книги из ГПНТБ / Соловьев Е.М. Судовые энергетические установки, вспомогательные и промысловые механизмы учеб. пособие

режима выполняет вахтенный штурман в надлежащей последова­ тельности и в установленные промежутки времени. Каждая ру­ коятка дистанционного поста непосредственно или через сервомо­ тор действует на соответствующий орган управления дизелем 1.

При автоматизированной системе (рис. 61,6) в рубке 2 (или на мостике) имеется, как правило, одна рукоятка управления ди­ зелем 1, перемещая которую, вахтенный штурман может задавать любой режим работы дизеля (пуск, реверс, изменение частоты вращения, стоп), после чего система управления автоматически воспроизводит в определенное время и в требуемой последователь­ ности все необходимые операции.

Большинство траулеров промыслового флота оборудовано вин­ тами регулируемого шага. Управление шагом винта у них также выполняется дистанционным.

На рис. 61, в дана схема системы дистанционного управления дизельной установкой с винтом регулируемого шага БМРТ «Мая­ ковский». С дистанционного поста 5 управляют только шагом винта 1. Дизелем 3 управляют с местного поста 4 в соответствии с командами, передаваемыми из рулевой рубки по машинному телеграфу 6. В схеме предусмотрен также пост 2 управления вин­ том регулируемого шага в машинном отделении.

Недостатком этой схемы является невозможность изменять скоростной режим двигателя с дистанционного поста. Поэтому на ряде судов, на которых установлены двигатели с винтом регу­ лируемого шага, управление частотой вращения двигателя также выведено в рубку. Дистанционный пост в этом случае имеет две рукоятки.

Для получения высокоэкономичной дизельной установки с вин­ том регулируемого шага необходимо непрерывно поддерживать строго определенное, наивыгоднейшее соотношение между часто­ той вращения' главного двигателя и шагом гребного винта. Это достигается с помощьк) программной системы дистанционного управления, изображенной на рис. 61, г.

Команда с дистанционного однорукояточного поста 5 поступает в программное устройство 6, называемое иногда комбинатором, которое в соответствии с нужной скоростью движения судна авто­ матически задает наивыгоднейшие значения шага винта 1 через пост управления 2 и частоту вращения дизеля 3 через пост управ­ ления 4. При системе совместного управления двигателем и ВРШ

виях плавания).

На случай выхода из строя программного устройства или для установления режима, отличающегося от программного (например, при работе с тралом), предусмотрено раздельное управление ша­ гом винта и частотой вращения двигателя. По такой схеме вы­ полнены системы дистанционного управления дизельными уста­ новками БМРТ типа «Лесков», ППР типов «Грумант» и «Рем­ брандт».

120

На промысловых судах с редукторной передачей и отбором мощности на валогенератор переменного тока (РТМ «Атлантик») и дизель-электрическими установками на переменном токе (ППР «Алтай» и БКРТ «Наталья Ковшова») частота вращения двигате­ лей остается всегда постоянной. Режим работы судна изменяется только путем изменения шага винта, управление которым— дис­ танционное.

В зависимости от используемой энергии системы дистанцион­ ного управления делятся на механические, гидравлические, пнев­ матические, электрические и смешанные.

§ 16. Судовые газотурбинные установки

Газовая турбина как тепловой двигатель сочетает в себе ха­ рактерные особенности паровой турбины (как ротативного двига­ теля) и двигателя внутреннего сгорания. В частности, в газовой

Рис. 62. Принципиальная схема газотурбинной установки.

турбине, как и в ДВС, происходит превращение химической энер­ гии топлива в тепловую, а тепловой (на лопатках турбины) в ме­ ханическую.

Судовые газотурбинные установки по принципу работы можно разделить на две группы; турбокомпрессорные газотурбинные уста­ новки (ГТУ) и газотурбинные установки со свободнопоршневыми генераторами газа (ГТУ с СПГГ).

Турбокомпрессорные ГТУ. Принципиальная схема газотурбин­ ной установки показана на рис. 62. На одном валу с газовой турби­ ной 9 установлены основной осевой компрессор 6 и топливный насос 1. При вращении вала компрессор засасывает воздух из атмосферы, сжимает его и по трубопроводу 4 подает в камеру сго­ рания 3. Топливо в камеру сгорания непрерывно подается топлив­ ным насосом через форсунку 2. Образующаяся рабочая смесь сго­ рает. Получившиеся при сгорании газы, выйдя из камеры сгора­ ния, смешиваются со свежим воздухом и поступают на рабочие лопатки турбины, где производят необходимую работу. Затем от­ работавшие газы, пройдя через регенератор 5, удаляются в атмо-

121

сферу. Регенератор служит для подогрева отработавшими газами воздуха, поступающего в камеру сгорания. Отбор мощности на винт 8 осуществляется через зубчатый редуктор 7.

