УДК 621.181:629.12(075.8)

Енин В. И Денисенко Н. И, Костылев И. И. Судовые котельные установки: Учеб. для вузов. М.: Транспорт, 1993. 216 с.

Рассмотрены принцип действия, характеристики и конструктивные особенности элементов судовых котельных установок, основы теории рабочего процесса парового котла, даны рекомендации по расчету основных показателей рабочего процесса, приведена классификация судовых потребителей пара.

Задачи технической эксплуатации котельных установок изложены с учетом современных требований к организации технического использования и обслуживания судового оборудования. Обращается внимание на причины изменения и методы контроля технического состояния элементов котельных установок.

Учебник предназначен для курсантов судомехакических факультетов морских академий, может быть использован судовыми механиками и инженерно-техническими работниками, занимающимися эксплуатацией и проектированием судовых энергетических установок. Ил. 96, табл. 6, библиогр. 10 назв.

Введение и главы 2—4 написаны В. И. Ениным, 1,11 — И. И. Костылевым, 5-8 — совместно В. И. Ениным, Н. И. Денисенко и И. И. Костылевым, 9,10,12, кроме п. 9.2, - Н. И. Денисенко, п. 9.2 — совместно Н. И. Денисенко и И. И. Костылевым.

Рецензент В. А. Романов

Редактор И. В. Рядная seasoft.com.ua

3205030000-197 Е - 110-93(КБ7-280-93)

049(01)-93

ISBN 5-277-01650-3

©В. И. Евин, Н. И, Денисенко, И. И. Костылев, 1993

©Издательство "Транспорт" иллюстрации, оформление, 1993

СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ

АПУ - атомная перепроизводящая установка БЗК - быстрозапорный клапан ВНУ - воздухонаправляющее устройство ВРШ - винт регулируемого шага ВТЭ - водотопливная эмульсия ВУ - верхний уровень ГД - главный двигатель ГС - главный котел

ГСМ - горючесмазочные материалы ГТЗА - главный турбозубчатый агрегат ГТУ - газотурбинная установка ДВС - двигатель внутреннего сгорания

КИП - контрольно-измерительные приборы КПД - коэффициент полезного действия КУ - котельная установка МО - машинное отделение

МЦЦ - магнитопорошковая дефектоскопия НК - неразрушающий контроль НУ - нижний уровень

ПАВ - поверхностно-активные вещества ПТЭ - правила технической эксплуатации САР - система автоматического регулирования СКУ - судовая котельная установка СРЗ - судоремонтный завод СУ - средний уровень

СЦК - система централизованного контроля СЭУ - судовая энергетическая установка ТИ - техническое использование ТО - техническое обслуживание ТС - техническое состояние ТЭ - техническая эксплуатация

ТЭП - технико-экономические показатели ТЭФ - техническая эксплуатация флота УЗД - ультразвуковая дефектоскопия УК - утилизационный котел ЦПУ - центральный пост управления ЭДС - электродвижущая сила

ВВЕДЕНИЕ

Идеи использования энергии пара для производства механической работы неоднократно высказывались задолго до изобретения паровой машины. Так, еще за 100 лет до новой эры Герон Александрийский создал паровой котел пар от которого использовался для раздувания огня. Подобные идеи были у итальянцев Леонардо да Винчи и Джованни Бранка, француза Соломона де Ко (XV1-XVU вв.), однако они оставались невостребованными вплоть до конца XVII в., когда развитие общественного производства потребовало перехода от идей и проектов к промышленному использованию энергии пара. И здесь огромная заслуга принадлежит французскому физику и математику Папину, в 1680 г. предложившему построить паровой котел давлением около 10 МПа, в котором был применен изобретенный им предохранительный клапан. Именно это изобретение, резко повысившее безопасность и надежность паровых котлов, создало предпосылку к ускоренному развитию котлостроения.

В1707 г. англичанам Т. Ньюкомену и Т. Севери был выдан патент на паровую машину и паровой котел, в котором применен водоуказательный прибор, состоящий из верхнего и нижнего пробных кранов. Установки Ньюкомена применяли в рудниках для откачивания воды.

