Литература по Механике и для Механиков / Для 3-го курса / Voznitskiy_-_Sudovye_dvigateli_vnutrennego_sgora (2)
.pdf360 |
Судовые двигатели внутреннего сгорания |
Рис. 13.5. Система охлаждения забортной водой (двигатель RTA):
1 - двигатель; 2 - донный кингстон; 3 - бортовой кингстон; 4 - фильтр; 5 - насос; 6 - темп, датчик; 7 - маслоохладитель; 8 - воздухоохладитель; 9 - маслоохладитель порш ней; 10 водсюхладитель цилиндров; 11 —термо стат; 1 2 - отвод воды за борт; 13-рециркуляция; 14 - воздушная труба
2 |
4 5 6 |
7 • |
9 10 13 |
танавливают три кингстона - два бортовых и донный. Кингстоны уста навливают непосредственно на кингстонных ящиках (коробках), за крытых со стороны воды предохранительными решетками от попада ния посторонних предметов, способных перекрыть (уменьшить) при ток воды в систему или заклинить кингстон в открытом положении. Кроме того, кингстонные коробки снабжены воздушными трубами и трубами для продувания сжатым воздухом и обогрева паром.
В отличие от воздушных труб танков и цистерн воздушная труба кингстонной коробки снабжается клапаном, назначение которого - пе рекрыть поступление воды в машинное отделение при повреждении воздушной трубы. В непосредственной близости от кингстона уста навливается приемный сетчатый фильтр для предохранения системы (насосы, охладители) от загрязнений, при этом должна предусматри ваться возможность очистки фильтров без прекращения работы охлаж дающих насосов. Эксплуатация кингстонных коробок и фильтров сво дится к продуванию коробок и чистке фильтров, а также к обогреву коробок в ледовых условиях. В ледовых условиях следует вниматель но следить за показаниями мановакуумметра, установленного на вса сывающей магистрали насоса, и за выходом воды из воздушного краника на крышке фильтра. Увеличение вакуума и прекращение вы текания воды свидетельствует о засорении фильтра льдом. При обна ружении засорения фильтра следует перейти на другой кингстон и очи стить фильтр ото льда, предварительно закрыв кингстон и клапан пос
Гл. 13. Охлаждающая вода, системы охлаждения |
361 |
ле фильтра. Особенно внимательно наблюдают за показаниями мановакуумметра и воздушного краника при плавании в ледяной шуге, мел ком битом льду и при ходе в балласте.
На многих судах, предназначенных для плавания в ледовых усло виях, система забортной воды соединяется с балластной через баллас тный или портовый насос забортной воды. Это обеспечивает охлажде ние воды и масла путем перекачивания воды из носовых танков в кор мовые и наоборот. Так как температура воды в танках при плавании во льду низкая, то производительность балластного и даже портового на соса охлаждения оказывается достаточной для охлаждения рабочих жидкостей, циркулирующих в системах охлаждения. Зная производи тельность насоса и емкость каждого танка, можно производить попе ременную перекачку воды из танка в танк без остановки и без замера количества воды в танках.
На судах, предназначенных для плавания в ледовых условиях, иногда предусматривается рециркуляция забортной воды. Практика эксплуатации систем с рециркуляцией показывает, что лучший эффект достигается при соединении трубопровода отходящей забортной воды с кингстонной коробкой.
Глава 14
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К СУДОВЫМ ДИЗЕЛЯМ
Начиная с 80-х годов прошлого века были развернуты научноисследовательские и опытно-конструкторские работы по созданию «эко логически чистых» двигателей. Эти исследования были обусловлены разработкой и внедрением национальных нормативов по ограничению выбросов от ДВС различного назначения. Применительно к морской сфере в дополнение к действующей Конвенции МАРПОЛ 73/78 Меж дународная морская организация (ИМО) в 1997 г. приняла первую ре дакцию Приложения VI, в котором предусматривается ограничение эмиссии вредных компонентов N O ^ SO x в выпускных газах главных и вспомогательных судовых дизелей. Одновременно ИМО принят Тех нический кодекс по выбросам оксидов азота от судовых дизелей. В со ответствии с Правилом 13 Приложения VI все суда валовой вместимо стью 400 т и более, построенные после 1 января 2000 г., должны прой ти освидетельствование и получить Международное Свидетельство по предотвращению загрязнения атмосферы (IAPP - International Air Pollution Prevention Certificate) сроком на пять лет. Дополнительно каждый судовой дизель мощностью 130 кВт и более должен пройти освидетельствование в соответствии с Техническим кодексом и полу чить Международное Свидетельство двигателя по предотвращению загрязнения атмосферы (EIAPP - Engine International Air Pollution Prevention Certificate), которое относится к выбросам оксидов азота и выдается также сроком на пять лет. По истечении срока действия упо мянутых документов предусматривается освидетельствование на суд не и продление соответствующих документов на следующие пять лет.
