Меню Рубрики

Судовые энергетические установки главный двигатель

Глава III. Главные судовые двигатели

§ 17. Характеристики главных судовых энергетических установок

Главными показателями, которые определяют технико-экономические качества судовых энергетических установок, являются:
— малый вес и небольшие габариты при достаточной мощности, что способствует повышению скорости хода судна;
— простота обслуживания и высокая экономичность;
— живучесть и надежность в работе при различных внешних воздействиях;
— быстрое изменение нагрузки главных машин и направления вращения гребных винтов (реверс);
— быстрый пуск и развитие полной мощности в наиболее короткое время;
— устойчивость работы главных машин при малой частоте вращения;
— минимально возможная шумность и отсутствие вибраций корпуса при работе главных машин;
— технологичность конструкции во время монтажа и ремонта установки.

Основные типы главных судовых энергетических установок, отвечающие указанным требованиям и применяемые в настоящее время на морских судах, были перечислены ранее в § 6, гл. I. Ниже приводятся основные характеристики каждой из этих установок.

Установки с двигателями внутреннего сгорания (ДВС). Современные установки такого типа отличаются высокой мощностью, надежностью в работе и экономичностью. Перспективным в применении этих установок на морских судах является использование для их работы тяжелых сортов топлива. Строящиеся в настоящее время на отечественных заводах мощные дизельные установки (с агрегатной мощностью до 15000 квт) могут кратковременно (при пуске и реверсах) работать на дизельном топливе и длительно (в период рейса) — на тяжелом топливе. Осваивается постройка еще более мощных дизелей — до 25 000 квт.

В зависимости от назначения и типа судна установки с ДВС могут быть реверсивными и нереверсивными. В первом случае они работают на гребной вал непосредственно или через какую-либо передачу (зубчатую, гидравлическую и др.). Нереверсивные установки имеют или специальные реверсивные муфты, или передают энергию непосредственно на гребной вал, имеющий винт регулируемого шага (ВРШ), или приводят в движение электрогенераторы, питающие током гребные электродвигатели.

Паротурбинные установки. Такие установки могут обладать неограниченной мощностью; их применяют исключительно на крупных морских судах. Современная паротурбинная установка имеет мощность 150 000 квт и более при частоте вращения ротора до 12 000 об/мин и в то же время отличается относительно малыми габаритами и небольшим удельным весом, т. е. весом установки, приходящимся на единицу мощности.

В отличие от ДВС основные подвижные детали паротурбинной установки совершают вращательное движение, что создает возможность их полного уравновешивания, обеспечивает плавность работы и исключает вибрацию. Кроме того, отсутствие поступательно движущихся трущихся частей позволяет снизить потери энергии на трение, а следовательно, повысить механический к. п. д. установки.

Однако применение паротурбинных установок на морских судах ограничивается рядом недостатков, свойственных этим установкам. Для работы паровых турбин необходим пар, поэтому на судне устанавливают громоздкие и тяжелые паровые котлы со всеми обслуживающими их вспомогательными механизмами и трубопроводами. С целью уменьшения высокой частоты вращения турбин до приемлемой для работы гребных винтов (75—250 об/мин) между турбинами и гребным валом размещают понижающую зубчатую (редукторную) передачу. Для обеспечения обратного направления вращения гребного винта в один из корпусов турбин встраивают турбину заднего хода или применяют специальное реверсивное устройство. Все это утяжеляет турбинную установку, делает ее громоздкой и снижает механический к. п. д. Кроме того, большой расход пара при работе турбины на малых режимах и при реверсах делает нерентабельным их применение для судов с малой мощностью энергетической установки (менее 5000 квт).

Газотурбинные установки. Развитие газотурбинных установок (ГТУ) началось в послевоенный период. Особенно широкое распространение получили газотурбинные установки со свободно-поршневыми генераторами газа (СГТГГ), сочетающие в себе положительные качества ДВС (высокая экономичность) и газовой турбины (малый удельный вес).

