11. Использование сдм на судне.
Судовые вспомагательные механизмы и системы делятся на насосы, компрессоры, фильтры, сепараторы, маслоотделители и установки для устранения отколов, системы водоснабжения, теплообменные апараты(подогревагели, охладители, конденсаторы и испарители).
Насосами называют механизмы, с помощью которых жидкости транспортируются или перекачиваются из помещения с меньшим давлением В помещение с большим давлением. В зависимости от принципа действия различают объемные (поршневые, шестеренные, винтовые), центробежные (лопастные) и струйные насосы. На судах насосы разделяют по их назначению: трюмные, балластные, питательные для масла и охлаждающей воды, пожарные, нагнетательные и т. д. Объемные насосы служат для того, чтобы периодически нагнетать отдельные количества жидкости из камеры всасывания в камеру сжатия. Самый простой объемный насос - тго поршневой. Принцип, работы такого насоса двойного действия показан на рисунке ниже.
Принцип действия поршневого насоса двойного действия. 1 – поршень; 2-5 – клапаны; 6 – всасывающая труба; 7 – напорная труба.
Другим очень распространенным видом объемного насоса является шестеренный. Подающий элемент состоит из двух зубчатых колес, помещенных в герметическом корпусе. Одно из зубчатых колес приводится во вращение, например, электродвигателем. При вращении колес зубцы, выступающие из зубчатого венца, вызывают увеличение объема в насосе, за счет чего жидкость всасывается нижним входным патрубком. Отдельные количества поступившей жидкости последовательно накапливаются в промежуточном пространстве между зубчатыми колесами и подаются между корпусом насоса и колесами к их внешней стороне. Наконец, жидкость поступает в камеру сжатия. За счет последовательного вхождения колес в зубчатый венец жидкость выдавливается в напорный патрубок. Шестеренные насосы используются на судах для выкачивания вязких жидкостей с хорошими смазочными свойствами, таких как масло, топливо и т. д.
Винтовые насосы также относятся к группе объемных насосов. Жидкость от всасывающего патрубка поступает в промежуточные пространства между винтами, которые называются также камерами и расположены между ведущим винтом, подключенным непосредственно к двигателю, и ведомым. После поворота винтов на определенный угол жидкость в камере запирается; затем вдоль винтов она поступает наверх и оттуда нагнетается в напорный трубопровод. При слишком сильном повышении давления в камере сжатия открывается предохранительный клапан, и жидкость течет назад во впускную камеру.
Принцип действия винтового насоса. 1 — ведущий вал; 2 — ведомые винты; 3 — предохранительно-перепускнойт клапан.
Принцип действия центробежного насоса показан на рисунке ниже. Характерным признаком этих насосов является непрерывный поток жидкости. Рабочий орган насоса, ротор с лопатками, смонтирован на вращающемся валу насоса, который чаще всего подключается непосредственно к приводному электродвигателю. Лопатки вращающеюся ротора передают энергию двигателя жидкости, протекающей через насос, создавая при этом давление, под воздействием которого жидкость идет от входа к выходу. Центробежные насосы повсеместно применяются в судовых энергетических установках. Они имеют различную конструкцию в зависимости от мощности. Так, мощность нагнетательных насосов для танкеров достигает нескольких тысяч тони жидкости в час. Если для перекачиваемой жидкости (например, для воды в пожарных насосах или в питательных насосах парогенераторов) требуется более высокое давление, применяют многоступенчатые насосы. Принцип их действия состоит в том, что вода, достигшая определенного давления и покидающая первую ступень, течет к всасывающему патрубку следующей ступени, где давление снова повышается.
Принцип действия центробежного насоса.
Рефрижераторные установки на судах служат прежде всего для того, чтобы в течение длительного времени сохранять продукты, особенно легкопортящиеся. Некоторые суда для перевозки генеральных грузов имеют также один или несколько грузовых рефрижераторных трюмов. Рефрижераторные суда предназначены исключительно для перевозки охлажденных или замороженных грузов. Очень хорошо оборудованы рефрижераторные установки на рыболовных и рыбоперерабатывающихсудах.В охлаждающем контуре компрессора тепло забирается от хладагента, который испаряется при низких температуре (обычно ниже 0° С) и давлении. Температура хладагента за счет сжатия поднимается настолько, что принятое до этого тепло может быть отдано, например, охлаждающей воде с более высокой температурой. Для этой цели к установке необходимо подвести энергию, что в данном случае происходит за счет работы, совершенной компрессором. В качестве хладагента используется вещество, переносящее тепло в охлаждающий контур, причем оно принимает тепло в холодильной камере и отдает его морской воде. В судовых охлаждающих контурах чаще всего применяют дифтордихлорметан СС1F2, или фреон-12, и дифторхлорметан СНFС1, или фреон-22.Принцип действия судовой рефрижераторной установки показан на рисунке. Пары хладагента, имеющие низкие давление и температуру, всасываются компрессором и сжимаются до 0,6—0,8 МПа, при этом температура превысит температуру забортной воды, применяемой для охлаждения конденсатора. В конденсаторе тепло хладагента забирается протекающей забортной водой, за счет чего сжижаются пары хладагента при постоянных температуре и давлении. Жидкий хладагент после конденсатора попадает в расширительный клапан, где его давление снижается. Одновременно происходит резкое снижение температуры, и хладагент из жидкости превращается в пар с очень большим влагосодержанием.
