1.3 Комплектация систем с точки зрения надежности, безопасности мореплавания и требований квалификационных обществ

12

1.3 Комплектация систем с точки зрения надежности, безопасности мореплавания и требований квалификационных обществ

Для обеспечения главных и вспомогательных дизелей топливом, маслом, водой и воздухом, а также для удаления продуктов сгорания СЭУ оборудуют системами: топливной, масляной, водяного охлаждения, сжатого воздуха, газовыпуска.

Каждая система может быть подразделена на две части: непосредственно связанную с дизелем и судовую. Первая часть системы является неотъемлемым конструктивным элементом дизеля. К ней присоединяется судовая часть, состав и компоновка которой зависят не только от мощности и конструкции дизеля, но и от расположения оборудования в машинном помещении.

Перемещение рабочих тел по трубопроводам, подготовка и изменение их параметров, обеспечивающих нормальные условия работы дизелей, осуществляются различными механизмами и устройствами, которыми оборудуют системы (компрессорами, холодильниками, сепараторами, фильтрами, насосами, регулирующей и управляющей арматурой и т.п.).

Часть механизмов систем имеет непосредственный привод от главного или вспомогательного дизеля (навешенные механизмы). Обычно этими механизмами являются топливоподкачивающий насос, насосы циркуляционной и забортной воды, нагнетательный и откачивающий масляные насосы.

В качестве автономного привода в действие вспомогательных механизмов на судах применяют электрический, паровой и гидравлический.

На современных морских судах наибольшее распространение получил электрический привод вспомогательных механизмов. Он удобен в эксплуатации, прост в обслуживании и легко может быть автоматизирован. На некоторых судах применяют гидравлический привод. Паровой привод вспомогательных механизмов, обслуживающих дизели, малоэкономичен и, как правило, не используется. Отдельные типы вспомогательных механизмов, потребляющие большую мощность (компрессоры, грузовые насосы танкеров и др.), оборудуют самостоятельным дизельным приводом.

13

Надежная работа главных и вспомогательных дизелей находится в прямой зависимости от бесперебойного действия обслуживающих их систем. Даже кратковременный перерыв в подаче одного из рабочих тел приводит к немедленной остановке дизеля, а иногда к аварии. Поэтому надежность постоянно действующих систем должна быть не ниже надежности дизеля, который они обслуживают. Для обеспечения требуемой надежности систем применяют резервирование механизмов и устройств (насосов, фильтров, компрессоров, теплообменных аппаратов и др.).

В последнее время получило распространение агрегатирование, вспомогательных механизмов и оборудования. Использование агрегатов, состоящих из нескольких механизмов и устройств, укомплектованных по функциональному признаку и установленных в едином корпусе на одной раме, позволяет не только улучшить компоновку механизмов в машинном помещении и снизить объем монтажных работ, но и значительно повысить эксплуатационную надежность судовых систем.

1.3.1 Топливная система

Рассматриваемая система служит для приема, перекачки, хранения, очистка, подогрева, транспортировки жидкого топлива к дизелям и автономным котлам. У некоторых дизелей топливо используется для охлаждения форсунок.

Основной запас топлива размещают в отсеках, расположенных по бортам, и в междудонном пространстве судна под машинными помещениями и грузовыми трюмами. Располагать его под котлами и жилыми помещениями запрещается.

Топливные цистерны устанавливают на расстоянии не менее 600 мм от задней стенки котла и 450 мм от его корпуса.

Чтобы избежать перетекания топлива при бортовой качке из одного отсека в другой, отсеки разделяют продольными переборками на две или три цистерны, которые соединяют трубопроводом.

При хранении топлива в междудонном пространстве часть его (аварийный запас) в количестве не менее суточного расхода по Правилам Регистра должна размещаться вне двойного дна.

14

Прием топлива на судно в цистерны основного запаса с береговых или плавучих бункеровочных баз должен обеспечиваться с двух бортов закрытым способом. Число и диаметр отверстий для приема топлива на каждом борту зависят от мощности установки, автономности плавания судна и расположения топливных цистерн.

Для приема топлива на судне имеется постоянный трубопровод, который снабжен необходимой арматурой для подачи топлива во все цистерны основного запаса. Он заканчивается на главной палубе наливными втулками, снабженными крышкой и сеткой. Погрузочный шланг с бункеровочной базы закрепляется в наливной втулке замком.

Кроме запасных, на судах устанавливают цистерны расходные, отстойно-расходные, сточные, грязного топлива.

