СЭУ, Модуль 1.1., Чистяков А.Ю., 05.03.2017

Судовые энергетические установки

Модуль 1.1

1.1.1. Историческая справка

Современное судно оборудовано разнообразными машинами и механиз­мами, которые в совокупности и во взаимосвязи с устройствами и аппаратами образуют судовую энергетическую установку (СЭУ). С помощью СЭУ обеспе­чиваются движение судна и его маневры, безопасность плавания и живучесть, грузовые операции и другие функции в соответствии с назначением судна, сохранность перевозимого груза, нормальные условия для работы и отдыха экипажа и пассажиров.

О сложности СЭУ современных, судов можно судить по таким данным: мощность главных двигателей достигает 80 МВт и более; мощности судовой электростанции бывает достаточно для энергоснабжения небольшого города, а паровых котлов — для отопления целого городского района; насосы на судне перекачивают сотни тонн воды, топлива и масла, а длина трубопроводов и ка­белей составляет десятки километров; подача грузовых насосов на танкерах достигает 5000 м³ в час.

Для вырабатывания, преобразования и расходования механической, элек­трической и тепловой энергии СЭУ должна потреблять органическое или ядер­ное топливо.

Со времен глубокой древности ход судна осуществлялся за счет энергии ветра. В начале XIX в. парусный флот стали вытеснять самоходные суда с ЭУ, преобразующими химическую энергию топлива. На протяжении почти 100 лет практически единственным типом СЭУ были паросиловые установки (ПСУ) с паровыми поршневыми машинами и паровыми котлами, работавшими на ка­менном угле или на дровах. В конце XIX и начале XX вв. на судах стали устанавливать паросиловые котлотурбинные и дизельные ЭУ, а в ПСУ с порш­невыми машинами или турбинами начали использовать жидкое нефтяное топ­ливо.

В 1904 г. был построен первый корабль русского флота с ПСУ «Ласточка», а в 1912 г. на верфи Путиловского завода — самый быстроходный в мире эскадренный миноносец «Новик» с паротурбинной установкой (ПТУ) мощ­ностью 29,5 МВт и скоростью более 37 уз. Первое в мире самоходное судно с дизельной установкой (ДУ) было создано в России в 1903 г. (нефтеналив­ное судно «Вандал» с установкой мощностью 250 кВт).

На протяжении 20-х и 30-х годов судовые ПТУ и ДУ постепенно вытес­няли СЭУ с паровыми машинами, работавшими на угле.

После второй мировой войны началось развитие газотурбинных (ГТУ) и ядерных (ЯЭУ) энергетических установок. В 50-х годах полностью отказались от постройки судов с паровыми машинами и от использования каменного угля в качестве топлива. На судах стали применять преимущественно ДУ.

В 40-х и 50-х годах в связи с применением ГТУ фактически была совер­шена техническая революция — резко увеличились агрегатная мощность и ско­рость судна. Было построено и первое русское опытное торговое судно — сухогруз «Парижская коммуна» с ГТУ мощностью 9,55 МВт. В настоящее время ГТУ широко применяются главным образом на военных кораблях, а так­же на ряде специализированных судов.

В 1959 г. было введено в эксплуатацию построенное в СССР первое в мире надводное судно с ЯЭУ (паротурбинной, с электродвижением) — ледокол «Ленин».

В настоящее время большинство судов оборудовано ДУ. Дизели сегодня — самые экономичные тепловые двигатели, позволяющие, кроме того, сравнительно просто механизировать и автоматизиро­вать основные производственные процессы на судне.

В последние годы уделяется большое внимание топливной экономичности СЭУ и судов в целом. С этой целью принимают следующие меры: снижают сопротивление движению судна; уменьшают его скорость; применяют винты регу­лируемого шага (ВРШ), позволяющие эффективно использовать мощность в условиях плавания, отличающихся от спецификационных; обеспечивают по­вышенные среднеэксплуатационные КПД первичных двигателей их работой на полной или близкой к полной мощности на различных режимах, отбором мощ­ности главных двигателей на вспомогательные нужды (электрогенераторы, на­сосы и т. п.), применением соответствующих оптимизирующих режим работы средств автоматизации. Особое значение имеет повышение полноты исполь­зования энергии топлива, сжигаемого в первичных двигателях. С этой целью применяют развитую (глубокую) утилизацию теплоты выпускных газов (впрочем, ограниченно применимую в связи со значительным усовершенствованием первичных двигателей за последние несколько десятков лет и соответственным снижением температуры выпускных газов), ох­лаждающей двигатели среды, горячего наддувочного воздуха для получения механической энергии (и передачи ее на винт), электроэнергии, пара и горя­чей воды для опреснительных и отопительных установок, подогрева топлива и горячего водоснабжения.

В настоящее время дизелестроительные и судостроительные фирмы стара­ются решать проблему экономии топлива совершенствованием двигателя и судна в целом.

Рост топливной экономичности СЭУ достигается также повышением пара­метров работы их главных двигателей (увеличением среднего эффективного давления в дизелях, температуры газов перед турбиной в ГТУ, давления и температуры пара в ПТУ и т. д.).

Особое значение имеет решение проблемы сжигания тяжелых высоковяз­ких и так называемых альтернативных топлив, водотопливных эмульсий.

Эффективность и надежность работы СЭУ зависят от совершенства не только главных двигателей, но и вспомогательных ЭУ, их элементов.