К основным элементам главных установок относятся: главные двигатели (ГД), парогенераторы, генераторы газа, электрогенераторы, гребные электро­двигатели, передачи и валопроводы с движителями. В составе главной установ­ки на некоторых судах могут быть дополнительные установки экономического или форсированного хода и других режимов.

К вспомогательным установкам относятся: электростанции, вспомога­тельные котельные установки, опреснительные и испарительные установки. Следует отметить большое значение судовой электростанции, которая обеспе­чивает электрической энергией главную и вспомогательные установки, палуб­ные механизмы (лебедки, шпили и т.д.), освещение, вентиляцию и другие бы­товые нужды команды и пассажиров.

Кроме того, в составе СЭУ имеется оборудование автоматического и дис­танционного управления и контроля работы отдельных ее элементов и установ­ки в целом.

Посредством магистралей (трубопроводы, кабели) осуществляется связь между отдельными элементами установки и хранилищами рабочих тел (топли­во, вода, масло, сжатый воздух).

Системы СЭУ представляют собой совокупности вспомогательных меха­низмов и аппаратов, трубопроводов и кабельных трасс, служащих для выпол­нения определенных функций. Основными являются системы: топливная, смаз­ки, охлаждения сжатого воздуха, газоотводная, конденсатно-питательная (в паротурбинных установках) и паропроводы. С энергетической установкой в той или иной мере связаны судовые системы: пожарная, спасательная, санитар­ная, вентиляционная и др., а также механизмы рулевого, швартовного, грузово­го и других устройств.

Преобразование энергии в энергетических установках

В энергетических установках происходят процессы преобразования од­них видов энергии в другие (см. схему на рис. 1). Поэтому при изучении судо­вой энергетики необходимо уделить значительное внимание основам термоди­намики - науки о закономерностях превращения энергии.

В паровых котлах, в камерах сгорания или непосредственно в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания химическая энергия органического топлива преобразуется в тепловую энергию пара или газа высокого или повышенного давления и высокой температуры. Затем в тепловых машинах (в турбинных или поршневых двигателях) тепловая энергия преобразуется в механическую. Не­которая часть механической энергии преобразуется в электрическую, которая служит для привода в действие электрифицированных механизмов, для нужд освещения, связи и т. д.

В ядерных энергетических установках та же схема преобразования энер­гии, с тем лишь отличием, что тепловая энергия образуется в реакторах в ре­зультате ядерной реакции.

Химическая энергия органического топлива

Тепловая

энергия

Механическая

энергия

Электр ическая энергия

Рис. 1. Схема преобразования энергии в СЭУ

Классификация СЭУ

СЭУ классифицируют по следующим основным признакам:

1. По роду топлива - использующие органическое топливо (продукты пе­регонки нефти; газы) и использующие ядерное топливо. На морских транс­портных судах в настоящее время используют в основном продукты перегонки нефти.

2. По типу главных двигателей - с поршневыми и турбинными двигателями.

На судах имеются установки с поршневыми двигателями внутреннего

сгорания (ДВС), с газо- и паротурбинными двигателями. Свое название СЭУ получают по типу главных двигателей: СЭУ с ДВС, ПТУ (паротурбинные уста­новки), ГТУ (газотурбинные установки).

3. По способу передачи энергии движителям - с прямой и непрямой пе­редачей. В случае непрямой передачи между двигателем и движителем имеется промежуточное передаточное звено (механическая, электрическая или гидрав­лическая передача).

4. По числу судовых валопроводов - одно- и многовальные.

Классификация судов по типам сэу

1. Пароходы: главный двигатель - паровая машина.

2. Теплоходы: главный двигатель - двигатель внутреннего сгорания.

3. Паротурбоходы: главный двигатель - паровая турбина.

4. Газотурбоходы: главный двигатель - газовая турбина.

5. Дизельэлектроходы: гребной винт приводится в действие электро-дви­гателем, получающим питание от дизель-генератора.

6. Турбоэлектроходы: гребной винт приводится в действие электродвига­телем, получающим питание от турбогенератора.

7. Атомоходы: используется ядерная энергетическая установка.

