Кочканян А.А.

2
3
4
Содержание:
1 РАСЧЕТ ХОДКОСТИ СУДНА………………………………………………….5
1.1 Исходные данные………………………………………………………………5
1.2 Расчет сопротивления воды движению судна и буксировочной
мощности………………………………………………………………………..5
1.3 Расчет элементов гребного винта, скорости хода и потребной мощности
силовой установки судна………………………………………………………8
1.4 Расчет паспортных характеристик и построение паспортной диаграммы…15
2 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ…………………………………………18
2.1 Расчет рабочего цикла………………………………………………………….18
2.2 Расчет системы газообмена……………………………………………………26
2.3 Расчет системы наддува………………………………………………………..33
3 ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ТИПА ГД……………………………………….39
3.1 Описание конструкции главного двигателя………………………………….40
3.2 Особенности конструкции втулки двигателя………………………………...52
4 ВЫБОР СВМ И РАСЧЕТ СУДОВОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ……………….60
4.1 Выбор СВМ и оборудования………..…………………………………………60
4.2 Расчет нагрузки судовой электростанции…………………………………….63
5 ТО И РЕМОНТ ЦИЛИНДРОВЫХ ВТУЛОК..……………………………….69
6 АВТОМАТИЗАЦИЯ СУДОВОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ….....81
7 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ………………………………..94
7.1 Техника безопасности при ремонтных работах в машинном отделении…...94
7.2 Противопожарная водяная система………………………………………....…97
7.3 Охрана окружающей среды………………………………………………….…99
7.4 Пожарная опасность горючих жидкостей…………………………………….103
8 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ОЧИСТКИ
СУДОВОГО ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО
ОБОРУДОВАНИЯ………………………………………………………….…..108
Список литературы…………………………………………………………………111
5
1 РАСЧЕТ ХОДКОСТИ СУДНА
1.1 Исходные данные:
Тип судна - теплоход
Длина расчетная L= 89,4 м;
Ширина по ГВЛ B= 17,6 м;
Осадка расчетная, средняя T= 6,7 м;
Объемное водоизмещение V=7245 м3;
Коэффициент общей полноты δ=0,687;
Коэффициент полноты мидель шпангоута β=0,99;
L/B= 5,08;
B/T=2,62;
Тип СЭУ – 2т. ДВС
Количество гребных винтов и рулей – Zp=1;
Скорость хода 13 уз.
1.2 Расчет полного сопротивления движению судна и буксировочной
мощности
Площадь смоченной поверхности корпуса судна без выступающих частей:
B

 rk  L  T  2,0  1,37    0,274    ;
T

17,6 

 rk  89,4  6,7  2,0  1,37  0,687  0,274 
 2088,23 м 2

6,7 

 
Площадь выступающих частей:
 ;
 ВЧ  0,025   rk  0,025  2088 ,23  52 ,2 м 2
Площадь полной смоченной поверхности:
 ;
   rk   ВЧ  2088 ,23  52 ,2  2140 ,43 м 2
6
Для расчета остаточного сопротивления воспользуемся результатами
испытаний
систематической
серии
№4
как
наиболее
подходящей
по
геометрическим соотношениям. Результаты расчета приведены в таблице 1.1.
Таблица 1.1 – Расчет сопротивления воды движению судна и
буксировочной мощности с использованием данных серии №4
Vs, уз
V, м/с
V^2, м^2/с^2
Fr
Re*10^-8
11
5,65
31,97
0,191
3,14
12
6,17
38,04
0,208
3,42
13
6,68
44,65
0,226
3,71
14
7,20
51,78
0,243
4,00
15
7,71
59,44
0,260
4,28
ζf0*10^3
1,821
1,8
1,801
1,762
1,754
ζr*10^3
Kψ
KB/T*aB/T
0,93
0,245
1,008
0,94
0,244
1,009
1,17
0,225
1,009
1,52
0,220
1,010
1,92
0,200
1,010
ζr*10^3
0,230
0,231
0,266
0,338
0,388
ζn*10^3
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3
ζα*10^3
0,15
0,15
0,15
0,15
0,15
ζ*10^3
R(кН)
EPS(кВт)
2,501
90
508
2,481
106
654
2,517
126
844
2,550
148
1068
2,592
173
1335
Результаты расчѐтов, выполненных в таблице 1.1 представим в виде
графиков зависимостей полного сопротивления и буксировочной мощности от
скорости судна: R = f (VS) и EPS = f (VS) на рисунке 1.1 и 1.2 соответственно
7
Рисунок 1.1 – График зависимости полного сопротивления от скорости судна
Рисунок 1.2 – График зависимости буксировочной мощности от скорости
судна
8
1.3
Расчет элементов гребного винта, скорости хода и потребной
мощности силовой установки судна
Выбор конструктивного типа движителя, ориентировочных значений
скорости хода судна и диаметра гребного винта
Принимаем в качестве движителя цельнолитой гребной винт. Материал
изготовления гребного винта – бронза АЖН- 9-4-4.
Для выбора значения DОР используем диаграмму 1, стр.11. Ориентировочное
значение скорости определяется по графику EPS = f (VS), для EPS=844 кВт
VsOP  13 уз.
N e ор 
EPS 844

