МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ХЕРСОНСЬКА ДЕРЖАВНА МОРСЬКА АКАДЕМІЯ

Факультет суднової енергетики

Кафедра експлуатації суднових енергетичних установок та загальноінженерної підготовки

Шифр №

Реєстр №

КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ

з дисципліни «Суднові допоміжні установки і системи»

З дисципліни Суднові допоміжні установки і системи

Факультет Суднової енергетики

Освітньо-кваліфікаційний

рівень бакалавр

Галузь знань 0701 «Транспорт і транспортна інфраструктура»

Напрям підготовки 6.070104 Морський та річковий транспорт

Професійне спрямування Експлуатація суднових енергетичних установок

Курс другий/третій

Форма навчання денна/заочна

Херсон 2014р.

Конспект лекцій з дисципліни дисципліни «Суднові допоміжні установки і системи» розробив у відповідності з робочою навчальною програмою старший викладач кафедри експлуатації суднових енергетичних установок та загально інженерної підготовки В.І. Кавун.

Конспект лекцій розглянуто та ухвалено на засіданні кафедри експлуатації суднових енергетичних установок та загальноінженерної підготовки.

___ __________ 2014 р. Протокол № ___

Завідувач випускаючої кафедри _______________ А.В. Букетов

Декан факультету _ _______________ Є.В. Білоусов

Завідувач навчально-методичного відділу _________ В.В. Черненко

Зміст

Лекція № 1 Основні поняття насосів. Фізичні властивості рідини. Основні терміни і поняття гідравліки. Загальні відомості про гідравлічні збитки.		6
Лекція № 2 Класифікація насосів по принципу дії. Насоси об’ємного принципу дії. Поршневі насоси їх принципові схеми і принцип дії.		11
Лекція №3 Нерівномірність подачі поршневих насосів і способи її зменшення. Конструктивні різновидності поршневих насосів. Запобіжні клапани і необхідність їх установки.		19
Лекція №4 Роторні насоси. Класифікація по характеру руху і виду робочих органів. Загальні властивості роторних насосів. Схеми, принцип роботи, устрій, основні параметри, область застосування і експлуатація, шестеренних, гвинтових, пластинчастих, радіально-поршневих і аксіально-поршневих насосів.		25
Лекція №5 Лопатеві насоси. Схема і принцип дії відцентрового насоса. Конструктивні різновидності робочого колеса, підводу і відводу. Осьова сила		28
Лекція №6 Фізичний зміст рівняння Ейлера. Кути встановлення лопаток на виході із робочого колеса, відповідні їм трикутники швидкостей і їх характеристики. Вихрові і осьові насоси.		33
Лекція №7, 8 Повітряний компресор як насос, що забирає повітря із атмосфери і стискує його однократно або в декілька прийомів до меншого об’єму та великого тиску. Індикаторна діаграма поршневого компресора. Двоступеневе стискання. Принципові схеми повітряних компресорів: одноступеневого, двоступеневого із стисканням в різних циліндрах, типу «тандем». Необхідність охолодження повітря в кожній ступені.		40
Лекція №9 Ємкості для зберігання стиснутого повітря. Експлуатація повітряних компресорів і ємкостей. Характерні несправності і способи їх усунення.		45
Лекція №10 Вентилятори. Класифікація і конструкції відцентрових і осьових вентиляторів. Особливості конструкції герметичних, машино-котельних і переносних вентиляторів. Експлуатація суднових вентиляторів.		49
Лекція №11, 12, 13 Теплообмінні апарати. Класифікація і призначення теплообмінних апаратів. Принципи передачі тепла. Принципові схеми теплообмінних апаратів «прямоток» і «противоток» Поняття струминного розігріву палива. Експлуатація теплообмінних апаратів.		55
Лекція №14, 15 Призначення водоопріснюючих установок. Вимоги до дистиляту Принцип дії випарників киплячих (поверхневого типу) і перегрітої води (без поверхневого типу).		59
Лекція №16 Адіабатні водоопріснюючі установки.		63
Лекція № 17 Типові схеми і конструкція елементів вакуумних водоопріснюючих установок: «Атлас», «Нирекс».		69
Лекція №18 Елементи автоматики водо-опріснюючих установок. Солемір і автоматичний клапан соленості.		74
Лекція № 19, 20 Режим живлення і продування розсолу. Причини порушення режиму роботи водо-опріснюючої установки. Забезпечення без накипної роботи. Антипінні присадки. Обеззараження дистиляту і приготування із нього питної води.		79
Лекція №21 Дистиляційні установки зворотного осмосу.		80
Лекція №22, 23, 24 Призначення і класифікація сепараторів палива і масла. Основні вузли і кінематична схема тарільчатого сепаратора. Принцип дії барабана. Принципова схема і принцип дії соплового сепаратора з берперервним розвантаженням Фільтри. Класифікація. Конструкції фільтрів.		85
Лекція №25, 26 Трюмні і баластні системи. Міжнародне і регіональні законодавства по попередженню забруднення морського середовища. Основні положення МАРПОЛ-73/78. Сепаратори трюмних вод. Системи пожежогасіння. Класифікація систем по виду середи і методу тушіння. Призначення, принцип дії, область застосування. Вимоги Регістру до систем водо тушіння.		125
Лекція №27, 28 Спеціальні системи танкерів. Призначення, принципові схеми і обладнання систем: Вантажної, зачисної, газовідвідної. Призначення, принципові схеми і обладнання систем: мийки і вентиляції танків, системи інертних газів. Загальні відомості про системи підігріву вантажу і зрошення палуб.		141
Лекція №29, 30 Системи побутового водо забезпечення. Принципові схеми систем питної, миттєвої і забортної води. Системи стічні і системи збору, обробки і видалення твердих відходів		167
Лекція №31 Системи вентиляції і опалення.		173
Список літератури		179