Подача топлива к потребителям производится из расходных цистерн. Их обычно размещают в машинном помещении на высоте, обеспечивающей поступление топлива к дизелям, автономным котлам или топливоподкачивающим насосам самотеком. Топливные цистерны не рекомендуется размещать над трапами, главными механизмами, котлами, газоотводными трубами, дымоходами, электрическим оборудованием, а также над постами управления главными двигателями.

Если главные дизели работают на тяжелых сортах топлива, предусматривают две расходные цистерны, из которых одна является расходной, а другая - отстойно-расходной. В последней происходит отделение от топлива воды и крупных механических примесей. Кроме того, имеются расходные цистерны дизельного топлива для питания вспомогательных дизелей, а также главных в период пуска, остановки и работы на маневрах. Для вспомогательных котлов устанавливают отдельную расходную цистерну.

Для сбора стоков топлива из поддонов расходных цистерн, фильтров, а также утечного топлива из форсунок и насосов высокого давления дизелей служит сточная цистерна.

Отстой из расходно-отстойных цистерн и остатки после сепарации собирают в цистерну грязного топлива.

Все топливные цистерны оборудуют измерительными устройствами, вентиляционными воздушными и переливными трубами. Воздушные трубы выводят выше верхней палубы судна, концы их закрывают огнезащитной

15

сеткой и размещают так, чтобы исключалось попадание забортной воды в цистерну.

Переливные трубы устанавливают на расходных и расходно-отстойных топливных цистернах и выводят в цистерну основного запаса топлива. Измерительные трубы, как правило, выводят на открытую палубу. По возможности они должны быть прямыми и не препятствовать замеру уровня топлива футштоком. Цистерны могут быть оборудованы и другими устройствами для замера уровня жидкости, одобренными Регистром. При работе дизелей на тяжелых сортах топлив запасные, отстойные, расходные и сточные цистерны оборудуют системой подогрева. Для этого в нижней части цистерн вблизи приемных патрубков трубопроводов устанавливают змеевиковые подогреватели, по которым циркулирует горячая вода или насыщенный пар под давлением не более 0,5 МПа. В запасных цистернах топливо подогревается до 604 —65°С, а в расходно-отстойных - до 754 — 80°С. Кроме того, перед форсунками для лучшего распыления топливо подогревается в паровых или электрических подогревателях до 110 —120°С.

Рассчитаем основные характеристики топливной системы.

Объем отстойно-расходной цистерны тяжелого топлива:

¥_ 24-Йе-^е

где рт - плотность топлива, кг/м 3.

Приняв рт _ 960 кг/м 3 и учитывая, что согласно характеристикам дизеля Ье _ 0,177 кг/(кВт • ч), Ме _ 10200 кВт, получим:

Объем отстойно-расходной цистерны дизельного топлива принимается меньшим Рор на 25 ^ 30 %.

= 0,75 • Рор = 0,75 • 45,135 = 33,851 , м3.

Производительность сепараторов определяется как:

24-Ье-^е^ &п Рт^сп

где тсп= 6 ^ 1 2 = 10 ч - время сепарации суточного расхода топлива.

16

Производительность топливо-перекачивающего насоса:

ох

Фтпн

вык

где Кох - емкость наибольшего отсека-хранилища (обычно 1 0 0 ^ 1 5 0 тонн);

твык - продолжительность выкачки (4 ^ 6) часов

Мощность, потребляемая топливо-перекачивающим насосом:

где Ятпн = 0,34 ^ 0,5 = 0,5 МПа - напор насоса;

ттпн = 0,64 ^ 0,7 = 0,65 - КПД насоса.

1.3.2 Масляная система

Данная система предназначена для приема, хранения, очистки и подачи масла к потребителям. В СЭУ масло используется для смазки трущихся деталей главных и вспомогательных механизмов, а также для отвода теплоты, выделяющейся при трении; для охлаждения поршней ДВС; в качестве рабочей жидкости гидромуфт гидротрансформаторов, объемного гидропривода судовых механизмов и в элементах гидравлических систем автоматики.

Масляные системы дизельных установок во многих случаях состоят из следующих, по существу, независимых систем:

смазочной и охлаждения трущихся деталей главных и вспомогательных дизелей;

смазочной редукторных передач;

18

уВ = ^мв ' ^вд ' твд кцм

рм

где ^ мв, ^ мг = 0,4 ^ 1,4 г/(кВт^ч) - удельный расход масла на главный и вспомогательный двигатели;

тгд, твд - время работы двигателей при выбранной дальности плавания. Тогда для трехмесячного перехода имеем:

теплоты;

^з - коэффициент запаса;

см = 1,7 ^ 2,1 кДж/кг - теплоемкость масла;

£2, - температура масла на входе и выходе ГД;

а тр - коэффициент трения;

^- индикаторная мощность ГД; цм - механический КПД ГД.