 1298 кВт
0,65 0,65
Для определения Dор найдѐм скорость обтекания гребного винта:
'
Vas =Vs·(1- wt )
Для грубой оценки ωт используем формулу Тейлора:
'
где: wt - коэффициент попутного потока.
wt' = 0,5 ·   0,05
wt' = 0,5 · 0,687  0,05 = 0,2935
Vas= 13· (1  0,35) = 9,18 уз.
Из диаграммы 1, стр.11 находим: Dор  2,5 м
Проверяем выбранное значение DОР с точки зрения расположения гребного
винта за кормой.
В соответствии с рекомендациями:
Dпред = 0,72 · Тср = 0,72 · 6,7= 4,82 м
9
Значение Dпред много больше Dор, поэтому для дальнейших расчѐтов
принимаем: Dор = 2,5 м и Vs = 13 узлов.
Определение коэффициентов взаимодействия гребного винта с корпусом
судна
Коэффициент попутного потока определяем по формуле Холтропа:
t 
BC
DT
 0,066 1,22C 
B
0,097
0,114
  0,246




D(1   ) 
L(1   ) 0,95   0,95  
 T
где:  = 2088,23 м2 - смоченная поверхность корпуса судна (из предыдущих
расчѐтов)
Сv - вязкостная составляющая коэффициента полного сопротивления корпуса
C  1,05 f   n   1,05  1,497  0,38 103  1,97 103
=

- коэффициент продольной полноты

=0,687/0,99=0,694
 - коэффициент продольной полноты;
wТ 
-
17,6·2088,23· 0,0022
2,5·6,7
·(
0,066 1,22· 0,0022
17,6

)  0,246·
6,7
2,5·(1 - 0,694)
89,4· (1 - 0,694)
0,097
0,114

 0,336
0,95 - 0,694 0,95 - 0,687
Полученное значение ωт проверяем по формуле Э. Папмеля:
t  0,165   m 
3
V
 t  0,165  0,687 
D
3
wt - поправка на влияние числа Фруда Fr 
7245
 0,0026  0,3127 ,
2,5
0,514 ·VsЗАД
L·g
 0,2
 t  0,1  Fr  0,2  0,1  (0,226  0,2)  0,0026
m  1;
10
Принимаем окончательно: ωт =0,336
Коэффициент засасывания определяем по формуле Холтропа
t
t
0,002 L
B
D2
 1,059  0,142
 0,005 ;
B 1   
L
BT
0,002  89 ,4
17 ,6
2,5 2
 1,059 
 0,142 
 0,005  0,229 ;
17 ,6  1  0,694 
89 ,4
17 ,6  6,7
Полученное значение проверяем в соответствии с рекомендациями:
0,5 t  t  0,7 t ;
0,168  0,229  0,235 ;
Окончательно принимаем: t = 0,229
Коэффициент неравномерности поля скоростей в диске гребного винта
принимаем:
i1 = 1 - коэффициент влияния на упор;
i2 = 1 - коэффициент влияния на момент;
i = i1/i2 = 1 - коэффициент влияния неравномерности потока на кпд гребного
винта;
Коэффициент влияния корпуса судна определяем по формуле:
k 
1  t i1 1 - 0,229
 
