книги из ГПНТБ / Буксирные суда (проектирование и конструкция)

чений скорости воздуха можно до минимума снизить затрату мощности на работу вентилятора и получить систему со сравни­ тельно малым шумом. Однако нельзя изменять количество пода­ ваемого воздуха в отдельные помещения, так как это немедленно вызовет перераспределение подачи воздуха в другие помещения, чем будут нарушены в них комфортные условия. Одноканальную низкоскоростную систему рекомендуется применять только для тех общественных помещений, в которых не требуется индивидуаль­ ная регулировка параметров воздуха. Чтобы обеспечить поддер­ жание определенного газового состава в помещениях, количество наружного воздуха принимают не менее требуемого для венти­ ляции. Остальной воздух может быть рециркуляционным и посту­ пать из мест, где исключено его загрязнение.

Двухканальную высокоскоростную систему кондиционирования

обслуживает вентилятор с полным напором до 600 кгс/м2. Скорость воздуха в магистралях принимают равной 25 м/с, а в отростках 15—20 м/с. Воздух в кондиционере обрабатывается на двух ступе­ нях и по двум трубам (по одной из каждой ступени) подается в помещения.

В, каждой каюте при входе устанавливают воздухораспредели­ тель, позволяющий смешивать два потока воздуха в любом со­ отношении до 100% и изменять температуру в каюте в достаточно широких пределах. Общее количество поступающего в каюту воз­ духа всегда сохраняется, и любая регулировка не влияет на по­ дачу воздуха в смежные помещения.

Возможность индивидуальной регулировки для поддержания наиболее комфортных условий во всех помещениях позволяет ре­ комендовать двухканальную систему в качестве основной для кают, несмотря на несколько повышенную стоимость такой систе­ мы по сравнению с одноканальной.

В служебных помещениях, например, в ходовых рубках, кам­ бузах, постах машинно-котельного отделения, регулируется на­ правление и скорость подачи воздуха от системы кондициониро­ вания к рабочим местам.

При небольшом числе помещений, в которые воздух прово­ дится по каналам без нарушения непроницаемости основных пе­ реборок, как это обычно бывает на буксирах, систему кондицио­ нирования может обслуживать один центральный кондиционер, расположенный в шумоизолированном помещении, с учетом удоб­ ства прокладки труб во все помещения. К двум ступеням нагрева воздуха подводят пар, а при отсутствии его — горячую воду. Для охлаждения воздуха наиболее рационально использование возду­ хоохладителей непосредственного охлаждения, хладоагент к ко­ торым поступает от холодильной установки достаточной произ­ водительности, размещенной по возможности ближе к кондици­ онеру.

Температура воздуха, поступающего в помещения после обра­ ботки в кондиционере, должна быть не выше 40° при отоплении и не менее 18° при охлаждении помещения.

231

Если в системе предусмотрены воздухораспределители с эжекцией, воздух в кондиционере нагревают до 50—55° или охлаждают до 10° в зависимости от количества эжектируемого из помещений воздуха. Дополнительный нагрев или охлаждение воздуха позво­ ляет уменьшить производительность и мощность вентилятора.

Расход тепла и холода снижают до возможного предела в ре­ зультате общей рециркуляции воздуха.

Ручное регулирование нескольких процессов тепловлажност­ ной обработки воздуха в системе кондиционирования при непре­ рывно меняющихся внешних факторах практически невозможно поэтому систему снабжают приборами автоматического регулиро­ вания, которые совместно с элементами ручного регулирования, обеспечивают поддержание в помещениях комфортных условий. Поддержание температуры в заданных пределах на выходе из кон­ диционера осуществляется температурными регуляторами расхода тепло- и хладоносителя через теплообменные аппараты. Увлажне­ ние осуществляется автоматически при включении подогрева воз­ духа во второй ступени; количество подаваемого при этом увлаж­ нителя предварительно регулируется вручную. Защита нагрева­ телей воздуха от замерзания обеспечивается температурными регуляторами аварийного отключения вентилятора. Кроме этого, предусматривают сигнализацию о наличии напряжения в схеме, включении вентилятора, срабатывании защиты, а питание прибо­ ров автоматики блокируют с работой вентилятора.