Из термодинамики известно, что чем выше температура рабо­ чего тела, тем выше его теплосодержание, т. е. тем большую ра­ боту может совершить рабочее тело. В ГТУ рабочим телом явля­ ется газ, температура которого в камере сгорания составляет примерно 1800° С. С точки зрения получения большей работы газ на лопатки турбины следовало бы подавать с такой температурой.

тываемой турбиной (до 75%). Лишь меньшая часть мощности идет на привод гребного винта.

Вследствие потерь в редукторе 7, а также необходимости повы­ шения экономичности установки путем подогрева воздуха в реге­ нераторе 3 к. п. д. ее составляет 26—28%.

Для повышения экономичности ГТУ наряду с регенерацией применяют двухступенчатое сжатие воздуха. При этом между компрессорами высокого и низкого давления включается промежу­ точный охладитель воздуха, сокращающий потребную мощность компрессора высокого давления. К. п. д. установки в этом случае повышается до 28—30%.

По схеме с одновременным применением регенерации и двух­ ступенчатого сжатия воздуха выполнена отечественная газотурбин­ ная установка ГТУ-20 мощностью 11 800 л. с. (9560 кВт), установ­ ленная на грузовом судне «Парижская коммуна».

Газотурбинная установка с СПГГ. Схема такой установки при­ ведена на рис. 63. Установка состоит из генератора газа, в котором происходит как сжатие воздуха, так и сгорание топлива, и газо­ вой турбины, на лопатках которой газ, полученный в генераторе, отдает свою энергию.

122

Свободнопоршневой генератор газа представляет собой двух­ тактный дизель с высоким наддувом, служащий не для получения механической энергии, а для выработки рабочего газа.

В меньшем дизельном цилиндре 1 размещены два ступенчатых поршня 3. Поршни больших диаметров делят большие цилиндры на две полости: компрессорную 5 и буферную 4. Компрессорные полости через нагнетательные клапаны 6 связаны с ресивером 7, который в свою очередь сообщается с продувочными окнами 9 дизельного цилиндра. Выпускные окна 10 связаны с газовой тур­ биной 12 через выпускной коллектор 11.

После впрыска топлива через форсунку 8 в полость между дни­ щами поршней дизеля происходит его сгорание и расширение, поршни расходятся. В полостях 5 компрессора создается разре­ жение, и туда через клапаны 2 засасывается из атмосферы воздух. В буферных полостях в это время воздух сжимается. После от­ крытия выпускных и продувочных окон воздух из ресивера 7 по­ ступает в цилиндр, происходит продувка и наддув. Образовав­ шаяся газовоздушная смесь с температурой 450—600° С поступает в турбину. Затем под действием воздуха, сжатого в буферных полостях, поршни движутся навстречу один другому, а воздух в полостях 5 компрессора сжимается и через нагнетательные кла­ паны 6 поступает в ресивер. После закрытия окон дизельными поршнями происходит сжатие заряда воздуха. Через форсунку вновь впрыскивается топливо, и цикл повторяется.

Чтобы обеспечивалась синхронная работа, т. е. чтобы поршни могли расходиться или сближаться на одинаковую величину, они связаны между собой специальным механизмом синхронизации.

Пуск СПГГ производится сжатым воздухом.

Эффективный к. п. д. газотурбинной установки с СПГГ состав­ ляет примерно 40%.

Такие судовые установки построены в ряде стран, в том числе в нашей стране. Например, находится в эксплуатации серия ле­ совозов типа «Павлин Виноградов», энергетическая установка ко­ торых состоит из четырех СПГГ, работающих на одну газовую

сдизельными.

Косновным преимуществам ГТУ с СПГГ относятся: низкая стоимость изготовления (в 1,5—2 раза меньше стоимости дизель­ ной); небольшая масса установки; возможность ремонта отдельных

СПГГ без вывода из эксплуатации всей установки (для установок с несколькими СПГГ); простота конструкции; возможность полу­ чения любых мощностей ГТУ путем набора однотипных СПГГ.

Наряду с этим ГТУ с СПГГ имеют следующие недостатки: сильный шум и вибрация во время работы; сложный пуск и регу-

123

лировка агрегатов при большом количестве СПГГ; низкая эконо­ мичность и меньший к. и. д. по сравнению с дизельными установ­ ками; потребность в увеличении на 10—20% площади машинного отделения, так как каждый СПГГ размещают отдельно.

Методические указания к гл. IV

Изучая данную тему, нужно обратить внимание на особенности рабочего процесса в двигателях, причем уяснить, что рабочий процесс (цикл) может быть осуществлен двояким способом: за четыре хода поршня — тогда двигатель на­ зывается четырехтактным и за два хода поршня — тогда он называется двух­ тактными. При этом следует учесть, что двухтактный принцип обеспечивает по­ вышение цилиндровой мощности двигателя без увеличения размеров цилиндра и частоты вращения.

