Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Антонов, А. А. Устройство морского судна учебное пособие для подготовки специалистов в мореходных школах

.pdf
Скачиваний:
86
Добавлен:
22.10.2023
Размер:
12.08 Mб
Скачать

внутреннего сгорания. Если при этом воспламенение топлива осу­ ществляется за счет температуры сжатия воздушного заряда, дви­

гатель называется дизелем. Смесь газов, образующихся при сго­ рании топлива, имеет высокое давление и температуру. Расширя­

ясь внутри цилиндра, газы перемещают поршень и движение его передается через кривошипно-шатунный механизм коленчатому валу. Для получения большей мощности и равномерного вращения

вала двигатели делаются мпогоцплиндровыми (рис. 22). Мощ­

ность судовых дизелей бывает самой различной: от нескольких

десятков лошадиных сил — на небольших катерах

до 30—40 тыс.

л. с.— на крупнотоннажных судах.

двигателями —

Основные достоинства дизеля перед другими

наименьший расход топлива (150—180 г/л с.-ч) и сравнительно

небольшое вспомогательное оборудование. За счет меньших запа­

сов топлива и меньших размеров машинного отделения увеличива­

ется полезная грузоподъемность судна. Однако при мощности свы­

ше 10—20 тыс. л. с. установка становится громоздкой и не всегда

выгоднее турбинной.

Судовые паровые турбины работают на ином принципе ,(рис. 23). Свежий пар подводится в направляющий аппарат (сопло), где

расширяется и приобретает большую скорость. Из сопла струя па­

ра направляется на рабочие лопатки турбинного диска, который

жестко закреплен на валу. Передавая лопаткам свою энергию, пар заставляет диск, а вместе с ним и вал вращаться со скоростью

зо

Рис. 23. Схема простейшей паровой

Рис. 24. Схема главного турбозубча-

турбины:

 

того агрегата:

/ — направляющий

аппарат

(сопло); 2 —

/ — редуктор; 2 — маневровые клапаны

рабочая лопатка;

<7—вал;

4— диск

 

нескольких тысяч оборотов в минуту. Направляющий аппарат и

диск с лопатками называются ступенью турбины. Рассмотренная

простейшая турбина является одноступенчатой.

Главные турбины делаются многоступенчатыми. Ступени обыч­

но размещают в двух корпусах (рис. 24) — турбине высокого дав­ ления (ТВД) и турбине низкого давления (ТНД). Отработав

последовательно во всех ступенях, пар выпускается из ТНД в кон­

денсатор. Полученная пресная вода снова направляется в глав­ ные котлы для образования пара. Мощность обеих турбин пере­ дается на гребной винт через зубчатый редуктор, с которым тур­ бины образуют единый главный турбозубчатый агрегат (ГТЗА).

Для осуществления реверса в корпусе ТНД установлена турбина заднего хода (ТЗХ).

Паротурбинные установки уступают дизельным в экономично­

сти (расход топлива .180—250 г/л. c.-ч.), но могут быть построены

на большую мощность при сравнительно небольших габаритах.

Благодаря равномерному вращению вала турбины отличаются ис­ ключительно малым износом деталей.

Паровые турбины применяют в основном на крупных судах,

где требуется мощность более 10—20 тыс. л. с., а также на судах

с атомными реакторами. Мощность существующих ГТЗА достигает

70—80 тыс. л. с., причем на судне иногда устанавливают до четы­ рех таких агрегатов.

Судовые газовые турбины. Принцип работы простейшей газо­

турбинной установки (ГТУ) показан ,на рис. 25. Воздух из атмо­ сферы засасывается компрессором, сжимается и затем подается в

камеру сгорания, куда одновременно впрыскивается топливо. Об­ разующиеся при сгорании топлива газы поступают в турбину и

приводят ее в движение. Турбина вращает компрессор и гребной

винт.

31

Рис. 25. Схема простейшей газотурбинной установки:

/ — форсунка; 2 — камера сгорания; 3 — воздухопровод; 4 — неподвижные направляющие лопатки; 5 — рабочие лопатки; 6—выхлопной патрубок; 7 — зубчатый редуктор; 8 — гребной впит; 9 — компрессор; 10— пусковой электродвигатель

Компрессор, камера сгорания и турбина собираются в единый

агрегат. Для первоначального раскручивания турбины служит

пусковой электродвигатель, питающийся током от вспомогатель­

ного дизель-генератора. Реверс осуществляется обычно с помощью

винта регулируемого шага.