6.02.2002 г. Правительство РФ приняло постановление № 83 «О проведении регулярных проверок транспортных и иных передвиж ных средств на соответствие техническим нормативам выбросов вред ных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух». В соответствии с п. 1 этого постановления регулярные проверки морских судов, судов внутреннего плавания, судов смешанного (река-море) плавания долж
Гл. 14. Экологические требования к судовым дизелям |
363 |
ны проводиться начиная с 2004 г. в соответствии с техническими нор мативами.
С 1.07.2010 г. введена в действие вторая редакция Приложения VI МАРПОЛ 73/78, которая установила новые требования к уровням вред ных выбросов.
§ 14*1* Нормирование выброса экологически вредных компонентов ОГ
Для проверки соответствия судовых дизелей пределам выбросов NOx в соответствии с правилом 13 Приложения VI должны применять ся следующие испытательные циклы и весовые факторы с использова нием метода испытаний и метода расчетов, установленных в Техни ческом кодексе по NOx (стандартные испытательные циклы регламен тированы международным стандартом ISO 8178-4). Перечень стандар тных циклов и значения эффективной мощности, номинальной часто ты вращения и весовых коэффициентов приведены ниже.
Для главных судовых двигателей, работающих с постоянной час тотой, должен применяться испытательный цикл Е2 (т.е. при электро движении или работе на ВРШ).
Испытательный |
п |
100% |
100% |
100% |
100% |
цикл типа Е2 |
N e |
100% |
75% |
50% |
25% |
|
|||||
|
Весовой |
0,2 |
0,5 |
0,15 |
0,15 |
|
коэффициент |
||||
|
|
|
|
|
Для малооборотных главных и вспомогательных двигателей, ра ботающих по винтовой характеристике (т.е. на ВФШ или на привод насосов), должен применяться испытательный цикл ЕЗ.
Испытательный |
п |
100% |
91 % |
80% |
63% |
цикл типа ЕЗ |
К |
100% |
75% |
50% |
25% |
|
|||||
|
Весовой |
0,2 |
0,5 |
0,15 |
0,15 |
|
коэффициент |
|
|
|
|
Для вспомогательных двигателей с постоянной частотой враще ния должен применяться испытательный цикл D2.
364 |
|
Судовые двигатели внутреннего сгорания |
||||
Испытательный |
п |
100% |
100% |
100% |
100% |
100% |
цикл типа D2 |
Ne |
100% |
75% |
50% |
25% |
10% |
|
||||||
|
Весовой |
0,05 |
0,25 |
0,3 |
0,3 |
0,1 |
|
коэффициент |
|
|
|
|
|
Графическое изображение стандартных испытательных циклов приведено на рисунке 14.1. В соответствии с алгоритмом, изложенным в Техническом кодексе, на каждом из режимов определяется удельный выброс компонента ОГ, затем его значение умножается на соответст вующий весовой коэффициент. Удельный средневзвешенный выброс - eNOx ~ определяется суммированием произведений по всем режимам испытательного цикла. Для главных судовых дизелей (циклы Е2 и ЕЗ) наибольший весовой коэффициент соответствует 75% мощности, ко торая соответствует среднеэксплуатацибнной длительной мощности полного хода судна. Для вспомогательных дизелей наиболее характер ными эксплуатационными режимами являются 2, 3 и 4 , поэтому им в стандартном цикле D2 приданы большие весовые коэффициенты.