ВРоссии использование пара в промышленных целях начинается со второй половины XVIII в.: в 1766 г. И. И. Ползунов построил установку, состоящую из парового котла и универсальной паровой машины. В котле применен автоматический регулятор питания. Однако ни котлы Ньюкомена, ни установка Ползунова из-за конструктивного несовершенства не нашли широкого распространения в промышленности, где требовалось преобразование энергии возвратно-поступательного движения поршня в энергию вращательного движения приводного вала. Эта задача стала разрешимой только после того, как англичанин Л. Уатт в 1784 г. получил патент на усовершенствованную универсальную паровую машину. Одновременно он внес предложения по повышению безопасности и надежности паровых котлов: им изобретены водомерное стекло и U-образный манометр, усовершенствованы регуляторы питания и давления пара в котле, применены предохранительный клапан и пробные краны, дублирующие водомерное стекло.

Вэтот период паровые котлы были коробчатого типа, изготовлялись из красной меди и были чрезмерно дороги. Кроме того, вследствие низкой прочности корпуса коробчатого котла рабочее давление в нем не превышало 0,101-0,103 МПа. И все же несмотря на эти недостатки котлов, установки Уатта всего за несколько десятилетий завоевали весь промышленный мир.

Применение громоздких и тяжелых установок на судах или паровозах было исключительно трудной задачей, поэтому изобретатели искали другие решения. Так, в 1801 г. американец Эвене построил установку, в которой котел был изготовлен из чугуна и имел цилиндрическую форму, что позволило повысить давление пара до 0,5— 0,7 МПа. В конце XVIII в. другой американский инженер Фитч реализовал патент Блэкея на водотрубный прямоточный котел, установленный и испытанный на речном судне. В 1790 г. Фитч открыл регулярные рейсы, однако из-за несовершенства конструкции котла и отсутствия надежной автоматики котел Фитча не нашел дальнейшего применения.

Всемирная слава постройки надежно работающих пароходов принадлежит Р. Фултону, в 1807 г. открывшему регулярные рейсы по р. Гудзон на пароходе "Клермонт", на котором была применена установка Уатта.

Практическое применение различных тепловых двигателей стало возможным в результате развития учения о тепловой энергии. Особые заслуги в этой области принадлежат гениальному русскому ученому М. В. Ломоносову (1711—1765), который разработал атомно-молекуяярную концепцию, нашедшую конкретное воплощение в его кинетической теории теплоты. В этой области известны исследования англичанина Блэка, открывшего теплоту парообразования, и других ученых. В свою очередь, изобретение парового двигателя дало толчок к возникновению новой науки — термодинамики, основы которой заложены в вышедшей в свет в 1824 г. работе француза Сади Карно "Размышления о движущей силе огня и машинах, способных развивать эту силу".

Использование энергии пара на судах было настоящей революцией на морском транспорте. Действительно, всего через 12 лет после постройки первого речного парохода Фултона в эксплуатацию вступает океанский пароход "Саванна" (1819 г.), а в 1822 г., например, в Америке было уже 300 пароходов, в Англии 150, еще через 5 лет соответственно 900 и 300 пароходов. Столь бурное развитие судового котлостроения при том, что коробчатые котлы отличались низкой надежностью, требовало особой тщательности в подготовке кадров. Многочисленные аварии котлов свидетельствовали о необходимости обобщения опыта их эксплуатации и создания специальных пособий для подготовки котельных машинистов, поэтому уже в 1837 г. во Франции появилось первое печатное руководство для механиков и

машинистов пароходов — прообраз ныне действующих Правил технической эксплуатации паровых котлов.

Развитие судового котлостроеяия в XIX в. отличается многообразием конструктивных решений паровых котлов, что объясняется поиском надежных и безопасных конструкций, хорошо приспособленных для выполнения своих функций в самых разнообразных условиях. За рубежом эти поиски неразрывно связаны с именами Мартина, Мэррика и Тауна (СИЛ), Кохрана, Ярроу, Марстона, Джонсона (Великобритания), Дю-Тамппя, Нормана, Бельвиля (Франция), Альбона, Ленца, Штейнмюяяера (Германия). Из наиболее известных зарубежных фирм, строящих судовые котлы, можно упомянуть "БабкокВилькокс" (Великобритания, Германия, США), "Ярроу" и "Тодд" (Великобритания), "Фостер-Уиллер" (США), "Ваходаг и Савке" (Германия), "Зертсиля" (Финляндия) и др.