При сравнительном анализе двигателей обратить внимание на то, что ди­ зельная установка ■— самая экономичная из тепловых.

Переходя к изучению основ конструкции, необходимо запомнить название отдельных частей ДВС, их назначение, взаимодействие, а также особенности конструктивных форм. Изучение устройств деталей двигателя по литературным источникам следует подкреплять их осмотром на судах и судоремонтных пред­ приятиях.

При рассмотрении систем двигателя необходимо четко уяснить назначение и сущность действия каждого элемента системы.

Для штурманского состава промысловых судов большое значение имеет ясное понимание режимов работы главного двигателя при различных условиях эксплуатации судна. Следует отчетливо представлять, что у двигателей внут­ реннего сгорания нельзя допустить частоту вращения ниже 30% номинальной, так как при более низкой частоте вращения работа двигателя становится не­ устойчивой, ухудшаются условия распыливания и сгЬрания топлива. Это при наличии ВФШ ухудшает маневренные качества судна.

Необходимо знать, что перегрузка двигателей внутреннего сгорания недопу­ стима. Она сопровождается не только повышением температуры газов, но и возникновением больших тепловых напряжений в таких деталях, как поршни, рабочие втулки и крышки цилиндров.

Всегда следует руководствоваться правилом, что переход от одного скоро­ стного режима к другому нужно осуществлять по возможности постепенно. При маневрировании судном с ВФШ судоводитель должен помнить, что каж­ дый реверс сопровождается пуском двигателя, а за каждый пуск двигатель изнашивается так же, как за 6—8 ч непрерывной работы.

При сравнении различных типов судовых энергетических установок необхо­ димо уяснить, что наиболее широкое распространение получили: на малотоннаж­ ных судах — дизельные установки с реверсредукторной передачей; на средне- и крупнотоннажных судах — дизельные с непосредственной передачей на гребной винт. Дизель-редукторные двухмашинные установки характерны только для РТМ («Тропик», «Атлантик»), Дизель-электрические установки нашли примене­ ние на некоторых производственных рефрижераторах.

Большинство указанных установок снабжено винтами регулируемого шага. В настоящее время ВРШ является наиболее распространенным типом движи­ теля. Практически в настоящее время добывающий флот пополняется только су­ дами с ВРШ. При изучении материала о ВРШ следует четко усвоить, что глав­ ным преимуществом винта регулируемого шага является возможность работы двигателя на номинальном режиме, независимо от режима работы судна (сво­ бодный ход, буксировка, движение против ветра и т. д.) путем выбора соот­ ветствующего шага винта. ВРШ улучшает маневренные качества судов, упро­ щает дистанционное управление, обеспечивает повышенную тягу, увеличивает

124

Р А З Д Е Л Т Р Е Т И Й

СУДОВЫЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ И ПРОМЫСЛОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ, ХОЛОДИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

ГЛАВА V

СУДОВЫЕ НАСОСЫ

§ 17. Общие сведения о судовых насосах

Схема и принцип действия насосной установки. Насосами на­ зываются механизмы, служащие для перекачивания (перемеще­ ния) жидкости; при этом в большинстве случаев перемещение жидкости связано с ее подъемом на некоторую высоту. Подъем и всякое другое перемещение жидкости происходит по трубам, при­ соединенным к насосу; эти трубы образуют трубопровод данного насоса. На трубопроводе устанавливают фильтры для очистки пе­ рекачиваемой жидкости. Все это в совокупности образует насос­ ную установку.

Принципиальная схема насосной установки показана на рис. 64. При движении поршня 1 насоса вверх в рабочей полости цилиндра создается разрежение, под действием которого открывается вса­ сывающий клапан 2. Так как давление над перекачиваемой жид­ костью в расходной цистерне равно атмосферному (ра), а давле­ ние в полости насоса меньше атмосферного, то под действием дав­ ления ра жидкость будет подниматься по всасывающему трубопро­ воду и заполнять рабочую полость насоса. Происходит процесс всасывания жидкости в насос.

При движении поршня насоса вниз всасывающий клапан под давлением, создаваемым поршнем в рабочей полости, закрывается, нагнетательный клапан 3 под действием того же давления подни­ мается и открывает доступ жидкости в нагнетательный трубопро­ вод, а оттуда через фильтр 4 в приемную цистерну 5,— происходит процесс нагнетания жидкости насосом в напорный трубопровод.

126

жидкости в приемной цистерне называется в ы с о т о й н а г н е т а - н и я. Сумма высот всасывания и нагнетания является высотой подъема жидкости:

h = /ів -j- /ін.

