Оглавление

Санкт-Петербургский 2

МОРСКОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ 2

Кафедра Судовых Энергетических Установок 2

Поурочные лекции по предмету 2

СУДОВЫЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ 2

И ХОЛОДИЛЬНЫЕ МАШИНЫ 2

СУДОВЫЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ И СИСТЕМЫ 3

НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ СВМ, ТРЕБОВАНИЯ ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НИМ. 3

НАЗНАЧЕНИЕ СВМ. Вспомогательные механизмы предназначены для обслуживания различных систем судна, его устройств, а также для обеспечения нормальной работы СЭУ. Используемая энергия для привода: ручной, паровой, электрический, гидравлический. Вспомогательные механизмы на судах потребляют 25-30% всей энергии. 3

КЛАССИФИКАЦИЯ СВМ. Подразделяются на следующие основные группы: 3

ТРЕБОВАНИЯ К СВМ. Общие и конкретные требования строго регламентируются следующими документами: 2

1. высокая степень надёжности при работе в любых условиях эксплуатации (крен, дифферент, качка, изменение температур и т.д.); 2

2. высокая экономичность на потребление энергии; 2

3. простота конструкции, удобство в управлении, возможность частичной или полной автоматизации и аварийной защиты; 2

4. основные узлы и детали СВМ должны быть унифицированы и стандартизированы; 2

5. высокая надёжность работы в условиях знакопеременных режимов эксплуатации; 2

6. СВМ должны быть долговечны и износоустойчивы; 2

7. СВМ должны быть ремонтоспособны и обеспечивать ремонтные операции прогрессивными методами. 2

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ГИДРАВЛИКИ. 2

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖИДКОСТИ 2

Плотность [ρ] – зависит от рода жидкости, температуры и давления, причем с увеличением температуры она уменьшается, а с повышением давления возрастает. 2

ГИДРОСТАТИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ И ЕГО СВОЙСТВА 2

Графическое определение сил давления. 3

ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ ГИДРОСТАТИКИ 3

Виды движения жидкости 4

УРАВНЕНИЕ ДАНИИЛА БЕРНУЛЛИ 4

УРАВНЕНИЕ НЕРАЗРЫВНОСТИ ПОТОКА 5

ПОНЯТИЕ О ГИДРАВЛИЧЕСКОМ УДАРЕ 6

ИСТЕЧЕНИЕ ЖИДКОСТИ ЧЕРЕЗ НАСАДКИ 7

Характер истечения через насадок отвечает условиям истечения жидкости через толстую стенку. В отличие истечения через отверстие здесь протекающая струя испытывает сопротивление по длине. Насадки применяются для увеличения пропуск4ной способности отверстия. 7

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ ПОТОКА, 7

ПОНЯТИЕ О ШЕРОХОВАТОСТИ 7

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ НАПОРА 8

ДВА РЕЖИМА ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ. ЧИСЛО РЕЙНОЛЬДСА 8

СУДОВЫЕ НАСОСЫ 10

Для перемещения рабочей среды по трубам применяются насосы, вентиляторы, компрессоры. 10

Насос - агрегат, в котором механическая энергия приводного двигателя преобразуется в гидравлическую энергию потока жидкости. 10

Насосами осуществляется перемещение жидкостей (газов) по трубопроводам внутри судна, приём из-за борта или удаление за борт. Все судовые насосы предназначены для обеспечения нормальной работы главных и вспомогательных машин, а также для удовлетворения нужд членов судового экипажа и пассажиров. 10

ТРЕБОВАНИЯ К СУДОВЫМ НАСОСАМ. (Изложены в ПТЭ по насосам.) 10

КЛАССИФИКАЦИЯ НАСОСОВ. 10

Все судовые насосы подразделяются: 10

I. ПО НАЗНАЧЕНИЮ: 10

1. общесудовые - балластные, осушительные, противопожарные, санитарные; 10

2. специальные - водоотливные, креновые, дифферентные, грузовые, зачистные, моечные, и т.д.; 10

3. главных и вспомогательных устройств - топливные, масляные, охлаждения, питательные, циркуляционные, рассольные, топливо-, масло- перекачивающие, и т.д. 10