ВРоссии на Ижорском заводе в 1811 г. впервые был построен паровой дноуглубительный снаряд. 3 ноября 1815 г. первый русский пассажирский пароход "Елизавета" совершил рейс от Санкт-Петербурга до Кронштадта. В дальнейшем на нескольких пароходах были установлены котлы с рабочим давлением пара несколько выше атмосферного.

Впервой половине XIX в. в России на нескольких заводах были построены паровые котлы в основном коробчатого типа, которые предшествовали появлению пролетных и так называемых оборотных огнетрубных котлов. В это время большую роль в развитии огнетрубных котлов сыграли Е. А. Черепанов и М. Б. Черепанов, создавшие в 1833—1835 гг. первый в России паровоз. Русский теплотехник С. В. Литвинов предложил применить оригинальную конструкцию для перегрева пара в котле. Однако эти идеи могли быть реализованы только в конце XIX в.

Большую роль в совершенствовании конструкций и создании новых типов паровых котлов сыграли русские ученые В. И. Калашников (1849-1908), В. Г. Шухов (1853-1939), В. Я. Долголенко (1864-1941).

Вконце прошлого века была предложена оригинальная конструкция прямоточного котла П. Д. Кузьминского и Н. Ф. Пашинина, а промышленное применение прямоточных котлов осуществлялось в советское время под руководством проф. Л. К. Рамзина.

Много работ было выполнено русскими учеными и инженерами в области теории рабочего процесса и расчета паровых котлов. Н. И. Петров(1836-1920) изложил основы теории и конструирования паровых котлов в специальном курсе, опубликованном в 1877 г.

Первый метод расчета тяги в 1864 г. предложил И. П. Алымов (1831—1884). Исследования в области сжигания распыленного жидкого топлива, в том числе конструирование первых форсуночных устройств, осуществляли А. И. Шпаковский, В. Г. Шухов, О. К. Ленц и др. Исследования русского ученого И. А. Вышнеградского (1831-1895) послужили основой для разработки теории автоматического регулирования паровых котлов.

Вобласти совершенствования котельной техники в отечественной промышленности важная роль принадлежит В. И. Гриневецкому (1871-1919), предложившему в 1905 г. графический метод расчета котла, и К. В. Киршу (1877—1919), исследовавшему процесс топливосжигания.

В1924 г. в Москве был создан Всесоюзный теплотехнический институт (ВТИ) имени Ф. Э. Дзержинского, а в 1927 г. в Ленинграде был организовав Центральный котлотурбинный институт (ЦКТИ), которому впоследствии было присвоено имя И. И. Ползунова. Специальные подразделения имелись и при Академии наук СССР и других ведомствах. Все это способствовало развитию отечественной техники и науки во всех областях (прежде всего в теплоэнергетике). Крупный вклад в развитие стационарной энергетики внесли советские ученые М. В. Кирпичев, М. А. Стырикович, М. А. Михеев, Г. Н. Кружилин, Г. Ф. Кнорре, Л. К. Рамзин, А. А. Гухман, Н. В. Кузнецов, В. н. Шретер, А. М. Гуревич, Н. С. Рассудов, П. Н. Кендысь, В. Н. Тимофеев, П. К. Конаков, В. В. Митор и др.

Вобласти создания, развития и эксплуатации судовых котельных установок большая заслуга принадлежит В. Я. Долголенко, В. П. Мадисову, Э. Э. Папмелю, М. И. Шулинскому, Г. А. Гасанову, Н. С. Белоусову, Л. В. Арнольду, В. Н. Дешкину, Н. М. Кузнецову, В. К. Лысенко, Н. И. Пушкину, В. В. Лаханину, И. А. Федорову, А. Я. Нагибину.

Для энергетических установок транспортных судов основным показателем интенсификации процесса эксплуатации является экономия топлива и других энергетических и материальных ресурсов. В решении этой комплексной проблемы новое качественное значение имеют вспомогательные котельные установки. Котлы позволяют повысить степень утилизации теплоты уходящих газов дизелей, обеспечить безопасность танкеров благодаря генерации инертных газов. Эти и другие новые функции современных судовых котлов рассмотрены в данной книге.