Современные ГТУ обладают мощностью до 20 000 квт при частоте вращения ротора турбин до 6000 об/мин. Они отличаются быстротой пуска, надежностью в работе, простотой в изготовлении и обслуживании. Отсутствие громоздкой котельной установки, тяжелых паропроводов и конденсатора и сравнительно малые габариты ГТУ позволяют сократить и рационально использовать объем машинного отделения, увеличить объем трюмов и полезную грузоподъемность судна. Благодаря полной уравновешенности движущихся частей у газовой турбины и генераторов газа они не передают вибрацию корпусу судна и потому могут устанавливаться на облегченном фундаменте. Газовые турбины и генераторы газа более просты по конструкции, чем дизельные установки, не требуют специального обслуживания и вскрытия в течение навигации, а их профилактический осмотр можно проводить во время рейса без существенного снижения скорости хода судна.

Читайте также:  Установка ремня грм на двигатель аав

Ядерные энергетические установки. Значительные успехи, достигнутые в области ядерной энергетики, позволили создать судовые ядерные энергетические установки (ЯЭУ), применяемые в настоящее время на судах транспортного и военно-морского флота. Одним из преимуществ ЯЭУ перед другими типами установок является высокая концентрация энергии в ядерном горючем.

Наряду с несомненными преимуществами ЯЭУ имеют и ряд недостатков, связанных с необходимостью ограждения активной зоны ЯЭУ специальной биологической защитой, имеющей значительные вес и габариты, а также применения автоматизации и дистанционного управления механизмами, находящимися внутри этой защиты. Все это усложняет установку и повышает требования к надежности ее работы. Кроме того, стоимость постройки и эксплуатации атомных судов выше, чем обычных судов морского флота.

Рассмотренные судовые энергетические установки наиболее распространены в морском судостроении. На судах старой постройки еще встречаются установки с паровыми поршневыми машинами. Несмотря на простоту и надежность в эксплуатации, а также довольно значительный срок службы (40—50 лет и более), они громоздки, маломощны и малоэкономичны. На вновь строящихся судах такие установки применения не находят. В табл. 1 приведены основные характеристики современных судовых энергетических установок.

источник

Судовая энергетическая установка (СЭУ) – назначение, классификация, состав

Судовой энергетической установкой называется комплекс технических средств для обеспечения движения судна с необходимой скоростью, выработки механической, тепловой, электрической энергии, и обеспечения этими видами энергии всех потребителей для безопасного и эффективного функционирования судна в соответствии с его типом и назначением.

В состав СЭУ входят (рис. 1):

  • главная энергетическая установка (ГЭУ) – комплекс технических средств для обеспечения поступательного движения судна и его маневрирования, а также обеспечения всеми видами энергии потребителей судна на ходу;
  • вспомогательная энергетическая установка (ВЭУ) – комплекс технических средств для обеспечения судна всеми необходимыми видами сред и энергий, обеспечения заданного функционирования ГЭУ и общесудовых потребителей, не связанных с движением судна;
  • электроэнергетическая система (ЭЭС) – комплекс источников электроэнергии и распределительных устройств, обеспечивающих все потребности судна электроэнергией.

Судовые главные энергетические установки могут быть классифицированы по следующим признакам:

  • по роду топлива:
    • -работающие на природном органическом топливе;
    • -использующие ядерную энергию;
  • по роду рабочего тела:
    • — на паровые – в качестве рабочего тела используется водяной пар;
    • — газовые – в качестве рабочего тела используются продукты сгорания органического топлива или нагретый газ;
  • по типу главного двигателя:
    • — на дизельные;
    • — газотурбинные;
    • — паротурбинные;
    • — комбинированные;
  • по способу передачи мощности к движителям:
    • — с прямой (непосредственной) передачей;
    • — с механической (редукторной) передачей;
    • — с гидравлической передачей;
    • — с электрической передачей;
    • — с комбинированной передачей;
  • по числу валопроводов:
    • -на одновальные;
    • -многовальные;
  • по числу главных двигателей, работающих на один вал:
    • — на одномашинные;
    • — многомашинные;
  • по способу обеспечения реверса:
    • — с реверсивными главными двигателями;
    • — с реверсивными главными передачами;
    • — с реверсивным движителем (ВРШ и др.);
  • по степени автоматизации, способу управления и обслуживания:
    • — на неавтоматизированные;
    • — частично автоматизированные – с местным постом управления (ПУ) и постоянной вахтой в машинном отделении (МО);
    • — автоматизированные с дистанционным автоматическим управлением (ДАУ), с постоянной вахтой в центральном посту управления (ЦПУ) и периодическим обслуживанием МО (степень автоматизации А2);
    • автоматизированные с ДАУ, без постоянной вахты в ЦПУ и МО и с периодическим обслуживанием (степень автоматизации А1).

