книги из ГПНТБ / Помухин, В. П. Дизельные установки, механизмы и оборудование промысловых судов

§ 8

Дизель-электрические установки

Как известно из истории развития судового дизелестроения, дй- зель-электрическая установка явилась первой в мире судовой энер­ гетической установкой с дизельным приводом и была применена на первом в мире теплоходе «Вандал», построенном Сормовским заво­ дом в 1903 г. Ввиду несовершенства отдельных элементов этот тип был вытеснен реверсивными дизелями с непосредственной передачей на винт.

В последнее время дизель-электрические установки получили широкое распространение, в частности на крупнотоннажных рыбо­ ловных судах-траулерах и на некоторых типах транспортных и про­ изводственных рефрижераторов отечественной постройки.

Данный тип установки обеспечивает следующие преимущества:

—хорошую маневренность и возможность получения малых скоростей;

—возможность непосредственного управления ходом судна из нескольких постов (рулевой рубки, кормовой рубки, машинного отделения);

— возможность работы гребного винта с полной мощностью как во время траления, так и на свободном ходу независимо от усло­ вий плавания;

—экономичную работу установки на всех режимах судна благо­ даря перераспределению мощности главных агрегатов на привод гребного винта, судовую сеть и привод траловой лебедки;

—максимальное уменьшение установочной мощности дизелей;

—возможность использования средне- и высокооборотных дизе­

лей, легких и малогабаритных;

— удобство компоновки механизмов и общее сокращение машин­ ного отделения благодаря размещению агрегатов в два яруса.

К недостаткам дизель-электрических установок можно отнести наличие сложных дополнительных механизмов — генераторов гребных электродвигателей, которые в отдельных случаях увели­ чивают построечную, а иногда и эксплуатационную стоимость и обслуживание, а также несколько снижают общий к. п. д. установки

(на 1,5—2,5%).

Энергетическая установка постройки ПНР в дизель-электр ическом исполнении большого морозильного траулера дедвейтом 1500 т показана на рис. 13.

Установка состоит из трех главных генераторов постоянного тока 1200 А, мощностью по 700 кВт, приводимых в действие четырех­ тактными дизелями мощностью по 810 кВт (110 л. с.) при 1000 об/мин, двух преобразователей с асинхронными генераторами трехфазного тока мощностью по 400 кВА, напряжением 400 В, частотой 50 Гц; одного.вспомогательного дизель-генератора, состоящего из. синхрон­ ного генератора трехфазного тока мощностью 400 кВА, напряже­ нием 400 В, частотой 50 Гц, приводимого в действие четырехтактным

31

дизелем мощностью 368 кВт (500 л. с.) при 1000 об/мин. Гребной элек­ тродвигатель постоянного тока 1200 А размещен в специальном по­ мещении.

Принятая электрическая схема позволяет подключать на об­ щие шины питание гребного винта, общесудовую сеть и траловую лебедку.

Для главной сети предусмотрен постоянный ток, а для общесу­ довой сети — переменный ток напряжением 380 В и частотой 50 Гц.

Рис. 14. Схема электрического привода винта и вспомогательной электро станции дизель-электрического траулера.

Питание вспомогательной сети производится через преобразователи от цепи привода гребного винта на всех режимах работы траулера, а также автономным вспомогательным дизель-генератором.

Во время стоянки в порту потребность в электроэнергии сравни­ тельно невелика, и для ее обеспечения достаточен вспомогательный генератор или питание с берега. При работе на промысле мощность для привода гребного винта увеличивается, и необходим запуск всех трех главных агрегатов.

На рис. 14 дана схема электрического привода винта и вспомога­ тельной электростанции. Главные генераторы, гребной электродви­ гатель, двигатели преобразователей, а также двигатель траловой лебедки соединены последовательно. Эта система обеспечивает ра­ боту любого числа главных агрегатов при любом количестве двига­ телей. Соответствующая защита обеспечивает высокую надежность

системы. Система создает более равномерную загрузку главных ге­ нераторов, чем в случае, когда от этих генераторов питается только один гребной мотор.

Работа траловой лебедки при значительном уменьшении требуе­ мой мощности на гребной винт увеличивает степень загрузки главных агрегатов. Это обстоятельство, а также возможность запуска необ­ ходимого числа агрегатов обеспечивает экономичную работу механиз­ мов на всех режимах. Постоянство частоты вращения дизелей и их равномерная нагрузка дают возможность использовать вакуумные испарители для дешевого производства пресной воды.