Лекція 1.

Тема: Основні поняття насосів. Фізичні властивості рідини. Основні терміни і поняття гідравліки. Загальні відомості про гідравлічні збитки.

Мета: Ознайомлення з загальними поняттями, класифікацію та параметрами насосів.

План лекції

1. Основні поняття, визначення і параметри насосів та мережі

2. Параметри (технічні показники) насоса.

До допоміжного енергетичного обладнання відносять механізми і пристрої, що забезпечують різні потреби судна, в тому числі і роботу головної енергетичної установки (ГЕУ). Воно включає машини, апарати і допоміжні установки.

Машинами називають механічні засоби, дія яких пов'язана з перетворенням або передачею енергії. До найбільш поширених на суднах машин відносять насоси, вентилятори, компресори та гідропередачі.

Апарати - це технічні засоби, призначені для передачі теплової енергії від одного робочого тіла до іншого або реалізації тих чи інших доцільних фізико-хімічних процесів (наприклад, теплообмінні апарати, деаератори, випарники, фільтри і т. п.).

Допоміжною установкою називають автономний комплекс технічних засобів, пов'язаний зі зміною стану робочих тіл або виду енергії. У ньому основну роль відіграє той чи інший механізм або апарат, за найменуванням якого називають допоміжну установку (наприклад, в холодильній установці головний механізм є холодильна машина, в електролізної установки головний апарат електролізер, в насосній установці головний механізм насос і т. п.).

Системою прийнято називати сукупність трубопроводів, механізмів, апаратів, приладів, пристроїв і ємностей, що виконують певні функції по експлуатації судна.

Системою СЕУ називають сукупність трубопроводів з механізмами, апаратами, приладами, пристроями і ємностями, призначені для виконання певних функцій щодо забезпечення експлуатації суднових енергетичних установок (СЕУ).

Трубопроводи з арматурою і ємностями, що поєднують елементи системи в одне ціле, часто називають мережею системи. Цей термін буде використовуватися нижче.

Допоміжне обладнання класифікують за багатьма ознаками:

- за призначенням - на обладнання, яке обслуговує ЕУ, і устаткування общесудового призначення в залежності від функцій обладнання в складі СЕУ і систем;

- За принципом дії - залежно від процесів передачі та перетворення енергії або фізико-хімічних процесів, що відбуваються в механізмах або апаратах;

- За видом привода - на електроприводи, турбоприводи і двигуни внутрішнього згоряння (ДВЗ). На судах найбільше поширення отримали перші два. Останній, як правило, використовується у аварійних та резервних технічних засобів або в навішаних допоміжних механізмів.

При викладі питань теорії механізмів і апаратів будуть наведені й інші класифікації.

