книги из ГПНТБ / Эпельман Т.Е. Судовые теплоэнергетические установки и их оборудование учеб. пособие

комплектация систем дизельной установки вспомогательными меха­

работу в утилизационных турбогенераторах судовой электростанции, установках кондиционирования воздуха и др., а тепло охлаждающей

дизель-генераторы.

Работы во втором направлении привели к созданию Д У с валогенераторами, используемых на морских и речных судах.

Работы в третьем направлении позволили сократить число эле­ ментов систем судовых дизельных установок, создать агрегаты из элементов систем одного назначения и целесообразно выбрать их определяющие параметры. Агрегатирование вспомогательного обо­ рудования дает возможность сократить длину трубопроводов, уско­ рить и удешевить монтаж агрегатов на судне, производить сборку агрегатов в условиях цеха на специально приспособленных для этого участках. Работы в этом направлении могут привести также к созда­ нию централизованных и автоматически действующих станций водо-, масло- и топливоподготовки. Наибольший эффект можно ожидать

120

при правильном сочетании мероприятий во всех указанных направ­ лениях.

На рис. 77 и 78 приведены принципиальные схемы ДУ с валогенераторами постоянного и переменного тока.

В установке малого танкера «Скадовск» (дедвейтом 470 т и ско­ ростью хода 8,4 уз) валогенератор постоянного тока приводится от валопровода главного двигателя посредством текстропной передачи (см. рис. 77). Схема предусматривает возможность параллельной работы валогенератора с дизель-генераторами постоянного тока. Напряжение автоматически поддерживается при изменении частоты вращения двигателя от 100 до 63%.

щения 500 об/мин, два дизель-генератора мощностью по 215 кВ А при той же частоте вращения и синхронный валогенератор мощностью 355 кВ А при частоте вращения 600 об/мин. Валогенератор (на­ пряжение 400 В, сила тока 515 А, коэффициент мощности 0,8) при­ водится во вращение от валопровода при помощи цепной и зубчатой передач.

Особенность установки состоит в том, что валогенератор работает не на главный, а на отдельный распределительный щит, к которому подключены основные вспомогательные механизмы, обслуживающие установку на ходу судна: насосы охлаждающей воды и смазочного масла главного двигателя, компрессоры и вентиляторы системы кон­ диционирования воздуха и машинного отделения. Поэтому при умень­ шении частоты вращения главного двигателя от НО до 93 об/мин, что составляет 85% номинальной, автоматически включается резерв-

121

ный масляный насос, подключенный к главному распределительному щиту.

Изменение частоты вращения главного двигателя вызывает из­ менение частоты вращения, напряжения и частоты тока валогенератора. Изменяется также мощность, потребляемая вспомогательными механизмами, питающимися от щита валогенератора. Однако отно­ шение значений напряжения к частоте остается постоянным во всем диапазоне изменения частоты вращения главного двигателя. Поэтому

3 2 1

Рис. 78. Схема Д У с валогенератором переменного тока.

/ — главный двигатель; 2 — цепная передача; 3 — редуктор; 4 — валогенератор; 5 —- потребители энергии валогенератора; 6,7 — дизельгенераторы.

значение величины коэффициента мощности асинхронных электро­ двигателей с короткозамкнутым ротором, приводящих в движение вспомогательные механизмы, подключенные к щиту валогенератора, сохраняется прежним.

§ 22

Утилизация тепловых потерь в дизельных установках

Несмотря на относительно высокую тепловую эко­ номичность дизелей, с отработавшими газами и охлаждающей водой в окружающую среду отводится более 50% энергии сожженного топлива. Поэтому вопрос об утилизации тепловых потерь в судовых установках с ДВС является весьма актуальным. Практические воз­ можности утилизации тепла отработавших газов и охлаждающей воды зависят от многих причин, в частности от мощности установки, тем­ ператур указанных веществ, потребности в низкопотенциальном тепле. При мощности главных двигателей более 6000—8000 кВт, абсолютное количество отводимого тепла существенно превышает потребности общесудовых потребителей, что создает предпосылки для использования его в энергетических целях.