Глава 1. История развития и современность судовых энергетических установок

1. Первые пароходы

История создания судов, движение которых не зависело от ветра или те­чения воды, насчитывает много столетий. Первый в Европе патент на нетради­ционную (колесную) конструкцию весельного привода получил в 1578 г. Уиль­ям Борн, бывший канонир британского Королевского флота, разработавший его для проекта деревянной подводной лодки (ПЛ). В 1605 г. была предпринята по­пытка создать подобный аппарат, но при проведении речных испытаний гребные колеса ПЛ сразу увязли в водорослях, после чего о них надолго забыли.

В 1630 г. англичанин Дэвид Рамсей опубликовал статью, в которой опи­сывались многочисленные «методы создания судов и барж, способных идти против ветра и течения».

Первое судно с механическим приводом бортовых колес, приводимых в движение лошадьми, начало работать в 1682 г. на речной переправе в графстве Чатем. В Китае этот способ движения судов широко применялся начиная с пер­вого тысячелетия новой эры.

Первая паровая машина, нашедшая практическое применение, была соз­дана в 1698 г. английским инженером Томасом Сэвери. Пар охлаждался в ка­мере до образования конденсата. В результате резкого уменьшения объема воз­никал парциальный вакуум, используемый для откачивания воды из угольных шахт.

Официальная история парового движения на флоте начинается после изобретения в 1690 г. парового цилиндра. В 1707 г. Д. Папен строит первое па­ровое судно, на котором он намеревался отправиться из Франции в Англию и продемонстрировать свою паровую машину в действии.

Поездка не состоялась, т. к. в нескольких километрах от Касселя, где строился пароход, члены ассоциации речных перевозчиков остановили судно, вытащили его на берег и за ночь разобрали на части, строго предупредив пас­сажиров о необходимости пользоваться только их услугами.

В двигателе, изобретенном английским инженером Томасом Ньюкоме­ном около 1710 г., пар внутри цилиндра толкал вверх поршень. Затем цилиндр охлаждали, чтобы сконденсировать пар и вернуть поршень в нижнее положе­ние. При конденсации пара давление в цилиндре падало, и атмосферного дав­ления было достаточно, чтобы поршень опустился вниз. Поэтому Ньюкомен назвал свой двигатель пароатмосферным. Он применялся для работы шахтных насосов. Хотя эффективность этого двигателя была выше, чем у машины Сэве- ри, он работал очень медленно и с низким КПД. Это объясняется тем, что после охлаждения цилиндр нужно было снова нагревать, чтобы заставить пар толкать поршень вверх, иначе он бы сразу конденсировался.

В 1730 г. доктор Джонсон Аллен предложил использовать вакуумный на­сос Савери, который должен был обеспечивать движение судна переодическим закачиванием и выбросом воды из кормовых сопел, однако сделать пригодный для установки на судне насос Савери не удалось.

В 1736 г. англичанин Джонатан Халлс получил первый в истории флота патент на паровое судно для буксировки кораблей в гавани. В нем был описан способ преобразования поступательного движения парового двигателя во вра­щательное, получивший название кривошипно-шатунный механизм (КШМ). Патент предусматривал использование парового двигателя Ньюкомена, но низ­кая мощность и громоздкость первых пароатмосферных машин не позволили реально осуществить этот проект.

Проблему решил шотландский инженер Джеймс Уатт. В созданном им в 1769 г двигателе пар направлялся в отдельную камеру для конденсации. Так как цилиндр не нужно было поочередно нагревать и охлаждать, тепловые поте­ри двигателя были относительно небольшими. Кроме того, двигатель Уатта был более быстродействующим, поскольку можно было подавать большее количе­ство пара в цилиндр, как только поршень возвращался в свое исходное положе­ние. Благодаря этому и другим усовершенствованиям, придуманным Уаттом, для паровой машины нашлись многочисленные практические применения.

В 1770 г. французский аристократ граф Клод Франциск Иосиф де Акси- рон, после отставки из армии, начинает работу над паровым баркасом. В начале 1772 г. он получает от французского правительства согласие на выдачу лицен­зии на исключительное право эксплуатации паровых судов в течение 15 лет. Условием для выдачи лицензии было признание Академией наук практической полезности его изобретения.