Компрессорами называются машины, с помощью которых газы сжимаются от низького давления на входе до високого давления на выходе. Соотношение этихдвух давлений представляет собой степень сжатия. Самым простым и чаще всего применяемым на судах компрессором является поршневой. По принципу действия он идентичен рассмотренному выше дизельному двигателю. Так как температура газов во время процесса сжатия повышается, в цилиндре компресора можно получить степень сжатия только в пределах шести — восьми. Дальнейшее повышение степени сжатия приводит к росту температуры, оказывающей вредное воздействие на компрессор. Если необходимо получить болем высокоедавление (так, например, для пуска главного двигателя требуется давление воздуха 2,9 МПа), используют многоступенчатые компрессоры. Воздух атмосферного давления (0,59 МПа) всасывается в цилиндр високого давления с меншим рабочим объемом, чем в цилиндре низького давления, так как количество воздуха уменьшается вследствие сжатия в цилиндре низького давления и охлаждения в охладителе. В цилиндре високого давления можно вновь повысить давление воздуха в шесть раз. Конечное давление воздуха состави тогда 3,5 МПа.
Принцип действия двухступенчатого воздушного компрессора.
Наряду с поршневыми компрессорами на судах иногда встречаются ротационные (центробежные и осевые) и винтовые компрессоры. По принципу действия центробежный компрессор аналогичен центробежному насосу, а винтовой компрессор -винтовому насосу) и то время как осевой компрессор напоминает скорее турбину, Компрессоры применяют на судах и основном для сжатия воздуха и газов , например охлаждающих средств в рефрижераторных установках и системах кондиционирования воздуха.
Фильтры служат для устранения из различных жидкостей и газов механических примесей, таких как пыль, маленькие металлические частицы, шлам и отложения. Фильтры состоят из корпуса, в котором чаще всего размещается вставная часть фильтра, имеющая форму металлических решеток с соответствующей шириной отверстий; здесь же находятся и прокладки из тонких пластинок (в щелевом фильтре) или из пористых материалов. Для удаления частичек из магнитных металлов применяются прокладки и з твердых магнитов.
Очистку топлива и смазочных масел наряду с фильтрацией осуществляют с помощью следующих способов:
- гравитациоонно-седиментационного, т.с. отстаивания более тяжелых, чем вода, примесей в цистернах; —- центрифугированием в сепараторах.
Сепараторы предназначены для устранения примесей, более тяжелых, чем очищаемая жидкость. Их действие основано на возникающей при этом центробежной силе. Принципдействия судового сепаратора для очистки топлива и смазочного масла показан на рисунке ниже. При протекании загрязненного масла через цистерну все примеси, более тяжелые, чем вода (механические примеси, пыль, металлические частицы и т. д.), осаждаются на дне цистерны. При этом масло очищается с помощью силы тяготения. Процесс очистки проходит довольно долго и зависит от ускорения свободного падения. Для ускорения очистки масла от воды и твердых примесей ускорение свободного падения заменяется значительно большим цен тробежным ускорением за счет большой частоты вращения.
Принцип действия сепаратора: а — общий вид; Ь-е — фазы сепарации. 1 — тарельчатая крышка; 2 — тарелка; 3 — барабан; 4 — вертикальный вал; 5 — электродвигатель.
Сепараторы являются важными элементами судовых энергетических установок. Они служат для очистки смазочных масел и топлива для двигателей и парогенераторов. На новых судах сепараторные установки полностью автоматизированы. Для защиты морской воды от вредных загрязнений, в основном от остатков масла, используются маслоотделители. Трюмная вода, содержащая просочившиеся остатки топлива, смазочного масла и другие примеси, проходит через трюмным насос, затем через маслоотделитель, в котором отделяются масло и все примеси, которые легче воды. Очищенная таким образом вода откачивается за борт. Принцип действия маслоотделителя показан на рисунке ниже, вода попадает в маслоотделитель, начинает вращаться и все глубже опускается во внутреннюю часть аппарата. При медленном движении воды в воронкообразных цистернах частицы масла отделяются, т. е. они поднимаются или под воздействием центростремительной силы собираются около оси маслоотделителя. Отделившиеся частицы масла поднимаются и собираются в верхней части маслоотделителя, откуда они направляются в специальную цистерну отработавшего масла. Очищенная вода вытекает за борт. Загрязненное масло либо подается дальше для восстановления, либо сжигается в специальных печах, которые все чаще стали устанавливать на судах. В этих печах уничтожается весь мусор и отходы, которые могли бы загрязнить окружающую среду. На судах используют установки для обработки камбузной, моечной и канализационной воды. Отработавшую воду подвергают сильному оксидированию и биологической нейтрализации или же производят сгущение и обезвоживание сточных вод, а остатки сжигают.
Принципы действия маслоотделителя.