Судовые

ГТУ по экономичности близки к паровым турбинам,

а по весу и

габаритам — наиболее легкие и компактные из всех

применяемых двигателей. Мощность судовых ГТУ достигает

30 тыс. л. с. в агрегате. На морских судах ГТУ стали применять

сравнительно недавно, по мере накопления опыта эксплуатации

и совершенствования конструкций они должны получить значи­

тельное распространение.

Судовые атомные установки. Источником тепловой энергии в этих установках служит атомный реактор, в котором происходит

деление ядер урана и других расщепляющихся материалов. На

рис. 26 показана схема атомной энергетической установки ледоко­

ла «Ленин». Установка выполнена двухконтурной. В первом кон­ туре теплоносителем служит обычная дистиллированная вода под высоким давлением, циркулирующая через реактор. Теплота, вы­ деленная в результате атомной реакции, непрерывно отводится

этой водой в парогенераторы, где вырабатывается пар второго контура, используемый для работы четырех главных турбин мощ­

ностью по 11 тыс. л. с.

Каждая турбина приводит в действие через редуктор два гене­ ратора постоянного тока напряжением 600 В. Через главный рас-;

пределительный щит электроэнергия питает средний гребной элект-'

родвигатель мощностью 19,6 тыс. л. с. и два бортовых по 9,8 тыс.,

л. с. Для защиты экипажа от вредных излучений реакторы и все

32

Рис. 26. Схема главной энергетической установки ледокола «Ленин»:

/—,атомные реакторы;

2 — стабилизаторы давления; 3 — парогенераторы; 4 — циркуляцион­

ные электронасосы; 5 — паровые турбины;

6 — конденсаторы; 7 — редуктор: 8— электроге­

нераторы; Р —главный

распределительный

щит электродвижения; 10 — средний гребной

электродвигатель;

// — бортовые гребные электродвигатели; 12— гребные винты

агрегаты первого контура окружены надежной биологической за­

щитой из слоя воды и стальных плит.

Основное преимущество судов с атомными установками —•

практически неограниченная дальность плавания без пополнения запасов топлива. Суточный расход ядерного горючего не превы­ шает нескольких десятков граммов, а смену тепловыделяющих элементов в реакторах можно производить один раз в два-три года.

Передачи. Мощность главных двигателей может передаваться

на гребной винт посредством прямой, зубчатой или электрической

передачи (рис. 27).

Прямая передача представляет собой валопровод, со­ стоящий из нескольких соединенных в одну линию валов, лежащих

в опорных подшипниках. Наиболее ответственные узлы валопрово­ да — главный упорный подшипник и дейдвудное устройство. Глав­ ный упорный подшипник воспринимает упорное давление, созда­

ваемое гребным винтом, и передает его корпусу судна. Дейдвудное

устройство служит опорой для концевого (деидвудиого) вала и

одновременно уплотнением места выхода вала наружу.

Прямая передача самая простая и распространенная. Однако она применима в основном при малооборотных двигателях, так как

у большинства судов наибольший к. п. д. гребного винта достига­

ется при частоте вращения 100—200 об/мин.

Если дизель или турбина имеет большую частоту вращения, чем требуется для винта, применяют зубчатую передачу, при

которой между двигателем и валопроводом включен понижающий

зубчатый редуктор. Быстроходные двигатели при равной мощности имеют меньшие размеры и массу, поэтому, несмотря на наличие ре­

дуктора, установка в целом получается более компактной и лег­

кой. Достоинством передачи является и то, что она позволяет ра­ ботать на один винт нескольким двигателям, часть из которых

3 Устройство морского суяяа

33

Рис. 27. Типы передач:

а — прямая передача; б —зубчатая пере­ дача (дпзель-редукторпая установка); в — электрическая передача (дизель-электри­

ческая установка);

1 — малооборотпый

ди­

зель;

2 — валопровод;

3 — дейдвудное

уст­

ройство; 4 — главный

упорный

подшипник;

5 — быстроходные

дизели; 6 — гидромуф­

ты;

7 — зубчатый

редуктор;

3 — гребной

электродвигатель:

9 — дизель-генератор

можно при желании отключать с помощью гидромуфт. Однако в зубчатой передаче теряется 2—3% полезной мощности.

