состоит из корпуса 6 с камерами для двух и более фильтрующих элементов, состоящих из металлопористого стакана 1 и сетки 2. Фильтрующие элементы крепятся крышками 3. Простота, надежность и автоматизированное управление работой этих фильтров являются их преимуществами по сравнению со сложными, дорогостоящими, требующими квалифицированного обслуживания центробежными сепараторами. На многих морских судах специальные фильтрационные установки полностью заменили сепараторы.
В качестве примера ниже рассмотрены две конструкции высокоэффективных фильтров для очистки тяжелых топлив.
а) б) в)
Рис. 90Топливные фильтры:
а) проволочно-щелевой; б) пластинчато-щелевой; в) металлопористый
В последние годы широкое применение на судах получили автоматические самоочищающиеся топливные и масляные фильтры. На Рис.91изображен автоматический самоочищаю щийся фильтр тип 6.46 фирмы “BOLL”
Конст рукция фильтра отличается высокой точностью, про стотой и надежностью. Фильтр тип 6.46, корпус кото рого выполнен из серого чугуна, может быть установ лен как горизонтально, так и вертикально, в виде от дельного или встраиваемого фильтра.
При работе фильтра неочищенное топливо или масло поступает в его корпус через входной фланец. Примерно половина всего потока неочищенного топлива через центральную вертикальную трубу подается в сетчатую вставку в верхней части 2 корпуса фильтра, откуда сверху по ступает в фильтровальную свечу 3, открытую с обеих сторон. Другая половина потока неочищенного топлива поступает в фильтровальную свечу снизу. Ячейка сетки обеспечивает тонкость фильтрации до 25 микрон. Неочищенное топливо через дополнительную защитную сетку подается на выход фильтра, откуда возвращается в двигатель 4.
Рис.91Автоматический самоочищаю щийся фильтр типа 6.46 фирмы “BOLL”
1- входной фланец; 2- корпус фильтра; 3- фильтровальная свеча
4- двигатель; 5- турбина; 6- промывочная консоль; 7- перепу скные клапаны
8- защитная сетка; 9- диффе ренциальный индикатор давления
В фильтре осуществляется непрерывная поочередная промывка свечей, не требующая остановки процесса фильтрации. Механизм промывки фильтра противотоком приводится в действие турбиной 5, установленной во входном фланце. Этот механизм постоянно вращает промывочную консоль 6 перемещая ее от одной фильтро вальной свечи к другой. На внутренней стороне свечей возникает сильный поверхностно-поперечный поток, при этом свеча оказывается отключенной на время промывки ее про тивотоком. Кроме того, из-за пониженного давления внутри свеч возникает обратный ток очищенного масла снаружи свечи вовнутрь. Эти потоки обеспечивают полную очистку свечи от слоя грязи, образовавшегося на ее внутренней поверхности, защищая тем самым сетча тый фильтр. Равномерная промывка противотоком в течение длительного времени, для которой оказывает ся достаточно минимального количества промывоч ного топлива, предотвращает падение давления масла в системе.
В случае прерывания или нарушения нормального хода операции промывки свечей, перепад давления начинает расти; когда он достигнет 2 кг/см2, откроются перепу скные клапаны 7 и топливо пойдет через защитную сетку 8, играющую роль второй ступени фильтра. Еще раньше на неисправность отреагирует диффе ренциальный индикатор давления 9, который, если повышенный перепад давления будет сохраняться, вы даст соответствующий аварийный сигнал.
Электрофильтрация
Применяется для удаления воды и солей из топлив, попавших вместе с морской водой Для этого используют электродегидраторы в которые дополнительно вводиться вода и полученная смесь хорошо перемешивается. Соли, находящиеся в топливе, растворяются в воде. Затем водотопливная смесь попадает в электрогидраптор, где под действием электрического поля происходит коагуляция воды в крупные капли. Имея более высокую плотность капли воды скапливаются в нижней части корпуса электродегидратора и затем удалются из нее. Обработка топлива проходит при температуре 90-160 и давлении 0,3-0,5 МПа. Схема работы электрогидратора горизонтального типа показана на рис.92
Рис92 Схема работы электрогидратора горизонтального типа:
1- выход очищенного топлива; 2-электроды: 3-корпус; 4-слив воды: 5-вход топлива; 6-перегородки.
Сепарация
Это наиболее эффективное средство очистки топлива от воды и механических примесей. Сепарация позволяет удалить из топлива все металлические частицы размером более 1 мк и неметаллические частицы размером 2—3 мк, понизить содержание воды до 0,02%, а также значительно уменьшить зольность топлива.
На современных судах сепарируют все виды жидких топлив. Однако особое значение сепарация имеет при использовании в двигателях тяжелых топлив. Повышение качества топлива путем сепарации позволяет значительно понизить износ деталей цилиндропоршневой группы и топливной аппаратуры, повысить эффективность сгорания топлива и уменьшить нагарообразование в цилиндрах.
На судах морского флота наряду с отечественными сепараторами распространены сепараторы фирм «Де Лаваль» (Швеция), «Вестфалия» (ФРГ), «Титан» (Дания), «Шар плес» (Англия), «Мицубиси» (Япония), «Лакта» (Финляндия) и др.
На морских судах устанавливают центробежные сепараторы тарельчатого (дискового) типа самоочищающиеся или с ручной очисткой. Отделение грязи и механических примесей от топлива называется кларификацией (осветлением), отделение воды – пурификацией (очищением).
Обводнённое и загрязнённое топливо очищают, применяя комбинированную очистку. Для этой цели на судах устанавливают два сепаратора, один из которых работает в режиме кларификации, другой – в режиме пурификации. Сепарирование масла и сепараторы для него ничем не отличаются от топливных сепараторов и, при наличии соединительной системы, могут быть взаимозаменяемы. На морских судах устанавливают дисковые сепараторы типа СЦС, «Лаваль», «Титан», «Вестфалия» и других зарубежных фирм.
Сборка барабанов на кларификацию и сборка на пурификацию отличаются друг от друга. Во вращающийся барабан сепаратора, собранный как кларификатор (Рис. 93 а), топливо поступает по центральному каналу в нижнюю часть барабана, отбрасывается к стенкам, проходит по зазорам между тарелками и отводится через кларификационные отверстия (на рисунке показано стрелками). Механические примеси и грязь осаждаются на стенках барабана и на поверхностях тарелок под действием центробежных сил. Осадок со стенок барабана и с тарелок удаляют вручную при разборке сепаратора
.
а) б)
Рис. 93. Настройка барабана сепаратора:
а – на кларификацию, б – на пурификацию;
1 – тарелка без отверстия, 2 – грязевое пространство; 3 – тарелка с отверстиями.
Методом кларификации пользуются при наличии в топливе значительного количества механических примесей и незначительного количества воды. Вода, отбрасываемая вместе с механическими примесями, заполняет всё грязевое пространство 2 и образует гидравлический затвор, который перекроет путь поступления топлива в межтарелочные зазоры. Топливо, поступающее в барабан непрерывным потоком, начнёт выливаться из патрубка переполнения. В этом случае сепаратор останавливают и очищают барабан. При кларификации, сепаратор запускают с сухим барабаном и, когда он разовьёт необходимые обороты (8-10 тыс.об/мин), постепенно наполняют топливом
Для сепарирования обводнённого (до 3% и более воды) топлива, барабан сепаратора собирают, как пурификатор Для этого устанавливают нижнюю тарелку 3 с отверстиями. При работе сепаратора по методу пурификации барабан заполняют тёплой водой, температура которой должна быть одинакова с температурой сепарируемого топлива. Вода образует водяной затвор, а топливо проходит по отверстиям тарелках. Вода и механические примеси отделяются от топлива в межтарелочных зазорах и устремляются к стенкам барабана. Отделившаяся вода непрерывно отводится от барабана (на рисунке показано стрелками). Самоочищающиеся сепараторы отличаются от несамоотчищающихся конструкцией барабана, очистка которого происходит без остановки сепаратора.
В момент пуска сепаратора (Рис.94) разгрузочные отверстия открыты и поршень находится в нижнем положении. Движением поршня управляет специальная гидравлическая система, рабочей жидкостью в которой является вода. Когда барабан наберёт необходимое число оборотов, воду подают в камеру 8, откуда она через отверстия 7 и 9 идёт, соответственно, в полости 6 и 3. Из полости 6 вода сливается наружу к отверстию 10, а из полости 3 – по отверстию 4, каналу 11 в теле поршня к кольцевому пазу 12 в стенке барабана и каналу 5. Подача воды прекращается после заполнения системы полостей и каналов. Из полости 6 вытекает часть воды, которая находится между отверстием 10 и стержнем барабана, в то время, как из полости 3 вода сливается полностью. В результате действия центробежных сил, оставшаяся в полости 6 вода создаёт давление на запирающий поршень, который поднимается и перекрывает разгрузочные отверстия. После этого, в сепаратор подают топливо и работа по очистке топлива происходит, как описано выше.
Рис. 94 Устройство барабана самоочищающегося сепаратора СЦС-3:
1 – разгрузочное отверстие; 2 – запирающий поршень; 3,6 – водяные полости;
4,7,9,10 –отверстия, 5 – сливной канал, 8 – камера; 11 –канал; 12 – кольцевой паз.
Для очистки барабана вновь подают воду в камеру 8, из которой по отверстию 7 и восьми отверстиями 9 вода начинает поступать в полости 6 и 3. В полости 3 вода накапливается гораздо быстрее, т.к. подаётся через восемь отверстий. Накопившаяся вода в полости 3 опускает поршень. Для очистки сепаратора прекращают подачу топлива в барабан и подают в большом количестве подогретую воду. Скопившаяся грязь под действием центробежных сил выбрасывается из барабана через разгрузочные отверстия. После остановки сепаратора вода из полости 6 стекает и поршень под действием силы тяжести опускается в нижнее положение.
Рекомендации:
– чем выше вязкость топлива, тем меньше производительность сепаратора. При необходимости следует включать в работу параллельно несколько сепараторов. В—отстойной цистерне топливо должно подогреваться до температуры, которая на 15° С ниже температуры вспышки. Перед сепаратором топливо подогревается до температуры 70—90°С в зависимости от его вязкости. Для более эффективной очистки следует подавать в сепаратор горячую воду в количестве 5—6% от очищаемого топлива. Температура подогрева воды должна быть не ниже температуры сепарируемого топлива;
– подача воды может вызвать стойкую водо-топливную эмульсию, которую обнаруживают через смотровое окно сливного патрубка сепаратора. В этом случае следует уменьшить температуру подаваемой на сепаратор воды до исчезновения эмульсии.
2.2.12.8.2. Подогрев топлива
В цистернах основного запаса топливо для поддержания нормальной вязкости наиболее широко используемых в мировой практике топлив IFO-180 и IFO-380 их следует подогревать до температуры не ниже 31 и 43оС соответственно. При хранении топлива с высоким содержанием парафина нельзя допускать понижения его температуры до точки застывания. В противном случае могут потребоваться значительный расход тепла и затраты времени для расплавления парафина и обеспечения подвижности топлива. В большинстве случаев максимальная температура подогрева в цистернах запаса не превышает 45оС.
В отстойных цистернах Температура подогрева достигает 50— 70оС и выше (до 50—55оС для СВТ и 60—70оС для ВВТ в зависимости от его плотности). Подогрев способствует увеличению разности плотностей топлива, воды имеханичес-ких примесей и улучшает качество отстаивания. Максимальна допустимая температура подогрева в цистерне, связанной с атмосферой, должна быть ниже температуры вспышки на 10оС.
Перед сепараторами температура подогрева должна обеспечивать вязкость топлива не выше 30—37 сСт .Подогрев при сепарировании до температуры, превышающей 98оС, недопустим из-за возможного нарушения плотности водяного затвора в сепараторе.
В расходных топливных цистернах температура обычно принимается на 10—20оС меньше требуемой конечной температуры перед форсунками.
Перед форсунками ДВС температура должна быть достаточна для обеспечения качественного распыливания. Для этого вязкость топлива должна составлять 10—17 сСт. Верхний допустимый предел вязкости составляет 29—37 сСт.
Выбор необходимой температуры подогрева производится при помощи номограммы, показывающей зависимость вязкости топлива от его температуры (рис. 95).
Рис. 95. Зависимость температуры подогрева тяжелого топлива от требуемой и исходной вязкости:
t- температура после подогрева; v,с,R1-приблизительная вязкость после подогрева.
При наличии смесительного коллектора, который имеет подогрев и куда подается топливо, перепускаемое от ТНВД, температуру топлива в расходной цистерне можно поддерживать в пределах 40—60°С. Подогрев топлива перед ТНВД осуществляют для достижения вязкости, при которой происходит наилучший распыл и процесс горения, а также обеспечивается нормальная работа топливной аппаратуры дизелей. Оптимальной вязкостью топлива перед форсунками считается 1,7—2,5°ВУ (8,5—15,0 сСт). Выбирать температуру подогрева следует для каждой партии и марки топлива согласно его паспортным характеристикам, а также состоянию изоляции, наличию и работе паровых спутников, длине трубопроводов от подогревателя до форсунки. Вязкость топлива одной марки, но разных партий поступления может отличаться на значительную величину.
При отсутствии паровых спутников температуру топлива следует увеличить на 10—15°С. Для сжигания тяжелого топлива вязкостью 1500 с R1 его необходимо подогреть до 105—130°С.
Определяют температуру подогрева топлива и вязкость для проведения с ним различных операций (перекачивание, сепарирование, подогрев в отстойных и расходных цистернах и в топливо подогревателе перед сжиганием) по номограмме вязкость — температура
Рекомендации: На большинстве судов в системе предусмотрены указатель вязкости топлива либо автоматическое устройство для поддержания необходимой вязкости. Наличие вискозиметра не освобождает персонал от периодического контроля подогрева топлива по номограмме температура—вязкость из-за возможных загрязнений регистрирующего органа прибора.
2.2.13. Системы смазки
Отличительной особенностью конструкции ДВС от остальных тепловых двигателей является значительное количество трущихся деталей. Поэтому система смазки выполняет одну из важнейших функций в обеспечении надежной работы ДВС.
Масляные системы ДВС выполняют следующие функции:
- подают масло под давлением к узлам трения для уменьшения износа деталей и потерь мощности от трения;
- обеспечивают защиту поверхностей деталей от коррозии;
- отводят тепло от трущихся поверхностей деталей;
- удаляют продукты износа и нагар с поверхностей трения;
- обслуживают автоматические устройства аварийной остановки двигателя.
При выборе масла и оценке его качества важное значение имеют:
- плотность;
- категория вязкости по SAE, вязкость при 100 и 40°С;
- нейтрализующая способность, выражаемая в ОЩЧ или TBN (Total Base Number);
- температура вспышки и температура застывания;
- характеристики по API и АСЕА.
.
2.2.13.1. Классификация моторных масел и присадок к ним
Для обеспечения надежной работы двигателей, применяемые в них масла должны обладать определенными эксплуатационными свойствами. Надежность работы двигателя во многом определяется выбором масла с оптимальной вязкостью.
Для обеспечения минимального износа деталей двигателя лучше использовать масла большей вязкости. Однако чрезмерное повышение вязкости увеличивает потери на трение, что приводит к повышенному расходу топлива. Снижение исходной вязкости как правило улучшает прокачиваемость масел при низких температурах, которая характеризует способность масла своевременно поступать к местам смазки при пуске двигателя. Чем лучше прокачиваемость, тем ниже износ деталей двигателя при пуске и выше КПД за счет уменьшения расхода топлива. Поэтому конструкторы стремятся к выбору оптимальной величины вязкости масла в зависимости от типа двигателя и условий его эксплуатации.
Интенсивный контакт масла с прорывающимися в картер газами увеличивает скорость его окисления. Воздействие горячих газов и нагретых поверхностей на пленку масла на деталях цилиндро-поршневой группы приводит к образованию высокотемпературных углеродистых отложений (нагаров и лаков). Закоксовывание поршневых канавок может привести к уменьшению подвижности поршневых колец, с появлением повышенного износа и задира поверхности гильзы цилиндра, а в конечном итоге - к поломке поршневых колец с потерей компрессии двигателя.
Эффективное снижение скорости образования нагаров и лаков в системе смазки двигателя возможно только в том случае, когда масло обладает достаточно высокими моюще-диспергирующими и антиокислительными свойствами.
Для увеличения надежности и обеспечения высокого ресурса работы двигателя необходимо, чтобы моторные масла имели высокий уровень противоизносных и противозадирных свойств.
Для снижения коррозионного износа деталей цилиндро-поршневой группы и вкладышей коленчатого вала, вызываемого кислыми продуктами сгорания топлива, моторные масла должны обладать нейтрализующим действием.
Требования к маслу определяются не только типом двигателя, конструктивными особенностями агрегатов, но и условиями эксплуатации, а также качеством топлива. Так, при работе на непрогретом двигателе и (или) некачественном топливе, в результате неполного сгорании топлива происходит попадание продуктов неполного сгорания в картер с последующим окислением и загрязнением масла. В результате этого в условиях конденсации влаги в картере двигателя может значительно повышаться образование низкотемпературных отложений (шлама). Предотвратить шламообразование в картере двигателя можно за счет применения масел с высокими диспергирующими свойствами.
Надежность двигателей в значительной степени зависит от способности моторных масел сохранять свои эксплуатационные свойства при обводнении, что особенно характерно для масел, используемых в судовых дизелях.
Современные масла должны сохранять эксплуатационные свойства длительное время (от 500 до 2000 моточасов работы двигателя, примерно 12-45 тыс. км пробега). Срок смены масел должен быть увязан со сроками смены фильтрующих элементов и режимами технического обслуживания автомобилей. При этом должен обеспечиваться низкий расход масла на угар.
Условия работы масел в двигателях различных типов и конструкций могут сильно различаться, что затрудняет выбор масла для конкретного двигателя. Для облегчения выбора масел, исходя из условий эксплуатации и особенностей техники разработаны классификации масел.
Классификации и системы обозначений моторных масел
В большинстве странах, членов ИМО общепринятой служит классификация моторных масел по вязкости, установленная SAE (Американским обществом автомобильных инженеров) в стандарте SAE J300 DEC 99, введенная в
действие с августа 2001 г., (табл. 3). Данная классификация содержит 11 классов: 6 зимних - 0w, 5w, 10w, 15w, 20w, 25w (w - winter, зима) и 5 летних - 20, 30, 40, 50, 60. Всесезонные масла имеют двойное обозначение через дефис, причем первым указывается зимний (с индексом w) класс, а вторым - летний, например SAE 5w-40, SAE 10w-30 и т.д. Зимние масла характеризуют два максимальных значения низкотемпературной (динамической, в отличие от кинематической для ГОСТ) вязкости и нижний предел кинематической вязкости при 100оС. Летние масла характеризуют пределы кинематической вязкости при 100оС, а также минимальное значение динамической высокотемпературной (при 150оС) вязкости и градиенте скорости сдвига 106 с-1.
Международная классификация моторных масел по вязкости SAE J300 DEC 99. Табл. 4
|
|
Низкотемпературная (динамическая) вязкость |
Высокотемпературная вязкость |
|||
|
Класс вязкости |
Проворачивание по методу ASTM D 5293 (вискозиметр CCS, иммитация холодного пуска) |
Прокачиваемость по методу ASTM D 4684 (вискозиметр MRV) |
Кинематическая при 1000С (по методу ASTM D 445), мм2/с |
Динамическая при 1500С и скорости сдвига 106 с-1 по ASTM D 4683 или CEC L-36-A-90, на коническом имитаторе подшипника МПа·с, не менее |
|
|
|
Максимальная вязкостть, мПа·с,при температуре |
min |
max |
|
|
|
0w |
6 200 при -350С |
60 000 при -400С |
3,8 |
- |
- |
|
5w |
6 660 при -300С |
60 000 при -350С |
3,8 |
- |
- |
|
10w |
7 000 при -250С |
60 000 при -300С |
4,1 |
- |
- |
|
15w |
7 000 при -200С |
60 000 при -250С |
5,6 |
- |
- |
|
20w |
9 500 при -150С |
60 000 при -200С |
5,6 |
- |
- |
|
25w |
13 000 при -100С |
60 000 при -150С |
9,3 |
- |
- |
|
20 |
- |
- |
5,6 |
9,3 |
2,6 |
|
30 |
- |
- |
9,3 |
12,5 |
2,9 |
|
40 |
- |
- |
12,5 |
16,3 |
2,9* |
|
40 |
- |
- |
12,5 |
16,3 |
3,7** |
|
50 |
- |
- |
16,3 |
21,9 |
3,7 |
|
* - для классов SAE 0w-40, 5w-40, 10w-40; ** - для классов SAE 40, 15w-40, 20w-40, 25w-40 |
2.2.13.2. Циркуляционная система смазки
Для смазывания рамовых, шатунных подшипников, подшипников распределительного вала и приводных вспомогательных агрегатов применяют, принудительную циркуляционную систему смазки под давлением 6 МПа. От этой же системы отбирается масло на охлаждение поршней, а также для работы двигателей систем управления и регулирования.
В системах циркуляционной смазки, масло после смазки трущихся поверхностей возвращается в масляную цистерну, откуда берётся масляным насосом и после очистки и охлаждения снова подаётся к трущимся деталям –мотылёвым, рамовым, головным подшипникам, подшипникам распредвала, приводным шестерням, регулятору числа оборотов и другие узлы трения. Масло циркулирует по замкнутой системе.
В зависимости от мощности двигателя масляные циркуляционные системы могут быть нескольких типов: с «мокрым» или «сухим» картером. При смазке с «мокрым» картером основной запас масла храниться в картере. Уровень масла в картере контролируют щупом . На Рис.96 приведена схема системы с «мокрым» картером, применяемая обычно в двигателях небольшой мощности.
Рис. 96 Схема циркуляционной системы смазки с «мокрым» картером:
1 – невозвратный клапан; 2 – масляный насос; 3 – всасывающий трубопровод; 4 – приемная сетка; 5 – рамовые подшипники; 6 – перепускной трубопровод; 7 – редукционный клапан; 8 – трубопровод от лубрикатора;9 – лубрикатор; 10 – маслораспре-делительный трубопровод; 11,18 – термометры; 12 – охладитель; 13, 15 – манометры;14 – фильтр;
16 – центрифуга для тонкой очистки масла; 17 – резервный масляный насос; 19 – ручной насос;20 – терморегулятор;
21 – подшипники распределительного вала.
Принципиальная схема системы приема, хранения и подготовки масла к работе в системе с «сухим» картером изображена на рис. 97. Масло находиться в циркуляционной цистерне 1. расположенной ниже двигателя. Один из насосов 9 (второй -резервный) через приемный фильтр 10 принимает масло из цистерны 1 и подает через ФГО 8, терморегулятор 6 и охладитель 5 в нагнетательную магистраль 4. Часть масла после ФГО 8 поступает в ФТО 7 и возвращается в цистерну 1.Масло, стекающее СА поверхностей трения в картер, сливается по трубе 3 в цистерну 1. Это отработавшее масло имеет повышенную температуру, насыщено парами, воздухом и газами, содержит пену. В цистерне 1 оно отстаивается, воздух и газы уходят по вентиляционной трубе 2.
Рис. 97Схема масляной системы с « сухим» картером
1- циркуляционная цистерна; 2-вентиляционная труба; 3-сливная труба; 4-нагнетательная магистраль;5-охладитель масла; 6-терморегулятор; 7-фильтр тонкой очистки (ФТО); 8-фильтр грубой очистки (ФГО) 9-масляный насос;
10-приемный фильтр;
Очистка масла на судне осуществляется отстаиванием, фильтрованием и сепарацией Отстаивание масла осуществляется в сточно-циркуляционной цистерне во время стоянки судна. Более быстрое отстаивание масла дает его подогрев до 60...90 °С. После отстаивания масло сепарируют.
Для очистки масла от механических примесей и воды обычно применяют центробежные сепараторы. Каждый главный двигатель на судне должен быть укомплектован одним сепаратором.. В установках большей мощности может быть два сепаратора, один из которых резервный. Производительность сепаратора берут из расчета пропускания через него всего масла, которое содержится в сточно-циркуляционной системе за 1-3 часа.
2.2.13.3. Цилиндровая (лубрикаторная) система смазки.
Система служит для подачи масла на рабочую поверхность (зеркало) цилиндровых втулок. (Рис98) Цилиндровое масло находится в цистерне запаса 3, откуда через фильтр подается электроприводным насосом 2 в расходную цистерну 4.Цистерна снабжена указателями верхнего и нижнего уровней и соответствующей сигнализацией. Из цистерны масло самотеком поступает на пополнение навешенных, на дизель насосов (лубрикаторов), которые обеспечивают строго дозированную подачу масла на поверхность цилиндров через штуцера, ввернутые в отверстия во втулках. Лубрикаторы - это комплект из 6-8 маленьких плунжерных насосов, скомпонованных в одном корпусе, имеющих малый ход и возможность регулирования количества подаваемого масла.
Корпус лубрикатора служит резервуаром масла, откуда плунжерные насосы всасывают его величина давления, создаваемая плунжерными насосами лубрикатора, зависит от давления в рабочем цилиндре в момент подачи и достигает 20 кг/см² и выше.
|
Рис. 98Принципиальная схема системы смазки цилиндров: 1 - ручной насос; 2 - эл. приводной насос;3 и 4 - цистер ны запасная и расход ная; 5-дизель |
Существует два вида лубрикаторов: с дисковым приводом плунжеров и с валиковым. Валиковые более просты по конструкции и надежнее в эксплуатации. Подаваемое масло расходуется на смазывание рабочих по верхностей цилиндров, поршневых колец, поршней. Масло, распределяемое поршнем тонкой пленкой по поверхности ци линдра, выполняя функцию разделения трущихся поверхностей, одновременно нагревается, подвергается воздействию горячих агрессивных продуктов сгорания и воздуха, больших тепловых потоков со стороны поршня. Часть масла сгорает и уносится с выпускными газами в выпускной тракт. Остальная часть масла с продуктами сгорания (сажа, образующиеся кислоты. металлическая пыль) сбрасывается маслосъемными кольцами в подпоршневые полости. Образующиеся в результате окислительных процессов кислоты вызывают повышенный износ деталей ЦПГ.
Рекомендации:
Необходимо руководствоваться инструкциями завода-изготовителя дизеля при выборе щелочности масла. (В современных высокофорсированных дизелях остаточная щелочность масла должна быть не ниже 27,5мг КОН/г.Если щелочность масла недостаточна необходимо увеличить подачи лубрикаторов.)
Одна из первых фирма MAN-B&W стала применять систему электронного управления подачей цилиндрового масла (Рис.99).
Рис.99 Электронная система управления подачей масла на смазку цилиндров.
Система электронного управления имеет насосную станцию, включающую фильтр. охладитель масла и два насоса – рабочий и «stand-by». При пуске дизеля включающийся автоматически. Насосы поддерживают давление в аккумуляторах 4,5 Мпа. Лубрикаторы установлены на каждом цилиндре. В них имеется актюатор (сервомотор), приводящий в движение плунжеры подачи масла. Количество которых определяется числом штуцеров на втулке управления подачей масла на смазку цилиндров. управления подачей масла на смазку цилиндров. управления подачей масла на смазку цилиндров. Моменты подачи и количество подаваемого масла задаются микропроцессором, подающим сигналы на установленный на лубрикаторе соленоидный клапан. Подача масла происходит один раз на каждые 4 (или5-6) оборотов вала дизеля и в количестве, определяемом заданной величиной удельного расхода масла. Впрыск осуществляется в момент, когда мимо штуцеров проходит пакет поршневых колец, что исключает заброс масла в камеру сгорания.
Подача масла в необходимые моменты времени способствует созданию высоких давлений впрыска за счет гидроусилителя. Высокое давление позволяет преодолевать сопротивление, которое может возникнуть при закоксовывании отверстий штуцеров нагаром. Частота впрыска масла пропорциональна нагрузке на двигатель.
2.2.14. Системы охлаждения двигателя
При сгорании рабочей смеси в цилиндрах дизеля и удалении отработавших газов происходит нагрев деталей, соприкасающихся с отработавшими газами. Чтобы, обеспечить нормальную работу дизеля, эти детали охлаждают. Недостаточное охлаждение вызовет перегрев деталей, выгорание смазки и увеличение трения между ними, а также преждевременный выход из строя поршней дизеля. Повышенное тепловое расширение поршней в цилиндрах может служить причиной заклинивания их или задира трущихся поверхностей.
Переохлаждение так же вредно, как и перегрев. Масло на внутренних стенках цилиндровых гильз густеет, вызывая увеличение механических потерь. Кроме того, в холодном двигателе топливо, плохо испаряясь, конденсируется на стенках цилиндровых гильз, смывает с них масло и, проникая в картер, разжижает его. Все это приводит к ухудшению смазки дизеля, повышению износа его трущихся деталей, снижению экономичности и эффективной мощности. Поэтому поддержание требуемого температурного режима дизеля обеспечивает его надежную и экономичную работу.
Отвод тепла осуществляется в системах охлаждения и включает охлаждение:
- пресной водой цилиндровых вту лок, крышек и газовых турбин дизелей;
- пресной водой или маслом головок поршней;
- пресной водой или топливом фор сунок дизеля;
- забортной водой наддувочного воздуха;
- забортной водой рабочих веществ, циркулирующих в системах дизелей.
Как правило, охлаждение деталей судовых дизелей осуществляется пресной водой, циркулирующей по замкнутому контуру. Это объясняется тем, что проточные системы охлаждения забортной водой имеют ряд недостатков: из-за интенсивного выпадения солей невозможно поддерживать достаточно высокий уровень температуры воды; под влиянием электрохимической коррозии быстро загрязняются и разрушаются зарубашечные полости дизеля; при понижении температуры забортной воды может произойти переохлаждение дизеля; если дизель охлаждается забортной водой, то верхний температурный предел выходящей из дизеля морской воды определяется тем, что при ее нагревании выше 323—3280 К (50-550 С) начинают интенсивно выделяться содержащиеся в ней соли хлора, натрия, магния, кальция и др., которые осаждаются в виде плотного слоя накипи на горячих поверхностях втулок цилиндров и препятствуют нормальному теплоотводу. Появление слоя накипи толщиной в 2 мм почти вдвое увеличивает температуру охлаждаемой стенки, что при определенных условиях может привести к появлению в ней трещин. Естественно, пресная вода, а тем более дистиллированная, позволяет поддерживать в дизеле более высокий температурный режим.
В некоторых современных высокоборотных дизелях применяются системы высокотемпературного охлаждения, в которых температуру воды на выходе из дизеля можно поддерживать более 3730К (1000С). Это возможно осуществить, если в системе поддерживается давление более высокое, чем атмосферное.
При охлаждении поршней маслом система их охлаждения у всех дизельных установок общая с циркуляционной систе мой смазки. При охлаждении поршней водой система охлаж дения поршней, как правило, выполняется автономной. Это вы зывается в основном двумя причинами: различными темпера турными уровнями и загрязнением воды охлаждения поршней маслом, поступающим на смазку телескопических устройств. Кроме того, объединение систем охлаждения цилиндров поршней приводит также к попаданию масла на наружные по верхности цилиндровых втулок, что ухудшает теплообмен. В то же время охлаждение поршней водой обеспечивает луч шую теплоотдачу и является более эффективным. При охлаж дении форсунок пресной водой система охлаждения форсунок, как правило, также автономная по аналогичным причинам, с той лишь разницей, что вода загрязняется не маслом, а топливом, проникающим через неплотности притертых плоскостей разъе мов распылителей форсунок. Соединение систем охлаждения цилиндров и форсунок приводит также к загрязнению системы охлаждения форсунок шлаком из системы охлаждения цилинд ров. При охлаждении форсунок топливом автономная систе ма применяется в том случае, если главные двигатели работа ют на тяжелом топливе. При работе дизеля только на дизель ном топливе форсунки охлаждаются топливом от системы топливоподачи к топливным насосам высокого давления. В совре менных конструкциях судовых дизелей постепенно уходят от охлаждения форсунок путем уменьшения тепловоспринимающей лобовой поверхности распылителей и интенсификации ох лаждения зон расположения форсунок в крышках.
2.2.14.1. Система охлаждения пресной водой (замкнутая система охлаждения)
Централизованная система охлаждения механизмов МКО с главным двигателем MAN BogW 6S50MC (рис.100) состоит из контура забортной и 2-х контуров пресной воды :
- низкотемпературного (35-45°С) для охлаждения дизель-генераторов, компрессоров, циркуляционного масла, наддувочного воздуха и
- высокотемпературного (55-90°С), включающий рубашку охлаждения дизеля., опреснительную установку.
Заданные режимы поддерживаются с помощью автоматических терморегулирующих клапанов способом перепуска воды мимо холодильника.
За работой системы следит сигнализация и защита дизеля. Например, для дизеля МАN – B &W 6S50MC
при повышении температуры пресной воды на выходе из дизеля до 90°С срабатывает сигнализация, а при достижении 95°С – срабатывает защита -slow down (cнижение оборотов до 100об/мин).
Системы охлаждения оборудуют, кроме сигнализации, уст ройством для наблюдения за протоком воды.
Вспомогательные дизели охлаждаются от системы главного дизеля. Такое подключение осуществляется на большинстве судовых дизельных установок. Когда главный дизель не работает, вспомогательные дизели охлаждаются своей авто номной системой от портового насоса. Схема пре дусматривает подогрев главного дизеля как от вспомогательных ди зелей так и подогревателем.
2.14.2. Качество охлаждающей пресной воды, водоподготовка.
Очень важно использовать охлаждающую воду соответствующего качества. Это предотвратит отложение накипи на втулках и крышках цилиндров, что нарушает теплопередачу и приводит к перегреву двигателя.
Рекомендуется использовать деионизированную и дистиллированную воду (например, вырабатываемую в опреснителе.)
Необходимо еженедельно отбирать пробу воды из системы циркуляции (а не из расширительного бака) и проводить ее анализ.
Качество пресной воды, применяемой в системах охлаждения дизелей, характеризуют следующие показатели:
- общее солесодержание - определяется суммарным содержанием всех растворенных в воде минеральных веществ и измеряется в миллиграммах на литр. В зависимости от общего солесодержания вода может быть высокоминерализованной (морская, океанская) и со средней и малой минерализацией (пресная, речная). Чем выше общее солесодержание, тем больше опасность коррозионного воздействия воды на металлы.
- жесткость - определяется содержанием в ней растворенных солей кальция и магния и измеряется в миллиграмм-эквивалентах на литр. Жесткость в 1 мг-экв/л соответствует содержанию 20,0 мг/л кальция или 12,2 мг/л магния. Соли кальция и магния являются веществами, непосредственно образующими накипь на поверхностях охлаждения дизелей.
Общая жесткость воды равна сумме карбонатной и некарбонатной жесткостей и при заливке воды в систему охлаждения должна находиться в пределах 1,5—3,0 мг-экв/л. Если в воду добавляют антикоррозионное масло, то применение более мягкой воды способствует коррозии металла и образованию пены; более жесткая вода вызывает разрушение масляной эмульсии с выделением слизистых известковых мыл, загрязняющих стенки полостей охлаждения. Карбонатная жесткость — главная причина образования накипи.
- содержание хлоридов - (хлористые соли) являются одной из составляющих частей общего солесодержания. Их содержание измеряют в миллиграммах хлор-иона, растворенного в 1 л воды. Эти соли наиболее активно вызывают коррозию, усиливают процесс ографичиванпя чугуна, разрушают защитные пленки, образовавшиеся на металлических поверхностях под действием ингибиторов (замедлителей) коррозии. Содержание хлоридов позволяет оценить агрессивные свойства воды; оно не должно превышать 50 мг/л.
- водородный показатель - характеризует концентрацию в ней ионов водорода. Значение рН показывает, какую реакцию может дать вода — кислую или щелочную. При рН = 7 вода обладает нейтральными свойствами; при более низких значениях рН вода склонна к кислой реакции, а при более высоких — к щелочной. Рекомендуется, чтобы находящаяся в системе охлаждения вода имела рН = 7-8 (при 293° К)
- содержание растворенных газов;
- щелочность (щелочное число) - характеризует наличие в воде соединений гидроокиси натрия, фосфата натрия и карбоната натрия. Численно щелочность воды равна такой концентрации в ней едкого натра (мг/л), которая необходима для нейтрализации этой воды. Если щелочность воды нулевая, в ней может появиться кислотность, которая способствует коррозии металла и разрушает защитную пленку, образуемую присадкой антикоррозионного масла. Поэтому предпочтительнее, чтобы вода обладала слабощелочной реакцией
Показателями охлаждающей воды является также содержание органических веществ и - содержание механических примесей (взвешенных частиц).
Рис.100Централизованная система охлаждения механизмов МКО с главным двигателем MAN BogW 6S50MC
1 - главный двигатель; 2 - насосы забортной воды; 3 - днищевой кингстон; 4 -фильтры; 5 - бортовой кингстон; 6 - насосы пресной воды низкотемпературного контура;7 - воздушный холодильник главного двигателя; 8, 17 - расширительные цистерны; 9 - вспомогательные механизмы (ДГ, воздушные компрессоры и т.д); 10 - масляный холодильник главного двигателя; 11 - холодильник высокотемпературного контура главного двигателя; 12 - паровой конденсатор;13- стояночный подогреватель воды главного двигателя; 14 - водяные холодильники низкотемпературного контура; 15 - насосы пресной воды главного двигателя;16 – опреснитель; 18 - деаэратор.
Обработка воды в судовых условиях включает следующие операции: дистилляцию (полное обессоливание); кипячение с целью выделения в осадок солей карбонатной жесткости, удаляемых отстаиванием или фильтрацией; химическую обработку щелочами и фосфатами с целью выделения в осадок солей «жесткости» (кальция и магния).
Для повышения жесткости слишком мягкой пресной воды, предназначенной для использования в системах охлаждения, ее смешивают с более жесткой водой. После предварительной обработки воды к ней добавляют специальные присадки, существенно уменьшающие кавитационно-коррозионные разрушения металла в полостях охлаждения деталей дизеля и препятствующие накипеобразованию.
По составу и характеру действия присадки бывают эмульсионные и химические.
Химические присадки образуют на поверхности охлаждаемых деталей тонкие и прочные оксидные пленки, защищающие металл от коррозии. В качестве такой присадки на судах используют бихромат калия или натрия (К2Сг20, или Na2Cra07-2Н20), называемый хромпиком. Последний предварительно растворяют в 15—20-кратном количестве воды. В систему охлаждения его вводят из расчета 10—11 г на 1 л охлаждающей воды, В процессе эксплуатации следует контролировать концентрацию присадки в воде, которая уменьшается в результате периодического долива в систему свежей воды.
2.2.14.3. Оборудование систем охлаждения
Насосы охлаждающей воды.
Для системы охлаждения дизелей применяют центробежные насосы. Эти насосы имеют высокий к.п.д., просты по конструкции и обеспечива ют свободный проход воды при опорожнении системы. Пре дусматриваются один рабочий и один общий резервный на сос для пресной и забортной воды. В автоматизированных установках обязательна установка отдельного резервного на соса пресной воды.
Простота конструкции существенно облегчает эксплуата цию центробежных насосов, которая сводится к наблюдению за работой, замене сальниковых уплотнений и профилактическим осмотрам подшипников, крылаток, вала и муфты сцепления.
Пуск насоса производится при открытом всасывающем клапане и закрытом или слегка приоткрытом нагнетательном. После пуска нагнетательный клапан открывается, и производи тельность доводится до нормальной. Если насос длительное время не работал, то до его пуска следует убедиться в отсутствии воздуха в корпусе насоса, открыв воздушный (пробный) кран. Кроме того, следует повернуть вал насоса вручную и убедиться в том, что сальниковое уплотнение не зажимает его и нет других при чин, препятствующих вращению насоса. Кроме непосредствен ного наблюдения за работой насоса, следует обращать внимание и на показания амперметра. Увеличение силы тока при прочих равных условиях обычно свидетельствует об увеличении мощ ности трения в насосе или моторе, а уменьшение - о поломке крылатки насоса. водоохладители. Ремонт и профилактика водоохладителя сводится к очистке полостей забортной воды от грязи, замене протекторных пластин и вальцовке или глушению трубок. При плавании в чистой воде рекомендуется осматривать полости забортной воды не реже одного раза в год.
Водоохладители.
На судах применяются пластинчатые или трубчатые водоохладители. Более надежны в работе пластинчатые охладители. (Рис.101) Для защиты от коррозии устанавливают цинковые протекторные пластины. Пластины, разъеденные более чем на 50%, должны быть заме нены. При плавании в загрязненной воде и на мелководье реко мендуется осматривать полости забортной воды при увеличении сопротивления в охладителе и при ухудшении теплообмена.
Рис101Пластинчатый охладитель фирмы «Де Лаваль»
Известно, что в процессе эксплуатации давление забортной воды всегда ниже, чем пресной, и нарушение плотности трубок охладителя определяется по увеличению утечки пресной воды. На судах неограниченного района плавания в системе ох лаждения устанавливают два охладителя.
Расширительная цистерна
В системе охлаждения дизеля пресной водой устанавливается расширительная цистерна, кото рая служит для создания подпора на всасывающей стороне на сосов, удаления воздуха из системы и пополнения утечек, имеющих место в эксплуатации.
Цистерну устанавливают выше верхней точки системы ох лаждения и соединяют с ней трубопроводами в двух, трех и иногда четырех местах. Характерными участками являются вса сывающий трубопровод у насоса и верхняя полость водоохладителя. На многих дизелях цистерна соединяется трубопроводами с верхними полостями крышек цилиндров, а иногда и с коллек тором выходящей охлаждающей воды.
Эксплуатация цистерны сводится к ее очистке, учету коли чества воды, добавляемой в систему, и наблюдению за чистотой воды. Учет воды необходим для своевременного обнаружения утечек воды.
2.2.14.5.Системы охлаждения поршней
В главных судовых дизелях охлаждение поршней про изводится маслом (Зульцер) или водой
(МАН-Воg W) по замкнуто му контуру.
Рис. 102 Система охлаждения поршней маслом двигателя RTA (Зульцер):
1 - главный двигатель;2 - насос; 3 - термостат;4 - охладитель;
5 — цистерна протечек; 6 - цистерна циркуляцион ног
7, 8 - пополнение масла; 9 - выход масла из порш ней; 10 - вход масла
При использовании масла для охлаждения поршней объединяются в одну систему и цир куляционная смазка подшипников двигателя с общими масляными насосом, фильтрами, маслоохладителями, цистернами. (Рис.102) Для охлаждения и смазки применяется одинаковый сорт масла, выбираемый из усло вий обеспечения качественной смазки подшипников.
Охлаждение поршней каждого цилиндра контролируют по температуре и характеру потока масла, выходящего из поршней. Температура масла па выходе из поршней, во избе жание его интенсивного окисления, не должна, даже при пла вании в тропиках, превышать 55°С. По этой же причине не следует уменьшать количество прокачиваемого масла на ре жимах малого хода и останавливать насос раньше чем через 40 мин после остановки двигатель.
Охлаждение поршней водой производится совместно с ох лаждением цилиндров или обособленно. В последнем случае сис тема охлаждения поршней состоит из таких же элементов, что и система охлаждения двигателя пресной водой. Разделение систем объясняется различными температурными режимами при охлаж дении цилиндров и поршней, возможностью попадания масла в воду охлаждения поршней и загрязнения поверхностей теплооб мена цилиндров. Удельный расход воды на систему охлаждения поршня составляет 6-8 л/кВт-ч, давление воды 3-4 бара, темпера тура воды на выходе из поршней 55-60°С, а температурный пе репад 8-12°С. Подвод воды к поршню осуществляется только по телескопическим трубам. Шарнирные трубы не применяются из-за сложности уплотнения шарнирных соединений.
Опыт показывает, что и в современных телескопических системах не удается полностью устранить попадание масла в циркуляционную воду системы охлаждения поршня. Попадание воды в масло или масла в воду исключается при расположении телескопических устройств вне картера двигателя.
Условия отвода тепла и надежность работы телескопиче ских или шарнирных труб зависят от гидродинамики движения жидкости в подвижных каналах системы.
Для большинства систем при частоте вращения двигателей свыше 70% номинальной в подвижных каналах или в полости головки поршня под воздействием инерционного напора, вызы ваемого ускорением поршня, создаются условия для разрыва потока. При перемене знака ускорения поршня и восстановле нии сплошности возникает гидравлический удар, сопровож дающийся резким повышением давления до 15-18 бар в подво дящих трубах и до 1,5 бар в отводящих. Возникающие при этом вибрации труб расстраивают работу уплотнений и вызывают появление трещин в трубах и нарушение подвода охлаждающей жидкости к поршню.
2.2.15. Системы сжатого воздуха
Системами сжатого воздуха оборудуют СЭУ всех типов.
На дизельных судах различают системы сжатого воздуха низкого (до 10бар), среднего (до 30бар) и высокого (более 50бар) давления. Воздух низкого давления тратится на хозяйственные потребности судна и СЭУ (продувка механизмов, кингстонов), среднего давления, - по большей части на пуск и реверс дизелей, а низкого - в системах пуска вспомогательных дизелей и др целей.
Комплектация системы сжатого воздуха механизмами и устройствами судов разных типов практически не отличаются. Обычно в состав системы входят поршневые электрокомпрессоры, масловоотделители, баллоны для хранения воздуха, редукционные клапаны, трубопроводы, контрольно-измерительные приборы и устройства автоматического регулирования.
Согласно с Правилами Регистра воздух, необходимый для пуска ГД должен сохраняться в двух баллонах одинаковой емкости. Запаса пускового воздуха на судне должно быть достаточно для 12 последовательных пусков каждого реверсивного ГД. Для пуска нереверсивных ГД запаса воздуха должно хватать на 6 пусков двигателя наибольшей мощности, а при наличии 2 двигателей – на 3 пуска каждого двигателя. Для ДГ допускается использовать один баллон, емкость которого должна быть такою, чтобы обеспечить 6 последовательных пусков одного двигателя. Причем , если ДГ установлены на разных бортах судна предусматривают по одному баллону на каждый борт. между собой баллоны соединяют трубопроводом.
Сжатый воздух пополняется с помощью компрессоров, которых должно быть не менее двух (один резервный). Суда должны быть оборудованы также аварийными компрессорами пускового воздуха. Приводом этого компрессора может быть дизель (дизель-компрессор) или электродвигатель, который питается от аварийного распределительного щита.
Согласно Правилам Регистру подача каждого главного компрессора должна быть такой, чтобы обеспечить заполнение пусковых баллонов ГД в течение 1 часа, начиная с давления, при котором возможен последний пуск или маневр, к рабочему начальному давлению.
Системы сжатого воздуха на всех дизельных судах примерно аналогичны (Рис. 103). Баллоны пускового воздуха 4 и 5 ДГ и ГД заполняются с помощью одного из главных компрессоров через водомаслоотделитель ВМО 2 с автоматическим спуском конденсата. Из баллонов часть воздуха через редуктор 6 направляется на хозяйственные потребности и к тифонам. По мере расходования воздуха и снижения давления в баллонах пополнения осуществляется автоматически. При большой затрате пускового воздуха, например, при маневрировании ГД могут включиться все три компрессра ГД. Начальное (или аварийное) заполнение баллонов осуществляется автономным компрессором 1 с приводом от ДВС с ручным пуском или электродвигателем, питаемым от основного щита или аварийного ДГ.
Рис. 103. Система сжатого воздуха дизельного судна:
1-резервный компрессор; 2-водомаслоотделитель (ВМО); 3-дизел-генераторы(ДГ); 4-резервный баллон; 5-основные баллоны; 6-редукционные клапаны; 7-основные компрессоры; 8- главный двигатель(ГД).
При работе компрессора в его цилиндры вместе с воздухом попадает содержащаяся в нём влага. Вместе с маслом, смазывающим цилиндры, вода образует водомасляную эмульсию, которая попадает в воздушные баллоны, а из них – в систему управления дизелем и в его цилиндры. Это может привести к коррозии деталей системы управления, вызвать их повреждение и отказ в работе.
При определённых условиях наличие значительного количества масла и его паров в воздухе может привести к взрыву в пусковом трубопроводе. Для отделения воздуха от воды и масла должна производиться автоматическая (или вручную) продувка сепарационных камер холодильников компрессора. Так как температура воздуха на выходе из компрессора довольно высокая, то большая часть влаги и масла находится в парообразном состоянии, которые в сепараторах полностью отделить невозможно. Для уменьшения попадания значительных количеств воды и масла в воздушные баллоны на нагнетательном трубопроводе компрессора устанавливают водо- и маслоотделители, в которых собирается водомасляная эмульсия. Во время работы компрессора эту эмульсию следует удалять путём периодических продуваний.
Во время заполнения баллонов сжатым воздухом и после окончания этой операции их необходимо продувать для удаления воды и масла. Воздух, который отбирается для систем автоматического управления и контроля, проходит через осушитель воздуха для удаления влаги и через специальный фильтр для удаления масла.
В процессе эксплуатации системы сжатого воздуха необходимо следить за её плотностью, своевременно устранять утечки сжатого воздуха из баллонов, которые в основном зависят от плотности арматуры. Клапан на баллонах следует закрывать усилием руки без применения дополнительного рычага, т.к. это может привести к повреждению его рабочих поверхностей (рабочие поверхности клапана и гнезда). При выполнении работ вблизи баллонов заполненных воздухом под давлением, нельзя наносить удары по поверхности баллонов металлическими предметами.
Рекомендации:
- ежедневно при использовании компрессора для подкачивания воздуха в баллоны производят внешний осмотр агрегата для своевременного выявления возможных повреждений. Во время работы компрессора осматривают соединения трубопроводов для выявления неплотностей. После остановки компрессора насухо протирают его наружные поверхности и трубопроводы обслуживающих систем. Замеченные неисправности устраняют.
- через каждые 100 ч работы, но не реже чем через 3 месяца необходимо проверять затяжку болтов и гаек компрессора, очищать масляный и воздушный фильтры и проверять на срабатывание предохранительный клапан 2 ступени, повышая давление на работающем компрессоре на 10% выше рабочего. Через каждые 200 часов работы, но не реже чем через 6 месяцев кроме перечисленных работ, необходимо заменить масло в картере компрессора. При этом картер, насос и маслопроводы следует очищать и промывать. В те же сроки следует очищать внутренние поверхности трубок воздухоохладителей.
- особое внимание необходимо уделять предохранительному клапану и его регулированию, которое производится согласно технических условий эксплуатации сосудов под давлением.
2.2.16. Реверсивно-пусковое устройство дизеля
Реверсивно-пусковое устройство дизеля предназначено для быстрого и надежного пуска и должно быть таким, чтобы исключалась возможность пуска дизеля при включенном валоповоротном механизме, незавершенном реверсе распределительного вала и кулачных шайб воздухораспределителя; подача топлива в цилиндры должна быть заблокирована при несоответствии направления коленчатого вала дизеля с заданным направлением, а также при незавершенном реверсе, т. е. реверсирование распределительных органов должно производиться при полном выключении подачи топлива; кроме того, реверсивно-пусковое устройство должно исключать возможность пуска дизеля в направлении, противоположном заданному, и должна быть предусмотрена блокировка, исключающая работу дизеля одновременно на топливе и пусковом воздухе во избежание изнашивания деталей воздухораспределителя.
Чтобы запустить дизель, надо раскрутить его коленчатый вал от постороннего источника энергии до такой частоты вращения, при которой температура заряда в цилиндре при сжатии превысит температуру самовоспламенения топлива на 150—250 К. Средняя температура самовоспламенения дизельного топлива составляет примерно 550 К. Такая температура заряда во время пуска холодного двигателя обычно обеспечивается при средней скорости поршня 0,5—1 м/с, что соответствует пусковой частоте вращения, составляющей 15—25 % номинальной.
Виды пусковых устройств.
Простейшим пусковым устройством является рукоятка для пуска вручную, сцепляемая с торцом коленчатого или распределительного вала. Ручной пуск иногда применяют у небольших дизелей в качестве резервного. Основным для них является стартерный пуск.
Стартером называют механизм, создающий внешний момент, раскручивающий вал двигателя при пуске. Различают стартеры пружинные, инерционные, пневматические, мотостартеры
и электростартеры Первые три типа в судовых дизелях не применяют. В судовых двигателях (вспомогательных и неболь-ших главных) распространены электростартеры, представляющие собой сериесный электродвигатель постоянного тока, работающий на напряжении до 32В, но при большой силе тока: в момент включения она достигает 2000 А. Электростартеры рассчитаны лишь на кратковременную работу. Вал стартера соединяют с валом двигателя лишь на время пуска. Разновидностью стартерного пуска является пуск главных двигателей дизель-электроходов генератором, постоянно
соединенным с двигателем. На период пуска генератор работает как электродвигатель путем подключения дополнительной сериесной обмотки и получает питание от аккумулятора. После пуска обмотку шунтируют.
На большинстве судовых двигателей предусмотрено пусковое устройство, использующее сжатый.воздух.
Различают две основные схемы пневматического пуска: с автоматическими , пусковыми клапанами и с пневматически .управляемыми пусковыми клапанами.
Рис. 104 Схема системы пуска дизеля с пневматическими управляемыми пусковыми клапанам:
1-воздухораспределитель; 2,4-воздухопроводы; 3-главный пусковой клапан; 5-пусковой клапан цилиндра.
На Рис.104 показана схема системы пуска дизеля с пневматическими управляемыми пусковыми клапанами.
Работа системы: При положении поршня, соответствующем началу такта расширения, в цилиндр через пусковой клапан поступает сжатый воздух под давлением 2,5 – 3МПа. Под действием воздуха поршень движется вниз, вращая коленчатый вал. При пуске воздух поступает последовательно во все цилиндры в порядке их работы. Различают две основные схемы пневматического пуска: с автоматическими пусковыми клапанами и с пневматически управляемыми пусковыми клапанами.
Сжатый воздух подводится от главного пускового клапана 3 по трубе 4 одновременно ко всем пусковым клапанам 5 цилиндров. Однако клапаны остаются закрытыми, так как давление воздуха на их тарелки уравновешивается. Когда поршень какого-либо цилиндра займет пусковое положение, к его пусковому клапану от воздухораспределителя 1, соединенного с главным пусковым клапаном трубопровода 2, подается воздух. Он откроет клапан, и рабочий воздух поступает в цилиндр. Пуск сжатым воздухом возможен как с подачей топлива в цилиндры (смешанный пуск), так и без нее (раздельный пуск).
Наиболее ответственным элементом системы является воздухораспределитель, который служит для управления моментами открытия и закрытия пусковых клапанов в порядке работы цилиндров и подачи в цилиндры сжатого воздуха в то время, когда поршень пройдет ВМТ на 5°хода расширения. По конструкции воздухораспределители разделяют на дисковые, золотниковые и клапанные. Более надежен в работе дисковый воздухораспределитель (Рис.105):
Приводом воздухораспределителя служит вал-шестерня 3, которая входит в зацепление с шестерней на распределительном вале и через шлицевую втулку 7 соединяется с диском 5. Шлицевое соединение вал-шестерни со шлицевой втулкой и торцевое соединение шлицевой втулки с диском позволяют установить положение овального отверстия в диске в соответствии с положением поршня относительно ВМТ. Правильное взаиморасположение вал-шестерни, шлицевой втулки и диска зафиксировано рисками, нанесенными на их торцах в одну линию, при положении поршня первого цилиндра 5 ° после ВМТ рабочего хода.
Во время пуска сжатый воздух от главного пускового клапана, поступая в полость «а» головки 1, прижимает диск к корпусу и через овальное отверстие в диске 5 по каналам в корпусе 2 и трубопроводам поступает попеременно (в порядке работы цилиндров) к пусковым клапанам крышек цилиндров. Открывая их, воздух попадает в цилиндры, давит на поршни, тем самым приводит во вращение коленчатый вал.
После запуска дизеля, снятия давления в полости «а» пружина 6 отжимает от корпуса 2 диск 5 и обеспечивает между ними зазор, который предохраняет торцевые поверхности корпуса и диска от излишнего износа во время работы дизеля.
Рис.105Дисковый воздухораспределитель:
1-головка;2-корпус;3-вал – шестерня;4-шариковый подшипник; 5-диск; 6-пружина; 7-шлицевая втулка;
А - полость; I-схема установки диска; А - левая модель дизеля; В - правая модель дизеля.
Минимальное число цилиндров, при котором обеспечивается пуск из любого положения коленчатого вала, составляет у дизелей 4х/т – 6. у 2х/т – 4.
. Рабочий цикл четырехтактного дизеля осуществляется за 720° ПКВ или за четыре хода поршня: три из них подготовительные, в процессе которых создаются условия, необходимые для самовоспламенения топлива, и один рабочий, обеспечивающий раскручивание сжатым воздухом коленчатого вала до пусковой частоты вращения.
Процесс пуска до перехода на заданный режим работы дизеля можно разбить на три этапа:
1) пуск сжатым воздухом или другим пусковым устройством до получения первых вспышек в цилиндрах;
2) устойчивая работа без пропусков вспышек и достижение частоты вращения, заданной регулирующим устройством;
3) прогрев с постепенным повышением нагрузки до заданного режима работы.
Пусковой период требует особого внимания, так как характеризуется наибольшими износами трущихся деталей; подавляющее число аварий и повреждений дизелей происходит именно в этот период.
Поступление пускового воздуха в цилиндр должно прекратиться в момент открытия выпускного клапана (или окна в стенке цилиндра). Более позднее поступление пускового воздуха в цилиндр нецелесообразно, так как воздух, не совершая никакой работы, через открытый выпускной клапан (или окно) будет поступать из цилиндра в атмосферу.
Чтобы обеспечить пуск многоцилиндрового четырехтактного двигателя при любом положении коленчатого вала, подвод воздуха должен осуществляться не менее чем к шести цилиндрам, а продолжительность подачи по углу поворота коленчатого вала в каждый цилиндр должна превышать угол заклинивания кривошипов.
Воздух подается последовательно во все цилиндры в порядке их работы, и коленчатый вал раскручивается до пусковой частоты вращения. В цилиндры двигателя воздух поступает через пусковые клапаны (ПК), которые открываются за 0—10° ПКВ до прихода поршня в верхнюю мертвую точку (ВМТ) и закрываются за 125—135° поворота коленчатого вала после прохождения им верхней мертвой точки (ВМТ). Опережение открытия пускового клапана необходимо для того, чтобы к моменту прихода поршня в верхней мертвой точке (ВМТ) клапан был полностью открыт. Опасности, что из-за опережения открытия пускового клапана коленчатый вал повернется в обратном направлении, нет, так как в этот момент еще открыт пусковой клапан предыдущего по порядку работы цилиндра, а вращающий момент, развиваемый находящимся в цилиндре воздухом (с учетом расположения его кривошипа) будет значительно больше.
Пусковые клапаны (ПК) открываются под действием управляющего сигнала, поступающего от воздухораспределителя или из распределительных золотников, связанных с главным пусковым клапаном пусковой магистралью и с пусковыми клапанами линиями управления. Воздухораспределитель подает управляющий сигнал к пусковому клапану того цилиндра, поршень которого находится на такте рабочего хода. При подаче управляющего сигнала пусковые клапаны открывается, рабочий воздух из пусковой магистрали поступает в цилиндр двигателя и начинает раскручивать коленчатый вал. В определенный момент согласно фазам работы пускового клапана его управляющая полость разобщается с пусковой магистралью и сообщается с атмосферой через разгрузочное окно воздухораспределителя. Управляющий сигнал исчезает, и пусковые клапаны данного цилиндра закрывается. При вращении коленчатого вала управляющий сигнал будет поочередно поступать ко всем пусковым клапанам в соответствии с порядком работы цилиндров, что обеспечивается воздухораспределителем. После достижения пусковой частоты вращения коленчатого вала двигатель начинает работать на топливе, главный пусковой клапан закрывается и подача пускового воздуха прекращается.