Тепловлажностные расчеты систем кондиционирования выпол­ няют графоаналитическим методом с построением процессов из­ менения состояния воздуха в диаграмме / —d.

§ 27. Холодильные системы

Холодильные системы на буксирах помимо обслуживания си­ стем кондиционирования предназначаются для охлаждения про­ визионных кладовых (камер) или шкафов.

Объем охлаждаемых кладовых или шкафов должен быть до­ статочным для размещения скоропортящихся продуктов, необхо­ димых экипажу на все время автономного плавания буксира, и определяется исходя из расчетных норм суточного расхода про­ дуктов на одного человека и норм загрузки кладовых, приведен­ ных в табл. 37.

Учитывая наличие проходов и оборудования в кладовых, полу­ ченные расчетом площади увеличивают примерно в два раза.

На морских буксирах в соответствии с санитарными прави­ лами необходимы кладовые для раздельного хранения мяса, рыбы, жиров, овощей. Буксиры мощностью до 1000 л. с. могут иметь только две кладовые: одна для мяса, рыбы и жиров и вторая — для овощей. На буксирных судах внутреннего плавания допус­ кается предусматривать одну провизионную охлаждаемую кладо­ вую или шкаф достаточной емкости, а овощи хранить в неохлаж­ даемой кладовой.

232

Таблица 37

Нормы суточного запаса провизии и загрузки кладовых

При хранении продуктов до одного месяца рекомендуются сле­

—1—0°; овощи и фрукты +4°.

По размерам кладовых определяют необходимую производи­ тельность холодильной установки, которая должна обеспечивать поддержание требуемого температурного режима в кладовых при наиболее неблагоприятных для холодильной установки условиях эксплуатации. Основной величиной, определяющей производитель­ ность холодильной установки, являются теплопритоки извне через поверхности, ограждающие охлаждаемые кладовые. Эти тепло­ притоки суммируются с теплопритоками от электроосвещения, работающих в кладовой людей, а также вентиляторов, если они установлены в кладовых, и с затратами холода на охлаждение и осушение вентиляционного воздуха.

Холодильная установка в режиме хранения продуктов должна покрывать суточные теплопритоки за 14—18 ч работы, что даех возможность производить дополнительно охлаждение продуктов, погруженных в кладовые в неохлажденном виде. По определенной таким образом потребной производительности подбирают холо­ дильную установку из числа освоенных промышленностью.

На буксирах чаще применяют холодильные системы с непо­ средственным испарением хладоагента — фреона. Компрессорно­ конденсаторный агрегат устанавливают возможно ближе к про­ визионным кладовым, в которых размещают приборы охлажде­ ния— испарители. Пары фреона из испарителей засасываются компрессором и после сжатия подаются в конденсатор, где они охлаждаются и конденсируются за счет теплообмена с забортной водой, подаваемой насосом. Жидкий фреон из конденсатора по­ ступает в змеевик теплообменника, охлаждается парами фреона, выходящими из испарителей, а в фильтре-осушителе очищается от возможных загрязнений и влаги. Если температура в кладовой отклоняется от требуемой, термореле подает импульс для сра­ батывания электромагнитного клапана, который закрывает или

233

открывает доступ жидкому фреону к терморегулирующему вентилю (ТРВ). ТРВ осуществляет автоматическое регулирование напол­ нения испарителей фреоном в зависимости от перегрева паров, контролируемого при выходе их из испарителей. В случае увели­ чения разницы между температурой испарения и температурой выходящих из испарителя паров фреона ТРВ увеличивает подачу жидкого фреона, а при уменьшении разницы температур умень­ шает подачу или прекращает ее, предохраняя испарители от за­ топления, а компрессор — от гидравлического удара.

Кроме ТРВ и электромагнитного клапана, обеспечивающих автоматическое поддержание заданного температурного режима в обслуживаемых помещениях, установку снабжают двумя защит­ ными реле давления, которые останавливают компрессор, если давление во всасывающем и нагнетательном трубопроводах откло­ няется от нормального.

Любое из двух термореле, размыкающее свои контакты послед­ ним, одновременно с закрытием электромагнитного клапана выклю­ чает компрессор холодильной установки, а замыкающее контакты первым одновременно с открытием электромагнитного клапана включает компрессор. Таким образом происходит автоматический пуск и остановка компрессора.