Основними загальними вимогами до суднового допоміжного устаткування є: надійність, живучість, безвідмовність в роботі, довговічність і ремонтопридатність. До спеціальних вимог відносять високі економічні показники в роботі при оптимальних масогабаритних характеристиках, безшумність в роботі, високу маневреність.

Надійність - властивість, обумовлена живучістю, безвідмовністю, довговічністю і ремонтопридатністю механізму, апарату або установки, що забезпечує збереження тактико-технічних властивостей (ТТВ) в заданих межах.

Живучість - здатність механізму або апарату протистояти пошкоджень і потенційна можливість відновлювати загублені ТТВ після усунення пошкодження.

Безвідмовність - здатність механізму або апарату безперервно зберігати працездатність у певних режимах і умовах використання.

Довговічність - властивість механізму або апарату довгостроково зберігати працездатність у певних режимах і умовах використання до втрати своїх основних властивостей і втрати заданих технічних показників.

Ремонтопридатністю називають властивість пристосованості механізму або апарату до відновлення після несправності і підтриманню ТТВ шляхом попередження, виявлення та усунення несправностей і відмов.

Маневреність - здатність механізму або апарату змінювати режим роботи в часі.

Перераховані вимоги повністю стосуються й допоміжним установкам і системам.

Уміння бачити перспективу розвитку техніки - одне з важливих вимог, що пред'являються до сучасного суднового інженера-енергетика. Надійним фундаментом для цього є знання історії розвитку та сучасного стану даної галузі техніки.

Допоміжне обладнання на судах почали встановлювати раніше, ніж головне. Ще в епоху парусного флоту на судах з'явилися шпилі, брашпилі, водовідливні та пожежні насоси з ручним приводом, опріснювальні установки, тобто обладнання загальносуднового призначення. Проте надалі розвиток допоміжного обладнання було тісно пов'язане з розвитком і вдосконаленням головним чином ГЕУ суден.

На початку XIX ст. на суднах в якості головного двигуна стали встановлювати парові поршневі машини. Перший пароплав в Росії - "Єлизавета" - був побудований в 1815 р. До цього ж часу відносилась і установка перших парових вогнетрубних котлів. Це вимагало включити до складу суднового обладнання конденсатори, циркуляційні насоси, живильні насоси поки ще з ручним приводом, насоси об'ємного типу.

У другій половині XIX ст. у зв'язку з появою броні та розділенням корпусів кораблів на відсіки виникла необхідність в системах осушення і водовідливу, диферентних і кренових системах. Разом з ними на суднах стали використовуватися поршневі і струменеві насоси. У 1838 р. інженером А. А. Саблуковим був розроблений перший в Росії відцентровий насос. Вже в кінці XIX ст. кораблі російського флоту повселюдно оснащувалися вітчизняними водоопреснюючими установками Круга, паровими і повітряними холодильними машинами (спочатку вуглекислотними, потім аміачними, повітряними і другими), вентиляторами і системами вентиляції. З 1834 р. на суднах стали встановлювати вентилятори. Творцем відцентрового вентилятора був також інженер А. А. Саблуков. Перший осьовий вентилятор був створений в Росії в 1854 р. військовим інженером Тепловим і відразу знайшов застосування на флоті. Елементи відкритих конденсатно-поживних систем можна зустріти на кораблях і суднах уже в середині XIX в. Спочатку до їх складу входили конденсатори, циркуляційні та живильні насоси, потім поршневі конденсатні, так звані мокровоздушні насоси для видалення з головного конденсатора конденсату і повітря.

Початок XX ст. ознаменувалося застосуванням на суднах тихохідних парових турбін, водотрубних парових котлів, замкнутої конденсатно-живильної системи. До складу ГЕУ увійшли масляні і паливні насоси (переважно поршневі), сепаратори масла, пароструменеві ежектори, відцентрові конденсатні насоси, а з 20-х рр.. широке поширення для перекачування в’язких рідин отримали роторні та роторно-поршневі насоси: шестеренні, гвинтові, а потім радіально-поршневі і аксіально-поршневі. З 1911р. для охолодження льохів боєзапасу та провізіонних приміщень стали застосовувати пароежекторні холодильні машини. Значний розвиток суднова холодильна техніка отримала в 30-і рр., коли вітчизняна промисловість освоїла виробництво фреонових компресорних холодильних машин холодопродуктивністю до 930 кВт і пароежекторних - до 700 кВт. Відпрацювання та освоєння абсорбційних бромисто-літієвих холодильних машин почалися в 50-х рр..