·1  1,16
1  T i 2 1 - 0,336
Определение числа лопастей и дискового отношения гребного винта и
выбор расчетной диаграммы
Дисковое отношение гребного винта определяем по диаграмме.
Для входа в диаграмму уточняем значение:
Vas= Vs op∙ (1 − 𝑤𝑡 ) = 13·(1 0,336) = 8,63 уз
Для определения дискового отношения  используем диаграмму:
Dор = 2,5 м, Nе ном = 1298 кВт определяем: θ = 0,57
11
Для выбора числа лопастей гребного винта определяем коэффициент
нагрузки гребного винта по упору:
p 
 p  9,64 
9,64 k R
;
 1  t Vs 2 Dop 2
1,16  126  103
 1,97 ;
1025  1  0,336  132  2,5 2
Т.к.  p  2  2,5 , то в соответствии с рекомендациями принимаем число
лопастей равным z  4 ;
Расчетная диаграмма Б4-55;
Учет механических потерь в линии валопровода
Исходя из того, что МО судна находится в корме, принимаем:
ηпер = 1 и ηвал = 0,99
Выбор расчетного режима при проектировании гребного винта
Для судов с паротурбинными, газотурбинными и электрическими силовыми
установками изменение внешних условий (обрастание корпуса и винта, ветер,
волнение) лишь незначительно отражается на параметрах работы, т.к. ПТУ, ГТУ и
ЭУ обеспечивают практически полную мощность в достаточно широком
диапазоне снижения частоты вращения. Поэтому гидродинамическое утяжеление
гребного винта, вызванное воздействием неблагоприятных внешних условий, не
оказывает определяющего влияния на выбор расчѐтного режима гребного вина,
как это имеет место у судов с ДВС. Учитывая вышеизложенное, при выборе
расчѐтного режима гребных винтов судов, с ПТУ, ГТУ и ЭУ.
Следовательно при плавании судна с δ=0,687, сроке докования 24 мес. и
преимущественно в умеренных широтах принимаем коэффициент увеличения
частоты вращения К=1,045.
Принимаем: nрасч = nном , Nе расч = N е ном / К3 .
12
Расчет потребной мощности силовой установки и оптимальных элементов
гребного винта, при заданной скорости хода судна
Расчет исходных данных для определения наибольшей скорости выполнен
в табл.1.2
Таблица 1.2 – Расчет исходных данных для определения мощности и частоты
вращения силовой установки и оптимальных элементов гребного винта
nc(c-2)
Knt
I
H/D
η0
D(м)
η
Ne(кВт)
3,38
1,00
0,560
0,930
0,649
2,34
0,75
1131
3,69
0,96
0,521
0,907
0,634
2,31
0,74
1158
4,00
0,92
0,489
0,882
0,612
2,27
0,71
1200
4,31
0,89
0,462
0,860
0,576
2,23
0,67
1275
4,62
0,86
0,441
0,840
0,532
2,18
0,62
1380
Постоянные величины: zP = 1; D = 2,5 м; VS зад = 13 уз; z = 4; ηK = 1,16;
К = 1,045; θ = 0,55; t = 0,229; ωT = 0,336;
По результатам выполненного расчѐта строим графики (Ne , H/D, ηo) = f(n) на
рисунках 1.3 – 1.5 по которым находим для Nе ном= 1200 кВт:
Рисунок 1.3 – Зависимость конструктивного шагового отношения от частоты
вращения ГД
13
Рисунок 1.4 – Зависимость КПД движителя от частоты вращения ГД
Рисунок 1.5 – Зависимость эффективной мощности ГД от частоты вращения ГД
Характеристики гребного винта выбираем исходя из частоты вращения
 об. 
ne ном  240 

 мин 
D= 2,27 м; J= 0,489; H/D=0,882.
14
Проверка гребного винта на кавитацию
Проверку производим по формуле:
 расч 
(1,5  0,35 z ) R
0,2

,
2
ZP
( P0  gh0  PV ) D
где P0  101300 
Н 
- атмосферное давление воздуха;
2 
м 
h0  T  0,4  D  0,2  5,9 м  - заглубление оси гребного винта;
Сопротивление судна R при скорости 13 узлов по графику на рисунке 1.1
R = 126 кН ; PV=1226 Н/м2 .
 расч 
1,5  0,35  4 126 103
101300  1025  9,81 5,9  1226  2,27
2