Ограничения на эмиссию оксидов азота, сформулированные в п. 3 правила 13 первой редакции Приложения VI МК МАРПОЛ 73/78, со стоят в следующем. Удельный средневзвешенный выброс должен на ходиться в пределах:
N, % L
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Внешняя характеристика |
|
S |
|
|
|||
|
|
УН = const |
j»*’''" |
|
1 |
|
|
|
75 |
|
|
|
|
|
! |
D2 |
|
|
|
|
Е З / |
|
|
|||
|
|
|
|
Е2 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
50 |
Винтовая характеристика/ |
|
! |
|
|
|||
|
|
Ne = Сп3 |
|
|
1 |
|
Рис. 14.1. |
|
|
|
|
|
1 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Стандартные |
|
25 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
испытательные |
||
|
|
Нагрузочные характеристики 1 |
|
|||||
|
|
|
|
циклы для судовых |
||||
10 |
|
|
|
п = 100% - |
const |
i |
|
|
|
|
|
I |
|
Г |
|
дизелей в |
|
|
-4-............4—4 |
|
|
|
|
|
соответствии |
|
|
|
|
|
|
п, % |
с ISO 8178-4 |
||
|
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
1 0 0 |
||
Гл. 14. Экологические требования к судовым дизелям |
365 |
-17,0 г/(кВтч) - при п менее 130 об/мин;
-45 • и"0,2 г/(кВтч) - при п равном или более 130, но не менее 2000 об/мин;
-9,8 г/(кВтч) - при п равном или более 2000 об/мин,
где п - номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя. Графически указанные нормы иллюстрируются рисунком 14.2.
(кривая, обозначенная как Tier-I).
Зависимость между частотой вращения двигателя и допустимой величиной eNOx объясняется в основном сокращением продолжитель ности (при возрастании п) высокотемпературной стадии горения топ лива, иными словами - времени, отводимого на образование NOx.
Ограничение выброса оксидов серы регламентировалось Прави лом 14 первой редакции Приложения VI:
- содержание серы в любом жидком топливе, используемом на судне, не должно превышать 4,5% по массе.
При нахождении судов в пределах Районов Контроля Выбросов SOx должно выполняться хотя бы одно из условий:
-содержание серы не должно превышать 1,5% по массе;
-применяется система очистки ОГ, обеспечивающая уменьшение суммарных выбросов SOx всеми элементами СЭУ до 6,0 г/(кВтч) и менее.
Указанные ограничения в пределах Районов Контроля Выбросов SO вступили в юридическую силу в мае 2006 г. С ноября 2007 г. они были распространены на районы Северного моря, датские проливы и Ла-Манш.
Рис. 14.2. Зависимость допустимой величины средневзвешенного удельного выброса
eNOx0Т номинальной
частоты вращения
двигателя |
500 |
1000 |
1500 |
2000 |
|
Номинальная частота вращения, об/мин |
|||
368 |
Судовые двигатели внутреннего сгорания |
сертификационных испытаний, или значениям, зафиксированным при последнем освидетельствовании.
Полный перечень проверок по методу сверки параметров двига теля приводится в «Техническом паспорте выбросов двигателя» (в меж дународной терминологии - «Технический файл»), разрабатываемом изготовителем двигателя после получения положительного результата стендовых сертификационных испытаний. Рекомендуемый минималь ный перечень проверок по методу сверки параметров двигателя вклю чает следующие позиции:
1.Форсунка (распылитель), ее тип, идентификация компонентов
ирегулировка.
2.Топливный насос, его тип, регулировка и идентификация ком понентов, влияющих на количество, момент и закон подачи топлива.
3.Профиль кулака вала топливного насоса.
4.Давление впрыска топлива.
5.Камера сгорания.
6.Степень сжатия.
7.Тип, конструкция и рабочие параметры турбокомпрессора.
8.Тип, конструкция и рабочие параметры охладителя (нагревате ля) наддувочного воздуха.
9.Фазы газораспределения.
10.Профиль кулака вала привода впускных и выпускных клапа нов, их количество и размеры.
11.Оборудование для снижения выбросов, типы и конструктив ные особенности.
12.Другие конструктивные особенности и регулировки.
Детали и элементы двигателя, перечисленные выше, имеют но мер ИМО, указанный в Техническом файле. Здесь же приводятся фото деталей с указанием мест маркировки.
Таким образом, процедура освидетельствования на судне сводит ся к проверке маркировки деталей и соблюдения допусков по регули ровкам, указанным в Техническом файле.
§ 14*3* Методы снижения вредных выбросов
Оптимизация рабочих процессов судовых дизелей фирмами-про- изводителями позволила уменьшить образование NOx и обеспечить выполнение норм по уровню Tier-I, в некоторых случаях - по уровню