При электрической передаче главные дизели или тур­ бины приводят в движение генераторы, а электроэнергия от них питает гребные электродвигатели, которые вращают винты. Элект­ ропередача обеспечивает судну высокие маневренные качества, по­

этому широко применяется на ледоколах, ледокольно-транспортных

судах, паромах, буксирах-спасателях, на некоторых пассажирских

судах. Недостаток передачи — сложность оборудования, значитель­ ная потеря мощности (10—15%).

§ 9. ДВИЖИТЕЛИ

Движителем называется устройство, преобразующее энергию судового двигателя в энергию движения судна. Движителями мо­

гут быть:

гребные винты,

крыльчатые и водометные движители,

 

 

 

воздушные винты, гребные колеса,

 

 

 

паруса, весла. На большинстве сов­

 

 

 

ременных судов в качестве движи­

 

 

 

теля используется

гребной

винт,

 

 

 

имеющий наиболее простую и на­

 

 

 

дежную конструкцию.

 

 

 

 

из

Гребной винт (рис. 28) состоит

 

 

 

ступицы

и нескольких

(чаще

 

 

 

3—5) лопастей. При вращении вин­

 

 

 

та лопасти отбрасывают массы во­

 

 

 

ды вдоль оси вращения и создают

 

 

 

реактивную силу, называемую упо­

 

 

 

ром. Упор передается по гребно­

 

 

 

му валу на упорный подшипник,

 

 

 

прочно укрепленный в корпусе, и

 

 

 

движет судно.

изготовляют из

Рис. 28. Гребной винт;

/ — об­

 

Судовые

винты

текатель; 2

пасть

 

бронзы, латуни, легированной ста­

 

ступица;

3 — ло­

ли,

так как эти материалы хорошо

 

противостоят

коррозии и длитель-

 

 

 

34

но сохраняют чистоту поверхности лопастей. Применяются опыт­ ные винты из капрона, нейлона, стеклопластика.

Основными характеристиками винта являются:

диаметр — диаметр окружности, описываемой наиболее уда­

ленными от оси точками лопастей; у крупных судов диаметр вин­

тов может достигать 8—10 м;

шаг — расстояние, которое прошел бы винт за один оборот в

плотной среде, при отсутствии скольжения. По величине шаг вин­

та близок его диаметру;

частота

вращения — число оборотов в минуту на

расчетном

режиме, при котором винт имеет наибольший к. п. д.;

у

крупных

и средних

судов — 100—200 об/мин, у небольших — 500

об/мин и

более.

По направлению вращения различают винты правого и левого вращения. Винт правого вращения при переднем ходе вращает­ ся по часовой стрелке (если смотреть с кормы в нос). У-такого

винта, если взгляд наблюдателя направлен перпендикулярно дис­

ку винта, правые кромки верхних лопастей расположены дальше,

чем левые. У винта левого вращения — наоборот.

Одновинтовые суда чаще имеют винт правого вращения. Двух­

винтовые суда для лучшей управляемости оборудуются винтами разного вращения.

По конструкции гребные винты делятся на винты фиксирован­

ного и регулируемого шага.

. Винты фиксированного шага (ВФШ) — это обычные винты с неизменяемым шагом. Они бывают цельнолитыми или со съемны­

ми лопастями. Цельнолитые винты проще в изготовлении, имеют более высокий к. п. д., а потому и самые распространенные. Вин­

ты со съемными лопастями применяют главным образом у судов

ледового плавания, у которых возможны более частые поломки

лопастей. Ступицы и лопасти таких винтов делают стальными.

Винты регулируемого шага (ВРШ) в отличие от ВФШ имеют

полую ступицу увеличенного диаметра; в ней размещен механизм,

с помощью которого можно поворачивать лопасти вокруг их вер­

тикальной оси и тем самым изменять шаг винта. Управляют ме­

ханизмом поворота лопастей с мостика посредством привода, рас­

положенного в валопроводе.

Конструкция ВРШ позволяет, не изменяя направление и час­

тоту вращения винта, осуществлять реверс (задний ход), удержи­ вать судно на месте, устанавливать наиболее выгодный шаг винта для разных режимов работы судна. Все это делает судно более маневренным, значительно снижает расход топлива на перемен­

ных режимах.

Важным

достоинством

является и

то, что

ВРШ позволяет

применить

на судне

нереверсивный

главный

двигатель.

 

 

 

 

Поэтому, несмотря на сложность конструкции, ВРШ широко используются на промысловых судах, буксирах, паромах, а в по­ следние годы — ина крупных транспортных судах. На новых тан­

керах типа «Крым» установлен ВРШ диаметром 7,5 м.