0,2
 0,57 ;
1
 расч   , т.е. дисковое отношение винта обеспечивает отсутствие кавитации.
Конструктивные характеристики гребного винта
На основании выполненного расчета примем окончательно следующие
конструктивные элементы гребного винта.
Диаметр гребного винта D=2,27 м;
Конструктивное шаговое отношение H/D= 0,882;
Дисковое отношение θ = 0,57;
Число лопастей z= 4;
Направление вращения – правое;
Материал – бронза АЖН-9-4-4.
Выбор двигателя
В соответствии с полученной мощностью Ne
потр=
1200 кВт выбираем в
качестве главного двигателя двигатель фирмы MAN B&W L80MC номинальной
мощностью 34000 кВт и номинальной частотой вращения при прямой передаче
15
n= 240 об/мин. Двигатель подобран специально с учетом потерь на износ деталей
ЦПГ, топливной аппаратуры и др. при периоде докования 24 мес. Для
обеспечения заданной скорости 13 уз. двигателю необходима мощность 30500,
что и является эксплуатационной мощностью, при 240 об/мин.
1.4 Расчет паспортных характеристик и построение паспортной
диаграммы
Расчет паспортных характеристик выполнен в таблице 1.3 для следующих
табличных значений n и I:
n=(0,8;0,9;0,97;1,0;1,05)nНОМ; I=0,245;0,293;0,391;0,489;0,587.
Паспортная диаграмма построена на рисунке 1.2.4.
Таблица 1.3 – Данные паспортной характеристики сведенные в таблицу
I
0,245
0,293
0,391
0,489
0,587
Коэффициенты
упора тяги и
момента
0,6
Kt=
0,463
Ke=
0,077
Kq=
0,55
Kt=
0,424
Ke=
0,07
Kq=
0,45
Kt=
0,347
Ke=
0,058
Kq=
0,365
Kt=
0,281
Ke=
0,048
Kq=
0,3
Kt=
0,231
Ke=
0,038
Kq=
n
Скорость, nc
nс^2
тяга,
мощность nс^3
уз
Vs
кН
Pe
кВт
Ne
уз
Vs
кН
Pe
кВт
Ne
уз
Vs
кН
Pe
кВт
Ne
уз
Vs
кН
Pe
кВт
Ne
уз
Vs
кН
Pe
кВт
Ne
0,8*nн
192,00
3,200
10,240
32,768
5,2
129
986
6,2
118
896
8,3
96
743
10,4
78
614
12,5
64
486
0,9*nн
216,00
3,600
12,960
46,656
5,9
163
1 404
7,0
149
1 276
9,4
122
1 057
11,7
99
875
14,0
81
693
0,97*nн
232,80
3,880
15,054
58,411
6,3
189
1 757
7,6
173
1 597
10,1
142
1 324
12,6
115
1 095
15,1
95
867
nн
240
4,000
16,000
64,000
6,5
201
1 925
7,8
184
1 750
10,4
151
1 450
13,0
122
1 200
15,6
100
950
k*nн
250,80
4,18
17,472
73,035
6,8
219
2 197
8,2
201
1 997
10,9
165
1 655
13,6
133
1 370
16,3
110
1 084
16
Рисунок 1.6 – Паспортная диаграмма
Выводы
Пользуясь диаграммой, находим:
1) Скорость хода судна в эксплуатации в грузу с чистым корпусом при nном=240
об/мин - VS = 13 уз. Мощность Ne = 1200 кВт.
2) Запас мощности при движении судна с VS = 13 уз, при nном = 240 об/мин в
грузу с чистым корпусом:
N e 
N e ном  N e
N e ном

1330 1200
 100%  10%
1330
3) Максимальная скорость на испытаниях VS = 13,3 уз при nном = 246 об/мин (на
чистой воде).
17
4) Эксплуатационная скорость хода судна в средних эксплуатационных условиях
при возросшем на 20 % сопротивлении среды движению судна:
VS ЭКС =12,2 уз, при nэкс = 233 об/мин и Ne = 1100 кВт.
18
2 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ДВИГАТЕЛЯ
2.1. Определение основных размеров цилиндра
По данным [8, § 15.2] двигатели серии SMC выпускаются с диаметрами
цилиндра от 26 до 90 см и цилиндровой мощностью Neц до 3800 кВт.
Возможный диапазон числа цилиндров определим по отношению Ne / Neц
= 9,28 – 3,39. Таким образом, возможные значения числа цилиндров 4 – 9. По
условиям наилучшей уравновешенности двигателя принимаем i = 4 [7,
Specification, part 2, p.4]. При этом Neц составит 300 кВт. Наиболее подходящим по
величине цилиндровой мощности является двигатель 4S26MC-С мощностью 1200
кВт [7, пп. 5 прил. 1]. Приняв основные данные по прототипу, определим ход
поршня S 
30  C  m 30  7,2 1

 0,9 ( м) . Находим диаметр цилиндра, приняв
n
240
pe=15,0 бар:
D
2,4  N e  m
2,4  1200  1

 0,25( м)
  S  i  pe  n
3,14  0,9  4  17  240
Окончательно принимаем D=0,26 м. Уточняем значение хода поршня
S
S  D     0,26  3,5  0,9 ( м)
 D
Корректируем pе из условия обеспечения заданной мощности, получим
pe 
2,4  N e  m
2,4  1200  1
 15,7 (бар)