Значний розвиток допоміжне обладнання отримало в кінці 30-х рр.., Коли на суднах стали встановлювати швидкохідні парові турбіни з редукторами (ГТЗА) і високонапірні парові котли (парогенератори). СЕУ поповнилися високонапірними вентиляторами, турбоповітродувками, турбокомпресорами високого тиску. Широке поширення отримали гвинтові насоси. Поршневі насоси стали застосовуватися в ролі осушувальних і водовідливних на підводних човнах і в глибоководних апаратах, зачисних на спеціальних суднах, рідше в системах гідравліки і автоматики. Як і раніше скальчаті і плунжерні поршневі насоси знаходять застосування в ДВС в якості поживних і підживлювальних насосів в ядерних енергетичних установках (ЯЕУ). На невеликих судах і, як правило, на застарілих поршневі і водоструминні насоси використовуються в якості живильних насосів допоміжних парових котлів.

У 40-і рр.. в якості головних двигунів суден стали використовувати газотурбінні установки (ГТУ), до складу яких входили осьові багатоступінчасті компресори. У ГТУ торгового судна осьовий компресор вперше був застосований в 1951 р. (британський танкер "Ауріс"). На початок XX в. відносилося і впровадження в суднову техніку ротаційних компресорів. Останнім часом широкого поширення в складі холодильних машин отримали гвинтові компресори.

З розвитком ядерної енергетики (починаючи з 50-х рр.. Нашого століття і установкою на кораблях і суднах ЯЕУ в якості головних двигунів кількість і різноманітність допоміжного обладнання зростає. До складу ЕУ включають герметичні насоси, іонообмінні та електронно-іонообмінні фільтри, електролізні установки та ін Зростання енергонасиченості суднових приміщень, збільшення автономності плавання суден зажадали установки на них систем кондиціювання повітря (СКВ) та потужних холодильних машин. До складу перших СКВ входили низьконапірні вентилятори, магістральні повітроохолоджувачі, повітронагрівачі і фільтри. Але вже в 1960 р. з'являються перші вітчизняні суднові високонапірні СКВ. За останні роки широке поширення набувають високонапірні двоканальні СКВ, що включають установки кондиціонування повітря (УКВ), що складаються з кондиціонерів, установок повітро-охолодження, регенераційних установок та іншого обладнання.

Основні поняття, визначення і параметри насосів та мережі

Гідравлічними машинами називають такі машини, в яких відбувається силова взаємодія робочих органів з потоком середовища і їй повідомляється (або отримують від неї) механічна енергія. До гідравлічних машин відносяться насоси і вентилятори, гідравлічні передачі і гідравлічні двигуни.

Гідравлічні машини обслуговують суднові головні і допоміжні енергетичні установки (ЕУ), загальносуднові і спеціальні системи.

Насоси - машини для створення потоку рідкого середовища. У такій машині в процесі силової взаємодії її робочих органів (лопаток, поршня, шестерень, гвинтів і т. д.) з потоком рідини здійснюється перетворення механічної енергії приводного двигуна в механічну енергію рідини. Таким чином, рідина в насосі отримує енергію, завдяки якій вона переміщається по трубопроводам системи до споживачів.

Вентилятори - машини для подачі повітря або іншого газу з підвищенням його тиску на виході з машини не більше ніж в 1,15 рази. Через незначного підвищення щільності газу, наприклад до 7% (оскільки тиск газу в вентиляторах не підвищується більш ніж на 10-15% в порівнянні з початковим тиском), стискаємість середовища при розрахунку вентиляторів, так само як і при розрахунках насосів, не враховують. Тому вентилятори разом з насосами розглядають в групі гідравлічних машин.

Гідравлічна передача (гидропередача) - основа гідропрівода - складається з насоса, гідродвигуна і обслуговуючої їх апаратури. В гідропередачі відбувається безперервне подвійне перетворення енергії: в насосі рідина отримує енергію, а потім, вступивши до гідродвигуна, рідина віддає отриману енергію, забезпечуючи тим самим передачу енергії з ведучого вала на ведений вал. Гідропередачі передають енергію на відстань за допомогою робочої рідини.

Гідравлічний двигун (гідродвигун) - машина для перетворення енергії протікаючої через неї рідини в енергію руху вихідного робочого органу.

