Лабораторная работа № 7. Проектирование и расчет основных элементов систем СЭУ

Цель работы:

1.Рассчитать основные элементы систем СЭУ;

2.Разработать принципиальные схемы систем СЭУ (топливная, масляная, охлаждения, сжатого воздуха)

Работа главных и вспомогательных двигателей обеспечивается соответствующими системами, подающими топливо, масло, охлаждающую воду, сжатый воздух для пуска и реверса двигателей и судовых нужд, отводящими отработанные газы. Кроме двигателей потребителем воды и топлива является вспомогательный котел, имеющий соответствующие системы. При использовании тяжелых и вязких топлив предусматривают дополнительные механизмы и устройства для очистки и подготовки топлива перед подачей к двигателю.

Каждая система может быть подразделена на две части: непосредственно связанную с дизелем и судовую. Первая часть системы является неотъемлемым, конструктивным элементом дизеля. К ней присоединяется судовая часть, состав

икомпоновка которых зависит не только от мощности и конструкции дизеля, но и от расположения механизмов в машинном отделении.

Система охлаждения

Система охлаждения предназначена для отвода теплоты от различных механизмов, устройств, приборов и рабочих сред в теплообменных аппаратах.

Рабочими средами в СЭУ бывают: забортная и пресная вода, масло, топливо и воздух.

Вода по сравнению с другими охлаждающими средами имеет большую теплоемкость и при скорости 0,25÷0,5 м/с высокие коэффициенты теплопередачи. Это легкодоступная охлаждающая среда, которая широко применяется в установках всех типов.

В СЭУ наибольшее распространение получили системы охлаждения за-

бортной водой. Забортная вода поступает через кингстонные ящики. В со-

ответствии с требованиями Правил Регистра в каждом МО должно быть не м е- нее двух кингстонных ящиков, через которые можно принимать забортную воду при любых условиях эксплуатации. Как правило, один кингстонный ящик днищевой, другой – бортовой. Их оборудуют устройствами для подачи пара давлением 0,5 мПа, горячей воды и сжатого воздуха Р = 0,3 мПа, применяемых для подогрева воды в ящиках и для продувания приемных решеток. Кроме того, в верхней части кингстонного ящика предусматривается трубопровод для отвода воздуха, попавшего вместе с водой.

Отвод охлаждающей воды за борт осуществляется через невозвратно – запорные клапаны. Для того чтобы нагретая вода в системе охлаждения, при отводе не попадая в приемные отверстия, последние располагают в нос от отливных.

41

Наиболее сложные системы охлаждения в дизельных установках, обычно двухконтурные (пресной и забортной водой). Пресная вода циркулирует по замкнутому кругу, на входе в двигатель поддерживается не ниже 55 °С, а на выходе не более 60 ÷ 75 °С в главных малооборотных ДВС и 75 ÷ 85°С – в главных среднеоборотных и вспомогательных двигателей.

Забортной водой осуществляется охлаждение надувного воздуха, циркуляционного масла и пресной охлаждающей воды двигателей, топлива или пресной воды, используемых для понижения температуры форсунок, компрессоров, испарителей, конденсаторов, рефрижераторных установок, подшипников судового валопровода и других элементов СЭУ.

Кроме того, забортная вода используется в качестве рабочей среды в опреснительных установках.

Подачу насоса внешнего контура, а также подачу резервного охлаждающего насоса определяют, исходя из условия обеспечения отвода теплоты от воды внутреннего контура, циркуляционного масла и др.

где:

КВ/ = 1,4÷1,5 — коэффициент запаса, учитывающий дополнительный рас-

ход забортной воды на охлаждение компрессоров, подшипников и др.; сз =3,98 кДж/кг·К — теплоемкость забортной воды; 4,19 кДж/кг·К — теп-

лоемкость пресной воды; ρз – плотность забортной воды; 1,02 т/м³ – для морской воды; 1 т/м³ – для

пресной воды;

∆tз.в. = 15÷25 °С — разность температур воды на выходе из холодильника и

Рабочее давление РН обычно составляет 200÷300 кПа (0,2÷0,3 МПа).

42

Мощность, потребляемая насосом:

NН = КЗQН РН , кВт

3600ηН

где:

КЗ = 1,2÷1,5 — для насосов малых мощностей (до 4 кВт); КЗ = 1,1-1,15 —

для насосов больших мощностей — коэффициент запаса мощности; ηН — КПД насоса (0,7÷0,8 для центробежных, 0,5÷0,6 для шестерённых).

Для обеспечения пуска главного двигателя в холодное время года его прогревают от системы охлаждения вспомогательного двигателя или от конденсат- но-питательной системы вспомогательного котла.

Возможен вариант прогрева главного двигателя путем подогрева воды внутреннего контура в специальном подогревателе с одновременной циркуляцией воды в системе охлаждения, обеспечиваемой резервным насосом.

Резервное охлаждение — резервный охлаждающий насос с автономным приводом, пожарный или балластные насосы.

Топливная система

Топливная система предназначена для приема, хранения, перекачки, очистки, подогрева и подачи топлива к главным и вспомогательным двигателям, к главным и вспомогательным котлам, а также для передачи его на берег или на другие суда.

