4. Судовые паровые и газовые турбины 60

4.1. Принцип действия паровых турбин 60

4.2. Активные и реактивные паровые турбины 60

4.3. Многоступенчатые турбины 61

4.4. Газовые турбины 63

5. Судовые вспомогательные установки и механизмы 64

5.1. Назначение и классификация теплообменных аппаратов 64

5.2. Основы расчета теплообменных аппаратов 65

5.3. Конструкции теплообменных аппаратов 66

5.4. Назначение и классификация судовых холодильных установок 69

5.5. Схемы работы судовых холодильных установок 72

Одноступенчатая холодильная установка 72

Холодильные установки судов для перевозки сжиженных газов 74

Конструкции элементов холодильной установки 77

5.6. Общие сведения о судовых насосах и их классификация 81

5.7. Насосы объемного принципа действия 83

5.7.1. Поршневые насосы 83

5.7.2. Роторные насосы 90

5.8. Насосы гидродинамического действия 94

5.8.1. Центробежные насосы 94

5.8.2. Осевые насосы 97

5.8.3. Струйные насосы 98

5.9. Судовые палубные механизмы и устройства 100

5.9.1. Якорные и швартовные устройства 100

5.9.2. Грузовые устройства и люковые закрытия 104

5.10. Судовые рулевые машины 106

5.10.1. Назначение рулевых машин и требования к ним 106

5.10.2. Электрогидравлические рулевые машины 107

5.10.3. Телепередачи рулевых машин 110

6. Судовые системы, передачи и валопровод 115

6.1. Система смазки 115

6.2. Система охлаждения 116

6.3. Топливная система 119

6.4. Система сжатого воздуха 120

6.5. Система газовыпуска 121

6.6. Осушительная, балластная и противопожарная системы 121

6.7. Система вентиляции и кондиционирования воздуха 124

6.8. Система отопления 125

6.9. Передачи 125

6.9.1. Механические передачи 125

6.9.2. Электропередачи 127

6.9.3. Гидродинамические муфты 127

6.10. Валопровод 128

6.10.1. Назначение и устройство валопровода 128

6.10.2. Особенности работы валопровода 129

7. Судовое электрооборудование 131

7.1. Требования к судовому электрооборудованию 131

7.2. Гребные электрические установки 135

Список литературы 138

Посвящается нашим Учителям –

профессору П.П. Акимову

(ЛВИМУ им. адм. Макарова),

профессору В.Ф. Коваленко (ОВИМУ)

Введение

Основным назначением судовой энергетической установки (СЭУ) является обеспечение движения судна. В нее входят механизмы и устройства, снабжающие судно электроэнергией, паром, водой и обеспечивающие работу самой энергетической установки, а также обеспечивающие управление судном, производство грузовых операций, кондиционирование воздуха во всех помещениях и трюмах.

Вся совокупность механизмов и систем СЭУ делится на:

– главную установку, обеспечивающую движение судна;

– вспомогательную установку, обеспечивающую потребности судна в энергии на ходу и стоянке;

– системы и механизмы общесудового назначения.

Главная установка состоит из главных двигателей, передачи, валопровода и движителя. Работа главной установки обеспечивается системами топливной, масляной, охлаждения, газовоздушной и системой сжатого воздуха.

Все судовые энергетические установки являются теплосиловыми, так как работа в них совершается за счет тепловой энергии, выделяющейся при сгорании топлива (или делении ядер расщепляющихся элементов в атомных энергетических установках).

Морские и речные суда по типу главного двигателя можно классифицировать следующим образом:

1. Пароходы, где главным двигателем являлся паропоршневой двигатель.

2. Теплоходы, где главный двигатель – двигатель внутреннего сгорания (ДВС).

3. Турбоходы, которые делятся на паротурбоходы (главный двигатель – па­ровая турбина) и газотурбоходы (главный двигатель – газовая турбина).

4. Электроходы, гребной винт которых приводится в действие электродвига­телями, получающими питание от дизельгенератора или турбоге­нератора.

5. Атомоходы, где используется ядерная энергетическая установка.

Главные установки классифицируются по следующим признакам:

– по типу главных двигателей: паровые машины, двигатели внутреннего сгорания (ДВС); газовые и паровые турбины; гребные электродвигатели; ядерные энергоустановки.

– по количеству гребных валов: одно-, двух- и многовальные.

– по типу главной передачи – с прямой механической, редукторной, электрической или комбинированной.