Автоматический дроссель АДДК поддерживает заданное давле­ ние испарения фреона в испарителе, увеличивая проходное сечение при повышении давления и уменьшая — при понижении давления. В случае работы одного компрессора на несколько камер с различ­ ной температурой дроссели выравнивают давление во всасываю­ щих трубах перед компрессором и тем самым улучшают работу холодильной установки.

На буксирах с большой автономностью плавания холодильные системы имеют два компрессорных агрегата, один из которых обычно работает на кладовые с минусовой температурой, а вто­ рой— на кладовые с плюсовой температурой, при этом предусмат­ ривают возможность взаимного резервирования агрегатов и обслу­ живание всех кладовых одним агрегатом.

На малых морских буксирах, а также на многих судах внут­ реннего плавания скоропортящиеся продукты хранят в домашних холодильных шкафах типа «Саратов», «Минск», «Зил» или шкафах типа Т2-125М емкостью 1,25 мэ, которые обслуживаются отдельно стоящим фреоновым агрегатом ФАК-0,7 с воздушным охлаждением (производительность его — 700 ккал/ч).

234

ГЛАВА VII

ОСОБЕННОСТИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК БУКСИРНЫХ СУДОВ

Совершенство буксирных судов, а также их эффективное ис­ пользование во многом определяется энергетической установкой, степенью ее автоматизации, надежности и экономичности.

Энергетические установки буксиров обладают определенной спе­ цификой и перспективой развития. Однако в отечественной и изве­ стной зарубежной литературе им уделено мало внимания. Наибо­ лее значительный труд в данной области — книга И. А. Зайцева «Энергетические установки буксирных судов», выпущенная изда­ тельством «Судостроение» в 1972 г. Автор книги весьма подробно и обстоятельно излагает основные требования к энергетическим установкам буксиров, на конкретном материале рассматривает раз­ личные типы отечественных и зарубежных установок, дает им оценку. Большое место в книге уделено основным технико-эконо­ мическим показателям и конструктивным особенностям главных и вспомогательных двигателей, передач мощности и пропульсивного комплекса. Поэтому в настоящей главе рассматриваются лишь не­ которые особенности наиболее перспективных для буксиров энер­ гетических установок с регулируемыми движителями и электропе­ редачей, а также вопросы, связанные с судовыми электростан­ циями и комплексной автоматизацией главных энергетических установок.

§ 28. Главная энергетическая установка

Особенности работы буксиров в морских, озерных, а также реч­ ных и портовых условиях определяют основные требования, предъ­ являемые к их главным энергетическим установкам:

1. Высокая надежность и простота обслуживания. Это требова­ ние имеет особое значение для буксиров, так как от надежности работы энергетической установки зависит безопасность плавания буксируемого судна или толкаемого состава.

Одно из основных средств повышения надежности энергетиче­ ской установки буксира — применение установок, состоящих из двигателей, срок службы которых значительный (применительно к дизелям — 4—5 тыс. ч до выема поршневой группы).

2. Способность автоматически поддерживать постоянную мощ­ ность во всем диапазоне нагрузок. Это требование имеет особое значение для энергетических установок буксиров, плавающих в ле­ довых условиях, так как сопротивление движению судна во льдах непрерывно меняется, и поддержание постоянной мощности вруч­ ную практически невозможно. Учитывая, что все моря, омываю­ щие Советский Союз, и большая часть внутренних водных путей

235

в зимний период покрывается льдом, препятствующим плаванию судов, развитие перевозок по замерзающим водным путям делает необходимым при проектировании буксиров, наряду с увеличением общей мощности энергетической установки, реализовать требование автоматического поддержания мощности на гребном винте. Это тре­ бование важно и для речных буксиров; плавающих в условиях мелководья.

3.Повышенная маневренность установки, под которой пони­ мается ее способность к быстрому реверсу, достижению в возможно короткий срок полной мощности заднего хода; обеспечение малых скоростей хода буксира с составом.

4.Комплексная автоматизация энергетической установки, позво­ ляющая работать без несения постоянной вахты в машинном от­ делении.

5.Отсутствие запретных зон при вращении гребного винта на рабочих режимах.