122

Параметры пара утилизационных парогенераторов зависят от температуры выпускных газов, а также от предполагаемого способа использования пара в установке. Если пар генерируется для подо­ грева мытьевой воды, топлива, масла и др. или для опреснения за­ бортной воды, то давление пара принимают равным 0,5—0,6 МН/м2 , что достаточно для преодоления сопротивления в теплообменниках и трубопроводах и в то же время обеспечивает достаточную разность температур между греющим насы­

1

12% (в противном случае лопатки последних ступеней турбины подвер­ гаются сильной эрозии). Давление пара повышают до 0,7—1,2 МН/м2 , что способствует повышению к. п. д. тепловой схемы установки. Даже при частичной утилизации тепла отработавших газов, и охлаждающей воды для целей подогрева рабочих веществ и опрес­ нения забортной воды возвращается около 16% тепла сожженного топлива (рис. 79).

В ДУ большой мощности пар, получаемый в утилизационных па­ рогенераторах, используют и для работы турбогенераторов и для целей подогрева и опреснения воды.

На рис. 80—82 приведены некоторые варианты схем утилизации тепла отработавших газов главного двигателя /. В первом случае (см. рис. 80) получаемый в утилизационном парогенераторе насыщен-

123

На рис. 82 приведена схема, позволяющая получить в утилиза­ ционном парогенераторе 2—3—4 пар различных параметров, а сле­ довательно, обеспечивающая более целесообразное использование его потребителями. В этом варианте питательный насос 8 подает воду к первому подогревателю 6, после чего поток разветвляется: часть его направляется в испаритель 5, где образуется насыщенный пар низкого давления, направляемый потребителям такого пара; оставшаяся часть потока питательной воды направляется во второй подогреватель 7, после чего поступает в сепаратор 10. Циркуля­ ционный насос 9 обеспечивает многократную циркуляцию воды

ляется в сепаратор 13, где происходит разделение смеси. Пар из сепаратора поступает в коллектор 5 для раздачи потребителям на­ сыщенного пара низкого давления. Питание парогенераторов произ­ водится конденсатом из теплого ящика 7 питательными насосами 14 и 6, а циркуляция в контуре парогенератора низкого давления осу­

качиваемый забортной водой, а образующийся конденсат забирается конденсатным насосом 9 и прокачивается через холодильник эжек­ тора 8 в теплый ящик 7.

Отработавшие газы двигателя последовательно омывают поверх­ ности нагрева парогенераторов 2 и 3, после чего с температурой 160—180° С удаляются в атмосферу.

Конкретные примеры схем с утилизацией тепла отработавших газов главного двигателя приведены на рис. 84 и 85. На рис. 84 изо-

125

бражена установка танкера «Люберцы» (дедвейт 35 ООО т, скорость

туре. Из утилизационного парогенератора пар поступает в коллектор вспомогательного парогенератора, откуда при давлении 1,6 МН/м2

числе и к утилизационному турбогенератору, пар поступает после дросселирования с давлением до 1,0 МН/м2 , а к бытовым потреби­ телям после дросселирования с давлением до 0,4 МН/м2 .

Судовая электростанция переменного тока (400 В, 50 Гц) комплек­ туется двумя дизель-генераторами по 280 кВт и одним утилизацион­ ным турбогенератором той же мощности. Утилизационный турбо­ генератор и дизель-генераторы работают на общий щит параллельно при любой нагрузке. На ходу судна турбогенератор и один из дизельгенераторов удовлетворяют все потребности в электроэнергии. Пре­ дусматривается также, что при значительном уменьшении нагрузки турбогенератор работает с полной мощностью, а дизель-генератор вырабатывает недостающую часть энергии. Однако если при этом нагрузка дизель-генератора уменьшится настолько, что дизель ока­ зывается загруженным менее, чем на 50%, то турбогенератор авто­ матически разгружается и нагружает работающий параллельно с ним дизель-генератор. Таким образом, исключается работа дизельгенераторов на режимах чрезмерно малых нагрузок, при которых происходит интенсивное загрязнение рабочих цилиндров продук­ тами неполного сгорания топлива и масла.