Судами, где дизель-электрические установки нашли весьма удач­ ное применение, являются отечественные транспортные рефриже­ раторы типа «Актюбинск», производственные рефрижераторы типа «Севастополь» и ряд других судов отечественной зарубежной пост­ ройки.

Электроходы «Актюбинск» и «Севастополь» приводятся в движе­ ние электрогребной установкой постоянного тока, состоящей из четырех дизель-генераторов, работающих на один гребной электро­ двигатель. Главная гребная установка проста в обслуживании, очень маневренна и обеспечивает судну скорость до 18 уз.

Потребности судна в электроэнергии полностью удовлетворяются тремя вспомогательными дизель-генераторами мощностью по 300 кВт.

Машинное отделение разделено на пять самостоятельных отсеков. Главные дизель-генераторы установлены на платформе в носовом отсеке. Перед главными дизель-генераторами расположено простор­ ное отделение, в котором сосредоточены насосы, сепараторы и дру­ гие вспомогательные механизмы. В кормовом отсеке, отделенном от носового водонепроницаемой переборкой, размещен гребной элек­ тродвигатель и на платформе над ним—три вспомогательных дизельгенератора. Котельное отделение находится над водонепроницаемой переборкой, занимая часть шахты машинного отделения, переходя­

встречно-движущимися поршнями и прямоточной продувкой. Ди­ зели развивают мощность 1320 кВт (1800 л. с.) при 810 об/мин. Генераторы рассчитаны на мощность по 1375 кВт при напряжении 500 В. Генераторы снабжены принудительной вентиляцией, обеспе­ чиваемой специальными вентиляторами и воздухоохладителями, работающими по замкнутому циклу. Дизели и генераторы установ­ лены на одной раме и крепятся к судовым фундаментам на резиновых амортизаторах.

Гребной электродвигатель постоянного тока имеет рабочую ча­ стоту вращения 125 об/мин. Главные дизель-генераторы и гребной электродвигатель управляются дистанционно, из двух постов управ­ ления, расположенных в рулевой рубке и центральном посту управления (ЦПУ) в машинном отделении. Переключение постов управления производится из ЦПУ с главного щита электродви­ жения.

34

В установках данного типа для повышения экономичности работы дизелей на частичных режимах предусмотрена ступенчатая регу­ лировка частоты вращения валов дизель-генераторов в пределах от 460 до 810 об/мин через каждые 50 оборотов. При этом частота вращения гребного электродвигателя плавно регулируется от 20 до 125 об/мин. Направление вращения гребного винта изменяется путем реверсирования гребного электродвигателя непосредственно из постов управления.

Полный ход судна обеспечивается работой четырех главных генераторов на оба якоря гребного электродвигателя. Работа лю­ бых трех генераторов на оба якоря гребного электродвигателя позволяет судну развивать скорость до 16 уз. При работе двух гене­ раторов на один якорь гребного двигателя (резервный вариант) судно развивает скорость до 14 уз.

Электродвижение находит широкое применение в энергетических установках плавучих баз, предназначенных для приема и перера­ ботки рыбы, т. е. там, где неизбежны большие колебания мощности.

Схема энергетической установки сельдяной плавучей базы, выполненной в дизель-электрическом варианте, приведена на рис. 15. В отличие от рассмотренной ранее, эта установка имеет два гребных электродвигателя, каждый из которых работает на свой гребной вал. Каждый из .четырех главных дизель-генераторов может питать лю­ бой гребной двигатель, поэтому данная установка является еще более универсальной и гибкой.

Наиболее полно преимущества электродвижения используются на судах с едиными электроэнергетическими системами. Дизель-ге­ нераторы, установленные на таких судах, не делятся на главные и вспомогательные, а вырабатываемая ими энергия в зависимости от режимов эксплуатации и производственных нужд распределяется между гребной электрической установкой и другими судовыми по­ требителями.

Примером установки, выполненной по такому принципу, может служить установка большого консервного рыболовного траулера (БКРТ) типа «Наталья Ковшова». Траулеры данного типа построены по заказу СССР французской верфью «Ателье э Шантье де Нант» и предназначены для добычи рыбы донным или разноглубинным тралом, переработки улова на консервы, мороженую рыбу и рыбную муку, для хранения переработанной продукции и ее доставки в порт.