23 мая 1772 г. де Аксирон и Чарльз Франсуа Моннин де Фолине основы­вают компанию по строительству паровых судов и недалеко от иль де Кигнес начинают строить свой пароход, сразу столкнувшись с негативным отношени­ем речных перевозчиков, использующих лошадей для речных переправ и гру­зоперевозок по рекам и каналам.

Другой французский аристократ - маркиз Клод Франциск Жофрей де Аб- банс, знакомый с идеями друга его отца, де Аксирона, в 1783 году проводит ис­пытания парохода «Пироскаф». Пароход длиной 148,5 м с грузом в 160 т под аплодисменты зрителей 15 минут двигался против течения реки.

Речным монополистам удалось задержать появление паровых судов во Франции, но остановить развитие парового судостроения они были уже не в со­стоянии. Позже в аналогичном положении оказались паровозы и автомобили.

Ниже приведена краткая хронология первого этапа развития парового су­доходства - от публичной демонстрации первого парохода до начала океанско­го судоходства (1783-1838 гг.).

1783 г. Демонстрация парохода «Пироскаф» маркиза Жофрея де Аббанса (Франция).

1786. г. Дж. Фитч строит баркас с паровым весельным приводом и 28 ию­ля проводит его испытания (США).

1787 г. Демонстрация на р. Потомак паровой лодки с водометным двига­телем Джеймса Рамсея из Мэриленда (США).

1786. г. Уильям Саймингтон , Джеймс Тейлор и Патрик Миллер органи­зуют компанию по строительству паровых судов (Великобритания).

1787. г. Дж. Фитч строит пароход с кормовым гребным колесом, состоя­щим из трех весел, объединенных в круг, и приступает к разработке коммерче­ского варианта парохода (США).

1788 г. Компания «Саймингтон, Миллер и К^о» строит первый английский пароход - катамаран с гребным колесом, установленным между корпусами (Великобритания). В 1789 г. эта же компания строит однокорпусной линейный пароход и начинает грузоперовозки на р. Клайд. Водоизмещение парохода 20 т, скорость 8-11 км/час (Великобритания).

1790 г. Открытие на реке Делавер первой регулярной пароходной пере­правы, Дж. Фитч (США).

1792. г. Элидж Ормсби строит первый паровой плавкран. Плавкран рабо­тал в Виндзорской бухте и заливе Нейреженсет и мог развивать скорость до

3. миль/час (США).

1792. г. Первая попытка Сэмюэля Морея организовать регулярные при­брежные перевозки через пролив Лог-Айленд на линии Хартфорд - Нью-Йорк (США).

1796 г. Дж. Фитч строит паровой катер с гребным винтом Архимеда и на­чинает его испытания в Нью-Йоркской гавани (США).

1798 г. Для обеспечения регулярного судоходства на р. Коннектикут пол­ковник Джон Кокс Стивенс начинает в Хартфорде строительство паровых ко­лесных баркасов (США).

1802 г. Уильям Саймингтон строит паровой буксир «Шарлотта Дундас».

1802. г. Роберт Л. Стивенс открывает в Нью-Йорке регулярную паромную переправу через Гудзон (США).

1803. г. В Париже Роберт Фултон демонстрирует работу своего первого парохода (Франция).

1804. г. Оливер Эванс из Джорджии демонстрирует первую амфибию, ис­пользующую паровой привод для передвижения по воде и суше (США).

1804 г. Джон К. Стивенс строит четырехлопастный одновинтовой паро­вой баркас (США).

1807. г. Первый рейс парохода «Клермонт» и открытие на р. Гудзон регу­лярной пароходной линии Нью-Йорк - Олбани (США).

1808. г. Роберт Л. Стевенс выполняет первый морской пароходный рейс из Нью-Йорка в Филадельфию (США).

1811. г. В Питтсбурге строится первый серийный речной пароход «Новый Орлеан» (США).

1812. г. Генри Белл устанавливает паровой двигатель на небольшое па­русное судно «Комета», ставшее первым пассажирским пароходом Европы (Великобритания).

1814. г. По проекту Р. Фултона строится первый военный пароход - бата­рейный катамаран «Глас народа» (США).