126

Специальные испытания и опыт эксплуатации установки танкера «Люберцы» доказали высокую надежность и безупречную работу

22 ООО т, скорость хода 16,5 уз, мощность главного двигателя 8800 кВт при 119 об/мин), в которой для повышения экономичности исполь­ зуются валогенераторный отбор мощности и утилизация тепла отра­ ботавших газов. Здесь судовая электростанция состоит из одного синхронного утилизационного турбогенератора мощностью 440 кВт,

одного валогенераторного агрегата, состоящего из валогенератора постоянного тока и преобразователя постоянно-переменного тока, синхронный генератор которого мощностью 250 кВ А нормально работает с турбогенератором на общие шины; двух резервных дизель-

Все синхронные генераторы имеют систему саморегулирования, рассчитанную на быстрое восстановление провала напряжения, ве­ личина которого не превышает 20%. При внезапной остановке глав­ ного двигателя, снижении его скорости вращения ниже 95 об/мин или при аварии турбогенератора или валогенератора электрическая нагрузка автоматически переводится на дизель-генераторы.

При проектировании ДУ уделяется также внимание изысканию целесообразных путей использования тепла воды, охлаждающей

127

в установках транспортных судов возможно в испарителях (для по­ лучения пресной воды) и для целей подогрева (воды, топлива и др.). В последнем случае целесообразно осуществить дополнительный по­ догрев нагреваемого тела паром, полученным в утилизационном паро­ генераторе.

испарительных установок позволяет отказаться от других способов опреснения воды на морских судах.

Существенное повышение эффективности утилизации тепла

восновном в стационарных условиях на дизельных электростанциях.

Всудовых установках с ДВС системы ВТО еще не получили широкого применения, но являются перспективными.

Эффект утилизации тепла усиливается еще более при комплекс­ ном использовании тепла отработавших газов и охлаждающей воды. При этом обычно пар, генерируемый в утилизационном парогенера­ торе, целесообразно использовать в основном для привода турбоге­ нератора и для целей подогрева, а тепло охлаждающей воды — для опреснения забортной воды.

Глава V!

СХЕМЫ УСТРОЙСТВА И РАБОТЫ ОСНОВНЫХ ТИПОВ СУДОВЫХ Д И З Е Л Е Й

§23

Основные понятия и определения. Классификация и маркировка судовых дизелей

Дизели относятся к двигателям внутреннего сго­ рания, т. е. к таким тепловым двигателям, в которых химическая энергия топлива преобразуется в тепловую непосредственно в ци­ линдрах двигателя. Носителем тепловой энергии является газ, ко­ личество и состав которого периодически изменяются в зависимости от процесса, происходящего в цилиндре.

128

Классификация дизелей. Обычно Дизели классифицируют и различают по основным признакам термодинамического, конструктив­ ного и эксплуатационного характера.

По способу осуществления рабочего цикла — четырехтактные, в которых цикл осуществляется за четыре хода поршня (два оборота

наддува, когда воздух для горения топлива поступает в цилиндры

цикл осуществляется только в надпоршневой полости рабочего ци­ линдра; двойного действия, в которых рабочий цикл осуществляется

лагаемых под определенным углом (углами); левого или правого вра­ щения, т. е. такие, у которых вал вращается против или по часовой стрелке, если смотреть на двигатель со стороны маховика; реверсив­

назначенные для привода вспомогательных механизмов и генерато­

Ст > 12.

Маркировка. Маркировка дизелей производится с помощью комбинации буквенных и цифровых обозначений. По ГОСТ 4394—48 приняты следующие обозначения в маркировке двигателей: Ч — че­ тырехтактные; Д — двухтактные; Д Д — двухтактные двойного действия; Р — реверсивные; С — с реверсивной муфтой; П — с редукторной передачей на валопровод; К — крейцкопфные; Н — с над­ дувом.

Число цилиндров записывается перед буквами Ч или Д, диаметр цилиндра и ход поршня в сантиметрах обозначают цифрами после буквенных обозначений. Например, обозначение 9ДКРН 74/160 относится к девятицилиндровому двухтактному крейцкопфному ре­ версивному дизелю с наддувом с диаметром цилиндра 740 мм и ходом поршня 1600 мм; обозначение 64 25/34 относится к шести цилиндр о-