II. ПО ПРИНЦИПУ ДЕЙСТВИЯ: 10

III. ПО СПОСОБУ ПРИВЕДЕНИЯ В РАБОТУ: 10

1. автономные - имеющие свой собственный привод (ДВС, турбина, паровая машина, электродвигатель, ручной привод); 10

2. неавтономные - без собственного привода (насосы, навешанные на ДВС). 10

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ НАСОСОВ 10

I. ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ (подача) - способность подавать определённо количество жидкости (газа) в единицу времени (м³/мин, м³/с, м³/час, кг/час, л/с и т.д.). Различают объёмную (Q) и массовую (G) производительность, которая зависит от: 10

1) геометрических размеров насосов; 10

2) технического состояния рабочего органа; 10

3) технического состояния сальников, прокладок; 10

4) величины гидравлических сопротивлений; 10

5) физико-технических характеристик жидкостей. 10

II. НАПОР (H) [м] - приращение одного килограмма жидкости или газа при прохождении их через насос. В эксплуатации контролируется давлением. Напор и давление связаны между собой зависимостью: Напор зависит от геометрической высоты всасывания и высоты нагнетания. 10

III. ВЫСОТА ВСАСЫВАНИЯ (Hвс) [м] - расстояние по вертикали от уровня жидкости на приёме насоса до оси насоса. Характеризует высоту, на которую насос способен поднять жидкость на всасывании. 10

Если насос находится ниже уровня жидкости, то высота всасывания будет отрицательная и называется ПОДПОРОМ насоса. 11

IV. ВЫСОТА НАГНЕТАНИЯ (Hн) [м] - расстояние по вертикали от оси насоса до уровня подъёма жидкости насосом, т.е. напор, необходимый для подачи жидкости на заданную высоту. Тогда, по отношению к насосам уравнение Бернулли будет иметь вид: , 11

где H - общий напор насоса; 11

Мощность насоса зависит от: 11

VII. ОБЩИЙ КПД НАСОСА (η) - характеризует гидравлические, объёмные и механические потери, которые идут на трение жидкости в насосе и трубопроводах; (η=0,15-0,9). Объёмный КПД (η_о) - характеризует утечки жидкости в соединениях трубопроводов на всасывании и нагнетании, в клапанах, клапанных коробках, а также протечки жидкости из одной полости насоса в другую при его износе; (η_о=0,35-0,95). 2

VIII. ЧАСТОТА ВРАЩЕНИЯ (n) [об/мин, об/с, с^-1] – число оборотов вала насоса за единицу времени. Поршневые насосы характеризуются числом двойных ходов поршня. 2

СХЕМА И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ 2

Расстояние от уровня перекачиваемой жидкости до уровня приемного патрубка насоса называют напором всасывания. 3

ПОРШНЕВЫЕ НАСОСЫ 3

Подразделяются по: 3

1) расположению цилиндров - вертикальные, горизонтальные, наклонные; 3

2) числу цилиндров - 1, 2, 3 и 4-х цилиндровые; 3

3) конструкции рабочего органа - поршневые, плунжерные; 3

4) способу приведение в работу - приводные, прямодействующие; 3

5) кратности действия - простого, 2-го, 3-го, 4-го, дифференциальные. 3

Принцип действия поршневого насоса. 3

Поршневой насос состоит из гидроцилиндров, поршней, клапанной коробки с нагнетательными и всасывающими клапанами. При движении поршня вверх в полости цилиндра создаётся разряжение. За счёт перепада давлений всасывающий клапан приподнимается и жидкость заполняет рабочий объём цилиндра. При перемещении поршня вниз в рабочей полости создаётся давление. Всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный - открывается и жидкость под давлением поступает в нагнетательный трубопровод. 3

Ручные поршневые насосы используются в качестве аварийных или как резервные для осушительных, санитарных, пожарных, топливных и масляных систем. Для повышения производительности насосов увеличивают число цилиндров, устанавливают насосы различного по кратности действия. 3

Скорость движения поршня в цилиндрах насосов неодинакова и колеблется от "0" до "max". Изменение скорости влечёт за собой неравномерную подачу в виде пульсирующего потока, которая препятствует плавной посадке клапанов и приводит к появлению инерционных толчков в трубопроводах. 4