Общая структурная схема судовой энергетической установки показана на рис. 1.

Элементы СЭУ, входящие в состав главной энергетической установки, называют главными: главные двигатели, главные электрогенераторы, главные передачи, главные насосные агрегаты и т.д.

В состав ГЭУ обычно входят генераторная часть – в которой происходит генерирование рабочего тела или сообщение ему дополнительной энергии, и исполнительная часть – в которой происходит преобразование энергии рабочего тела из одной формы в другую. В некоторых типах тепловых двигателей (двигателях внутреннего сгорания, газотурбинных двигателях) генераторная и исполнительная части совмещены в одном агрегате.

В качестве генераторной части в различных типах установок могут использоваться:

  • свободнопоршневые генераторы газа – СПГГ;
  • ядерные газотурбинные установки – ЯГТУ;
  • ядерные паропроизводящие установки – ЯППУ;
  • главные паровые котлы;

В качестве исполнительной части могут использоваться:

  • газовая турбина – в совокупности с СПГГ или ЯГТУ;
  • паровая турбина – в совокупности с ЯППУ или главными паровыми котлами;
  • паровая машина – в совокупности с главными паровыми котлами.

Помимо рассмотренных выше основных элементов ГЭУ в ее состав также входят:

  • системы и вспомогательные механизмы, обслуживающие работу главных двигателей, механизмов и теплообменных аппаратов;
  • системы дистанционного и автоматического управления ГЭУ;
  • системы аварийно-предупредительной сигнализации и защиты элементов ГЭУ.
Читайте также:  Установка подогревателя двигателя 220в дэу нексия

Механическая энергия, вырабатываемая главным двигателем, через главную передачу и валопровод передается на движитель. Совокупность главного двигателя, главной передачи, валопровода, движителя и корпуса судна называют пропульсивным комплексом.

В состав вспомогательной энергетической установки, в зависимости от типа и основного назначения судна, могут входить:

  • вспомогательная паропроизводящая (котельная) установка;
  • водоопреснительная установка;
  • холодильная установка;
  • установка кондиционирования воздуха;
  • компрессорная установка;
  • гидравлическая установка;

В состав электроэнергетической системы судна обычно входят:

  • источники электроэнергии (первичные двигатели, электрогенераторы, аккумуляторные батареи);
  • устройства преобразования электроэнергии (статические и машинные преобразователи, трансформаторы);
  • устройства распределения электроэнергии;
  • силовые сети;
  • потребители электроэнергии;
  • системы регулирования и защиты элект

Литература

Судовые энергетические установки. Дизельные и газотурбинные установки. Болдырев О.Н. [2003]

источник

Типы судовых энергетических установок. Основные схемы мощности на винт.

Судовые энергетические установки в зависимости от вида главного двигателя делятся на паротурбинные, газотурбинные и дизельные.

Паротурбинная установка (ПТУ) представляет собой совокупность агрегатов, двигателей и устройств, объединенных единой тепловой схемой. Рабочее тело (водяной пар) создается в паровом котле или в парогенераторе. Пар соответствующих параметров (давления и температуры) вращает паровую турбину. Прошедший через турбину отработавший пар поступает в конденсатор, где превращается в воду (конденсат), которая далее используется для питания парового котла. Таким образом, пароводяной цикл замыкается. Паровая турбина через зубчатую передачу передает вращающий момент через судовой валопровод на гребной винт. Паровые турбоустановки (ПТУ) судовой валопровод на гребной винт. Паровые турбоустановки (ПТУ) отличаются высокой надежностью и относительной простотой обслуживания.