На суднах знаходять застосування всі з перерахованих гідравлічних машин. Найбільш же широко використовуються насоси.

Параметри (технічні показники) насоса.

Роботу насоса характерізують наступні основні параметри: подача, напір, тиск, потужність, коефіцієнт корисної дії (ККД), частота обертання (кутова швидкість), геометрична висота всмоктування (підпір) і вакуумметрична висота всмоктування (ГОСТ 1739-72 Насоси. Терміни та визначення).

Подачею насоса називається кількість рідини, що подається насосом в одиницю часу з напірного патрубка в трубопровід. Подача насоса може вимірюватися або в одиницях об'єму, або в единицях маси. Масова подача G, кг / с, кг / год - відношення маси подаваємої рідини до часу. Об'ємна подача Q, м3 / с, м3 / ч, л / хв-відношення обєму рідини, що подається до часу. Масова подача пов'язана з об'ємною рівністю

(1.1)

Тут ρ- щільність рідини, кг/м3.

Напором насоса (за фізичним змістом) називається приріст механічної енергії, що отримується одиницею маси (1 кг) рідини, що проходить через насос. Напор насоса характеризується різницею механічної енергії одиниці маси рідини на виході з насоса (нагнітальний патрубок) і на вході в нього (всмоктуючий патрубок) і визначається залежністю Н = Ен-Ев.

Теоретичний натиск - це та енергія, яка повідомляється одиниці маси рідини в робочих елементах насоса, витрачається одиницею маси рідини на подолання гідравлічних опорів в насосі (мережі) за одиницю часу.

Потужність - енергія, передана потоку рідини в насосі за одиницю часу.

, КВт

, к.с. кВт

Коефіцієнт корисної дії (ККД) насоса

- враховує механічні

втрати в сальниках, підшипниках і т.п.

Класифікація насосів і область їх застосування

Насоси класифікують за принципом дії, призначенням і іншим ознаками, до яких відносяться, наприклад, рід перекачуваної рідини, тип приводного механізму, розташування валу приводу, число ступенів і потоків, розташування робочих органів і т. п.

За принципом дії суднові насоси діляться на динамічні та об'ємні.

У динамічних насосах енергія передається потоку в результаті силової взаємодії лопатей обертового робочого колеса з обтічними їх рідиною або змішування переміщування середовища з робочим середовищем, що володіє більшою енергією. Потоку повідомляється головним чином кінетична енергія, яка потім перетворюється в потенційну енергію. Робоча камера динамічного насоса постійно сполучується з вхідним і вихідним патрубками.

До динамічних насосів відносяться: лопатеві (відцентрові, діагональні, осьові), насоси тертя (вихрові, струменеві, дискові та ін), електромагнітні та ін

В об'ємних насосах енергія передається потоку шляхом силового впливу витискувача на рідину в робочій камері, обсяг якої періодично змінюється, і вона поперемінно сполучається з вхідними та вихідними патрубками. Потоку повідомляється в основному потенційна енергія.

До об'ємних насосів відносяться: насоси зі зворотно-поступальним рухом тіла витіснення (поршневі і плунжерні, діафрагмові), роторні (гвинтові, шестеренні, роторно-поршневі, водокільцеві), крильчасті.

В залежності від деяких загальних конструктивних ознак динамічні та об'ємні насоси класифікують:

- за родом перекачується рідини (води, нафтопродуктів тощо);

- за типом двигуна (електронасос, турбонасос, мотопомпа);

- по розташуванню вала (вертикальні, горизонтальні);

- по числу ступенів і потоків (одноступінчасті, двоступінчасті, триступінчаті і т. д.);

- на вимогу експлуатації (регульований, оборотний, дозувальний, самовсмоктуючий та ін.)

Насоси, що мають найбільш широке застосування на суднах, будуть розглянуті у відповідних розділах.

За призначенням суднові насоси можна розділити на слідуючі основні групи:

- насоси, що обслуговують ЕУ судна (головні і допоміжні);

- насоси загальносудового призначення.

До першої групи відносяться конденсатні, живильні, бустерні, циркуляційні, охолоджуючі, паливні, паливоперекачуючі, масляні, маслоперекачуючі та інші насоси, а також котельні та машинні вентилятори.

До другої групи насосів загальносудового призначення належать пожежні, осушувальні, баластні, водовідливні і т.д.