3*

35

Рис. 29. Крыльчатый движитель: а — общий вид; б — расположение на судне

Крыльчатый движитель (рис. 29) представляет собой горизон­ тальный диск, установленный заподлицо с днищевой обшивкой в

кормовой части судна. По окружности диска расположено не­ сколько погруженных в воду вертикальных поворотных лопастей.

Диск приводится во вращение нереверсивным главным двигате­ лем. Лопасти, вращаясь вместе с диском, одновременно поворачи­ ваются и вокруг своей вертикальной оси, вследствие чего созда­

ется упор, движущий судно. C помощью специального механизма,

управляемого с мостика, можно изменять режим поворота лопа­

стей, а тем самым изменять направление и величину упора. Поэто­ му суда с крыльчатыми движителями обладают исключительной

маневренностью: они могут двигаться вперед, назад, разворачи­ ваться на месте, двигаться лагом (бортом). При этом судно не нуждается в рулевом устройстве.

К недостаткам крыльчатых движителей относятся невысокий к. п. д„ сложность устройства, слабая защищенность от ударов о

препятствия. Их применяют на судах, которые должны иметь вы­

сокие маневренные качества при малых скоростях, например, на плавучих кранах, портовых буксирах, паромах.

§ 10. ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Вспомогательные котлы вырабатывают пар для работы паровых

механизмов и различных подогревателей, отопления помещений, хозяйственных целей. Особенно большие потребности в паре бы­ вают на танкерах, где требуется подогревать вязкие жидкие гру­

зы. Пар распределяют по двухпроводной схеме: по одной магист­ рали поступает свежий пар от котла, по другой — отработавший пар уходит в конденсационное устройство, откуда пресная вода вновь направляется в котел.

На современных теплоходах для работы вспомогательных кот­

лов наряду с нефтяным топливом широко используют теплоту вы­

36

хлопных газов от главных двигателей (утилизационные котлы), что повышает экономичность установки.

На паровых судах вспомогательные котлы могут отсутствовать, и все потребности в паре обеспечивают главные котлы.

Судовое электрооборудование состоит из основной и аварийной

электростанций, электрических сетей и потребителей тока.

Основная электростанция, обеспечивающая электро­

энергией все судовые потребители, размещается в машинном от­

делении или отдельном отсеке. Она включает в себя от двух до

пяти генераторов тока и главный распределительный щит. Каж­ дый генератор приводится в движение отдельным вспомогательным двигателем, который составляет с ним единый агрегат. В за­

висимости от типа двигателя такой агрегат может быть дизель-

генератором, турбогенератором или парогенератором. На некото­

рых судах применяют также валогенераторы, которые при уста­ новившемся ходовом режиме приводятся в движение от гребного

валопровода.

Центральный узел станции — главный распределительный щит

(ГРЩ), на котором смонтированы все необходимые для управле­

ния

и контроля приборы. Ток от генераторов поступает на ГРЩ

и с

него подается к потребителям по электрическим сетям

(рис. 30).

Электросети состоят из кабелей, проводов и вторичных рас­

пределительных щитов. Вторичные щиты — групповые и индиви­

дуальные— устанавливаются вблизи потребителей. На судах име­

ются самостоятельные сети: силовые (для питания электропривода

механизмов), основного и

переносного освещения, навигацион­

ных приборов, слабого тока

(связь, сигнализация) и др.

Мощность основной станции иа крупных судах может доходить

до 1,5—3 тыс. кВт и более.

Аварийная электростанция, предназначенная для пи­ тания наиболее ответственных потребителей в случае выхода из строя основной станции, устанавливается на всех судах, кроме

небольших прибрежного плавания. К таким потребителям отно­

сятся: сеть аварийного освещения (освещение постов управления,

проходов, трапов, мест спуска шлюпок), радиостанция, навига­

ционные приборы, сигнализация, электроприводы руля, водонепро­ ницаемых дверей, пожарных и водоотливных насосов.