Известно, что нормальное атмосферное давление ра =98 кН/м2 (одна физическая атмосфера) соответствует высоте водяного столба 10,34 м. Поэтому теоретически наибольшая возможная вы­ сота всасывания любого насоса составляет около 10 м (см. рис. 2).

вообще делает перекачку невозможной.

Поскольку высота всасывания у насосов ограничена, их стре­ мятся располагать как можно ближе к уровню перекачиваемой жидкости, а там, где возможно, устанавливают насосы ниже уровня приема. При этом обеспечиваются наиболее благоприятные условия работы насоса — с подпором.

Высота нагнетания hn теоретически не ограничена и зависит от давления, создаваемого насосом. Чем больше давление нагнетания, тем на большую высоту может быть поднята жидкость. Давление же нагнетания зависит от мощности двигателя, приводящего насос в действие.

Рассмотрим основные параметры насосов, характеризующие их особенности.

Р а з в и в а е м ы й н а п о р Н — давление, которое должен соз­ давать насос, чтобы он мог транспортировать жидкость по трубо­ проводу от места приема к месту подачи при заданной производи­ тельности. Единицей измерения служит килоньютон на квадратный метр (кН/м2), или метр водяного столба (м вод. ст.).

127

Напор, создаваемый насосом, должен обеспечивать транспор­ тировку жидкости на заданную высоту при заданной производи­ тельности с учетом всех потерь на преодоление различных сопро­ тивлений и на трение в трубопроводах.

П р о и з в о д и т е л ь н о с т ь Q — количество жидкости, перека­ чиваемое насосом в единицу времени при заданном давлении (на­ поре). Единицы измерения объемной производительности: -м3/с, м3/ч, л/с; массовой производительности — кг/с, т/ч, кг/ч.

П о т р е б л я е м а я м о щ н о с т ь N — мощность, необходимая для работы насоса с расчетной производительностью при задан­ ном напоре. С учетом к. п. д. самого насоса эта мощность состав­

Классификация судовых насосов. Существует два принципа классификации судовых насосов.

По принципу действия и конструктивному исполнению судовые насосы подразделяют на объемные, лопастные и струйные.

О б ъ е м н ы м и называются насосы, перекачивающие жидкость определенными объемами или порциями. В свою очередь объем­ ные насосы делятся на поршневые и ротационные. У поршневых насосов рабочим органом является поршень, движущийся воз­ вратно-поступательно, у ротационных — вращающийся ротор, ко­ торый при вращении вытесняет жидкость. Ротор может быть установлен в корпусе эксцентрично, выполнен фигурным; ротором

энергия сообщается перекачиваемой жидкости вращающимися ло­ пастями. В зависимости от характера движения жидкости лопаст­ ные насосы подразделяются на центробежные, вихревые и осевые (пропеллерные).

С т р у й н ы м и называются насосы, использующие в работе энергию струи воды или пара, вытекающих с большой скоростью из сопла. В зависимости от рабочего тела струйные насосы под­ разделяются на водоструйные и пароструйные.

По назначению судовые насосы подразделяются на насосы, обслуживающие энергетическую установку, и насосы, обслужи­ вающие судовые системы. К первой группе относятся охлаждаю­ щие, масляные, масло- и топливоперекачивающие, топливные, ко­ тельные, питательные, циркуляционные, мокровоздушные и другие насосы, действие которых неразрывно связано с работой энергети­ ческой установки ' (двигателя внутреннего сгорания, парового котла, паровой или газовой турбины и др.). Вторая группа вклю­ чает насосы общесудового назначения, действие которых непо­ средственно не связано с энергетической установкой, однако на-

128

личие их на судне обязательно, так как они необходимы для ра­ боты судовых систем.

К насосам общесудового назначения относятся балластные трюмоосушительные, пожарные и санитарные.

В зависимости от наличия специальных систем — водоопресни­ тельной, фановой, пенотушения, холодильных установок и т. д.— на судах устанавливают насосы, обслуживающие указанные си­ стемы и аппараты.

§ 18. Устройство судовых насосов

Поршневые насосы. Устройство поршневого насоса показано на рис. 65. Насос состоит из цилиндра 11, поршня 6 и клапанов всасывающего 1 и нагнетательного 3, размещенных в коробке 2.

Рис. 65. Схема поршневого приводного насоса простого дей­ ствия.

Поршень приводится в движение кривошипно-шатунным механиз­ мом. Кривошип 9, приводимый во вращение коленчатым валом двигателя или электродвигателем, действуя через шатун 10, пол­ зун 8 и шток 7, заставляет поршень 6 совершать возвратно-посту­

пательное движение в цилиндре.

Поршневой насос, рассматриваемый на рис. 65, является на­ сосом п р о с т о г о д е й с т в и я . Такой насос подает жидкость