Газотурбинные установки отличаются тем, что в них главным двигателем является газовая турбина (газотурбинный двигатель), рабочее тело, для которой готовится в камере сгорания. В отличие от ПТУ для ГТУ не требуется громоздкий паровой котел. В результате ГТД является компактным и легким, имеющим высокую мощность. Это качество ГТД позволяет применять его в составе СЭУ достаточно эффективно, несмотря на меньшую экономичность. Однако, в связи с высокой скоростью вращения ротора ГТД его мощность не может быть передана на судовой валопровод непосредственно и поэтому необходимо применять промежуточные передачи мощность (зубчатые, гидравлические или комбинированные) с понижением числа оборотов. Выходящие из ГТД газы имеют высокую температуру (450…550ºС), а их количество весьма значительно. Это используется для получения водяного пара в утилизационном котле с дальнейшим применением пара для привода паровой турбины без дополнительных затрат топлива. В результате получается комбинированная газопаротурбинная установка (ГПТУ) или ГТУ с теплоутилизирующим контуром. Кроме того, ГТД может использоваться в качестве форсажного для достижения максимальной скорости хода в СЭУ с ПТУ или дизельной установкой.

Дизельные СЭУ являются наиболее распространенными энергоустановками. В качестве главных двигателей в дизельных СЭУ применятся двигатель внутреннего сгорания – дизель. Дизели бывают малооборотные (n=50…250 об/мин), которые присоединяются к валопроводу непосредственно (прямая передача); среднеоборотные (n=250…750 об/мин) с передачей мощности на винт через зубчатую или гидравлическую передачу; высокооборотные (n=750…2500об/мин) с зубчатой или электрической (через гребной электродвигатель) передачи мощности на винт.

СXEМЫ МОЩHОСТИ HА ВИHТ.

По способу передачи мощности от двигателя к движителю (гребному винту) ССУ можно условно разделить на следующие основные виды:

1. ПРЯМАЯ — установка с винтом фиксированного шага (ВФШ) или винтом регулируемого шага (ВРШ). Это наиболее простая и надёжная установка. В ней коленчатый вал двигателя жёстко соединён с гребным валом, при этом потери будут минимальными. Частота вращения главного двигателя (ГД) обычно не превышает 500 об/мин, что повышает надёжность работы, удобство эксплуатации, большой моторесурс и малый удельный расход топлива. Однако, нельзя одновременно получить высокие КПД винта т.к. это ограничено большими оборотами двигателя.

2. РЕДУКТОРНАЯ — установка с зубчатой редукторной передачей. Такая установка с двумя и более ГД обладает повышенной живучестью и манёвренностью по сравнению с прямой передачей. Она включает в себя редуктор, состоящий из набора зубчатых колёс и валов. Подбором передаточного числа (i — отношение диаметров или числа зубьев колёс) можно получить самую выгодную частоту вращения.

Недостаток: конструктивное усложнение, меньший моторесурс, больший удельный расход топлива, относительно низкий КПД за счёт потерь в редукторе.

3. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ — установка с электрической передачей. Такая передача состоит из гребного электродвигателя, электропроводников, генератора и дизеля (ДГ). Отсутствует жёсткая связь. Дизель-генераторов может быть несколько от 2-х до 8. Дизель вращает генератор, вырабатывающий электроэнергию и она, через ГРЩ, поступает на электродвигатель, который, в свою очередь вращает гребной вал и винт судна. При этом происходит трансформация энергии — механическая преобразуется в электрическую и наоборот. Такие суда называют дизель-электроходами.

Читайте также:  Установка турбонаддува на карбюраторный двигатель

Преимущества: высокие маневренные качества судна; возможность применения высокооборотных, нереверсивных ДВС и размещение их в любой части корпуса судна; повышение живучести всей ССУ.

Недостатки: большая стоимость установки; низкий КПД передачи.

Для сравнения, если КПД прямой передачи принять за 1, то КПД редукторной передачи будет ≈ 0,96, КПД электрической будет ≈ 0,87.