2
  D  S  n  i 3,14  0,26 2  0,9  240  4
Окончательно принимаем pe=15,7 бар.
2.2 Расчет рабочего цикла
В настоящей работе расчет рабочего процесса судового дизеля был
произведен методом численного моделирования на ПЭВМ, алгоритм которого
кратко описан ниже.
19
Рабочий процесс в одном цилиндре дизеля рассчитывается на участке от
начала сжатия до начала выпуска отработавших газов из цилиндра. Моменты
начала сжатия и выпуска определяются по реальным фазам открытия /закрытия
клапанов (окон). В основу расчетов положена система дифференциальных
уравнений, описывающая индикаторный процесс, которая включает в себя:
- уравнение первого закона термодинамики (закон сохранения энергии),
решенное относительно первой производной температуры рабочего тела в
цилиндре по углу поворота коленчатого вала;
- уравнение состояния рабочего тела, решенное относительно давления в
цилиндре в зависимости от температуры, объема цилиндра, массы и газовой
постоянной смеси газов в цилиндре;
- уравнений массового баланса для трех компонентов смеси газов в
цилиндре: 1-чистый воздух; 2-чистые продукты сгорания топлива (при отсутствии
избытка воздуха - стехиометрическом соотношении топливо/воздух); 3- водяной
пар.
- уравнений, описывающих смесеобразование и сгорание топлива в
цилиндре;
- уравнения, описывающего теплообмен со стенками цилиндра.
Численное решение системы дифференциальных уравнений осуществляется
методом Эйлера-Коши с итерационным процессом. Критерием сходимости на
каждом шаге счета принята температура газов в цилиндре- 1 К. Текущие значения
термодинамических параметров – истинной удельной изохорной теплоемкости и
газовой постоянной – рассчитываются для смеси чистого воздуха, «чистых»
продуктов сгорания и водяного пара с учетом их текущих массовых долей в
смеси. Кроме того, теплоемкость, газовая постоянная продуктов сгорания и
теоретическая масса воздуха для сгорания 1 кг топлива определяются с учетом
элементарного
состава
топлива.
Низшая
теплота
сгорания
топлива
рассчитывается по эмпирической формуле в зависимости от его плотности,
вязкости, содержания серы, воды, золы и механических примесей.
20
Расчет процесса сгорания топлива осуществляется с учетом реального
закона подачи в цилиндр по методике, которая подробно описана в работе.
Предусмотрена возможность задания любого закона подачи – однофазного,
двухфазного и др. Продолжительность периода задержки самовоспламенения
рассчитывается по эмпирической формуле в зависимости от давления и
температуры газов в цилиндре в момент начала подачи топлива в цилиндр,
частоты вращения коленчатого вала и цетанового числа топлива. При расчете
рабочего процесса на тяжелом топливе продолжительность периода задержки
самовоспламенения и скорость сгорания топлива корректируются по величине
расчетного
углеродно-ароматического
индекса
(CCAI).
Этот
показатель
определяется по эмпирической формуле, предложенной фирмой «Шелл», с
учетом перечисленных выше характеристик тяжелого топлива.
Теплообмен между газами и стенками цилиндра рассчитывается по формуле
конвективного теплообмена с учетом текущих параметров и поверхности
теплообмена, коэффициент теплоотдачи от газов к стенке рассчитывается по
эмпирической формуле Эйхельберга.
Решение
системы
дифференциальных
уравнений
осуществляется
с
постоянным шагом 1 градус поворота коленчатого вала от начала сжатия (точка a)
до момента открытия выпускных органов (точка b). Итогом расчета являются
значения среднемассовой температуры газов в цилиндре и давления на участках
сжатия, сгорания и расширения. Дополнительная полезная работа на не
рассчитываемом участке газообмена оценивается приближенно с учетом
тактности
дизеля.
Расчет
скорости
образования
окислов
азота
и
ее
интегрирование осуществляется от момента самовоспламенения топлива до
окончания его сгорания.
Математическая модель индикаторного процесса построена на строгих
уравнениях сохранения энергии и массы, поэтому, в принципе, применима для
расчета любого ДВС. Однако отсутствие достаточно простых теоретических
методов расчета смесеобразования и сгорания топлива, теплообмена в цилиндре и
21
образования окислов азота, пригодных для инженерных расчетов, обусловило