При этом может возникать деформация труб, их разрывы, опасность гидравлических ударов, поломка КИПов. Эти явления можно уменьшить установкой воздушных колпаков - гидроаккумуляторов, которые воспринимают на себя избыток жидкости. Эти колпаки представляют собой полый сосуд, установленный на всасывании или нагнетании насоса. 5

Если колпак стоит на нагнетании, то воздушная подушка, после прекращения подачи порции жидкости, выдавливает её в магистраль сплошным потоком т.к. объём воздушного колпака больше объёма гидроцилиндра насоса. 5

Если колпак установлен на всасывании - он имеет немного другую конструкцию. После прекращения периода всасывания воздушная подушка продолжает выдавливать жидкость во всасывающий трубопровод и поднимает её в приёмную полость насоса. 5

При изготовлении каждый образец поршневого насоса подвергают гидравлическим испытаниям, по результатам которых строят характеристики, а по ним определяют особенности работы. 5

ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОРШНЕВЫХ НАСОСОВ. 5

РОТАЦИОННЫЕ НАСОСЫ. 5

Ротационные насосы используются для перекачки вязких жидкостей, а также в качестве продувочных в 2-х тактных ДВС. 5

Ротационные насосы подразделяются на: 5

Достоинства - сравнительно малая масса и габариты, равномерность подачи жидкости, возможность привода с большой частотой вращения. 5

Недостатки - малая всасывающая способность, необходимость подгонки частей т.к. с увеличением зазоров резко сокращается подача и давление. 5

РОТОРНЫЕ НАСОСЫ 6

РОТОРНО-ПОРШНЕВЫЕ НАСОСЫ 6

ШЕСТЕРЁННЫЕ НАСОСЫ. 8

На судах шестерённые насосы используются в топливных и масляных системах, для которых характерны небольшие подачи и малые давления. 8

Рабочими элементами насосов являются зубчатые шестерни с минимально возможными радиальными и торцевыми зазорами в корпусе. Ведущая шестерня насажена на ведущий вал через шпонку (или с натягом) и вращается от вала приводного механизма. Ведомая шестерня свободно насажена на ведомый вал и вращается от ведущей. При вращении валов шестерни захватывают жидкость впадинами зубьев в полости всасывания и переносят её по периферии корпуса в полость нагнетания под давлением до 5МПа (50кг/см²). 8

Шестерённые насосы выполняют с внутренним и внешним зацеплением. По типу зуба шестерён различают насосы с прямозубыми, косозубыми и шевронными шестернями. На судах применяют в основном насосы с внешним зацеплением и эвольвентным профилем зуба. Чаще шестерённые насосы выполняют одноступенчатыми, однако известны многоступенчатые и многопоточные насосы. 8

Особенности работы. Зазоры между зубьями шестерён, а также между шестернями и корпусом не должны превышать 0,2мм. 9

При вращении зубья шестерён, попадая во впадину, работают как поршень в цилиндре. При этом небольшой объём жидкости запирается в радиальном зазоре. Здесь возникают высокие давления (несколько де­сятков мегапаскалей), под действием которых зубья разрушаются, а также увеличивается нагрузка на подшипники и их износ. Для ликвидации этого вредного явления производят сверления разгрузочных отверстий. 9

КПД шестерённых насосов не превышает 0,6, а в ряде случаев равен 0,3; чем мощнее насос, тем выше КПД. 9

Несмотря на низкие значения КПД, эти насосы используются на судах в качестве автономных и навесных, как весьма надёжные в эксплуатации и обладающие хорошей всасывающей способностью. 9

ВИНТОВЫЕ НАСОСЫ. 9

Предназначены для перекачки масла, топлива, чистых вязких жидкостей и применяются для работы в системах гидравлики, например люковых закрытий крышек трюмов. 9

По конструкции винтовые насосы могут выполняться с одним ходовым винтом и более. Такие насосы могут создавать большую производительность и высокие давления 10МПа (100кг/см²). 9