В связи с обширностью выполняемых функций топливная система может быть подразделена на ряд самостоятельных систем. Кроме того, часто в СЭУ используют несколько сортов топлива и в этом случае предусматривают самостоятельные трубопроводы для каждого из видов топлива, например, дизельного, тяжелого, котельного. Все это усложняет систему.

Всю топливную систему можно условно разделить на три участка:

-прием, хранение и перекачка;

-топливоподготовка;

-расходный топливный трубопровод;

Приемоперекачивающий трубопровод выполняет следующие функции:

-прием топлива с берега или с другого судна;

-выдача топлива на берег или на другое судно;

-размещение топлива по заполненным цистернам;

-подачу топлива в отстойные и расходные цистерны.

Для приема топлива на главной палубе или под нею прокладывают постоянный трубопровод с приемными отростками, выведенными к обоим бортам в специальные приемные станции, отделенные от других помещений. Топливо может быть принято с любого борта.

Топливоподготовку осуществляют для улучшения качества топлива, так как за период длительного хранения топливо загрязняется и обводняется, что приводит к изменению его физико-химических свойств.

43

Из цистерн основного запаса топливо топливоперекачивающим насосом подают в отстойные цистерны для предварительной очистки путем отстаи-

вания. Для эффективности отстаивания тяжелых топлив их вязкость понижают путем подогрева: моторных топлив до 40 °С, мазутов до 50÷60 °С.

Отстоявшееся топливо подают на сепарацию – следующий этап топливоподготовки.

Сепарация — наиболее распространенный способ очистки топлив: от механических примесей — кларификация; от воды — пурификация.

Такая классическая система очистки топлива на практике часто нарушается. На ряде теплоходов, например, не предусматривают отстойных цистерн. В этом случае легкое топливо подается из цистерн запаса сепаратором в расходную цистерну. Высоковязкое топливо из цистерны запаса через подогреватель направляется сепаратором в расходную цистерну тяжелого топлива. Поскольку очистка топлива сепаратором во много раз эффективнее его очистки путем отстаивания в цистерне, такое решение вполне оправдано, а сепараторы в этом случае работают в режиме пурификации.

Расходно-топливный трубопровод составляет часть общей топливной системы СЭУ и служит для подвода топлива из расходных цистерн к топливным насосам двигателей и котлов. В расходных цистернах находится отсепарированное и прошедшее топливоподготовку готовое к использованию топливо.

Большинство дизелей транспортных теплоходов на основных режимах плавания работают на тяжелых (вязких) сортах топлива. При запуске, на переходных режимах и перед остановкой используют легкое (маловязкое) топливо. В этом случае в составе СЭУ необходимо наличие двух топливных систем: тяжелого и легкого топлива; первая обеспечивает также работу вспомогательного котла, а вторая — работу вспомогательных двигателей.

Если главный и вспомогательные двигатели работают только на легком топливе, а вспомогательный котел на тяжелом, то для него предусматривается отдельная система топливоподачи.

По назначению различают следующие топливохранилища:

- цистерны основного запаса, вместимость которых определяется по формуле:

VЗ.Т.Ц. = КМρТGТ , м3

где:

КМ =1,1 — коэффициент, учитывающий «мертвый» запас топлива:

ρТ — плотность топлива: для дизельного топлива ρТ =0,83 т/м³, для моторного топлива ρТ =0,86 т/м³

GТ — запас топлива.

цистерны аварийного запаса, вместимость которой определяется по формуле:

44

где:

X d — количество главных дизелей.

отстойная цистерна, вмещающая суточный запас топлива; расходные цистерны; суммарную вместимость для главных дизелей

определяют из условия хранения не менее 8 часового расхода дизельного топлива и 12 часового расхода при работе дизелей на тяжелом топливе:

V ГЛ = КМ(8 ÷12 )xd веNе10−3 , м3

Р.Ц. ρТ

- вместимость расходных цистерн для вспомогательных дизелей и автономного котла определяют из условия обеспечения их работы не менее 4 ч:

где:

xd / — количество вспомогательных дизелей; X К — количество котлов;

ВА.К. — расход топлива автономным вспомогательным котлом.

сточная цистерна, которая служит для сбора стоков из поддонов расходных цистерн, фильтров, вместимость сточной цистерны по опытным данным составляет:

VСТ.Ц =( 0,06 ÷0,12 ) 1000∑Nе , м3

где:

∑Nе — суммарная мощность главных и вспомогательных дизелей, кВт.

Возможны случаи, когда утечное топливо из форсунок и ТНВД дизелей тоже собирается в сточной цистерне.

цистерна грязного топлива, куда собирают отстой из расходноотстойных цистерн и остатки после сепарации.

Все топливные цистерны оборудуют измерительными устройствами, вентиляционными воздушными и переливными трубами.

Для обеспечения подачи топлива в отстойные и расходные цистерны, для перекачки топлива из одной цистерны основного запаса в другую и выдачи топлива с судна используют топливоперекачивающие насосы, подача которых зависит от вместимости цистерны и определяется выражением:

QН = Vτ , мч3

45