Основные причины, затрудняющие пуск дизелей, следующие: увеличение вязкости смазочного масла при понижении температуры дизеля; понижение температуры воздуха, подаваемого в цилиндры, и, следовательно, температуры конца сжатия воздушного заряда; увеличение вязкости топлива; ухудшение его испаряемости и качества распыливания; повышенный износ деталей ЦПГ и возрастание утечек пускового воздуха через зазоры между ними.
Пусковые качества дизеля во многом зависят от цетанового числа топлива, его испаряемости, а также значения износа деталей цилиндропоршневой группы, цилиндра и поршневых колец. Изнашивание стенок втулки цилиндра дизеля после каждого пуска его в холодном состоянии эквивалентно работе в течение 3—8 ч с номинальной нагрузкой, так как высокое значение величины ртах, имеющее место в пусковой период, увеличивает удельное давление поршневых колец на стенки цилиндра и дополняет абразивное воздействие на них продуктов сгорания топлива.
Период от начала пуска до перехода к работе на топливе при нормальных условиях составляет всего 2—6 с и сопровождается большой неравномерностью вращения вала и дымностью выпуска. Неравномерность вращения объясняется пропусками вспышек в цилиндрах, а также тем, что частота вращения дизеля возрастает толчками по мере перехода к работе на топливе отдельных цилиндров.
Дизели с малыми диаметрами цилиндра отличаются более трудным пуском и требуют относительно большей мощности для обеспечения пуска. Это объясняется тем, что с уменьшением диаметра цилиндра возрастает его относительная поверхность охлаждения и увеличивается отдача тепла в стенки камеры сгорания.
На пусковые качества дизеля влияют также способ смесеобразования и конструкция топливной аппаратуры. Наилучшими пусковыми качествами обладают дизели с неразделенными камерами сгорания. У предкамерных и вихрекамерных дизелей весьма затрудненный пуск. Для облегчения пуска холодного дизеля прибегают к мерам, облегчающим и ускоряющим смесеобразование и самовоспламенение топлива.
Надежность пуска дизелей помимо применения средств, облегчающих пуск, обеспечивается следующим: удалением воздуха из всех трубопроводов топливной системы; заполнением ее топливом и своевременной очисткой топливных фильтров; применением ГСМ, указанных в инструкции по эксплуатации дизеля при условии соответствия их физико-химических показателей паспортным данным; установкой оптимального угла опережения подачи топлива в цилиндры; равномерной подачей топлива в цилиндры при пусковой частоте вращения вала дизеля; обязательной прокачкой системы смазки маслом, проворачиванием вала дизеля перед пуском и предварительным прогреванием дизеля.
Надежный пуск дизеля сжатым воздухом зависит от работы воздухораспределителя, которые бывает золотниковые и дисковые. Поэтому периодически необходимо проверять и регулировать их работу.
Перед пуском дизеля необходимо провести строго определенный режим его прогрева.
Прогрев — это неустановившийся тепловой процесс, при котором происходят изменения: температуры стенок цилиндра и температурных напряжений в крышке цилиндра, втулке и поршне; зазоров между втулками и поршнями; температуры и вязкости смазочного масла; температуры охлаждающей воды. Если после пуска без предварительного прогрева холодный дизель нагрузить на полную мощность, то суммарные напряжения в ряде деталей могут превзойти допускаемые значения, в результате чего возникнет опасность появления в них трещин.
Реверсирование дизеля
Реверсирование четырехтактного дизеля.
Направление вращения коленчатого вала четырехтактного двигателя при пуске и во время работы определяется положением кулачковых шайб распределительного вала, так как моменты открытия и закрытия клапанов и подачи топлива согласованы, с положениями кривошипов лишь для определенного направления вращения вала. Поэтому реверсивные двигатели имеют два комплекта шайб: для переднего и для заднего хода. Реверсивное устройство должно переключать газораспределение и топливные насосы при реверсе с одно го комплекта кулачковых шайб на другой. Для такого переключения необходимо передвинуть распределительный вал. Чтобы его передвижению не препятствовали толкатели, все их перед этим принудительно поднимают.
Весь процесс реверсирования состоит из следующих операций:
- остановки двигателя; подъема толкателей;
- осевого смещения распределительного вала;
- опускания толкателей;
- пуска двигателя в обратном направлении.
Все эти операции необходимо выполнять по возможности быстро: по нормам Морского Регистра Украины за время не более 15 с при малом ходе судна и не более 25 с при полном ходе., Во избежание повреждения двигателя необходимо строго соблюдать очередность операций по реверсированию, причем каждая последующая операция может начаться только после окончания предыдущей. Последовательность выполнения операций закладывают в программу работы реверсивного устройства. Иногда предусматривают блокирование, не позволяющее начать реверсирование раньше, чем будет выключена подача топлива в цилиндры, или блокирование, не позволяющее пустить двигатель до тех пор, пока не закончится процесс реверсирования, а также блокирование, предохраняющее распределительный вал от самопроизвольного сдвига.
При установке ручного реверсивного устройства все операции реверсирования выполняет оператор. Ручное ре-версирование применяется в основном в качестве аварийного. При механическом реверсировании операции выполняют исполнительные механизмы, называемые сервомоторами. .Чаще всего применяют пневмогидравлические реверсивные устройства. В них сжатый воздух вытесняет из особых баллонов масло, приводящее в движение сервомоторы. Такая кон-
струкция позволяет сочетать удобство канализации воздуха с мягкостью и надежностью работы гидравлических механизмов. Поскольку при использовании двух рабочих тел — масла и воздуха — несколько усложняется конструкция устройства, применяют реверсивные устройства и в чисто пневматическом исполнении.
Реверсирование двухтактного двигателя.
Газораспределение двухтактного двигателя со щелевой продувкой выполняют не клапаны, а рабочий поршень. При этом фазы газораспределения не зависят от направления вращёния вала двигателя. Если к тому же профиль кулачковых шайб топливных насосов симметричный, то направление вращения вала будет зависеть лишь от направления пуска двигателя. Для реверсирования двухтактного двигателя при этих условиях требуется только изменить настройку воздухораспределителя, обусловливающую направление пуска двигателя.
2.2.17. Системы газоотвода
Система газоотвода СЭУ предназначена для отвода продуктов сгорания от главных и вспомогательных двигателей и котлов. В ее состав входят газовыпускные трубопроводы, глушители шума, искрогасители, компенсаторы температурных расширений, утилизационные котлы (УК) и другие элементы.
Схема системы газоотвода определяется типом СЕУ и назначением судна. Система предназначена для транспортировки газов, которые имеют высокую температуру (150...500 °С), являются токсичными и несут недожженные остатки топлива в виде искр, что может стать причиной пожара Обычно каждый двигатель должен иметь отдельный газовыпускной трубопровод, однако допускается и объединения этих трубопроводов при наличии надежных устройств, которые выключают неработающий двигатель.
Дымоход изготовляют из листовой стали толщиной 3...5 мм с помощью электросварки.. С внешней стороны дымоход защищают слоем изоляционного материала. Воздушная прослойка между обшивкой и изоляцией выступает дополнительной теплоизоляцией. Дымоходы (газовыпускные трубопроводы) главных или вспомогательных паровых котлов могут быть объединены в общий трубопровод. Газовыпускные трубопроводы двигателей на морских судах выводят вверх через дымоход. (Рис.106) На судах небольшого водоизмещения или на специальных выпуск газов может быть осуществлено выше или ниже ватерлинии.
С целью компенсации тепловых удлинений в газовыпускной трубопровод необходимо вмонтировать специальный эластичный элемент – компенсатора, какой не только компенсирует температурные удлинения, но и снижает уровень шума и вибрации. Применяют сальниковые и линзовые компенсаторы. Трубы крепят с помощью жестких опор и упругих пружинных подвесок. Места расположения опор и подвесок определяют так, чтобы масса трубопровода передавалась на корпус судна, а не воспринималась двигателем.
В системах газовыпуска устанавливают глушители шума, а на судах с повышенной опасностью пожара (танкеры, газовозы, суда, которые перевозят лес, хлопок и другие легковоспламеняющиеся материалы) предусматривают искрогасители.
На судах, где установлены утилизацийные паровые котлы, дополнительно искрогасители и глушители шума не устанавливают.
Газовыпускные трубы и дымоходы в пределах закрытых помещений изолируют вибростойкой тепловой изоляцией, которая значительно снижает теплоотдачу. На судах с двухвальной установкой часто устанавливают две дымовых трубы по обе стороны ДП или ближе к бортам. Иногда и одновальные установки имеют две дымовых трубы. В одной из них располагают газовыпускной трубопровод ГД, а во второй - все газовыпускные трубопроводы вспомогательных двигателей и котлов. Приложение 6 конвенции МАРПОЛ 73/78ограничивает содержание серы в топливе. Поэтому многие вновь строящиеся суда оборудуются устройствами для очистки дымовых газов – скрубберами, которые сокращают выбросы серы и оксидов до 0,1%.
|
Рис. 106Схема газоотвода дизельного судна: 1- ДГ; 2- ГД; 3 - опора; 4 - вспомогательный котел; 5- искрогаситель паровой;6-глушитель-искрогаситель; 7,8-жалюзи естественной вентиляции кожуха дымовой трубы - выходные и входные соответственно; 9- вентилятор вдувной; 10-УК; 11 – компенсаторы |
2.2.18. Контрольно-измерительные приборы (КИП) дизелей.
Контрольно-измерительные приборы. используемые в процессе эксплуатации дизеля по назначению можно разделить на:
- штатные, предназначенные для оперативного контроля – расположены на пультах управления дизеля(дистанционные) или непосредственно на дизеле(местные- термометры, манометры, тахометры, вискозиметры, динамометры и др.);
- специальные для теплотехнического контроля работы дизеля. поставляемые заводом –изготовителем в комплекте с ЗИП (пиметры, максиметры, индикаторы, газоанализаторы).
Кроме того КИП, можно классифицировать по:
- характеру показаний – показывающие, самопишущие (регистрирующие) и суммирующие (счётчики);
- принципу действия – механические, гидравлические, электрические;
- условиям работы – стационарные и переносные.
Термометрами (от греч. therme теплога, и metreo меряю) производиться измерение температуры:
-выпускных газов по цилиндрам и среднюю температуру в выпускном коллекторе;
- выпускных газов на входе в турбокомпрессор и выходе из него;
- надувочного воздуха на выходе из холодильника;
- циркуляционного масла;
- охлаждающей воды на входе в двигатель и выходе из каждого цилиндра;
- упорных подшип ников валопровода ;
По принципу действия термометры бывают: термометры расширения, манометрические, термометры сопротивления и термоэлектрические.
Термометры расширения измеряют температуру среды в пределах от 200 до 500°С Принцип их действия основан на различном тепловом расширении разных тел. Они бывают жидкостные, биметаллические и дилатометрические. Принцип работы жидкостных термометров (Рис.107) основан на тепловом расширении ртути, этилового спирта и др. жидкостей, заключенных в стеклянную трубку .Для увеличения верхнего предела температур свободное пространство над жидкостью заполняется азотом под давлением 2Мпа
Рис.107Ртутные жидкостные термометры:
а – с прямой оправой: б – с угловой оправой; в – электроконтактный.
Недостатком жидкостных термометров является их невысокая механическая прочность, низкая чувствительность при быстрых изменениях температуры.
Биметаллические термометры (Рис.108) представляют собой пружину, составленную из двух спаянных между собой металлов с разными температурными коэффициентами теплового расширения пружина может быть плоской (Рис.108,а ) или спиральной (Рис108.б) При нагревании разнородные металлы удлиняются неодинаково, что вызывает изгиб пружины и перемещение стрелки по шкале 1. на судах биметаллические термометры используют в основном как дистанционные с электрической или механической передачей сигналов.
Рис. 108 Биметаллические термометры с пружиной:
а – плоской; б - спиральной
Манометрические термометры – работают на свойстве изменении давления газа, жидкости или насыщенного пара в замкнутом объеме в зависимости от температуры.
Рис.109 Схема манометрического термометра:
1 — термобаллон; 2 — капилляр; 3 — манометр
При нагревании термобаллона (Рис.109) давление в его внутренней полости повышается и стрелка маноиетра 3 поворачивается на соотиетствующий давлению угол. Изменение давления жидкости или газа в термобаллоне прямо пропорционально изменению температуры измеряемой среды. Манометрические термометры измеряют температуру от130 до 550°С
Термометры сопротивления Из физики известно, что при повышении температуры проводника его сопротивление повышается. Для измерения температуры в измеряемую среду помещают термистор, через который пропускают ток .в качестве термоэлектрического сопротивления используют медный или платиновый термистор, который наматывают на теплостойкий материал. (Рис.110)Термометры сопротивления широко применяют для измерения температуры в интервале от — 260 до 750°С.
Рис. 110Термометр сопротивления:
а – электрическая схема; б – общий вид.
Термоэлектрические термометры (термопары) применяют для контроля за температурой выпускных газов дизелей и котлов Они сосоят из термоэлектрического преобразователя и вторичного прибора. Термоэлектрический преобразователь –это цепь из двух или нескольких соединенных между собой разнородных электропроводящих элементов (обычно металлических проводников, реже полупроводников). (рис. 111, а) Действие основано на эффекте Зеебека: если контакты (как правило, спаи) проводников, или термоэлектродов, находятся при разных температурах, в цепи возникает термоэлектродвижущая сила (термо эдс), значение которой определяется температурами «горячего», или рабочего ( t ), и «холодного», или свободного (t0), контактов и природой материалов, из которых изготовлены термоэлектроды.
Вторичным прибором служит гальванометр, шкалу которого градуируют в градусах. К одному гальванометру можно подключить несколько термопар через переключатель
|
Рис.111Термоэлектрич. преобразователь: а-цепь из термоэлектродов А и В; б-устройство; 1-рабочий спай; 2-изолятор; 3-чехол; 4-выводы |
Манометры (греч. manos — редкий, неплотный, разрежённый) измеряют давление:
- циркуляционного масла на входе в двигатель, а также перед фильтрами;
- охлаждающей воды:
- давление топлива перед ТНВД;
- давление пускового воздуха в продувочном и надувочном ресиверах;
- в трубопроводе реверсивного устройства
- давление масла в реверс-редук торах
Наиболее распространен на судах манометры с трубчатой пружиной (трубкой Бурдона) (Рис.112)
Манометр работает следующим образом: давление среды через присоединительный штуцер поступает внутрь изогнутой медной трубки овального сечения. Под действием этого давления трубка стремиться распрямиться. Перемещение трубки через тягу и коромысло передается на подпружиненную ось со стрелкой. Стрелка поворачивается вслед за перемещением трубки, показывая действующее давление.
Рис.112. Манометр с трубкой Бурдона
При измерении малых значений давления применяют мембранные манометры.Роль чувствительного элемента выполняет не трубка, а металлическая мембрана. (Рис.113) За счет большей площади мембраны даже малое приложенное давление вызывает значительную деформацию мембраны. Эта деформация через тягу передается на поворотный механизм стрелки - манометр показывает действующее давление. Для подключения манометра к агрессивным средам применяют разделительные мембраны.
Рис.113 Манометр с металлической мембраной
Электроконтактные манометры(ЭКМ) получили широкое применение на судах..Их работа основана на том. что при достижении определенного значения давления одновременно с отклонением стрелки происходит срабатывание встроенной контактной группы. ЭКМ можно настроить как на сработку по повышению давления, так и на сработку по понижению давления, например для автоматического включения резерва насосной установки. ЭКМ могут иметь две контактные группы, которые настраиваются на произвольные значения срабатывания (уставки) и дополнительную настройку гистерезиса срабатывания (для устранения эффекта дребезга контактов).
Привычная круглая шкала со стрелкой может отсутствовать - в этом случае ЭКМ выполняет только функцию сигнализации, не отображая действующее значение давления. Такой датчик называется реле давления. (Рис.114)
Рис.114 Реле давления
Измерение расхода топлива проводят при помощи расходомеров объёмного типа, в которых под действием протекающей жидкости вращается ротор. Поскольку известно количество протекающей жидкости, вызывающее один оборот ротора, расход жидкости можно выразить через число оборотов ротора.
Для измерения числа оборотов применяют тахометры. На местном посту управления устанавливают электромеханичес-кий тахометр, от которого электрический сигнал предаётся на показывающие число оборотов приборы, расположенные в ЦПУ и на мостике.
Число оборотов турбовоздухонагнетателей измеряют электрическими тахометрами, сосчитывающими обороты ротора. Для контрольного измерения числа оборотов применяется приставной механический тахометр, который присоединяется к торцу вала прижатием шпинделя счётчика. Число оборотов определяется по шкале мгновенных показаний.
Индикаторная мощность двигателя определяется по индикаторным диаграммам, снятым при помощи пишущего прибора – индикатора.
Эффективная мощность определяется с помощью торсиометра, который сосчитывает крутящий момент на валу двигателя.
Измерение времени, при определении расхода топлива, масла или другой жидкости, проводят механическими или электронными секундомерами.
2.2.19 Автоматизация СЭУ.
Эффективность эксплуатации судовых энергетических установок (СЭУ) в большей степени определяется уровнем автоматизации и качеством управления различными режимами их работы.
Для управления скоростью и направлением движения судна служит система дистанционного автоматизированного управления (ДАУ)главного двигателя (ГД).
Дизель-генераторные установки, которые входят в состав судовой электростанции, имеют собственные системы ДАУ, которые обеспечивают автоматический запуск и удаленную остановку дизелей в нормальном и аварийном режимах работы.
Задачами системы автоматизации судового главного дизеля является:
- управление режимами работы ГД;
- защита ГД в аварийных ситуациях;
- информации обслуживающему персоналу о состоянии ГД и самой системы автоматизации.
Для судовых главных дизелей основными функциями систем автоматизации являются:
- пуск, остановка, реверс, и изменение частоты вращения ГД,
- изменение частоты вращения ГД по временным программам, обеспечивающим отсутствие тепловых перегрузок дизеля;
- ограничение частоты вращения и расхода топлива на ГД также для предотвращения его перегрузок;
- аварийное изменение частоты вращения ГД с максимально возможной скоростью;
- аварийная остановка ГД с постов управления или по сигналам из системы защиты;
- снижение частоты вращения ГД до безопасного уровня по сигналам из системы защиты;
- контроль состояния системы автоматизации ГД как при работающем, так и при неработающем дизеле;
- исполнительная (световая), аварийная и аварийно-предупредительная (световая и звуковая) сигнализации.
Система защиты контролирует:
- значение частоты вращения дизеля;
- превышение частотой вращения максимального аварийного значения;
- параметры, по значениям которых необходима аварийная остановка ГД;
- параметры, по значениям которых необходимо аварийное снижение частоты вращения ГД до безопасного уровня;
- состояние датчиков частоты вращения ГД;
- положение кнопок (выключателей) ручной аварийной остановки ГД;
- положение пневматического электромагнитного клапана аварийной остановки дизеля, входящего в состав ПРС.
Микропроцессор системы защиты выполняет обработку сигналов датчиков параметров и в результате формирует сигналы:
- аварийной остановки ГД (SHUT DOWN);
- аварийного снижения частоты вращения ГД(SLOW DOWN);
- аварийной ручной остановки ГД.
Аварийная остановка ГД происходит, когда один или несколько параметров ГД выходят за допустимые пределы и система защиты прекращает подачу топлива в ГД с помощью электромагнитных клапанов ТНВД.
Контроль за режимами работы дизеля обеспечивается специальными автоматическими устройствами. Рассмотрим основные:
Регуляторы частоты вращения двигателя
Скорость вращения коленчатого вала измеряют числом его оборотов в минуту. Каждый двигатель рассчитан на определённое число оборотов, выше или ниже которого он работать не должен. Механизм, служащий для автоматического регулирования числа оборотов двигателя, называется регулятором.
По принципу действия чувствительного элемента, непосредственно реагирующего на изменения угловой скорости, регуляторы делятся на механические, гидравлические, пневматические, электрические.
В зависимости от способа передачи энергии от чувствительного элемента к рейке ТНВД различают регуляторы прямого и непрямого действия.
На Рис. 115 показана принципиальная схема регулятора частоты вращения прямого действия с механическим чувствительным элементом центробежного типа.
|
Рис. 115Схема регулятора частоты вращения прямого действия. 1- диск; 2,3- рычаг;4- пружина нагрузки; 5- тяга привода системы управления; 6-тяга |
Рычаг 3 со стаканом для пружины, управляющий через тягу 6 цикловой подачей топлива, находиться в равновесии при равенстве заданной и текущей частот вращения коленчатого вала дизеля. Нарушение этого равновесия может произойти либо вследствие изменения усилия сжатия пружины нагрузки 4 при перемещении тяги 5 привода системы управления, либо из-за изменения угловой скорости диска 1 при отклонении частоты вращения коленчатого вала. В этом случае рычаги 2 с грузами поворачиваются вокруг оси и отклоняют рычаг 3, изменяя положение топливных реек.
В регуляторах непрямого действия в качестве усилительного устройства обычно применяют гидравлические сервомоторы поршневого типа простого действия или с дифференциальным поршнем. Эти регуляторы снабжаются также устройством обратной связи механического, гидравлического или комбинированного типа. В последнее время начали использовать электрические и электронные регуляторы частоты вращения. Датчиком в таком регуляторе может служить тахогенератор, ротор которого жестко связан с коленчатым или распределительным валом дизеля.
Сигнал тахогенератора посылается в электронный блок управления, где сравнивается с сигналом, поступающим с поста управления. При различии этих сигналов блок управления с помощью электромагнита перемещает рейки топливных насосов.
Электронный блок может дополнительно управлять топливоподачей по другим параметрам: давлению наддува, температуре окружающей среды и т. п. Применение микропроцессоров в блоках управления позволяет значительно снизить габариты системы регулирования и обеспечивает выполнение вычислений, необходимых для оптимизации процессов регулирования.
Регулятор частоты вращения коленчатого вала может быть совмещен с регуляторами других параметров дизеля в единый блок регулирования.
Регулирование температуры охлаждающей жидкости (воды или масла)
Регулирование температуры охлаждающей воды в судовых дизельных установках может быть осуществлено тремя способами: дросселированием, обводом и перепуском охлаждающей жидкости.
Способ дросселирования применяется в разомкнутых и радиаторных системах охлаждения путем изменения проходного сечения трубопровода (клапана). Тем самым изменяется производительность центробежного насоса,подающего охлаждающую жидкость (воду) к двигателю. Дросселирование служит в основном для ручного регулирования.
Способ обвода заключается в применении дополнительной обводной магистрали, по которой прокачивается часть охлаждающей жидкости, минуя объект охлаждения. Этот способ используют в системах, имеющих водяные и, главным образом, масляные холодильники при охлаждении двигателя по замкнутому контуру.
Способ перепуска состоит в том, что часть отходящей из двигателя охлаждаемой жидкости перепускается в приемную магистраль и, таким образом, на теплообменник идет не вся жидкость, а только часть ее .
Этот вариант охлаждения нашел широкое применение благодаря ряду следующих преимуществ:
- на всех режимах работы двигателя обеспечивается хорошее омывание всех участков и стабильный теплоотвод;
- сокращается время прогрева холодного двигателя, так как обеспечивается полная непрерывная циркуляция воды;
- в системе охлаждения отсутствуют резкие колебания давлений.
Для регулирования температуры воды и масла двигателей применяют статические терморегуляторы, так как в этих системах может быть допущена большая неравномерность регулирования (10…12 °C). По конструктивному исполнению терморегуляторы бывают прямого действия (дистанционные и недистанционные) и непрямого действия.
Схема работы терморегулятора прямого действия показана на Рис.116 В зависимости от положения золотника 5, который перемещается сильфоном 2, реагирующим на изменение температуры, вода, поступающая из двигателя, распределяется в разном количестве по полостям А и Б.
|
Рис.116Регулятор температуры: 1- шток; 2- сильфон; 3-капилляр; 4-датчик температуры; 5-золотник; 6-корпус |
2.2.20. Показатели работы дизеля
Одна из задач технической эксплуатации состоит в умении технически обоснованно выбрать режим работы двигателя применительно к конкретным условиям плавания и технического состояния судна и двигателя. Решение этой задачи требует знания как характеристик двигателя, так и показателей, на основе которых оценивается его работа на том или ином режиме. Показатели работы двигателей условно могут быть подразделены на энергетические, экономические и эксплуатационные.
к энергетическим показателям относят:
- эффективную и индикаторную мощность Nе и Nі ;
- крутящий момент Ме
- средние єффективное и индикаторное давление газов в цилиндре Ре и Рі ;
- частоту вращения коленчатого вала n.
экономические показатели :
- удельный эффективный и удельный индикаторный расход топлива gе и gі
- индикаторный, эффективный и механический К.П.Д ήі , ήе и ήм
эксплуатационные показатели :
- это давление и температура, фиксируемые штатными приборами и характеризующие работу двигателя и о6служивающих его систем, а также дополнительные параметры, дающие возможность судить о тепловой и механической напряженности двигателя и о том, как обеспечиваются на данном режиме его надежность и экономичность. Напряжения в элементах конструкции двигателя возникают под воздействием тепловых потоков со стороны газов и механических нагрузок, вызываемых силами действия газов и инерции движущихся масс.
Механическая напряженность дизеля на том или ином режиме его работы ориентировочно определяется по максимальному давлению сгорания в цилиндрах - Рz
2.2.21. Характеристики дизелей
Характеристика двигателя – это зависимость различных показателей от какого-нибудь другого показателя, принятого за постоянную величину.
Если за эту величину принять цикловую подачу топлива gц или среднее эффективное давление ре, то такую характеристику называют нагрузочной, которая показывает различные нагрузочные режимы при постоянной частоте вращения коленчатого вала. По такой характеристике работают дизельгенераторы. В зависимости от нагрузки потребителей регулятор изменяет цикловую подачу топлива, поддерживая постоянную частоту вращения.
Показатели работы двигателя по нагрузочной характеристике изображают в системе координат, где по оси абсцисс откладывают среднее эффективное давление ре. а по оси ординат – изменение показателей, характеризующих
работу.
Рис.117 Нагрузочная характеристика 4х/т дизеля
На рис.117показаны кривые изменения основных показателей работы 4х/т дизеля по нагрузочной характеристике.
При увеличении нагрузки возрастает эффективный к.п.д. (ηе), так как рост механического к.п.д. (ηм) происходит более интенсивно, чем падение индикаторного к.п.д. (ηі ) Это обуславливает более высокую экономичность дизеля на полной нагрузке.
Если за независимую переменную принять частоту вращения коленчатого вала n то такую характеристику называют скоростной. Она представляет собой совокупность скоростных режимов работы двигателя. Скоростные характеристики в свою очередь подразделяются на внешние, винтовые и ограничительные. По ним работают главные двигатели с непосредственной передачей на винт. Судовые главные двигатели практически всегда работают на переменных режимах. Режим работы дизеля зависит также от типа судна, конструктивных элементов его корпуса, типа движителя и судовой дизельной установки, способа передачи мощности от двигателя к движителю. Знание режимов работы главного двигателя и особенностей этих режимов — одно из условий правильной эксплуатации судовой дизельной установки.
Главные двигатели транспортных морских судов в основном работают на нагрузках, близких к полной. Переменные режимы работы и малые нагрузки составляют не более 10 % ив основном связаны с плаванием судов в каналах, узкостях, во время шторма, с подходами и отходами из портов и другими условиями.
Все режимы работы дизеля можно разделить на установившиеся и неустановившиеся. Установившиеся режимы характеризуются постоянством нагрузки, частоты вращения дизеля и теплового состояния его деталей. Установившиеся режимы главного двигателя могут быть при постоянных малых, средних и полных ходах судна вперед и назад, на перегрузочных режимах, при минимально устойчивой частоте вращения дизеля, определяющей минимальную скорость судна (при неизменных по времени условиях плавания).
Для неустановившихся режимов характерна нестабильность этих показаний. Такие режимы наблюдаются при пуске и остановке дизеля, трогании судна с места, разгоне, реверсировании, циркуляции и др. В этих случаях работа дизеля, показания его контрольно-измерительных приборов и любые проявления каких-либо неполадок должны быть объектом пристального внимания обслуживающего персонала.
Кроме того, следует различать нормальные режимы работы, предусматриваемые техническими условиями (ТУ) на поставку дизеля, т. е. возможность использования его для работы на ВФШ или ВРШ, буксировки или траления и т. п., и неспецификационные режимы, например, работа в условиях обрастания корпуса судна, при сильном волнении моря и ветре, на мелководье, при изменении параметров окружающей среды, крене и дифференте, превышающих допустимые значения, в аварийных режимах, на нестандартных сортах топлива и масла. Работа на неспецификационных режимах допустима с определенными ограничениями.
Рассмотрим основные режимы работы главных судовых дизелей с прямой передачей на винт.
При плавании судна в балласте с ВФШ
При плавании судна в балласте изменяется крутизна винтовой характеристики (кривая Г на рис. 118). Она становится «облегченной», что связано с уменьшением осадки и, как следствие, снижением сопротивления воды движению судна, а также с изменением условий обтекания винта потоком воды. При плавании в балласте при nном главный двигатель недогружается по Рtg и Ре (точка 4). Недогрузка в зависимости от типа судна и параметров гребного винта может составлять 10—20 % Ре ном. В этих условиях, если не ограничивается nном то Рном можно достигнуть при недогрузке по Рtg в результате повышения частоты вращения гребного винта сверх номинального значения на 2—3 %, если этому не препятствует вибрация корпуса судна (точка 5). Если при плавании в грузу эксплуатационная мощность и частота вращения меньше номинальных значений (точка 6 по линии В), то на балластных переходах можно существенно повысить Рtg и особенно Ре, доведя ее до значения Рвэкс вследствие повышения частоты вращения до номинального значения.
Рис. 118 К определению особенностей режимов работы ГД в разных условиях плавания
Работа главного двигателя с ВФШ на швартовых
Выбирая и контролируя режим работы главного двигателя, обслуживающий персонал должен знать, что при работе на швартовах дизели развивают предельный крутящий момент Ttg, при частоте вращения гораздо меньшей, чем nном В этом случае винтовая характеристика идет наиболее круто (кривая А на рис. 118). При швартовных испытаниях, когда дизель работает непосредственно на винт, нельзя повышать частоту вращения более (0,5-0,7) nном (точка 1 на рис. 118); в противном случае напряжение, обусловленное моментом, приложенным к фланцу коленчатого вала, может оказаться для него опасным. Исключением является нагрузка на швартовах для главного двигателя, когда гребной винт снабжен специальным разгрузочным устройством. При наличии такого устройства допустимая частота вращения может быть равной номинальному значению. Главная цель швартовных режимов — проверка надежности и исправности всех механизмов, а в ряде случаев и частичная обкатка главного двигателя. Поэтому нет необходимости работать на режиме, соответствующем точке 1, и более целесообразен режим, соответствующий точке 2.
Работа главного двигателя при трогании судна с места и разгоне
Режим трогания судна с места во многом сходен с режимом работы на швартовах, и главный двигатель на этом режиме может быть также легко перегружен по Ttg. На этом режиме увеличение скорости судна достигают увеличением частоты вращения вала главного двигателя, а значит, увеличением подачи топлива за цикл. С ростом цикловой подачи топлива возрастает Ttg и в период ускорения он может превысить момент сопротивления движению судна. Переходный динамический процесс сопровождается резким повышением температуры деталей ЦПГ, что может привести к заклиниванию и задирам поршней, цилиндровых втулок и др.
Рис. 88 иллюстрирует режимы работы главного двигателя при разгоне судна. Пунктирные линии относятся к неустановившимся режимам. При медленном разгоне с постепенным увеличением подачи топлива режим работы главного двигателя соответствует кривой OA (рис. 119,а), и все параметры работы главного двигателя находятся в пределах, допускаемых для длительной работы. Однако этот способ разгона почти не реализуется из-за трудности длительного ручного регулирования двигателя и отсутствия дистанционного автоматического управления с подобными программами.
В случае разгона судна с быстрым увеличением подачи топлива до количества, соответствующего полному ходу, режим работы главного двигателя соответствует ломаной линии OABCD (рис.119, б). В начальный период разгона рейка топливного насоса высокого давления перемещается от нулевой подачи к положению полной подачи топлива, и работа двигателя соответствует кривой ОАВ.
В точке В рейка топливного насоса высокого давления доходит до упора, и главный двигатель начинает работать по внешней характеристике максимальной мощности (участок ВС кривой 3). В точке С вступает в действие всережимный регулятор, уменьшающий подачу топлива до количества, соответствующего полному ходу, и главный двигатель по линии CD на регуляторной характеристике переходит на работу, определяемую точкой D на винтовой характеристике ходового режима. Этот способ обеспечивает судну хорошие маневренные качества и осуществляется при наличии ДАУ перестановкой рукоятки из положения «Стоп» в положение «Полный ход». Недостаток данного способа заключается в перегрузке главного двигателя, которая пропорциональна площади, заключенной в контуре ABCD.
Для сокращения периода перегрузки дизеля может применяться ступенчатый способ разгона, когда осуществляют некоторую выдержку времени при каждом изменении положения рукоятки управления.
Трехступенчатый разгон (рис.108, в) соответствует ломаной линии OABCDE. Участки OA, ВС и DE характеризуют работу главного двигателя в периоды увеличения подачи топлива под действием органов управления, а участки АВ, CD и EF — в периоды уменьшения подачи под действием регулятора при неизменном положении органов управления. Этот способ обеспечивает уменьшение, а в ряде случаев и полное предотвращение перегрузки главного двигателя при разгоне судна, причем при увеличении числа ступеней разгона перегрузка будет уменьшаться все заметнее.
При бесконечно большом числе ступеней ломаная линия на рис. 119, в совпадает с пунктирной кривой OA на рис. 119, а. Такой способ является наиболее рациональным.
Рис. 119Режимы работы ГД при трогании судна с места и разгоне:
1,2- винтовые характеристики швартовного и ходового режимов;3-внешняя характеристика максимальной мощности;
4-ограничительная характеристика или внешняя характеристика номинальной мощности; 5-регуляторные характеристики.
Программа ступенчатого разгона может быть задана как при ручном, так и при автоматизированном управлении. Длительность выдержки на каждой ступени можно определить по стабилизации частоты вращения главного двигателя по тахометру или по совпадению ее на тахометре и на шкале пульта управления.
Скоростные суда, в частности суда с подводными крыльями, благодаря особенностям формы корпуса и конструкции главного двигателя имеют весьма ограниченный резерв мощности, так как у них винтовая и ограничительная характеристики располагаются близко друг к другу. Поэтому разгон таких судов требует особой предусмотрительности от обслуживающего персонала, и завод-изготовитель дизелей рекомендует осуществлять не менее чем пятиступенчатый разгон таких судов.
Особенности работы главного двигателя при циркуляции судна
Гребные винты судна с двухвальной установкой работают в косом потоке воды, причем наружный винт нагружается меньше, а внутренний больше. Таким образом, с дизелей при повороте судна снимается неодинаковая мощность. В этих условиях дизели с предельными регуляторами сбрасывают частоты вращения — внутренний больше, а наружный меньше. При этом моменты на валах меняются незначительно, а так как топливоподача фиксирована, то дизели с такими регуляторами не могут получить перегрузки ни по крутящему моменту, ни по Ре. На дизелях со всережимными регуляторами изменение моментов на винтах вызывает изменение частоты вращения, а регулятор стремится компенсировать это изменением топливоподачи; при этом может произойти некоторая перегрузка дизеля по Рте. Эта перегрузка зависит от угла перекладки руля и скорости судна. При больших скоростях и углах перекладки руля перегрузка внутреннего дизеля может доходить до 25—30%.
Работа главного двигателя при переходе с глубокой воды на мелководье
При переходе судна с глубокой воды на мелководье или при входе в канал, ширина которого невелика, в большом диапазоне скоростей изменяется сопротивление движению судна, а следовательно, и нагрузка на главный двигатель по моменту возрастает из-за повышения сопротивления трения и волнового сопротивления в 2 раза, а в отдельных случаях и в 3 раза; поэтому при переходе судна на мелководье рекомендуется снижать частоту вращения главного двигателя. Если глубина под килем не превышает пятикратной осадки судна, следует двигаться только малым ходом (в этом случае сопротивление на мелководье примерно равно сопротивлению на глубокой воде). Глубокой водой, на которой возможно движение с любыми скоростями, с достаточной для практики точностью принято считать воду, в 15 раз превышающую по глубине осадку судна.
Отвечая на данный вопрос, необходимо сделать весьма существенную оговорку: при некотором соотношении скорости судна и глубины воды сопротивление на мелководье становится меньше сопротивления на глубокой воде, и, казалось бы, на мелководье выгодно плавать с большими скоростями. Однако данным обстоятельством воспользоваться практически невозможно, так как возникающее при этом волнообразование вызывает размыв берегов, повреждения судов, стоящих у стенок, береговых сооружений и т. д.
Работа главного двигателя при плавании судна в штормовых условиях
В штормовых условиях на некоторых курсах возрастает сопротивление воздуха корпусу движущегося судна, а наличие волн создает условия для работы винта, аналогичные его работе при циркуляции судна, т. е. условия косого потока воды. При качке увеличивается тормозящее действие пера руля, которое периодически выводится из диаметральной плоскости судна для удержания его на заданном курсе. Эти явления приводят к частым изменениям крутящего момента винта. При суммировании всех факторов в условиях семибальной штормовой погоды он может возрастать на 40—50 %, а это приведет к заметной перегрузке главного двигателя. Поэтому в штормовую погоду (особенно при встречном ветре и килевой качке) приходится снижать частоту вращения дизеля. Характер падения скорости хода судна в зависимости от направления его движения по отношению к ветру и волне показан на рис.120
Рис. 120 Характер изменения сопротивления и частоты вращения винта в штормовых условиях.
При качке судна не весь упор, создаваемый винтом, используется на сообщение хода судну. Работа винта ухудшается из-за непрерывного изменения гидростатического сопротивления столба воды, характеризуемого высотой Н. (Рис.121) Из-за этого меняется сопротивление на винте и следовательно и частота его вращения.
Рис.121Работа винта при качке:
а- при увеличенном сопротивлении; б-при уменьшенном сопротивлении
Из этого следует, что плавание в штормовую погоду характеризуется возрастанием момента винта. А это в свою очередь требует ограничения нагрузки двигателя. Для обеспечения надежной работы двигателя в штормовых условиях необходимо снижение частоты его вращения.
Работа главного двигателя при изменении направления движения судна
С точки зрения нагрузок на главный двигатель конструкция реверсивного устройства дизеля принципиального значения не имеет. Дело в том, что после отключения коленчатого вала дизеля от валопровода (у дизелей с реверсивной муфтой) или после остановки реверсивного двигателя судно продолжает некоторое время двигаться по инерции в прежнем направлении, поэтому винт под действием набегающего потока воды вращается подобно колесу гидравлической турбины. Направление вращения прежнее, и после реверсирования дизель должен преодолеть отрицательный (турбинный) момент винта. Значение этого момента тем больше, чем больше скорость судна, диаметр винта и масса вращающегося валопровода. Преодоление такого момента может вызвать перегрузку главного двигателя причем перегрузка по моменту возможна уже при сравнительно небольшой частоте вращения — (0,3—0,4) nном. Поэтому, если не спешить с реверсированием и дождаться остановки судна, перегрузка дизеля по крутящему моменту исключается.
Работа главного двигателя при буксировке
Работа главного двигателя при буксировке другого судна характеризуется тем, что в этом случае приходится преодолевать большее сопротивление, чем при свободном ходе судна. Вследствие возрастания упора на винт буксирующего судна при той же частоте вращения вала КПД винта уменьшается. Крайние значения в этой ситуации: движение без воза (полезная тяга равна сопротивлению воды корпусу судна); работа на швартовах (момент винта достигает максимума). Все промежуточные значения соответствуют различным по величине возам, а винтовые характеристики располагаются в зависимости от величины воза веерообразно, пересекаясь при различных значениях частоты вращения с заградительными характеристиками. Поэтому наибольшая допустимая скорость буксирующего теплохода определяется точкой пересечения винтовой характеристики с характеристикой максимальной мощности (чем больше величина воза, тем круче винтовая характеристика).
Работа двигателя с выключенными цилиндрами.
В практике эксплуатации судовых дизелей иногда возникает необходимость выключить один или несколько цилиндров из-за невозможности остановить двигатель (проход узкостями, опасных в навигационном отношении мест и т. д.) Обычно это происходит из-за выхода из строя узлов и деталей топливоподающей системы (форсунки, ТНВД, разрыв трубопровода высокого давления) В этом случае эффективная мощность дизеля уменьшается на величину индикаторной мощности отключенного цилиндра.
Рис. 122 Изменение мощности главного дизеля при отключении цилиндра:
I-внешняя характеристика;II-ограничительная и винтовая характеристика при отключенном цилиндре;III-номинальная винтовая характеристика
В реальных условиях дизель с отключенными цилиндрами продолжает работать на прежний винт. Но так как в этом случае характеристики гребного винта и корпуса не изменились, то частота вращения винта должна уменьшиться до значения, характеризуемого точкой 2 по эксплуатационной винтовой характеристике.Таким образом, дизель получит новую внешнюю характеристику.
Ограничитель регулятора оборотов, стремясь поддержать заданную частоту вращения, будет увеличивать цикловую подачу топлива в работающие цилиндры, что может привести к их перегрузке.
Рекомендации:
- на работающем дизельгенераторе после отключения цилиндра необходимо уменьшить нагрузку путем отключения части потребителей электроэнергии, а на главном двигателе, работающем с непосредственной передачей на винт, перерегулировать всережимный регулятор на новую частоту вращения или поставить его на упор, перейдя на ручное управление.
- на дизелях с газотурбинным наддувом выключение цилиндра может привести к помпажу газотурбонагнетателя. В этом случае необходимо снизить частоту вращения коленчатого вала или стравливать воздух из воздушного ресивера через специальный клапан до тех пор, пока помпаж не прекратиться.
- выключенный из работы цилиндр нужно охлаждать и смазывать. Однако количество подаваемой воды и смазки необходимо уменьшить.
2.2.22. Основы технического обслуживания судовых дизелей
2.2.22. 1.Подготовка главного двигателя к работе.
Подготовка дизельной установки к действию является весьма ответственной операцией, которая требует хороших знаний устройства дизелей и инструкций по их обслуживанию. Неправильные действия могут привести к серьёзным авариям дизелей и обслуживающих их вспомогательных механизмов.
Подготовку к действию и пуск в ход дизельной установки выполняют в последовательности, предусмотренной инструкцией завода-изготовителя данного двигателя.
Рассмотрим порядок подготовки главного двигателя на примере малооборотного дизеля большой мощности с непосредственной передачей на винт фирмы «МАН, Бурмейстер и Вайн». После получения команды с мостика о подготовке силовой установки к определённому времени, вахтенный персонал должен выполнить следующие действия:
- тщательно осмотреть ГД снаружи. Убедиться, что открыты: индикаторные краны, клапаны продувания подпоршневых пространств, дренажные клапаны воздухоохладителей, газовых полостей турбонагнетателей, дренажные клапаны утилькотла (выхлопного тракта);
- проверить уровень охлаждающей пресной воды в расширительной цистерне, который должен составлять ¾ объёма цистерны; открыть соответствующие клапаны; включить циркуляционный насос пресной воды ГД, открыть пар на подогреватель и прогревать двигатель до температуры 50-55°С. Давление охлаждающей воды в системе 2,0÷3,0 кг/см²;
- проверить уровень масла в маслосточной цистерне главного двигателя, проверить открытие необходимых клапанов на системе и включить циркуляционный масляный насос. Давление масла для охлаждения поршней должно быть в пределах 3,0÷4,0 кг/см². Давление масла для смазки подшипников должно быть в пределах 2,0÷3,0 кг/см². Прогревать масло до температуры 40÷45 °С;
- проверить уровень масла в маслосточной цистерне системы циркуляционной смазки распределительного вала. Проверить открытие соответствующих клапанов на системе и включить масляный насос. Давление масла должно быть в пределах 2,5÷3,0 кг/см². Прогревать масло до температуры 40÷45 °С.
- проверить уровень топлива в отстойной и расходной цистернах и тщательно спустить отстой из этих цистерн. Поскольку современные судовые ГД работают на высоковязких мазутах 380 cst и выше, то в стояночном режиме топливоподкачивающий и циркуляционный топливные насосы работают постоянно. Необходимая температура топлива в системе поддерживается автоматически, в зависимости от заданной вязкости, и может достигать 145°С и выше. Давление топлива в системе должно быть в пределах 10-12 кг/см².
- подготовить воздушную систему ГД. Проверить по манометрам давление воздуха в пусковых баллонах и, в случае необходимости, подкачать воздух до требуемого давления (30 кг/см²) компрессором. Для удаления воды и масла, продуть баллоны пускового воздуха, открыть разобщительные клапаны от баллона пускового воздуха и продуть пусковой трубопровод. Проверить работу осушителя воздуха и продуть трубопроводы воздушных систем автоматики, контроля и защиты ГД;
- убедиться в отсутствии посторонних предметов на валопроводе. Проверить уровень масла в сточной цистерне системы циркуляционной смазки дейдвудного подшипника и включить масляный насос. Проверить уровень масла в компенсационных бачках носового и кормового уплотнений гребного вала (уплотнения типа «Симплекс-Компакт»);
- проверить уровень масла в опорном подшипнике гребного вала, при необходимости добавить масло до установленного уровня. Проверить и подготовить к работе систему охлаждения опорного подшипника;
- включить валоповоротное устройство и (по согласованию с мостиком) провернуть коленчатый вал двигателя на 2-3 оборота. Одновременно с проворачиванием коленчатого вала с помощью лубрикаторов подают смазку в рабочие цилиндры ГД. Индикаторные краны, при этом, должны быть открыты, чтобы можно было убедиться в отсутствии в рабочих цилиндрах воды, топлива и масла. После окончания проворачивания коленчатого вала выключить и надёжно застопорить валоповоротное устройство;
- открыть запорные клапаны пускового трубопровода на пути от баллонов к посту управления и к главному пусковому клапану.
2.2.22. 2. Проворачивание, пробные пуски и пуск в ход главного дизеля
Проворачивание и пробные пуски
При подготовке дизеля к работе необходимо провернуть его валоповоротным устройством на 2-3 оборота вала, а затем сжатым воздухом при открытых индикаторных кранах. Если дизель главный, то необходимо также произвести пробные пуски на топливе на передний и задний ход. При проворачива нии дизеля валоповоротным устройством или воздухом дизель и редуктор необходимо прокачивать смазочным маслом, а при пробных пусках также и охлаждающей водой.
Проворачивание и пробные пуски необходимо произ водить:
- в установках, не имеющих разобщительных муфт между дизелем и гребным винтом, - только с разрешения вахтенного помощника капитана;
- в установках, работающих на гребной винт через разоб щительную муфту - при отключенной муфте.
Проворачивание и пробные пуски главных дизель-генераторов производятся с ведома лица, ответственного за экс плуатацию электрооборудования.
Перед соединением валоповоротного устройства с ди зелем необходимо убедиться в том, что:
1. рычаг (штурвал) поста управления дизеля находится в положении "СТОП";
2. клапаны на пусковых баллонах и трубопроводе пус кового воздуха закрыты;
3. на постах управления вывешены таблички с надписью "Валоповоротное устройство соединено";
4. индикаторные (декомпрессионные) краны (клапаны) открыты.
При проворачивании дизеля валоповоротным устрой ством следует тщательно прослушивать дизель, редуктор, гид ромуфты. Убедиться в отсутствии в цилиндрах воды, масла, топлива. Во время проворачивания необходимо следить по по казаниям амперметра за нагрузкой электродвигателя валопово ротного устройства. При превышении предельного значения силы тока либо при резком ее колебании немедленно остано вить валоповоротное устройство и устранить неисправность дизеля либо валопровода. Категорически запрещается прово рачивание до выявления и устранения неисправностей.
Проворачивание дизеля сжатым воздухом необходимо производить при открытых индикаторных кранах (деком-прессионных клапанах), спускных кранах ресивера продувочно го воздуха и выпускного коллектора. Убедиться в том, что ди зель нормально набирает обороты, ротор турбокомпрессора вращается свободно и равномерно и при прослушивании нет ненормальных шумов.
Перед пробными пусками установки, работающей на винт регулируемого шага (ВРШ), необходимо лопасти винта установить в положение нулевого шага.
Пробные пуски дизеля на топливе следует произво дить при закрытых индикаторных и спускных кранах. При этом убедиться в исправности систем пуска и реверса, работе всех цилиндров, отсутствии посторонних шумов и стуков, поступ лении масла к подшипникам турбокомпрессоров.
В установках с дистанционным управлением главными дизелями необходимо пробные пуски произвести со всех постов управления (из ЦПУ, с мостика), убедиться в правильности дей ствия системы дистанционного управления.
Если по условиям стоянки судна нельзя произвести пробные пуски главного дизеля на топливе, то такой дизель до пускается к работе, но при этом капитан обязан принять все необходимые меры предосторожности на случай невозможности пуска или реверсирования дизеля, а в машинном журнале должна быть сделана специальная запись.
После окончания подготовки дизеля к пуску следует поддерживать давление и температуру воды, смазочного охлаждающего масла, давление пускового воздуха в баллонах в пределах, рекомендуемых инструкцией по эксплуатации.
Если подготовленный двигатель не вводится в рабе длительное время и должен находиться в состоянии постояннс готовности, необходимо каждый час по согласованию с вахтенным помощником капитана проворачивать двигатель валоповоротным устройством с открытыми индикаторными кранами.
Пуск дизеля в ход.
Операции по пуску дизеля должны выполняться в последовательности, предусмотренной заводской инструкцией по эксплуатации. Во всех случаях, где это технически возможно пуск дизеля должен осуществляться без нагрузки.
При вводе в действие главных дизелей за 5-20 мин. до дачи хода (в зависимости от типа установки) с ходового ме тика в машинное отделение должно быть передано соответствующее предупреждение. За это время должны быть выполненыны окончательные операции по подготовке установки к действию: запущены дизели, работающие на винт через разобщительные устройства, выполнены необходимые переключения системах. О готовности установки к даче хода вахтенный механик докладывает на мостик установленным на судне способом
После запуска следует избегать длительной работы дизеля на холостом ходу и самой малой нагрузке, так как это приводит к повышенным отложениям загрязнений в цилиндрах проточных частях дизеля.
После пуска дизеля необходимо проверить показания всех контрольно-измерительных приборов, обратив oco6 внимание на давление смазочного масла, охлаждающих сред топлива. Убедиться в отсутствии ненормальных шумов, и вибрации. Проверить работу лубрикаторов смазки цилиндров
При наличии системы автоматизированного запуск дизель-генераторов необходимо периодически контролировать состояние дизеля, находящегося в горячем резерве. При автоматическом запуске дизеля следует установить причину запуска проверить значения контролируемых параметров имеющими средствами. После исчезновения надобности в работе резервного дизель-генератора его следует остановить и вновь ввести в горячий резерв.
Необходимо обеспечивать постоянную готовность к запуску дизельных приводов аварийных агрегатов и спаса- тельных средств. Проверка готовности аварийных дизель-генераторов, двигателей спасательных и дежурных шлюпок должна осуществляться еженедельно. Проверка работоспособ ности и готовности к запуску двигателей аварийных пожарных насосов и других аварийных агрегатов должна производиться механиком по заведованию не реже одного раза в месяц. Запись о проверке аварийных агрегатов заносится в машинный журнал.
Рекомендации:
- при пуске недостаточно прогретого дизеля минимально устой чивые частоты вращения всегда выше, нежели у прогретой маши ны. Изменения теплового состояния камеры сгорания носят харак тер скачка и приводят к температурным напряжениям поверхност ного слоя, что в определенных условиях приводит к появлению микротрещин, а в дальнейшем — к повреждениям. Поэтому пред варительный прогрев дизеля облегчает процесс пуска, надежную работу на маневрах и исключает повреждения и возникновение интенсивных взносов деталей ЦПГ, сокращает время вывода дви гателя на режим полного хода.
Главный дизель после пуска или окончания маневров необходимо вводить в режим эксплуатационной нагрузки в те чение времени, указанного в заводской инструкции по эксплуа тации либо установленного судовладельцем. Запрещается со кращать время ввода дизеля в режим, за исключением случаев, связанных с угрозой человеческой жизни или безопасности судна. На судах, оборудованных системой ДАУ главными дви гателями, установленная программа ввода дизелей в режим должна периодически проверяться.
Повышение нагрузки дизеля должно производиться по возможности плавно путем ступенчатого увеличения подачи топлива с выдержкой времени на каждой ступени. Величина приращения подачи топлива снижается по мере приближения нагрузки к полной, а время выдержки соответственно увеличи вается. При отсутствии указаний завода-изготовителя реко мендуется следующий порядок вывода прогретого главного ди зеля на режим:
- быстрый наброс нагрузки после окончания маневров до пускается до величины цикловой подачи топлива (указателя нагрузки) не более 50 % от номинала;
- дальнейшее увеличение нагрузки производится ступенями: 8-12 ступеней продолжительностью 1-4 минуты каждая. Число ступеней и их продолжительность увеличивается с увеличением размерности дизеля.
Вспомогательные дизель-генераторы, не находящиеся в "горячем резерве", следует вводить под нагрузку после прогре ва в течение 3-5 минут на холостом ходу.
При вводе дизеля в режим необходимо особое внима ние уделять контролю температуры выпускных газов, охлаж дающей воды (масла) и смазочного масла, не допуская резкого изменения температуры и выхода ее за предельные значения.
Эксплуатационный режим длительной работы главного дизеля (мощность и частота вращения) назначается старшим механиком по согласованию с капитаном с учетом реальных условий плавания. При этом не допускается выбор режима, вы ходящего за пределы ограничительных характеристик, устано вленных заводом-изготовителем дизеля или судовладельцем.
При выборе эксплуатационного режима необходимо следить за тем, чтобы значения среднего индикаторного давле ния (цикловой подачи топлива) и максимального давления га зов в цилиндрах во всех случаях не превышали номинальных значений. Температура выпускных газов не должна превышать предельного значения, указанного в инструкции по эксплуата ции, а частота вращения -103 % от номинальной величины.
Для приближенного суждения о нагрузке дизеля (до выпол нения индицирования и при отсутствии торзиометра) должны использоваться шкалы топливного рычага пульта управления, указателя нагрузки, положения выходного вала регулятора или реек топливных насосов, а также температура выпускных га зов. Не допускается установка длительного режима только по частоте вращения без контроля указанных параметров.
При значительном снижении частоты вращения дизеля, вызванном увеличением сопротивления движению судна или повреждением гребного винта, необходимо уменьшить среднее индикаторное давление (подачу топлива) в соответствии со ско ростной ограничительной характеристикой.
При наличии системы ДАУ и управлении главным дви гателем с мостика в случае появления сигнала "Перегрузка" вахтенный помощник капитана обязан принять меры для устранения перегрузки, в частности, уменьшить частоту враще ния или шаг винта, и сообщить об этом вахтенному механику.
В установках с двумя или более главными дизелями, работающими на общий гребной винт, нагрузка между дизеля ми должна распределяться равномерно.
Необходимо следить за тем, чтобы работали все ци линдры. Если заданная частота вращения поддерживается всережимным регулятором, самопроизвольное отключение ци линдра опасно, так как приводит к перегрузке работающих ци линдров.
2.2.22.3. Обслуживание главного дизеля во время работы
Во время работы необходимо производить обход дизеля и проверять состояние всех доступных для осмотра узлов и дета лей, а также проверять наощупь температуру закрытий движу щихся деталей.
При повышении температуры подшипников или других трущихся узлов следует установить усиленное наблюдение за изменением их температуры, уменьшить нагрузку на цилиндр, подшипники которого имеют повышенную температуру, либо снизить общую нагрузку дизеля, одновременно увеличивая по дачу масла имеющимися средствами. Если температура тру щихся узлов продолжает повышаться, остановить дизель для установления и устранения причины нагрева. После остановки дизель проворачивать валоповоротным устройством, продол жая прокачивать его маслом до охлаждения узла.
Необходимо прислушиваться ко всем шумам, стукам и следить за вибрацией дизеля, турбокомпрессора, редуктора, валопровода, корпуса судна. При появлении ненормальных шумов, стуков или повышенной вибрации принять меры к вы явлению причин и их устранению. При необходимости умень шить частоту вращения или остановить дизель.
Необходимо следить за исправной работой автоном ных и навешенных на дизель вспомогательных механизмов, а также за надежностью креплений трубопроводов, своевременно
устраняя вибрацию труб и не допуская утечек через неплот ности их соединений.
Следует периодически наблюдать цвет выпускных га зов. Бесцветная или светло-серая их окраска свидетельствует о хорошем сгорании.
Необходимо периодически брать пробы отработавшего масла из подпоршневых полостей или продувочного ресивера, где это возможно. При повышении содержания железа в масле, что свидетельствует о появлении интенсивного износа цилиндро-поршневой группы, снизить нагрузку на дизель (цилиндр) и увеличить подачу цилиндрового масла. Если это не приведет к снижению скорости износа, выключить цилиндр или остановить двигатель. При первой возможности осмотреть цилиндр и при нять меры к устранению неисправности.
В случае появления сигнала детектора масляного тума на или густого белого тумана из сигнальной (вентиляционной) трубы картера необходимо повторно проверить срабатывание детектора в соответствии с указаниями инструкции по эксплуа тации. При повторном появлении сигнала детектора масляного тумана остановить дизель, не отключая насосы смазки и охлаждения. Лицам, находящимся в машинном отделении, принять меры, обеспечивающие безопасность в случае взрыва в картере, подготовить средства пожаротушения. После исчезно вения признаков опасной концентрации масляного тумана, но не раньше, чем через 20 минут после остановки дизеля, выклю чить масляный насос и открыть щиты картера для определения причин образования масляного тумана.
Помимо систематического контроля рабочих пара метров дизеля, необходимо периоди чески осуществлять углубленный контроль с применением специализированных приборов (индикаторов, максиметров, торзиометров, расходомеров, диагностической аппаратуры).
Индицирование дизеля (где это технически возможно) должно производиться:
.1. периодически, но не реже одного раза в месяц;
.2. при обнаружении ненормальностей в работе отдельных цилиндров;
.3. после регулировки или замены топливных насосов, фор сунок, ремонта или замены узлов цилиндро-поршневой группы;
.4. после перехода на другой сорт топлива; 5. при значительном изменении осадки судна, резком уве личении сопротивления движению судна (при обрастании или повреждении корпуса, при буксировке и др.), повреждении гребного винта.
Индикаторные диаграммы должны сниматься при установившемся режиме дизеля. Если имеется техническая возможность, во время индицирования главного дизеля органы, управляющие подачей топлива в цилиндры, должны быть не подвижны (выставлены на упор). Шаг винта регулируемого шага должен оставаться постоянным. В этом случае при съемке диаграмм допускается колебание частоты вращения вала, вы званное качкой или волнением, не более 2,5 % среднего значе ния. При индицировании дизеля, управляемого через однорежимный или всережимный регулятор, необходимо следить за устойчивостью нагрузки по индексам топливных насосов или положению других органов, управляющих цикловой подачей топлива.
Проверку равномерности распределения нагрузки по Цилиндрам следует производить:
1. по среднему индикаторному давлению, если дизель оборудован индикаторными кранами и имеются средства для измерения среднего индикаторного давления (механический другой индикатор);
2. по максимальному давлению в цилиндрах и температуре выпускных газов за цилиндрами, если имеются индикаторные краны, но нет средств для измерения среднего индикаторного давления;
3. по температуре выпускных газов за цилиндрами и падению частоты вращения вала при поочередном отключении цилиндров, если нет индикаторных кранов.
В случае отклонения параметров рабочего процесса удельного расхода топлива за пределы, указанные в инструкции по эксплуатации, должны быть выяснены причины и необходимости произведена регулировка дизеля.