6.Рациональное расположение механизмов в машинном отде­ лении. На современных буксирах отсек энергетической установки занимает до 40—60% длины судна. Длина этого отсека в значи­ тельной степени определяет главные размерения буксира, поэтому уменьшение его размеров в результате выбора по возможности ма­ логабаритных двигателей и рационального размещения всех меха­ низмов ■— одна из основных задач проектирования установки. При разработке общего расположения энергетической установки необ­ ходимо соблюдать требуемые нормами охраны труда проходы, стремиться к уменьшению числа изолированных помещений и выгородок с тем, чтобы упростить обслуживание установки и ремонт.

7.Обеспечение уровней шумности в машинном отделении в со­ ответствии с действующими нормами.

8.Применение унифицированного серийного оборудования.

9.Высокая экономичность. Применительно к энергетическим

установкам буксиров имеется в виду достижение минимального ча­ сового расхода топлива в широком диапазоне изменения нагрузки. Поэтому целесообразно такое управление, при котором заданный режим реализуется в случае минимального расхода топлива.

Развитие и совершенствование энергетических установок миро­ вого буксирного флота характеризуется применением в качестве главных двигателей преимущественно средне- и высокооборотных дизелей. Дизельные установки используются во всем диапазоне мощностей до 16000 л. с.

Определенный интерес к применению на буксирных судах газо­ турбинных установок объясняется следующими их достоинствами: высокой мощностью в агрегате; большой перегрузочной способ­ ностью; меньшим, чем у дизельных установок, весом и габаритами; большим сроком службы. Однако ввиду высокого удельного рас­ хода топлива, почти вдвое превышающего удельный расход топлива дизельных установок, применение газотурбинных установок на бук­ сирах невыгодно.

236

Примером использования газотурбинной установки служит по­ строенный в 1961 г. японский буксир Хирио Мару, оборудованный СПГГ фирмы «Сигма» мощностью 2X1000 л. с., работающими че­ рез редукторы на ВРШ.

Успехи, достигнутые в последнее время в области газотурбин­ ных установок, дают основание полагать, что эти установки при определенных условиях могут оказаться конкурентоспособными с дизельными.

На буксирах применяются дизели различного типа. В качестве главных двигателей буксирного флота используются дизели про­ стого действия, рядные или Ѵ-образные с газотурбинным наддувом. Двигатели с числом цилиндров 4—8, как правило, выполняют одно­ рядными, а при 12 и более цилиндрах — Ѵ-образными. Наибольшее распространение получили однорядные двигатели с числом цилинд­ ров 6 и 8. Они обладают хорошей уравновешенностью и доста­ точно высоким механическим к. п. д. Ѵ-образная компоновка позво­ ляет снизить весогабаритные характеристики дизелей, особенно большой мощности. Высокие агрегатные мощности, как известно, могут быть достигнуты увеличением рабочего объема или числа цилиндров. Увеличение числа цилиндров до 12—16 в Ѵ-образном исполнении позволяет на 10—15% снизить удельный вес дизеля по сравнению с однорядным такой же мощности.

На буксирах находят применение как четырехтактные, так и двухтактные дизели. Наибольшее распространение получили четы­ рехтактные дизели. Частота вращения главных двигателей харак­ теризуется диапазоном 250—2300 об/мин.

Конструкция валопровода от главных двигателей к гребным винтам обеспечивает передачу крутящего момента и придает уста­ новке буксира качества, которых лишены двигатели. Так, ни один из судовых двигателей, за исключением паровой поршневой ма­ шины, не обладает свойством саморегулируемости. Дизель, как известно, не может устойчиво работать при частоте вращения ме­ нее 30% от номинальной; в случае взаимодействия со льдом воз­ можна полная его остановка, а частые реверсы резко снижают срок службы. Поэтому на главную передачу возлагаются следую­ щие основные функции: реверсирование гребных винтов; редуциро­ вание частоты вращения в случае применения дизелей с форсиро­ ванными оборотами; обеспечение эффективного использования мощности двигателей как на свободном ходу, так и при ходе с со­ ставом, а также на швартовном режиме (рис. 89); обеспечение хороших маневренных качеств установки; защита двигателя от перегрузок; суммирование на гребном валу мощности нескольких главных двигателей.