Принцип работы винтового насоса. 9

При вращении ходового винта в приёмной полости насоса создаётся зона разряжения. Под действием перепада давлений жидкость по винтовой образующей выдавливается в межвинтовых каналах в нагнетательную полость насоса. 9

Если давление в напорной магистрали превысит рабочее, то сработает предохранительный клапан и перепустит поток жидкости из нагнетательной полости насоса во всасывающую, тем самым предохраняя напорный трубопровод от повреждений. 9

Винтовые насосы компактны, работают плавно, бесшумно при любом положении в пространстве. Они обладают большой высотой всасывания, их подача и КПД при изменении давлений неизменны. Жидкость движется без пульсаций, прямолинейно и равномерно. 10

ОБСЛУЖИВАНИЕ РОТАЦИОННЫХ НАСОСОВ 10

ЛОПАСТНЫЕ НАСОСЫ. 11

ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ НАСОСЫ. 11

Все центробежные насосы классифицируются по следую­щим признакам: 11

по способу подвода жидкости к рабочему колесу 11

односторонние, 11

двухсторонние 11

по соединению проточной части 11

одноступенчатые, 11

многоступенчатые 11

по быстроходности 11

(характеризуется коэффициентом быстроходности, который влияет на форму колеса и относительную длину лопасти) 11

тихоходные, 11

нормальные, 11

быстроходные 11

по всасывающей способности 11

самовсасывающие, 11

несамовсасывающие 11

по давлению (напору) (более 5МПа) 11

(0,5 - 5МПа) 11

(менее 0,5МПа) 11

высоконапорные, 11

средненапорные, 11

низконапорные 11

по расположению вала 11

вертикальные, 11

горизонтальные; 11

по конструкции корпуса 11

однокорпусные, 11

секционные 11

По конструкции рабочие колёса (крылатки) бывают: 11

Кроме того, рабочие колёса различаются на три характерных типа: 12

Принцип работы. При вращении рабочего колеса в полости всасывания возникает область повышенного давления, и под действием перепада давлений жидкость проходит в межлопаточный аппарат либо в отводящий спиральный канал, где под действием центробежных сил масса потока на выходе приобретает высокую скорость (запас кинетической энергии). С большой скоростью поток жидкости поступает в диффузор корпуса, где и происходит преобразование кинетической энергии в напор насоса (потенциальную энергию). 12

Рассмотрим схему движения жидкости в спиральном корпусе центробежного насоса. 12

Частица 1 жидкости, покинув рабочее колесо насоса, проходит последовательно сечения I-I, II-II, III-III, IV-IV спирального корпуса и попадает в отливной патрубок-диффузор. Частица 2 жидкости проходит только три сечения II-II, III-III, IV-IV; частица 3 – два сечения и частица 4 – только одно. 12

Поскольку подобные процессы проходят постоянно, то ясно, что корпус центробежного насоса для обеспечения равенства скоростей потока должен иметь последовательно увеличивающееся проходное сечение. 12

НАПОР ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА. 13

3. Мощность - зависит от развиваемого напора и получаемой производительности. При определении теоретической мощности необходимо учитывать потери протечек через лабиринтное уплотнение. 15

Внутренняя мощность ступени: 15

Эффективная работа ступени может быть определена с помощью внутреннего (политропного) КПД, при этом учитываются потери на все протечки и дисковое трение. 15

РЕГУЛИРОВАНИЕ ПОДАЧИ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ 15

КОНСТРУКЦИИ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ 15

ПРАВИЛА ОБСЛУЖИВАНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ 16

Особенности работы центробежных насосов. 17

ВИХРЕВЫЕ НАСОСЫ 17

ОСЕВЫЕ НАСОСЫ 18

Явление кавитации. 19

Неправильно спрофилированный спиральный канал центробежного насоса нередко является причиной кавитации - нарушение сплошности потока жидкости, появления в нём областей пониженного давления, заполняемых выделяющимися парами жидкости. Эти области (разряжённые пространства) обычно возникают у стенок, ограничивающих поток жидкости. 19

Аналогичные явления могут наблюдаться во всасывающей части насоса при большой высоте всасывания или при повышенной температуре перекачиваемой жидкости. При кавитации резко снижается подача насоса, а его детали подвергаются быстрому механическому и химическому местным разрушениям. 19