Необходимо следить за уровнем топлива в расходной цистерне; своевременно пополняя ее. В штормовую погоду сл дует расходовать не более 2/3 емкости расходной цистерны и перейти на прием топлива через верхний (штормовой) клапан, если он имеется. Периодически спускать отстой из отстойных и расходных цистерн.
Топливный трубопровод низкого и высокого давле ния должен находиться под особым наблюдением. Пропуски топлива, обнаруженные в трубах, соединениях, арматуре, должны немедленно устраняться.
При увеличении перепада давления топлива до и после фильтра сверх установленного инструкцией по эксплуатации следует переключить систему на резервный фильтр. При резком уменьшении перепада давления заменить фильтрующий эле мент. Работа дизеля с неисправными топливными фильтрами запрещается.
На дизелях, работающих без подогрева топлива, следу ет периодически проверять наощупь температуру топливных насосов и трубок форсунок. Повышенный нагрев насоса или трубки при одновременном увеличении пульсации топлива в трубке указывают на засорение сопел или щелевого фильтра форсунки и на необходимость ее замены. Замена форсунок при вращающемся вале дизеля категорически запрещается.
Необходимо следить за работой игл форсунок с по мощью контрольных щупов или путем ощупывания топливных трубок форсунок. Отсутствие толчков щупа и ослабление пуль сации в трубке указывает на зависание иглы форсунки. В этом случае форсунку необходимо заменить или отключить подачу топлива в соответствующий цилиндр.
Перевод дизеля с маловязкого топлива на высоковязкое топливо (или наоборот) следует производить постепенно, не допуская резкого изменения температуры деталей топливной аппаратуры. Темп изменения температуры топлива перед топ ливными насосами дизеля в процессе перехода не должен пре вышать 2°С в минуту.
Подогретое топливо должно подаваться к топливным насосам дизеля под давлением, исключающим возможность его вскипания при всасывании.
Следует постоянно поддерживать установленное изго товителем или судовладельцем давление и температуру масла в системах смазки дизеля, турбокомпрессора, редуктора, гидро муфты, подшипников валопровода, а также контролировать количество подаваемого масла к отдельным узлам через цент ральные маслораспределители с помощью имеющихся уст ройств.
При внезапном падении давления или чрезмерном по вышении температуры масла в циркуляционной системе дизель необходимо остановить для выяснения и устранения причин неисправности.
Не реже одного раза в час следует контролировать уро вень масла в картере, сточных и напорных цистернах дизелей, турбокомпрессоров, передач (редуктора, гидромуфт и т.д.), лубрикаторов, подшипников валопровода и при необходимости добавлять масло. При наличии автоматической сигнализации по уровню масла периодичность контроля может быть изменена старшим механиком.
Периодически (не реже одного раза в месяц) следует проверять часовой и удельный расход цилиндрового масла и распределение его по точкам смазки. При необходимости отрегулировать лубрикаторы в соответствии с указаниями инструции. Недостаточная или чрезмерно избыточная подача масла цилиндры дизеля недопустима. Лубрикаторы цилиндровой смазки должны быть отрегулированы так, чтобы удельный расход масла, отнесенный к фактической мощности на эксплуатационном режиме работы дизеля был не меньше удельного расхода, указанного в инструкции завода-изготовителя судовладельца для номинального режима.
Необходимо периодически подавать смазку к узлам смазываемым вручную, пополнять колпачковые и пресмасленки, быть уверенным, что масло поступает к смазываем поверхностям.
Необходимо периодически выпускать воздух из масленных полостей маслоохладителей, фильтров.
Давление циркуляционного масла должно поддерживаться выше давления охлаждающей воды в маслоохладителе.
При увеличении перепада давления до и после филы сверх установленного инструкцией по эксплуатации необходим переключить систему на резервный фильтр. Периодически - раз за вахту контролировать работу автоматических устройс очистки фильтров. При резком уменьшении перепада давления следует заменить фильтрующий элемент. При очистке масляных фильтров обращать особое внимание на наличие в шламе металлических частиц и блесток, свидетельствующих о псвышенном износе или повреждении узлов дизеля. По мере необходимости производить очистку магнитных фильтров и гидрореактивных маслоочистителей. Работа дизеля с неисправными масляными фильтрами запрещается.
Во время работы дизеля циркуляционное масло должно периодически или непрерывно очищаться
сепаратором (фильтрами). Сепарация масел, содержащих присадки, должно осуществляться без промывки водой и при температуре подогрева не более 90°С (верхний предел предпочтителен для масел высокими моющими свойствами). Сепарацию масел без присадок рекомендуется осуществлять с промывкой водой при температуре подогрева не более 75°С.
Необходимо контролировать отсутствие воды в сточных цистернах смазочного масла турбокомпрессоров. При
наличии воды принять меры к ее удалению, выяснить и устранить причину попадания воды.
Следует постоянно поддерживать заданные инструк цией по эксплуатации давление и температуру охлаждающей воды (масла, топлива) в системах охлаждения дизеля и турбо компрессоров наддува.
Необходимо следить за разностью температур охлаж дающей воды (масла) на выходе и входе отдельных цилиндров и поршней. Изменение этой разности на установившемся режиме работы свидетельствует о наличии неисправностей, о необхо димости выявления причины и принятия мер по ее устранению. Если температура охлаждающей воды (масла) на выходе из ка кого-либо цилиндра (поршня) выше или ниже нормальной и привести ее в норму не удается, необходимо до устранения не исправности уменьшить или выключить подачу топлива в ука занный цилиндр.
При внезапном падении давления или чрезмерном по вышении температуры охлаждающей воды необходимо умень шить нагрузку дизеля и перейти на охлаждение резервным на сосом. Если после этого давление и температура воды не до стигнут нормальных значений,- остановить дизель, продолжая прокачивать его водой и маслом. При упуске воды из системы охлаждения необходимо остановить дизель и сразу начать его проворачивать с одновременной прокачкой маслом. Категори чески запрещается заполнять систему охлаждения водой до тех пор пока дизель не остынет.
Необходимо поддерживать давление охлаждающей пресной воды (масла или топлива) выше давления забортной воды во избежание подсаливания пресной воды (обводнения масла или топлива).
Температуру забортной воды, поступающей к воздухо охладителям, рекомендуется поддерживать не ниже 20°С, если отсутствуют специальные устройства для постоянного удаления конденсата из системы воздухоснабжения дизеля.
Необходимо следить за сливом охлаждающей жид кости из поршней каждого цилиндра. При прекращении потока Двигатель немедленно остановить для устранения неисправ ности. При охлаждении поршней водой следует вести тщатель ное наблюдение за герметичностью труб и соединений и за от сутствием воды в циркуляционном масле. При обнаружении воды в масле принять немедленные меры к устранению неис правности, а масло отсепарировать или заменить.
Необходимо следить за отводом воздуха (паров) из си стемы охлаждения. Резкие колебания стрелки манометра указы вают на наличие воздуха либо попадание газов из цилиндров в систему охлаждения.
Следует периодически, не реже одного раза за вахту, проверять уровень охлаждающей жидкости в расширительных и сточных цистернах. При быстром падении уровня должны быть приняты меры по устранению утечки.
Периодически, но не реже одного раза в месяц, а также после добавления или замены воды следует отбирать пробы охлаждающей воды замкнутого контура дизеля для определе ния ее качества и наличия специальной присадки. При необ ходимости качество воды должно корректироваться заменой воды или вводом присадки, рекомендованной заводом-изготовителем или судовладельцем.
Необходимо периодически (раз за вахту) проверять, не попадает ли топливо в охлаждающую форсунки воду.
После пуска дизеля, а затем периодически, необходимо проверять наощупь температуру труб, подводящих пусковой воздух к цилиндрам. Повышенный нагрев трубы свидетельству ет о пропуске газов через пусковой клапан. При невозможности остановки дизеля и устранения неисправности следует отклю чить подачу топлива на цилиндр.
Необходимо следить за температурой воздуха после воздухоохладителей, поддерживая ее на 3-4°С выше точки росы водяных паров, если система наддува не оборудована сепара тором для непрерывного удаления выпадающей из воздуха влаги
При пусках дизеля, маневрировании и при работе на малых нагрузках следует уменьшить расход забортной воды на воздухоохладители, не перекрывая ее полностью во избежание засоления воздухоохладителя.
При увеличении перепада давления на фильтрах тур бокомпрессоров и на воздухоохладителях сверх нормы необхо димо произвести их очистку при первой очередной остановке дизеля.
Следует периодически или постоянно продувать воз душные полости воздухоохладителей, ресивера и подпоршневые полости. Периодичность продувки устанавливается вахтен ным механиком в зависимости от наличия шлама и воды.
Если турбокомпрессоры оборудованы системой смывки, необходимо систематически промывать компрессор турбину согласно инструкции по эксплуатации.
При возникновении помпажа турбокомпрессор (шум, хлопки, гудение) необходимо снизить частоту
вращения дизеля до его прекращения. Если это окажется недостаточно - снизить давление воздуха в ресивере продувочного воздуха открытием предохранительного клапана или вывинчиванием пробки на нагнетательном патрубке турбокомпрессора и при первой возможности выяснить и устранить причину помпажа.
Эксплуатационные мероприятия. позволяющие экономить топливо.
- выбор оптимального дифферента и загрузки судна, поддержание чистоты корпуса;
- определение оптимальных режимов работы двигателей и котлов;
- учет благоприятных течений и ветра;
-поддержание оптимального температурного режима в системах охлаждения и смазки двигателей;
- проведение своевременного технического обслуживания механизмов МКО;
- применение водотопливных эмульсий (ВТЭ) и гидродинамической обработки топлива (экономия достигается за счет улучшения сгорания топлива)
- применение присадок, повышающих качества топлива;
- своевременная проверка и регулировка топливной аппаратуры.
2.2.22. 4.Остановка и вывод главного дизеля из работы.
После окончания маневров, остановки ГД и получения с мостика команды «Отбой» управление главным двигателем передают с мостика в центральный пост управления (ЦПУ), в машинном помещении. Останавливают вспомогательные электровоздуходувки. Затем закрывают клапаны на главных пусковых баллонах, запорный клапан перед главным маневренным клапаном и стравливают воздух из пускового трубопровода. Останавливают насос охлаждающей забортной воды и дают возможность двигателю равномерно охлаждаться до температуры 50÷55°С при работающем насосе замкнутой системы охлаждения пресной воды.
В случае необходимости, открывают пар на подогреватель для поддержания температуры охлаждающей пресной воды в пределах 50-55 °С.
Во избежание образования нагара на стенках полостей охлаждения поршней и для обеспечения равномерного охлаждения двигателя дизель продолжают прокачивать маслом. Работу масляной системы прекращают, когда температура масла на выходе из двигателя понизится до 35-40 °С.
Открывают индикаторные краны, включают валоповортное устройство и проворачивают коленчатый вал двигателя в течении 20-30 мин. При проворачивании нужно хорошо смазать цилиндры двигателя цилиндровой смазкой. Затем валоповоротное устройство отключают. Открывают дренажные краны ресиверов, газовых полостей газотурбонагнетателей и выхлопного тракта ГД.
Главный двигатель будет находиться в готовности, в соответствии с командой, поступившей с мостика.
Остановить топливоподкачивающий насос, оставив в работе циркуляционный топливный насос для поддержания необходимой температуры тяжёлого топлива в системе. Пополнить топливом отстойные и расходные цистерны.
Во время стоянки необходимо ежесуточно проворачивать коленчатый вал двигателя валоповоротным устройством на несколько оборотов при включённых насосах масляных систем и подаче цилиндровой смазки в рабочие цилиндры.
2.2.22. 5.Обслуживание дизеля во время стоянки
Во время стоянки необходимо периодически провора чивать коленчатый вал на несколько оборотов валоповоротным устройством при одновременной подаче масла к узлам трения с помощью автономного насоса и проворачиванием лубрикато ров цилиндров вручную. Каждый раз после проворачивая ко ленчатый вал устанавливать в положение, отличающееся от предыдущего. Если дизель остановлен на длительное время, то после его проворачивания индикаторные краны следует за крыть.
При выводе судна из эксплуатации на длительный срок дизели должны быть законсервированы в соответствии с инструкцией по консервации.
2.2.22. 6. Неисправности в работе судовых дизелей.
В период эксплуатации дизеля выявляются неисправности его отдельных узлов и агрегатов. Большинство неисправностей возникают вследствие нарушения правил технического ухода за дизелем. Своевременно замеченные неполадки во многих случаях могут быть легко устранены силами обслуживающего персонала. Однако при невнимательном наблюдении за дизелем неисправности приводят к серьезному ухудшению его работы или даже к аварии. Для своевременного обнаружения неисправностей внимательно наблюдают за показаниями измерительных приборов — манометров, термометров, тахометров и др. Всякую обнаруженную неисправность немедленно устраняют. Если для этого требуется остановить дизель, а по условиям работы это сделать нельзя, принимают соответствующие меры, чтобы неисправность не вызвала аварии, и ликвидируют ее при первой остановке дизеля. До устранения неисправности точно устанавливают ее причины и только после этого производят работы. Правильное их определение и устранение зависит от квалификации вахтенной команды.
Возможные неисправности в работе дизелей, причины и способы их устранения вследствие большого разнообразия типов и конструкций дизелей сложно учесть. Характерные неисправности в работе судовых дизелей приведены в приложении1 (Табл3)
2.2.22.7. Нефтяные операции
Бункеровка
Бункеровка судов — это заправка судов топливом, а также моторными маслами для обеспечения движения и других потребностей судна. Существует несколько способов бункеровки: с причала с автоцистерны, с бункеровщика на судно на якоре, с бункеровщика на судно на ходу или в дрейфе. Бункеровка судов может осуществляться как на территории портов, так и вне их границ.
Процесс бункеровки можно разделить на два этапа: подготовительный и основной.
На подготовительном этапе в первую очередь осуществляется:
- инструктаж членов экипажа, принимающих участие в бункеровочных операциях : ознакомление со своими обязанностями по бункеровке, а так же с местонахождением и положением переливных и воздушных труб, переливных танков, мерительных труб, индикаторов уровня и способов остановки потока топлива или нефтесодержащих вод в аварийных случаях;
- формируется предварительные грузовой и балластный планы, основная задача которых состоит в обеспечении оптимального распределения заданного количества груза, т.е. различных видов топлива для заправки судов, и балласта по соответствующим отсекам с учетом требований к остойчивости судна, характеристикам прочности и ходкости в различных погодных условиях. При этом, кроме типа (мазут, дизельное топливо и т.п.) и количества выдаваемого/принимаемого груза, необходимо учитывать целый ряд факторов, влияющих на качество процесса бункеровки, а именно: погодные условия (силу ветра, бальность волнения, силу и направление подводных течений), наличие свободной поверхности и температурное расширение груза в танках, возраст корпуса судна и др. Ошибки и неточности, допущенные при формировании предварительного грузового плана, могут приводить к опрокидыванию судна, а также к повреждению или разрушению основных конструкций корпуса, и, как следствие, к значительному экологическому загрязнению, финансовым потерям и человеческим жертвам . Кроме грузового и балластного планов, формируется предварительная схема выгрузки/загрузки танков, которая определяет очередность их обработки и нормы выдачи/приема груза. Помимо факторов, которые влияют на выбор предварительного грузового плана, необходимо также учитывать производительность насосов (как грузовых, так и балластных) и пропускную способность трубопроводов, уточняется последовательность заполнения цистерн, проверяется исправность сигнальных устройств, переливных, воздушных и мерительных труб. На промежуточных этапах грузовых операций большой крен (статический или динамический) может привести к потере судном остойчивости и его опрокидыванию, разрыву грузового шланга;
- на месте шланговки организуется пожарный пост с первичными средствами пожаротушения (огнетушитель, покрывало для тушения пламени, ящик с песком, лопата) и проложена пожарная линия с пенным стволом. Необходимо установить знаки «Курение запрещено» и «Проход запрещён». В темное время суток должно обеспечиваться достаточное освещение
- в местах присоединения шлангов, под арматурой, вокруг воздушных труб установить поддоны для сбора возможных протечек, заглушить все палубные шпигаты, через которые нефтепродукты могут попасть в воду, готовят ветош, опилки (сорбирующие материалы)
- от каждой партии топлива или масла должна быть отобрана проба (опломбированная бункеровщиком с указанием температуры топлива или масла, даты бункеровки, названия бункеровщика), которая храниться на судне в течении всего срока использования этой партии. (Ответственный – старший механик судна)
- ответственным лицом за бункеровку согласовывается с бункеровщиком рабочее давление бункеровки.
Второй этап включает непосредственно процесс бункеровки.
Передача топлива обычно осуществляется закрытым способом. При бункеровке закрытым способом фланцы грузового шланга жестко прикрепляются к приемнику грузовой магистрали бункеровщика и к палубному приемнику бункеруемого судна. Давление в системе трубопроводов создается грузовыми насосами танкера при выдаче груза и береговыми насосами при приеме груза. Распределение потоков бункера осуществляется при помощи грузовых клинкетов — запорных устройств грузовых трубопроводов с дисковыми затворами . Открытый способ бункеровки используется только в случае приема груза у причальной стенки терминала, при этом грузовой шланг опускают в танк через открытую горловину. Обычно этот метод применяется в зимний период при погрузке дизельного топлива, когда низкая температура вызывает затвердевание груза и куски парафина не позволяют пускать поток груза через счетчик палубного приемника, например, счетчик барабанного типа.
В начальный период бункеровки подача топлива (масла) должна быть минимальной с тем, чтобы можно было прекратить приём при обнаружении неисправностей. Только убедившись, что топливо (масло) поступает в цистерны, намеченные для заполнения, а также в отсутствии протечек в соединениях шлангов, можно увеличивать подачу до номинального значения.
При достижении номинальной производительности бункеровки убедиться, что давление на входе в судовой трубопровод (а следовательно, давление в шлангах) не превышает рабочего давления.
Во время приёма топлива (масла), постоянно осуществлять контроль за заполнением цистерн. Перед окончанием заполнения должен быть подан сигнал на бункеровщик о снижении подачи, а затем и её прекращении. Ёмкости не должны заполняться более чем на 95 % их объема.
Клапаны на приёмных трубопроводах судна нельзя закрывать до тех пор, пока не будет прекращена подача топлива (масла) с бункеровщика. Лицо, ответственное за бункеровку должно лично убедиться в прекращении подачи.
После окончания заполнения и перекрытия клапанов (через 10 – 15 мин) следует проверить уровень топлива (масла) в цистерне. Повышение уровня означает, что в цистерну продолжает поступать топливо (масло), поэтому необходимо предпринять соответствующие меры для предотвращения перелива топлива.
Если в процессе бункеровки имели место протечки и на палубе образовались нефтяные пятна, очистку палубы производить только впитывающими (сорбирующие нефтепродукты) материалами. Смыв с палубы за борт категорически запрещён.
Перед окончанием приёма топлива (масла) необходимо уменьшить интенсивность подачи, о чём следует заранее предупредить персонал бункеровщика.
После окончания приёма топлива (масла), произвести контрольные замеры в цистернах топлива (масла).
Закрыть и осушить шланги и клапаны на приёме топлива (масла), осушить поддоны или огороженные ёмкости под приёмными патрубками бункеровочных магистралей, отсоединить шланги.
По окончании бункеровки фланцы разъединить и заглушить на все болты как на приёмном трубопроводе, так и на шланге. Эти работы производить над поддонами. Все топливные линии и приёмные клапаны должны быть закрыты. Измерительные устройства танков должны быть закрыты в последнюю очередь.
Объявить по внутрисудовой трансляции об окончании бункеровочных операций.
О времени начала и окончания бункеровки сделать запись в журнале нефтяных операций и в вахтенном журнале судна.
Операции по сдаче нефтесодержащих вод
Перекачка нефтесодержащих вод должна производиться закрытым способом из цистерны подсланевых вод через специальные присоединительные устройства единого образца. Категорически запрещается сдача нефтесодержащих вод напрямую из под сланей машинного отделения на отходосборщик (ОС).
После сдачи нефтесодержащих вод необходимо сделать соответствующую запись в судовом вахтенном журнале и журнале нефтяных операций.
По окончании сдачи закрыть запорное устройство и произвести опломбирование согласно инструкции «О порядке пломбирования клапанов систем осушения, систем сбора нефтесодержащих вод и сточно-фановой системы», необходимо получить справку у вахтенного начальника ОС о сдаче нефтесодержащих вод.
Действия экипажа при разливе нефтепродуктов
В случае попадания нефтепродуктов в водную среду и невозможности его локализации и ликвидации собственными силами, капитан судна должен вызвать через диспетчерский пункт порта ГБУ ВПиС оперативную группу, передать сообщение о происшествии судовладельцу, обеспечить участие экипажа в работе по ликвидации разлива и оставаться на месте до завершения работ по ликвидации последствия разлива и проведения расследования.
Экипаж должен действовать в соответствии с судовым планом чрезвычайных мер по борьбе с загрязнением нефтью и аварийным судовым Планом.
Сообщения о загрязнении водной среды
О попадании в водную среду нефтепродуктов должны быть немедленно поставлены в известность:
- диспетчер порта, в котором произошёл разлив нефтепродуктов
- судовладелец (________ ) Тел. номер ответственного за предотвращение загрязнения с судов в Компании).
В сообщении должна быть указана следующая информация:
- название судна, порт приписки, судовладелец.
- причина попадания в воду нефтепродуктов и ориентировочное количество.
- принятые меры по локализации разлива и необходимая помощь по ликвидации.
- гидрометеорологические условия в районе, где произошла авария, сила и направление ветра, видимость, скорость течения.
Каждое сообщение о попадании в водную среду нефтепродуктов может быть дополнено сведениями, которые, по мнению капитана, необходимы в данном конкретном случае.
Все сообщения капитана о загрязнении водной среды должны быть записаны дословно в вахтенном журнале.
2.2.22.8. Правила безопасного технического обслуживания (ТО) и ремонта дизелей. Противопожарная безопасность.
При работе в машинном отделении личный состав должен носить хорошо подогнанную спецодежду, чтобы на ней не было свободных концов. Запрещается носить рубашки с закатанными рукавами, галстуки, шейные платки. Обувь должна быть на кожаной подошве и без металлических гвоздей.
При пуске двигателя запрещается находиться на верхних решетках (на уровне цилиндровых крышек).
На весь период работ по ТО на неработающем двигателе должно быть введено в зацепление валоповоротное устройство (или установлено другое стопорное устройство), должны быть вывешены соответствующие предупредительные таблички. Необходимо перекрыть топливные, масляные, воздушные клапаны и клапаны системы охлаждения.
На судах с двумя двигателями, работающими на общий гребной вал через гидромуфту, двигатель, на котором будут производиться работы, должен быть надежно отключен от гидромуфты и должно быть включено валоповоротное или другое стопорное устройство.
После окончания работ валоповоротное устройство (или стопорное) должно быть отключено.При выполнении ремонтных работ необходимо помнить, что:
— люки картера двигателей внутреннего сгорания следует открывать через промежуток времени, устанавливаемый инструкцией завода-изготовителя (в случае остановки из-за перегрева деталей ЦПГ время до снятия люков увеличивается).
После открытия картера должна быть обеспечена его вентиляция, а также вентиляция машинных помещений. Для производства каких-либо работ в картере используются светильники или фонари во взрывобезопасном исполнении напряжением не более 12 В;
— при демонтаже крышек цилиндров, форсунок, предохранительных и пусковых клапанов двигателей в случае их пригорания в посадочных стаканах для их подрыва следует применять съемные приспособления;
— перед демонтажом пусковых, впускных и выпускных клапанов, форсунок, предохранительных клапанов на неработающем двигателе следует открыть индикаторный кран для снятия давления в цилиндре;
— опрессовка форсунок главных и вспомогательных двигателей должна производиться в специально выделенных для этой цели помещениях с вытяжной вентиляцией, оборудованных испытательными стендами с предохранительными прозрачными колпаками;
— после демонтажа цилиндровых крышек отверстия цилиндров двигателей должны быть закрыты деревянными крышками;
— при спуске в цилиндр двигателя для выполнения замеров и других работ необходимо пользоваться изготовленным для этих целей трапом;
— запрещается подтягивание резьбовых соединений топливных трубопроводов во время работы двигателя. При отыскании места разрывов в форсуночных трубках не допускается ощупывание трубки рукой;
— во избежание возможного скопления в воздухопроводах главных и вспомогательных двигателей паров масла взрывоопасной концентрации их надо продувать сжатым воздухом.
Ступеньки трапа должны быть выполнены из металлического четырехгранного прутка, поставленного на ребро. При работах в продувочных, выхлопных ресиверах запрещается просовывать руки в продувочные и выпускные окна.
Через отверстия снятых выпускных клапанов в крышках двигателей с прямоточно-клапанной продувкой разрешается производить предварительный осмотр полостей цилиндров.
В случае попадания химикатов на кожу и в глаза промыть пораженные участки обильным количеством воды.
Противопожарная безопасность.
Пожар в машинном отделении представляет особую опасность вследствие чрезвычайно высокой скорости распространения огня из-за наличия отходов горюче-смазочных материалов в льялах, топлива в поддонах котла и районе расположения оборудования топливных систем.
Для предотвращения пожаров необходимо пунктуально выполнять требования Правил пожарной безопасности. Так, в МО запрещается размещать горючие и огнеопасные материалы (дерево, сосуды с бензином и другими горючими жидкостями). Промасленную ветошь следует хранить в специальных металлических ящиках и удалять в конце каждой вахты.
При возникновении пожара обслуживающий персонал должен действовать в соответствии с расписанием по тревоге. Однако в любом случае человек, обнаруживший очаг пожара, должен попытаться потушить его переносными средствами тушения, а если это не удаётся, то принять меры по ограничению распространения огня, по распоряжению капитана или старшего механика немедленно вывести котёл из действия, людей эвакуировать из МО и загерметизировать его, затем включить стационарные системы включения пожаров, выполняя указания инструкций.
Правила безопасности труда при эксплуатации оборудования должны выполняться также неукоснительно, как и правила пожарной безопасности.
2.2.23. Системы технического диагностирования дизелей (СТД).
Согласно результатам исследований отечественных и зарубежных морских организаций, применение в эксплуатации систем технического диагностирования (СТД) судовых двигателей приводит к значительному увеличению их ресурса и надёжности, уменьшению расходов на обслуживание и ремонт (на 20-25%), экономии топлива (на 3-5%), повышению средней эксплуатационной мощности двигателя (на 7—10%). При внедрении СТД благодаря снижению общего количества ремонтно-профилактических работ, их оптимального планирования (перенесения в условия дока) позволяет сократить сроки простоя судна, а также численности экипажей.
Наиболее передовыми в настоящее время являются компьютерные СТД. Использование ЭВМ дает преимущество по сравнению с применением традиционных способов регистрации вахтенных журналов, заполняемых вручную, приборов с самопищущими устройствами и т.п. ЭВМ позволяет уплотнить на носителях информации значения регистрируемых параметров, менять программу регистрации параметров.
Но наиболее полно преимущества ЭВМ проявляются при использовании их для анализа значений регистрируемых параметров. Применение ЭВМ для анализа показаний приборов позволяет вычислить: мощность, к.п.д, удельный расход топлива, позволяет определить место возросших по какой-либо причине потерь в цикле и способствовать повышению экономичности СЭУ.
Автоматизированные компьютерные системы диагностики ведущих в этой области фирм (Аутроник, «Норконтроль»; «Зульцер»; «Мицубиси дзюкеге»; «Сименс»; АСЕА; ЦАТИ и др.) позволяют в течение 1-2 минут получить подробную информацию об основных параметрах дизельных установок
- развернутая индикаторная диаграмма;
- диаграмма впрыска топлива (может быть отображена совместно с индикаторной диаграммой);
- среднее индикаторное давление;
- частота вращения;
- максимальное давление сгорания;
- давление сжатия;
- давление в заданной точке кривой расширения;
- давление продувочного воздуха;
- угол максимального давления сгорания;
- максимальное давление впрыска;
- мощность каждого из цилиндров и двигателя в целом.
Отображение регистрируемых и расчётных параметров осуществляется в графической и табличной формах на экране дисплея в сравнении с данными модельных кривых для каждого цилиндра. Документирование результатов контроля режимов функционирования СЭУ отображается на дисплее или с помощью печатающего устройства с обеспечением возможности их хранения на магнитном носителе.
На рис.123 показана Структурная схема диагностики дизеля фирмы «Дизель Мастер»
Рис123 Структурная схема диагностики дизеля фирмы «Дизель Мастер»
2.2.24. Перспективы развития судовых двигателей внутреннего сгорания (СДВС)
Судовые дизеля достигли высокой степени теплового и конструктивного совершенства. Они наиболее полно удовлетворяют требованиям современного морского транспортного флота к судовым двигателям в отношении высокой экономичности, надёжности и длительности работы, высоких маневренных качеств, большого моторесурса, высокой агрегатной мощности, минимальных габаритов и веса, постоянной готовности к действию, а также возможности комплексной автоматизации управления. Благодаря этому, дизели нашли широкое применение на морском флоте в качестве главных и вспомогательных двигателей. В качестве главных двигателей на судах морского флота применяют высокомощные, малооборотные, двухтактные, крейцкопфные дизели с наддувом, а также тронковые среднеоборотные дизели с наддувом.
К основным направлениям развития судовых дизелей относятся:
- повышение цилиндровой мощности за счет газотурбинного наддува – повышения давления наддува и совершенствования систем наддува;
- совершенствование систем газообмена (ведущие фирмы перешли на прямоточно-клапанную продувку с одним клапаном на каждом цилиндре);
- повышение давления впрыска топлива до 140 МПа и степени сжатия до 17, а также применение двухступенчатого впрыска топлива;
- повышение механического К.П.Д. до 96%;
- перевод дизелей на тяжелые сорта топлив и научно-исследовательские работы по использованию в дизелях природного газа, синтетического топлива, угольной пыли и др.;
- более глубокая утилизация теплоты отработавших газов и теплоты воды, охлаждающей дизель;
- создание эффективных схем охлаждения деталей цилиндропоршневой группы, что позволило резко снизить температурные напряжения;
- снижения частоты вращения коленчатого вала малооборотных дизелей до 60-90 об./мин., что позволило увеличить пропульсивный К.П.Д. на 7-8%;
- автоматизация установок, а также внедрение автоматических систем диагностики и управления работой дизеля, применение микропроцессорных систем управления и регулирования рабочего процесса;
- улучшение экологических показаний, т.е. снижение выброса в атмосферу озоноразрушающих газов.
В настоящее время в мире существует более 70 компаний, занимающихся производством ДВС, предназначенных для эксплуатации на судах, тепловозах, электростанциях и т. д. Из зарубежных наиболее авторитетных создателей и производителей судовой дизельной техники можно назвать следующие фирмы и компании:
–в производстве малооборотных двигателей (МОД) лидирующее место занимают : MAN В & W (Дания, Германия); New Sulzer Diesel (Швейцария); Mitsubishi, Daihatsu, Yanmar и Niigata (Япония) Wartsila (Финляндия с группой стран);
– в производстве среднеоборотных (СОД) и высокооборотных двигателей (ВОД) можно выделить: S.E.M.T. Pielstic (Франция); МаК, MTU, Deutz MWM и SKL (Германия); Caterpillar (США); Ulstein Bergen (Норвегия); GMT, Isotta Fraschini (Италия); Volvo Penta, Scania и Hedemora (Швеция); Paxman и Ruston (Великобритания).
Основной производитель в Украине среднеоборотных судовых дизелей и дизель-генераторов, стационарных дизель-электрических, газодизель-электрических агрегатов, газовых двигатель-генераторов мощностью от 300 до 800 кВт, а также когенерационных установок на их базе- АООТ "Первомайскдизельмаш" (Николаевская область. г.Первомайск)
Примером внедрения новых технических решений в дизелестроении служат дизели фирмы New Sulzer Diesel серии RTA и Z40, при создании которых большое внимание уделялось повышению эксплуатационной надежности: совершенствованию систем регулирования, управления, контроля и безопасности работы дизелей. В дизелях этой серии система впрыска топлива и выпускные клапаны имеют гидравлический привод, управляемый электроникой. Фазы топливоподачи, моменты открытия и закрытия выпускных клапанов зависят от эксплуатационного режима (скоростной или нагрузочный). Система электроники также управляет работой пусковых клапанов, что обеспечивает снижение расхода воздуха при пуске и реверсировании дизеля. Подача масла на смазывание цилиндров и моменты его поступления также регулируются электроникой. Это имеет значение для снижения расхода смазочного масла и уменьшения нагарообразования в цилиндрах и трактах, особенно значительные на режимах малого хода. Для повышения топливной экономичности предусматривается установка трех форсунок с двухступенчатым впрыском топлива на каждый цилиндр. При этом достигается снижение температуры стенок и равномерность распределения температуры в камере сгорания.
2.3.Судовые паротурбинные установки (ПТУ)
Паровые турбины являются гидравлическими тепловыми двигателями, в которых в отличие от поршневых паровых машин и поршневых двигателей внутреннего сгорания не требуется преобразовывать возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение гребного винта. За счет этого упрощается конструкция и решаются многие технические проблемы. Кроме того, паровые турбины даже при очень большой мощности имеют сравнительно небольшие размеры, так как частота вращения ротора довольно высока и в зависимости от типа и назначения турбины составляет от 3000 до 8000 об/мин
Принципиальная схема ПТУ показана на Рис.124 Процесс получения работы происходит в следующим образом. В паровом котле (1) и в перегревателе (2) теплота горения топлива передается воде, которая превращается в пар.. Полученный пар поступает в турбину (3), где происходит преобразование теплоты в механическую работу – крутящий момент на гребной винт или якорь генератора. Отработанный пар поступает в конденсатор (5), где отдает теплоту охлаждающей воде. Полученный конденсат насосом (6) отправляется в теплый ящик (7), откуда питательным насосом (8) сжимается до давления, равного в котле, и подается через подогреватель (9) в паровой котел (1).
Рис. 124Принципиальная схема простейшей ПТУ:
1 – паровой котел; 2 – перегреватель; 3 – турбина;4-гребной винт; 5- – конденсатор; 6 – конденсатный насос;
7 – теплый ящик ; 8-питательный насос; 9-подогреватель
Регулирование мощности паровых турбин осуществляется:
- изменением количества пара. Подаваемого на турбину (сопловое регулирование);
- изменением давления пара на входе в турбину (дроссельное регулирование);
-одновременным изменением параметров и количества пара, поступающего на турбину (комбинированное регулирование)
Современные паровые турбины судовой энергетической установки состоят обычно из двух корпусов.(Рис.125)
В одном корпусе находится ротор турбины высокого давления, а в другом - низкого. Каждая турбина состоит из нескольких ступеней, которые в зависимости от вида турбины обозначаются как ступени давления или ступени скорости. Рабочий пар последовательно проходит через неподвижные венцы расширительных устройств и венцы рабочих лопаток. Так как объем пара во время процесса расширения постоянно увеличивается, рабочие лопатки по мере падения давления должны быть длиннее.
В корпусе турбины низкого давления находятся особые венцы рабочих лопаток турбины заднего хода. Турбины главной энергетической установки на судах, гребные винты которых имеют изменяющийся шаг, не нуждаются в турбинах заднего хода. Наряду с турбинами главной энергетической установки в машинных отделениях судов устанавливают вспомогательные турбины, которые служат для привода генераторов, насосов, вентиляторов и т. д.
Рис.125Главный турбозубчатый агрегат (ГТЗА):
1 -турбина высокого давления; 2 - турбина низкого давления; 3 - подшипник вала турбины; 4 - редуктор:5 -подшипник вала с фундаментом; 6- подшипник вала турбины; 7 - гребной винт; 8 -управляющий клапан переднего хода;
9 - управляющий клапан заднего хода.
В каждой паротурбинной установке к системе циркуляции воды и пара относятся следующие главные машины и установки: парогенератор, двигатель — паровая турбина с редуктором, конденсатор, конденсатный и питательный насосы, подогреватель питательной воды. Данный перечень не включает в себя все механизмы и устройства судовой энергетической установки в том числе парового котла.
Для обслуживания главной турбины служат системы смазки паровпускных клапанов, а также система пуска. К конденсатору подключены система водяного охлаждения (на морской воде), деаэрационная установка и система подачи конденсатной воды в питательную систему главного парогенератора.
В настоящее время паротурбинные установки в качестве основных СЭУ применяются лишь на крупных военных кораблях, на быстроходных и крупных контейнеровозах и газавозах с мощностью главного двигателя более 40000 л. с.. а также в качестве части комплексных энергетических установок на атомоходах.
Паровые силовые установки используют топливо менее эффективно, чем дизельные двигатели, применяемые на большинстве новых торговых судов, однако, они имеют большой срок службы и требуют относительно меньше затрат на техническое обслуживание.
Для транспортировки СПГ в рамках проекта «Сахалин-2» (Россия) на верфях Японии в 2007–2008 годах построены три газовоза со сферическими танками, оснащенные ПТУ производсва «Mitsubishi Heavy Industries» Ltd — «Гранд Анива» , «Гранд Елена» и «Гранд Мерея». Каждое из этих судов способно принять на борт 145 тыс. куб. м СПГ.
. На Рис.126 показана схема энергетической установки газовозов.
Рис.126 Схема энергетичекой установки газавозов
Технические параметры главного турбозубчатого агрегата производства «Mitsubishi Heavy Industries» Ltd. Тип MS36–2A :
двухкорпусная паровая турбина без промперегрева с поперечным расположением конденсатора, ативно-реактивная. Способ парораспределения сопловой.
Параметры пара: давление 5,88 МПа (избыточное), температура 510°С, конечное давление 5,1 кПа (вакуум 722 мм рт. ст.). Редуктор цилиндрический с косозубым зацеплением, двухступенчатый. Масляный насос шестеренного типа с приводом от ГТЗА.
Турбина низкого давления (ТНД) состоит из 4 активных и 4 реактивных ступней. Частота вращения 3449 мин–1. Турбина заднего хода (ТЗХ) расположена в корпусе ТНД, имеет две двухвенечные ступени скорости. Мощность ТЗХ 8095 кВт при работе на 56 мин–1 гребного вала в течение максимум 2 часов. Главные котлы MB 3E (2 шт.) той же фирмы. Тип котла — двухбарабанный, водотрубный, с горелками для топлива двух видов. Параметры пара: 6,0 МПа и 515 °С; максимальный расход пара 55 тыс. кг/час
(15,28 кг/с)
2.4.Судовые газотурбинные установки (ГТУ)
Современная судовая газотурбинная установка (ГТУ) успешно конкурирует с аналогичными по назначению паротурбинными и дизельными. От последних она выгодно отличается компактностью и малой удельной массой, маневренностью и высокой ремонтопригодностью, лучшей приспособленностью к автоматизации и дистанционному управлению. Одновременно ГТУ несколько уступают ДВС по экономичности и требуют более тщательного ухода, как во время работы, так и при бездействии. При эксплуатации ГТУ чувствительна к качеству подготовки топлива и масла, к изменению внешних условий (температура, чистота и давление атмосферного воздуха), ее надежность, как ни у какой другой установки зависит от точности выполнения всех эксплуатационных инструкций, а также от своевременности и правильности решений, принимаемых обслуживающим персоналом в непредусмотренных инструкциями ситуациях.
Газотурбинная установка может быть главной или се составной частью, может быть приводом электрических генераторов, различных механизмов общесудового назначения. В последних двух случаях ГТУ называют вспомогательной.
Главная установка в свою очередь состоит из одного или нескольких однотипных двигателей и общей для них передачи, подводящей энергию к движителю через линию вала. Если двигатели главной установки газотурбинные, и она обеспечивает ход и маневрирование судна, ее называют газотурбинной всережимной. В комбинированной установке газотурбинная, как правило, является ускорительной (форсажной), обеспечивающей судну приращение скорости переднего хода.
Принцип действия ГТУ можно продемонстрировать с помощью простейшего цикла ГТД, изображенного на рис.127 Атмосферный воздух в компрессоре сжимается и подается в камеру сгорания, где обеспечивает сжигание топлива и получение газа с температурой от 400 до 1300ºС. Из камеры сгорания горячий газ, имеющий высокое давление, поступает в газовую турбину, где расширяется и производит механическую работу вращения ротора, которая передается через редуктор на гребной винт.
Эффективность работы ГТД можно повысить за счет ее усложнения, т.е. путем включения новых элементов. Например, вместо одной турбины устанавливают отдельный привод на компрессор и на отбор мощности потребителю, а в цикл ГТУ вводят регенерацию теплоты уходящих газов, промежуточное охлаждение воздуха или подогрев газа, используют утилизацию теплоты.
Рисунок 127Принципиальная тепловая схема ГТД:
АВ – атмосферный воздух; К – компрессор; Т – топливо; КС – камера сгорания; ГТ – газовая турбина;
Р – редуктор; ГВ – гребной винт.
В энергетических установках транспортных судов используют ГТД трех основных типов:
-легкий ГТД авиационного типа;
-ГТД промыслового типа (тяжелые, в которых реализуется сложный тепловой цикл);
-ГТД, работающий с теплоутилизационным контуром.
В ГТД простого цикла выпускные газы имеют высокую температуру и уносят с собой в окружающую среду большое количество неиспользованной теплоты. Эти потери можно существенно уменьшить, если в цикл турбины ввести регенерацию выпускных газов – использовать их теплоту для подогрева сжатого компрессором воздуха. В этом случае в камеру сгорания подводится подогретый воздух, что обеспечивает более эффективное сгорание топлива и повышает КПД установки.
Регенерация практически осуществляется введением в схему установки теплообменного аппарата – регенератора, включаемого в поток воздуха после компрессора в камеру сгорания, а по потоку газа – за последней турбиной перед выпускным трактом (рис. 128).
Воздух, сжатый компрессором, поступает в регенератор и нагревшись подается в камеру сгорания. Из камеры сгорания газы последовательно поступают в турбину компрессора и силовую турбину, где расширяется почти до атмосферного давления. Отработанные в турбинах газы направляются к регенератору, где отдают свою теплоту воздуху. Мощность, развиваемая турбокомпрессором, затрачивается на привод компрессора, а силовой турбины – на вращение электрогенератора или гребного винта
Рис. 128 Тепловая схема ГТУ с регенерацией:
ВК-воздушній компресор;ТО-теплообменник;КС-камера сгорания;ЄГ-єлектрогенератор
В рассмотренной ГТУ регенерация повышает КПД цикла и уменьшает затраты топлива за счет его сгорания в подогретом воздухе, уменьшаются потери теплоты с уходящими газами;
Однако, затраты давления воздуха и газа уменьшают полезную работу расширения в цикле и увеличивают затраты воздуха.
Таким образом, регенерация является экономически эффективной, но приводит к усложнению установки. Введение регенерации, кроме того, повышает гидравлическое сопротивление в газовоздушном тракте, а это приводит к снижению КПД двигателя.
Полезная работа ГТД получается за счет работы турбины. Поэтому какие-либо меры, направленные на увеличение работы расширения в турбине или уменьшения работы в компрессоре, должны увеличивать полезную работу ГТД. В реальном двигателе работа сжатия в компрессоре может быть уменьшена за счет применения двухступенчатого сжатия воздуха и его промежуточного охлаждения на пути между ступенями при постоянном давлении. При этом работа, затраченная в другой ступени сжатия, уменьшается пропорционально снижению температуры воздуха в воздухоохладителе. Это способствует уменьшению общей работы сжатия в двухступенчатом компрессоре.
Работу в турбине можно также увеличивать путем использования в ней ступенчатого расширения газов с промежуточным подогревом их между ступенями. Такая схема ГТУ приведена на рис. 129
Воздух сжимается в КНД и охлаждается в воздухоохладителе ВО. В КВД происходит дальнейшее сжатие воздуха. В результате температура воздуха в конце может быть близкой к начальной.
После КВД воздух подается в КСВД, где в результате сжигания топлива получается высокотемпературный газ. Имеющий высокую температуру и давление газ подается к ТВД, где расширяется и подается в КСНД, в которой его температура повышается за счет сжигания топлива. Подогретый таким образом газ подводится к ТНД, где расширяется. В камеру сгорания КСНД дополнительный воздух для горения не подводится. В судовых ГТД промежуточное охлаждение воздуха находит применение, а промежуточный подогрев газов из-за сложности и низкой надежности практически не применяется.
Рис.129Тепловая схема ГТУ с промежуточным охлаждением и подогревом:
1-двигатель; 2-редуктор; 3-ТНД; 4-камера сгорания низкого давления; 5-ТВД; 6-камера сгорания высокого давления;
7-КВД; 8-КНД; 9-воздухоохладитель.
Передачи
Оптимальные условия работы гребного винта и пропульсивной турбины ГТД обеспечиваются обычно при различных частотах вращения. Для достижения приемлемых экономичности, масс и габаритов частота вращения ротора пропульсивной турбины должна быть значительно выше, чем гребного винта. Снижение частоты вращения осуществляется в передаче при обязательном требовании минимальных потерь мощности. Передача может выполнять и другие функции, в частности “собирать” мощности нескольких двигателей на один движитель, “раздавать” мощность теплового двигателя на несколько движителей, разобщать двигатели от движителей, осуществлять реверс и т. д.
Различают передачи механические, гидравлические, электрические. Последняя может работать на переменном и постоянном токе. В первом случае потери энергии в передаче составляют 6— 14%, во втором—11—19%. Для электропередач характерны большие массы и габариты: так, приходящаяся на 1 кВт масса электропередачи составляет 7—22 кг.
Чисто гидравлическая передача имеет относительно малый КПД: 95—96 и 85—88 % — соответственно гидромуфты и гидротрансформатора переднего хода, 70—75 % —гидротрансформатора заднего хода. По этой причине их предпочитают применять в сочетании с механической передачей. Механическая (обычно зубчатая) передача имеет высокий КПД (до 98—99 % ) и находит преимущественное применение на судах .
Приведем характеристики судовых газотурбинных двигателей ведущих производителей:
— в настоящее время ГТД является основным главным двигателем надводных военных кораблей, в том числе кораблей и судов с динамическими принципами поддержания. Ими оснащены более 500 боевых кораблей. По состоянию на конец 2000 года наибольшее количество кораблей с ГТД имели: США – 280, Великобритания, Япония и Южная Корея – по 40 кораблей. При этом программа переоснащения кораблей иностранных флотов предусматривает потребность в ГТД – примерно в 700 единиц.
Большинство зарубежных корабельных и судовых ГТД построены на основе авиационных двигателей. Такая практика привела к тому, что многие авиадвигателестроительные фирмы имеют специальные морские подразделения, которые прорабатывают морские модификации ГТД.
Основными производителями морских ГТД в США являются фирмы «Дженерал Электрик», «Лайкоминг», «Амисон» и др., а в Великобритании – «Ролс-Ройс».
Основные параметры судовых ГТД иностранных фирм:
Мощность: максимальная – от 4,5 до 42 мВт; номинальная – от 4,2 до 41,8 мВт.
Расход топлива: на максимальной мощности – от 210 до 269 г/(кВт.ч); на номинальной мощности от 200 до 272 г/(кВт.ч).
КПД – от 0,373 до 0,424.
Частота вращения ротора силовой турбины – от 3600 до 7000 об/мин
Разработкой ГТД в Украине занимается объединение « Зоря - Машпроект»
Основные параметры некоторых ГТД, произведенных в Украине:
Мощность номинальная – от 2,85 до 28,7 мВт.
Расход топлива на номинальной мощности от 233 до 288 г/(кВт.ч).
КПД – от 0,285 до 0,418.
Частота вращения ротора от 880 до 10.000 об/мин.
Например, ГТД марки ДЖ59 серийно выпускается с 1989 года и является многоцелевым. Он применятся в качестве главного двигателя на морских судах, а также на подвижных и стационарных электростанциях и компрессорных станциях. Этот двигатель двухкаскадный со свободной силовой турбиной. В камере сгорания применены 10 жаровых труб с топливными форсунками и двумя блоками зажигания. Запуск двигателя осуществляется с помощью электростартеров общей мощностью 210 кВт, а также пневмостартером. Этот двигатель изготавливается нереверсивным и реверсивным (ДЖ59R) с газовым реверсом. Следует заметить, что после резкого повышения цен на дизельное топливо, на котором работают ГТД надводные корабли и суда с такими двигателями стали нерентабельными. Еще в 1979 г. было принято решение о замене ГТД на судах на СЭУ с ДВС.
2.6.Атомные энергетические установки.
Атомная энергетическая установка работает на энергии ядерных превращений. Ядерное топливо содержит делящийся материал, как правило, уран или плутоний. При расщеплении ядер атомов, которые распадаются на так называемые фрагменты - или на свободные нейтроны высоких энергий, освобождается очень много энергии. Для уменьшения высокой энергии нейтронов служит замедлитель: графит, бериллий или вода. Для того чтобы свести к минимуму возможность потери нейтронов, устанавливают отражатель. Он состоит в основном из бериллия или графита. Во избежание слишком сильного потока нейтронов в реакторе на соответствующей глубине устанавливают регулирующие стержни из поглощающих нейтроны материалов (кадмия, бора, индия). Энергообмен в реакторе происходит с помощью теплоносителей, воды, органических жидкостей, сплавов из легкоплавких металлов и т. д
Существуют одноконтурные, двухконтурные и трехконтурные паропроизводящие установки, но основное применение в современной энергетике нашли двухконтурные ЯЭУ (рис. 123).
Рис.131. Схема двухконтурной ядерной энергетической установки:
а – первый контур; б – второй контур; 1 – биологическая защита; 2 – реактор; 3 – насос;
4 – парогенератор; 5 – водяной насос; 6 – конденсатор; 7 – паровая турбина
Эта установка имеет два контура циркуляции. Первый контур - циркуляция воды под высоким давлением. Вода первого контура служит одновременно теплоносителем ядерного реактора и имеет давление приблизительно от 5,8 до 9,8 МПа. Она протекает через реактор и нагревается, например на судах «Otto Hahn»(Германия) , «Mutsu Japan» (Япония) до 278°С. При этом давление воды противодействует испарению. Горячая вода первого контура, протекая через нагревательный змеевик, отдает свое тепло парогенератору, затем она снова возвращается к реактору. К парогенератору из второго контура низкого давления подается конденсат. Нагреваемая в парогенераторе вода испаряется. Этот пар с относительно низким давлением (например, на американском судне «Саванна» оно составляет 3,14 МПа) служит для питания турбин, которые через редуктор приводят во вращение гребной винт.
В установках атомных ледоколов «50 лет победы», «Ямал» , «Советский Союз», «Таймыр»,«Вайгач» (Россия) пар поступает на паротурбогенераторы, вырабатывающих электроэнергию. От генераторов электричество подаётся на три мощных гребных электродвигателя , непосредственно вращающих три вала с гребными винтами.
Энергия ядерного топлива освободившаяся в результате цепной ядерной реакции деления тяжелых ядер, превращается в теплоту в ядерном реакторе. (Рис.132)
Рис.132 Конструкция и принцип действия ядерного реактора.
1 — стальной корпус; 2 — замедлитель; 3 — отражатель; 4 — защита; 5 — тепловыделяющие элементы; 6 — вход теплоносителя; 7 — выход теплоносителя; 8 — регулирующие стержни.
Ядерный реактор изолирован от окружающей среды защитным экраном, не пропускающим вредные радиоак-тивные лучи. Обычно применяются двойные экраны. Первый (первичный) экран окружает реактор и изготовляется из свинцовых пластин с полиэтиленовым покрытием и из бетона. Вторичный экран окружает парогенератор и заключает внутри себя весь первый контур высокого давления. Этот экран в основном изготовляют из бетона толщиной от 500 мм «Otto Hahn» и до 1095 мм «Mutsu Japan» а также из свинцовых пластин толщиной 200 мал и полиэтилена толщиной 100 мм. Оба экрана требуют много места и имеют очень большую массу. Например, первичный экран на судне «Саванна» весит 665 т, а вторичный — 2400 т. Наличие таких экранов является большим недостатком атомных энергетических установок. Другим, еще более существенным недостатком, является, несмотря на все защитные меры, опасность заражения окружающей среды как во время нормального функционирования энергетической установки вследствие отходов использованного топлива, выпуска трюмной воды из реакторного отсека и т. д., так и во время случайных аварий судна и атомной энергетической установки.
Схема машинного отделения судна с реактором такого типа дана на рис.133.
Рис.133Атомная энергетическая установка на морском судне.
1 — машинное отделение; 2 — контейнер с реактором; 3 — отсек вспомогательных механизмов;
4 — хранилище отработавших ТВЭЛ.
Преимущества атомных установок: при делении 1 кг 235U выделяется энергия, равна 20 млн кВт·ч, т.е. примерно в 2,5 млн раз больше, чем при сжигании 2 кг каменного угля с теплотой сгорания 29 300 кДж/кг, и приблизительно равна энергии, получаемой при сжигании 1400 т мазута. Таким образом, судно или корабль с ЯЭУ имеет практически неограниченный район плавания, для работы установки не требуется атмосферный воздух, без которого не обходится ни одна другая СЭУ.
Недостатки: необходимость биологической защиты от радиоактивного излучения, что значительно утяжеляет установку, а также высокая стоимость ядерного горючего. Возникают и юридические проблемы захода атомоходов в иностранные порты.
2.7.Судовой валопровод.
Судовой валопровод — это энергетический комплекс, предназначенный для передачи крутящего момента от главного двигателя ГД к движителю. Валопровод – это сложная конструкция из нескольких жестко соединенных между собой валов, опирающихся на подшипники, установленные на специальных опорах – фундаментах. (рис. 134)
Рис. 134 Элементы валопровода:
1-насадка; 2-гребной винт; 3-гребной вал; 4- дейдвудное устройство; 5,12-сальник переборочный;6,13-водонепроницаемая перборка;7-маслобукса;8- тормозное устройство; 9-механизм изменения шага(МИШ);10-промежуточный вал; 11-опорный подшипник;14упорный подшипник; 15-упорный вал; 16-эластичная муфта; 17-вал главного двигателя; 18-винт регулируе-мого шага (ВРШ)
Валопровод изгибается вместе с изгибом корпуса судна и испытывает при вращении вокруг своей оси большие знакопеременные нагрузки. В связи с этим к конструкции, прочности и качеству монтажа этого важнейшего узла, обеспечивающего ход судна. предъявляются особенно высокие требования, несоблюдение которых может привести к серьезным повреждениям судна.
Основными элементами валопровода являются:
- гребной вал, проходящий через ахтерпик внутрь корпуса судна и предназначенный для крепления гребного винта (вал имеет бронзовую облицовку, защищающую его от коррозии);
- промежугочные валы, соединенные между собой гребным винтом и двигателем с помощью фланцев;
- главный упорный подшипник(ГУП) - служит для восприятия осевой нагрузки, создаваемой гребным винтом;
- опорные подшипники, служащие опорами для промежуточных валов;
- дейдвудное устройство, являющееся опорой для гребного вала и предназначенное для уплотнения места выхода гребного вала из корпуса судна.
Длина валопровода зависит от размеров судна и места расположения главных двигателей. На судах с кормовым расположением МО длина валопровода равна 16-20м. У крупных судов со средним расположением МО протяженность валопровода равна 50-70м. В этом случае валопровод проходит через коридор гребного вала, защищающий его от повреждений.
Наиболее ответственным узлом валопровода является дейдвудное устройство, которое предназначено для размещения кормовой опоры валопровода с целью предотвращения проникновения забортной воды внутрь корпуса судна, а также для смазки, охлаждения и защиты проходящего через него гребного вала. В состав дейдвудного устройства входят дейдвудная труба, подшипники, уплотнительные устройства, системы охлаждения и смазки. (рис. 135) По конструкции дейдвудные устройства бывают встроенные и подвесные.
Рис. 135Схема дейдвудного устройства:
1-гребной вал; 2,5-уплотнения; 3-дейдвудная труба; 4-подшипники дейдвуда; 6-гребной вал.
Встроенные размещаются внутри корпуса судна. У подвесных носовая часть встроена в корпус судна, а кормовая часть размещена вне корпуса на подвесных кронштейнах.
Уплотнение линии валопровода осуществляют путем установки сальников, основным назначением которых является предотвращение проникновения воды внутрь корпуса судна.
Дейдвудные устройства морских судов подразделяются на две группы: с неметаллическими и металлическими вкладышами. В качестве антифрикционного материала подшипника в первом случае применяется бакаут, текстолиты, древесно-слоистый пластик, резинометаллические и резиноэбонитовые сегменты, термопластические материалы (капрографит, капролон) и др.
Подшипники дейдвудного устройства могут иметь водяную или масляную смазку. При вод. смазке вкладыши подшипников изготовляются из естеств. древесины (бакаута) и искусственных материалов (лигнофоля, текстолита, резины и др.). Масляную смазку имеют подшипники, облицованные антифрикц. металлом (баббитом). Дейдвудное уплотнение может быть наружным (только при масляной смазке) и внутренним в виде сальника, уплотнение которого регулируется изнутри судна.
Наибольшее применение получило дейдвудное устройство с уплотнением типа «Симплекс». Выполненное в виде манжет из специальной профилированной резины. Оно обеспечивает надежную герметизацию дейдвудной трубы.
На Рис. 136 показана Система управления ВРШ типа VBS фирмы «MAN В & W " с уплотнением типа «Симплекс».
Рис.136 Система управления ВРШ типа VBS фирмы «MAN В & W ":
1, 2, 6- цистерны соответственно дейдвудной трубы, носового сальника, масляная; 3- устройство контроля шага;
4 - масляные насосы (с электрическим приводом); 8- охладитель; 5,7 - фильтры; 9 - термостатический клапан
2.8.Судовые движители.
Движителями называются специальные устройства, преобразующие механическую работу судовой силовой установки в упорное давление, преодолевающее сопротивления и создающее поступательное движение судна. На судах в качестве движителей применяются: гребные винты, крыльчатые движители и водометные движители. Находят применение также паруса, гребные колеса и другие движители. По принципу действия движители разделяют на активные, к которым относят паруса, непосредственно преобразующие энергию ветра в поступательное движение судна, и реактивные — все остальные, так как создаваемое ими упорное давление получается в результате реакции масс воды, отбрасываемой в сторону, противоположную движению судна.
Наиболее распространенными благодаря простоте устройства и работы, компактности, надежности в эксплуатации и наибольшему коэффициенту полезного действия (60— 80%) являются гребные винты. Диаметры крупнейших винтов достигли 10 м, масса – 70 т. Винты не предъявляют особых требований к форме корпуса судна, они довольно удобно сочетаются с двигателем, ось вращения которого должна быть горизонтальной, как и ось вращения винта (хотя в ряде случаев требуется угловая передача или другая усложненная конструкция). Винт обычно неплохо работает на волнении. Разработано множество способов повышения их эффективности,
В зависимости от конструкции их подразделяют на два типа: цельные винты (ступица с лопастями изготовляется совместно) и винты со съемными лопастями , применяемые на судах, плавающих во льдах. Такие винты называются винтами фиксированного шага, а винты, имеющие механизмы, поворачивающие лопасти в ступице и изменяющие шаг винта, называются винтами регулируемого шага.
Шагом винта называется путь в направлении оси, который проходит любая точка поверхности винта за один его оборот.
Гребные винты фиксированного шага — ВФШ (рис. 137) изготовляют цельными (одной деталью), литыми, сварными или штампованными, и они состоят из следующих основных элементов: ступицы, представляющей собой втулку, насаживаемую на конус шейки гребного вала, и лопастей (от 3 до 6), радиально расположенных на ступице. Нижняя часть лопасти, соединяющая ее со ступицей, называется корнем лопасти; верхняя часть — вершиной или концом; поверхность лопасти, обращенная в сторону корпуса судна, носит название засасывающей поверхности, обратная поверхность — нагнетающей, которая в большинстве случаев представляет собой правильную винтовую поверхность. Пересечение этих двух поверхностей образует кромки лопастей.