1 — воронкообразный резервуар; 2 — коническое выпускное отверстие.
Системы водоснабжения представляют собой цистерны, в которых создается давление, позволяющее подводить содержащуюся там воду (морскую, питьевую, мытьевую) ко всем потребителям на судне (водопроводным кранам, душам и т. д.). Вода в системы поступает с помощью насосов. Эти насосы сконструированы таким образом, что они могут дополнять так называемую воздушную подушку в системах водоснабжения. Воздух, подкачиваемый для поддержания необходимого давления (от 0,2 до 0,4 МПа), поступает от устанавливаемой иногда на судне компрессорной установки. Теплообменные аппараты, используемые на судах, в зависимости от. их назначения делятся на подогреватели и охладители, конденсаторы и испарители. Подогреватели и охладители служат для повышения или понижения температуры рабочих сред судовых установок. Так, например, для уменьшения вязкости тяжелое моторное топливо подогревают перед подачей его к ДВС. В жилых и бытовых помещениях судна подогревают также мытьевую воду и воздух. Охлаждают смазочное масло для двигателей или других машин, воздух в процессе сжатия, пресную воду для охлаждения главного двигателя, воздух для помещений, когда судно находится в теплых климатических зонах. В качестве теплоносителя чаще всего используется водяной пар относительно низкого давления, а в качестве охлаждающей среды — морская вода. Для подогревания (или охлаждения) служат в основном трубчатые теплообменные аппараты. Одна рабочая среда протекает по грубам, а другая — с внешней стороны труб, внутри корпуса. Схема охладителя изображена на рисунке ниже. Горячее масло течет по трубам, расположенным по двум стенкам в корпусе, имеющем форму листового цилиндра. За трубами идет охлаждающая вода. Для повышения эффективности взаимодействия всех рабочих тел поток пропускается волнообразно.
Принцип действия маслоохладителя. I — корпус; 2 — трубы холодильнике; 3 — выход масла; 4 — выход охлаждающей воды; 5 — вход масла; 6 — вход охлаждающей воды.
Аналогично выглядит и схема подогревателя. В последнее время все чаще используют пластинчатые воздухоподогреватели и охладители. Они обладают гораздо лучшими теплообменными свойствами.
В конденсаторах осуществляется переход рабочего тела из газообразного в жидкое агрегатное состояние. На судах конденсаторы используют для конденсации водяного пара в случае получения воды при замкнутом паровом цикле. Способ действия трубчатого парового конденсатора поясняется на следующем рисунке. В металлическом корпусе размещены трубы, через которые течет забортная вода по двойному циркуляционному контуру.
Принцип действия конденсатора. 1 — трубки; 2 — корпус; 3 — воздух; 4 — конденсационная вода; 5 — охлаждающая вода; 6 — отработавший пар.
Отработавший пар, имеющий обычно низкое давление (около 0,005 МПа), выходит из паровой турбины через большое выходное отверстие, расположенное, например, на паровыпускном патрубке, и устремляется к конденсатору. Точка конденсации составляет 32,55°С. При этой температуре теплота конденсации забирается более холодной забортной водой. Конденсат на дальнейшем пути может быть охлажден в конденсаторе. В современных конденсаторах переохлаждение конденсата не должно превышать 0,5— 1,0°С, так как оно влечет за собой потери теплоты во всем тепловом контуре, т. е. и в паротурбинной установке. Имеющийся в конденсаторе воздух непрерывно отводится. Применяемые в современных судовых энергетических установках с паровой турбиной конденсаторы имеют гораздо более сложную конструкцию, чем показанная на рисунке, но принцип действия одинаков. Пресная вода особенно ценится на океанском судне, так как запас пресной воды в специальных цистернах ограничен. Пресная вода используется как для бытовых, так и для технических целей. Кроме того, необходимо компенсировать циркулирующую в паровом цикле пресную воду, часть которой во время работы теряется из-за недостаточной герметичности клапанов, турбин, вентиляторов и т. д.Для этой цели на судах применяют испарители. Они служат как для получения пресной воды из морской путем частичного испарения, так и для очистки пресной воды из цистерн методом дистилляции. При получении пресной воды из морской последняя нагревается до такой степени, что она частично испаряется. Полученный таким образом вторичный пар подводится к конденсатору, в котором и получают готовый продукт. Остаточная морская вода (рассол) с большим содержанием соли выбрасывается за борт. На судах с паровым двигателем в качестве теплоносителя в испарителях чаще всего используется водяной пар. В дизельных энергетических установках для повышения КПД применяют вакуумные испарители, обогреваемые отработавшей водой из контура охлаждения главного двигателя. Эту воду в любом случае необходимо охлаждать перед очередной ее подачей в охлаждающие полости главного двигателя. Вода отдает свое тепло испарителям, нагревая при этом морскую воду до 40—45°С. Подогретая таким образом вода в камере, где давление достигает 0,007—0,008 МПа, начинает частично испаряться, образуя вторичный пар. В результате конденсации вторичного пара в конденсаторе, составляющем вместе с испарителем-генератором блок секцию, получают конденсат пресной воды, т. е. дистиллят.