Примем следующие значения величин: ^з = 1,3 ; См = 2 кДж/кг ;

^= 55°С ;

£2 = 65С ;

а тр = 0,035 ;

19

Лм = 0,93 .

Подставив соответствующие значения, имеем:

Количество масла в циркуляционной системе:

Омн К,с к

ц

где ^ц - кратность циркуляции, принимаемая в зависимости от типа ГД и его системы охлаждения.

Производительность масляного сепаратора:

1.3.3 Система охлаждения

Основное назначение системы водяного охлаждения состоит в отводе теплоты от втулок и крышек рабочих цилиндров, а в дизелях большой мощности и от головок поршней, в охлаждении газовыпускного коллектора, наддувочного воздуха и масла циркуляционной смазочной системы. Данная система предназначена также для отвода теплоты от передач, компрессоров, опорных и упорных подшипников линии валопровода, дейдвудных подшипников, если они имеют смазку водой, и других механизмов. В качестве рабочего тела в системе охлаждения используют воду. Для охлаждения форсунок и поршней дизелей средней мощности, во избежание коррозии, применяют масло. Генераторы и электродвигатели обычно охлаждают воздухом.

20

Система водяного охлаждения дизельных установок, как правило, двухконтурная. Она состоит из замкнутой системы внутреннего контура, вода которой охлаждает дизели, и открытой системы внешнего контура, в которой через холодильник циркулирует забортная вода. Такая схема системы охлаждения позволяет поддерживать во внутреннем контуре оптимальную среднюю температуру охлаждающей дизель воды (равную для большинства дизелей 75 ^ 90оС). При такой температуре дизель имеет наиболее экономичный расход топлива. Если дизели охлаждаются непосредственно забортной водой (например, при выходе из строя насосов внутреннего контура), во избежание выпадения из воды солей жесткости и образования накипи температуру ее поддерживают в пределах 50 ^ 55°С. Однако при этом расход топлива увеличивается на 5 ^ 7%.

Основными расчетными параметрами системы являются следующие.

Подача центробежного насоса охлаждающей воды, м3/ч:

где кз _ 1,5 ^ 2,5 - коэффициент запаса;

Чв - доля теплоты, уносимая водой;

рв, св - плотность, кг/м 3 и теплоемкость кДж/кг • К воды;

Ь2, - температуры воды на входе и выходе ГД.

Примем

кз _ 2,15;

Чв _ 0,13;

^ _ 71 °С;

О _ 84 °С получим.

Подставив соответствующие значения, имеем:

21

1.3.4 Система сжатого воздуха

На судне сжатый воздух используют для пуска главных и вспомогательных дизелей, подачи звукового сигнала (тифона), подпитки пневмоцистерн (гидрофоров), работы пневматической системы автоматического регулирования и управления, приведения в действие пневмоинструментов, а также для хозяйственных нужд и технологических целей, например в озонаторных установках подготовки питьевой воды и др.

Система сжатого воздуха состоит из компрессоров (в них получают сжатый воздух), баллонов, воздухохранителей, водо- и маслоотделителей (в них очищают воздух), трубопроводов и арматуры.

Пуск и реверсирование судовых реверсивных дизелей осуществляют, как правило, сжатым воздухом. Нереверсивные судовые дизели могут иметь пуск как сжатым воздухом, так и ручной (дизели мощностью до 15 кВт) или электростартерный (быстроходные дизели мощностью до 740 кВт).

Для получения сжатого воздуха обычно применяют компрессоры поршневого типа с приводом от электродвигателя. Иногда для этой цели используют компрессоры с дизельным приводом. Некоторые типы дизелей оборудуют навешенными компрессорами. По Правилам Регистра на судне должно быть не менее двух компрессоров, один из которых может быть навешенным на дизель. На скоростных судах допускается установка одного независимого компрессора с приводом от вспомогательного дизеля или навешенного на главный при условии возможности заполнения баллонов береговыми средствами. При мощности энергетической установки свыше 220 кВт для аварийного дизель-генератора устанавливают аварийный компрессор, который может иметь ручной привод. Воздух после сжатия в компрессоре до поступления в баллоны очищается в водо- и маслоотделителях и охлаждается в холодильнике до температуры не выше 60°С.

Баллоны в зависимости от назначения делятся на пусковые главных дизелей, пусковые вспомогательных дизелей, тифонные и хозяйственных нужд. По Правилам Регистра число баллонов для пуска главных дизелей должно быть не менее двух равной вместимости. Вспомогательные дизели могут иметь один пусковой баллон, однако при этом должна быть предусмотрена возможность их пуска от одного пускового баллона главных дизелей.