Рис. 137. Гребной винт фиксированного шага (ВФШ) и схема создания упорного давления элементарной площадкой лопасти винта.
Диаметром гребного винта D называется диаметр окружности, описанной вершиной лопасти. Применяют гребные винты правого и левого вращения, их различают по общим правилам: если винт завинчивается вращением по часовой стрелке, то он называется винтом правого вращения, а если против часовой стрелки — винтом левого вращения.
При вращении винта его лопасти отбрасывают массы воды в одну из сторон. Реакция этой воды воспринимается нагнетающей поверхностью лопасти, создающей упор винта, который через ступицу и гребной вал передается на упорный подшипник, преобразуясь в силу, движущую судно.
Гребной винт регулируемого шага (ВРШ) имеет конструкцию, обеспечивающую поворот лопастей в ступице во время работы винта на ходу судна из поста управления, расположенного в рубке.
Рис. 138. Гребной винт регулируемого шага (ВРШ) с поворотношатунным механизмом изменения шага.
1 - лопасти винта; 2 - ступица; 3 - гребной вал; 4 - ползун со штангой; 5 - палец шатуна;6 - подшипник лопастной заделки; 7 - обтекатель винта.
При повороте лопастей, осуществляемом механизмом по многообразным кинематическим схемам (одна из которых—поворотно-шатунная ( рис. 138), изменяется шаг винта, отчего изменяется и величина создаваемого им упора, увеличивающего или уменьшающего скорость хода, и направление движения судна, при этом число оборотов, мощность главной машины и направление ее вращения остаются неизменными.
Использование винтов регулируемого шага допускает применение на судах нереверсивных главных машин с упрощенной системой обслуживания, что сокращает износ их цилиндров примерно на 30—40% (возникающий у реверсив-ных машин от частого изменения режима работы и направления вращения), позволяет полнее использовать мощность машин и поддерживать высокое значение к. п. д. винта. Суда с ВРШ обладают гораздо более высокими маневренными качествами, чем суда с ВФШ.
Крыльчатый движитель (рис. 139) представляет собою конструктивное устройство, состоящее из горизонтально вращающегося цилиндра с вертикально расположенными на нем 6—8 лопастями мечевидной, обтекаемой формы, поворачивающимися вокруг своих осей маятниковым рычагом, управляемым из рулевой рубки.
Рис. 139. Крыльчатый движитель:
а - конструктивная схема; б - размещение движителя на судне. 1 - несущий диск; 2 - поворотные лопасти;
3 - ведомая шестерня, приводящая во вращение диск; 4 - гидравлическое устройство управления маятниковым рычагом;
5- маятниковый рычаг, изменяющий положение лопастей вокруг своей оси; 6- гребной вал с ведущей конической шестерней.
При вращении диска на лопастях, как на крыле, возникает подъемная сила, составляющая которой создает упорное давление. При повороте лопастей изменяется величина упора и его направление, что дает возможность варьировать направление движения судна без помощи руля (на судне с этим движителем руль не устанавливается), а также величину упора движителя от «Полного вперед» до «Полного назад» или останавливать судно, не изменяя скорости и направления вращения (без реверса) главной силовой установки.
К. п. д. крыльчатого движителя почти равен к. п. д. гребного винта, но крыльчатый движитель значительно сложнее по конструкции. Выступающие лопасти часто ломаются. Однако в последнее время этот движитель находит все более широкое применение, обеспечивая судам хорошую маневренность, позволяющую им свободно работать в узкостях.
Водомётный движитель представляет собой профилированную трубу (водовод), в которой водяной поток ускоряется лопастным механизмом (гребной винт, крыльчатка насоса), энергией сгорания топлива или давлением сжатого газа и обеспечивается направленный выброс струи.
Водоводы располагаются внутри или снаружи корпуса судна. Эффективность водомётного движителя зависит от формы водоводов, места расположения и конструкции водозаборников и обычно меньше, чем у гребного винта. Преимущества водомётного движителя — хорошая защищённость от механических повреждений и возможность избежать кавитации. Водомётные движители применяются обычно на судах, плавающих на мелководье, или служат в качестве подруливающего устройства для улучшения поворотливости судов.
Рис.140 Схема водометного движителя с выбросом водяной струи в воду.
Водометный движитель относится к серии водопроточных движителей. Современные водометные движители делают трех типов: с выбросом водяной струи в воду (Рис.140 ), в атмосферу и с полуподводным выбросом.
Гребной винт работает как насос, засасывающий воду в канал через трубу, проходящую в днище корпуса впереди винта. Для защиты от попадания на винт посторонних предметов в начале канала укрепляется защитная решетка.
Для уменьшения потерь от закручивания гребным винтом водного потока и повышения к. п. д. движителя за винтом устанавливается контрпропеллер. Направление хода судна изменяется перекладкой реверс-руля.
Водометные движители располагаются внутри или снаружи корпуса судна. Эффективность водомётного движителя зависит от формы водоводов, места расположения и конструкции водозаборников.
К основным преимуществам подобных движителей относятся: хорошая защищённость от механических повреждений и возможность избежать кавитации, защищенность от плавающих на поверхности акватории предметов меньший гидродинамический шум по сравнению с винтовыми движителями.
Перечисленные преимущества водометного движителя сделали его применение на судах работающих на мелководье, или служат в качестве подруливающего устройства для улучшения поворотливости судов.
Использование современных паровых и газовых турбин позволяет успешно применить водометные движители на крупных морских судах, где по расчетам пропульсивный к. п. д. может достичь около 83%, что на 11% выше пропульсив-ного коэффициента гребного винта, запроектированного для того же судна.
К недостаткам судов с этим движителем следует отнести потери судном грузоподъемности на величину веса прокачиваемой воды и потери объема внутренних помещений, занимаемого каналом.
2.9.Основные способы передачи мощности от двигателя на движитель.
По способу передачи мощности от главного двигателя на движитель СЭУ делят на установки: с прямой передачей на винт, с редукторной передачей, а также с гидравлической и электрической передачей.
Установки с прямой передачей на винт применяют в дизельных СЭУ, где в качестве главного двигателя используется малооборотный дизель. Двух и трехвальные установки с прямой передачей на винт имеют ограниченное применение, например на крупнотоннажных контейнеровозах при скорости 25-30 узлов.
Прямая передача представляет собой жесткое соединение коленчатого вала с упорным, промежуточными и дейдвудным валами, составляющее валопровод энергетической установки . Валопровод передает крутящий момент дизеля на гребной винт, а также осевые усилия от упора гребного винта, воспринимаемые упорным подшипником и корпусом судна.
Во время работы валопровод из-за неравномерного момента дизеля и упора гребного винта испытывает крутильные, изгибающие и осевые колебания. Для устранения опасных крутильных колебаний прибегают также к конструктивным изменениям крутильной системы или к гашению колебаний с помощью демпферов, антивибраторов. В мощных дизельных установках наблюдаются также значительные осевые колебания коленчатых валов. Для их гашения применяют осевые масляные демпферы, располагаемые на носовом торце вала. При эксплуатации прямой передачи на винт необходим постоянный контроль температуры упорного и опорных подшипников , температуры и состояния внутренних и наружных уплотнений дейдвуда.
Редукторные передачи применяют также в дизельных СЭУ с среднеоборотными и высокооборотными дизелями. (рис 18,б). а также в паро и газотурбинных установках .Наличие редуктора и муфт усложняет передачу и вызывает дополнительные потери в подшипниках, зацеплении колес редуктора. Кроме того, передача требует энергии для централизованного смазывания редуктора, управления жесткими муфтами сцепления и подвода рабочего масла к гидродинамическим муфтам скольжения. Последние применяют в передачах мощности на винт судов ледового плавания, когда из-за повышенных нагрузок со стороны гребного винта проскальзывание дисков жестких муфт сопровождается перегревом и короблением дисков. По этим соображениям в системах передач с жесткими муфтами предусматриваются защита и автоматическое отключение муфты при чрезмерном скольжении.
Гидравлическая передача представляет собой совокупность гидравлических механизмов, с помощью которых энергия вращения вала двигателя передается валопроводу с движителем. В зависимости от принципа работы различают передачи гидродинамические и гидростатические. В гидродинамической передаче энергия от ведущего вала к ведомому передается за счет скоростного (динамического) напора циркулирующей рабочей жидкости (масла, воды, различных смесей). Гидродинамическая передача состоит из центробежного насоса и гидротурбины, сближенных так, что их колеса образуют торообразную полость, заполняемую рабочей жидкостью. В зависимости от конструкции и назначения гидродинамические передачи подразделяются на гидромуфты и гидротрансформаторы. Гидроромуфты применяют для передачи вращающего момента ведущего вала к ведомому без изменения величины и знака момента (К=1) .
Гидротрансформаторы предназначены для передачи вращающего момента двигателя к движителю при изменении величины, а в ряде случаев и знака этого момента. Если при передаче вращающий момент должен изменяться только по величин, используют гилротрансформатор переднего хода, а если одновременно должен изменяться и знак момента – то гидротрансформатор заднего хода. Если применить оба эти гидротрансформатора, получается гидрореверсивная передача.
Основное отличие гидротрансформатора от гидромуфты состоит в том, что у первого между колесами насоса и турбины установлен неподвижный направляющий аппарат, жестко связанный с корпусом передачи. Путем придания соответствующей формы.
лопаткам направляющего аппарата можно существенно изменить момент количества движения рабочей жидкости перед поступлением ее на колесо турбины и таким образом изменить величину развиваемого турбиной вращающего момента. Если направляющий аппарат расположен между насосом и турбиной, то соответствующим профилированием его лопаток можно изменить направление вращения турбины по отношению к насосу. Таким образом, направляющий аппарат определяет характеристики передачи с гидротрансформаторами.
В гидростатической (объемной) передаче энергия вращения ведущего вала преобразуется в гидравлическом насосе объемного типа (ведущее звено) в гидростатическое давление рабочей жидкости, которое по трубопроводу передается к гидравлическому двигателю (ведомое звено) , где преобразуется в энергию вращения ведомого вала (движителя).В этом случае можно исключить из комплекса двигатель – валопровод – движитель значительную часть валопровода, заменив его магистральным трубопроводом рабочей жидкости.
С помощью гидростатической передачи энергия не только вращательного, но возвратно-поступательного и др. видов движения может передаваться от ведущего звена к ведомому.Гидростатическая передача входит в состав гидропривода различных судовых машин и механизмов.
Конструктивная схема гидромуфты представлена на Рис.141,142 Колесо центробежного насоса 1 жестко закреплено на ведущем валу 5 двигателя. Для большей герметичности муфты колесо насоса с помощью болтов соединено с вращающимся кожухом 2. имеющим уплотнение по ведомому валу4. Колесо 3 гидротурбины насажено на ведомый вал 4. колесо 3 гидротурбины насажено на ведомый вал 4. Колеса насоса и турбины имеют обычно плоские радиальные лопатки. Рабочая полость гидромуфты заполняется рабочей жидкостью (обычно минеральным маслом).
Если гидромуфта заполнена жидкостью, то последняя под действием центробежных сил при вращении колеса насоса будет перемещаться вдоль лопаток от центра к периферии, приобретая кинетическую энергию. Затем жидкость поступает на лопатки гидротурбины. Где кинетическая энергия жидкости преобразуется в механическую работу вращения ведомого вала. Если из муфты выпустить рабочую жидкость, то ведомый вал 4 остановиться (при работающем ведущем вале
Рис. 141Гидродинамические передачи:
а — гидротрансформатор; б — гидромуфта; Рис.142. Гидротрансформатор в разрезе
1 — рабочее колесо насоса, установленное на ведущем валу;
2 — рабочее колесо гидротурбины, установленное на ведомом валу;
3 — неподвижный направляющий аппарат — реактор.
Стрелками показано направление потока рабочей жидкости.
Гидромуфты применяют для эластичной связи между двигателем и движителем (двигателем и редуктором), а также для фильтрации и демпфирования (компенсации) крутильных колебаний в системе валопровода, а также для некоторого снижения частоты вращения, отключения и включения движителя при необходимости (время опорожнения гидромуфты составляет примерно 3 сек., а время ее заполнения – около 7 сек.)
Поскольку между насосом и турбиной отсутствует какой-либо элемент, способный воспринять реакцию циркулирующей рабочей жидкости. То вращающий момент в гидромуфте передается без изменения величины и направления.
2.10. Движительный комплекс «Азипод» («Azipod»)
Азипод ( азимутальный привод в обтекателе) – это электрическая движительная установка в обтекателе. Высокомоментный электродвигатель разположен в установке в отдельном корпусе— поде. Тяговый винт установлен непосредственно на валу электродвигателя, коробка передач в этом случае не требуется, за счет этого достигается большая эффективность системы. Установка закреплена вне корпуса судна с помощью шарнирного механизма и может вращаться вокруг вертикальной оси на 360°, что позволяет получить лучшую маневренность по сравнению с обычными передачами. .
Таким образом, комплекс Азипод, состоящий одновременно из движительного и рулевого механизма позволяет отказаться от установки отдельно рулевого устройства. Движительный и рулевой механизм системы «Азипод» изображен на рис.143
Рис. 143Движительный и рулевой механизм системы «Азипод»
Основные части движительного механизма показаны на рис.144
Рис.144. Основные части движительного механизма
Охлаждение гребного электродвигателя производиться двумя центробежными вентиляторами и воздушными холодильниками, через которые прокачивается пресная вода низкотемпературного контура системы охлаждения механизмов МКО. (Рис.134)
Рис.145. Система воздушного охлаждения гребного электродвигателя
В движительном модуле Azipod есть своя осушительная система (Рис.146) для удаления смазочных масел вала и дляосушения возможных протечек масла или воды из движительного модуля. Два осушительных насоса размещены в самой нижней точке движительного модуля Azipod. Один из насосов предназначен для осушения сливного бака, расположенного на дне гондолы. Второй насос предназначендля осушения непосредственно движительного модуля. Насосы через невозвратные клапаны подключены к линии осушения, которая проложена через поворотный узел жидкости в отделение Azipod и далее выведена в судовую осушительную систему. Питание на насосы подается от судового аварийного распределительного щита. Данные от датчиков уровня в гондоле через AIU передаются в судовую автоматизированную систему управления (MAS).
Рис.146 Осушительная система
Совместно с финской компанией Aker Arctic Technology и российской Адмиралтейские верфи построены серия арктических танкеров Р-70046 с установкой «Азипод» и с использованием технологии «Танкер двойного действия». Водоизмещение -70 000 т. (Рис.147)
Рис.147Танкер проекта Р-70046 с установкой «Азипод» (Россия)
Другим примером служит пассажирское судно «Oosterdam», принадлежащее компании Holland America Line. (Рис.148) Пять дизелей, газовая турбина и две системы Azipod приводят в движение судно. Расход дизельного топлива на милю составляет 340 л на экономичном ходу (на трех дизелях) и до 570 л на полном ходу против встречных ветра и волн при работе всех пяти дизелей.
Рис.148 Пассажирское судно «Oosterdam»
Более экономичным оказалось применение системы «Азипод» на буровых установках (Рис.149)
Рис.149Буровая установка «Chikyu» и ее рулевая система «Азипод»
2.11. Судовые паровые, водогрейные и термомасляные котлы (термобойлеры).
2.11.1. Назначение и типы котлов
Судовой котел (парогенератор) - это устройство, предназначенное для производства теплоносителя (пара, воды или специального масла) для определенных эксплуатационных целей.
Большинство судов мирового флота оборудовано паровыми котлами, которые более подробно рассмотрены ниже.
Судовые паровые котлы по назначению делятся на главные и вспомогательные. Главные котлы вырабатывают пар на главный двигатель (ГД) – паровую машину или паровую турбину. Вспомогательные котлы обеспечивают паром некоторые вспомогательные механизмы и разогрев груза на танкерах, подают пар на отопление, подогрев топлива, паротушение, хозяйственно-бытовые нужды.
По типу используемой энергии для получения пара различают:
обычные котлы - используется органическое топливо (уголь, газ или жидкое топливо);
электрокотлы- используется электрическая энергия;
атомные котлы – работают на атомной энергии;
утилизационные – используются горячие отходящие газы от ДВС или газовых турбин.
По устройству паровые котлы делятся на:
водотрубные - внутри водогрейных труб циркулирует нагретая вода и пар, а снаружи трубы омываются дымовыми газами; (Рис.150,а)
газотрубные - горячие дымовые газы проходят внутри так называемых дымогарных труб, а вода омывает их снаружи; (Рис.150,б)
комбинированные (газоводотрубные) котлы имеют элементы газотрубных и водотрубных котлов. (Рис.150,в)
a) б) в)
Рис. 150. Компоновочные схемы котлов:
а - водотрубного; б –газотрубного; в – комбинированного(газоводотрубного)
По виду тяги – котлы с искусственной тягой (с помощью котельного вентилятора) и котлы с естественной тягой (с помощью дымовой трубы).
Рассмотрим особенности различных типов котлов.
Водотрубные котлы как наиболее широко применяемые по компоновки делятся на одноконтурные, двухконтурные, симметричные, асимметричные, с экранированной топкой и др. (Рис.151)
По способу циркуляции пароводяной смеси различают котлы с естественной и искусственной (принудительной) циркуляцией. В котлах с естественной циркуляцией движение пароводяной смеси происходит за счет разной плотности холодной, горячей воды и пара. В котлах с искусственной (принудительной) циркуляцией движение осуществляется специальным циркуляционным насосом.
По виду тяги в топке – котлы с искусственной тягой (с помощью котельного вентилятора) и котлы с естественной тягой (с помощью дымовой трубы).
Рис. 151 Схемы основных конструктивных разновидностей водотрубных котлов
с естественной циркуляцией:
а)секционный горизонтальный; б) трехколлекторный двухпроточный;в) трехколлекторный однопроточный; г)двухколлекторный однопроточный с естественной циркуляцией; д) шахтного типа
По давлению вырабатываемого пара котлы бывают:
низкого давления – до 20кг/см2;
среднего давления 20 - 60кг/см2;
высокого давления – свыше 60кг/см2.
Обычно на теплоходах устанавливают два вспомогательных котла: ходовой утилизационный и стояночный на жидком топливе. На судах небольшого водоизмещения применяют водогрейные котлы, вырабатывающие горячую воду.
2.11.2. Устройство и принцип действия простейшего парового вспомогательного водотрубного котла.
Простейший водотрубный котел изображен на Рис. 152. Он состоит из водяного 9 и пароводяного12 цилиндрических коллекторов (барабанов), соединенных водогрейными трубками 4.
Рис. 152Водотрубный котел на жидком топливе:
1 - верхний коллектор; 2 -нижний коллектор; 3 - водогрейные трубы; 4 - экранирующие водогрейные трубы;
5 - топка; 6 - форсунка; 7 - пароперегреватель; 8 - паросборник; 9 - отвод отработавших газов.
Трубки заполнены водой и обогреваются горячими газами, которые образуются при сгорании топлива. Пространство котла, заполненное водой, называется водяным, а то, в котором находится пар – паровым. Поверхность, разделяющая водяное и паровое пространство, принято называть «зеркалом испарения».
Топливо сгорает в топке 5, снабженной мазутными форсунками 6. Воздух. необходимый для сгорания топлива подается в топку вентилятором. Для непрерывной и безопасной работы котел снабжен комплектом приборов и устройств, называемых арматурой. Паровой котел должен иметь манометр, указывающий давление пара. Полученный пар, температура испарения которого соответствует рабочему давлению, в пароперегревателе7 нагревается до температуры, достигающей 510—520°С.Для контроля за уровнем воды служит водоуказательное стекло. Правила Регистра Украины требуют установки на котле не менее двух манометров и двух водоуказательных приборов. Через питательный клапан , установленный в верхней части котла, подается свежая питательная вода. Если давление пара в котле превышает допустимое, то пар стравливается в атмосферу через предохранительный клапан , которых по Правилам Регистра должно быть также не менее двух. Для удаления из котла тяжелых примесей (шлама) установлен клапан нижнего продувания .
Чтобы улучшить использование теплоты продуктов сгорания топлива, паровой котел может иметь дополнительные поверхности нагрева:
- воздухоподогреватель – для подачи в топку горячего воздуха;
- экономайзер – служит для предварительного подогрева питательной воды, поступающей в котел.
Установка этих элементов повышает к.п.д. котла (достигает в современных котлах 60 %) и надежность работы за счет уменьшения температурных напряжений.
2.11.3.Утилизационные паровые котлы.
Потеря тепла с выпускными газами судовых дизелей составляет 25-50% теплового баланса. Одним из способов использо-вания этого тепла является установка утилизационных паровых котлов, обеспечивающих на ходу судна всех потребителей паром.
На судах с дизельными установками обычно эксплуатируются водотрубные и комбинированные котлы с принудительной циркуляцией . Рассмотрим схему(Рис.153 )утилизационной установки с принудительной циркуляцией пароводяной смеси .
Принцип действия: питательный насос 7 забирает воду из цистерны питательной воды 9 и подает ее в сепаратор 4. Отсепарированная вода смешивается с водой, подаваемой питательным насосом 7 забирается циркуляционным насосом 5 и прокачивается через утилизационный котел 1. Отходящие газы омывают трубный пучок котла, в котором испаряется часть воды, прокачиваемой через змеевики циркуляционным насосом 5. Из сборного коллектора котла пароводяная смесь поступает в паровое пространство сепаратора. Отделенный в сепараторе пар через паропровод направляется к потребителям. В сепараторе поддерживается постоянный уровень воды автоматически.
Количество пара, забираемого из сепаратора, зависит от работы потребителей пара. При уменьшении расхода пара давление в магистрали возрастает и при достижении критической величины предохранительный клапан 10 открывается и излишки пара сбрасываются в конденсатор. При снижении давления пара клапан 10 закрывается.
Рис.153Схема утилизационной установки с принудительной циркуляцией.
1-утилизационный котел; 2-конденсатор; 3-насос заборной воды охлаждения конденсатора; 4-сепаратор пара;
5-циркуляционный насос котловой воды; 6-ручной насос; 7-питательный насос сепаратора; 8-фильтр котельной воды;
9-теплый ящик;10-редукционный клапан.
При работе двигателя на малых нагрузках и во время пуска наблюдается заброс топлива и масла в утилизацион-ные котлы. Скопившееся несгоревшее топливо и масло в виде гудрона собирается в нижней части кола. Для его удаления установлен клапан слива гудрона и патрубок системы паротушения в случае загорания остатков гудрона.
2.11.4. Арматура парового котла
К арматуре паровых котлов относятся устройства и приборы, устанавливаемые на котлах и служащие для управления и контроля за правильной и безопасной их работой.
По назначению арматура котла может быть разделена на запорно-разобщительную, предохранительную и контрольно- измерительную.
К запорно-разобщительной арматуре относятся питательные клапаны (основного и резервного питания), стопорные клапаны, клапаны верхнего и нижнего продувания и вся дополнительная арматура (для выпуска воздуха, дренажа, присоединения к контрольно-измерительным и регулирующим приборам).
К предохранительной арматуре относятся предохранительные клапаны и быстрозапорное устройство.
К контрольно-измерительным приборам относятся водоуказательные приборы, манометры, термометры, пирометры, тягомеры, дымоиндикаторы, газоанализаторы, солемеры и др.
Контрольно-измерительные приборы, установленные на котле и необходимые для повседневной эксплуатации, называются штатными.
Все предохранительные клапаны снабжены приводом к посту управления и на верхнюю палубу для принудительного подъёма клапанов вручную. При наличии пароперегревателя отдельный предохранительный клапан устанавливают на коллекторе перегретого пара.
Котельную арматуру, применяемую при температуре рабочей среды до 450°С, изготавливают из качественной литейной углеродистой стали, при температурах более 450°С – из легированной стали. На корпусе арматуры путём отливки выпуклых знаков или клеймением указывают условный диаметр прохода и рабочее давление, а также стрелку направления потока рабочей среды. Если конструкция арматуры не позволяет контролировать, в открытом или закрытом положений она находится, то такая арматура оборудуется указателями положения «Открыто» - «Закрыто».
Различают следующие виды арматуры:
по конструкции – проходная, угловая, трёхходовая и многоходовая;
по способу соединения – фланцевая, резьбовая, приварная;
по месту установки на котле – парового и водяного пространств.
Главный стопорный клапан (ГСК) служит для сообщения котла с главной паровой магистралью, по которой пар поступает к потребителям. Обычно ГСК является невозвратно-запорным клапаном.
Питательный клапан служит для управления подачей питательной воды в котёл. Этот клапан тоже невозвратно-запорный, что исключает утечку воды из котла в случае аварии питательной системы.
Топливный клапан предназначен для управления подачей топлива к форсункам котла. Конструкция его такая же, как и питательного клапана.
Предохранительные клапаны (ПХК) обеспечивают защиту котла от значительного повышения давления пара. Согласно действующим нормативам, ПХК должен открываться при повышении давления пара на 10% от номинального значения.
Существуют ПХК прямого действия, которые используют при давлении в котле Рк < 40 кг/см², и предохранительные устройства непрямого действия, состоящие из импульсных и главных ПХК.
Для обеспечения надёжности как импульсный, так и главный ПХК выполняют сдвоенными. Как правило, в общем корпусе устанавливают два однотипных ПХК. Один из импульсных клапанов является контрольным. Его регулируют на определённое давление и затем пломбируют. Другой импульсный клапан – рабочий. Он не пломбируется и при необходимости его можно отрегулировать на более низкое давление.
К арматуре защиты котла относится система быстрозапорного устройства, в состав которой входит ГСК с сервомотором, главный топливный клапан с сервомотором и переключающий клапан. В аварийной ситуации маховик переключающего клапана поворачивают на пол-оборота, в результате чего он сообщается с атмосферой. При этом давление в нижних полостях сервомоторов падает, а ГСК и главный топливный клапан закрываются, отсекая котёл от парового и топливного трубопровода.
Котлы, рассчитанные на безвахтенное обслуживание, имеют надёжные средства защиты и сигнализации. Автоматическая система защиты котла срабатывает при чрезмерном давлении пара, при уровне воды ниже критической отметки, недопустимом снижении давления воздуха перед топкой самопроизвольным затуханием факела. Основной функцией системы защиты является прекращение подачи топлива к форсункам. Для этой цели служит электромагнитный запорный клапан. Конструкция всех клапанов дополнительной арматуры, установленной на котле, является стандартной.
Предохранительные клапаны .
Предохранительный служит для защиты котла от разрушения при чрезмерном повышении давления пара. Максимальное давление пара в котле при действии предохранительного клапана не должно превышать рабочее давление более, чем на 10%.
В соответствии с требованиями классификационных обществ, каждый котёл должен иметь не менее двух предохранительных клапанов, установленных на пароводяном коллекторе, и один клапан, установленный на выходном коллекторе пароперегревателя, в случае, если он имеется.
Предохранительные клапаны могут быть расположены отдельно друг от друга или в одном общем корпусе. Два предохранительных клапана, размещённых в одном общем корпусе, называются сдвоенными.
Суммарная пропускная способность предохранительных клапанов должна быть не меньше часовой производительности котла. Предохранительный клапан пароперегревателя должен открываться раньше, чем предохранительный клапан, установленный на пароводяном коллекторе.
Предохранительные клапаны соединены с паровым пространством котла непосредственно без промежуточных запорных устройств. Предохранительный клапан должен открываться не только автоматически под действием давления внутри котла, но и иметь приводы для стравливания пара вручную. Привод для ручного подъёма клапанов должен быть устроен так, чтобы можно было поднять все предохранительные клапаны, установленные на данном котле, а управление этими приводами должно осуществляться с двух безопасных мест, одно из которых должно находиться в котельном отделении, а второе – на верхней палубе. Рычагобычно имеет имеет тросиковый привод.
Существует ПХК прямого и непрямого (импульсного) действия. При рабочем давлении пара в котле менее 40 кг/см² (Рк < 4 МПа) используют ПХК прямого действия. При давлении пара в котле выше 40 кг/см² (Рк >4 МПа) используют предохранительные устройства непрямого действия импульсного типа.
Устройство и работа сдвоенного прямодействующего предохранительного клапана показана на рис.154.
|
Рис.154 Сдвоенный прямодействующий предохранительный клапан: 1-тарелка клапана; 2-крышка клапана; 3-пружина;4- тарелка пружины:5-шток; 6-нажимная втулка: 7-колпак: 8-чека; 9-пломба; 10-рычаг. |
При повышении давления пара в котле тарелка клапана под давлением пара поднимается и избыток пара стравливается в атмосферу через вестовую трубу. После снижения давления пара до заданного под действием пружины клапан закроется. Для подрыва клапана вручную имеется привод с рычагом 10. По требованию Российского Регистра предохранительный клапан должен открываться при повышении давления пара в котле на 15% выше рабочего (при рабочем давлении пара в котле до 30 кг/см²) и на 10% (при рабочем давлении пара в котле > 30 кг/см²)
Водоуказательные приборы .
Водоуказательные приборы (ВУП) служат для наблюдения за уровнем воды в котле и монтируются в районе зеркала испарения.В основе ВУП лежит принцип сообщающихся сосудов: один сосуд–котел, а другой–водоуказательный прибор. На каждый котёл устанавливают два ВУП одинаковой конструкции.
Водоуказательные приборы могут иметь цилиндрические либо плоские с призматическими выступами стекла (колонка Клингера), или со слюдяными пластинками. Более надёжны в работе ВУП с плоскими стеклами (Рис.155), т.к. цилиндрические стёкла часто лопаются во время работы.
Если водоуказательный прибор исправен, то уровень воды должен слегка колебаться. Неподвижный уровень свидетельствует о неисправности прибора. В этом случае прибор продувают.
Продувание проводят следующим образом (Рис.156) (клапаны А1 и В – открыты):
- открыть клапан С;
- закрыть клапан А;
- открыть клапан А;
- закрыть клапан В1;
- открыть клапан В1;
- закрыть клапан С. Время продувки – не более 10 сек.
Рис.155Водоуказательный прибор с плоским стеклом Рис.156. Схема подключения водоуказательного прибора
В случае выхода из строя одного из ВУП согласно правил технической эксплуатации допускается работа котла с одним ВУП в течение не более 1 часа. Если котёл полностью автоматизирован, то допускается замена ВУП без вывода котла из эксплуатации.
Ремонт водоуказательных приборов сводится, в основном, к замене повреждённых стёкол. При сборке стёкол необходимо тщательно очистить гнёзда в рамке и крышках от старых прокладок. Новые стёкла ставят на новые прокладки. После этого стёкла прижимают крышками к рамке с помощью болтов с гайками. Гайки необходимо поджимать равномерно крест-накрест, чтобы не было перекосов и стёкла во время работы котла не лопнули.
2.11.5 Правила технической эксплуатации паровых котлов
2.11.5.1.Подготовка и пуск котла в работу
Пуск котла является одной из ответственных операций. Перед подготовкой котла к пуску в соответствии с Правилами технической эксплуатации и инструкциями завода-строителя производят детальный осмотр котла, проверку работоспособности всех его элементов и узлов. Осматривают также все приборы, средства автоматизации, защиты и управления. В котельном отделении необходимо убрать посторонние предметы, проверить исправность противопожарного
оборудования, приспособлений и инструментов, необходимых для обслуживания котла. Убедиться, что воздушный кран на пароводяном коллекторе открыт. Провентилировать топку и газоходы котла в течение 3-10 минут для исключения возможности взрыва смеси горючих газов и воздуха.
После разжигания котла необходимо продуть водоуказательные приборы и в дальнейшем продувать их через каждые 5 мин. до подъёма давления пара до рабочего. Продувку ВУП производят до тех пор, пока давление в пароводяном коллекторе достигнет 0,5-1,0 кг/см2. После этого продувка ВУП необходима лишь для прогрева стекол по мере повышения давления и перед включением котла в паропровод
Растопку котла производят следующим образом. Запускают растопочный топливный насос на дизельном топливе. Затем включают электровентилятор, вентилируют топку, зажигают электровоспламенителем растопочную форсунку, работающую на дизельном топливе. На котлах с автоматическим управлением розжиг котла производится в соответствии с установленной программой.
Время подъема пара определяется конструктивными характеристиками котла согласно инструкции завода-строителя. С начала растопки контролируют уровень воды в пароводяном коллекторе, периодически продувая водоуказательные приборы (ВУП).
Когда из воздушных клапанов появится непрерывная струя пара, их закрывают. Затем при давлении пара около 2 кг/см2 продувают манометры и следят за подъёмом давления По достижении половины рабочего давления пара в котле проверить уровень воды, удостовериться в правильном действии водоуказательных приборов, манометров и предохранительных клапанов. После этого котел можно соединить с главным паропроводом.
Повышение давления пара в котле до рабочего должно происходить по возможности медленно для обеспечения равномерного прогревания кирпичной кладки котла.
В течение всего времени подъема пара следует проводить осмотр котла с целью обнаружения утечек воды и пара. Обжатие крышек лазов, горловин и фланцев необходимо осуществлять только специальным инструментом без ударов (при давлении пара не более 5 кг/см2).
При достижении давления пара 6-8 кг/см2, достаточного для обеспечения бытовых нужд судна, котел можно подключить к магистрали. Перед включением котла в магистраль надо, постепенно приоткрывая клапан, прогреть паропровод и продуть его в течение не менее 15 мин.
С момента подачи пара на бытовые нужды можно приступить к переводу котла на основное топливо – мазут. Для этого нужно подать пар на расходные цистерны, прогреть топливо до температуры 60оС, спустить отстой, проверить работу Б3К на приёмных трубках расходных цистерн. Затем включить форсуночный насос, подать пар на топливо-подогреватель и с помощью системы рециркуляции прогреть мазут, для чего включить работающую форсунку, остановить растопочный насос дизельного топлива и закрыть разобщительный трехходовой клапан. Затем нужно провести повторный розжиг котла на мазуте: провентилировать топку в течение не менее 3 минут; установить давление топлива перед форсункой 4 кг/см2 и воздуха 0,5 кг/ см2; зажечь форсунку, отрегулировать подачу топлива и воздуха , обеспечив режим полного горения топлива. До включения в действие регуляторов давления топлива и воздуха, регулирование их расхода осуществляется вручную.
Подъем пара можно считать законченным, когда в котле будет достигнуто рабочее давление. Уровень воды в котле должен быть не выше рабочего во избежание уноса воды в паропровод. После этого нужно провести верхнее продувание и проверку действия предохранительных клапанов, водоуказателей, питательных средств и защиты котла.
После включения котла в работу необходимо ввести в действие системы автоматического управления и защиты в соответствии с инструкцией завода-изготовителя по эксплуатации данного котла.
Перед увеличением нагрузки котла необходимо сменить на форсунках растопочные распылители на основные. Подготовку второго котла к действию проводят аналогично первому. Второй котел сразу же заполняют деаэрированной водой, а для розжига применяют то же топливо, на котором работает первый котел.
В случае включения второго котла на параллельную работу с действующим давление пара в них необходимо выровнять или создать в подключаемом котле на 0,5-1,0 кг/см2 выше. Только после этого можно открывать разобщительные клапаны.
2.11.5.2. Обслуживание котла во время работы
Во время действия котла для его обслуживания должны быть созданы условия его безопасной и экономичной работы. С этой целью необходимо: поддерживать заданные температуру и уровень воды по ВУП, температуру и давление пара, температуру уходящих газов; обеспечивать бездымное горение при малых коэффициентах избытка воздуха, требуемое качество котловой и питательной воды, нормальную работу деаэрационной установки и водонагревателей; содержать в исправном состоянии форсунки, арматуру, изоляцию котла и паропроводов; своевременно очищать поверхности нагрева с помощью сажеобдувочных устройств, используя результаты замера температур уходящих газов и перегретого пара. Сажеобдувку поверхности нагрева утилизационных котлов производят по результатам перепада давления уходящих газов до и после утиль котла (нормальный перепад 75 мм. водяного столба; при достижении перепада 125 мм. в ст. и выше требуется сажеобдувка).
За действующим котлом и обслуживающими его механизмами ведётся наблюдение по показаниям контрольно-измерительных приборов, сигналам аварийно-предупредительной сигнализации и путём осмотров котельной установки. Во время работы котла необходимо контролировать: уровень воды в котле, давление пара, температуру пара, давление и температуру питательной воды на входе в котел, давление и температуру топлива, поступающего в форсунку, расход топлива и его уровень в расходных цистернах, давление и температуру воздуха перед топкой, температуру уходящих газов, химический состав котловой и питательной воды, расход воды по вахтам и суточный.
В котле во время работы происходят сложные физико-химические процессы, которые могут вызвать отклонения основных параметров рабочих тел от заданных значений. Так, загрязнение наружной поверхности нагрева влияет на температуру перегретого пара. Если отложения сажи находятся на трубных пучках перед пароперегревателем, то температура перегретого пара будет повышаться, а при загрязнении поверхности пароперегревателя будет понижаться. О загрязнении поверхностей нагрева можно судить и по увеличению температуры уходящих газов.
Основное средство борьбы с загрязнением – своевременное применение сажеобдувочных устройств. При нормальных условиях эксплуатации котла сажеобдувку производят один раз в сутки.
Снижению температуры перегретого пара способствует и повышенная влажность пара, поступающего в пароперегреватель. Увеличение влажности пара может быть связано с ростом солесодержания котловой воды, её вспениванием в пароводяном коллекторе и повышением уноса влаги в паросборную трубу. О воздействии этого фактора на температуру перегретого пара можно судить по резкому колебанию уровня в ВУП.
Увеличение коэффициента избытка воздуха приводит к снижению КПД котла. Изменение коэффициента избытка воздуха может быть связано с ухудшением процесса горения, нарушением в системе автоматического регулирования или подсоса воздуха через неплотности внутреннего кожуха.
Наибольшее воздействие на работу котла оказывает изменение расхода топлива и качество его сжигания, а для утилизационных котлов – смена режима работы главного двигателя, что требует соответствующего регулирования элементов и устройств котла, обеспечивающих необходимые количества рабочих сред и их параметры.
2.11.5.3. Вывод парового котла из работы
Котёл выводят из работы при отключении потребителей пара. Возможны случаи экстренного вывода котла из действия при возникновении неисправностей, угрожающих жизни людей и безопасности работы котла.
При полном выводе котла из действия необходимо: до прекращения горения осуществить сажеобдувку всех поверхностей нагрева; перевести котёл на ручное управление процессами горения и питания; провести верхнее и нижнее продувания и подпитать котёл до среднего уровня. Затем постепенно выключают форсунки и закрывают регистры воздухонаправляющих устройств; выключают вентилятор после того, как исчезнет опасность скопления взрывоопасной смеси; отключают котёл от главной магистрали, закрыв соответствующие стопорные клапаны, открывают клапаны продувания паропроводов. Дополнительно подают питательную воду в котёл до уровня, немного превышающего нормальный, и останавливают питательный насос.
В зависимости от цели вывода котла из действия воду из котла либо удаляют, либо, наоборот, его полностью заполняют деаэрированной водой («мокрое хранение»). При кратковременном бездействии (24 ч – главный котёл, до 3-х суток – вспомогательный или утилизационный) допускается хранить котёл в том состоянии, в котором он находился до остановки.
При бездействии котла до 30 суток может быть использовано «мокрое» хранение, когда котёл заполнен раствором тринатрийфосфата в деаэрированной воде с концентрацией 5 мг/литр.
При бездействии котла более 30 суток применяют «сухое» хранение. В этом случае из котла удаляют всю воду, а в коллекторах и камерах устанавливают влагопоглотители из расчёта на 1 м3 их объёма 4 кг силикагеля.
Крышки лазов и горловин смазывают техническим вазелином и плотно закрывают. Перед постановкой на длительное хранение котёл необходимо отчистить от накипи и сажи.
2.11.5.4.Очистка поверхностей нагрева
В период эксплуатации поверхности нагрева котла загрязняются как с газовой стороны, так и со стороны пароводяного пространства. Наружные загрязнения поверхностей нагрева образуются отложениями сажи и золы.
Внутренние загрязнение вызваны отложениями накипи, количество которой зависит от качества котловой и питательной воды. Поэтому поверхности нагрева с газовой стороны нужно очищать от загрязнений как во время работы котла, так и при выводе его из действия. Для устранения загрязнений применяют воздушную и паровую обдувку.
Сажеобдувка (обдувка паром)
Очистка поверхностей нагрева котла от отложений сажи и золы во время работы котла проводится каждую вахту, но не менее одного раза в сутки с помощью сажеобдувочных устройств. Котельный вентилятор при этом должен работать на полную мощность. Внеочередные очистки проводятся перед приходом в порт, перед предстоящей длительной стоянкой судна, при повышении или понижении температуры перегретого пара, при повышении аэродинамического сопротивления в газоходе котла. Сажеобдувочное устройство состоит из трубы с несколькими рядами сопел. Обдувку осуществляют паром с давлением 12-16 кг/см², который выходит из сопел в виде струй, направленных на загрязнённые поверхности нагрева.
Воздушная сажеобдувка менее эффективна, чем паровая, поэтому она применяется только для утилизационных котлов на теплоходах. Для этой цели используется воздух из пусковых баллонов главного двигателя с давлением 30 кг/см².
Обмывка котла горячей водой
Наружную поверхность нагрева котла, выведенного из действия, обливают горячей водой с температурой 60-90 °С. После того, как котёл остынет до 50 °С, можно начинать обмывку котла, используя для этого систему сажеобдувки. Обмывку нужно начинать с экономайзера, постепенно спускаясь вниз. Затем специальным шлангом с соплом провести вручную обмывку поверхностей нагрева со стороны топочного пространства водой с температурой 50 °С. Для предотвращения временного воздействия сернистых соединений необходимо повторно провести обмывку поверхностей нагрева щёлочной водой. Грязную воду со смывками отводят из топки в специальные цистерны через дренажные клапаны. Затем котёл герметизируют и приступают к его просушке, используя действующую форсунку.
Для очистки поверхностей нагрева котлов с газовой стороны используют механический и химический способы очистки.
Механическая очистка
Сильно загрязнённые поверхности нагрева очищают с помощью металлических щёток при не полностью остывшем котле. Очистка котлов от шлама производится горячей водой под напором сразу после остывания котла и спуска из него воды, прежде чем рыхлые отложения шлама успеют сцементироваться.
Химическая очистка
Химическую очистку применяют при значительных внутренних загрязнениях накипью парообразующих труб. С этой целью в котёл вводят растворы таких химических веществ, как сульфаминовая или ингибированная соляная кислоты, а также тринатрийфосфат или кальцинированная сода, в результате воздействия которых накипь растворяется или размягчается. Всякая химчистка или промывка котла должна проводиться в соответствии со специальными инструкциями для каждого способа очистки. После окончания химчистки остатки разрушенной накипи должны быть удалены из котла, а результаты очистки проверены осмотром внутренних поверхностей котла и пропусканием через испарительные трубы калиброванных шаров диаметром 0,9 внутреннего диаметра проверяемых труб.
2.11.5.5.Верхнее и нижнее продувание котла
В процессе работы котла в его водяном пространстве в нижней части скапливаются тяжелые примеси(шлам) и легкие в виде пены на зеркале испарения. Для удаления этих примесей проводят соответственно нижнее и верхнее продувание котла, которое обычно осуществляться не реже одного раза в сутки. Перед продуванием котла необходимо убедиться в исправности водоуказательных устройств и питательных насосов.
При нижнем продувании уровень воды в котле нужно довести до уровня, предусмотренного инструкцией, а нагрузку котла снизить во избежание нарушения процесса циркуляции. Клапаны продувания нужно открывать постепенно для предотвращения гидравлических ударов. В случае наличия двух последовательно установленных клапанов сначала открывают второй клапан от котла, а после продувания его закрывают последним.
Во время продувания необходимо постоянно вести контроль уровня воды в котле. Если в трубопроводах продувания возникают гидравлические удары и вибрация, продувание необходимо прекратить. После каждого продувания котла нужно проводить химический анализ котловой воды.
Обычно нижнее продувание производят перед очередным верхним продуванием. Если химический анализ котловой воды показал, что верхнее продувание проводить не нужно, то после окончания нижнего продувания следует на пять минут открыть клапан верхнего продувания для удаления шлака с зеркала испарения.
После окончания продувки котла, для поддержания фосфатного и нитратного чисел в нужных пределах, нужно приготовить и ввести в котёл растворы необходимых присадок.
В случае повышения солёности или щелочного числа котловой воды, а также перед выводом котла из действия проводят внеочередное верхнее и нижнее продувание.
2.11.5.7. Техника безопасности при обслуживании паровых котлов
К работе в котельном отделении (КО) допускаются лица, достигшие 18-летнего возраста, прошедшие медосмотр, и имеющие свидетельство на право обслуживать паровые котлы. Во время вахты они должны носить спецодежду и безопасную обувь. Персонал КО обязан поддерживать чистоту и порядок. Настил КО должен быть выполнен из рифлёных стальных листов, всегда прочно закрепленных, а все вырезы в них должны быть закрыты. Масло или мазут, пролитые на палубу, следует немедленно убрать. Техническую эксплуатацию действующего котла необходимо осуществлять с соблюдением Правил технической эксплуатации и инструкций завода-изготовителя. Подготовку котла к действию следует начинать с осмотра всех элементов котла и топочной камеры, чтобы убедиться в отсутствии каких-либо повреждений.
Для удаления взрывоопасной газовоздушной смеси топку нужно вентилировать в течение не менее 3 минут.
При выведении котла из действия для осмотра и проведения работ внутри него необходимо надёжно разобщить его с действующим котлом, для чего следует поставить разобщительные заглушки между фланцами всех присоединённых к котлу паропроводов и трубопроводов. Котёл открывают только под руководством ответственного лица.
Запрещается: затягивать гайки на элементах котлов и паропроводах под давлением; выполнять ремонтные работы с ударами и сверлением; открывать люки и лазы на котле, не отключенном от действующих котлов; проникать в котёл, если на всех трубах, соединяющих его с другими котлами, нет заглушек, замков, на разобщительных клапанах - плакатов «В котле люди»; использовать в пароводяном коллекторе или топке котла электрические лампы напряжением выше 24В; работать во внутреннем пространстве котла при температуре выше 50°С без предварительной вентиляции и без вахтенного у люка котла, наблюдающего за теми, кто работает внутри.
Все ремонтные работы следует производить при участии и под руководством механика, ответственного за состояние котла. Котёл запрещено вводить в действие, если обнаружены: течь в коллекторах, камерах или в трубах; неисправность питательных средств, отсутствие или неисправность хотя бы одного предохранительного клапана, водоуказательного прибора или манометра; неисправность клапана нижнего продувания, а так же если число заглушенных труб превышает 10% их общего числа. Для предохранения от ожогов и уменьшения тепловых потерь котла дымоходы и паропроводы обязательно изолируют. Температура на поверхности изоляции должна быть не более 60 °С. Необходимо строго следить за плотностью топливных трубопроводов, арматуры, насосов, содержать льяла чистыми и сухими, не допускать скоплений мазута в топке и под насосами. Котельное отделение должно быть оборудовано противопожарными средствами. Характерные неисправности в работе водогрейных паровых котлов указаны в Приложении 1 (Табл.4)
2.11.6. Термомасляные котлы (термобойлеры)
На судах последней постройки малого и среднего тоннажа вместо паровых и водогрейных котлов прменяют термомасляные котлы (термобойлеры)
В термомасляных котлах для передачи тепла используется органический теплоноситель с температурой нагрева до +350oС. В качестве теплоносителя используют специальные масла с присадками.
Преимущества термомасляной системы:
• не требуется дорогостоящее оборудование для водоподготовки, поскольку не используется вода в качестве теплоносителя;
• теплоноситель в ней не замерзает;
• эксплуатация котла осуществляется автоматически;
• исключена коррозия трубопроводов;
• точное регулирование температурного графика.
Использование термического масла в качестве теплоносителя является более предпочтительным нагреву паром, так как позволяет получить высокие температуры при низких давлениях, что удешевляет стоимость основного оборудования.
При низком давлении, малой вязкости и высокой термической устойчивости термическое масло обеспечивает быстрое и легкое управление температурой.
Термомасляные котлы и масляные нагреватели являются новым решением в судостроении, где требуются высокие технологические температуры и высокая надежность работы.
Принципиальная схема термомасляной котельной установки, работающей на жидком топливе, изображена на
Рис. 157, а общий вид котла термального масла(КТМ) энергетической компании OOO «Прогресс», Россия на Рис. 158
Рис. 157Принципиальная схема термомасляной котельной установки на жидком топливе:
1-термомасляный котел; 2-циркуляционный насос; 3-шкаф управления; 4-линия расширения; 5-расширительный бак;
6-ограничитель минимального уровня; 7-линия перелива; 8-сливной вентиль; 9-дренажный бак.
Рис. 158Котел термального масла(КТМ) энергетической компании OOO «Прогресс», Россия.
Конструктивная схема утилизационного термомасляного котла фирмы «Рейнсталь» представлена на Рис.159
Рис.159Утилизационный термомаслянный котел фирмы «Рейнсталь» :
1-корпус котла; 2-наружный змеевик; 3-внутренний змеевик; 4-форсунка; 5-датчик температуры; 6,9-трехходовой электромагнитный клапан; 7-холодильник масла; 8-датчик давления масла;10-цистерна пополнения утечек; 11-фильтр;
12-насос пополнения утечек; 13-датчик потока масла;14-циркуляционные масляные насосы; 15-танк запаса масла;
16-охлажденный теплоноситель от потребителя.
Поверхность нагрева котла состоит из наружного 2 и внутреннего 3 змеевика. Котел имеет форму цилиндра в верхней части которого размещена форсунка для работы на стоянке. На ходу судна котел работает на выхлопных газах от двигателя.
2.12. Судовые вспомогательные механизмы и устройства.
2.12.1. Назначение и типы судовых вспомогательных механизмов и устройств.
Судовые вспомогательные механизмы и устройства являются важной частью судовой энергетической установки.
Вспомогательным механизмам принадлежит значительная доля в общем комплексе механического оборудования судна. Ввиду большого количества вспомогательных механизмов на судах, на них приходится значительная доля трудоёмкости по техническому обслуживанию и ремонтных затрат. Они потребляют значительное количество энергии, топлива, масла. От надёжности работы некоторых вспомогательных механизмов (якорного и рулевого) непосредственно зависит живучесть, безопасность плавания и непотопляемость судов. В создании хороших санитарно-гигиенических и бытовых условий на судах морского флота, решающая роль принадлежит вспомогательным устройствам (холодильным, водоопреснительным и кондиционным).
Судовые вспомогательные механизмы должны быть надёжны, экономичны в работе, удобны в эксплуатации, устойчивы в работе на переменных режимах, должны иметь возможность плавного регулирования производительности и мощности, обладать ограниченными шумностью и вибрацией в работе, иметь малые габаритные размеры, массу, построечную стоимость.
К судовым вспомогательным механизмам и системам относятся:
1. Насосы, компрессоры, , вентиляторы, сепараторы;
2. Палубные механизмы: рулевые, якорные, швартовные, грузовые, шлюпочные, буксирные, траповые, спасательные, подруливающее.
3. Холодильные и кондиционные – служат для получения и поддержания определенной температуры в помещениях или устройствах.
4. Водоопреснительные – служат для получения пресной воды.
5. Установки по предотвращению загрязнения морской среды – установки по обработке и очистке льяльных вод, сточных вод, обработка мусора, очистка выхлопных газов (скрубберы).
2.12.2. Судовые насосы.
2.12.2.1. Классификация судовых насосов. Основные параметры насосов.
Насосы – это гидравлические механизмы, предназначенные для перемещения на судне различных веществ.
По назначению насосы делятся на:
- общесудовые -обслуживают общесудовые системы (осущительные, балластные, питьевой воды, пожарные, фекальные и т. д.);
- специальные- установлены в специальных системах (креновые, дифферентные, грузовые, зачистные и т. д.);
- насосы СЭУ(охлаждения двигателя, топливные насосы высокого давления ТНВД, топливоподкачивающие, масляные, питательные и т. д. )
По виду перекачиваемого вещества насосы бывают: водяные, топливные, масляные, конденсатные, рассольные, воздушные и т. д.
Различают автономные и неавтономные (навесные) насосы. Неавтономные насосы не имеют своего двигателя и навешиваются на обслуживаемое устройство. Автономные насосы по типу двигателя бывают: электрические, мотомпомпы (привод от ДВС), турбонасосы и гидроприводные. Наибольшее применение на судах получили электрические насосы, мотопомпы применяют как аварийные насосы. Турбонасосы встречаются на танкерах старой постройки в качестве грузовых насосов, где необходима большая производительность.
По конструкции (принципу действия) насосы подразделяются на:
-объемные - поршневые, ротационные (шестеренные, пластинчатые, винтовые, водокольцевые, аксиально- и радиально-поршневые)
- лопастные (центробежные, осевые и вихревые);
- струйные.
- мембранные;
Каждый насос характеризуется основными параметрами:
- объёмная производительность – объём жидкости, перекачиваемый насосом в единицу времени и измеряемый в м³/ч или л/сек.
- напор – это давление, создаваемое насосом, выражается в метрах водяного столба, в кг/см² или МПа
- вакуумметрическая высота всасывания – способность насоса поднимать жидкость по всасывающему трубопроводу, выражается также в метрах водяного столба или в кг/см². Характеризует сумму высоты столба воды и потерь напора на преодоление сопротивления во всасывающей магистрали.
- мощность – энергия, отдаваемая насосу приводным двигателем, выражается в киловаттах или лошадиных силах.
- коэффициент полезного действия (к.п.д.) – представляет собой отношение полезной мощности к мощности насоса
К.п.д. учитывает все виды потерь.
Η =Nп / N
к.п.д. учитывает все виды потерь:
η= η0 ηг ηм
η0 – объёмный к.п.д. – учитывает потери от утечек жидкой среды через неплотности (перетекание жидкости из полости нагнетания в полость всасывания и т.д.)
ηг – гидравлический к.п.д. – учитывает потери энергии, затраченной на преодоление гидравлических сопротивлений в насосе.
ηм – механический к.п.д. – учитывает механические потери в насосе.
- число оборотов в минуту или число ходов поршня – параметр, от которого зависит производительность, напор и мощность.
2.12.2.2. Поршневые насосы
Судовые поршневые насосы классифицируются:
- по кратности действия: простого, двойного и многократного действия
- по конструктивному выполнению: одинарные, сдвоенные, многоцилиндровые, вертикальные и горизонтальные;
- по способу соединения с двигателем: приводные через мотылёвый механизм и прямодействующие;
Поршневые насосы могут иметь привод от электродвигателя, через редуктор, с мотылевым механизмом и от паровой машины. Поршневые насосы обслуживают как водяные системы, так и системы перекачки нефтепродуктов; могут создавать высокие давления и имеют широкий диапазон производительности. Если насос за один двойной ход делает одно всасывание и одно нагнетание – это насос простого действия. Насосы простого действия с приводом от электродвигателя применяются в качестве осушительных.
Схема поршневого насоса двойного действия показана на рисунке 160.
Рис.160. Схема поршневого насоса двойного действия:
1 – поршень; 2 – нагнетательный патрубок; 3 –клапанная коробка; 4, 9 – нагнетательные клапаны; 5, 8 – полости;
6, 7 – всасывающие клапаны.
Насос имеет две рабочие полости 8 и 5. Каждая полость имеет два клапана : всасывающий и нагнетательный. При движении поршня 1 вправо в полости 8 создаётся разряжение (вакуум), вследствие чего автоматически открывается клапан 7 и начинается ход всасывания жидкости. Когда поршень займёт правое крайнее положение и остановится для перемены направления движения, всасывание прекратится и всасывающий клапан закроется. При движении поршня влево, под давлением жидкости откроется нагнетательный клапан 9 и жидкость будет выталкиваться в полость клапанной коробки 3 и в нагнетательный патрубок 2. Обратная картина происходит в полости 5: при движении поршня влево открывается всасывающий клапан 6, а нагнетательный 4 будет закрыт под действием пружины и давления жидкости со стороны нагнетательной полости 3, а при перемене хода открыт нагнетательный и закрыт всасывающий клапан.
При одних и тех же размерах и скорости движения поршня насос двойного действия имеет производительность почти в два раза выше, чем насос простого действия.
Насосы трёхкратного, четырёхкратного и любого многократного действия представляют собой комбинацию двух типов этих насосов. Например, насос трёхкратного действия – это трёхцилиндровый насос простого
действия; четырёхкратного действия – двухцилиндровый насос двойного действия и т.д.
Прямодействующие паровые поршневые насосы, как правило, выполняются двухцилиндровыми в связи с простотой привода золотников парораспределения, когда поршень одного цилиндра приводит в движение золотник другого. Одноцилиндровым поршневым прямодействующим насосам нужен сложный по устройству цилиндрический золотник плавающего типа.
Преимущества поршневых насосов: способность к «сухому» всасыванию, т.е. при наличии воздуха в приёмном трубопроводе насос откачивает воздух без дополнительного устройства; могут создавать высокие давления.
Недостатки поршневых насосов: большой вес и габариты, поэтому они не применимы для перекачки больших объёмов жидкости; пульсирующая подача жидкости в трубопроводе; наличие клапанов усложняет конструкцию и является частой причиной ненормальной работы насоса; сложность привода; быстрый износ поршневых колец и необходимость их замены; большие затраты времени на обслуживание и ремонт.
2.12.2.3. Шестеренные насосы.
Рабочими органами насосов служат, шестерни, вращающимися в корпусе. Реверсивные и нереверсивные по числу шестерен насосы могут быть одноступенчатыми (односекционными), двухсекционными и многосекционными (с несколькими парами шестерен), по форме зубьев — прямозубые, косозубые, шевронные, а в зависимости от характера зацепления шестерен — эвольвентные, циклоидальные и трапецеидальные.
Наибольшее распространение на судах получили шестеренные насосы с парой прямозубых шестерен внешнего зацепления и одинаковым числом зубьев эвольвентного профиля. Насосы этого типа отличаются простотой устройства, весьма надежны в эксплуатации, обладают хорошей всасывающей способностью. Поэтому, несмотря на низкий КПД (33—45%), их широко используют в качестве навесных на дизель и электроприводных насосов для перекачки нефтепродуктов с небольшими напорами и подачей.
На Рис. 161 показаны устройство и схема работы шестерённого насоса.
Рис. 161Устройство и схема работы шестеренного насоса с редукционным клапаном:
1 – корпус; 2,4 – зубчатые колеса (шестерни),3 – приемный патрубок; 5 – перепускная полость; 6 – клапан; 7 – пружина;
8 – корпус клапана; 9 – регулировочный болт; 10 – контргайка; 11 – нагнетательный патрубок.
Масло всасывается из приёмного патрубка 3, подхватывается зубьями колёс (шестерён) 2 и 4,которые вращаются в разные стороны, переноситься определенными объемами во впадинах и затем при зацеплении шестерен выдавливается в нагнетательный патрубок 11. Вал, приводимый от двигателя, является ведущим, а другой – ведомым и свободно проворачивается в подшипниках скольжения. Рабочее давление в масляной системе, составляет 2-6 кг/см². Для регулировки давления имеется редукционный клапан 6. Тарелка клапана 6 прижимается пружиной 7, натяжение которой регулируется болтом 9 с контргайкой 10, клапан автоматически открывается при повышении давления выше установленного и перепускает часть масла обратно во всасывающий патрубок через перепускную полость 5.
Современные дизели большой мощности обслуживаются масляными насосами с автономным приводом от электродвигателя и выполняются нереверсивными. Преимуществом их является возможность поддержания постоянного давления в системе, возможность ремонта резервного насоса, простота устройства. У навесных насосов давление зависит от числа оборотов дизеля. С увеличением производительности заметно проявляются недостатки шестерёнчатых насосов: уменьшение к.п.д., чрезмерный шум, пульсирующий поток, влияние на производительность зазоров между зубьями и торцами шестерён и корпуса.