– по типу движителя – с гребными винтами, водометами, воздушными винтами, крыльчатыми движителями.

Первой практически пригодной СЭУ была паровая машина, установленная инженером Робертом Р.Фултоном на речное судно «Клермонт», которое открыло новую эру в истории судоходства, начав совершать регулярные рейсы и перевозить пассажиров между Нью-Йорком и Олбани со скоростью 5 узлов. На деревянном судне длиной 43 м были установлены две мачты, на которых в случае необходимости поднимались паруса в помощь двигателю мощностью 20 л.с. (1 л.с. = 0,735 кВт).

Что касается стран СНГ, то первый пароход «Елизавета» (длина 18,3 м, ширина 4,5 м, осадка 0,61 м) был построен в России в 1815 году для плавания между Петербургом и Кронштадтом.

Однако постепенно паропоршневая машина стала малопригодной для крупных транспортных судов, так как ее низкий коэффициент полезного действия вынуждал увеличивать размеры паровой машины, что существенно уменьшало полезную грузоподъемность. Так, к 1900 году судовая паровая машина достигла пределов своей мощности – 20000 л.с. при следующих размерах: длина и ширина машины составляла 22 и 12 м, диаметр цилиндра и ход поршня 2,85 м и 1,8 м соответственно.

Кардинальное повышение эффективности СЭУ было связано в то время с появлением многоступенчатых паровых турбин, позволивших не только увеличить коэффициент полезного действия (КПД) с 4-5% до 12-13%, но и существенно уменьшить массогабаритные характеристики двигателей.

В 1884 г. английский инженер и предприниматель Ч.Парсонс изобрел первую реактивную многоступенчатую турбину (мощностью 5 л.с. при частоте вращения 24000 1/мин) и основал компанию по производству морских паровых турбин, которая построила первый турбоход «Турбиния». Турбоход был спущен на воду, в 1899 г. получил две турбины мощностью по 1000 кВт и на испытаниях показал скорость 20 узлов. Длина судна составляла 37,8 м, ширина 3,2 м, водоизмещение 44,5 т.

В это же время капитан-лейтенантом Кузьминским П.Д. была построена и установлена на речном катере первая газотурбинная установка, которая испытывалась в 1892 – 1897 г.г.

Однако настоящую революцию в судовых энергетических установках произвело создание Рудольфом Дизелем в 1897 г. первого экспериментального двигателя внутреннего сгорания с внутренним смесеобразованием. Однако этот двигатель не оправдал надежд изобретателя, так как мог работать только на керосине.

В 1898 г. Э.Нобель покупает патент и на своем заводе (после революции завод «Русский дизель») существенно перерабатывает конструкцию двигателя для обеспечения условий работы на сырой нефти. После этого он является наиболее экономичным двигателем – на первом русском дизеле мощностью 18 кВт расход топлива (сырой нефти) составил 0,3 кг на 1 кВт∙ч, что было на треть меньше расхода керосина в двигателе Р.Дизеля.

Следует отметить, что суда с паровыми или газовыми турбинами оказались эффективными только при сочетании большого водоизмещения и требуемой для высокой скорости большой мощности. Такое сочетание характерно для пассажирских судов и кораблей военного флота.

В настоящее время дизельные установки занимают доминирующее положение на флоте, работают на дешевых тяжелых сортах топлива, имеют низкий расход топлива и самый высокий КПД.

Так, фирма «Wartsila», являющаяся одним из самых крупных производителей судовых дизельных двигателей, предлагает судовой двигатель мощностью 80000 кВт с удельным расходом топлива менее 170 г/кВт∙ч и к.п.д. более 50%.

По мнению авторов, учебник по дисциплине «Судовые энергетические установки и электрооборудование судов» будет способствовать формированию у судоводителей стойких базовых знаний о строении и принципах действия судового энергетического комплекса и характере взаимодействия его элементов.

Целью дисциплины является приобретение будущими специалистами основ для дальнейшего усвоения материала специальных дисциплин и успешной практической деятельности на морских и речных судах.

В учебнике введение, главы 1, 2, 3 и 4 написаны А.В. Кирисом (ОНМА); главы 5 и 7 – Н.А. Козьминых (ОНМА); при подготовке главы 6 использованы материалы М.В. Грибиниченко (ДВПИ им. Куйбышева, РФ). Под редакцией к.д.п. И.А. Бурмаки (ОHМА).