применение для этих целей эмпирических и полуэмпирических зависимостей,
которые применимы для ограниченного класса двигателей.
Выбор исходных данных для расчета рабочего цикла
В пункте 2.1 рассчитаны и окончательны приняты следующие данные:
Диаметр цилиндра D = 0,26 м;
Ход поршня S = 0,9 м;
По двигателю-прототипу принимаем значение λш=r/Lш=0,432 (прил. 1,[3]).
Угол начала сжатия (FA) определяется моментом закрытия выпускного
клапана или окна (двухтактный дизель). FA отсчитывается от ВМТ поршня и
всегда отрицателен. Например: угол закрытия впускного клапана равен 72 град.
п.к.в. после НМТ. В принятой системе отсчета углов НМТ соответствует (-180
град. п.к.в.), поэтому FA примем равным (-180+72= -108 град. п.к.в.).
Угол начала выпуска газов (FB) определяется моментом открытия
выпускного клапана (окна), отсчитывается от ВМТ (0 град. п.к.в.) и всегда
положителен. Например: угол открытия выпускного клапана равен 68 град п.к.в.
до НМТ (в принятой системе отсчета углов при повороте коленчатого вала от
ВМТ до НМТ угол изменяется от 0 до +180 градусов), поэтому FB определится
как разность (+180-68=+112 град. п.к.в.)
Геометрическая (номинальная) степень сжатия ε0 представляет собой
отношение максимального объема цилиндра при нахождении поршня в НМТ к
объему камеры сжатия. В большинстве случаев данные по величине ε0 в
технической документации на дизель отсутствуют. Точное определение по
чертежам затруднительно из-за сложного профиля камеры сгорания. В связи с
отмеченным рекомендуется определять ε0 путем расчета, ориентируясь на
экспериментальное значение давления конца сжатия – Pс. Первоначально задаем
приблизительное значение ε0 (для судовых дизелей диапазон ее значений 15-22).
Давление и температура воздуха в продувочном ресивере (Ps и Ts
соответственно) принимаются по экспериментальным данным. Для выбранного
22
двигателя-прототипа значения этих параметров указаны в таблице в приложении
1 [7].
Температура атмосферного воздуха P0 принимается из нормальных
условий работы двигателя.
Частота вращения коленчатого вала
n задана в условии дипломного
проекта n=240 об./мин.
Цикловая подача топлива определяется по формуле:
Qz = 1000 ∙ (Gт ∙ m)/(60 ∙ n ∙ i) = г/цикл,
где: Gт – расход топлива на двигатель, кг/ч;
m - коэффициент тактности (для 2-х тактных ДВС m=1, для 4-х тактных –
m=2);
n – частота вращения, об/мин;
i – число цилиндров.
Расход топлива, при отсутствии экспериментальных данных, может быть
определен по формулам:
Gт = (Ne ∙ ge)/1000 кг/ч или Gт = (Ni ∙ gi)/1000 кг/ч,
Где:
Ne,
Ni
–
эффективная,
индикаторная
мощность
дизеля
соответственно, кВт;
ge, gi – удельный эффективный, индикаторный расход топлива, г/(кВт-ч).
Угол начала подачи форсункой Tinj необходимо корректировать для более
точного определения давления сгорания Pz.
Продолжительность впрыска топлива Linj принята по рекомендации
приложения [5].
Таблица 2.1 – Исходные данные для расчета
Показатели
Значение
Геометрические характеристики
Диаметр цилиндра D
0,26 м
23
Ход поршня S
0,9 м
Отношение радиуса кривошипа к длине шатуна R/L
0,432
Геометрическая степень сжатия E0
18,7
Угол начала сжатия FA
-1080
Геометрическая степень сжатия E0
18,7
Угол начала сжатия FA
-1080
Угол начала выпуска FB
1120
Начальные условия
Давление в продувочном ресивере Ps
3,9 бар
Температура в продувочном ресивере Ts
400
Температура атмосферного воздуха T0
300
Параметры режима
Частота вращения коленчатого вала n
Цикловая подача топлива Qz
240 об./мин.
3,6 гр.
Угол начала подачи топлива форсункой Tinj
-30
Продолжительность впрыска топлива Linj
190
Коэффициент избытка воздуха α
1,95
Анализ результатов расчета
Таблица 2.2 – Результаты расчета рабочего цикла двигателя-прототипа серии
SMC
24
Для дальнейшего расчета следует принимать данные Таблицы 2.1,
колонки №0. Индикаторная диаграмма показана на рисунке 2.1, график
распределения температур рабочего цикла показан на рисунке 2.2.
Значения эффективных, энергетических и экономических показателей
определяем с учетом принятого механического КПД:
N e  N i  m  (1344  0,94  1263 (кВт), где
Ni  Nц  n  336,2  4  1344 (кВт)
p e  pi  m  16 ,5  0,94  15,51 (бар);
ge 
gi
m