2.12.2.4. Винтовые насосы
Рабочим органом насоса служит винт червячного типа. Число винтов может быть от 1 до 5. Трехвинтовой насос изображен на рис.162 Насос состоит из трёх червячных винтов. Центральный винт является ведущим. Винты размещены в съёмном корпусе . Шейки ведомых винтовых валов вращаются в бронзовых опорно-упорных подшипниках. Масло поступает из всасывающей полости корпуса насоса, заполняет впадины и вытесняется винтами в нагнетательную полость. Между всасывающей и нагнетательными полостями обычно ставят предохранительно-редукционный клапан.
Винтовые насосы отличаются высокой производительностью, хорошими всасывающими качествами, бесшумностью работы и равномерностью подачи масла. Недостатками винтовых насосов является высокая стоимость насоса (требуется высокая точность изготовления винтов) и требовательность к чистоте перекачиваемой жидкости. На судах насосы применяют как масляные - в гидравлических системах и маслоперекачивающие.
Рис. 162 Схема трехвинтового насоса:
1,5 –опорно-упорные подшипники; 2,4 – ведомые винты; 3- корпус; 6 –центральный ведущий винт.
2.12.2.5. Пластинчатые насосы.
Устройство пластинчатого насоса показано на Рис. 163.
Рис. 163. Пластинчатый насос:
1 – корпус; 2 – лопасти; 3 – ротор; 4 – нагнетательный патрубок; 5 – пружина; 6 – всасывающий (приемный) патрубок.
Пластины 2 помещены в прорезях ротора 3, который вращается в корпусе 1. При вращении ротора пластины под действием центробежных сил выходят из пазов и прижимаются к внутренней цилиндрической поверхности корпуса. Для создания дополнительной выдвигающей силы устанавливают пружины 5. Пройдя всасывающий патрубок 6, пластина создаёт разрежение, жидкость всасывается и заполняет полость между корпусом и ротором. Всасывание продолжается до горизонтального положения пластины , после чего вторая пластина начнёт вытеснять жидкость из объёма между ротором и корпусом. Ротор может иметь от двух до двенадцати пластин, а также от одной до трёх полостей и несколько секций. Это даёт возможность создавать насосы высокой производительности и большого напора.
Многопластинчатые насосы (Рис 164) создают более равномерный поток жидкости без пульсаций.
а) б)
Рис. 164 Многопластинчатые насосы:
а) – однороторный; б) –двухроторный
1 – пластина; 2 – ротор.
Пластинчатые насосы создают давление до 30 кг/см² и широко применяются для привода гидравлических палубных механизмов: лебёдок, брашпилей, кранов, а также для перекачки масла и топлива.
2.12.2.6. Водокольцевые насосы.
Водокольцевые насосы получили широкое применение благодаря способности создавать глубокий вакуум. Устройство насоса показано на Рис. 165. Корпус цилиндрический. Ротор состоит из вала и насаженного на него барабана с рабочими лопастями. Лопасти прямые или изогнутые, изготовлены заодно с барабаном. Ротор размещен в корпусе со смещением (эксцентрично). Корпус насоса закрыт с торцов крышками. На одной крышке установлены всасывающий и нагнетательный патрубки.
|
Рис. 165Водокольцевой насос: 1-крышка; 2-корпус; 3-всасывающее отверстие; 4-ротор;5-нагнетательное отверстие; 6- водяное кольцо. |
Внутри насоса находиться вода , заливаемая перед пуском. При вращении ротора лопасти воздействуют на воду, отбрасывая ее к поверхности корпуса. В результате этого образуется водяное кольцо и серповидное пространство, являющееся рабочей полостью насоса.
На первой половине оборота ротора жидкость наподобие поршня отходит от ротора, образуя разрежение (правая часть рисунка), и перекачиваемая жидкость или газ засасывается в насос. Эта половина оборота ротора называется всасывающей. На второй половине оборота ротора кольцо приближается к нему, сжимая и выталкивая засосанную жидкость или газ в нагнетательное отверстие и патрубок. Эта половина оборота ротора нагнетательная.
Очень важно, чтобы при работе насоса не было утечек воды из него и толщина водяного кольца оставалась постоянной. В противном случае внутренний диаметр водяного кольца увеличивается, оно отойдет от поверхности ротора в верхней части и перекачиваемый газ будет просачиваться из нагнетательной полости во всасывающую. Работа насоса резко ухудшиться.
Водокольцевые насосы применяются на судах в качестве вакуумных устройств в самовсасывающих центробежных насосах, в конденсаторах испарительных установок.
Основное достоинство насосов - простота работы и обслуживания. Насосы не имеют специальной системы смазки. Все зазоры между вращающимся ротором и неподвижным корпусом уплотнены рабочей жидкостью. Простота конструкции, отсутствие трущихся пар в проточной части обеспечивают надежность и долговечность работы насоса.
2.12.2.7. Радиально- и аксиально-поршневые насосы переменной производительности
Различают роторные радиально-поршневые насосы с радиальным расположением цилиндров относительно оси вращения ротора и аксиально-поршневые насосы с аксиальным расположением цилиндров относительно оси вращения цилиндрового блока. В первых насосах движение поршней (плунжеров) происходит в одной плоскости, во вторых — в пространстве.
Радиально-поршневые насосы
Цилиндры радиально-поршневых насосов располагают звездообразно (Рис.166), причем оси их находятся в общей плоскости и пересекаются в одной точке. Ротор 7 насоса, представляющий собой блок из нескольких цилиндров, вращается в постоянном направлении. Вместе с блоком вращаются находящиеся внутри его цилиндров плунжеры 2 и шарнирно связанные с ними башмаки или ролики 1. Опорные части башмаков прижимаются под действием центробежной силы к внутренней поверхности окружающего их направляющего кольца 6 и скользят по этой поверхности. Направляющее кольцо при помощи цапф 9 подвешивается к неподвижно укрепленному корпусу насоса так, что может смещаться вправо или влево внутри корпуса, не теряя с ним связи. Окруженная звездообразным ротором центральная неподвижная часть (цапфа) насоса имеет перемычку 4, отделяющую верхнюю 3 внутреннюю полость насоса от нижней 5. В положении, показанном на Рис. 166, в, когда центр направляющего кольца 6 совпадает с центром звездообразного ротора 7, вращение последнего не вызывает подачи жидкости, заполняющей внутренние полости насоса. Плунжеры 2 вращаются вместе с ротором, но никакого движения внутри его цилиндров не получают. Таким образом, производительность насоса равна 0.
Рис. 166. Схема радиально-поршневого насоса:
а)регулировочное кольцо смещено вправо б) регулировочное кольцо смещено влево в) регулировочное кольцо расположено эксцентрично1 – башмаки (ролики); 2 – плунжеры; 3 и 5 – трубы; 4 – горизонтальная перемычка;
6 – регулировочное кольцо; 7 – звезда цилиндров; 8 – станина; 9 - цапфы
Если сместить регулировочного кольца 6 в крайне правое положение ( Рис.166.а), то при вращении ротора против часовой стрелки, плунжеры придут в движение. Проходя через верхнюю половину направляющего кольца, будут входить в свои цилиндры (нагнетание), а проходя через нижнюю половину – выходить их них (всасывание). При таком положении труба 5 работает как всасывающая, а труба 3 – как нагнетательная. Если направляющее кольцо сместить влево (Рис.158,б), плунжеры также получат возвратно-поступательное движение в цилиндрах, но верхняя полость насоса окажется тогда всасывающей, а нижняя — нагнетательной. В присоединенных к этим полостям трубах направление движения жидкости изменится на обратное. Изменяя смещение кольца, т. е. получаемый им эксцентриситет по отношению к ротору, можно увеличивать или уменьшать ход плунжеров в цилиндрах, что будет изменять подачу, развиваемую насосом.
Уплотнение плунжеров цилиндров достигается путем обеспечения минимального диаметрального зазора (0,03—0,04 мм). Радиально-поршневые насосы имеют большой срок службы. Они находят применение в мощных гидроприводах морских судов.
Аксиально-поршневые насосы.
Насос (Рис.167) состоит из цилиндрового блока 2 с поршнями 3, связанными при помощи шатунов 4 с наклонным диском (шайбой) 5. Цилиндровый блок получает вращение от ведущего вала 7 с помощью кардана 6. Распределение жидкости происходит через окна а и b золотника и отверстия 8 в цилиндровом блоке. Если ведущий вал 7 и цилиндровый блок 2 расположить на одной оси (угол у = 0), то подача насоса также будет равна нулю, так как поршни 3, вращаясь вместе с блоком, не будут иметь осевых перемещений относительно своих цилиндров. При отклонении оси вала 7 от оси цилиндрового блока 2 на некоторый угол у, как это показано на схеме, поршни 3 получат наряду с вращательным движением совместно с блоком еще возвратно-поступательное движение внутри цилиндров, поэтому насос будет давать подачу рабочей жидкости определенного направления. Например, для указанных на схеме направления вращения и угла у верхнее окно а будет всасывающим, а нижнее Ъ—нагнетательным. Если при неизменном направлении вращения отклонить ось вала 7 на угол V в противоположном направлении от оси блока 2, то окно а станет нагнетательным, а b — всасывающим. Изменение направления вращения приводного вала также изменило бы направление потока рабочей жидкости, но этого никогда не делают, так как выгоднее иметь приводной электродвигатель постоянного направления вращения. Таким образом, изменяя размер и знак угла у, регулируют значение и направление подачи насоса. Обычно наибольший угол у составляет 30°, а количество цилиндров в блоке 7—9. Поршень (плунжер) сажают в цилиндр с диаметральным зазором в пределах 0,01—0,02 мм, который обычно обеспечивают притиркой. Помещенный в смазанный вертикально расположенный цилиндр поршень должен медленно опускаться под действием собственного веса.
Рис. 167. Схема аксиально-поршневого насоса:
1-крышка блока цилиндров; 2 блок цилиндров; 3-поршни; 4-шатуны;
5-регулировочный диск (шайба); 6-кардан; 7-ведущий вал; 8-отверстия.
Одним из основных требований при обработке пары «поршень — цилиндр» является обеспечение цилиндричности их рабочих поверхностей; овальность и конусность их не должны превышать соответственно 0,002 и 0,005 мм.
Радиально и аксиально- поршневые насосы должны работать на определенном сорте рабочей жидкости (масле), так как от физико-химических свойств этой жидкости во многом зависит работоспособность насоса. Масло следует заливать в насос (гидросистему) через заливной фильтр, обеспечивающий надежную фильтрацию масла. Перед заливкой масло проверяют на соответствие государственному стандарту или техническим условиям. При заливке масла должен быть обеспечен выход воздуха из насоса (гидросистемы) через соответствующие отверстия, закрываемые пробками.
Во время эксплуатации насоса необходимо поддерживать требуемую чистоту рабочего масла путем своевременной очистки фильтров, спуска отстоя и замены отработавшего масла. Периодически следует производить анализ рабочего масла. Насос и всю гидросистему следует содержать в чистоте.
На работу насосов гидроприводов оказывает влияние также колебание температуры рабочего масла.. При обслуживании насосов необходимо наблюдать за температурой рабочего масла и поддерживать его в пределах, указанных в инструкции по эксплуатации. При подготовке к действию насос необходимо осмотреть снаружи и убедиться в его исправности. При обнаружении ослабления болтов, крепящих гидронасос в установке, их следует подтянуть. Если гидронасос и его трубопровод не полностью заполнены маслом, то масло следует добавить. Насос запускают лишь после того, как подготовлен к работе гидропривод в целом. Во время работы насоса необходимо наблюдать за показаниями контрольно-измерительных приборов, которые должны соответствовать паспортным данным насоса. При подтекании масла из-под фланцев, мест разъемов крышек и подсоединений трубопроводов необходимо подтягивать крепежные детали. Нельзя допускать подсосы воздуха в гидросистему. При появлении ударов и стуков, свидетельствующих о ненормальной работе или поломке деталей насоса, его следует остановить и устранить причины неисправности. Пуск любого насоса без наличия в нем масла не допускается.
2.12.2.8. Центробежные насосы.
Основным рабочим органом насоса является колесо 2 с лопастями (крылатка), насаженное на вал 3.Применяются колеса с лопастями загнутыми вперед, загнутыми назад или прямыми (радиальными). Принцип работы центробежного насоса приведен Рис. 168
Рис. 168. Схема центробежного насоса
1 – корпус; 2 – рабочее колесо; 3 – вал; 4 – всасывающий трубопровод;
5 – нагнетательный трубопровод.
Колесо вращается с большой скоростью в корпусе насоса и вода, находящаяся между лопастями колеса, отбрасывается от центра на периферию под действием центробежных сил в спиральный клапан – «улитку», переходящую в нагнетательный трубопровод 5. Так как вода отбрасывается из каналов рабочего колеса на периферию, то в его центральной части образуется вакуум, под действием которого всасывается вода из трубопровода 4. Насосы ,в большинстве своём, располагаются в нижней части машинного отделения, поэтому находятся всегда под напором столба воды, что обеспечивает лучшее всасывание воды насосом. Для экономии места в машинном отделении насосы устанавливают вертикально. Для удобства производства ремонтов и осмотров насосы большого размера делаются с разъёмным корпусом.
На( Рис.160, а) показана схема работы многоступенчатого центробежного насоса. На одном валу укреплено несколько колёс. Всасываемая жидкость подводится к первому колесу (первая ступень), а нагнетаемая им жидкость подводится на всасывание ко второму колесу (вторая ступень) и т.д.
Рис.169 Схема действия центробежных насосов:
а) с последовательным соединением колес; б) с параллельным
При последовательным подключением колес производительность насоса равна производительности одного колеса, а общий напор насоса будет равен сумме напоров отдельных ступеней. Многоступенчатые насосы(Рис.169,а) применяются в качестве питательных насосов с высокими параметрами.
В многопоточном насосе (Рис. 169,б) колёса насоса работают параллельно. Нагнетаемая ими жидкость идёт в одну общую трубу. При параллельной схеме подключения в работу нескольких колёс напор насоса будет равен напору одного колеса, а производительность насоса будет равна сумме производительности отдельных колёс. Многопоточные насосы применяются в качестве водоотливных, пожарных насосов на крупнотоннажных судах, грузовых насосов танкеров, т.е. там, где требуется большая производительность.
По конструкции центробежные насосы бывают самовсасывающие или несамовсасывающие, с горизонтальным или вертикальным расположением вала. Самовсасывающиеся насосы оборудованы вакуумным устройством, обеспечивающим надежную работу насоса с подсосом.
Центробежные насосы распространены на судах наиболее широко: устанавливают для перекачки воды и нефтепродуктов, что способствует следующие достоинства насосов:
- равномерная подача жидкости;
- простота устройства, что повышает надежность работы насоса;
- возможность перекачки сильно загрязненных жидкостей;
- прямое соединение с быстроходным двигателем.
Основным недостатком центробежных насосов является отсутствие сухого всасывания и необходимость установки вакуумного устройства. Поэтому их проектируют для работы с подпором. (ниже уровня перекачиваемой жидкости).
2.12.2.9. Осевые насосы
Осевые насосы применяются на судах в качестве аварийно-осушительных, для прокачки конденсаторов и других целей, где требуется большая производительность при невысоких напорах. Имея небольшие размеры, осевые насосы могут устанавливаться вертикально и горизонтально. Приводом насоса служит электродвигатель. Насосы могут быть одно- и многоколёсными, когда на одном валу последовательно насажено несколько колёс для увеличения напора насоса. Судовой осевой насос показан на Рис. 170.
Рис. 170. Схема осевого насоса:
1 – вал; 2,5 – обтекатели; 3 – направляющие лопасти; 4 – корпус; 6 – лопасти пропеллера.
2.12.2.10. Вихревые насосы
Вихревые насосы применяются на судах в системах санитарной воды, в системах охлаждениях ДВС, в качестве питательных насосов в паровых котлах и т.п.
Вихревые насосы изготавливаются с закрытыми и открытыми колесами, в одно и многоступенчатом исполнении.
Рис. 171 Схема вихревого насоса
Принцип действия одноступенчатого насоса (Рис. 171): жидкость из всасывающего отверстия поступает к лопастям. Под действием центробежной силы жидкость отбрасывается в боковые каналы, при этом завихряется. Лопасти придают жидкости вихревое движение в кольцевом канале, заставляя ее перемещаться к нагнетательному отверстию. Одна и та же частица жидкости несколько раз попадает на лопасти и сбрасывается с них на своем пути, получая постоянное приращение энергии. В этом работа насоса сходна с действием многоступенчатого центробежного насоса. Благодаря многократному приращению энергии жидкости вихревой насос создает в 3-4 раза больший напор, чем центробежный при одинаковых оборотах. В этом состоит одно из преимуществ вихревого насоса.
Высокими эксплуатационными показателями отличаются центробежно-вихревые насосы, в которых используют достоинства центробежных и вихревых. (Рис.172)
Рис.172.Центробежно-вихревой насос:
1-вал; 2-крышка; 3-корпус насоса; 4-8-корпус подшипников; 5-вихревое колесо; 6-центробежное колесо;
7-уплотнение; 9- шариковый подшипник;
Центробежно-вихревой насос представляет собой блок из двух насосов — центробежного и вихревого, собранных на общем валу и соединенных между собой последовательно по ходу перекачиваемой жидкости. Насос имеет осевой подвод воды; на всасывающее линии его устанавливают центробежное колесо, обеспечивающее высоту всасывания до 5—7 м. Затем вода попадает в камеру вихревого колеса, где ей сообщается высокий напор. Таким образом в одном насосе удается объединить три важных качества: обеспечение большой высоты всасывания, присущей центробежным насосам, обеспечение большого напора, присущего вихревым насосам, и самовсасывание, также присущее вихревым насосам.
Отечественные насосы типа ЦВ изготавливаются с подачей 14—36 м3/ч и напором до 280 м ст. жидкости. Выпускаются также самовсасывающие центробежно-вихревые насосы ЦВС, имеющие воздушный колпак. Насосы типа ЦВ имеют к. п. д. порядка 0,45—0,48. Маркируют их следующим образом: ЦВ — центробежно-вихревой; первая цифра — подача в л/с; вторая цифра — напор в м вод. ст.
2.12.2.11. Струйные насосы
Принципиальным отличием струйных насосов от остальных насосов является отсутствие движущихся деталей, что повышает их надежность работы и соответственно срок службы.
Рабочим органом струйных насосов служит струя жидкости или газа (обычно вода – водоструйные, пар – пароструйные или сжатый воздух – воздухоструйные.)
По назначению и устройству они делятся на эжекторы и инжекторы.
Эжекторы – это струйные насосы, предназначенные для всасывания, т.е. для удаления жидкости или газа из помещения или какого-либо устройства.
Рис. 173 Схема работы эжектора
1 – сопло; 2 – всасывающая труба; 3 – нагнетательная труба.
Работа эжектора (Рис. 173):
к рабочему соплу 1 (диффузору) подводиться под давлением рабочее тело (вода, пар или сжатый воздух). За счет сужения сопла увеличивается скорость движения струи. Быстродвижущаяся струя в трубе 2 создает разрежение. Жидкость засасывается в трубу 2, а оттуда идёт по трубопроводу 3, где она смешивается с рабочим телом.
Недостатком струйных насосов, является низкий к.п.д и неавтономность работы. К положительным качествам относятся: простота конструкций, высокая надёжность и долговечность, способность к самовсасыванию, возможность перекачивать сильно загрязненные жидкости, равномерная подача жидкости без пульсаций в трубопроводе. возможность работы в затопленном помещении.
Эжекторы применяю на судах для создания вакуума в конденсаторах паровых установок, в вакуумных опреснителях, в качестве водоотливных насосов - для откачки аварийной воды из отсеков, при мойке трюмов судов после перевозки руды и угля, в качестве фекальных насосов, для зачистки грузовых и балластных танков на танкерах и др. целей.
Инжекторные струйные насосы на судах не получили применения.
2.12.2.12. Мембранные насосы
Мембранный (диафрагменный) насос — объёмный насос, рабочий орган которого — гибкая пластина (диафрагма, мембрана), закреплённая по краям; пластина изгибается под действием рычажного механизма (механический привод) или в результате изменения давления воздуха (пневматический привод) или жидкости (гидравлический привод), выполняя функцию, эквивалентную функции поршня в поршневом насосе. (Рис.174)
Применяются на морских судах для окраски, осушения трюмов, для очистки днищ, кессонов для подводных работ, систем пожаротушения, резервуаров, содержащих сточные воды.
|
Рис.174 Схема диафрагменного насоса с гидравлическим приводом диафрагмы: 1 - пружина; 2 - поршень; 3 - эксцентрик; 4 - диафрагма; 5 и 6 - клапаны. |
Достоинства насосов:
- надёжная простая конструкция — отсутствие двигателя и редуктора, нет вращающихся деталей;
- в качестве привода — энергия сжатого воздуха, отсутствие искрообразования, абсолютная безопасность при работе с горючими жидкостями;
- компактные размеры и малый вес;
-универсальность применения насосов — перекачка воды, вязких жидкостей, жидкостей с твердыми включениями до
12-15 мм в диаметре;
- в насосах нет уплотнений и подшипников — гарантия отсутствия утечек и износа основных деталей;
- простота регулирования производительности от нуля до максимума посредством изменения количества подаваемого воздуха;
- для работы насоса не требуется смазка механизмов и обслуживание;
Недостатки мембранных насосов:
- мембрана при работе значительно изгибается, что приводит к её быстрому разрушению;
- конструкция мембранного насоса предполагает использование клапанов, которые могут выйти из строя при их загрязнении.
2.12.2.12. Подготовка к пуску, обслуживание во время работы и остановка судовых насосов.
Перед пуском насоса необходимо произвести наружный осмотр и убедиться в том, что пуску насоса ни что не препятствует, т.е. что на корпусе насоса, на движущихся частях соприкасающихся с ним деталей нет посторонних предметов. Убедиться в исправном состоянии арматуры, в наличии и исправности всех штатных контрольно- измерительных приборов; проверить, открыты ли краны к манометрам и мановакууметрам; убедиться в исправном действии аварийнопредупредительной сигнализации и защиты; произведен замер сопротивления изоляции обмоток электромотора, которое должно быть не менее 1 МоМ.
Убедившись в том, что насос исправен и пуску его ничего не препятствует, запускают насос согласно инструкции по его обслуживанию.
Поршневые насосы пускают в ход при открытых всасывающем и напорном клапанах. Центробежные насосы пускают в ход при открытом всасывающем клапане и закрытом (либо чуть приоткрытом) нагнетательном клапане, а после запуска насоса нагнетательный клапан постепенно открывают. Перед пуском насоса, если нужно, заливают всасывающую магистраль и корпус насоса перекачиваемой жидкостью (если насос не имеет самовсасывающей приставки). Во время работы насоса наблюдают за показаниями контрольно-измерительных приборов, работой сальников, плотностью соединений насоса и звуком, издаваемым работающим насосом. При появлении ненормального шума или стуков насос следует остановить для выявления и устранения причины неисправности. Для вывода поршневого насоса из действия нужно остановить электродвигатель, закрыть клапаны на напорном и всасывающем трубопроводах и краны к манометру и мановакууметру.
Для вывода из действия центробежного насоса нужно закрыть нагнетательный клапан, остановить электродвигатель, затем закрыть всасывающий клапан и краны к манометру и мановакууметру.
2.12.3. Судовые вентиляторы.
По конструкции судовые вентиляторы делятся на центробежные и осевые, а по назначению - вдувные (приточные), вытяжные и ветрогоны. Устройство и принцип действия центробежного и осевого вентилятора аналогично центробежному и осевому насосу.
На Рис. 175 Изображен центробежный вентилятор.
Рис. 175 Вентилятор центробежный:
1-корпус; 2- рабочее колесо; 3-приемный патрубок; 4-вал; 5-электродвигатель.
Осевые вентиляторы (Рисм.176) более просты по устройству и более компактны, но по создаваемому напору они уступают центробежным.
Рис. 176. Осевой вентилятор для охлаждения компьютера
2.12.4.Судовые компрессоры
По конструкции судовые компрессоры бывают поршневые, осевые, центробежные, ротационные и спиральные. Наибольшее применение получили поршневые компрессоры, которые применяют в системах сжатого воздуха МКО, в холодильных установках, для производства палубных работ.
Поршневые компрессоры
Поршневые компрессоры бывают одно-, двух-, или трехступенчатые. Количество ступеней зависит от конечного давления сжатого воздуха: для получения давления до 35бар воздушные компрессоры выполняют двухступенчатыми, для более высокого давления – трехступенчатыми.
Принцип работы одноступенчатого воздушного поршневого компрессора заключается в следующем (Рис.177)
Рис.177Схема работы поршневого компрессора:
1-нагнетатальный клапан; 2-нагнетательный патрубок; 3-поршень; 4-цилиндр; 5-шатун; 6-коленчатый вал;
8-камера сжатия; 9-воздухозаборник; 10-крышка цилиндра; 7,11-атмосферный воздух; 12-всасывающий клапан.
. При вращении коленчатого вала 6 соединённый с ним шатун 5 сообщает поршню 3 возвратные движения. При этом в рабочем цилиндре 4 из-за, увеличения объёма, заключённого между днищем поршня 3 и крышкой цилиндра 10, возникает разрежение и атмосферный воздух 11, преодолев своим давлением сопротивление пружины, удерживающей всасывающий клапан 12, открывает его и через воздухозаборник 9 поступает в рабочий цилиндр 8. При обратном ходе поршня 3 воздух будет сжиматься, а затем, когда его давление станет больше давления в нагнетательном патрубке 2 на величину, способную преодолеть сопротивление пружины, прижимающей к седлу нагнетательный клапан 1, воздух открывает последний и поступает в трубопровод 7.
Необходимость применения многоступенчатых компрессоров объясняется тем, что степень сжатия воздуха в одной ступени не должна превышать 8. При более высоких степенях сжатия температура в цилиндре может повыситься настолько, что произойдет самовоспламенение паров масла, поступающего на смазку цилиндров компрессора, а это может привести к взрыву и разрушению компрессора. В зависимости от расположения ступеней многоступенчатые поршневые компрессоры бывают последовательного сжатия – Тандем (Рис.178,а)и дифференциальные (Рис.178,б).
Рис. 178 Схемы трехступенчатых компрессоров :
а – Тандем; б – дифференциального типа
В компрессорах низкого давления трущиеся детали к смазываются разбрызгиванием. Уровень масла в картере контролируют по маслоуказателю. Компрессор может охлаждаться как пресной, так и забортной водой. Каждая ступень имеет предохранительный клапан, который ежегодно осматривается и пломбируется Регистром. После каждой ступени установлены сепараторы-водомаслоотделители инерционного типа.
Для привода компрессора применяют электродвигатели (электрокомпрессоры) и реже – дизели (мотокомпрессоры). Последние применяют как аварийные.
Перед пуском поршневого компрессора необходимо проверить наличие масла в картере и масленках, открыть продувочные краны сепараторов-водомаслоотделителей. Провернуть коленчатый вал компрессора на2-3 оборота, открыть запорный клапан продувания. После набора полных оборотов закрыть краны продувания. Проверить отсутствие посторонних шумов и температуру холодильников и компрессоров. Характерные неисправностями в работе поршневых воздушных компрессоров указаны в Табл. 5 Приложение 1
Винтовые компрессоры
Винтовые компрессоры получили широкое применение в холодильных установках.
Принцип действия винтовых компрессоров заключается в следующем. (Рис.179) Вогнутые и выпуклые поверхности роторов образуют со стенками корпуса компрессора рабочие камеры. Вращение роторов (Рис.180) обеспечивает увеличение камер, так как выступы роторов отдаляются от впадин, в результате этого процесса происходит всасывание воздуха. Как только объём камер достигает своего максимума, всасывание останавливается, и они изолируются стенками корпуса компрессора и крышками нагнетательного и всасывающего патрубка.
Рис.179Схема работы винтового компрессора Рис.180 Винтовая пара компрессора
Если винтовой компрессор продолжает работу и его роторы вращаются, во впадину ведомого винта внедряется сопряжённый с ним выступ ведущего винта, в результате этого поверхности ротора объёдиняются в одну плоскость. Объём камер непрерывно уменьшается и воздух или газ вытесняется в нагнетательный патрубок. Благодаря высокой частоте вращения роторов и большой длине винтов, обеспечивающих постоянное наличие нескольких камер на том или ином отрезке, винтовой компрессор производит непрерывный и равномерный поток сжатого воздуха.
Винтовой компрессор имеет более низкий уровень шума и вибрации при работе, чем поршневой, а также потребляет энергию на порядок меньше. Нагнетательные характеристики винтового компрессора несколько ниже, чем у поршневого. Обслуживать винтовые компрессоры гораздо проще и дешевле. Несмотря на более высокую первоначальную стоимость винтовых компрессоров по сравнению с поршневыми они вытеснили поршневые компрессоры в судовых холодильных установках.
Ротационно-пластинчатые компрессоры
Особенностью ротационных компрессоров по сравнению с поршневыми является отсутствие кривошипно-шатунного механизма и возвратно-поступательно движущегося поршня. Поэтому ротационн0-пластинчатые компрессоры имеют хорошую уравновешенность, сравнительно малую массу, меньшее количество движущихся частей, подвергающихся износу, а также отсутствие всасывающих, а в некоторых конструкциях и нагнетательных клапанов. Они проще в обслуживании и более надежны в работе. К недостаткам этих компрессоров можно отнести сложность их изготовления и ремонта, большой износ движущихся частей.
Все многообразие конструкций ротационных компрессоров можно свести к двум основным типам:
— компрессоры с вращающимся ротором, ось которого фиксируется относительно оси цилиндра
— компрессоры с катящимся ротором, ось которого вращается вокруг оси цилиндра, и ротор при этом обкатывает цилиндр.
Компрессор с вращающимся ротором (рис. 181) имеет эксцентрично расположенный в цилиндре ротор-поршень 1, который вращается вокруг своей оси. В роторе сделаны радиальные прорези, в которых размещены скользящие пластины 2, плотно прижимаемые при вращении к поверхности цилиндра действием центробежных сил. Работа этих пластин обеспечивает всасывание и сжатие пара. Во избежание большого износа пластин и чрезмерного шума их окружная скорость не должна превышать 12 м/с Статор выполняют двух типов: в одном пластины скользят непосредственно по его корпусу, в другом — по свободно вращающимся кольцам. Сжатие газа, отсеченного двумя пластинами, происходит непрерывно по мере прохождения его по окружности цилиндра.
Рис.181 Компрессор с вращающимся ротором:
1 — ротор,2 — пластины, 3 — водяная рубашка, 4 — кожух
Компрессор с катящимся ротором (рис. 182) приводится в движение эксцентриком центрального вала. Диаметр поршня меньше диаметра цилиндра. При вращении эксцентрика ротор 8 как бы катится по внутренней боковой поверхности цилиндра 7, создавая серповидную полость, положение которой зависит от угла поворота ротора.
При помощи разделяющей лопасти 3, постоянно прижимающейся к ротору, серповидная полость разделяется на две изолированные части. Одна из них сообщается со всасывающим патрубком 4, другая — с нагнетательным 5. По мере приближения ротора к верхнему положению всасывающая полость увеличивается и заполняется хладагентом, в то же время из нагнетательной полости пары вытесняются. За один оборот ротора эксцентрикового вала совершается полный цикл работы компрессора.
Рис. 182. Компрессор с катящимся ротором:
1 — ось цилиндра,2 — ось ротора,3 — лопасть,4 — всасывающий патрубок,5 — нагнетательный патрубок,
6 — нагнетательный клапан,7 — цилиндр,8 — ротор,9 — вал
.
Достоинствами ротационно-пластинчатых компрессоров являются:
- несложность конструкции и низкая стоимость изготовления;
- надежность в эксплуатации и простота в обслуживании;
- отсутствие клапанов на всасывании и, как правило, на нагнетании, что помимо других качеств обусловливает малые гидравлические потери на этих трактах;
- стабильность характеристик в течение эксплуатации машины.
К недостаткам относится большой износ неметаллических пластин и значительные потери мощности на трение пластин в пазах и при скольжении по цилиндру. Кроме того, существуют значительные трудности по обеспечению высоких требований к качеству пластин. Энергетическая эффективность пластинчатых компрессоров ниже, чем у поршневых компрессоров, как вследствие указанных причин, так и из-за значительных перетечек газа.
Ротационные компрессоры нашли применение в холодильных установках холодопроизводительностью до 1000 кВт при работе на аммиаке и хладонах.
Спиральные компрессоры
Спиральные компрессоры с каждым годом находят все большее применение в технике и прежде всего в холодильной. Это обусловлено тем, что они более надежны в эксплуатации, содержат на 40% меньше деталей, чем поршневые, производят меньше шума и имеют больший ресурс эксплуатации.
В 1905 г. французский инженер Леон Круа разработал конструкцию спирального компрессора и получил на нее патент. Однако в то время эта технология не могла быть реализована в жизнь, т. к. отсутствовала необходимая производ-ственная база. Поэтому конструкцию работающего прототипа пришлось ждать до второй половины двадцатого века, т. к. для эффективного функционирования, в спиральном компрессоре необходимо обеспечение малого конструктивного зазора в сопрягаемых деталях (спиралях). Такая точность стала возможной только при прецизионной машинной обработке, разработанной в течение второй половины двадцатого века, чем и объясняется относительно недавнее появление спираль-ного компрессора на рынке высокотехнологического оборудования. Последние несколько лет объем производства спираль-ных компрессоров быстро увеличивается, и к январю 2000 г. было произведено свыше 20 млн. компрессоров.
Спиральные компрессоры нашли применение во всех основных системах воздушного кондиционирования, включая сплит и мультисплит модели, напольные версии и в чиллерах, руфтопах (крышных кондиционерах) и тепловых насосах. Типичным применением является кондиционирование воздуха в квартирах, на кораблях, фабриках и больших зданиях, также на АТС, в процессах охлаждения и на транспорте. Холодильные спиральные компрессоры широко используются в компрессорно-конденсаторных агрегатах, в системах «выносного холода» супермаркетов, в промышленном холоде и в транспортных установках, включая контейнеры. Границы холодопроизводительности для спиральных компрессоров постоянно увеличиваются и в настоящее время приближаются к 200 кВт при использовании многокомпрессорной станции.
Рабочими органами спирального компрессора является две спиральные пластины, вставленные в друг друга.
(Рис183,а) Спираль НС неподвижна. Центр спирали движется по окружности радиусом R. Вращение осуществляется валом с эксцентриком, который шарнирно соединен с противоповоротным устройством. Подвижная спираль ПС не вращается вокруг своей оси. Она совершает движение только по определенной орбите радиусом R вокруг оси неподвижной спирали, совпадающей с осью вала. Повороту вращающейся спирали вокруг своей оси препятствуют противоповоротное устройство.
В центре неподвижной пластины расположено нагнетательное отверстие Подвижная и неподвижная пластины имеют одинаковые размеры, но противоположное направление закрутки спиралей. Если спирали вставлены одна в другую, стенками спиралей образуются ячейки.. некоторые из их замкнуты. Объем замкнутых ячеек при движении подвижной спирали изменяется. Газ, находящийся в замкнутом объеме. Сжимается и направляется в нагнетательное отверстие.
а) б)
Рис.183 Спиральный компрессор:
а)-конструкция; б)-взаимное положение спиралей по углу поворота
I—положение 0°
1-неподвижная спираль; II—положение 90°
2-подвижная спираль; III—положение 180°
3-эксценрик; IV—положение 270°
4-противоповоротное устройство;
5-опрный подшипник;
6-нижний подшипник;
7-всасывающий патрубок;
8- масляный поддон.
На Рис183,б показаны взаимные положения спиралей при перемещении подвижной спирали по кривой орбите через 90°. Цикл всасывания совершается за 1 оборот вала компрессора. Цикл сжатия и нагнетания длиться от 2 до 2,5 оборотов в зависимости от угла закрутки спирали и размера окна нагнетания. Все три фазы – всасывание, сжатие и нагнетание происходят одновременно.
Центробежные и осевые компрессоры
Центробежный компрессор изображен на рис.184. В нем установлен вал 1 в подшипниках скольжения . На валу напрессованы колеса 6, оснащенные по окружности лопатками 7. При вращении колес центробежная сила выбрасывает массу газа или паров из межлопаточных каналов, сжимает их и перемещает из входногопатрубка в выходной .. Этот компрессор трехступенчатого сжатия. Для предотвращения выхода сжатой среды в атмосферу установлены лабиринтные уплотнения 4 и уплотнение вала 5.
Рис.184. З-х ступенчатый центробежный компрессор
1-вал;2-диффузор; 3-неподвижные направляющие лопатки; 4-лабиринтовые уплотнения;5-концевые уплотнения;
6-рабочие колеса; 7-рабочие лопатки; 8-корпус
Меньшее применение получили осевые компрессоры. На Рис.185 изображена схема осевого компрессора.
Рис.185 Схема осевого компрессора
1 - коллектор; 2 - входной направляющий аппарат; 3 - рабочее колесо;
4 - выходной направляющий аппарат; 5 - кожух (обечайка); 6 - обтекатель.
В осевом компрессоре поток движется преимущественно в направлении оси вращения, и некоторое закручивание приобретает лишь при выходе из колеса Далее газ через коллектор поступает во входной направляющий аппарат, затем в рабочее колесо и в выходной направляющий аппарат. Колесо сидит на валу, вращающемся в подшипниках, укрепленных на стойках. Колесо и направляющие аппараты заключены в кожух (обечайку). Втулка рабочего колеса имеет обтекатель.
При небольших подачах все детали компрессора, кроме вала и крепежных частей (колец, втулок, болтов, гаек), выполняются из чугунного литья. В компрессорах значительной подачи рабочее колесо выполняется из стального литья. Лопасти могут изготовляться отдельно от втулки и крепиться к ней одним или несколькими болтами. Известны конструкции осевых компрессоров, выполненные в основном из листовой и фасонной стали сварным способом.
Осевые компрессоры применяют как часть газотурбинных установок и в холодильных установках большой производительности.
Основные недостатки центробежных и осевых компрессоров проявляются при небольших производительностях, поэтому КПД небольших компрессоров существенно ниже, чем поршневых или винтовых, что связано с малыми геометрическими размерами их проточной части.
2.12.5. Механизмы рулевых устройств
Рулевое устройство предназначено для обеспечения управляемости судна, т.е. ведения его по заданному курсу и поворота в нужном направлении. От его надёжной работы зависит безопасность плавания судна.
В соответствии с Правилами Регистра все суда снабжаются главными и вспомогательными рулевыми приводами. Мощность двигателя главной рулевой машины должна обеспечивать перекладку руля из положения 35° на один борт в положение 30° на другой борт за время не более 28 с при максимальной скорости судна на передний ход.
Вспомогательный рулевой привод должен обеспечивать перекладку руля из положения 15° на один борт в положение 15° на другой борт не более чем за 60 с при движении судна на передний ход со скоростью, равной половине максимальной, но не менее 7 узлов.
Аварийный рулевой привод должен быть расположен выше водонепроницаемой палубы, и обеспечивать перекладку руля с борта на борт при скорости хода не менее 4 узлов.
Силовые агрегаты главного и вспомогательного рулевых приводов должны:
- запускаться автоматически при восстановлении питания энергией после его потери;
- приводиться в действие с поста на ходовом мостике. В случае потери питания энергией любого из силовых агрегатов рулевого привода на ходовом мостике должны подаваться звуковой и световой сигналы.
Рулевое устройство состоит из следующих основных узлов:
- пера руля с баллером - непосредственно обеспечивает управляемость судна;
- рулевого привода - для передачи усилия от рулевой машины к баллеру руля и тем самым перекладки пера руля;
- рулевой машины - является силовой частью рулевого устройства и предназначена для приведения в движение рулевого привода;
- системы дистанционного управления (телемотора)- для управления рулевого устройства с мостика. Телемоторы бывают механические, электрические и гидравлические.
2.12.5.1.Рулевые приводы
Назначение рулевого привода – передать усилие от рулевой машины на баллер руля. Рулевые приводы бывают механические и гидравлические.
Механические рулевые приводы встречаются на судах малого и среднего водоизмещения и бывают штуртросовые, винтовые, , валиковые, секторно-зубчатые. Схема штуртросового привода показана на рис.186
|
Рис. 186 Штуртросовый рулевой привод: 1-барабан штурвала; 2,6,11-цепи; 3-роульсы; 4-тяги амортизаторов; 5-амортизаторы; 7-кницы; 8-талрепы; 9-сектор; 10-баллер руля; |
На барабан 1 штурвала или двигателя намотано несколько шлагов короткозвенной цепи 2. Ее концы, проведенные через направляющие блоки — роульсы 3, присоединены к стальным штангам 4, проложенным по палубе на роликах или деревянных вкладышах. Концы штанг присоединены к корпусам жестких стальных пружин — амортизаторов 5. На головке баллера 10 жестко закреплена ступица сектора 9, имеющего на ободе два желоба для штуртросной цепи.
Цепи 6 и 11 одними концами присоединены к шайбам, сжимающим пружины, а другими — проведены через направляющие роульсы по желобам сектора и присоединены соответственно к талрепам 8, закрепленным на ступице. Талрепы служат для обтягивания штуртроса. Перекладка руля на угол более 35° ограничивается приваренными к палубе кницами 7. В местах прохода по грузовой палубе штуртрос защищен металлическим кожухом. При повороте барабана штурвалом или рулевым двигателем одна ветвь штуртроса ослабляется, а другая выбивается, сектор разворачивается и поворачивает баллер.
Штуртросовый привод имеет существенные недостатки: сложная и громоздкая проводка штуртроса, быстрый износ цепи и других трущихся частей, неудобство ухода за ним при перевозке палубного груза и др.
Винтовой рулевой привод Дэвиса изображен на рис.187
|
Рис.187 Винтовой рулевой привод Дэвиса 1-румпель;2,9-тяги;3,8-напрвляющие; 4-винтовой шпиндель; 5.7-ползуны. |
Привод устанавливается в румпельном отделении в непосредственной близости от румпеля. Винтовой шпиндель 4, приводимый во вращение штурвалом 6, имеет на одной половине винта правую нарезку, на другой левую. На шпиндель навинчены два ползуна 5 и 7, имеющих в приливах отверстия, через которые проходят гладкие направляющие стержни 3 и 8, укрепленные в станине. Стержни обеспечивают перемещение ползунов вдоль шпинделя без перекосов.
Стальными тягами 2 и 9 ползуны соединены с поперечным румпелем 1, жестко насаженным на головку баллера. При вращении штурвала ползуны перемещаются по шпинделю в разные стороны и через тяги поворачивают румпель. Винтовой привод повышает усилие, передаваемое от штурвала на баллер, в 25—30 раз.
Более надежен в работе механический ( секторно-зубчатый) привод (Рис.188)
Рис.188 Секторно-зубчатый рулевой привод с электрической машиной:
1- ручной штурвальный привод (аварийный привод); 2 - румпель; 3 - редуктор; 4 - рулевой сектор; 5 - двигатель;
6 - пружина; 7 - баллер руля; 8 - профильный фигурный руль; 9 -сегмент червячного колеса и тормоза; 10 - червяк.
Современные морские суда оборудованы в основном гидравлическими рулевыми приводами. Преимущество гидравлических приводов - плавность и точность перекладки руля, возможность получения больших мощностей при относительно малых размерах, экономичность, а также возможность автоматизации всего рулевого комплекса.
По конструкции гидравлические рулевые приводы бывают плунжерные (Рис.189) и лопастные (Рис. 190).
|
Рис. 189Схема плунжерного гидравлического привода: 1-баллер руля; 2-румпель; 3-муфта; 4-цапфы; 5-плунжер; 6-гидроцилиндры; 7- трубопроводы; 8-рулевой насос; 9-электродвигатель; 10- предохранительно-перепускной клапан |
На баллер руля 1 жестко насажен румпель 2, который может двигаться в шарнирной муфте 3 с цапфами 4. С муфтой соединены два плунжера 5 гидравлических цилиндров 6. Если при помощи плунжеров передвигать шарнирную муфту с борта на борт, то румпель, скользя в муфте, также будет поворачиваться на соответствующий угол. Передвижение плунжеров осуществляется нагнетание гидравлической жидкости под большим давлением в один цилиндр и отсасыванием жидкости из другого цилиндра. Гидравлические цилиндры трубопроводом 7 соединены с насосом 8, имеющим привод от электродвигателя 9. Если насос отсасывает жидкость из правого цилиндра и нагнетает в левый, то румпель повернется на правый борт, а руль на левый борт, т.е. произойдет поворот судна влево. При нагнетании жидкости в правый цилиндр произойдет поворот руля и судна на правый борт. Предохранительно-перепускной клапан 10 служит для смягчения ударов волн, перепуская часть жидкости из одной полости в другую.
На Рис. 182 изображен более современный - лопастной рулевой привод .
|
Рис. 190 Схема гидравлического лопастного привода: 1-лопастной привод; 2-баллер; 3-гидроцилиндр; 4-радиальные перегородки; 5- предохранительно-перепускной клапан; 6,9 – трубопроводы; 7 – масляный насос; 8 – электродвигатель. |
На баллер руля 2 жёстко насажен лопастный привод, состоящий из двух лопастей 1 и цилиндра 3. С одной стороны лопасти приварены к цилиндрической втулке, которая жёстко насажена на вал привода, соединённый с баллером руля. С другой стороны, лопасти плотно прилегают к поверхности цилиндра 3. Цилиндр имеет две радиальные перегородки 4, прилегающие к цилиндрической втулке. Лопасти и радиальные перегородки разделяют цилиндр на четыре полости, объём которых изменяется в зависимости от положения лопастей. Чтобы жидкость не перетекала из одной полости в другую, торцы лопастей и радиальных перегородок имеют уплотнения из маслостойкой резины или нейлона. Полости рулевого привода сообщаются трубопроводами 6 и 9 с масляным насосом 7, приводимым электродвигателем 8. По команде из рулевой рубки, при помощи дистанционного привода управления, насос 7 отсасывает жидкость из одной пары полостей гидроцилиндра и нагнетает во вторую пару полостей. Лопасти под давлением жидкости будут поворачивать баллер с рулём.
Предохранительно-перепускной клапан 5 служит для смягчения ударов волн, предохраняет гидравлическую систему от чрезмерного повышения давления в ней, перепуская жидкость из одной полости в другую.
2.12.5.2. Рулевые машины.
К рулевым машинам предъявляют следующие требования:
• безотказность в работе и пуск из любого положения с развитием полной мощности;
• рулевая машина должна быть реверсивной, т.е. одна машина должна перекладывать руль на левый и правый борт;
• при остановке штурвала рулевая машина должна остановиться, а руль при этом должен находиться на заданном углу перекладки;
• руль должен перекладываться на тот борт, в какую сторону рулевой вращает штурвал;
• рулевая машина должна автоматически останавливаться, когда руль достигнет своего крайнего левого или правого положения.
Для питания гидравлических цилиндров рулевого привода рабочей жидкостью устанавливается насос с приводом от электродвигателя. Гидравлические насосы по своей конструкции бывают переменной и постоянной производительности.
Насосы переменной производительности при вращении в одну сторону с постоянной скоростью могут изменять величину производительности и направление потока жидкости. Эти насосы выполняются поршневого типа, с радиальным и осевым расположением цилиндров.
Насосы постоянной производительности также широко применяются в гидравлических рулевых устройствах. Это насосы с постоянной скоростью вращения, производительностью и направлением потока гидравлической жидкости. Количество жидкости, поступающей в гидравлические цилиндры рулевого привода, направление всасывания и нагнетания регулирует электрогидравлический золотник, управляемый из ходовой рубки.
В качестве насосов постоянной производительности могут служить винтовые насосы. В качестве рабочей жидкости в системе гидравлической рулевой машины применяется гидравлические масла разных марок.
При подготовке рулевой машины к действию следует произвести внешний осмотр, проверить положение клапанов, пробок, золотников и установить их положение согласно требований инструкций. Следует проверить также фланцевые соединения трубопроводов и арматуры гидравлической системы. Проверить исправность предохранительных и перепускных клапанов, основных и резервных насосов, а также запасного рулевого привода, согласовать правильность перекладки руля с мостиком.
Во время работы рулевой машины необходимо периодически её осматривать, обращая внимание на давление рабочей жидкости в системе, уровень масла в расходной цистерне; следить за отсутствием пропусков масла в гидравлической системе и бесшумностью работы.
Для дистанционного управления рулевыми машинами из рулевой рубки служат приводы управления.
Рекомендации по эксплуатации рулевой машины:
В течении 12 часов до выхода судна из порта рулевая машина должна быть подготовлена к действию, проверена в работе и испытана в соответствии с требованиями СОЛАС. При этом следует руководствоваться фирменными инструкциями по эксплуатации и действующими руководящими техническими материалами. Проверку и испытание выполняют лица командного состава, занятые эксплуатацией и обслуживанием ГРМ. При подготовке к действию, проверках и испытаниях рулевых машин следует обращать особое внимание на следующее: лёгкость перемещения золотников и отсутствие их заеданий, перекосов и больших люфтов в соединениях; с управляющими валиками; состояние поверхности золотников и их уплотнений; лёгкость проворачивания вручную валов насосов регулируемой подачи при их нулевом эксцентриситете; срабатывания стопорных храповиков или гидрозамков; уровня рабочей жидкости в расширительных баках, положение запорных клапанов. Не должно быть нехарактерных шумов и стуков, наружных утечек рабочей жидкости; скачков и задержек руля при его перекладке, а также автоколебаний управляющих валиков приборов ИМ, золотников гидроусилителей, скользящих блоков радиально-поршневых насосов и руля.
Рулевые машины должны быть хорошо отрегулированы. Показателями качества регулирования являются: наибольшая точность установки руля в заданном положении, определяемая разностью заданного и фактического углов перекладки (достаточная точность ± 0,50 при углах перекладки руля ±100); минимального рассогласования нулевых положений насосов (не более 0,50 изменение положения руля при переключении насосов); ограниченный (не более 10% номинального) люфт на управляющем органе главного насоса; небольшая общая зона нечувствительности системы управления; минимальная скорость сползания руля в режиме «Простой»; отсутствие автоколебаний.
Во время хода судна вахтенный механик, принимая вахту, обязан осмотреть румпельное отделение и рулевую машину, а вахтенный моторист должен осматривать их два раза за вахту. При этом следует обращать внимание на следующее: наличие смазочного масла на трущихся деталях, в прессмаслёнках и смотровых стёклах редукторов; состояние регулирующих и стопорных устройств; соответствие показателей положения руля; температуру (должна быть не ниже 50С зимой) и относительную влажность румпельного помещения (не более 85%).
Особое внимание следует обращать на уровне рабочей жидкости в расширительных баках, показания манометров гидравлических контуров; плавность перекладок руля; не должно быть перегрева рабочей жидкости и наружных утечек; характерных шумов и стуков в насосах и механических соединениях рулевого привода, а также автоколебаний деталей и узлов ГРМ.
При обнаружении существенных отклонений от спецификационных параметров и показателей работы рулевой машины вахтенный механик обязан постоянно наблюдать за её работой, доложить об этом старшему механику и сделать соответствующую запись в журнале.
В течении вахты механик должен периодически контролировать исправность действия рулевой машины по показаниям имеющихся на пульте управления приборов и систематизаторов.
Перед подходом к районам, плавание в которых требует особой осторожности, должна быть проверена исправность действия дистанционного управления рулевой машины на ручных режимах работы. В этих районах должны быть приведены в действие оба насоса, если они могут надёжно работать одновременно.
В случае отказа одного из насосов переход на другой выполняет вахтенный помощник капитана на имеющихся постах управления, а вахтенный механик при этом обязан принять меры по выяснению и устранению причин отказов, доложив о случившемся старшему механику.
Переходы с работы одного насоса на другой в обычных условиях должны выполняться после предупреждения об этом вахтенного механика, который обязан контролировать при этом исправность действия по показаниям имеющимся на пульте управления приборов и сигнализаторов.
В случае отказа всех систем дистанционного управления осуществляется переход на управление «Местный».
После окончания швартовых операций и снятия готовности, рулевую машину надо остановить и осмотреть, обратив особое внимание на отсутствие перегрева и утечек рабочей жидкости, нормальный её уровень в расходных баках и нейтральное положение управляющих органов системы управления и насосов. Перо руля должно быть установлено в диаметральной плоскости.
При эксплуатации ГРМ, которой присуще «сползание руля», в режиме управления «Простой», следует установить на посту управления режим «Следящий».
Основные неполадки в действии рулевых машин ,причины их возникновения указаны в Табл.6, Приложение 1
2.12.5.3. Средства активного управления судна.
Для улучшения маневренности судна на малых ходах, когда обычное рулевое устройство недостаточно эффективно, особенно при швартовных операциях, проходах каналов, ограниченных фарватеров, шхер, устанавливаются дополнительные средства активного управления, которые позволяют создать силу тяги в направлениях, отличных от направления движения диаметральной плоскости. К этим средствам относятся носовые рули, активные рули, подруливающие устройства, поворотные винтовые колонки и раздельные поворотные насадки.
Активный руль – это руль с установленным на нем вспомогательным винтом, расположенным на задней кромке пера руля. (рис.191).
Рис.191 Активный руль Рис.192 Раздельные поворотные насадки
В перо руля встроен электродвигатель, приводящий во вращение винт, который помещен в защитную насадку. За счет поворота пера руля вместе с дополнительным гребным винтом на определенный угол возникает поперечный упор, способствующий повороту судна. Активный руль используется на малых скоростях до 5 узлов. При маневрировании на стесненных акваториях активный руль может использоваться в качестве основного движителя, что обеспечивает высокие маневренные характеристики судна. При больших скоростях винт активного руля отключается, и перекладка руля производится в обычном режиме работы.
Раздельные поворотные насадки (рис.192). Поворотная насадка – это стальное кольцо, профиль которого представляет собой элемент крыла. Площадь входного отверстий насадки больше площади выходного. Гребной винт располагается в наиболее узком ее сечении. Поворотная насадка устанавливается на баллере и поворачивается до 40
градусов на каждый борт, заменяя руль. Раздельные поворотные насадки устанавливаются на многих транспортных судах, главным образом речных и смешанного плавания, обеспечивая их высокие маневренные характеристики.
Подруливающее устройство Необходимость создания эффективных и активных средств управления носовой частью судна привела к созданию и оборудованию судов подруливающими устройствами. ПУ создает силу тяги в направлении, перпендикулярном диаметральной плоскости судна независимо от работы главного двигателя и рулевого устройства. Подруливающими устройствами оборудовано большое количество судов самых различных типов и назначения. ПУ обеспечивает высокую маневренность судна, возможность разворота на месте при отсутствии хода, отход или подход к причалу швартовки практически лагом. Эффективно на малых скоростях до 5 узлов.
Для повышения маневренных качеств судна применяют различного рода подруливающие устройства. Установленные в носовой или кормовой частях, они создают поперечную силу, которая обеспечивает быстрый разворот судна. По конструктивному оформлению подруливающие устройства можно разделить на три вида: навесные, туннельные и насосные. Туннельное подруливающее устройство применяется более широко. (Рис.193) Суда, оборудованные им, имеют в носовой части ниже ватерлинии туннель — прямой открытый трубопровод, идущий от борта к борту, перпендикулярно диаметральной плоскости. Внутри туннеля помещен винт, при работе которого по туннелю перекачивается вода, в результате чего возникает поперечная сила. Изменение направления упора винта достигается реверсом двигателя или установкой винта регулируемого шага, в котором направление упора изменяется поворотом лопастей.
Рис. 193 Подруливающее устройство туннельного типа
2.12.6. Механизмы якорных и швартовных устройств.
Якорные и швартовные механизмы разделяются на шпили, брашпили и лебедки. Шпили имеют вертикальную ось вращения тяговых узлов, брашпили – горизонтальную. Шпиль – компактный и простой механизм. Он устанавливается как в носовой, так и в кормовой частях судна. По роду используемой энергии якорно-швартовные механизмы подразделяются на паровые, электрические и электрогидравлические.
Суда, не имеющие кормовых якорей, оборудуются кормовыми шпилями без звёздочек, которые в этом случае называются швартовными. На Рис.194 Показаны основные конструктивные типы шпилей.
.
Рис. 194Схемы расположения шпилей:
а) двухпалубное; б) надпалубное; в) подпалубное
1-турачка; 2-электродвигатель; 3-редуктор
Безбаллерный шпиль (рис. 195) имеет меньшие габариты, так как электродвигатель и редуктор расположены внутри швартовного барабана. Все узлы шпиля смонтированы на корпусе редуктора, который крепится к палубному фундаменту. Вращающий момент электродвигателя через соединительную муфту, шестерни редуктора и ведущую шестерню передается на внутренний зубчатый венец швартовного барабана. Швартовный барабан вращается вокруг неподвижного опорного стакана. Электродвигатель снабжен электромагнитным колодочным тормозом.
Рис.195 Безбаллерный шпиль
-колодочный тормоз; 2- электродвигатель: 3 - опорный стакан; 4 - швартовный барабан; 5 - соединительная муфта; 6 - корпус редуктора; 7 - зубчатый венец; 8 - ведущая шестерня.
Брашпили устанавливаются на баке (в носовой части судна), где, по условиям эксплуатации судна, необходимо одновременно обслуживать два носовых якоря. (Рис 196)
Рис.196Брашпиль:
1- турачка;2-звездочка; 3-ленточный тормоз; 4-приводленточного тормоза; 5-клюз; 6-станина.
Широкое применение получили автоматические швартовные лебёдки. (Рис.197) После того как при подтягивании судна швартовный трос будет обтянут втугую, он остается на барабане и лебедку переводят на автоматический режим, для чего на автомате устанавливают нужное натяжение швартова. При отклонении по какой- либо причине нагрузки на тросе от установленной лебедка будет автоматически подбирать или потравливать швартовный трос, обеспечивая постоянное заданное натяжение. Длину швартовного троса, которую может автоматически стравить лебедка при нагрузке, превышающей установленную, ограничивают некоторыми пределами. При этом исходят из наибольших возможных изменений в положении судна относительно причала. Если, например, при сильном отжимном ветре натяжение троса будет превышать установленное на автомате, то лебедка стравит заданное количество троса, после чего автомат зажмет барабан тормозом и на лебедке включится световой или звуковой сигнал, свидетельствующий об аварийном режиме работы лебедки. При работе в ручном режиме автоматическая лебедка имеет большую скорость выбирания троса, чем шпили и брашпили, что позволяет сократить время швартовных операций.
Рис.197Автоматические швартовные лебедки
При якорных операциях необходимо строго соблюдать правила техники безопасности.
Запрещается:
- отдавать палубные стопоры якорной цепи и разобщать брашпиль, не убедившись в надежности крепления цепного барабана ленточным тормозом;
- включать брашпиль на холостой ход, не удостоверившись в том, что цепные барабаны разобщены с валом;
- сообщать цепные барабаны с валом без предварительного проворачивания брашпиля на холостом ходу;
- отдавать якорь, не убедившись в отсутствии людей или посторонних предметов в цепном ящике и плавсредств под носовым подзором судна;
- находиться на линии движения якорной цепи впереди или позади брашпиля и вблизи движущейся якорной цепи;
- применять для остановки якорной цепи при ее вытравливании винтовые и другие палубные стопоры;
- оставлять без надзора работающий брашпиль;
-укладывать якорную цепь путем ее растаскивания в цепном ящике, находясь внутри ящика. Растаскивать якорную цепь можно только абгалдырями. Которые после окончания укладки цепи нельзя оставлять в цепном ящике;
- отдавать якорь от грунта ходом судна и втягивать якорь в клюз в присутствии людей в цепном ящике;
- посылать людей в цепной ящик для очистки якорной цепи, не включив брашпиль и не взяв якорную цепь на палубные стопоры;
- работать брашпилем во время проведения забортных работ по очистке якоря;
- оставлять в клюзах якоря закрепленными только на ленточных стопорах при стоянке судна у причала или на палубе производят какие-либо работы с якорной цепью. В этих случаях якорные цепи должны быть закреплены дополнительно палубными стопорами;
Все действия при отдаче и подъема якоря должны производиться только по команде руководителя работ – помощника капитана.