Траулеры типа «Наталья Ковшова» имеют дизель-электрическую установку, работающую на переменном токе, и единую энергетиче­ скую систему для обеспечения движения и всех общесудовых нужд. В состав дизель-электрической установки входят три главных дизельгенератора, сдвоенный синхронный гребной электродвигатель, валопровод с винтом регулируемого шага, вспомогательный (стояночный) дизель-генератор, аварийный дизель-генератор, главный распреде­ лительный щит высокого напряжения, вспомогательный распреде­ лительный щит, сети канализации электроэнергии.

Основу энергетической установки составляет судовая электро­ станция переменного тока напряжением 2000/380 В и частотой 50 Гц.

Обмотки возбуждения главных генераторов питаются от кремни­ евых выпрямителей (тиристоров), что ограничивает колебание напря­ жения при сбросе и наборе нагрузки в пределах 2,5%. Охлаждение генераторов — воздушное, по замкнутому циклу, с охлаждением воздуха в водяном холодильнике. Циркуляция воздуха достигается, с помощью двух электровентиляторов.

Гребной электродвигатель — двухъякорный, синхронный, трех­ фазного тока.

38

Генератор получает вращение от двигателя 6NVD-36A, име­ ющего мощность 309 кВт (420 э. л. с.) при 500 об/мин. Кроме того, в составе энергетической установки траулера имеется аварийный генератор переменного трехфазного тока типа AT-250LFZ/PV «Альстом» мощностью 90 кВА при напряжении 380 В, частоте 650 Гц, частоте вращения 1500 об/мин и cos ф = 0,8. Генератор приводится во вращение от дизеля 4Р/1 «Пойо» мощностью 100 кВт (136 э. л. с.) при 1500 об/мин и имеет автоматический электростартерный пуск, обеспечивающий запуск агрегата и подачу электроэнергии в судовую аварийную сеть при падении напряжения тока основных источников электроэнергии до 75% от номинального.

Двигатели траловой лебедки и брашпиля питаются электроэнер­ гией через преобразователь переменно-постоянного тока мощностью 500 кВт. Питание от главных дизель-генераторов подается на глав­ ный распределительный щит (ГРЩ) 2000 В, на шины электродвиже­ ния и шины общесудовых, производственных и технологических нужд. Питание от ГРЩ подается на гребной электродвигатель и через два понижающих трансформатора (2000/380 В) на вспомога­ тельный распределительный щит, состоящий из двух секций, соеди­ ненных с помощью автоматического выключателя.

Основные потребители электроэнергии, обеспечивающие движе­ ние судна и его живучесть, подключены таким образом, чтобы при выходе из строя одной секции щита энергия подавалась от другой секции.

ГЛАВА III

•

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЛАВНЫХ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ

§ 9

Устройство, основные детали и системы дизелей

Общая компоновка и показатели любой дизельной судовой уста­ новки зависят от конструкции и мощности главных и вспомогатель­ ных дизелей.

Дизели представляют собой разновидность поршневого двигателя внутреннего сгорания, у которого химическая энергия топлива пре­ образуется в механическую работу непосредственно в самом двига­ теле. Преобразование химической энергии в тепловую и тепловой — в энергию движения поршня (механическую) происходит практи­ чески одновременно, непосредственно в цилиндрах двигателя. В ре­

39

зультате сгорания рабочей смеси в цилиндрах образуется смесь газообразных продуктов с высокими давлением и температурой.

Под влиянием давления газообразных продуктов поршень совер­ шает поступательное движение, которое с помощью шатуна и щеки кривошипа преобразуется во вращение коленчатого вала. Таким образом, основными деталями любого двигателя внутреннего сго­ рания, или дизеля, являются: цилиндры с цилиндровыми крышками, поршни, шатуны, коленчатый вал, состоящий из рамовых, мотылевых шеек и щек и лежащий в подшипниках, установленных на раме двигателя. Рама связана с цилиндрами с помощью станины и анкер­ ных связей. Часто цилиндры и станина выполняются как одно целое, тогда они носят название блока.

Открытие и закрытие впускных и выпускных устройств, с помощью которых происходит заполнение цилиндра свежим зарядом воздуха и удаление отработавших газов, осуществляется посредством газораспределительного механизма.

Судовые двигатели внутреннего сгорания подразделяют по сле­ дующим основным признакам.

По способу осуществления рабочего цикла — четырехтактные и двухтактные.

По способу действия— простого действия, двойного и с противо­ положно движущимися поршнями. В двигателях простого действия рабочий цикл совершается только в верхней полости цилиндра, в дви­ гателях двойного действия (ДД) — в двух полостях цилиндра (верх­ ней и нижней). Двигатели с противоположно движущимися поршнями имеют одну общую камеру сгорания, в которой роль цилиндровой крышки выполняет второй поршень. Они выпускаются только в двухтактном варианте.