157,3
 167,34 (кг/кВт  ч)
0,94
25
Полученные в результате расчета значения pe меньше заданного на 2%, Ne
на 3,5%. Значение ge меньше заданного на 1,6%. Так как для этих показателей
допускаются отклонения в пределах ± 3,5%, они принимаются как окончательные.
Отклонения в показателях давления сгорания Pz и давления сжатия Рс
менее 5 бар.
Рисунок 2.1 – развертка индикаторной диаграммы
26
Рисунок 2.2 – график распределения температур рабочего цикла
2.3 Расчет системы газообмена
Определим основные геометрические параметры органов газообмена.
Продувочные окна. Высота продувочных окон известна из расчета
рабочего цикла hd =ψd ∙S=0,0742∙0,9=0,067 м. Определим суммарную ширину
окон, при условии, что они занимают 60 % длины окружности цилиндровой
втулки: Σb= 0,75πD= 0,75∙3,14∙0,26 = 0,612 м. Характерные для прямоточноклапанного газообмена углы принимаем: α = 17о; β=90°. Расчет открытого
действительного сечения выполняем по формуле:
1

 1

f пр  b  cos   sin  hd  S 1  1  cos(180      ш sin 2 (180   )  ,
2
 2


где Σb – суммарная ширина продувочных окон по зеркалу цилиндра, м;
27
α, β – соответственно углы между осями окон и радиусом и осью цилиндра;
φ – переменное значение угла поворота коленчатого вала, отсчитываемого
от НМТ поршня. Результаты расчета сводим в таблицу 2.3.
Таблица 2.3 – результаты расчета открытого действительного сечения окон
φ, о.п.к.в.
fпр, м2
0
(НМТ)
0,039
5
0,039
10
15
20
25
30
35
41
0,037
0,034
0,030
0,025
0,018
0,010
0
Выпускной клапан. По чертежам и эскизам двигателя-прототипа SMC
определены соотношения для геометрических параметров клапана, затем
подсчитаны их значения:
диаметр клапана по центру посадочного пояска dкл= 0,13 м;
диаметр штока клапана dш = 0,027 м;
диаметр горловины клапана dг = 0,228 м;
максимальный ход клапана hклmax = 0,033 м;
Угол конуса посадочного пояска αкл принимаем равным 30о. Зависимость
открытого сечения выпускного клапана fкл, м2, определяется формулой:
f пр  d кл cos кл hкл  3,1414  0,26  cos 300  hкл  0,3535  hкл
Текущее значение хода клапана определяем как hкл = 0,033∙(hкл/hклмах).
Результаты расчета сводим в таблицу 2.4.
Таблица 2.4 – результаты расчета
φ, 0.п.к.в.
hкл/hклmax мех упр.
hкл, м2
fкл,м2
φ, 0.п.к.в.
hкл/hклmax
hкл, м2
fкл,м2
мех упр.
Фаза открытия
0
5
0
0,18
0
0,006
0
0,002
Фаза закрытия
25
20
1
0,91
0,033
0,03
0,012
0,011
10
0,44
0,015
0,005
15
0,73
0,024
0,008
20
0,91
0,03
0,011
25
1
0,033
0,012
15
0,73
0,024
0,008
10
0,44
0,015
0,005
5
0,18
0,006
0,002
0
0
0
0
28
Определяем максимальное проходное сечение клапана:
f
max
кл

 (d Г2  d Ш2 )
4
3,14  (0,2282  0,027 2 )

 0,041 (м)2
4
Определяем фазу полного открытия клапана:
Δφ=φа+φb-Δφоткр- Δφзакр=68+72-25-25=90 oп.к.в.
Принимаем масштабы для построения диаграммы угол-сечение
mf
=500 мм/м2; mφ = 1 мм/оп.к.в. Строим диаграмму угол-сечение органов
газораспределения рассчитываемого двигателя:
29
Результаты обработки диаграммы сведены в таблицу 2.5.
Таблица 2.5 – результаты обработки диаграммы угла сечения
Фаза/Параметр
Площадь диаграммы,
мм2
Угол-сечение,
м2°п.к.в. (Aφ=F/500)
Время-сечение,
м2с (A=Aφ/(6n))
Предварение выпуска F1
Принудительный
выпуск F2
Продувка F3
236
1232
1074
0,472
2,464
2,148
0,000327778
0,001711111
0,001491667
Расчет перепада давлений в продувочных окнах
Параметры воздуха в ресивере известны из расчета рабочего цикла: p s = 3,9
бар; Ts = 306 K; Gв = 0,3452 кг.
Из рекомендованных диапазонов значений принимаем:
коэффициент истечения для продувочных окон (0,7−0,8) μпр = 0,8;
коэффициент продувки цилиндра (1,45−1,55) φa = 1,45.
Определяем массу воздуха, поступившего в цилиндр в процессе газообмена
Gs=φa∙Gв = 1,45∙0,3452 = 0,5 кг.
Рассчитываем значение функции отношения давлений:
 пр 
Gs RTs
10  пр A3 p s
5

0,5  287  306
 0,3184
10  0,8  0,001491667  3,9
5
Согласно рис. 3.1[3] при ψпр = 0,3184 отношение давлений pц/ ps = 0,97.
Полученное значение лежит в рекомендованных пределах (0,97−0,99).
Среднее давление в цилиндре в период продувки p ц = 0,97∙ps = =0,97∙3,9=
3,78 бар. Перепад давлений в продувочных окнах p пр= ps − pц = =3,9−3,78 = 0,12
бар.
Расчет перепада давлений в выпускном клапане
30
Из расчета рабочего цикла известны:
температура смеси в начале сжатия Ta = 335 K;
давление и температура газов в конце расширения pb=9,3 бар;
Tb=905,8 K.
Температура газов в цилиндре в начале продувки цилиндра при
политропном расширении с показателем политропы m = 1,3:
TНП
p 
 Tb  s 
 pb 
m 1
m
 3,9 
 1104   
 9,3 
1, 31
1, 3
 741,2 К
Средняя температура газов в цилиндре за период принудительного выпуска
Tц рассчитывается по формуле
TЦ 
TНП  Tа 741,2  306