При швартовных работах необходимо соблюдать правила техники безопасности.
Запрещается:
- присутствовать посторонним лицам в местах производства швартовных работ;
- применять для швартовных работ жесткие стальные тросы;
- подавать, выбирать, вытравливать, закреплять и отдавать швартовный трос, а также пускать в действие швартовный механизм без команды лица, руководящего швартовными операциями;
- подавать бросательный конец без предварительного окрика :»Берегись!»;
- работать внутри шлагов троса, разнесенного по палубе;
- подавать швартовные тросы, имеющие калышки и необрубленные концы оборванных проволок;
- крепить тросы на швартовных барабанах даже на непродолжительное время;
- накладывать, снимать или перетравливать шлаги троса на вращающихся швартовных барабанах;
- выбирать или стравливать тросы во время работы с ними у кипов и роульсов;
- подбирать швартовные тросы до получения подтверждения с берега, что трос закреплен и «чист» О начале работ необходимо предупреждать работающих на берегу;
- применять цепные стопоры для стопорения растительных и синтетических тросов;
- находиться на линии натяжения троса и стопора и ближе 2м. от места его наложения;
- работать со стальными тросами без рукавиц;
- находиться и держать руки ближе 1м. от барабанов, кнехтов, блоков и т.п., а при работе со швартовами из синтетических материалов – ближе 2м.
- поправлять или удерживать шлаги на барабанах лебедок во время их работы.
2.12.7. Грузоподъемные механизмы
На судах применяют два основных типа грузовых устройств: со стрелами и с кранами, которые дают возможность перемещать груз в вертикальном и горизонтальном направлениях. (Рис.198)
Рис. 198. Вариант грузового устройства судна:
1- перекидная тяжеловесная стрела; 2- легкая стрела; 3- грузовой кран.
Грузовое устройство со стрелами состоит из грузовых стрел, лебедок и соответствующего такелажа. Грузовые стрелы подразделяют на легкие грузоподъемностью до 10 т (Рис. 199) и тяжеловесные(Рис. 201 ) грузоподъемностью 10 т и более.
Рис. 199. Легкая грузовая стрела
Для повышения производительности часто прибегают к работе одновременно двумя легкими стрелами способом
«на телефон» Рис. 200
Рис. 200Работа легкими стрелами «на телефон»
1-оттяжка; 2- контроттяжка; 3- гак; 4- топрик; 5 – грузовые шкентели.
а) б)
Рис. 201. Стрела-тяжеловес:
а)-обычная; б)-перекидная
Рис. 202. Поворотные краны
Грузовое устройство с кранами состоит из палубных кранов, которые могут быть полноповоротными - кран поворачивается на 360°(Рис. 202), неподвижными и перемещающимися по подкрановым путям вдоль или поперек судна - козловые(Рис.203) и мостовые краны Преимуществом кранов по сравнению с грузовыми стрелами является их высокая производительность.
Рис. 203 Козловой кран контейнеровоза:
1-колона; 2-консоль; 3- тележка с контейнером.
Рис.204Маркировка грузовых устройств
На каждое освидетельствованное грузовое устройство должна ставиться марка, содержащая следующие сведения:
- грузоподъемность в тоннах с обозначением передней букв SWL (Safety Weight Load) (Рис.204), также для стрел наименьший допускаемый угол наклона к горизонту, а для кранов и механизированных стрел с переменным вылетом – допускаемый наименьший и наибольший вылеты для каждой установленной грузоподъемности;
- месяц и год испытания;
- отличительный номер
Грузоподъемность – наибольшая масса допустимого к подъему груза, включая массу вспомогательных приспособлений
применяемых для крепления груза;
Вылет – расстояние между центром тяжести поднятого груза и вертикальной осью вращения (для стрелы-шпор стрелы)
Появление транспортных судов с горизонтальной грузообработкой связано с различными видами колесной техники. Перемещение груза на таких судах в процессе грузовых работ осуществляется с помощью аппарелей. На паромных судах носовая и кормовая аппарели обеспечивают сквозной проезд автомобилей. Багаж и почта грузятся вилочными автопогрузчиками, которые въезжают внутрь судна по бортовым аппарелям.
На ролкерах используются более производительные аппарели, обычно – угловые. Передвижение колесной техники с палубы на палубу производится по внутренним подъемным аппарелям или постоянно закрепленным наклонным площадкам – пандусам. (Рис.205)
Рис. 205. Возможные схемы устройств для горизонтальной обработки судов:
а) – на паромах; б) – на ролкерах;
1-обтекатель; 2- носовая аппарель; 3-подъемник: 4-бортовая аппарель; 5-бортовой лацпорт; 6-закрытие комового проема;
7-кормовая аппарель; 8-угловая аппарель; 9-закрытие кормового проема; 10-пандус; 11-закрытие проема;
12-герметизированные закрытия пандусов; 13-лацпорты; 14-люки; 15-закрытие носового проема.
Самовыгружающиеся суда (Рис.206) используют для выгрузки конвейерную ленту и так называемый бум — стрела, рукав которой выходит на берег, по транспортной конвейерной ленте груз выгружается на берег. К этому же типу относятся и суда с пневматической выгрузкой. Эти грузовые устройства придают балкерам большую гибкость, позволяя выбирать для грузовых работ практически любой порт, а иногда и на рейде порта. В качестве крановщиков могут выступать как члены команды, так и стивидоры. Несмотря на экономические преимущества использования таких судов, есть и ряд недостатков — главный из которых частые поломки систем выгрузки.
Рис.206 Самовыгружающийся балкер с ленточным конвейером.
При грузовых работах необходимо строго соблюдать правила техники безопасности.
Запрещается при работе лебедок и кранов:
- поднимать грузы, масса которых больше грузоподъемности стрелы или крана;
- поднимать груз с находящимися на нем людьми или незакрепленными предметами, а также груз, находящийся в неустойчивом положении или заложенный другими грузами;
- оттягивать, разворачивать и останавливать раскачивающийся груз во время подъема, перемещения или опускания без применения специальных оттяжек;
- подавать груз в трюм без предупредительного окрика или сигнала, если в нем находятся люди;
- подавать груз в трюм до того, как с просвета люка будет убран ранее поданный груз и люди отойдут в безопасное место;
- проносить груз на высоте менее 0,5м. от конструкций судна или предметов, находящихся на пути перемещения груза;
- оставлять по окончании работ или во время перерыва груз на весу;
- оставлять без присмотра механизмы, находящихся под напряжением;
- поправлять шкентель рукой, сматывать или наматывать его на барабан лебедки одному во время ее работы;
- находиться на линии перемещения груза, под грузом или стрелой, в просвете люка. А также спускаться в трюм или подниматься из него при подъеме или опускании груза.
Запрещается работать на грузоподъемном механизме, имеющем следующие дефекты :
неисправное тормозное устройство
трещины рам , станин , шестерен ;
неисправности конструкций , которые могут вызвать падение груза или стрелы ;
неисправности в системе управления и приводном двигателе ;
повышенный шум в механизмах ;
нагрев редуктора выше допустимой температуры.
По окончании работы крана следует установить корпус крана и стрелу на стопоры , рукоятки управления механизмами перевести в нулевые положения , отключить электропитание .
2.12.9. Судовые холодильные установки
В настоящее время холодильные установки устанавливают практически на всех судах. На транспортных (сухогрузных и наливных) и пассажирских судах холодильные машины используют для охлаждения провизионных кладовых. На судах с горизонтальным способом грузообработки и других, имеющих большие трюмы, холодильные установки применяют также для охлаждения емкости с жидкой углекислотой, предназначенной для тушения пожара. На рефрижераторных судах и судах комбинированного типа холодильные машины используют для охлаждения рефрижераторных трюмов, на газовозах — для охлаждения танков со сжиженным газом, на судах рыбопромыслового флота — для охлаждения и замораживания добытой морепродукции и приготовления искусственного льда.
Кроме того, морские суда являются местом постоянной работы и жительства экипажей и продолжительного пребывания пассажиров. Поэтому в жилых, служебных, общественных и пассажирских помещениях в любых районах плавания, в любое время года и при любых метеорологических условиях должен поддерживаться благоприятный для людей микроклимат, т.е. совокупность состава и параметров состояния воздуха, а также тепловых излучений в ограниченных пространствах помещений.Микроклимат в судовых помещениях обеспечивается с помощью систем искусственного микроклимата, которые служат для очистки и тепловлажностной обработки воздуха, подаваемого в помещения.
Стальное судно, разделенное на отсеки поперечными и продольными переборками и промежуточными палубами, представляет собой разветвленную теплопроводную систему, внутри которой находятся помещения с высокой температурой и источниками тепла (машинные и котельные отделения, электростанции, аккумуляторные и т. д.). Очевидно, что охлаждаемые помещения независимо от их назначения необходимо располагать дальше от этих источников тепла.
Другой особенностью судовой холодильной установки в отличие от береговой являются повышенные требования к надежности и безопасности ее работы, которые определяются международными конвенциями, а также Правилами классификационных обществ морских государств.
Конструкция отдельных механизмов, аппаратов и других элементов судовой холодильной установки, их размещение и крепление должны обеспечивать надежную и бесперебойную работу установки в условиях шторма, крена и дифферента. Это требование важно еще и потому, что к некоторым элементам установки нет доступа для осмотра и ремонта в случае их выхода из строя во время рейса (например, к охлаждающим батареям и воздухопроводам, расположенным в трюмах). В связи с этим Правила Регистра Украины предусматривают повышенные пробные давления при испытании отдельных элементов установки и трубопроводов на прочность и плотность.
Правила Регистра предусматривают значительное резервирование механизмов, входящих в состав холодильной установки. Электроэнергия для механизмов холодильной установки должна подаваться не менее чем от двух генераторов, а мощность каждого из генераторов — быть достаточной для работы установки на полную производительность. Такое нерациональное с точки зрения стационарной практики резервирование оправдано мировым опытом эксплуатации рефрижераторного флота; известны случаи порчи (из-за неправильного выбора холодопроизводительности и плохой эксплуатации установки) больших партий груза; убытки в этом случае превышали стоимость судов, осуществлявших перевозку. В морских условиях при полном или даже частичном выходе холодильной установки из строя перемещения груза на самом судне или перегрузка на другое судно, особенно при автономном плавании, практически невозможны. Исключение составляют небольшие рефрижераторные суда, базирующиеся в море на плавучие базы и не удаляющиеся от них на большие расстояния (например, малые и средние траулеры).
К судовой холодильной установке независимо от ее типа и назначения предъявляются следующие общие требования:
- малые весогабаритные показатели;
- простота устройства;
- низкая первоначальная стоимость;
- малые эксплуатационные расходы, в частности расход электроэнергии;
- высокая надежность работы в судовых условиях.
Холодильные установки получают соответствующий класс классификационного общества, если они рассчитаны, построены и смонтированы на судне в соответствии с Правилами этих обществ.
Обязательному надзору и не классифицируемые холодильные установки, если в системе находится более 300 кг холодильного агента.
2.11.9.1. Способы получения холода
Самым дешевым способом охлаждения является применение обычного водного льда. Если битый лед смешать с хлористым кальцием СаСl2, то можно достичь минимальной температуры (-55°С). На практике для охлаждения применяют поваренную соль, так как она безвредна для организма и ее запасов на земной поверхности достаточно.
Более низкие температуры получают с помощью сухого льда – это твердая углекислота, которая за счет сублимации, т.е.перехода из твердого состояния, минуя жидкое, в твердое понижает t.
Наиболее распространенным способом непрерывного получения холода в большом количестве является машинное охлаждение. Холодильные установки машинного типа подразделяются на :
— воздушные;
— абсорбционные;
— пароэжекторные.
— парокомпрессорные
Воздушные холодильные установки(ВХУ)
На Рис.207 показана простейшая ВХУ.
Рис. 207Схема простейшей ВХУ.
Воздух из помещения П, где поддерживается температура Т1, засасывается компрессором К и сжимается от давления Р0 до Р. При этом его температура возрастает до Т2. Горячий воздух охлаждается забортной водой в холодильнике ПО и выходит в помещение. Расширяясь воздух охлаждается и сТ1 снова засасывается компрессором. Цикл повторяется.
Достоинством ВХМ является то, что роль хладагента выполняет бесплатный безвредный воздух.
Однако, большого практического применения ВХМ не нашли. Их используют в системах кондиционирования воздуха в самолетах, автомобилях, термобарокамерах.
Термоэлектрические холодильные установки.
Термоэлектрическое охлаждение основано на эффекте Пельте, заключающемся в том, что в процессе прохождения постоянного тока определенного направления по цепи, составленной из разнородных проводников или полупроводников, в местах контактов (спаях) появляются разные температуры. Если температура холодного спая окажется ниже температуры окружающей среды, то он может быть использован как охладитель. Термоэлектрические охлаждающие устройства (ТОУ) сейчас применяют в медицине, радиотехнике и др. областях.
В технике широко известен эффект возникновения термо ЭДС в спаянных проводниках, контакты (места спаев) между которыми поддерживаются при различных температурах (эффект Зеебека). В том случае, когда через цепь двух разнородных материалов пропускается постоянный ток, один из спаев начинает нагреваться, а другой — охлаждаться. Это явление носит название термоэлектрического эффекта или эффекта Пельтье.
.
Рис.208Схема термоэлемента
На рис. 208 показана схема термоэлемента. Два полупроводника n и m составляют контур, по которому проходит постоянный ток от источника питания С, при этом температура холодных спаев X становится ниже, а температура горячих спаев Г становится выше температуры окружающей среды, т. е. термоэлемент начинает выполнять функции холодильной машины. Температура спая снижается вследствие того, что под воздействием электрического поля электроны, двигаясь из одной ветви термоэлемента (m) в другую (n), переходят в новое состояние с более высокой энергией. Энергия электронов повышается за счет кинетической энергии, отбираемой от атомов ветвей термоэлемента в местах их сопряжений, в результате чего этот спай (X) охлаждается. При переходе с более высокого энергетического уровня (ветвь п) на низкий энергетический уровень (ветвь т) электроны отдают часть своей энергии атомам спая Гтермоэлемента, который начинает нагреваться.
Энергетическая эффективность термоэлектрических холодильных машин значительно ниже эффективности других типов холодильных машин, однако простота, надежность и отсутствие шума делают использование термоэлектрического охлаждения весьма перспективным.
К недостаткам термоохлаждающих устройств следует отнести их низкую экономичность и повышенную стоимость. Примерами устройств этого класса могут служить охладители питьевой воды, воздушные кондиционеры, охладители реактивов в химическом производстве и др. Для таких холодильных машин образцовым циклом будет треугольный цикл Лоренца. Приближение к образцовому циклу достигается простым путем, так как для этого требуется только видоизменить электрическую схему коммутации, что не вызывает конструктивных трудностей. Это позволяет существенно, в некоторых случаях более чем вдвое, повысить эффективность термоэлектрических холодильных машин. Для реализации этого принципа в паровой холодильной машине пришлось бы применять сложную схему многоступенчатого сжатия.
Широкое внедрение термоэлектрического охлаждения будет зависеть от прогресса в создании совершенных полупроводниковых материалов, а также от серийного производства эффективных в экономическом отношении термобатарей
Абсорбционные холодильные установки
Первая абсорбционная холодильная машина была создана во Франции в 1859 году и запатентована в 1860 Фердинандом Карре (Ferdinand Carre). В качестве рабочего тела использовалась смесь аммиака и воды. Из-за высокой токсичности аммиака такие холодильные машины в то время не получили широкого распространения для домашнего применения и использовались для промышленного производства льда.
В установках кондиционирования воздуха абсорбционный холодильный цикл начал использоваться более пятидесяти лет назад.
В производственных процессах, в которых требовалось поддержание низких температур, стали применяться аммиачно-водяные АБХМ.
В конце 1950-х годов была создана первая двухступенчатая бромистолитиевая абсорбционная холодильная машина. Позже бромистолитиевые АБХМ стали использоваться не только для охлаждения помещений, но и в качестве источника горячей воды Ограничение применения озоноразрушающих фреонов и непрерывное возрастание стоимости электрической энергии способствовали очередному повышению интереса потребителей к АБХМ. (Стоимость природного газа остается достаточно стабильной, а сама технология абсорбционного охлаждения совершенствуется).
АБХМ включает в себя генератор, конденсатор, испаритель и абсорбер с хладагентом и бромидом лития в качестве рабочих растворов (Рис.209)
Рис. 209Схема одноступенчатой абсорбционной холодильной машины.
В генераторе под действием источника тепла (горелка, дымовые газы, пар или горячая вода) из разбавленного раствора бромида лития выделяются пары хладагента (воды), которые затем переносятся в конденсатор. Здесь они конденсируются в жидкость, отдавая в процессе конденсации тепло охлаждающей воде. После этого жидкий хладагент попадает на трубки испарителя, унося тепло от охлаждаемой воды и испаряясь при этом. Концентрированный раствор бромида лития из генератора переходит в абсорбер, поглощая пары хладагента из испарителя и разбавляясь ими. Разбавленный раствор бромида лития перекачивается в генератор, где цикл начинается снова. Чиллеры с подобным циклом называются одноконтурными чиллерами (Single effect type).
Более высокой эффективностью по сравнению с одноступенчатыми отличаются двухступенчатые АБХМ
Пароэжекторные холодильные установки
Принцип работы установки сводиться к созданию сильного разрежения в испарителе с помощью эжектора. В состав такой установки, помимо указанных аппаратов, входят сжимающее устройство, обеспечивающее повышение давления паров, отсасываемых из испарителя, до давления конденсации, конденсатор и регулирующее устройство, в котором жидкость дросселируется (давление понижается до давления в испарителе).
В пароэжекторных ХУ в качестве агента используют воду, которая охлаждается за счет частичного перехода ее в парообразное состояние при вакууме 3-8 мм.рт.ст., что соответствует температуре испарения -5--+8°С. Вода безвредна и, кроме того, обладает большой теплотой парообразования.
Высокие удельные объемы водяных паров при низких температурах кипения (например -5°С удельный объем водяных паров равен 307 м3/кг) требуют применения эжектора – пароструйного компрессора, который сжимает холодные пары, поступающие из испарителя, до давления в конденсаторе и преобразует тепловую. Энергию рабочего пара в кинетическую энергию движения струи. Эжектор состоит из сопла, камеры смещения и диффузора. Принципиальная схема пароэжекторной ХУ представлена на Рис 210
Рис. 210Принципиальная схема пароэжекторной пароводяной ХУ:
1-сопло; 2-камера смешения;3-испаритель; 4-диффузор; 5-конденсатор;6-воздушный эжектор; 7,8- насосы;
9-охлаждающая батарея; РВ- регулирующий вентиль.
Рабочий пар при давлении 1-7кг/см2 из котла поступает в эжектор. Здесь пар расширяется в сопле соответствующего профиля, приобретая сверхзвуковую скорость. В камере смешения 2 этот поток пара подхватывает холодные пары, поступающие из испарителя 3, затрачивая при этом часть кинетической энергии. Далее смесь паров с давлением кипения (р) поступает в диффузор 4, где в расширяющейся его части происходит увеличение ее давления (сжатие) до давления конденсации (р)
Тепло конденсации паров отводиться из конденсатора 5 охлаждающей водой. По выходе из аппарата конденсат разделяется на два потока: один поступает через регулирующее устройство в испаритель, другой насосом 7 перекачивается в паровой котел. Пар из испарителя постоянно отсасывается эжектором. Конденсатор должен быть оборудован воздушным эжектором 6 для откачки воздуха, который может попасть в систему (например, через неплотности). Холодная вода из испарителя насосом 8 перекачивается в охлаждающую батарею 9.
При охлаждении воды до +5°С вследствие несложной конструкции аппаратов и отсутствия движущихся частей эжекторные ХУ экономичны, поэтому их широко применяют в установках кондиционирования воздуха.
Недостатком этих установок является то, что они пригодны для работы при температуре кипения от 10 до 0°С.
Рабочим телом в пароэжекторных холодильных установках могут быть и другие вещества.
Эффективность пароэжекторной холодильной машины так же, как и абсорбционной, повышается, если для приготовления пара используются источники бросовой теплоты (выпускные газы двигателей и т. п.).
Парокомпрессорные холодильные установки.
Из машинных способов охлаждения наибольшее применение получили парокомпрессорные холодильные установки, в которых применяют следующие системы охлаждения:
- непосредственная;
- рассольная;
- воздушная.
. При непосредственном охлаждении испаритель установлен непосредственно в охлаждаемом помещении и хладагент, испаряясь в нём, отбирает тепло сам. Непосредственное охлаждение применяется для охлаждения небольших провизионных камер.
На Рис.211 изображена схема парокомпрессорной холодильной установки с непосредственным охлаждением.
Рис.211 Схема парокомпрессорной холодильной установки с непосредственной системой охлаждения:
1 – всасывающий клапан; 2 – нагнетательный клапан; 3 – маслоотделитель; 4 – конденсатор; 5 – ресивер;
6 – осушитель; 7 – фильтр; 8 – терморегулирующий вентиль; 9 – холодильная камера; 10 – испаритель; 11 – компрессор.
Компрессор 11 отсасывает из испарителя 10 пар холодильного агента, имеющий низкое давление и соответственно низкую температуру , и сжимает его до давления конденсации. Далее горячий пар агента направляется в конденсатор 4, где пар полностью конденсируется, отдавая тепло забортной воде, прокачиваемой через конденсатор. Из конденсатора жидкость поступает к терморегулирующему вентилю. В терморегулирующем вентиле происходит дросселирование жидкого холодильного агента, т.е. снижения его давления до давления кипения, которое сопровождается частичным вскипанием агента (примерно15%) и понижением его температуры. Процесс происходит мгновенно, без поглощения тепла из окружающей среды – только за счет тепла жидкого хладагента. Поэтому за терморегулирующем вентилем холодильного эффекта не происходит. Двигаясь дальше по испарителю, жидкий хладагент продолжает кипеть, отбирая тепло, необходимое для парообразования, от охлаждаемой среды. В той точке испарителя, где выкипает последняя капля хладагента холодильный эффект практически прекращается. Дальнейшее незначительное поглощение тепла происходит в испарителе за счет осушения (перегрева) влажного пара хладагента. Перегретый но еще влажный пар поступает в теплообменник, где он встречается с теплым жидким хладагентом, отчего его перегрев увеличивается. Сухие пары хладагента отсасываются компрессором из испарителя и под давлением конденсации снова подаются через маслоотделитель 3 в конденсатор. Цикл повторяется.
Рассольное и воздушное охлаждение часто называют «охлаждением с помощью хладоносителей». Рассол или воздух непосредственно охлаждают помещение, а затем в свою очередь охлаждаются хладагентом в испарителе.
Хладоносители должны иметь следующие свойства:
- низкую температуру замерзания;
- высокие теплоемкость и теплопроводность;
- небольшие вязкость и плотность;
- быть безопасными и химически нейтральными по отношению к металлам и прокладочным материалам;
- быть безвредными для человека;
- иметь невысокую стоимость.
Самый дешевый, доступный и безвредный хладоноситель - вода, но из-за высокой температуры замерзания ее применение ограничено. Вода как хладоноситель используется в основном в установках кондиционирования воздуха.
Для получения более низких температур в судовых холодильных установках в качестве хладоносителей применяют водные растворы солей СаС22 и NаС1, называемые рассолами: водный раствор NaCl применяется в установках с температурой не ниже - 10 оС. Используется также раствор Рейнхартин — смесь хлористого магния и хлористого кальция с присадками, который позволяет получить до-18 оС.
На рис. 212 изображена принципиальная схема рассольной системы охлаждения.
Рис. 212Схема парокомпрессорной холодильной установки с рассольной системой охлаждения:
1-компрессор; 2-конденсатор; 3-терморегулирующий вентиль;
4-испаритель; 5-рассольный насос; 6-рассольные батареи; 7-рефрижераторный трюм.
Система работает следующим образом:
рассольный насос 5 забирает рассол из испарителя 4, расположенного за пределами охлаждаемого трюма, и подает его в рассольные батареи 6, находящиеся в рефрижераторном трюме 7. Рассол, проходя внутри змеевиковых рассольных батарей, отбирает тепло от охлаждаемого трюма. Нагретый рассол возвращается в испаритель холодильной установки, где отдает тепло кипящему холодильному агенту. Охлажденный в испарителе рассол снова подается насосом в трюм. Таким образом, рассол выполняет роль переносчика тепла от охлаждаемого трюма к холодильному агенту, кипящему в испарителе. Для уменьшения теплообмена с окружающей средой наружную поверхность испарителя изолируют
При воздушном охлаждении происходит одновременно охлаждение помещения и его вентиляция - вентилятор прогоняет воздух через испаритель, где воздух охлаждается и подаётся в помещения. На Рис.202 показаны две принципиальные схемы воздушного охлаждения рефрижераторных трюмов: вертикальная с палубным распределительным каналом и типа «Робсон».
Вертикальная схема с палубным воздухораспределителем (рис213,а) предусматривает возможность последовательного вентилирования одного или двух расположенных друг под другом помещений.
В системе типа «Робсон» воздух вентиляторами В (Рис 213 ,б) нагнетается через воздухоохладители ВО левого и правого борта в два бортовых нагнетательных канала 1, расположенных по всей площади бортов и твиндека. Отсюда воздух поступает в воздухораспределительный канал 2, расположенный между палубой и грузовыми решетками. Бортовые воздуховоды снабжены перегородками, обеспечивающими равномерную подачу воздуха ко всем участкам палубного воздухораспределительного канала. В распределительном канале 2 воздух двигается от обоих бортов к центру трюма, причем по всему пути происходит непрерывное поступление воздуха в трюм через отверстия или специальные щели в палубе. Из трюма нагретый воздух всасывается вентиляторами.
Рис. 213Воздушные системы охлаждения:
а) вертикальная с палубным распределительным каналом; б) типа «Робсон».
2.11.9.2. Режимы холодильной обработки и хранения продуктов
Правильный выбор режима холодильной обработки и хранения продуктов имеет важное значение для сохранения продуктов и уменьшения их потерь. Это прежде всего:
- вид продукта и его упаковки,
- температура воздуха;
- относительная влажность;
- скорость движения воздуха;
- начальная и конечная температура продукта;
- продолжительность холодильной обработки;
- время хранения продукта.
Кроме этого, в ряде случаев приходится очищать воздух помещения от механических и бактериальных загрязнений, запаха, а также поддерживать определенный состав газовой среды. Например, снижение температур и увеличение скорости движения воздуха в холодильных камерах позволяют в 2-3 раза ускорить процесс охлаждения и замораживания, а также снизить усушку продуктов на 25 – 35%.
Например, мясо, субпродукты и охлажденная птица хранятся при t = - 2°С и относительной влажности воздуха 90%, колбасные изделия, копчености при t =0°С и относительной влажности 75-78%.
Рыба пряного посола и холодного копчения храниться при t =-2 ÷ -6 °С
Для хранения фруктов и овощей приняты следующие температуры (°С):
Цитрусовые 2-6
Картофель 2-4
Лук, чеснок -1÷-3
Яблоки, груши, виноград 0÷-1
Относительная влажность воздуха а помещениях хранения фруктов и овощей поддерживается в пределах 85-95%, кроме лука и чеснока, где она должна быть 70-80%.
При перевозке и хранении охлажденной и мороженой рыбопродукции необходимо соблюдать общие основные требования.
Во-первых, мороженая рыба не терпит перепада температур, поэтому нужно поддерживать устойчивую, равномерную температуру и влажность по всей холодильной цепи перевозки и хранения продукции. Если изменяются какие-либо условия, влияющие на температуру и влажность воздуха, то необходимо срочно провести работы, с тем чтобы восстановить необходимый режим. Это наиболее полно достигается в современных транспортных средствах и в холодильниках с совершенной теплоизоляцией при правильном выборе и установке охлаждающих устройств с автоматическим регулированием их работы. Необходимо также прилагать все усилия для сокращения как внешних так и внутренних теплопритоков, которые нарушают температуру и влажность воздуха, вызывают нерегулируемость его конвективного свободного движения, создавая неравномерность поля режимных параметров в камере хранения.
На рефрижераторных судах температура воздуха в трюмах при перевозке и хранении рыбы, охлажденной льдом, поддерживается в пределах 0…2 °С. Чаще всего, охлажденная рыба перевозится на рефрижераторных судах и температура тела рыбы не должна превышать 5 С. При превышении температуры или обильного таяния льда, рыбу необходимо засыпать дополнительным количеством льда.
Время, на которое охлажденная рыба сохранит свое качество зависит от ее вида, состояния, способа и скорости охлаждения, санитарно-гигиенических условий. Например, сроки хранения и транспортировки охлажденной льдом хамсы при температуре в трюме от 0 до 5 °С не должен превышать 12 ч. Салака и корюшка во льду сохраняются 1 сут, скумбрия и ставрида — 3 —4, потрошеные треска и окунь — до 10—12 сут.
Мелкая охлажденная рыба сохраняется хуже, чем крупная того же вида. Так, крупная треска, выловленная в Баренцевом море в январе-марте, своевременно разделанная и охлажденная льдом, сохраняет свое качество до 12 сут, а мелкая - только 8—9 сут. Сроки хранения охлажденной рыбы зависят также от района промысла и времени вылова.
Предельные сроки хранения и транспортирования отдельных видов рыб устанавливаются на местах с учетом особенностей свойств рыбы, предполагаемых способов использования и конкретных условий перевозки и хранения.
2.11.9.3.Холодильные агенты и их свойства.
Хладагентом (сокращение от слов «холодильный агент») принято называть рабочее вещество с низкой температурой кипения (испарения), с помощью которого осуществляется процесс охлаждения в холодильных камерах. В парокомпрессорных холодильных машинах применяют разные марки хладагентов.
В1931году американская фирма «Дюпон» синтезировала безвредный для человека хладагент – фреон. Впоследствии было синтезировано более 4-х десятков различных фреонов, отличающихся друг от друга по своим свойствам и химическому составу. Наиболее дешевыми и эффективными оказались фреон-12 и фреон-22, которые долгое время всех устраивали.
В настоящее время действует Международный стандарт (МС): ИСО 817. «Органические хладагенты». Стандарт предусматривает цифровые обозначения хладагентов в технической документации на холодильное оборудование, характеристики хладагентов, масел, тары для транспортирования хладагентов и масел, приборов автоматики и контроля, терминологию холода.
Стандарт допускает несколько обозначений хладагентов: условное название, торговое название (марка), химическое название, химическая формула. При этом международное условное обозначение хладагентов является предпочтительным и состоит из символа R и определяющего числа. Например, фреон 12 имеет обозначение R12, фреон 22 - R22.
К хладагентам предъявляют термодинамические, физико-химические, физиологические и экономические требования. К термодинамическим требованиям относят минусовую температуру кипения при атмосферном давлении, низкое давление конденсации, высокую объемную холодопроизводительность, высокий коэффициент теплопроводности и теплопередачи. Физико-химическими требованиями к хладагентам являются: малая плотность и вязкость, обеспечивающие незначительное сопротивление хладагента при циркуляции в агрегате; химическая пассивность к металлам, материалам изоляции обмоточных проводов электродвигателя; химическая стойкость; негорючесть; малая способность проникать через неплотности; способность растворять воду и т.д.
Холодильные агенты должны быть безвредными для здоровья человека (физиологическое требование) и низкой стоимости (экономическое требование). При одинаковых температурных условиях размеры компрессора пропорциональны объемной холодопроизводительности хладагентов. Так, если размеры углекислотного компрессора принять за единицу, то размеры компрессора на аммиаке и хладоне R22 будут в 4 раза больше, на хладонах R12 и R134a в 6 раз больше. Объемная холодопроизводительность влияет также и на размеры теплообменной аппаратуры. Так, испаритель холодильной машины, работающей на хладоне R12, в 1,5 раза больше испарителя холодильной машины, работающей на хладоне R22.
Аммиак ядовит, пожаро- и взрывоопасен, хладон R12 экологически опасен. Углекислотные машины опасны из-за высоких давлений конденсации.
До недавнего времени наибольшее применение в холодильной технике имели:
- хладон 12 - R12 (CF2 Cl2)- дифтордихлорметан и
- хладон 22 – R22 (CНF2 Cl) - дифтормонохлорметан
R12 - это тяжелый бесцветный газ, не имеет запаха, инертен к металлам; взрывоопасностью не обладает. Однако при высокой концентрации в помещении может вызвать отравление и удушье от недостатка кислорода (более 30% по объему). При температуре выше 330°С R12 разлагается с образованием фосгена, хлористого и фтористого водорода. Поэтому курить и вносить открытый огонь в помещения с R12 запрещается. Температура кипения при атмосферном давлении -29,8°С. А это значит, что можно получить температуру охлаждаемого объекта порядка -19°С.
Пар R12 тяжелее воздуха в 4,3 , а жидкий хладон тяжелее воды. Он хорошо растворяется в масле и плохо в воде, как и все фреоны. Обладает большой проникающей способностью – легко проходит через мельчайшие неплотности.
По своим физико-химические свойствам хладон 22-R22 (CНF2 Cl)-дифтормонохлорметан близок к R12, но имеет лучшие холодильные свойства, поэтому также получил более широкое применениие в холодильной технике, чем R12. (Температура его кипения при атмосферном давлении -40,8°С) Однако хладоны R12 и R22 относятся к группе хлорсодержащих хладагентов, т. е. содержат хлор и являются экологически опасными хладагентами, подлежащими замене на экологически безопасными. На основе решения Венской конвенции об охране озонового слоя применение R12 запрещено, а R22 должен быть постепенно заменен до 2020 года озонобезопасными хладагентами. (Монреальский Протокол по веществам, разрушающим озоновый слой; Принят в сентябре 1987 г.)
К озонобезопасным хладагентам (HFC), которые не содержат хлор (Cl) относятся:
-фторуглероды ФУ – международное обозначение FC
- гидрофторуглероды ГФУ – международное обозначение HFC
- углеводороды (УН) - международное обозначение HC
На замену фреону R22 пришел фреон R410A, а также R407C.
Хладагент R410A представляет собой смешанные в равных массовых долях хладагенты R32 и R125. Смесь характеризуется нулевым значением потенциала разрушения озонового слоя
К этой же группе относится и хладагент R407C - смесь R32, R125 и R134a (массовые доли компонентов соответственно 23/25/52%)
В последние годы в холодильную технику стал широко внедряться хладагент R600а – изобутан (С4Н10).Это устойчивый газ с хорошими холодильными свойствами, срок службы – более 20 лет, температура кипения -11,7°С. В современном 130 литровом холодильнике используется всего 25г R 600а. Недостаток R600а – взрывоопасен.
Особого внимания требует проблема, связанная с возвратом в холодильную технику аммиака (NH3) - R717.
Аммиак по сравнению с углеводородами менее опасен. При нулевых потенциалах разрушения озона он:
-легкий (легче воздуха, не опускается);
- имеет запах (легко обнаруживается при утечке);
- обладает высокой теплотой парообразования, и поэтому при утечке из сосуда с жидким аммиаком давление в нем быстро снижается до атмосферного и утечка сокращается;
- воспламеняется только при 650 °С, и для его воспламенения требуется подвод значительного количества теплоты.
При этом аммиак как хладагент обеспечивает высокую энергетическую эффективность производства холода. Сейчас аммиак, после того как во второй половине XX века настойчиво вытеснялся фреонами и стал уделом почти только крупных береговых промышленных установок, возвращается. Все более широко применяются малые аммиачные холодильные машины В опубликованном в 2006 г. обзоре проанализирован европейский опыт работы с аммиачными холодильными установками, с использованием современных технических решений (герметичные кожухи, оборудование с малой заправкой хладагента, сигнализация, системы эвакуации аммиака, качество изготовления и эксплуатации) и разумных, обоснованных требований безопасности. Должна быть создана такая техническая, экономическая и правовая обстановка, чтобы предприятия хотели и практически могли выпускать аммиачные машины высокого технического уровня, а потребители хотели и могли их применять.
Диоксиду углерода (СО2) - (R744) как и рабочему веществу холодильных машин и тепловых насосов, а также как к вторичному теплоносителю в низкотемпературных холодильных установках, в мире уделяется пристальное внимание. Основной стимул - абсолютная безопасность этого вещества (если не учитывать высокие рабочие давления в системах). Исследовательские и конструкторские работы ряда последних лет перешли в стадию практического применения. Уникальность этих машин состоит в том, что для них не может быть использовано существующее базовое холодильное оборудование - компрессоры, теплообменные аппараты и другое -, а должно быть создано новое. Основная проблема состоит в обеспечении достаточной энергетической эффективности.
Основными элементами холодильных установок служат: компрессоры, ресиверы, теплообменники, испарители и вохдухоохладители, конденсаторы, фильтры и осушители, маслоотделители, а также приборы автоматики и КИП.
2.11.9.4.Автоматизация судовых холодильных установок
На современных судах применяют холодильные установки с высокой степенью автоматизации, что надежно защищает их от аварии, обеспечивает точное поддержание заданных температур охлаждаемых объектов, повышает экономичность установки.
Комплексная автоматизация холодильной установки осуществляется по трем направлениям: автоматизации процессов регулирования с помощью систем автоматического регулирования, автоматической сигнализации и защиты установки.
Система автоматического регулирования (САР) обеспечивает поддержание температуры, давления или уровня в заданных пределах и включает объект регулирования ОР, автоматический регулятор АР и регулирующий орган РО
(Рис 214)
Объект регулирования ОР – это устройство, механизм или система, в которой регулируется протекающий процесс, т.е. значение регулируемого параметра поддерживается постоянным либо в некоторых пределах.
Автоматический регулятор Ар – управляет работой объекта регулирования через регулирующий орган в соответствии с задачей регулирования.
Регулирующий орган РО – служит для изменения потока вещества (хладагента, рассола, воздуха) или энергии, подводимых к объекту регулирования. При отклонении регулируемого параметра уоб от заданного значения узад, например, при изменении тепловой нагрузки Qп на объект регулирования, АР через РО изменяет поток подводимого вещества (или энергии) таким образом, чтобы регулируемый параметр вернулся в исходное состояние.
Структурная схема («блок-схема») системы автоматического регулирования холодильной установки изображена на рис206
Рис 214 Структурная схема системы автоматического регулирования.
Схема расположения приборов автоматики в холодильной установке показана на Рис207
Рис.215Схема расположения приборов автоматики компрессионной холодильной установки непосредственного охлаждения:
1-компрессор; 2-реле низкого давления; 3, 4 и 14 –ручные запорные клапаны; 11,13,16 и 17 – автоматические запорные клапаны; 5- реле высокого давления 6 –всасывающий трубопровод; 9-датчик реле температуры; 8- датчик ТРВ; 10-реле температуры; 12-ТРВ; 16-соленоидный вентиль; 18-регулирующий клапан; 19-нагнетательный трубопровод;
20-конденсатор; 21-электродвигатель; 22-маслоотделитель.
В компрессор 1 приводимый в движение электродвигателем 21, пары хладагента поступают из батарей испарителя по трубе 6. На всасывающем патрубке компрессора установлено реле 2 с автоматом, останавливающим компрессор при понижении давления хладагента во всасывающей магистрали. Реле 5 на нагнетательном патрубке останавливает компрессор в случае повышения давления в патрубке. На обоих патрубках имеются запорные клапаны 3 и 4. Из компрессора сжатый хладагент поступает в маслоотделитель 22, затем в конденсатор 20 и далее по трубе 19 – к регулирующим клапанам.
Клапан 12 автоматический, а клапан 14-ручной. При включенном автоматическом клапане запорные клапаны 11 и 13 должны быть открыты, а ручной 14-закрыт.
Для обслуживания установки без автоматики (при ее неисправности) клапаны 11 и 13 закрывают, а пользуются клапаном 14.
Охлаждаемое помещение снабжено реле температуры 10. контролирующим заданный режим. При повышении температуры сверх установленной нормы реле 10 включает электродвигатель компрессора и открывает запорные клапаны17 (хладагента) и 16 (воды).
В случае неисправности соленоидного клапана 16 подачу воды в конденсатор регулируют клапаном 18, предварительно закрыв клапаны 15 и 17.
Внутри охлаждаемого помещения смонтированы датчики 8 и 9 соответственно регулирующего клапана и реле температуры.
В судовых холодильных машинах автоматизируют процессы регулирования: подачи жидкого агента в испаритель, темпера туры кипения агента в испарителе, температуры промежуточного хладоносителя и дав ления конденсации, холодопроизводительности и соответственно температуры в охлаждаемых помещениях.
Основным параметром регулирования холодильной установки является ее холодопроизводительность. Для автоматического поддержания температуры охлаждаемых помещений в заданных пределах должен поддерживаться баланс между теплопритоком в помещении и холодопроизводительностью установки. Величина теплопритока меняется, поэтому в соответствующих пределах должна меняться и холодопроизаводительность установки.
Холодопроизводительность можно регулировать изменением частоты вращения компрессора или путем пуска и остановки компрессора. (позиционное регулирование). Разница между температурами, при которых происходит пуск и остановка компрессра, называется температурным дифференциалом. Обычно его величина не превышает 2°С.
В схеме двухпозиционной системы регулирования холодопроизводительности (Рис. 216 ) чувствительным элементом является находящийся в охлаждаемом помещении термобаллон 7, соединенный трубкой с сильфоном 6.
Рис.216 Схема действия двухпозиционной системы регулирования холодильной установки
1 – контакты; 2 – коромысло; 3 – рычаг; 4 – регулировочный винт; 5 – пружина; 6 – сильфон; 7 – термобаллон;
8 – регулировочный винт.
Сильфон нагружен пружиной 5, натяжение которой регулируется гайкой 4. При повышении температуры в помещении усиливается испарение легкокипящей жидкости в термобаллоне 7, сильфон 6 преодолевает натяжение пружины 5. рычаг 3 поворачивает коромысло 2 и замыкает контакты 1, включаюшие электродвигатель компрессора. При понижении температуры процесс идет в обратном порядке, контакты 1 размыкаются и электродвигатель останавливается. Настройка температурного дифференциала производиться посредством регулировочной гайки винта 8.
2.11.9.5. Правила технического обслуживания фреоновых холодильных установок
2.11.9.5.1.Пуск и регулирование холодильной установки.
Перед пуском установки необходимо произвести ее внешний ос мотр: убедиться в отсутствии посторонних предметов, мешающих пуску, а также проверить по смотровым стеклам наличие в карте ре компрессора масла. Для компрессоров с принудительным смазыванием уровень масла должен составлять 7г смотрового стекла. При смазывании разбрызгиванием уровень должен быть несколько выше. Затем по смотровому стеклу проверяют уровень жидкого хладона в конденсаторе (ресивере). Если смотрового стекла нет, определить, достаточно ли в системе хладона можно только во время работы установки.
Перед пуском автоматизированной фреоновой холодильной установки после длительного бездействия необходимы следующие операции: провернуть от руки вал компрессора и убедиться, что он вращается без заеданий; открыть все необходимые запорные вентили водяной и рассольной систем; открыть всасывающий и нагнетательный вентили .компрессора, открыть полностью запорные вентили на паровом (от камерных испарителей) коллекторе. За порные вентили на жидкостном коллекторе для подключения ка мерных испарителей открывают сначала на 1/3 оборота и сразу включают компрессор. После пуска компрессора, не допуская снижения давления всасывания ниже 0,02 МПа (0,2 кгс/см2), по степенно открывают запорный вентиль конденсатора или ресивера, а затем постепенно увеличивают до полного открытия запорных вентилей на жидкостном коллекторе. Установку переводят в авто матический режим.
Если есть основания полагать, что в испарителях скопился жидкий хладон, перед пуском компрессора запорные вентили на
2.11.9.5.2.Признаки оптимального режима работы фреоновой холодильной установки
Оптимальным называется такой режим работы холодильной установки, который обеспечивает поддержание в охлаждаемых помещениях требуемых температурно-влажностных условий при надежной работе и минимальных затратах энергии. Он характе ризуется оптимальными перепадами температур в теплообменных аппаратах, оптимальной величиной перегрева всасываемого пара, нормальной работой компрессора и т. д.
У прямоточных компрессоров температура крышки цилиндра должна быть близка к температуре нагнетательного трубопрово да, у непрямоточных — к температуре нагнетательного трубо провода с нагнетательной стороны и температуре всасывающего трубопровода с всасывающей стороны.
Важное значение имеет поддержание оптимальных темпера турных перепадов Температура, а следова тельно, и давление конденсации зависят от температуры заборт ной воды. Давление конденсации определяют по манометру, установленному на нагнетательной стороне компрессора, а тем пературу конденсации примерно — по температурной шкале это го манометра, а более точно — по таблице насыщенного пара хладона в зависимости от давления конденсации.
Перепад между температурами забортной воды на входе в конденсатор и выходе из него должен составлять 2—5°С. Перепад между температурой конденсации и темпера турой воды, выходящей из конденсатора следует под держивать в пределах 5-6°С, а разность для кожухотрубных конденсаторов — 8-9°С. В процессе эксплуатации в целях экономии энергии необходимо стремиться поддерживать давление конденсации возможно более низким, но не ниже 0,4 МПа
(4 кгс/см2) при работе на R22.
При низкой температуре забортной воды температуру и дав ление конденсации в установках, не имеющих водорегулирующе го вентиля, повышают, прикрывая запорный вентиль, установ ленный на выходе воды из конденсатора. В случае повышения температуры забортной воды выше 32°С желательно прокачи вать конденсаторы холодильной установки водой от насосов, имеющих более высокий напор. При этом необходимо иметь в виду, что увеличивать подачу воды в конденсаторы имеет смысл лишь до тех пор, пока это вызывает снижение давления (и температуры конденсации). Дальнейшее повышение расхода воды приводит только к ускоренному изнашиванию труб и труб ных решеток.
При непосредственном охлаждении температура кипения хла дона в испарителе должна быть ниже температуры в кладовой на 9-5°С . Температуру кипе ния хладона в испарителях, не снабженных ПРД «до себя», оп ределяют примерно по температурной шкале мановакуумметра на всасывающей трубе компрессора, а более точно — по табли це насыщенного пара хладона. В установках, не оборудованных теплообменником, перегрев пара на всасывании должен быть 8-10°С. Значения полезного перегрева пара хладона, вса сываемого компрессором в установках с теплообменником, .дол жны быть в определенных пределах В системах с одним испарителем перегрев пара определяют как разность между температурой всасываемого пара (по термометру на всасывающей трубе компрессора) и температурой кипения хладона, соответствующей давлению всасывания.
Про верка настройки ТРВ в этом случае осуществляется просто. В многоиспарительных системах определить перегрев пара в каждом испарителе практически невозможно. В этом случае проверка настройки ТРВ осуществляют следующим образом. Удаляют иней с испарителя, включают компрессор и влажными пальцами определяют, в каком месте испарителя прекращается кипение хладона и начинается перегрев пара. Там, где хладон кипит, влажные пальцы прилипают к трубе испарителя. Пере грев всасываемого компрессора пара в многоиспарительных системах регулируют за счет перераспределения величин перегрева в разных испарителях. При этом минимальный перегрев следует устанавливать у испарителей с затрудненным возвратом масла, увеличивая перегрев у испарителей с облегченным воз вратом масла. При наличии перегрева всасываемого пара комп рессор работает «сухим» ходом, внешними признаками которого являются: леший стук клапанов; относительно высокая темпера тура крышки цилиндра с нагнетательной стороны и нагнета тельного патрубка, которая близка к температуре нагнетатель ного трубопровода. При температуре в кладовой ниже нуля ине ем покрыт весь испаритель и часть всасывающего трубопро вода.
Работа компрессора «влажным» ходом характеризуется от сутствием стука клапанов и появлением инея на крышке компрес сора при значительном понижении температуры крышки ком прессора и нагнетательного трубопровода. На ощупь нагнетатель ная сторона компрессора холодная. В прямоточных компрессорах покрывается инеем картер.
При необходимости ТРВ перестраивают поворотом его регу лировочного винта не более чем на четверть оборота с интерва лом 15-20 мин.
Температура в конце сжатия определяется по термометру па нагнетательной трубе компрессора. Она зависит от температур конденсации, кипения и перегрева и колеблется в пределах 40— 130°С для R22. Эти и другие значения, характеризующие оптимальные температурные пределы.
Влага и воздух в системе холодильного агента и их удаление
Влага в систему хладагента попадает при:
– недостаточном осушении системы после её монтажа;
– при неполном удалении воздуха из системы, механизмов и аппаратов после ремонта;
– при зарядке системы хладагентом и маслом или при добавлении их в систему;
– при длительной работе установки при вакууме на всасывании.
Ввиду ограниченной растворимости воды в хладагентах, вода самостоятельно циркулирует в системе. Поэтому при дросселировании холодильных агентов до отрицательных температур, образуются ледовые пробки, частично или полностью закупоривающие дроссельное отверстие ТРВ.
Внешними признаками наличия влаги в системе являются:
– повышение температуры в охлаждаемых помещениях;
– оттаивание инея с поверхности испарительных батарей;
– понижение давления кипения;
– значительное увеличение перегрева всасываемого пара.
Перенастройка ТРВ в этом случае на большее открытие не приводит к увеличению давления кипения, так как компрессор быстро отсасывает образовавшийся пар и РНД отключает компрессор по давлению всасывания.
При замерзании влаги в ТРВ, в отличие от его засорения, прохождение жидкого агента возобновляется после его прогрева горячей водой. При наличии в системе значительного количества влаги возможно образование ледовых пробок даже в трубах испарительных батарей.
Наличие влаги в системе приводит к следующим последствиям:
– вода в системе вызывает коррозию металлов;
– ржавчина, смываемая хладагентом, забивает дроссельные отверстия ТРВ;
– в присутствии воды хладагент вступает в химическую реакцию с медью, которая выпадает в виде тонкого слоя на поверхностях и узлах компрессора (омеднение поверхностей), что нарушает работу компрессора.
Поэтому к обезвоживанию фреоновых систем предъявляются высокие требования. Перед заполнением системы хладагентом и маслом ее тщательно вакууммируют и осушают.
В процессе эксплуатации холодильной установки применяют меры, предупреждающие проникновение влаги в систему, а проникшую влагу удаляют с помощью силикагеля или цеолита. Причем фильтр-осушитель включают в работу сразу же при появлении признаков наличия влаги в системе, а выключают не ранее чем через 4 часа после полного исчезновения этих признаков. (Использовать спирт для устранения замерзания ТРВ фреоновых холодильных установок запрещено!)
Одной из тяжелейших аварий холодильной установки является потеря холодильного агента из системы вследствие его утечки в воду конденсатора. В тоже время при снижении давления хладагента в системе ниже давления охлаждающей воды, забортная вода может заполнить систему холодильного агента. В последнем случае после устранения причины, вызывающей серьезнейшую аварию холодильной установки, систему сушат, продувают ее азотом или углекислотой, и неоднократно вакууммируют.
Воздух в системе может оказаться из-за:
– недостаточно тщательного вакууммирования системы перед первоначальным ее заполнением хладагентом;
– при вскрытии компрессоров, аппаратов, вспомогательного оборудования и отдельных участков системы для ремонта или профилактических осмотров;
– при работе установки на вакууме.
Воздух скапливается в конденсаторе, так как гидравлический затвор в конденсаторе (ресивере) препятствует прорыву воздуха в испарительную систему.
Наличие воздуха в системе приводит к увеличению давления конденсации, в результате чего холодопроизводительность установки уменьшается, а потребляемая мощность увеличивается.
Внешними признаками наличия воздуха в системе являются:
– повышение фактического давления конденсации рк по сравнению с давлением pп, соответствующем температуре забортной воды;
– увеличение амплитуды колебаний стрелки манометра со стороны нагнетания компрессора (дрожание корпуса)
Характерные неисправности и неполадки в работе фреоновых холодильных установок и способы их устранения указаны в Табл.7 Приложение 1
Неисправностью называют всякое отклонение от оптимального режима работы установки. Небольшие отклонения, которые лишь снижают экономичность работы, обычно устраняются при профилактическом ремонте. Существенные отклонения от оптимального режима — отказы, при которых установка уже не обеспечивает заданного технологического режима или становится опасной, устраняются в аварийном порядке.
2.11.9.5.4.Правила техники безопасности при обслуживании фреоновых холодильных установок
Движущиеся части компрессоров, насосов и других механиз мов должны иметь ограждения. Запрещается эксплуатация холо дильного оборудования, движущиеся части которого имеют неис правные приводные ремни. К движущимся частям машин запре щается прикасаться как во время работы, так и после остановки до тех пор, пока не будет исключена возможность автоматическо го пуска.
Баллоны с хладоном хранят на судне в специальном помеще нии, а при его отсутствии — в рефрижераторном отделении или другом месте, по возможности недалеко от холодильного агрегата. Баллоны должны быть надежно закреплены. Каждый баллон дол жен иметь заглушку на вентиле и предохранительный колпак. В местах хранения баллонов температура не должна превышать 35°С.
При содержании в воздухе более 30% хладона (по объему) по являются признаки удушья. Однако в связи с тем, что хладон почти не имеет запаха, обслуживающий персонал не всегда мо жет почувствовать опасную концентрацию хладона в воздухе. Это вынуждает принимать ряд специальных мер предосторожности. Помещения, где установлены агрегаты, должны быть оборудованы вентиляцией. Все ремонтные работы должны производиться на обесточенном агрегате. При работах, связанных с опасностью пора жения электрическим током, необходимо применять защитные средства: инструмент с изолированными ручками, диэлектриче ские коврики, галоши, перчатки и т. д. Жидкий хладон, попадая на кожу, может вызвать обмораживание, а попадая в глаза, при вести к тяжелому поражению, вплоть до потери зрения Поэтому вскрывать фреоновые компрессоры, аппараты и трубопроводы можно только в защитных очках и лишь после того, как давление хладона в них путем неоднократного отсасывания снижена до ат мосферного и остается (постоянным в течение 30 мин. В тех слу чаях, когда в процессе вскрытия установки полностью не исклю чается опасность попадания жидкого хладона на кожу, следует пользоваться резиновыми перчатками.
Перед вскрытием системы необходимо запустить в работу наг нетательный и вытяжной вентиляторы, если они были остановле ны. Сразу после вскрытия фреоновых компрессоров, аппаратов и трубопроводов обслуживающий персонал должен на время поки нуть помещение, которое необходимо тщательно проветрить. Иногда фреоновую систему приходится вскрывать в рефрижера торных кладовых или в других помещениях, не имеющих искусст венной вентиляции. В этом случае следует, вскрыв систему, сна чала убедиться в том, что запорные вентили, отсекающие вскры ваемое соединение труб, полностью герметичны, затем в открытые концы труб плотно вставить заранее подготовленные деревянные или резиновые пробки, произвести тщательное проветривание по мещений с помощью переносных вентиляторов. При соблюдении всех этих условий входить в кладовую, в которой в течение 30 мин и более были разобраны трубы, следует, не закрывая за собой двери, а лучше под наблюдением другого лица и после повторного проветривания помещения. Несчастные случаи, имевшие место на судах с фреоновыми установками из-за невнимания к этим тре бованиям, вынуждают настаивать на их неукоснительном выполне нии.
При осмотре внутренних полостей и аппаратов можно поль зоваться только переносными лампами напряжения не выше 12 В или электрическими карманными фонарями. Рефрижераторное отделение должны систематически проветривать.
В связи с тем что при температуре выше 400°С хладон разла гается с выделением фосгена, курить в рефрижераторном отделе нии запрещается. Использовать галоидную лампу необходимо наи более короткое время. Перед тем «как пользоваться лампой, по мещение тщательно проветривают.
В рефрижераторном отделении на видном месте должны быть вывешены плакаты с правилами оказания первой помощи при об мораживании, удушье, попадании холодильного агента в глаза. Противогаз, защитные очки, резиновые перчатки и аптечка также должны находиться в удобном месте, желательно в застекленном шкафу на входе в рефрижераторное отделение. Рефрижераторные механики и мотористы должны уметь оказать помощь пострадавшему при удушье, обмораживании, попадании хладона в глаза.
При удушье, вызванном недостатком кислорода в помещении, заполненном газообразным хладоном, необходимо немедленно вы нести пострадавшего на свежий воздух. Желательно дать ему кислород. При общей слабости пострадавшего напоить крепким чаем или кофе. В случае прекращения дыхания до прихода вра ча пострадавшему сделать искусственное дыхание. При попада нии жидкого хладона на кожу во избежание обмораживания сле дует сразу окунуть пораженный участок в воду, имеющую темпе ратуру 35—40°С на 5—10 мин, затем, не растирая, осушить кожу полотенцем, смазать мазью Вишневского или пенициллиновой и на ложить повязку. Если на коже образовались пузыри, следует, не вскрывая их, наложить мазьевую повязку и направить постра давшего к врачу. При попадании хладона в глаза необходимо промыть их струей воды комнатной температуры, 2°/оным раство ром поваренной соли и 2—4%-ным раствором борной кислоты. Затем закапать в глаза стерильное вазелиновое масло и немед ленно обратиться к врачу.
Следует особо подчеркнуть, что ошибочное мнение об относи тельной безвредности хладона и пренебрежение в связи с этим правилами безопасности труда может привести к трагическим по следствиям.
Требования охраны труда в аварийных ситуациях
Основные аварийные ситуации, которые могут возникнуть в ходе эксплуатации холодильных установок:
• выброс хладагента (вследствие внезапной неисправности оборудования или в ходе ремонтных работ);
• разрушение элементов оборудования и трубопроводов (из-за повышенных давлений, некачественного монтажа, физического износа, несрабатывания приборов защиты);
• возгорание (в ходе сварки, пайки);
• незапланированное отключение электроэнергии;
• выход параметров оборудования за нормативные пределы.
В случае нарушения герметичности холодильной установки нужно немедленно ее остановить, перекрыть запорными вентилями нарушенный участок, включить общую и аварийную вентиляции, вывести людей из помещения, в котором происходит утечка хладагента. В необходимых случаях следует использовать соответствующие фильтрующие и изолирующие противогазы, дыхательные аппараты.
. В случае возникновения пожара следует применить имеющиеся местные средства пожаротушения и сообщить в противопожарную службу (организации или территориальную).
При отклонении параметров режима холодильной установки (давление, температура) от нормативных значений, определяемых документами организации-изготовителя и окружающей средой, до предельно допустимых величин следует немедленно остановить холодильную установку и выявить причины.
При внезапном отключении электроэнергии следует в условиях аварийного освещения перевести холодильную установку в нерабочее состояние (переключением соответствующих приборов, арматуры, рубильников, кнопок).
При любых аварийных ситуациях и пожарах необходимо поставить в известность своего непосредственного руководителя и администрацию организации, оказать первую (доврачебную) медицинскую помощь пострадавшим (при удушьи, травмировании, отравлении и т.д.).
Устранение аварийной ситуации производить только после выявления ее причин.
2.11.10. Опреснительные установки
На современных морских судах пресная вода, необходимая для технических и хозяйственных нужд, вырабатывается путём опреснения забортной воды специальными опреснительными установками. Опресненная вода используется для охлаждения отдельных механизмов, питания паровых котлов, доливки аккумуляторных батарей; во втором случае – для умывания и мытья экипажа и пассажиров, стирки. а после специального приготовления – для мытья посуды, питья и приготовления пищи.
Известны химические, физические и термические методы опреснения морской воды.
Химический метод. применяют при опреснении небольшого количества воды и на флоте используются только в аварийной ситуации. (аварийное снабжение коллективных спасательных средств).