Рис. 30. Принцип распределения электроэнергии на судне:

Л. Л. G-основные генераторы; ГРЩ главный распределительный щнт; ГЩ — групповые распределительные щиты; АГ — аварийный генератор; АЩ— аварийный распределительный щит; /—основная электростанция; 2 — аварийная электро­ станция; 3 — электрические сети; 4 — по­

требители электроэнергии

37

Аварийную электростанцию располагают в отдельном помеще­

нии выше палубы переборок, обычно в основной надстройке. В со­

став станции входят отдельный распределительный щит и аварий­

ный дизель-генератор или аккумуляторная батарея, которые вклю­

чаются в работу автоматически при падении напряжения на

шинах ГРЩ. Запас топлива дизель-генератора или емкость бата­

реи обеспечивают непрерывное питание сети в течение

не менее

36 ч — на пассажирских судах и 3—6 ч — на грузовых.

При этом,

если аварийным источником тока служит дизель-генератор, в до­

полнение к нему устанавливают еще небольшую аккумуляторную батарею в качестве кратковременного аварийного источника то­

ка. Она рассчитана на питание в течение 30 мин аварийного осве­

щения и сигнализации.

Мощность аварийной электростанции обычно не превышает

100—150 кВт.

Род тока и напряжение. На судах применяют как пе­

ременный (обычно трехфазный), так и постоянный ток стандарт­ ного напряжения (табл. 1). Частота переменного тока 50 Гц. При

трехфазном переменном токе используют трехпроводную систему

(три фазных провода) или четырехпроводную (три фазных и один нулевой провод), при постоянном токе — двухпроводную (два про­

вода— плюс и минус). Использование корпуса судна

в качестве

одного из проводов не

разрешается (такая система

допускается

только на малых судах,

кроме танкеров, при напряжении не

выше1

24 В).

 

 

Таблица

 

Напряжение тока, В

Потребители

переменный

посто­

 

 

янный

 

 

 

ток

 

 

 

TOK

 

 

 

 

Силовые потребители..................................................................

 

 

380

220

Стационарное освещение, штепсельные розетки в сухих по­

 

220

220

мещениях . ..............................................................

 

Штепсельные розетки для переносных инструментов .

 

42

24

Штепсельные розетки для переносных ручных ламп в поме­

 

 

 

щениях:

 

 

24

24

с повышенной влажностью .........

 

особо сырых..........................

...................................................

 

12

12

Наибольшее распространение на современных судах получил

переменный ток, что объясняется рядом причин. Двигатели пере­ менного тока имеют меньшие габариты и массу, более простую кон­ струкцию, проще в обслуживании. Применение переменного тока

позволяет легко получать любое необходимое напряжение с по­

мощью трансформатора, а также упрощает подачу питания с бе­

рега.

Однако и постоянный ток имеет свои достоинства. Двигатели

постоянного тока допускают плавное и широкое регулирование числа оборотов, быстрое реверсирование и торможение, способны

58

выдерживать значительные перегрузки. Поэтому постоянный ток

часто применяют в гребных электрических установках, а также для привода палубных механизмов. Постоянный ток используется и в

аккумуляторных сетях.

Судовое освещение. В качестве источников света на су­ дах применяются электрические лампы накаливания и люминес­ центные лампы. Лампа вместе с арматурой, в которую она заклю­ чена, называется светильником. Судовые светильники, как и другое

электрооборудование, бывают открытого, защищенного, брыз­

гозащищенного, водозащищенного и взрывобезопасного испол­

нения.

Тип арматуры светильника определяется условиями его работы и требованиями техники безопасности. Например, переносные ручные лампы с внешней электропроводкой должны иметь арма?

туру в водозащищенном исполнении. Светильники, применяемые

в местах возможного скопления взрывоопасных газов (аккумуля­ торное помещение, насосное отделение танкера и т. п.), должны быть взрывобезопасного типа.

§ 11. АВТОМАТИЗАЦИЯ СУДОВ

На современных судах для управления различными механиз­

мами, устройствами и системами широко применяется автоматика.

Автоматизация судов облегчает эксплуатацию сложной судовой

техники, повышает производительность труда моряков, позволяет сократить численность экипажей. Не менее важно и то, что средст­

ва автоматизации обеспечивают более эффективное использова­ ние судовых механизмов и судна в целом за счет постоянного под­

держания оптимальных режимов их работы.

Различают частичную автоматизацию судов и комплексную.

Под частичной автоматизацией понимается автоматизация ра­ боты отдельных судовых механизмов и устройств, например авто­

матизация управления и регулирования работы дизель-генерато-

Рис. 31. Прпцип управления энергетической установкой на комплексно-автома­ тизированном судне:

ДАУ — пульт дистанционного автоматического управления в рулевой рубке; ЦПУ — цен­ тральный пост управления в машинном отделении; ЭУ — энергетическая установка

39

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