Для предупреждения кавитации в насосах нужно снижать высоту всасывания, применять устройства, уменьшающие её высоту, устранять неплотности, уменьшать гидравлические сопротивления путём создания плавных переходов в каналах и гладких поверхностей на тракте движения жидкости. 19

Основное условие предотвращения кавитации состоит в том, чтобы давление при входе на рабочее колесо было больше давления паров перекачиваемой жидкости. 19

СТРУЙНЫЕ НАСОСЫ 20

Струйные насосы (эжектор, инжектор) - устройства, в которых в результате движения струи жидкости, вытекающей из канала сужающегося сопла, имеющего определённую форму, достигается перепад давлений (∆P) и, тем самым обеспечивается перекачка жидкости (газа). В качестве рабочего тела может применяться вода от системы водотушения (водоструйный насос) или пар (пароструйный насос). 20

При подаче рабочего тела под давлением в сопловой аппарат, происходит преобразование потенциальной энергии в кинетическую и рабочее тело истекает из сопла с большой скоростью. В камере смешения при этом создаётся разряжение, куда под действием потока давлений будет подсасываться отливная жидкость. Рабочее тело подхватывает отливную жидкость в камере смешения и по отливному трубопроводу выносит её в цистерну или за борт. 20

Таким образом образован струйный насос, который работает только на отсасывающих магистралях при давлении окружающей среды. Такие насосы называются эжекторами. 20

Если после камеры смешения в одном корпусе эжектора поставить термодинамический диффузор, то отсасываемая жидкость (смесь) в этом диффузоре приобретёт давление. В этом случае струйный насос называется инжектором, который может работать на преодоление давления окружающей среды. 20

Преимущества: 20

используется для откачки загрязнённых вод с механическими примесями (зачистка трюмов); 20

отсутствие движущихся деталей; 20

возможность сухого всасывания. 20

Недостатки: 20

низкий общий КПД; 20

невозможность регулирования подачи; 20

срыв подачи из-за неплотностях в системе. 20

ВОЗДУШНЫЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ И КОМПРЕССОРЫ 21

СУДОВЫЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ 21

Вентиляторы служат для подачи (перемещения) свежего заряда воздуха и отсасывания загрязнённого (пыльного) воздуха или газов. На судне вентиляторы применяют для создания искусственной вентиляции помещений и в качестве побудителей тяги в МКО. 21

Центробежный вентилятор типа ЦС устроен следующим образом. В корпусе вентилятора засасываемый воздух в осевом направлении поступает через приёмный раструб и рабочим колесом (ротором) нагнетается в патрубок. Электродвигатель своими лапами установлен на фундаменте и к торцевой части корпуса вентилятора присоединён фланцем. 21

Принцип работы. При вращении рабочего колеса вентилятора в приёмном патрубке создаётся зона разряжения, куда под действием перепада давлений подсасывается воздух из атмосферы. Он захватывается лопатками рабочего колеса и под небольшим (избыточном) давлении направляется к потребителям – в трюма, отсеки, салоны, каюты, в МКО. 22

Эталонным служит вентилятор, подающий 1м³ стандартного воздуха в секунду под давлением 294 Па (при наивысшем КПД), потребляя мощность 294Вт. 22

Стандартным считается воздух при температуре 20°С и давлении 103 Па с относительной влажностью 50% при плотности 11,2кг/м³. 22

Тогда коэффициент быстроходности: , 22

где n - частота вращения ротора данного вентилятора, (об/мин); 22

qv - подача вентилятора, (м³/с); 22

p - развиваемое (суммарное) давление вентилятора, (Па); 22

H - напор, (мм) , 22

где ρ - плотность среды, (кг/м³); 22

g - ускорение свободного падения, (м/с²) 22

Потребляемую вентилятором мощность можно определить по формуле: 22

, 22

где Qv - подача вентилятора, (м³/час); 22

ЭКСПЛУАТАЦИЯ ВЕНТИЛЯТОРОВ 24

ВОЗДУШНЫЕ КОМПРЕССОРЫ 25

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА И РАБОЧИЕ ПРОЦЕССЫ В КОМПРЕССОРЕ 25