Физический метод(обратного осмоса или гиперфильтрации), который будет рассмотрен ниже, основан на фильтрации воды под большим давлением (около 100-150 кг/см2) через специальные мембраны. При этом происходит задержание ионов растворимых в воде солей на мембранах. Мембраны выполнены в виде пучка полых волокон из триацетата целлюлозы с внутренним диаметром 40 мкм и наружным 85—100 мкм или из металлической фольги облученной тяжелыми ионными пучками в ускорителях этих частиц. Установки конструктивно просты и надежны в работе и поэтому находят все большее применение. Недостатком метода обратного осмоса является относительно быстрая замена мембран или их специальная промывка от солей.
К термическим методам опреснения относят дистилляцию (выпаривание) морской воды.
Если воду довести до кипения, удалять выделяющиеся пары и конденсировать их, то будет вырабатываться дистиллят. Установки, в которых происходит такой процесс, называются испарительными, и они делятся на два типа.
В установке первого типа вода кипит при температуре насыщения, соответствующей давлению внутри испарителя. Такой испаритель называется кипящим.
В установке второго типа вода подогревается в одной секции, а затем подаётся в другую, где давление значительно ниже, вследствие чего она начинает кипеть и превращаться в пар. Такой испаритель называется ваккумным. Процесс испарения при давлении ниже атмосферного имеет много положительных сторон: улучшается теплопередача от греющего пара (воды) к подаваемой забортной воде, уменьшается образование накипи, снижаются потери тепла, увеличивается производительность на единицу массы и объёма испарителя. Испарители этого типа отличаются компактностью и простотой конструкции.
Вакуумные утилизационные опреснительные установки
Поэтому в настоящее время на судах с дизельной установкой – теплоходах, наибольшее применение получили вакуумные одноступенчатые утилизационные водоопреснительные установки, использующие тепло охлаждающей пресной воды из системы охлаждения главного дизеля.
Широкое применение на судах морского флота нашли опреснительные фирм «АТЛАС», «НИРЕКС»
Рассмотрим устройство и работу установки фирмы «АТЛАС» (Рис216 ):
Рис.217 Схема водоопреснительной установки типа «АТЛАС»:
1 - главный двигатель; 2 – терморегулятор; 3 – охладитель пресной воды; 4 – маслоохладитель; 5 – охладитель воздуха;
6 – конденсатор; 7 – эжектор; 8 – насос забортной воды; 9 – рассольный насос; 1 - ротаметр; 11 – испаритель;
12 – дистиллятный насос; 13 – соленомер; 14 – электромагнитный клапан; 15 – расходомер; 16 – насос забортной воды;
17 – насос пресной воды
В одном корпусе установки удачно скомпонованы испаритель 11 и конденсатор 6. Греющей средой, как сказано было выше, служит горячая пресная вода из системы охлаждения двигателя. Часть воды с температурой 65-700С пропускается через испаритель11. В испарителе греющая вода, омывая трубки снаружи отдает часть теплоты для испарения забортной морской воды. Морская вода насосом 8 подается в нижнюю часть испарителя 11 и поступает внутрь трубок. Процесс испарения морской воды происходит при температуре 65-700С вследствие создаваемого в корпусе испарителя вакуума (порядка 93%) с помощью эжектора 7. образовавшийся пар проходит через отбойный щит сепаратора и достигает горизонтального конденсатора. В конденсаторе пар конденсируется и в виде дистиллята отводиться дистиллятным насосом 12 через соленомер 13 и расходомер 15 в танки пресной воды. При превышении солесодержания в дистилляте выше допустимого соленомер через электромагнитный клапан 14 возвращает дистиллят на повторное испарение. Неиспарившаяся морская вода с повышенным содержанием солей (рассол) постоянно откачивается рассольным насосом 9 за борт. Насос забортной воды 8 одновременно подает морскую воду в испаритель и обеспечивает работу вакуумного эжектора 7 .
При включении в работу такой установки необходимо учесть, что она начинает работать как охладитель пресного контура системы охлаждения дизеля.
Опреснительные установки обратного осмоса.
В последние годы получили применение водоопреснительные установки с использованием принципа обратного осмоса – гиперфильтрации. В этих установках необходима предварительная обработка морской воды Рассмотрим на примере установки фирмы «Рохем», (рис.218)
Рис.218.Принципиальная схема опреснительной установки фирмы «Рохем»:
1-подкачивающие насосы; 2-песчаный фильтр; 3-патронные фильтры: 4- напорный насос высокого давления;
5-корпус диско-трубных модулей; 6-раскисляющий фильтр.
Морская вода подается одним из насосов 1 в песчаный фильтр 2 и далее через фильтр патрон 3. Для прокачки мембранных ДТ модулей служит насос высокого давления 4 с давлением 10-15 МПа. Очищенная морская вода попадает на мембранные фильтры 5 и в виде обессоленной воды стекает в цистерну. Другая часть в виде рассола удаляется за борт. Получаемая обессоленная вода содержит растворенный углекислый газ СО2, который понижает рН до 6,0 – 6,5Поэтому в установке установлен раскисляющий фильтр 6. Фильтр заполнен доломитом- природным веществом, способным поглощать углекислый газ после прохождения через доломит. На выходе рН устанавливается 7,0
Диско-трубные модули 5 изготавливают из пористого материала, выложенного с внутренней стороны пленкой из ацетата целлюлозы, выполняющей функции полупроницаемой мембраны.. При слишком высоком давлении мембрана может разорваться, забиться присутствующими в воде примесями или пропускать слишком большое количество растворенных солей. При слишком низком давлении процесс замедляется.
Метод обратного осмоса по сравнению с традиционными методами обладает существенными преимуществами: затраты энергии на процесс относительно невелики, установки конструктивно просты и компактны, их работа мало зависит от колебаний качества исходной воды, для эксплуатации не требуется высококвалифицированного персонала, работа установок может быть легко автоматизирована.
Правила эксплуатации вакуумных водоопреснительных установок.
Первый пуск и подготовка установки к действию должны производиться под наблюдением механика, в ведении которого находится ВОУ.
Подготовку к действию необходимо начинать с наполнения испарителя забортной водой, а для испарителей, работающих при давлении 1 атм., с наполнения пресной водой до уровня, предусмотренного инструкцией.
Для выпуска воздуха из испарителя должен быть открыт воздушный кран (по окончании наполнения кран закрыт).
При пуске установки из испарителя выпускают воздух; установку с вакуумным испарителем необходимо проверить на плотность соединения с оборудованием:
- прокачать конденсатор забортной водой и убедиться, что обеспечено необходимое значение вакуума.
- полностью открыть клапан вторичного пара и убедиться в плотности всех соединений.
при наличии регуляторов производительности дистиллятного и конденсатного насосов, открыть клапан отсоса воздуха из них.
- произвести продувку греющих элементов испарителей и удалить из них воздух; слегка приоткрыть клапан греющей воды.
- запустить рассольный насос; одновременно обеспечить подачу питательной воды в испаритель.
- при получении дистиллята низкого качества постепенно полностью открыть клапан греющей воды (пара) и установить нормальное питание.
При обслуживании ВОУ во время действия необходимо:
- вести наблюдение за работой испарителя по показаниям КИП, поддерживать необходимые параметры работы в соответствии с заводской инструкцией.
- вести наблюдение за корпусом испарителя.
- постоянно контролировать производительность установки.
Основные неполадки в работе вакуумных водоопреснительных установок, причины их возникновения указаны в Табл.8, Приложении 1.
2.12.10. Установки по предотвращению загрязнения морской среды.
Каждое морское судно является источником загрязнения окружающей среды нефтепродуктами, сточными водами. мусором, пищевыми отходами, выхлопными газами. балластными водами.
Конвенцией МАРПОЛ 73/78 установлены правовые, организационные и нормативно-технические требования, направленные на предотвращение загрязнения моря с судов.
2.12.10.1. Установки очистки нефтесодержащих вод.
В льялах МКО судов скапливается нефтесодержаяся вода, которую иногда называют льяльная, трюмная или подсланевая.
Причинами скопления воды является:
- отпотевание корпуса судна;
- протечки в системах:
- протечки через сальники;
- продувание котлов, баллонов сжатого воздуха и др. механизмов;
- неплотности люков, картерных крышек и др.
Скопившуюся воду собирают в специальные емкости для последующей сдачи на специальные суда или береговые емкости или ее очистку от нефтепродуктов непосредственно на судне. Согласно требованиям Приложения 1 Конвенции МАРПОЛ 73/78 каждое судно должно быть оборудовано техническими средствами очистки нефтесодержащих вод, что подтверждается выдачей таким судам Международного свидетельства.
Из всего разнообразия конструкций сепараторов очистки нефтесодержащих вод «СОФРАНС», «АКВАМАРИН» «ФРАМ», «ПП МАТИК», «ГИДРОПУР», «САРЕКС», ,»ПЕТРИЛИМИНАТОР», «РWО», «ТУРБО» и др. можно выделить общие принципы работы:
- многоступенчатость очистки;
- автоматическая работа сепараторов.(По требованию Конвенции МАРПОЛ 73/78 если концентрация нефтепродуктов в очищенной воде превысит 15 мл/л происходит прекращение сброса воды за борт и ее перепуск на повторную очистку.) В настоящее время применяют следующие способы очистки нефтесодержащих вод: остой , коалесценция, коагуляция, флотация, адсорбция, центробежная очистка, биологические методы.
Рассмотрим работу установки «СОФРАНС» (Франция), в которой очистка осуществляется способом отстоя и коалесценции.(Рис.219)
Рис. 219 Схема установки «СОФРАНС»
Насо сом 1 НВ подается в установку 2 через приемный патрубок 3. В верхней полости 6 установки происходит отстой НВ, в процессе которого пленоч ные и капельные нефтепродукты всплывают вверх. Частично очищенная вода проходит через полипропиленовые пластины 8, которые, и являются коалесцирующим материалом. Внутри пластин мелкие частицы нефтепродуктов укрупняются, и всплывают. Из полипропиленовых пластин вода поступает по трубе 9 в патронный фильтр 7. В нем происходит окончательная очистка. Накоп ление в верхней части установки нефтепродуктов контролируется дат чиками 5, которые через систему управления открывают клапана 4 для сброса нефтепродуктов в шламовую цистерну. В установке используется насос объемного типа с низкой частотой вращения. Применение такого насоса позволяет исключить дополнительное эмульгирование НВ при перекачивании её.
Работа установки «АКВАМАРИН» (Швеция) (рис.220) основана на принципе отстоя и коалесценции.
вращения.
Рис. 220 Схема установки «АКВАМАРИН»
В сепараторе нефтепродукты всплывают в верхнюю часть сепаратора. Коалесценция осуществляется с помощью пластин 2. Накопление нефтепродуктов контролируется эластичной мембраной 4, которая под действием подъемной силы нефтепродуктов выгибается вверх. Давление с обеих сторон мембраны выравнивается при перетекании воды по трубопроводу 3. Выгибаясь, мембрана через систему рычагов и блок управления открывает клапан 5. Насос 9 начинает вращаться в противоположную сторону и происходит сброс нефтепродуктов. Из сепаратора очищаемая вода насосом 9 подается в коалесцирующий фильтр 8, фильтрующим элементом которого является мешок 7, выполненный из ткани. Адсорбционный фильтр 6, заполненный активированным углем очищает окончательно до 10мл/л.Со временем (через 8–12 месяцев работы) фильтр необходимо демонтировать, а адсорбент промыть моющими средствами или поменять.
2.12.10.2. Установки очистки сточных вод.
Со гласно Приложению IV Конвенции МАРПОЛ 73/78 «Сточные воды» (СВ) означают:
Стоки и прочие отходы их всех видов туалетов, писсуаров и унитазов;
Стоки из медицинских помещений (амбулаторий, лазаретов) через рас положенные в таких помещениях раковины, ванны и шпигаты;
Стоки из помещений, в которых содержатся живые животные;
Прочие сточные воды, если они смешаны с выше перечисленными стоками;
К сточным водам также относятся хозяйственно-бытовые воды:
стоки из умывальников, душевых, прачечных, ванн и шпигатов;
стоки из моек и оборудования камбуза и других помещений пищеблока.
На судах применяют установки с физико-химическими и биологическими методами очистки сточных вод. Рассмотрим наиболее применяемые конструкции:
Установка типа «БИО-КОМПАКТ» (Германия)
Установка типа «Нептуматик» (Швеция)
Установка типа «Юнекс-Био» (Финляндия)
Установки типа «БИО КОМПАКТ»
Установки типа «Био Компакт» фирмы «Дойче Герэтэтау Зальц-коттен» (Германия) работают по технологической схеме продленной аэрации (рис.221). Фекальные и хозяйственно-бытовые воды по трубопроводу 6 поступают в аэротанк первой ступени 15, где перемешиваются и обрабатываются воздухом с помощью аэратора 2. Аэратор 2 расположен в аэротанке асимметрично, чем обеспечивается естественная циркуляция стоков. Воздух на аэраторы подается компрессором 8. Частично окисленные стоки поступают по трубопроводу 3 для последующей обработки в аэротанк второй ступени 1. Избыточный воздух и продукты окисления удаляются по вентиляционной трубе 5
Рис.221 Принципиальная схема установки «Био Компакт» :
1- аэротанк второй ступени; 2 – аэратор; 3,4- трубопровод; 5- вентиляционная труба; 6-трубопровод; 7,14 – аэролифт;
8- компрессор; 9- шкафу управления;; 10- датчики; 11- насос-дозатор; 12- камера дезинфекции; 13- отстойник; 15- аэротанк первой ступени
Окисленные стоки по трубопроводу 4 подаются в отстойник 13 для ос ветления. Осевший активный ил возвращается аэролифтом 14 в аэротанк первой ступени 1. Туда же аэролифтом 7 откачиваются всплывшие частицы Осветленная вода из отстойника 13 направляется в камеру дезинфекции 12, где обрабатывается хлорсодержащими реагентами. Ввод реагентов в камеру 12 ведется насосом-дозатором 11. Периодическая работа насоса-дозатора 11, откачивающего насоса-измельчителя 16 обеспечивается автоматически. Регулирование уровня в камере 12 осуществляется датчиками 10. Вся систе ма автоматики смонтирована в шкафу управления 9.
Установка типа «НЕПТУМАТИК»
Все установки типа «Нептуматик» фирмы «Сален и Викандер» (Швеция) имеют схожие схемы и единый принцип работы, основанный на использо вании реагентной напорной флотации, с последующим обеззараживанием хлоросодержащим реагентом. Принципиальная схема установки показана на рис. 222 и предусматривает следующую технологию обработки стоков.
Все стоки подаются в камеру механической очистки 1, в которой круп ные загрязнения измельчаются насосом-дробилкой 12 и удаляются с помо щью самоочищающейся сетки 2. Предварительно очищенные стоки пода ются тем же насосом-дробилкой 12 в камеру аэрирования 3, где проходят обработку активным илом. На этой стадии очистки сточные воды в течение 20 минут перекачиваются циркуляционным насосом 4 через напорную цис терну 5, вовлекая в воду воздух с помощью эжектора 6. В этой установке в эжекторе с повышенным давлением среды, что ведет к быстрому окислению орга нических загрязнителей. Насыщенная мелкими пузырями воздуха вода подается во флотационную камеру 9, в которую вводится дозатором 10, в качестве коагулянта, хлорное железо. Сфлокулированные хлопья ила с пузырьками воздуха поднимаются на поверхность, а отстой, транспортерной лентой 7, перемещается в шламовую цистерну. Предусматривается сжигание отстоя с помощью электронагревательных элементов. Бактерицидный реагент подается дозатором 11 в стоки перед флотационной камерой, поэтому отдельной обеззараживающей камеры в УБО нет.
Рис. 222Принципиальная схема установки «Нептуматик»
1- камера механической очистки; 2- самоочищающаяся сетка; 3- камера аэрирования; 4- циркуляционный насос;
5- напорная цис терна; 6- эжектор; 7- транспортерная лента; 8- лоток; 9- флотационная камера; 10,11- дозатор;
12- насос-дробилка.
Очищенная вода забирается из нижней части флотационной камеры и выводится за борт по лотку 8. Весь процесс очистки занимает около часа. Процесс управления осуществляется с пульта, снабженного необходимыми приборами контроля и сигнализации.
Установка обеспечивает следующее качество очищенной воды; БПК - 50мг/л; ВВ - 50мг/л; коли-индекс - менее 500 1/л. Фирма «Сален и Викандер» выпускает УБО типа МОС четырех типоразмеров производительностью от 4 до 28 м3/сут. Она же выпускает УБО типа «Сальвико». Их отличие от установок «Нептуматик» заключается в том, что осадок и помп, образующиеся во флотационной цистерне, направляются в фильтрующее устройство на обезвоживание, а не удаляются ленточным конвейером. Удаление осадка проводится путем замены фильтрующего патрона 1-2 раза и неделю. Фильтрующий патрон выполнен целиком из горючего материала.
При обслуживании установок тина «Нептуматик» следует контролировать работу насосов-дозаторов и давление в напорном танке, поскольку си подачи раствора коагулянта зависит качество очистки. Поддержание не обходимого давления в напорном танке 0,18-0,20 МПа, обусловлено требуемыми параметрами насыщения СВ воздухом, его растворения в СВ под действием избыточного давления и последующего выделения в виде пузырьков, «транспортирующих» загрязнители на поверхности воды. Насыщение происходит в эжекторе, рассчитанном на определенную скорость движения воды. При снижении скорости движения воды через сопло эжектора поступление воздуха в СВ уменьшается, что приводи! к ухудшению режимов флотации. Поэтому при падении давления в напор ном танке, например за счет естественного износа насоса, следует устранить причину и восстановить заданный режим. Практика показывает, что качество очистки заметно ухудшается уже при снижении оптимального давления на 0,015-0,020 МПа.
Важно также поддерживать определенный расход обеззараживающе го реагента. Оптимальный расход хлорсодержащего раствора зависит от наличия остаточных загрязнений в очищенной воде. Опытом эксплуатации
Установки типа «ЮНЕКС-БИО»
Установка «Юнекс-Био» фирмы «Раума-Репола» (Финляндия) работа ет по принципу биологической очистки при аэробном бактериальном раз ложений компонентов сточно-фановых вод (продленная аэрация). Содержащиеся в СВ коли-бактерии уничтожаются химическими реагентами.
Принципиальная схема установки «Юнекс-Био» представлена на рис. 223
Рис. 223Принципиальная схема установки «ЮНЕКС-БИО»
1- специальная емкость; 2- насос-дозатор; 3- отсек обеззараживания; 4- отстойник; 5- аэротанк; 6- решетка;
7- приёмный сборный отсек; 8- перфорированные трубопроводы; 9- аэролифта; 10- выгружной насос.
Установка состоит из четырех отсеков: сборного, аэрационного, от стойного и хлорировочного. Из судовой фановой системы СВ поступают в приёмный сборный отсек 7, куда через перфорированную трубу, уложен ную на дне отсека, подается воздух. Благодаря этому начинается биологи ческое разложение загрязнителей, размельчение крупных частиц и окис ление органических веществ содержащихся в СВ.
Вновь поступающая СВ вытесняет воду из приемного отсека в аэротанк 5, пройдя при этом решетку 6, на которой задерживаются крупные включения, а также бумага и ветошь. В нижней части аэротанка расположены перфорированные трубопроводы 8, через которые постоянно подается воздух от специальных воздушных компрессоров, входящих в состав установки.
Это делается для того, чтобы обеспечить перемешивание СВ с активным илом, а также для насыщения воды кислородом, необходимы протекания биохимических процессов. Поэтому очень важно, чтобы воздух в виде мелких пузырьков равномерно распределялся по всему объему аэротанка. В аэротанке происходил: основной процесс биохимической обработки СВ микроорганизмами.
При поступлении в установку новой порции СВ такая же порция вол аэротанка в смеси СВ с активным илом перетекает в отстойник 4, где отделяются обработанная СВ и хлопья активного ила. Биохимический процесс на этом заканчивается.
Осевший на дно конической формы отстойника активный ил, направляется с помощью специального устройства - аэролифта 9, в начало процесса очистки, а осветленная вода вытесняется в отсек обеззараживания 3 новыми порциями СВ. В отсеке обеззараживания в очищенную воду насосом-дозатором 2, из специальной емкости 1, подается 10%-ный раствор гипохлорита натрия. Необходимая для надежного обеззараживания 30-минутная выдержка обеспечивается определенным объемом отсека и расчетным расходом СВ, Естественно, что в случае увеличения притока СВ в установку сверх расчетного, выдержка в отсеке обеззараживания уменьшится. Избыточный минерализованный ил периодически удаляется из установки за борт выгружным насосом 10 или сжигается.
При достижении обработанной водой определенного уровня срабатывает поплавковый датчик, который включает выгружной насос 10. На этом процесс обработки СВ в установке заканчивается. Очищенная и обеззараженная вода сливается за борт.
Качество очищенной сточной воды в УБО составляет: БПК5 - 36 мг/л, ВВ - 46 мг/л; коли-индекс - 1000 1/л.
В состав установки входят: 2 воздушных компрессора, устройство для хлорирования очищенной воды, 2 насоса для откатки очищенной воды. Фирмой выпускаются судовые установки четырех типоразмеров для экипажей численностью от 20 до 80 человек.
2.12.10.3.Установки по переработки мусора.
Согласно требованиям резолюции MEPC.201(62) - Revised MARPOL Annex V, которые начали действовать с 1-го января 2013 года мусор разделен на 9 категорий:
A. Plastics
B. Food wastes
C. Domestic wastes (e.g., paper products, rags, glass, metal, bottles, crockery, etc.)
D. Cooking oil
E. Incinerator Ashes
F. Operational wastes
G. Cargo residues
H. Animal Carcass(es)
I. Fishing gear
Запрещено сбрасывать за борт: бумагу, стекло, пепел, ветошь, не измельченные пищевые отходы (в special area). Установлены требования об оборудовании судов специальными устройствами по утилизации мусора.
Выделяют два способа утилизации: сбор с последующей сдачей в порту и обработка мусора на судне. Рассмотрим способы обработки мусора на судах.Судно может быть оснащено устройствами для обработки и уничтожения мусора такими, как:
установка для сжигания судовых отходов (инсинераторы);
измельчитель мусора (грохот);
установка для прессования мусора.
Инсинераторы
Значительное развитие и широкое применение в последние годы получил термический способ обработки судовых отходов. Отходы сжигаются в специальных печах-инсинераторах. Данным способом можно уничтожить практически все виды судовых отходов, за исключением металла и стекла, которые следует отделять из общей массы. Производительность инсинератора определяется количеством отходов, которые могут быть сожжены в единицу времени.
Способ термической обработки судовых Отходов имеет следующие преимущества: возможность переработки всех видов мусора и значительное уменьшение его объема, стерильность образующихся остатков, автоматизация процесса.
Установки для сжигания мусора должны иметь сертификат Регистра, подтверждающий фактическую способность сжигать отходы, наименование которых должно быть перечислено в Инструкции по эксплуатации установки для сжигания мусора. Кроме того, все инсинераторы, установленные на судах после 01 января 2000 г., должны иметь Свидетельство о типовом одобрении (СОТО). В инсинераторах, имеющих СОТО, разрешено частичное сжигание пластика (например, бумаги — 30%, картона — 40%, ветоши — 10%, пластика — 20%. Зола, которая образуется в результате сжигания мусора, представляет собой обеззараженный мусор, и он сбрасывается за борт на расстоянии более 12 морских миль от ближайшего берега за пределами особых районах за исключением золы пластмасс, которая может содержать остатки токсичных веществ и тяжелых металлов. Такая зола сохраняется на борту и сдается на береговые или плавучие сооружения3.
При сжигании мусора запрещается загружать в инсинераторы большое количество промасленной ветоши и пластика, так как это может привести к резкому повышению температуры в реакторе и повышенной дымности отходящих газов, поэтому следует обратить внимание на использование инсинераторов в портах. Так, например, в территориальных водах стран — участников Конвенции ХЕЛКОМ 92 в районе Балтийского моря запрещается любое сжигание отходов, образовавшихся на борту судна.
Отсепарированные нефтяные остатки и нефтесодержащая ветошь подлежат уничтожению на судне в установках для сжигания судовых отходов или сдаче на берег, о чем делается соответствующая запись в ЖНО (журнале нефтяных операций), часть 1.
К недостаткам способа можно отнести достаточную пожароопасность на судне, повышеный расход топлива и трудоемкость дополнительного обслуживания.
Принцип работы:
Процесс сжигания мусора в инсинераторе можно условно разделить на два этапа: предварительное высушивание и собственно сжигание.
Высушивание мусора позволяет полнее использовать их теплотворную способность и тем самым экономить топливо. Эффективность высушивания отходов зависит от следующих факторов: распределения влаги в пределах массы отходов, температуры в зоне высушивания (сгорания), наличия устройств для перемешивания отходов с целью повышения скорости переноса тепла, размера частиц отходов (уменьшение размеров частиц способствует не только более быстрому высушиванию, но и более эффективному сжиганию).
Высушивание отходов в инсинераторах происходит путём конвекционного переноса теплоты от потоков горячего воздуха, а также за счет нагрева от пламени или от поверхности камеры сгорания. Естественно, что определяющим для процесса высушивания и сжигания является количество обеспечиваемой теплоты. Оно достигается сжиганием топлива, впрыскиваемого через специальные форсунки, а также теплотворной способностью самих отходов. Создать оптимальный режим процесса сжигания в инсинераторах довольно сложно из-за того, что различные компоненты отходов значительно отличаются по теплотворной способности. Зная теплотворную способность каждого компонента, входящего в отходы, объем накапливаемых отходов и их состав, можно подсчитать общую теплотворную способность массы и определить потребный тип инсинератора. На общую теплотворную способность массы отходов большое влияние оказывает соотношение различных компонентов и в первую очередь пищевых отходов и сухого мусора (бумага, пластмасса и т.п.).
В современных инсинераторах предварительное высушивание отходов осуществляется непосредственно в топке. Исключение составляет шлам сточных вод: влажность его значительно превышает допустимый предел, до которого можно сжигать отходы без подачи в топку дополнительного топлива. Иногда шлам предварительно перемешивают с топливом в специальном смесительном устройстве. Подсушке способствуют применяемые для этих целей колосниковые решетки, а также подача в топку воздуха.
Перед сжиганием отходы целесообразно подготовить: отделить предметы, способные при расплавлении залить отверстия колосниковых решеток и тем самым уменьшить подачу воздуха, например предметы из алюминиевых сплавов или стекла (температура плавления их соответственно около 700 и около 1100°С). Процесс подсушивания отходов, а следовательно, и их последующее сжигание значительно улучшаются, если в топке есть устройства для перемешивания отходов.
Топку обычно разогревают до температуры не менее 500 °С и заполняют твердыми отходами. Сжигание отходов осуществляется по принципу пиролиза. При температуре около 300 °С из органических веществ начинается испарение газообразных фракций. Происходит так называемая сухая перегонка твердых отходов. Газы поднимаются в верхнюю часть топки или в смежную камеру сгорания, и там с помощью вспомогательного факела полностью сгорают. При температуре более 750 °С дурно пахнущие газы в течение нескольких секунд распадаются.
Жидкие отходы подают в инсинераторы в распыленном виде через специальные шламовые форсунки. Подготовка жидких отходов к сжиганию заключается в приготовлении смеси, содержащей не менее 50 % топлива и предварительно подогретой до 60.. .80 °С. Теоретически для сжигания 1 кг жидких отходов требуется около 4 кг атмосферного воздуха. Для уверенности в полном сгорании отходов рекомендуется обеспечивать 50 % избытка воздуха. Следовательно, рекомендуемый расход составляет 6 кг воздуха на 1 кг отходов.4
Рассмотрим наиболее применяемые на судах инсенираторы:
- инсинераторы GS-500, OG-200 (Норвегия).
- инсинератор VTH-30 (Япония);
- инсинератор СП-10 (Украина)
Инсинератор GS-500 (Норвегия).
Установка состоит из двух камер(Рис.224),образующих так называемую полупиролизную систему. Левая камера 1 предназначена для сжигания мусора, правая 2 — для сжигания шлама. Она оборудована топливной и шламовой форсунками, соединенными в специальное топочное устройство (на рисунке не показано) и газоходом 4. Вентилятор, подсоединяемый к газоходу, создает в камерах необходимое разрежение. Воспламенение отходов осуществляется за счет теплового излучения от топочного устройства.
Твердые отходы загружаются через приемный поворотный люк 3 после того, как температура в печи достигнет заданного значения. Колосниковая решетка 7, на которую попадают отходы, имеет шурующее устройство, обеспечивающее более эффективное их сгорание.
Рис. 224 Инсинератор GS-500:
1-камера сжигания мусора: 2-камера сжигания шлама; 3-приемный поворотный люк; 4-газоход; 5-огнеупорные блоки;
6-воздушная охлаждающая рубашка; 7- колосниковая решетка; 8- дверца для удаления золы и шлака;9-дверца загрузки отходов.
Поток газов, отходящих от сжигаемых отходов, поступает во вторичную камеру, где происходит их дожигание, а также несгоревших частиц отходов. Пройдя зону горелки, поток дымовых газов смешивается с потоком охлаждающего воздуха и затем выбрасывается в дымоход вентилятором рециркуляции. В газоходе между камерой сгорания и вентилятором имеется шибер (заслонка). Процесс горения (количество подаваемого воздуха) регулируется положением заслонки.
Камеры сгорания представляют собой стальные конструкции с обмуровкой из шлакоустойчивых огнеупорных блоков 5. Обмуровка имеет модульную конструкцию, позволяющую менять отдельные блоки. Внутренняя сторона стальных камер покрыта слоем изоляции. Между двойными листами стали находится воздушная охлаждающая рубашка 6. Камеры сгорания имеют круглую форму и соединены между собой отверстием в районе днища.
Емкость приемного пространства около 125 л. На лицевой стороне установки на дверце 9 предусмотрено смотровое стекло, позволяющее механику контролировать количество загруженных в камеру отходов и наблюдать за работой системы. В нижней части расположена дверца 8 для удаления золы и шлака.
Топочное устройство состоит из форсунки с двумя соплами. Производительность 14.. .28 л/ч. Шламовая форсунка также вмонтирована в топочное устройство и состоит из двух труб. Внутренняя труба предназначена для подвода шлама. Диаметр ее канала равен 8 мм. Наружная труба служит для подвода пара, который используется для распыливания и отчасти— для подогрева шлама. Топочное устройство расположено таким образом, чтобы наиболее эффективно использовать факелы горения. В данном инсинераторе завихренные факелы сначала направляются к днищу, откуда поднимаются в центральной зоне камеры сгорания и лишь затем направляются к газоходу.
Охлаждающий воздух, смешиваемый с дымовыми газами на выходе из камеры, засасывается из нижней части кожуха камеры и понижает температуру отходящих газов до уровня не выше 400 °С. Процесс сжигания автоматически контролируется специальной программой. Для контроля горения используется фотоэлектрический датчик.
Инсинератор OG-200
Корпус 3 инсинератора OG-200 (Норвегия), представленного на рис.225, имеет прямоугольную форму, внутри вертикально расположена цилиндрическая камера сгорания 4. Передняя стенка оборудована двер цей со смотровым стеклом и замком, предназначенная для загрузки твер дых отходов (замок дверцы открывается только тогда, когда температура внутри камеры сгорания будет ниже 100 С, а также дверца для удаления золы. На левой стенке размещены: щит управления и питания, топочное устройство и дозирующее устройство жидких отходов.
Топочное устройство 2 состоит из: вентилятора; насоса подачи ди зельного топлива; приводного электродвигателя; двух форсунок с механическим распыливанием, работающих на дизельном топливе; форсунки жидких отходов с паровым и воздушным распыливанием, которая может пропускать твердые частицы размером до 8 мм; электро-запального устройства форсунки. Дозирующее устройство жидких отходов состоит из винтового насоса, бесступенчатого редуктора и электродвигателя. Подача жидких отходов регулируется вручную с помощью маховика редуктора. Дизельное топливо поступает из судового расходного топливного танка, жидкие отходы забираются из шламовой цистерны, имеющей подогрев. Сжатый воздух для распыливания жидких отходов подается от судовой системы. Циркуляционный насос обеспечивает подачу жидких отходов к дозирующему устройству, а также перемешивание содержимого грязевого танка для выравнивания состава сжигаемой смеси и обеспечения тем самым стабильности процесса горения.
Процесс сжигания жидких отходов начинается после предварительного разогрева камеры сгорания. Степень распыливания жидких отходов регулируется клапаном подачи пара или сжатого воздуха. Инсинератор снабжен необходимой аварийно-предупредительной сигнализацией и защитой.
Рис.225 Инсинератор OG-200
1- привод вентилятора; 2- топочное устройство; 3- корпус; 4- камера сгорания
Инсинератор VTH-30 (Япония).
Инсинератор VTH-30 (Рис.226) состоит из двух блоков: собственно печи 2 для сжигания отходов и блока 4 подготовки и подачи на сжигание жидких отходов. Корпус печи представляет собой горизонтально расположенный цилиндр, на передней стенке которого расположены форсунки дизельного топлива и жидких отходов, блок зажигания, детектор пламени, люк для удаления золы и осмотра внутренней поверхности печи, а также ряд других приборов и арматуры.
Рис.226Инсинератор VTH:
1-вентилятор;2-корпус; 3-дымоход: 4-блок подготовки
Люк для загрузки твердых отходов расположен справа в верхней части цилиндрической камеры, в конце которой находится камера разбавления отходящих газов. Зона горения имеет двойные стенки, выложенные огнеупорным материалом. Охлаждению корпуса способствует воздушная камера, образованная пространством между двойными стенками. Под цилиндрической частью печи расположен вентилятор 1, служащий для подачи воздуха на охлаждение стенок и на разбавление отходящих газов через дымоход 3.
Дизельное топливо и жидкие отходы подаются в камеру сгорания форсунками с помощью сжатого воздуха от судовой системы. Блок подготовки и подачи жидких отходов состоит из бака цилиндрической формы емкостью 200 л, в верхней части которого размещены мешалка импеллерного типа, прибор контроля количества содержимого бака, фильтр, а также устройство для подогрева жидких отходов. В нижней части блока расположен насос переменной производительности для подачи жидких отходов на сжигание, приборы контроля за температурой и давлением отходов и т. п.
Твердые отходы можно сжигать как отдельно, так и одновременно с жидкими отходами. Шлам топлива и масла, а также шлам сточных вод рекомендуется сжигать в том случае, если содержание воды в полученной смеси не превышает 40%.
Измельчители мусора
Для обработки твердых бытовых отходов используются также измельчители — установки, оборудованные специальными режущими приспособлениями, позволяющими размельчать любые виды твердых отходов, включая стеклянные предметы, консервные банки, деревянные ящики и др.
Широкого распространения измельчители не получили, хотя известны случаи их применения на некоторых судах. Это произошло потому, что данное устройство практически не позволяет отказаться от других видов оборудования для обработки отходов, в частности от контейнеров. Дело в том, что наш флот значительную часть времени находится в особых районах, где сброс измельченных твердых отходов, кроме пищевых, запрещен. Кроме того, определенную часть времени суда находятся в прибрежных зонах, на акватории портов, а также во внутренних водоемах, где запрещен сброс любых отходов, даже измельченных.
Представляет интерес способ дробления (измельчения) пищевых отходов, внедренный на некоторых судах и в некоторых портах. На судах пищевые отходы дробятся измельчителем, установленным на камбузе, после чего размельченные пищевые отходы направляются в судовую сборную цистерну (например, в цистерну сбора сточных вод). После выхода судна из порта за 12-мильную зону измельченные отходы вместе с СВ откачиваются за борт.
Прессы
Сложнее обстоит дело в тех случаях, когда передача отходов на берег затруднена или невозможна (например, при эксплуатации судна в необжитых районах, в условиях ледового плавания и т. п.). Бывают случаи, когда порты не оснащены необходимым оборудованием для приема и обработки мусора. Такая ситуация может осложниться, если судно вынуждено задержаться в порту, так как емкости судовых контейнеров может не хватить.
Конвенцией МАРПОЛ 73/78 такая ситуация предусмотрена. В ней указано, что отсутствие оборудования в порту не должно быть основанием для сброса отходов за борт на акватории порта, на рейде и в прибрежных (территориальных) водах. В качестве одного из способов борьбы с отходами, точнее, для уменьшения объема скапливающихся судовых отходов, рекомендуется использовать специальные прессы — устройства, снижающие объем твердых бытовых отходов примерно в 8.. .10 раз.
2.12.10.4. Установки очистки выхлопных газов судовых дизелей (Скрубберы).
19 мая 2006 года вступило в силу положения Протокола Приложения VI к международной Конвенции МАРПОЛ 73/78 . Многие суда (включая пассажирские, контейнеровозы и паромы) оснащаются скруббинг системами. Такие системы позволяют использовать самые тяжелые мазуты, при этом, не выходя за рамки не только требований Приложения 6 МАРПОЛ 73/78, но гораздо более жесткого требования ЕС, лимитирующее содержание серы на уровне
0,1 % в своих территориальных водах.
Скруббер (англ. «scrubber», от англ. scrub — «скрести», «чистить») — устройство, используемое для очистки твёрдых или газообразных сред от примесей в различных химико-технологических процессах.
Газоочистка – это улавливания из отводимых с печей газов пыли, возгонов и оксидов селена, телура, свинца и других элементов. Очистка газов от примесей с помощью скрубберов относится к мокрым способам очистки. Этот способ основан на промывке газа жидкостью (обычно водой) при максимально развитой поверхности контакта жидкости с частицами аэрозоля и возможно более интенсивном перемешивании очищаемого газа с жидкостью. Данный метод позволяет удалить из газа частицы пыли, дыма, тумана и аэрозолей (обычно нежелательные или вредные) практически любых размеров.
Выделяют следующие виды скрубберов:
- Аппараты мокрого пылеулавливания;
- орошаемые циклоны (центробежные скрубберы);
- пенные аппараты;
- скрубберы Вентури.
Процесс мокрого пылеулавливания основан на контакте запыленного газового потока с жидкостью, которая захватывает взвешенные частицы и уносит их из аппарата в виде шлама. Мокрая очистка, промывка газов, скрубберная очистка – все это синонимы, определяющие мокрый способ удаления аэрозолей из газовых потоков, являющийся одним из самых эффективных методов пылеулавливания.Мокрую очистку газов применяют в тех случаях, когда допустимы охлаждение и увлажнение очищаемых газов и хорошо отработаны технологические мероприятия по предотвращению брызгоуноса и утилизации отработанных стоков. Однако, несмотря на указанные ограничения, мокрое пылеулавливание в ряде случаев может оказаться более целесообразным и оправданным, чем сухое. Аппараты мокрого пылеулавливания проще по конструкции, но при этом обладают эффективностью, присущей наиболее сложным сухим пылеуловителям. Их легко изготовить непосредственно на химическом предприятии; как правило, они не имеют подвижных узлов, которыми часто оснащены сухие пылеуловители (например, узлы встряхивания в рукавных фильтрах).
. Такие скрубберы подразделяются на группы в зависимости от характера (вида) поверхности контакта фаз (капельные, пленочные, барботажные) или способу действия:
– полые газопромыватели (оросительные промывные камеры; полые форсуночные скрубберы);
– насадочные скрубберы;
– тарельчатые газопромыватели (барботажные и пенные аппараты);
– газопромыватели с подвижной насадкой;
– мокрые аппараты ударно-инерционного действия;
– мокрые аппараты центробежного действия;
– механические газопромыватели (механические скрубберы, динамические скрубберы);
– скоростные газопромыватели (скрубберы Вентури, эжекторные скрубберы).
Иногда мокрые пылеуловители подразделяют по затратам энергии на низконапорные, средненапорные и высоконапорные. К низконапорным аппаратам относятся пылеуловители, гидравлическое сопротивление которых не превышает 1500 Па. В эту группу входят форсуночные скрубберы, барботажные аппараты, мокрые центробежные аппараты и другие. К средненапорным мокрым пылеуловителям с гидравлическим сопротивлением от 1500 до 3000 Па относятся некоторые динамические скрубберы, газопромыватели ударно-инерционного действия, эжекторные скрубберы. Группа высоконапорных газопромывателей с гидравлическим сопротивлением более 3000 Па включает в основном скрубберы Вентури и аппараты с подвижной насадкой.
В полых газопромывателях запыленные газы пропускают через завесу распыляемой жидкости. При этом частицы пыли захватываются каплями промывной жидкости и осаждаются в аппарате, а очищенные газы удаляются из него.
Характерные неполадки в работе центробежных насосовНеполадки Возможные причины Способы устранения Насос не запускается в работу, "срывает" Просачивание воздуха во всасывающую линию. Осмотреть трубопровод, проклабки фланцев, сальники задвижек и насоса. Скопление воздуха в корпусе или воздушных мешках. Устранить неполадки, повторно залить насос водой, запустить в работу. Подача насоса в процессе работы падает Уменьшение частоты вращения. Проверить частоту тока. Просачивание воздуха через неплотности всасывающей линии или сальников. Дотянуть или сменить сальники. Увеличение сопротивления в напорном трубопроводе. Сообщить диспетчеру о росте давления. Увеличение вакуума во всамывающей линии. Проверить уровень воды в источнике. Засорение каналов рабочего колеса. Прочистить рабочее колесо. Напор в процессе работы уменьшается Уменьшение частоты вращения. Проверить частоту тока. Разрыв напорного водовода (растут расходы и ампераж). Доложить диспетчеру, отключить водовод. Механические повреждения колеса. Сменить поврежденные детали Перегрев корпуса электродвигателя Рост подачи воды. Прикрыть напорную задвижку. Увеличение частоты вращения. Проверить частоту тока, прикрыть задвижку. Механические повреждения. Сменить поврежденные детали Перегрев подшипников Загрязненное масло или отсутствие смазки Сменить масло, проверить давление или уровень масла. Перекос затяжки подшипников, вкладышей. Отрегулировать затяжку подшипников. Износ шеек вала. Провести замену вала. Повышенная вибрация и шум при работе. Ослабло крепление агрегата к плите Подтянуть крепление Частичное засорение рабочего колеса. Прочистить колесо Нарушена центровка агрегата Восстановить центровку Явление кавитации Уменьшить высоту всасывания, уменьшить подачу. Механические повреждения: прогиб вала, износ подшипника Сменить поврежденные детали. |
Хостинг от uCoz
В противоточном скруббере (рис. 227) капли из форсунок падают навстречу запыленному потоку газов. Капли должны быть достаточно крупными, чтобы не быть унесенными газовым потоком, скорость которого обычно составляет vг = 0,6-1,2 м/с. Поэтому в газопромывателях обычно устанавливают форсунки грубого распыления, работающие при давлении 0,3–0,4 МПа. При скоростях газов более 5 м/с после газопромывателя необходима установка каплеуловителя.
Рис. 227Полый форсуночный скруббер:
1 – корпус; 2 – газораспределительная решетка; 3 – форсунки
Высота аппарата обычно в 2,5 раза превышает его диаметр (Н = 2,5D). Форсунки устанавливают в аппарате в одном или нескольких сечениях: иногда рядами (до 14–16 в сеч.), иногда только по оси аппарата.
Факел распыла форсунок может быть направлен вертикально сверху вниз или под некоторым углом к горизонтальной плоскости. При расположении форсунок в несколько ярусов возможна комбинированная установка распылителей: часть факелов направлена по ходу газов, другая часть – в противоположном направлении. Для лучшего распределения газов по сечению аппарата в нижней части скруббера устанавливают газораспределительную решетку.
Насадочные газопромыватели представляют собой колонные аппараты с неподвижной насадкой в виде колец, шаров, седел или тел другой формы. В пылеулавливании нашли в основном применение противоточные насадочные скрубберы (рис. 228).
Рис.228 Схема противоточного насадочного скруббера:
1 – корпус скруббера; 2 – входной патрубок; 3 – насадка;4 – решетка для насадки; 5 – трубопровод для подачи жидкости;
6 – выходной патрубок; 7 – направляющий конус для жидкости; 8 – штуцер для вывода шлама
Насадка предназначена для увеличения поверхности контакта фаз. Жидкость течет пленкой по насадке, газ проходит противотоком. Такие газопромыватели используют для улавливания хорошо смачиваемой пыли, но при невысокой ее концентрации, поскольку в противном случае происходит частое забивание насадки.
Кроме противоточных колонн, на практике применяют насадочные скрубберы с поперечным орошением (рис. 229). В таких скрубберах для обеспечения лучшего смачивания поверхности насадки слой ее обычно наклонен на 7–10° в направлении газового потока.
Рис. 229Насадочный скруббер с поперечным орошением:
1 – корпус; 2 – форсунки; 3 – оросительное устройство;
4 – опорная решетка; 5 – насадка; 6 – шламосборник
Удельный расход орошающей жидкости в противоточном скруббере составляет 1,3–2,6 л/м3, в скруббере с поперечным орошением – 0,15–0,5 л/м3. Эффективность улавливания частиц размером крупнее 2 мкм составляет более 90 %; потери давления р = 160400 Па на 1 м высоты слоя насадки.
В последнее время появились исследования по использованию прямоточных скрубберов, работающих с большими (до 10 м/с) скоростями газов. Высокие скорости позволяют интенсифицировать процессы, протекающие в насадочном аппарате, уменьшить его габариты. Расход жидкости может быть снижен до 1,0–2,0 л/м3. Применение таких скоростей в противоточных колоннах невозможно из-за «захлебывания» (1,5–2,0 м/с).
В основе работы тарельчатых газопромывателей лежит взаимодействие газов с жидкостью на тарелках различной конструкции, причем характер взаимодействия в значительной степени определяется скоростью газового потока. При малых скоростях (приблизительно до 1 м/с) газы проникают через слой жидкости в виде пузырей – происходит барботаж. Эффективность пылеулавливания в этом случае достаточна велика лишь для частиц крупнее 5 мкм.
С ростом скорости газов взаимодействие газового и жидкостного потоков протекает более интенсивно и сопровождается образованием высокотурбулизованной пены, в которой происходит непрерывное разрушение, слияние и образование новых пузырьков. Поэтому газопромыватели данного типа часто называют пенными аппаратами. С изменением характера контакта газов и жидкости чисто барботажный механизм улавливания частиц пыли переходит в более интенсивный турбулентно-инерционный механизм, благодаря которому возможно эффективное улавливание частиц пыли размерами более 2 мкм.
Существует целый ряд конструкций тарельчатых (пенных) газопромывателей, но наиболее распространены пенные аппараты с провальными тарелками и пенные аппараты с переливными тарелками.
В аппарате с провальными тарелками (рис. 230,) применяются два вида тарелок: дырчатые и щелевые (рис. 231). Иногда щелевые тарелки изготавливаются сварными из трубок или пластин. Оптимальная с точки зрения гидравлического сопротивления тарелка должна иметь толщину 4–6 мм. Обычно диаметр отверстий пенного пылеуловителя d0 составляет 4–8 мм; ширина щели b = 45 мм, а доля свободного сечения s0 колеблется в пределах 0,2–0,25 м2/м2.
Рис.230Пенный пылеуловитель с провальной тарелкой:
1 – корпус; 2 – оросительное устройство; 3 – тарелка
Рис. 231Конструкции провальных тарелок:
а) щелевая; б) дырчатая
Рис. 232Пенный пылеуловитель с переливной тарелкой:
1 – корпус; 2 – тарелка; 3 – приемная коробка;
4 – порог; 5 – сливная коробка
В пенных пылеуловителях с переливными тарелками (рис. 232) обычно устанавливают только дырчатые тарелки с диаметром отверстий 3–8 мм и со свободным сечением 0,15–0,25 м2/м2.
Скорость газов в свободном сечении находится в интервале 1–3 м/с. Максимальный размер поперечного сечения аппарата определяется возможностью равномерного распределения газов перед тарелкой и обычно составляет 5–8 м2. Расход жидкости на орошение аппарата составляет 0,2–0,3 л/м3. Высота пены при указанных параметрах потоков газа и жидкости обычно равна 80–100 мм. Гидравлическое сопротивление тарелки со слоем пены составляет р = 3001000 Па.
В пенных аппаратах можно выделить следующие стадии процесса улавливания пыли:
– инерционное осаждение частиц пыли в подрешеточном пространстве;
– улавливание частиц при входе газового потока в слой пены на тарелке («механизм удара»);
– инерционно-турбулентное осаждение частиц на поверхности раздела фаз газ–жидкость в пене.
Эффективность первой стадии значительна лишь при улавливании крупных частиц пыли (более 10 мкм). Результативность «механизма удара» при входе газового потока в жидкость на тарелке гораздо выше. Доказано, что этот механизм является преобладающим при работе пенных пылеуловителей. Эффективность третьей стадии тем выше, чем больше высота слоя пены на тарелке Hп и чем больше величина удельной поверхности контакта фаз газ–жидкость.
Аналогичные механизмы улавливания пыли наблюдаются и в пенных газопромывателях с подвижным слоем насадки. Шаровая насадка в таких аппаратах способствует некоторой интенсификации третьей стадии – осаждения частиц пыли в слое пены.
Аппараты с подвижным слоем насадки появились относительно недавно, но уже получили достаточно широкое распространение в пылеулавливании. В качестве насадки в таких аппаратах чаще всего используются полые и сплошные шары из полимерных материалов, стекла или пористой резины. Насадкой могут служить и другие тела, например кольца, седла и т. п. Для обеспечения свободного перемещения насадки в газожидкостной смеси плотность шаров не должна превышать плотность жидкости .
Схема газопромывателя с цилиндрическим слоем подвижной насадки приведена на рис. 233
Колонна с подвижной насадкой может работать при различных режимах, но оптимальный режим для пылеулавливания – режим полного (развитого) псевдо ожижения.
При пылеулавливании рекомендуется принимать скорость газов в пределах до 5–6 м/с, а удельное орошение – в пределах 0,5–0,7 л/м3. Доля свободного сечения опорной тарелки s0 принимается равной 0,4 м2/м2 при ширине щелей 4–6 мм. При очистке газов, содержащих смолистые вещества, а также пыль, склонную к образованию отложений, применяют щелевые тарелки с большей долей свободного сечения (0,5–0,6 м2/м2).
Рис. 233Цилиндрический пылеуловитель с подвижной шаровой насадкой:
1 – опорная тарелка; 2 – шаровая насадка;3 – отражательная тарелка; 4 – ороситель; 5 – брызгоуловитель
Аппараты с подвижной насадкой работают при скоростях газа 5–6 м/с, т. е. в 2–3 раза превышающих скорость газов в пенных аппаратах. Более высокая скорость газов и турбулизирующее действие псевдоожиженных шаров приводит к значительному увеличению высоты слоя.
Кроме того, шаровая насадка, циркулирующая в рабочем объеме аппарата, вследствие непрерывного изменения расстояния между шарами и их соударений, способствует интенсификации осаждения частиц пыли в слое пены. В итоге аппараты с подвижной насадкой имеют более высокую эффективность по сравнению с пенными пылеуловителями.
Конические скрубберы с подвижной насадкой обеспечивают стабильность работы в широком диапазоне скоростей газов. Их преимущества по сравнению с цилиндрическими – улучшение распределения жидкости и уменьшение брызгоуноса.
Существуют два конструктивных варианта конических скрубберов с подвижной насадкой: форсуночный (рис. 234, а) и эжекционный (рис. 234, б).
Рис. 234. Конические скрубберы с подвижной шаровой насадкой:
(а – форсуночный; б – эжекционый):
1 – корпус; 2 – опорная тарелка; 3 – орошаемый слой шаров; 4 – брызгоулавливающий слой шаров;
5 – ограничительная тарелка; 6 – форсунка; 7 – емкость с постоянным уровнем жидкости
В таких аппаратах рекомендуется применять полиэтиленовые шары диаметром 30–40 мм с насыпной плотностью 110–120 кг/м3. Статическая высота слоя шаров составляет обычно 650 мм. Скорость газов на входе в слой колеблется в пределах от 6 до 10 м/с и уменьшается на выходе из него до 1–2 м/с. Высота конической части в обоих вариантах принята равной 1 м. Внутренний угол раскрытия конической части (10–60°) зависит от производительности аппарата. Для улавливания брызг в цилиндрической части аппаратов размещается неорошаемый слой шаров высотой около 150 мм.
В форсуночный скруббер орошающая жидкость подается в количестве 4–6 л/м3 газов. При эжекционном варианте орошение шаров осуществляется жидкостью, которая всасывается из емкости постоянного уровня газами, подлежащими очистке. Величина зазора между нижним основанием конуса и уровнем жидкости зависит от производительности аппарата.
Гидродинамическое сопротивление форсуночного аппарата составляет 900–1400 Па, а эжекционного – 800–1400 Па.
В настоящее время в промышленности применяются конические скрубберы с подвижной насадкой производительностью по газам от 3000 до 40 000 м3/ч.
В этих аппаратах ударно-инерционного действия контакт газов с жидкостью осуществляется за счет удара газового потока о поверхность жидкости с последующим пропусканием образовавшейся газожидкостной взвеси через отверстия различной конфигурации или с непосредственным отводом газожидкостной взвеси в сепаратор жидкой фазы. В результате такого взаимодействия образуются капли диаметром 300–400 мкм.
Особенностью аппаратов ударного действия является полное отсутствие средств перемещения жидкости, и поэтому вся энергия, необходимая для создания поверхности контакта, подводится с газовым потоком. В связи с этим газопромыватели ударного действия иногда называют аппаратами с внутренней циркуляцией жидкости.
Самыми распространенными аппаратами этой группы являются газопромыватель с центральной трубой, скруббер Дойля и ротоклон.
Наиболее простым по конструкции является газопромыватель с центральной трубой (рис. 235), представляющий собой вертикальный аппарат, в нижней части которого находится слой жидкости.
Рис. 235 Газопромыватель с центральной опускной трубой:
1 – входной патрубок; 2 – резервуар с жидкостью; 3 – сопло
Запыленный газ входит по центральной трубе, с большой скоростью ударяется о поверхность жидкости и, поворачивая на 180°, удаляется из аппарата. Частицы пыли при ударе проникают в жидкость и в виде шлама периодически или непрерывно отводятся из аппарата.
Подобную конструкцию имеет и скруббер Дойля (рис. 236) На выходе из центральной трубы установлен конус с вершиной навстречу потоку газа. С помощью конуса скорость потока газа в щели на выходе из трубы достигает 35–55 м/с. Газ ударяется о поверхность жидкости, создавая завесу из капель. Гидравлическое сопротивление газопромывателя составляет от 500 до 4000 Па, а удельный расход жидкости – до 0,13 л/м3.
Рис. 236 Скруббер Дойля:
1 – труба; 2 – конус; 3 – перегородка
Газопромыватель этой же группы – ротоклон (рис. 237) – имеет щелевые каналы, частично погруженные в жидкость, через которые проходит запыленный газ, оттесняя жидкость к нижней стенке. В виде водяных струй жидкость удаляется из щели. Скорость потока газа в щели – до 15 м/с. При интенсивном контакте газа с жидкостью частицы пыли проникают в жидкость и выводятся из аппарата. Очищенный газ выходит сверху.
Рис237Ротоклон:
1 – бункер с водой; 2 – импеллер; 3, 7 – отражатели;
4 – входной патрубок; 5 –выходной патрубок; 6 – вентилятор
Важное значение для нормальной эксплуатации газопромывателей этого класса имеет поддержание постоянного уровня жидкости в аппарате. Даже незначительное изменение уровня жидкости может привести к резкому снижению эффективности или значительному увеличению гидравлического сопротивления.
Отсутствие мелких отверстий (форсунок) для раздачи жидкости и механических вращающихся частей позволяет работать при значительной запыленности газов. Удаление шлама из отстойника осуществляется периодически или непрерывно (иногда с помощью скребкового транспортера).
Подпитка водой производится только для компенсации ее потерь за счет испарения и отвода со шламом. Поэтому ротоклоны целесообразно устанавливать для очистки холодных или предварительно охлажденных газов.
В газопромыватели центробежного действия для улавливания частиц пыли используется центробежная сила.
Наиболее простым аппаратом этого типа является циклон с водяной пленкой (ЦВП) (рис 238), аналогичный сухому циклону. В верхней части циклона ЦВП дополнительно тангенциально расположен ряд трубок, по которым поступает вода, стекающая пленкой по внутренней поверхности аппарата. Орошение внутренних стенок циклона препятствует вторичному уносу осевших на них частиц пыли. Аппарат выпускают с диаметром 300–1000 мм. Расход воды составляет 0,14–0,43 л/с. Максимальная допускаемая концентрация пыли на входе в циклон – 2 г/м3.
Рис. 238 Циклон с водяной пленкой (ЦВП):
а) основное исполнение; б) вариант с повышенной
скоростью воздуха на входе в циклон
Помимо циклонов с мокрой пленкой известны и другие конструкции мокрых центробежных пылеуловителей, которые обычно называют полыми центробежными скрубберами. Эффективность пылеулавливания у этих аппаратов выше, чем у обычных скрубберов, за счет увеличения относительной скорости капель и газа, которое достигается при использовании центробежных сил вращающегося газового потока. Осаждение частиц в центробежном скруббере происходит за счет суммарного действия двух механизмов: центробежного, перемещающего частицы к стенкам аппарата, и инерционного, способствующего осаждению частиц на каплях орошающей жидкости.
Применяемые на практике центробежные скрубберы конструктивно можно разделить на два вида: аппараты с тангенциальным подводом газов и аппараты, в которых вращение газового потока осуществляется с помощью специальных лопастных закручивающих устройств, например центральных розеток и т. п.
Рис. 239 Циклонно-пенный аппарат:
1 – бункер; 2 – улитка для подвода газов; 3 – отверстие для входа газов в жидкость; 4 – корпус;
5 –каплеуловитель; 6 – водомерная трубка
Центробежные скрубберы орошают через форсунки, установленные в центральной части аппарата. Над форсунками в центробежных скрубберах находится свободная от подачи орошения зона, которая дает возможность каплям достигнуть стенок аппарата, прежде чем из него выйдет газовый поток. Жидкость, стекая по стенке аппарата, образует пленку. Таким образом центробежные силы позволяют повысить эффективность пылеулавливания и резко уменьшить унос жидкости из аппарата.
Одним из самых эффективных мокрых пылеуловителей центробежного действия является циклонно-пенный аппарат (ЦПА). В нижней части цилиндро-конического циклонно-пенного аппарата (рис. 239) находится слой жидкости. Газовый поток подается тангенциально через отверстия по периметру цилиндрической части аппарата непосредственно в слой жидкости. В результате взаимодействия газов с жидкостью образуется слой динамической пены, совершающий вращательное движение. Такие газопромыватели часто называют безрешеточными пенными пылеуловителями.
Оптимальный гидродинамический режим в ЦПА соответствует скорости газов в свободном сечении аппарата wг = 5 м/с и высоте слоя пены Нп = 0,3 м; потери давления Dр 1100 Па. В ЦПА практически полностью улавливаются частицы крупнее 10 мкм и достаточно хорошо – частицы крупнее 4–5 мкм.
Циклонно-пенные аппараты, подобно газопромывателям ударно-инерционного действия, относятся к аппаратам с внутренней циркуляцией жидкости (дополнительный подвод жидкости необходим только для компенсации ее потерь на испарение и со шламом).
К недостаткам ЦПА следует отнести наличие достаточно сложных устройств для подвода газа, обеспечивающих образование пенного слоя, и низкую эффективность при улавливании частиц пыли мельче 4–5 мкм.
Характерной особенностью механических газопромывателей является наличие вращающегося устройства (ротора, диска и т. п.), которое обеспечивает разбрызгивание и перемешивание жидкости или вращение газового потока.
В зависимости от способа подвода механической энергии аппараты этого типа подразделяются на две группы:
– механические скрубберы – газопромыватели, в которых очищаемые газы приводятся в соприкосновение с жидкостью, разбрызгиваемой с помощью вращающегося тела (вала с лопастями, диска, перфорированного барабана и т. п.);
– динамические газопромыватели (ДГ)– аппараты, в которых подводимая механическим устройством энергия используется для вращения газового потока.