Схемы передачи мощности ДВС на гребной вал:

На рисунке а дана принципиальная схема силовой установки с прямой передачей мощности от главного ДВС 9 с маховиком 8 на гребной вал 3. Коленчатый вал двигателя жестко соединен с гребным валом при помощи короткого упорного вала 6 и двух промежуточных валов 4, установленных в опорных подшипниках 5. Гребной вал вращается в дейдвудной трубе 2. Упорный вал 6 выполнен заодно с упорным гребнем, который передает осевое усилие гребного винта 1 упорному подшипнику 7.
Преимуществами прямой передачи являются высокий КПД передачи, простота ее устройства, надежность в работе.
Недостаток прямой передачи — при работе двигателя на долевых нагрузках его мощность используется неэффективно, что приводит к значительному увеличению удельного расхода топлива. Кроме того, жесткая связь между двигателем и гребным винтом ухудшает маневренные качества судна, а частые реверсы значительно снижают моторесурс двигателя.
Редукторные передачи используются в судовых силовых установках с быстроходными ДВС, применение которых дает определенные преимущества и в первую очередь уменьшение габаритных размеров и массы установок. В последние годы такие передачи нашли применение в сочетании со среднеоборотными ДВС, так называемые дизель-редукторные агрегаты.
Силовые установки с редукторной передачей чаще всего включают в свой состав два главных ДВС, от которых мощность передается на один гребной вал через редуктор. Между коленчатым валом главных ДВС и редуктором устанавливаются индукционные или гидравлические муфты, которые сглаживают колебания крутящего момента двигателя, обеспечивая плавность зацепления шестерен редуктора, быстрое отключение валопровода от коленчатого вала, отключение одного из ДВС при неисправностях и т. д. Широко применяются фрикционные муфты.
Редукторные передачи дают возможность применения в составе силовых установок обратимых электрических валомашин,позволяющих осуществлять отбор мощности от главных двигателей для питания судовых потребителей или, наоборот, использовать мощность судовой электростанции для увеличения скорости движения судна.
На рисунке б дана принципиальная схема силовой установки с редукторной передачей от главных двигателей 5 к гребному винту 1. Главные двигатели через муфты 4 приводят во вращение валы редуктора с шестернями 3 и 6, которые вращают зубчатое колесо, соединенное с валопроводом 2 и гребным винтом 1. Усилие гребного вала воспринимается упорным подшипником, установленным в корпусе редуктора.
К недостаткам редукторных передач (в сравнении с прямыми) относятся сложность конструкции, меньшие моторесурс и КПД передачи. Несмотря на эти недостатки, возможность рационального использования мощности двигателей при различных режимах работы судна, а также применение быстроходных ДВС относительно небольших размеров и массы делают редукторную передачу наиболее перспективной для промысловых судов.
На рисунке вдана принципиальная схема силовой установки с электрической передачей мощности от главных двигателей к гребному винту 1. Главные ДВС 5 приводят в действие генераторы 4, вырабатывающие электрический ток, который подводится к распределительному щиту 3. От него электроэнергия подается к потребителям, в том числе и к гребному электродвигателю 2, соединенному с гребным винтом 1.
Таким образом, происходит двойная трансформация энергии, что приводит к увеличению потерь в передаче и снижению ее КПД.
Электрическая передача имеет ряд преимуществ перед прямой и редукторной. Ее применение позволяет: использовать нереверсивные быстроходные ДВС, размещая их независимо от гребных валов; эффективно использовать мощность силовой установки независимо от скорости вращения гребного винта; легко осуществлять реверс гребного электродвигателя (гребного винта) с помощью переключателей из машинного отделения и рулевой рубки; использовать главные генераторы для обеспечения электроэнергией вспомогательных механизмов.
Несмотря на указанные преимущества силовые установки с электрической передачей на промысловых судах широкого применения не получили из-за сложности, высокой стоимости и низкого КПД оборудования по сравнению с другими видами передач. К недостаткам также относится необходимость увеличения числа обслуживающего персонала (в штат машинной команды дополнительно вводятся электромеханики). В настоящее время такие установки применяются главным образом на производственных рефрижераторах, консервных траулерах и некоторых транспортных судах.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Студент — человек, постоянно откладывающий неизбежность. 11273 — | 7573 — или читать все.

источник

Добавить комментарий

Adblock
detector