На буксирах нашли применение следующие основные типы

или КД); электропередача на постоянном токе; гидравлическая передача.

237

На современных морских буксирах практически отказались от прямой жесткой передачи мощности на ВФШ, поскольку она обес­ печивает использование полной мощности главных двигателей и получение хорошей тяги только на одном расчетном режиме. Это

Рис. 89. График использования мощности и изменения к. п. д. в зависимости от частоты вращения гребного вала для раз­ личных типов главных передач.

обстоятельство, а также весьма низкая маневренность установки обусловили отказ от применения таких установок на морских бук­ сирах.

Основным средством для более эффективного использования мощности главных двигателей является применение различных ти­ пов одно- и многоскоростных реверсивно-редукторных передач. Наибольшее распространение на зарубежных буксирах получили

238

двух- и трехскоростные реверсивно-редукторные передачи. Введе­ ние в реверсивно-редукторную передачу эластичной разобщитель­ ной муфты (гидравлической, электромагнитной либо шинно-пнев­ матической) позволяет отключить двигатель, что облегчает его пуск и прогрев, упрощает монтаж, уменьшает крутильные колебания, смягчает удары (например, удары во льдах) и повышает манев­ ренность установки.

Приведенные достоинства зубчатых передач с различными демп­ фирующими элементами обусловили широкое распространение их на буксирах различной мощности. В большинстве случаев на мор­ ских буксирах применяют установки с реверсивно-редукторными передачами.

ВРШ и КД, выполняющие роль реверсивного устройства, а КД кроме того,— и редуцирующего устройства, также могут рассмат­ риваться в качестве основных типов передач. Не останавливаясь подробно на особенностях установок с ВРШ и КД, уместно отме­ тить, что их применение на буксирах по сравнению с ВФШ позво­ ляет: использовать полную мощность главного двигателя на задан­ ной скорости при различных режимах плавания, в том числе при реверсе и на заднем ходу, за счет изменения шага движителя; по­ высить тягу на швартовах на 20—25%; получить любую малую скорость судна (вплоть до полной остановки при работающем главном двигателе) путем установки лопастей в нулевое положе­ ние; значительно сократить время реверса и длину выбега судна в результате быстрого развития тормозного упора во время пово­ рота лопастей на задний ход; сократить количество остановок и пусков главного двигателя (это повышает его моторесурс); проще осуществить привод вспомогательных механизмов, в частности валогенераторов, непосредственно от валопровода главных двигате­ лей; повысить экономичность работы энергетической установки на частичных режимах в результате управления главным двигателем и движителем по принципу экономической оптимизации; в случае применения КД отказаться от дейдвудного устройства, упорного подшипника и рулевого устройства.

Главным недостатком энергетических установок с регулируе­ мыми движителями является сложность конструкции и меньший, чем у ВФШ, к. п. д. на расчетном режиме (примерно на 2%). Кроме того, в случае применения двигателей средней быстроходно­ сти при использовании ВРШ следует иметь редуктор на линии вала. Однако эти недостатки компенсируются положительными ка­ чествами ВРШ и КД.

На отечественных судах главные энергетические установки с КД нашли применение на портовых и рейдовых буксирах мощ­ ностью 600 и 900 л. с. (рис. 90). Установки с ВРШ используются на буксирах-кантовщиках мощностью 600 и 1200 л. с.

Применение электропередачи на постоянном токе целесообразно для буксирных судов, эксплуатирующихся в ледовых условиях. Ос­ новными достоинствами этих передач являются: возможность ис­ пользования полной мощности первичных двигателей в широком

23 9

диапазоне внешних нагрузок гребных винтов — от свободного хода до швартовного режима; повышенная маневренность, создаваемая за счет неограниченного количества реверсов, быстроты реверса, плавности изменения частоты вращения генератора электродвиже-

Рис. 90. Схема общего расположения машинного отделения портового буксира Марс мощностью 900 л. с.

ния (ГЭД), обеспечения малых скоростей хода; высокая эксплуа­ тационная надежность, живучесть и возможность защиты первич­ ных двигателей от недопустимых перегрузок как в статических, так и переходных процессах; использование для питания мощных судо­ вых потребителей постоянного тока (пожарные и водоотливные на­ сосы) главной энергетической установки (ГЭУ).

240