ДГ отличаются от сухих ротационных пылеуловителей только подводом на входе в аппарат орошающей жидкости, которая способствует росту их эффективности.
Недостаток – значительный дополнительный расход энергии на вращение разбрызгивающих устройств. Не вся энергия вращения является полезной: большая часть ее теряется в приводных устройствах и расходуется на трение движущихся частей.
Скоростные газопромыватели (скрубберы Вентури) – это эффективные высоконапорные мокрые пылеуловители капельного действия. Их применяют главным образом для очистки газов от микронной и субмикронной пыли. Принцип действия этих аппаратов основан на интенсивном дроблении орошающей жидкости запыленным газовым потоком, движущимся с большой скоростью (от 60 до 150 м/с). Осаждению частиц пыли на каплях орошающей жидкости способствуют турбулентность газового потока и высокие относительные скорости улавливаемых частиц пыли и капель.
К скоростным газопромывателям относятся:
– скрубберы Вентури;
– диафрагменные (дроссельные) скрубберы;
– скрубберы с подвижным дисковым шибером.
Конструкции их геометрически различны, но все они имеют трубы-распылители (рис. 240), где загрязненный поток газа движется со скоростью до 150 м/с, распыляя при этом поток жидкости. Труба-распылитель обязательно имеет сужение, куда подают жидкость и где она наиболее интенсивно распыляется и взаимодействует с потоком газа.
Рис. 240 Схемы скоростных газопромывателей:
а) Вентури; б) диафрагменный; в) с подвижным дисковым шибером
При улавливании частиц порядка 1 мкм решающее значение имеют инерционные силы. При осаждении частиц размером менее 0,1 мкм существенное значение приобретают силы диффузионные. Все скоростные газопромыватели характеризуются высокой степенью очистки, большими гидравлическими потерями и необходимостью установки каплеуловителя.
Самым распространенным аппаратом этого класса является скруббер Вентури – наиболее эффективный из применяемых в промышленности мокрых пылеуловителей. В связи с непрерывно возрастающими требованиями к глубине очистки пылегазовых выбросов промышленных предприятий скрубберы Вентури постепенно становятся доминирующим видом мокрых пылеуловителей.
Основная часть скруббера Вентури в целях снижения вредных гидравлических потерь выполняется в виде трубы Вентури (рис. 241), имеющей плавное сужение на входе газов 1 (конфузор) и плавное расширение 3 на выходе (диффузор). Узкая часть трубы Вентури 2 получила название горловины.
Рис. 241Конфигурация трубы Вентури:
1 – конфузор; 2 – горловина; 3 – диффузор
Поперечное сечение горловины может быть не только круглым, но и щелевым или кольцевым. Трубы со щелевой горловиной имеют ширину сечения 100–150 мм. Длина щели определяется расходом газа. Трубы со щелевым и кольцевым сечением горловины используются тогда, когда в процессе очистки пыли изменяется расход запыленного газа. Поддержание определенной скорости газа в горловине при изменении его расхода достигается за счет изменения площади сечения горловины. В горловине щелевого сечения это осуществляется поворотными заслонками, а в кольцевой – за счет перемещения вдоль оси трубы регулирующего конуса.
Жидкость в трубы Вентури чаще всего подается через форсунки, устанавливаемые в конфузоре с осевым направлением факела распыла. Число форсунок определяется расходом жидкости, подаваемой на орошение. В трубе с круглым сечением горловины равномерное распределение жидкости, подаваемой через одну форсунку, обеспечивается лишь при dг < 300 мм. Кроме центрального форсуночного орошения (рис. 242, а), может быть периферийное (рис242, б), пленочное с подачей жидкости в виде пленки в центральную зону (рис. 242, в) и бесфорсуночное с подводом жидкости за счет энергии газового потока (рис.242, г).
Рис. 242Способы подачи жидкости в трубу Вентури:
а) центральный (форсуночный) подвод жидкости; б) периферийное орошение; в) пленочное орошение;
г) бесфорсуночное орошение
Бесфорсуночное орошение предпочтительно при использовании сильнозагрязненной оборотной жидкости. Возможно совместное пленочное и форсуночное орошение. Однако следует отметить, что форсуночное орошение обеспечивает более тонкое диспергирование капель и более высокую степень пылеулавливания по сравнению с пленочным. Типоразмеры трубы Вентури обеспечивают производительность по газу в диапазоне 2000–500 000 м3/ч.
Иногда при больших объемах очищаемых газов применяют батарейные или групповые компоновки скрубберов Вентури.
По гидродинамическим характеристикам скрубберы Вентури можно условно подразделить на высоконапорные и низконапорные. Первые применяются для тонкой очистки газов от микронной и субмикронной пыли и характеризуются высоким гидравлическим сопротивлением (до 20 000–30 000 Па); вторые используются главным образом для подготовки (кондиционирования) газов перед другими пылеулавливающими аппаратами и для очистки аспирационного воздуха: их гидравлическое сопротивление не превышает 3000–5000 Па.
Схема пылеулавливающей установки, основным элементом которой является скруббер Вентури, приведена на рис. 243Агрегат состоит из трубы Вентури 1 и двух параллельно работающих прямоточных циклонов-каплеуловителей 2. Запыленный газ поступает сверху в трубу Вентури, в конфузорную (сужающуюся) часть которой вводится через распыливающую механическую форсунку 3 орошающая жидкость (чаще всего – вода). В горловине трубы, где скорость газа может превышать 100 м/с, и в диффузорной (расширяющейся) части происходит дробление капель жидкости, на поверхности которых оседают частицы пыли. Площадь поверхности капель достаточно велика, чтобы уловить практически всю пыль. Крупные капли выводятся из нижнего штуцера 4 трубы Вентури, а мелкие с потоком газа поступают в циклоны 2. Эти элементы установки выполняются по типу аппаратов ЦВП , но в отличие от них не имеют в верхней части форсунок для подачи жидкости, стекающей по стенкам в виде пленки. Жидкость с частицами пыли выводится через нижние штуцеры 5 циклонов, а очищенный газ – через верхние улиточные газоотводы 6.
Рис243Схема установки пылеулавливания со скруббером Вентури
Загрязненная жидкость, выходящая из трубы Вентури 1 и циклонов 2, собирается в сборнике 7, откуда насосом 8 подается в форсунку 3. Такая циркуляционная система позволяет подобрать расход жидкости, обеспечивающий максимальную степень пылеулавливания. Для обеспечения надежной работы форсунки в сборник 7 непрерывно подается свежая жидкость и в таком же количестве выводится загрязненная. Расход жидкости в основном циркуляционном контуре определяется тепловым балансом работы пылеуловителя и рассчитывается из условия, что температура выходящей воды не должна превышать 40–45 °С. Содержание пыли в оборотной воде, гарантирующее надежную работу форсунки, не должно превышать 0,5 кг/м3. Эта концентрация пыли является условием, определяющим расход свежей воды, подаваемой в сборник.
Основное требование, предъявляемое к системе орошения – надежность ее работы. Поскольку в этой системе циркулирует вода с частицами пыли, то наиболее уязвимым местом по засоряемости является сопло форсунки, и особое внимание следует уделять выбору его диаметра.
2.12.10.5. Технические средства борьбы с биологическими загрязнениями балластных вод морских транспортных судов.
В период эксплуатации морские суда периодически находятся в частично загруженном состоянии. Для сохранения мореходных качеств и прочностных характеристик судна на борт в качестве балласта принимается морская вода.
Вместе с балластной водой в судовые танки попадают морские организмы, их икра, личинки, а также растения и возбудители опасных болезней. При сбросе балласта в других географических районах морские организмы и растения начинают активно размножаться. Избавиться от них практически невозможно. Они негативно воздействуют на окружающую среду. Последствия этого процесса во многих уголках мира разрушительны. Инородные морские виды, выпускаемые в морскую среду, приводят к нарушению естественного экологического равновесия, разрушению гидротехнических сооружений, прямому нанесению значительных убытков морским хозяйствам и, в конечном итоге, могут быть причиной экологической катастрофы.
Стандарт функционирования D-2 Международной Морской Организации предусматривает, что при откатке балластная вода должна содержать:
- < 10 жизнеспособных организмов на м3 размером > 50мк;
- < 10 жизнеспособных организмов на мл. размером > 10мк;
- индикаторные микробы:
Vibrio cholerae ([холерный вибрион) < 1cfu* на 100зоопланктона;
E.coli (кишечная палочка) < 250cfu* на 100мл;
Intestinal Enterococci (энтерокок) менее 100 cfu* на 100мл
*- колониеобразующая единица
В настоящее время применяются различные способы замены балластных вод и методы их обработки на судне (механические, физические, химические и смешанные). Наиболее экономичными являются системы электрохимической и ультрафиолетовой обработки балластных вод.
Компания RWO (Германия) разработала модульную систему CleanBallast (Рис.244), которая надежно удаляет организмы, осадки и взвешенные твёрдые частицы в два этапа. Система дисковых фильтров DiskFilters используется для удаления частиц, осадков и организмов размером более 55 мк при заборе балластной воды, которая затем обрабатывается системой электромеханичес-кой дезинфекции с расширенными возможностями EctoSys® для эффективного уничтожения оставшихся организмов и бактерий перед подачей воды в балластный танк. Во время рейса до прибытия судна в порт назначения естественный процесс размножения организмов в балластной воде может возобновиться. При дебалластировке вода обрабатывается только при помощи системы дезинфекции EctoSys. Таким образом, обеспечивается качественная очистка воды на протяжении всего цикла - от приема балластной воды до ее сброса, независимо от того, какая вода используется: пресная речная, солоноватая или соленая морская.
Рис.244Установка CleanBallast компании RWO (Германия) по обработке балласта.
Установка производит несколько этапов обработки морской воды:
1.Фильтрация – во время забора необработанная балластная вода прокачивается через параллельно работающие фильтры DiskFilters (Рис.245). В каждой секции имеется несколько дисковых фильтров, установленных на опорах. Гидравлическое усилие и сила сжатия пружины сжимают желобчатые пластиковые диски вместе. Когда балластная вод проходит через диски, частицы, волокна, водоросли и т.п. задерживаются на внешней поверхности дисков и в желобках. После достижения предопределенного перепада давления включается автоматической режим обратной промывки;
Рис.245Очистка воды фильтрами DiskFilters
2. Электрохимическая обработка - прохождение электрического тока через специальные электроды гальванического элемента сопровождается серией электрохимических реакций, в результате которых в воде образуются дезинфицирующие вещества. Применяемые электроды обладают такими химическими и электрохимическими свойствами, которые позволяют
вырабатывать очень короткоживущие и реактивные гидроксильные (ОН) радикалы, уничтожающие бактерии и организмы.
Компания ООО «Маринтех Сервис» предлагает одобренное Международной Морской организаций (ИМО) оборудование для очистки балластных вод компании OptiMarin AS (Норвегия) – одного из лидеров по производству очистной техники. Сертификат соответствия был выдан Det Norske Veritas – представителем Морской администрации страны. Это важный документ, подтверждающий соответствие балластной системы OptiMarin требованиям Международ-ной конвенции о контроле, принятой 6 лет назад.
Очистка балластных вод производится как путем прохода через фильтр (Рис.246), на котором оседают все твердые частицы, так и путем УФ-облучения, позволяющего уничтожить различные бактерии и вирусы. Компоненты в OptiMarinSystem легко настраиваемые; установка обычно находится в насосном или машинном отделении и в непосредственной близости от балластных насосов. Система OptiMarin использует уже имеющиеся на судне балластные насосы, является модульной и не ограничивает поток.
На определенных типах судов система может быть установлена в контейнере включая бустерный насос для легкой установки на палубе или в других доступных местах.
|
|
Рис. 246Ультрафиолетовый фильтр
Контрольные вопросы по разделу 2:
1.По каким признакам делятся ДВС?
2.Какие существуют способы наддува ДВС?
3.Какие по конструкции бывают коленчатые валы?
4. Какой процесс в работе сепаратора называется кларификацией (осветлением) и пурификацией (очищением)?
5. Какие характеристики имеют топлива для дизелей?
6.Когда срабатывает защита главного дизеля?
8.В чем принцип действия компрессионной холодильной установки?
9. Какие существуют способы получения холода?
10. Какие вещества применяют в настоящее время в качестве холодильного агента?
11.Что такое грузоподъемность механизма?
12.Перечислите достоинства и недостатки грузовых кранов.
13.Какие бывают по конструкции грузовые краны?
14. Как приготавливается питьевая вода из дистиллята?
15.Перечислите способы очистки нефтесодержащих вод.
16.Какие существуют требования Конвенции МАРПОЛ 73/78 к степени очистки воды от нефтепродуктов?
17.Расскажите об назначении и устройстве основных приборов автоматики, применяемых в современных СЭУ
18 Какие основные неисправности возникают в работе компрессионных холодильных установок и каковы методы их устранения?
19.Какие необходимо соблюдать правила техники безопасности при обслуживании грузоподъемных механизмов?
14.Где используется пресная дистиллят на судне?
15.Какие способы опреснения морской воды применяют на морских судах?
16. Объясните опреснение морской воды методом обратного осмоса.
16.Какими мерами достигается получение дистиллята высокого качества?
17. Какие причины скопления воды в отсеках морских судов?
18.Какие существуют требования Конвенции МАРПОЛ 73/78 к степени очистки воды от нефтепродуктов?
19 Что означает определение «Сточные воды» согласно Конвенции МАРПОЛ 73/78?
20. Назовите способы утилизации мусора.
Приложение 1.Характерные неисправности в работе основных элементов СЭУ
Характерные неисправности в работе судовых дизелей
1. При включении пускового устройства коленчатый вал дизеля остается неподвижным. Табл. 3
|
Причины |
Принимаемые меры |
|
Не включено питание ДАУ. |
Включить питание ДАУ. |
|
Неисправна ДАУ. |
Найти и устранить неисправность ДАУ или перейти на управление с местного поста. |
|
Закрыт запорный клапан на пусковом баллоне. |
Открыть запорный клапан. |
|
Давление воздуха в пусковых баллонах недостаточно. |
Пополнить баллоны воздухом. |
|
Воздух, масло в систему управления пуском не подаются или давление их недостаточно. |
Открыть клапан или отрегулировать давление воздуха, прочистить фильтры. |
|
Сильно зажат дейдвудный сальник. |
Ослабить затяжку сальника. |
|
Тормоз валопровода зажат. |
Отпустить тормоз. |
|
Гребной винт задевает за какое-либо препятствие или на гребной винт намотался трос. |
Освободить винт. |
|
Блокировочный воздушный клапан валоповоротного устройства закрыт. |
Выключить валоповоротное устройство или устранить неисправности блокировочного клапана. |
2.При пуске дизеля сжатым воздухом коленчатый вал трогается с места, совершая качающееся движения вперед-назад или совсем останавливается.
|
Причины |
Принимаемые меры |
|
Давление воздуха в пусковых баллонах недостаточно. |
Пополнить баллоны воздухом. |
|
Неисправен редукционный клапан на магистрали пускового воздуха (ослабла пружина), и давление снижается больше, чем требуется для пуска. |
Заменить пружину и отрегулировать клапан. |
|
Один из узлов или элементов системы пуска дизеля неисправен (главный пусковой клапан, пусковые клапаны или золотник воздухораспределителя зависли или медленно ходят вследствие попадания посторонних частиц, трубы от воздухораспределителя к пусковым клапанам отсоединены, повреждены или засорены). |
Отремонтировать или заменить неисправные узлы и элементы системы. |
|
Система пуска дизеля не отрегулирована, несвоевременно открываются клапаны воздухораспределителя, трубы от воздухораспределителя неправильно подсоединены к пусковым клапанам. |
Отрегулировать систему пуска. Правильно подсоединить трубы к пусковым клапанам. |
|
Коленчатый вал не установлен в пусковое положение (в дизелях с малым числом цилиндров и не на рабочем ходу у четырехтактных дизелей). |
Установить коленчатый вал в пусковое положение. |
|
Нарушено газораспределение (открытие и закрытие пусковых, впускных и выпускных клапанов). |
Отрегулировать газораспределение. |
|
Выпускной трубопровод закрыт. |
Открыть выпускной трубопровод. |
|
Топливо не поступает к топливным насосам или поступает в недостаточном количестве. |
Проверить открытие всех клапанов на топливопроводе, проверить работу топливоподкачивающего насоса, в случае необходимости промыть топливный фильтр. |
|
В топливную систему попал воздух. |
Отсоединить форсуночные трубки и прокачать топливные насосы вручную до появления топлива Проверить, не заедают ли иглы форсунки и нагнетательные клапаны насосов, через которые воздух из цилиндра проникает в топливную систему. |
|
Топливо содержит большое количество воды. |
Спустить воду и обводненное топливо из расходной цистерны и топливоподающей системы, заполнить их чистым топливом. |
|
Вязкость топлива выше нормальной. |
Увеличить температуру подогрева топлива. |
|
Не подается топливо, так как неправильно установлена нулевая подача топливных насосов. |
Проверить и правильно установить нулевую подачу топливных насосов. |
|
Причины |
Принимаемые меры |
|
Топливо поступает в цилиндры с большим запаздыванием. |
Установить необходимый угол опережения подачи топлива. |
|
Топливные насосы отключены предельным или всережимным регулятором. |
Поставить регуляторы в рабочее положение. |
|
Заедание в механизме регулятора и отсечном механизме. |
Устранить заедание. |
|
В некоторые цилиндры топливо не поступает вследствие неисправности топливных насосов или форсунок. |
Заменить неисправные форсунки и топливные насосы. |
|
Дизель недостаточно прогрет. |
Прогреть дизель. |
|
Примененное топливо не соответствует требованиям инструкции по эксплуатации. |
Топливо заменить. |
|
Давление в конце сжатия недостаточно. |
Устранить неплотность клапанов Проверить и отрегулировать газораспределение Изношенные и поломанные поршневые кольца заменить, залегшие кольца расходить. |
|
Недостаточное поступление воздуха а цилиндр вследствие засорения впускного коллектора. |
Прочистить впускной коллектор. |
|
Большое противодавление на газовыпускной магистрали (загрязнен глушитель). |
Очистить газовыпускную магистраль и глушитель. |
|
Контрольные краны для прокачки форсунок открыты или пропускают топливо. |
Закрыть контрольные краны или заменить форсунку. |
3.Дизель развивает достаточную для пуска частоту вращения, но при переводе на топливо вспышки в цилиндрах не происходят, или дизель останавливается.
4.Во время пуска срабатывают предохранительные клапаны.
|
Топливо попало в цилиндр из-за пропусков форсунок. |
Провернуть двигатель валоповоротным устройством, продуть цилиндры воздухом. |
|
Повышенная подача топлива в цилиндры в период пуска из-за неправильной установки нулевой подачи топливных насосов. |
Проверить и отрегулировать нулевую подачу топливных насосов. |
|
Велик угол опережения подачи топлива. |
Отрегулировать угол опережения. |
|
Степень сжатия выше нормальной |
Увеличить камеру сжатая. |
|
Заедание игл форсунок и неплотность нагнетательных клапанов топливных насосов. |
Притереть соответствующие иглы форсунок и нагнетательные клапаны топливных насосов или заменить запасными. |
|
Неисправен предохранительный клапан |
Заменить предохранительный клапан. |
|
Чрезмерное увеличение нагрузки при малой частоте вращения вследствие повреждения гребного винта. |
Остановить двигатель, исправить или заменить гребной винт |
5.Дизель не развивает частоту вращения полного хода при нормальном положении топливной рукоятки.
|
Загрязнен топливный фильтр. |
Почистить топливный фильтр. |
|
Топливо плохо распыливается из-за неисправностей форсунок, топливных насосов или высокой вязкости. |
Неисправные форсунки или топливные насосы заменить, повысить температуру топлива. |
|
Топливо перегрето |
Уменьшить температуру топлива руководствуясь инструкцией |
|
Увеличено сопротивление движению судна из-за встречного ветра, мелководья, ледовой обстановки и т.п. |
Изменить подачу топлива в соответствии с инструкцией фирмы-изготовителя. |
|
Противодавление в выпускной системе увеличено. |
Очистить газовыпускной тракт (выпускной коллектор и газоотвод выпускные окна втулок цилиндров, турбокомпрес-соры наддува). |
|
Давление продувочного (наддувочного) воздуха в продувочном ресивере низкое. |
Устранить причины неисправной работы продувочного насоса или турбокомпрессора. |
|
Температура продувочного (наддувочного) воздуха выше нормальной. |
Увеличить подачу воды на воздухоохладители Почистить воздухоохладители со стороны воды и воздуха. |
|
Недостаточное давление топлива перед топливными насосами. |
Повысить давление топлива после проверки работы топливоподкачивающего насоса. |
|
Регулятор оборотов неправильно настроен или неисправен. |
Устранить неисправности регулятора. |
|
Топливо несоответствующего качества или содержит воду |
Заменить топливо спустить воду |
|
Воздух в топливной системе. |
Выпустить воздух из топливной системы и устранить причины его попадания. |
|
Поздняя или ранняя подача топлива. |
Отрегулировать момент подачи топлива. |
|
Давление в конце сжатия недостаточное, нет компрессии. |
Снять нагар с клапанов, притереть их и отрегулировать зазоры. |
|
Недостаток воздуха при сгорании топлива. |
Осмотреть и прочистить впускной коллектор и систему наддува |
|
Причины |
Принимаемые меры |
|
Отдельные цилиндры двигателя не работают. |
Устранить причину неисправности и включить цилиндр в работу. |
|
Нагрузка между цилиндрами распределена неравномерно. |
Отрегулировать распределение мощности по цилиндрам. |
|
Неправильно отрегулирован газораспределительный механизм. |
Отрегулировать газораспределительный механизм. |
6.Частота вращения дизеля падает, дизель останавливается.
|
В одном из цилиндров начался задир (заклинивание) поршня (слышен стук при перемене хода поршня). |
Выключить топливный насос этого цилиндра и сбавить обороты, остановить двигатель и осмотреть цилиндр. |
|
Провернулся рамовый или мотылевый подшипник (нагрелась крышка картера, слышны стуки в цилиндре). |
Сбавить обороты, остановить дизель и осмотреть цилиндр и подшипники. |
|
На винт намотался трос или другой посторонний предмет |
Остановить двигатель и устранить неисправность. |
|
Неисправен регулятор предельной частоты вращения. |
Устранить неисправность регулятора, установить регулятор в рабочее положение |
|
Сработала система аварийной защиты дизеля из-за понижения давления масла или охлаждающей воды. |
Проверить давление охлаждающей воды и масла. Проверить настройку аварийной защиты или довести давление до рабочих значений. |
|
Закрылся запорный клапан на расходной цистерне. |
Открыть запорный клапан. |
|
Дизель перегружен. |
Изменить нагрузку на дизель. |
|
Поступление воды в цилиндр (трещины в крышке или во втулке цилиндра). |
Дизель остановить Устранить повреждение. |
|
Неисправен топливоподкачивающий насос. |
Отремонтировать топливоподкачивающий насос. |
|
Впускной или выпускной клапаны не закрываются. |
Выключить соответствующий цилиндр, дизель остановить, отремонтировать клапаны. |
7. Частота вращения резко увеличивается, дизель идет вразнос.
|
Внезапный сброс нагрузки (потеря гребного винта, ослабление посадки, поломка или оголение винта при килевой качке, резкий сброс нагрузки с ДГ и т. п.). |
Уменьшить обороты или остановить дизель с помощью штурвала управления Осмотреть, отремонтировать и отрегулировать регулятор и привод от него к отсечному механизму топливных насосов При штормовой погоде изменить настройку всережимного регулятора на меньшую частоту вращения . |
|
Частота вращения дизеля продолжает расти при закрытом топливе на дизель вследствие наличия топлива, масла в продувочном ресивере и заброса его в камеру сгорания. |
Закрыть подручными средствами приемник всасывающего коллектора или турбокомпрессора наддува Остановить дизель, произвести ревизию Заменить изношенные маслосъемные кольца или правильно их установить. |
8.Частота вращения дизеля неустойчивая
|
Заедание и слабины в механизме регулятора и отсечном механизме. |
Устранить заедание и слабины. |
|
Периодические пропуски вспышек в одном или нескольких цилиндрах. |
Устранить неисправность топливной аппаратуры. |
|
Дизель включен в работу без прогрева. |
Прогреть дизель. |
|
Вода в топливе. |
Удалить воду из топлива. |
|
Воздух в топливной системе. |
Удалить воздух из топливной системы. |
|
Плохая работа топливной аппаратуры (грязный топливный фильтр. Не6плотность топливных трубок высокого давления, заедания нагнетательных клапанов, топливных насосов, заклинены одна или несколько форсунок, топливоподкачивающий насос плохо работает). |
Устранить все недостатки работы топливной аппаратуры. |
9.Повышенная температура выпускных газов одного цилиндра.
|
Цилиндр перегружен. |
Отрегулировать распределение мощности по цилиндрам У перегруженного цилиндра уменьшить подачу топлива. |
|
Плохое распыливание топлива (неисправность форсунки, топливного насоса, нагнетательного клапана, топливо несоответствующего качества по вязкости). |
Заменить форсунку, топливный насос или нагнетательный клапан. Топливо заменить или подвергнуть соответствующей топливоподготовке. |
|
Причины |
Принимаемые меры |
|
Давление в конце сжатия недостаточно. |
Устранить неплотность клапанов Проверить и отрегулировать газораспределение. Заменить поломанные пружины клапанов. Изношенные и поломанные поршневые кольца заменить, залегшие кольца очистить, расходить. Проверить высоту камеры сжатия. |
|
Поздняя подача топлива в цилиндр. |
Отрегулировать момент подачи топлива, заменить изношенную плунжерную пару или изношенный привод топливного насоса. |
|
Выпускные и продувочные окна сильно закоксованы. |
Очистить выпускные; и продувочные окна. |
|
Неплотность или зависание выпускных клапанов. |
Устранить неплотность или зависание. |
10.Повышена температура выпускных газов всех цилиндров. выпускные газы темного цвета.
|
Причины |
Принимаемые меры |
|
Дизель перегружен. |
Снизить частоту вращения дизеля. |
|
Давление продувочного (наддувочного) воздуха ниже нормального. Температура продувочного воздуха повышена Недостаточное количество возду ха поступающего в цилиндры. |
Плохое охлаждение надувочного воздуха в холодильнике. Неисправен продувочный(надувочный) агрегат. |
|
Поздняя подача топлива в цилиндры. |
Отрегулировать углы опережения подачи топлива в цилиндры. |
|
Плохо работают форсунки (зависли иглы распылителей, или забились сопловые отверстия, сломана пружина). |
Отремонтировать (заменить) распылители, заменить пружину. |
|
Дизель работает на топливе, не соответствующем требованиям заводской инструкции. |
Заменить топливо. |
11.Выпускные газы голубого цвета.
|
Причины |
Принимаемые меры |
|
В цилиндры поступает много масла. |
Установить нормальный уровень масла в картере, правильно установить маслосъемные кольца либо заменить поломанные и изношенные. Отрегулировать подачу смазки лубрикаторами в цилиндр. Слить отстой масла из ресивера продувочного воздуха. |
|
Масло поступает а цилиндры через трещины в головках поршней при масляном охлаждении. |
Заменить поршни. |
12.Выпускные газы белого цвета.
|
Топливо содержит воду. |
Переключить систему на прием топлива из резервной расходной цистерны, регулярно спускать воду из отстойных и расходных цистерн. Улучшить топливоподготовку. |
|
Вода через неплотности воздухоохладителей, трещины во втулках и крышках поступает вместе с продувочным (наддувочным) воздухом в цилиндр. |
Продуть ресивер продувочного воздуха, воздухоохладитель. При первой же возможности устранить неплотности труб воздухоохладителей, заменить втулки крышки с трещинами. |
13Стук в цилиндре четырехтактного двигателя повторяется через два оборота, двухтактного – через один оборот.
|
Цилиндр перегружен (стук слышится при положениях поршня В ВМТ и НМТ). |
Уменьшить подачу топлива в цилиндр. |
|
Угол опережения подачи топлива больше нормального (стук слышится при положении в ВМТ). |
Уменьшить нагрузку дизеля до прекращения стуков. Установить требуемый угол опережения подачи топлива. |
|
Топливо несоответствующего качества (по температуре вспышки). |
Заменить топливо. |
|
Неисправна форсунка. |
Заменить или отрегулировать форсунку. |
14.Стук повторяется при каждой перемене хода поршня.
|
В одном из цилиндров начался задир (заклинивание поршня). |
Перегрев рабочих поверхностей цилиндровой втулки и поршневых колец, повышенный их износ. |
|
Причины |
Принимаемые меры |
|
Зазоры в головных, мотылевых и рамовых подшипниках больше нормы (слышен резкий металлический стук). |
Уменьшить нагрузку дизеля. Если стуки не прекращаются остановить дизель для осмотра подшипников. Заменить изношенные детали (кольца втулки, вкладыши, отрегулировать зазоры в подшипниках). |
15.Стук клапанов
|
Пружина клапана сломана. |
Заменить пружину. |
|
Большой зазор между коромыслом привода и штоком клапана. |
Отрегулировать зазор. |
|
Шток клапана заедает в направляющей втулке. |
Смазать смесью масла с керосином. Если заедание не устранится, то заменить направляющую втулку и клапан. |
16. Во время работы дизеля срабатывают предохранительные клапаны.
|
Пружины предохранительных клапанов затянуты слабо. |
Отрегулировать затяжку пружин. |
|
Пружина предохранительного клапана сломалась. |
Заменить пружину или клапан в сборе. |
|
Отдельные пружины перегружаются. |
Уменьшить подачу топлива. |
|
Угол опережения подачи топлива больше нормального. |
Уменьшить угол опережения подачи топлива. |
|
Попадание воды в цилиндр (при этом понижается температура выпускных газов). |
Определить причину попадания воды в цилиндр. Заменить при необходимости втулку или крышку цилиндра. |
|
Заело иглу форсунки, одновременно неплотно садится на гнездо нагнетательный клапан топливного насоса. |
Заменить форсунку или нагнетательный клапан топливного насоса или отремонтировать их. |
17.Шум, стуки в зубчатой передаче.
|
Ненормальный шум в зубчатой передаче из-за недостаточной смазки, нарушение центровки. |
Проверить подачу смазки и центровку валов зубчатой передачи. |
|
Стук в зубчатой передаче. |
Остановить дизель, проверить состояние зубчатой передачи, |
|
устранить причину появления стуков. |
18.Гидравлические удары в системе охлаждения поршней.
|
В воздушных колпачках телескопической системы охлаждения отсутствует воздух или его недостаточно. |
Спустить охлажденную воду (масло) из воздушных колпачков, обеспечив заполнение колпаков воздухом. |
|
Засорились дренажные или воздушные отверстия телескопических труб охлаждения поршней. |
Очистить засоренные отверстия. |
19. Интенсивный износ цилиндропоршневой группы.
|
Температура цилиндропоршневой группы повышена. |
Немедленно уменьшить нагрузку цилиндра и увеличить маслоподачу на него. При отсутствии положительных результатов, дизель остановить для ремонта цилиндропоршне-вой группы. |
|
Нарушен режим цилиндровой смазки (время подачи смазки и ее количество). |
Отрегулировать режим цилиндровой смазки. |
|
Закоксовались штуцера, подающие смазку в цилиндр. |
Вскрыть цилиндровую крышку, прочистить штуцера подачи смазки. |
|
Цилиндровое масло не соответствует применяемому топливу. |
Снизить нагрузку дизеля. Заменить масло. |
|
Недостаточное охлаждение втулки. |
Отрегулировать режим охлаждения. Очистить втулку со стороны охлаждающей воды от возможных посторонних предметов и грязи. |
|
Нарушена центровка движения. |
Отцентровать движение. |
|
Нарушен режим обкатки. |
Произвести новую обкатку согласно рекомендации фирмы |
|
Цилиндр перегружен. |
Снизить частоту вращения. Дизеля. |
|
Поршневые кольца сломаны, изношены, закоксованы, не работают |
Снизить нагрузку Демонтировать цилиндропоршневую группу, заменить кольца |
|
Плохое распыливание топлива |
Заменить форсунку Топливо применять согласно рекомендации инструкции по эксплуатации |
20. Внезапно повышается температура крышек (щитов) поршневого пространства либо стенок продувочного ресивера. Температура выпускных и газов повышена.
|
Причины |
Принимаемые меры |
|
Пропуски газов из цилиндров в картер, продувочный ресивер ввиду неудовлетворительной компрессии цилиндров поршневой группы |
Выключить подачу топлива на цилиндр, увеличить подачу масла в 1,5 • 2 раза и через 0.5 ч поднять нагрузку цилиндра При первой же возможности сделать моточистку цилиндра. |
21. Повышенный нагрев головных, мотылевых и рамовых подшипников, обнаруживаемый по нагреву картерных щитов или по срабатыванию сигнализации.
|
Дизель перегружен. |
Снизить нагрузку. |
|
Давление смазочного масла в системе циркуляционной смазки ниже нормального. |
Промыть масляный фильтр устранить возникшие течи в системе В случае низкого уровня масла в картере или в циркуляционной цистерне довести уровень масла до нормального. |
|
Температура смазочного масла входящего в дизель, выше нормальной. |
Произвести чистку маслоохладителей, проверить правильность открытия клапанов на системе смазочного масла, работу терморегуляторов. |
|
Качество циркуляционного масла стало хуже и вышло за пределы браковочных показателей. |
Улучшить качество масла сепарацией, добавить свежее или заменить полностью. |
|
Поступление масла к отдельным подшипникам и другим узлам дизеля уменьшилось или прекратилось совсем. |
Уменьшить частоту вращения (нагрузку) дизеля, остановить, произвести ревизию подшипника, устранить причину прекращения смазки. |
|
Уменьшены или увеличены зазоры в подшипниках. |
Демонтировать подшипники и установить необходимые зазоры. Если дизель остановить невозможно, повысить давление масла в системе. |
22.Масляный насос не всасывает масло
|
В картере (сточном танке) уровень масла нормального. |
Добавить масло в картер (сточный танк). |
|
Высокая вязкость масла. |
Предварительно подогреть масло. |
|
Приемная сетка всасывающего клапана засорилась. |
Очистить приемную сетку. |
|
Во всасывающий трубопровод подсасывается воздух. |
Устранить все неплотности поджать соединения, сальники. |
23. Масляный насос не создает требуемое давление масла
|
Причины |
Принимаемые меры |
|
Значительная утечка масла в магистральном трубопроводе. |
Устранить все неплотности на нагнетательном трубопроводе. |
|
Зазоры в подшипниках дизеля больше допустимых. |
Установить нормальные зазоры. |
|
Низкая вязкость масла в результате высокой температуры или попадания топлива в масло. |
Понизить температуру масла частично или полностью заменить масло. |
|
Предохранительный (перепускной) клапан разрегулирован или сломался. |
Отрегулировать или заменить. |
24.Перепад давления на масляном фильтре уменьшился либо повысился сверх допустимого
|
Порвана сетка фильтра (разность показаний манометров до и после фильтра уменьшалась). |
Заменить сетку фильтра или переключить систему на чистый фильтр. |
|
Фильтр загрязнен (перепад давления увеличился). |
Промыть фильтр или переключить систему на чистый фильтр. |
25.Температура масла на входе в дизель выше нормальной.
|
Маслоохладители загрязнены со стороны воды и масла. |
Уменьшить нагрузку дизеля При первой же возможности почистить. |
|
Количество охлаждающей воды идущей на маслоохладитель, недостаточно. |
Увеличить подачу воды. |
|
Увеличено открытие байпасного клапана маслоохладителя или неисправен терморегулятор. |
Уменьшить открытие байпасного клапана на маслоохладителе, заменить неисправный терморегулятор. |
26. В масло попала вода. Масло приобрело мутно-серый цвет.
|
Резиновые уплотнения цилиндровых втулок пропускают. |
Заменить уплотнения втулок. |
|
Сточная масляная цистерна имеет пропуски. |
Перейти на сточную масляную цистерну другого борта или перейти на работу мокрым картером, если это предусмотрено устройством дизеля. |
|
Причины |
Принимаемые меры |
|
Пропускает маслоохладитель. |
Устранить водотемность охладителя. |
|
Пропускает змеевик подогрева масла. |
Устранить пропуски змеевика. |
|
Сальник вала циркуляционного насоса охлаждающей воды, навешенного на дизель, пропускает. |
Поджать сальники или заменить набивку. |
27.Циркуляционный насос охлаждающей забортной воды не создает требуемого давления.
|
Решетка кингстона или приемный фильтр забортной воды засорились. |
Продуть кингстон паром или сжатым воздухом. |
|
Прикрыт всасывающий клапан. |
Открыть клапан. |
|
Подсос воздуха насосом. |
Устранить пропуски на всасывающей магистрали насоса. |
|
Неисправности насоса и клапанов. |
Меры указаны в Правилах технической эксплуатации вспомогательных механизмов. |
28.Давление в системе охлаждающей пресной воды упало ниже допустимого.
|
Воздух в системе охлаждения. |
Опрессовать систему замеченные пропуски устранить, воздух из системы выпустить. |
|
Утечка воды через неплотности трубопроводов. |
Опрессовать систему, замеченные неплотности устранить. |
29.Температура охлаждения пресной воды на входе в дизель выше нормальной
|
Водоохладители загрязнены со стороны пресной или забортной воды. |
Уменьшить нагрузку дизеля При первой же возможности остановить дизель и почистить охладители. |
|
Количество охлаждающей забортной воды, поступающей на водоохладитель недостаточно. |
Увеличить подачу воды. |
|
Увеличено открытие байпасного клапана водоохладителя , неисправен терморегулятор. |
Уменьшить открытие байпасного клапана на водоохладителе. или заменить неисправный терморегулятор. |
30. Температура воды (масла), выходящей из дизеля или отдельных цилиндров или поршней выше нормальной.
|
Дизель (цилиндр) перегружен. |
Уменьшить нагрузку дизеля (цилиндра). |
|
Открыт не полностью клапан на входе воды (масла) к цилиндрам (поршням). |
Открыть клапан полностью. |
|
Количество воды (масла), выходящей из поршней, уменьшилось из-за снижения давления в системе охлаждения, засорены каналы в головках поршней. |
Уменьшить нагрузку на дизель, довести давление в системе до нормального, выключить подачу топлива на цилиндр Почистить каналы в головках поршней. |
31. Температура воды (масла), выходящей из поршней отдельных цилиндров резко понизилась
|
Нарушились условия охлаждения поршней (трещина в направ-ляющей вставке головки поршня или в подводящей трубе). |
Снизить нагрузку (обороты) дизеля При первой же возможности остановить дизель, устранить дефекты. |
32. давление надувочного воздуха ниже нормального при неизменной мощности и частоте вращения.
|
Загрязнены приемные воздушные фильтры турбокомпрессоров (продувочного насоса). |
Очистить фильтры. |
|
Загрязнены проточные части компрессора и турбины. |
Очистить проточные части. |
|
Повреждены лопатки рабочего колеса и соплового аппарата турбины. |
Заменить ротор и сопловой аппарат. |
|
Загрязнены воздухоохладители. |
Очистить воздухоохладители. |
33.Температура выпускных газов превышает нормальную при неизменной мощности и частоте вращения дизеля.
|
Турбокомпрессор загрязнен. |
Очистить турбокомпрессор. |
|
Падение давления наддувочного воздуха. |
Неисправны механизмы наддува |
34.Температура надувочного воздуха после воздухоохладителя выше нормальной.
|
В воздухоохладители поступает недостаточное количество воды |
Увеличить поток воды. |
|
Воздухоохладители загрязнены. |
Очистить воздухоохладители. |
35.Масло турбокомпрессора потемнело вследствие попадания в него выпускных газов.
|
Каналы и трубы для подвода воздуха к уплотнениям турбины и отвода воздуха от них загрязнены. |
Очистить каналы и трубы. |
|
Причины |
Принимаемые меры |
|
Повреждено лабиринтное уплотнение со стороны турбины или зазоры в нем превышают допустимые значения. |
Заменить уплотнение. |
36.Масло турбокомпрессора приобрело темно-серый цвет вследствие попадания в него воды.
|
Трещины, свищи в корпусе. |
Отремонтировать или заменить корпус. |
|
Пропуск воды маслоохладителем. |
Устранить пропуск. |
37. Шум и вибрация турбокомпрессора. Немедленно снизить нагрузку дизеля.
|
Помпаж компрессора. |
Снизить обороты дизеля до прекращения помпажа. Ввести в работу цилиндр, если помпаж вызван его отключением. |
|
Неуравновешенность ротора (неравномерное загрязнение повреждение лопаток турбины или компрессора, искривление вала ротора). |
Очистить и отремонтировать лопатки или заменить ротор. |
|
Повреждены или имеют зазор больше нормального подшипники. |
Заменить подшипники. |
|
Неправильно собраны подшипники (перекос и т.д.). |
Устранить дефекты установки подшипников. |
38. Давление продувочного воздуха после воздушных насосов объемного типа(поршневых, ротационных) ниже нормального.
|
Приемные фильтры (сетки) засорены. |
Очистить фильтры (сетки). |
|
всасывающие пластинчатые клапаны или золотники загрязнились, неправильно установлены поломались. |
Клапаны, золотники очистить, правильно установить, дефектные детали заменить. |
|
Значительные пропуски воздуха через поршневые кольца. |
Заменить поломанные и изношенные поршневые кольца. |
|
Увеличена высота вредного пространства в поршневом насосе. |
Отрегулировать высоту. |
Характерные неисправностями в работе водотрубных котлов; возможные причины и способы устранен6ияили предупреждения
Табл.4
|
Характер неисправностей, неполадок |
Внешние признаки, возможные причины |
Способ устранения или предупреждения |
|
Давление пара в котле падает |
Выходит пар из дымовой трубы, уровень воды в котле быстро падает. - Лопнула водогрейная трубка, - свищи в трубках |
Немедленно вывести котел из действия. После остывания лопнувшую трубку заменить или заглушить. |
|
Упуск воды из котла. |
Отсутствие уровня воды в водоуказатель-ных приборах, не появляющегося после их продувания, свист сухого пара при открывании нижних пробных клапанов, покраснение и побеление от перегрева видимых частей поверхности нагрева котла. - срыв в работе питательных насосов; - выход из строя приборов автоматического поддержания уровня; - наличие трещин на поверхностях нагрева; |
Немедленно прекратить подачу топлива в топку и вывести котёл из действия. Подача питательной воды в котёл категорически запрещается. Пускать котел только после остывания и устранения неисправности. |
|
Попадание нефтепродуктов в котёл. |
Слой масла или мазута в стеклах водоуказа-тельных приборов, нефтяная пленка в теплом ящике, вскипание воды. - неплотности поверхностей нагрева топливо и маслоподогревателей |
Остановить котел до полной очистки котла и системы питания от мазута и масла. |
|
Вскипание воды в пароводяном коллекторе и заброс её в главный паропровод. |
Резкие колебания уровня воды, гидравли-ческие удары в паропроводах, снижение температуры перегретого пара, большая соленость и щелочность котловой воды. |
Снизить нагрузку котла, взять пробу и проверить качество котловой и питательной воды Провести верхнюю и нижнюю продувку котла. |
|
Повышение уровня воды в котле выше допустимого (перепитывание котла). |
Водоуказательный прибор полностью заполнен водой, при продувании уровень появляется, но быстро уходит. |
Уменьшить горение, прикрыть стопор-ные клапаны, уменьшить питание котла. (полностью питательный клапан не закрывать). |
|
Попадание воды в мазут или его перегрев. |
Белый дым. |
Спустить воду из расходной цистерны или перейти на другую цистерну, т.к. сгорание обводненного мазута сопровождается вибрацией фронта котла и взрывным горением. Перегрев мазута снижают уменьшением подачи пара на топливный подогреватель. |
|
Характер неисправностей, неполадок |
Внешние признаки, возможные причины |
Способ устранения или предупреждения |
|
Разрыв водогрейной трубки. |
Белый дым, значительная вибрация котла - Перегрев топочных фронтов; - взрыв газов в топке. |
Немедленно вывести котёл из действия, осуществить расхолаживание и заглушить трубку; свищи устраняют при первой возможности. |
|
Пропуски пара и воды через сальники арматуры и фланцевые соединения. |
- Недостаток набивки или ослабление набивки сальника; - ослабление прокладок во фланцевых соединениях. |
Устраняют поджатием или заменой сальниковой набивки и прокладок. Давление пара перед обжатием обязательно снижают до 0,5 МПа. |
|
Возгорание сажи в хвостовых поверхностях нагрева. |
- Интенсивное отложение сажи при малых нагрузках и последующем переходе на номинальный режим работы. |
Прекратить подачу воздуха и топлива в топку и включить сажеобдувочное устройство для непрерывной обдувки труб, усилить подачу воды в водяной экономайзер, а при наличии установки углекислого тушения, пустить в газоход углекислый газ. |
|
Ненормальная работа водоуказа-тельных приборов (ВУП). |
Уровень в обоих приборах неодинаков и медленно восстанавливается после продувания прибора. |
Продуть прибор и в случае необходи-мости заменить его запасным. |
|
Черный дым |
Плохое распыливание топлива, недостаточно воздуха или плохое перемешивание топлива и воздуха из-за неисправности воздухонаправляющих устройств. |
Отрегулировать распыливание, устранить неисправности воздухо-направляющих устройств. |
|
Белый дым. |
-Попадание воды в мазут или его перегрев; - лопнула водогрейная трубка - пропускает предохранительный клапан котла |
Спустить воду из расходной цистерны или перейти на другую цистерну лопнувшую трубку заменить или заглушить; после остывания котла устранить неплотность. |
|
Пульсация и хлопки факела. |
Неправильная установка форсунки, слишком большие скорости воздуха, колебания давления топлива |
Отцентровать форсунку. Проверить работу топливного насоса и регулятора давления топлива. |
|
Взрыв газов в топке при разводке котла. |
Выброс топочных газов из топки, разрывы обшивки и газоходов котла, повреждения кирпичной кладки. |
Осмотреть котел. Если огонь в топке погас, провентилировать топку в течение 5 мин.. проверить состояние топки и отсутствие в ней мазута. Если котел не поврежден, снова включить форсунку. |
Характерные неисправности в работе центробежных насосовНеисправность, внешнее проявление. Вероятная причина Способ устранения Насос не запускается в работу, "срывает" Просачивание воздуха во всасывающую линию. Осмотреть трубопровод, проклабки фланцев, сальники задвижек и насоса. Скопление воздуха в корпусе или воздушных мешках. Устранить неполадки, повторно залить насос водой, запустить в работу. Подача насоса в процессе работы падает Уменьшение частоты вращения. Проверить частоту тока. Просачивание воздуха через неплотности всасывающей линии или сальников. Дотянуть или сменить сальники. Увеличение сопротивления в напорном трубопроводе. Сообщить диспетчеру о росте давления. Увеличение вакуума во всамывающей линии. Проверить уровень воды в источнике. Засорение каналов рабочего колеса. Прочистить рабочее колесо. Напор в процессе работы уменьшается Уменьшение частоты вращения. Проверить частоту тока. Разрыв напорного водовода (растут расходы и ампераж). Доложить диспетчеру, отключить водовод. Механические повреждения колеса. Сменить поврежденные детали Перегрев корпуса электродвигателя Рост подачи воды. Прикрыть напорную задвижку. Увеличение частоты вращения. Проверить частоту тока, прикрыть задвижку. Механические повреждения. Сменить поврежденные детали Перегрев подшипников Загрязненное масло или отсутствие смазки Сменить масло, проверить давление или уровень масла. Перекос затяжки подшипников, вкладышей. Отрегулировать затяжку подшипников. Износ шеек вала. Провести замену вала. Повышенная вибрация и шум при работе. Ослабло крепление агрегата к плите Подтянуть крепление Частичное засорение рабочего колеса. Прочистить колесо Нарушена центровка агрегата Восстановить центровку Явление кавитации Уменьшить высоту всасывания, уменьшить подачу. Механические повреждения: прогиб вала, износ подшипника Сменить поврежденные детали. |
Характерные неисправности в работе поршневых воздушных компрессоров, причины их возникновения и способы устранения
Табл. 5
|
Неисправность, внешнее проявление. |
Вероятная причина |
Способ устранения |
|
Уменьшилась производительность установки |
Утечка воздуха через неплотности соединении Поломка и зависание клапанных пластин Негерметичность прямоточного клапана из-за плохого прилегания
Засорился воздушный фильтр
Износ, поломка или прогорание поршневых колец Установка слишком тугих пружин на всасывающем клапане. Увеличение вредного пространства. |
Определить место утечки и устранить
Промыть клапаны, заменить клапанные пластины Прямоточный клапан разобрать, промыть, дефектные пластины заменить новыми, поверхность прилегания –выровнять Промыть фильтр от загрязнений или поменять Заменить дефектные поршневые кольца Заменить пружины на всасывающем клапане. Отрегулировать высоту вредного пространства |
|
Повышенный нагрев компрессорной головки. |
Недостаточное охлаждение.
Несвоевременная замена загрязненного масла после длительной работы головки. Применение масла не соответству-ющего указанному в паспорте. Сильная затяжка шатунных болтов, ограничивающая посту-пление масла к вкладышам. Ослабление затяжки шпилек крепления блока.
Недостаточный тепловой зазор в стыке поршневых колец. |
Очистить загрязненные поверхности головки. Заменить масло, следить за периодичностью замены
Заменить масло на предписанное
Произвести затяжку в соответствии с требуемыми усилиями. Произвести затяжку в соответствии с требуемыми усилиями.
Дефектные поршневые кольца следует заменить новыми. |
|
Стук в цилиндре. |
Заедание, износ и поломка поршневых колец вследствие применения некачественного масла и образования нагара.
Износ поршневого пальца или втулки верхней головки шатуна.
Износ поршня и цилиндра. Недостаточная высота камеры сжатия. |
Изношенные, поломанные поршневые кольца заменить, некачественное масло –заменить свежим.
Изношенные детали заменить, выдержав необходимые размеры
Поршень заменить, цилиндр расточить под ремонтный размер. Отрегулировать высоту камеры сжатия. |
|
Стук в картере. |
Износ подшипников коленчатого вала. Ослабло крепление шатунных болтов. Износ шатунных шеек коленчатого вала и шатунных вкладышей.
|
Заменить подшипники.
Провести ревизию с подтяжкой шатунных болтов. Шатунные шейки вала обработать под ремонтный размер, вкладыши заменить на ремонтный размер. |
|
Неисправность, внешнее проявление. |
Вероятная причина |
Способ устранения |
|
Стук в клапанах. |
Поломка пластины или пружины клапана.
|
Заменить пластины или пружины клапана. Отрегулировать посадку корпуса клапана |
|
Течь масла из картера по коленчатому валу. |
Износ сальника. Загрязнение отверстия сапуна. |
Сальник заменить. Прочистить отверстие сапуна. |
|
Повышенное образование нагара. |
Применение некачественного масла или избыточное количество масла в картере. |
Очистить детали от нагара, заменить масло, не допускать избыточного количества масла в картере. |
|
Маховик не проворачивается. |
Поршень упирается в клапанную доску. |
Установить зазор 0,2 -0,6 мм между днищем поршня и клапанной доской. |
|
Увеличение давления в какой-либо ступени сжатия |
Пропуск воздуха во всасывающем клапане последующей ступени или нагнетательном клапане той же ступени. |
Устранить пропуск воздуха |
|
Падение давления в ресивере при неработающм компрессоре и закрытом раздаточном клапане. |
Засорился или сломался обратный клапан. |
Прочистить или заменить обратный клапан. |
|
Пропуск воздуха через водомаслоотделитель |
Засорился или разрушился клапан. |
Клапан промыть или заменить. |
|
Пропуск воздуха через трубку сброса реле давления после остановки установки. |
Засорился обратный клапан. |
Прочистить обратный клапан. |
Основные неполадки в действии гидравлических рулевых машин ,причины их возникновения
Табл.6
|
Наблюдаемые явления |
Причины нарушения режима |
|
Рысканье руля относительно заданного угла |
Неправильная настройка системы управления |
|
Руль останавливается не достигнув заданного угла |
Износ насоса, перепуски масла в главном контуре |
|
Руль поворачивается медленно |
Износ насоса, перепуски масла в главном контуре |
|
Движение руля рывками |
Наличие воздуха в главном контуре |
|
Неполадки в работе насосов, обслуживающих гидравлические рулевые машины |
|
|
Наблюдаемые явления |
Причины нарушения режима |
|
Отсутствует подача |
- Отсутствие жидкости в расходной цистерне - Открыт клапан клапанной коробки смежной (пустой) цистерны |
|
Посторонний шум |
- Механический шум: повреждения внутри насоса - Вибрация: износ деталей, а также расцентровка валов - Гидравлический удар: кавитация |
|
Чрезмерные протечки |
- Износ уплотнений - Повреждения прокладок или их отсутствие - Недостаточное обжатие уплотнений |
|
Чрезмерный нагрев насоса |
- Неправильная установка - Чрезмерное обжатие подшипников - Отсутствие смазки - Расцентровка валов |
|
Неполадки в работе электроприводов насосных агрегатов |
|
|
Наблюдаемые явления |
Причины нарушения режима |
|
При переводе рукоятки выключателя в пульте управления или переключателя в щите питания в положение «Пуск» не включается электродвигатель |
- Нет напряжения на питающем фидере; - обрыв в цепи катушки линейного контактора магнитного пускателя; - повреждение катушки линейного контактора пускателя; -сработали предохранители пускателя; |
|
Сработала сигнализация о перегрузке электродвигателя. Показания амперметра на щите питания свидетельствует об отсутствии перегрузки. |
- Неисправность контактов тепловых реле; - повреждение катушки реле в устройстве сигнализации.
|
|
При пуске электродвигателя отключается автомат |
- Короткое замыкание в цепи автомат-коробка зажимов электродвигателя |
|
При нагрузке частота вращения электродвигателя резко падает. |
- Обрыв одной фазы обмотки статора; -обрыв стержней ротора; |
|
Электродвигатель при работе перегревается |
- Электродвигатель перегружен; |
Характерные неисправности и неполадки в работе фреоновых холодильных установок и способы их устранения.
1.Резкое сниже ние температуры после ТРВ на жидкостной линии
Табл. 7
|
Причина |
Принимаемые меры |
|
Засорение или неполное открытие ТРВ. |
Несколько раз полностью закрыть и открыть клапан. При повторных признаках за сорения разобрать и прочис тить клапан. |
2.Прекращается поступление хладона через ТРВ. Фильтр чист. Подогрев ТРВ и его термочув ствительного патрона не приводит к восстановлению подачи хладона
|
Силовой элемент ТРВ вышел из строя. |
Сменить ТРВ. |
3.Хладон проходит через ТРВ со свистящим звуком; ТРВ и фильтры исправны.
|
.1. Хладон находится в не работающем аппарате (конден саторе, испарителе, ресивере), что приводит к недостатку хладона в работающей части системы . |
Принять меры по возвраще нию хладона в работающую часть системы. |
|
.2. Недостаток хладона в системе. |
Дозарядить систему хладоном. |
4.Давление кипения ниже нормального. Разность температур кипения и рассола более 5°С
|
.1. Закупорка трубок испа рителя со стороны рассола кри сталлами льда и соли. |
Проверить концентрацию рассола, при необходимости довести ее до нормы. |
|
.2. Недостаточное поступле ние рассола в испаритель вследствие: |
|
|
- малого открытия рассольных задвижек; |
Увеличить открытие задви жек. |
|
- неисправности насоса. |
Осмотреть насос, устранить неисправности. |
5.Давление кипения и конденсации ниже нормального. Увеличение открытия ТРВ приводит к незначительному повы шению давления испарения. Температура в охлаждаемых помещениях повышается и снизить ее не удается.
|
Затруднен проход хладона через ТРВ вследствие малого давления конденсации.
|
Уменьшить поступление охлаждающей воды на конден сатор. Поддерживать давление конденсации не менее 0,4 МПа (4 кгс/см2), а для установок, работающих на систему кондиционирования воздуха, не менее 0,6 МПа (6 кгс/см2) (избыточных). Временно до пускается увеличение открытия ручного регулирующего клапана на обводной линии ТРВ. |
Давление кипения выше нормального, запорный клапан на всасывающей стороне компрессора покрыт инеем. Покрыта инеем часть блока компрессора. Нагнетательный трубопровод холодный.
|
.1. Чрезмерно открыт ТРВ или ручной. регулирующий кла пан |
Прикрыть ТРВ или ручной регулирующий клапан. |
|
.2. Плохой контакт термочувствительного патрона ТРВ с трубой. |
Зачистить место контакта трубы с термочувствительным патроном. Плотно прижать термочувствительный патрон к трубе. |
|
.3. Выскочила игла ТРВ из седла. |
Заменить ТРВ. |
Основные неполадки в работе вакуумных водоопреснительных установок, причины их возникновения
Табл. 8
|
Наблюдаемые явления |
Причины нарушения режима |
|
Повышенная солёность дистиллята |
Повышенная производительность водоопреснительной установки; повышенная температура греющей среды или чрезмерное разрежение в конденсаторе (повышенная) разность температур греющей среды и кипящего рассола); повышенный уровень рассола в испарителе; повышенная солёность рассола; вспенивание и вскипание рассола; протечка в конденсаторе. эжектор не удаляет достаточного количества воды из сепаратора |
|
Пониженная производительность |
в испарителе недостаточно теплоты накипь на трубках греющей батареи; недостаточное разряжение в конденсаторе (повышенная температура кипения рассола); пониженный уровень рассола в испарителе; в испаритель поступает мало забортной воды высокое давление в конденсаторе. |
|
Высокое давление в камере испарения. (недостаточное разряжение) |
Подсос воздуха; неисправность воздушного эжектора; высокая температура забортной воды; затопление дистиллятом нижних рядов трубок конденсатора; повышенная производительность установки. |
|
Высокий уровень рассола. |
Высокая подача питательной воды; неисправность рассольного эжектора. |
Список литературы:
1.Артемов Г. А., Горбов В. М. Суднові енергетичні установки: Навчальний посібник. – Миколаїв: УДМТУ, 2002. – 356 с.
2.Гаврилов В.С. и др. Техническая эксплуатация судовых дизельных установок. М. «Транспорт» 1975г.
3.Донатка Р., Перепечко А. Книга о судах. – Пер. с нем. – Л.; Судостроение, 1981. – 208 с., ил.
4.Жбанов «Спасание на море»,М., «Транспорт», 1991г.
5.Емельянов П. С. Судовые энергетические установки. Тексты лекций. – СПб.: ГМА им. адм. С. О. Макарова, 2006. – 171 с.
6.Камкин С.В. и др. Эксплуатация судовых дизельных установок. М. «Транспорт» 1996г.
7.Международная конвенция о предотвращении загрязнения моря - МАРПОЛ-73/78, изд. 2004 г.
8.Международная конвенция по охране человеческой жизни на море - СОЛАС-74 (SOLAS-74), изд. 2008 г.
9.Пахомов Ю. А. Судовые энергетические установки с ДВС. Учебник. – М.: ТрансЛит, 2007. – 528 с., ил.
10.Позолотин, В.Г.Торский, В.И.Любченко «СОЛАС-74 в вопросах и ответах», Одесса, «Астропринт», 2002г.
11.Перельман Р. С. Суднове енергетичне устаткування: Енергетика. – О.: Фенікс, 2006. – 92 с. Рос. Мовою.
12.Позолотин А.А., В.Г.Торский, В.И.Любченко «СОЛАС-74 в вопросах и ответах», Одесса, «Астропринт», 2002г.
13.Соловьев Е. М. Энергетическое оборудование, механизмы и системы судна. – М.: Мир, 2003. – 280 с., ил.