По роду применяемого топлива — работающие на легком, ди­ зельном, тяжелом и газообразном топливе. К легкому топливу отно­ сят бензин, керосин, лигроин, спиртовые смеси; к дизельным и тя­ желым сортам — дизельное, моторное топливо, соляровое масло и мазут; к газообразному >— светильный и генераторный газы. Основ­ ные судовые двигатели работают на дизельном и тяжелом топливе, на легком работают небольшие двигатели, устанавливаемые на кате­ рах. Двигатели на газообразном топливе, как и двигатели на пыле­ видном топливе, на флоте рыбной промышленности не применяются.

По способу смесеобразования — с внутренним и внешним смесе­ образованием. В двигателях с внутренним смесеобразованием рабо­ чая смесь образуется внутри рабочего цилиндра. Топливо подается насосом высокого давления через форсунку в цилиндры, где смеши­ вается с воздухом. По этому принципу работают все дизели (двига­ тели с самовоспламенением топлива) и двигатели легкого топлива с непосредственным впрыском его в цилиндр. В двигателях с внешним смесеобразованием рабочая смесь образуется в специальных устрой­ ствах, называемых карбюраторами. По этому принципу работают все карбюраторные двигатели и двигатели на газообразном топливе.

По способу наполнения — с наддувом и без него. В четырехтакт­ ных двигателях без наддува рабочая смесь всасывается непосред­

40

ственно поршнем. В двигателях с наддувом подается рабочая смесь или воздух повышенного давления, в результате чего происходит увеличение плотности и массы свежего заряда воздуха.

По способу воспламенения топлива — с самовоспламенением ра­ бочей смеси (дизели), с принудительным зажиганием и со смешанным воспламенением. Самовоспламенение топлива (рабочей смеси) про­ исходит благодаря высокой температуре, возникающей в конце хода сжатия. По этому принципу работает большинство судовых двигателей. В случае принудительного зажигания воспламенение смеси происходит от электрической искры. По этому принципу рабо­ тают все карбюраторные и газовые двигатели. При смешанном воспла­ менении горение смеси происходит вначале от специального запаль­ ного устройства, а затем под влиянием температуры стенок и заряда. По этому принципу работают калоризаторные и газовые двигатели.

По характеру рабочего процесса— со сгоранием при постоянном объеме, со сгоранием при постоянном давлении и со смешанным сго­ ранием. По изохорному циклу, т. е. с подводом тепла при постоян­ ном объеме, работают двигатели с низкой степенью сжатия и принуди­ тельным зажиганием — карбюраторные, калоризаторные и газовые. По изобарному циклу, т. е. с подводом тепла при постоянном давле­ нии, работают компрессорные дизели (в настоящее время не выпус­ каются). По смешанному циклу, в котором подвод тепла происходит вначале при постоянном объеме, а затем при постоянном давлении, работает большинство современных судовых двигателей.

По конструктивному исполнению — тронковые и крейцкопфные.

В тронковых двигателях, к которым относится большая часть совре­ менных двигателей, роль направляющей выполняет тронковая часть поршня. В крейцкопфных двигателях роль направляющей выпол­ няет ползун (крейцкопф). В этом исполнении выпускаются мощные малооборотные судовые двигатели.

По числу цилиндров — одно- и многоцилиндровые.

По расположению цилиндров ■— вертикальные и горизонтальные, однорядные и двухрядные, а также с V-, W- и звездообразным, парал­ лельным и противоположным расположением цилиндров (с проти­ воположно движущимися поршнями).

По изменению направления вращения коленчатого вала— ревер­ сивные и нереверсивные; по направлению вращения — правого и левого вращения.

По средней скорости хода поршня — тихоходные и быстроход­ ные. К тихоходным относятся двигатели со средней скоростью поршня меньше 6,5 м/с, к быстроходным — со средней скоростью поршня больше 6,5 м/с. Быстроходность зависит от частоты вращения и хода поршня.

По назначению — главные и вспомогательные.

Маркировка отечественных и иностранных двигателей. В СССР

введено специальное обозначение, в соответствии с которым каждому типу двигателя присвоено краткое условное обозначение. Естест­ венно, что в кратком обозначении невозможно дать полную характе­ ристику двигателя, поэтому согласно ГОСТ отмечается только число

41