 511,34 К
 TНП 
 741,2 
 ln 

ln 
306


T
 а 
Из рекомендованных диапазонов значений принимаем:
коэффициент истечения для выпускного клапана (0,7 − 0,85) ∙ μвып = 0,7;
коэффициент остаточных газов в цилиндре к моменту начала продувки
цилиндра (0,55−0,65) ∙ γнп= 0,65.
Масса газов и воздуха, проходящих через выпускной клапан в течение фазы
принудительного выпуска Gвып= Gв∙ (φa+ γнп − γr − 1) = 0,3452 ∙ (1,45 + 0,65− 0,05 −
1) = 0,3625 кг.
Расчетное значение функции отношения давлений:
 пр 
GВЫП RTЦ
10 5  ВЫП A2 p Ц

1,69  287  511,34
 0,3
10 5  0,7  0,0,001711111 3,78
Согласно рис. 3.1[7] при ψвып = 0,3 отношение давлений pг/pц = 0,95.
Полученное значение лежит в рекомендованных пределах (0,9−0,95).
31
Давление в выпускном коллекторе pг = 0,9∙pц =0,9∙3,78 = 3,59 бар. Перепад
давлений в выпускном клапане Δpвып = pц − pг = 3,78 − 3,59 = 0,19 бар.
Общий перепад давлений при продувке цилиндра Δpп = ps − pг = 3,9 − 3,59 =
0,31 бар.
Расчет давления газов в цилиндре к моменту открытия продувочных окон
Из расчета рабочего цикла известны:
- рабочий объем цилиндра Vh = 0,1401 м3;
- объем цилиндра в конце расширения Vb = Vh(1− ψb) = 0,1401∙(1− 0,216) =
0,11 м3;
- объем цилиндра в момент открытия продувочных окон Vd= Vh(1− ψd) =
0,1401∙(1− 0,074) = 0,13 м3;
В течение свободного выпуска объем цилиндра изменяется, поэтому
определим среднее значение объема цилиндра на участке b−d Vср=(Vb+Vd)/2 =
(0,11 + 0,13)/2 = 0,12 м3. Принимаем из рекомендованного диапазона (0,65−0,85)
коэффициент истечения для выпускного клапана μсв = 0,65.
Давление газов в цилиндре к моменту открытия продувочных окон
рассчитываем по формуле:
pd 

0,102 p Г
  СВ A1 Tb
 V   p
 0,59  0,1  ln  d    Г

 Vср
 Vb   pb
0,102  3,59




0 ,115
 0,496
 0,65  0,000327778  905,8
 0,13   3,59 

0
,
59

0
,
1

ln

  


0
,
12
0
,
11
9
,
3






,
 3,826
0 ,115
 0,496
Полученное значение pd на 1,9 % меньше ps = 3,9 бар. Это свидетельствует о
том, что располагаемое время-сечение предварения выпуска А1 обеспечивает
работу двигателя без заброса газов в продувочный ресивер.
Таким образом, выполненный поверочный расчет показал, что принятые
фазы и размеры органов газораспределения обеспечивают нормальное протекание
32
процесса газообмена для дизеля серии SMC с заданными мощностью, частотой
вращения и принятым уровнем среднего эффективного давления.
2.4 Определение энергетического баланса в системе наддува
Расчет необходимой мощности компрессоров
Принимаем:
- коэффициент потери давления в фильтрах турбокомпрессоров ξф=0,97
- барометрическое давление рб=1бар
- коэффициент потери давления в воздухоохладителе ξво=0,98
- из расчета рабочего цикла рs=3,9бар
Определим:
- давление воздуха на входе в компрессор р0=ξф ∙ рб=0,97 ∙ 1=0,97бар
- давление воздуха на выходе из компрессора рк=рs/ξво=3,9/0,98=3,98 бар
- степень повышения давления в компрессоре πк=рк/р0=3,98/0,97=4,1.
Относительное повышение температуры в компрессоре рассчитываем по
формуле:
_
 tк  
k 1
k
к
1, 4 1
1, 4
 1  4,1
 1  0,49
Приняв температуру на входе в фильтр компрессора Т0=300К, определим
удельную работу адиабатического сжатия:
Hк 
_
1,4  1
k 1
RT0  t к 
 0,287  300  0,49  149,7 кДж/кг
1,4
k
Приняв из расчетов рабочего цикла и газообмена значения коэффициентов
продуктов и избытка воздуха φа=1,45; α=2,108; а также G0=14,33 кг – массу
воздуха, теоретически необходимую для сгорания одного килограмма топлива; Gч
= Ne ∙ ge=1200 ∙ 0,17= 214,71 кг/ч – расход топлива на двигатель, рассчитываем по
формуле расход воздуха через компрессоры
33
   G  G
0 ч  1,45  2,108  14,33  214,71  2,61 кг/с
G  a
к
3600
3600
Приняв из рекомендованного диапазона адиабатный КПД компрессора
ηак=0,84, определим необходимую мощность центробежных компрессоров:
N G H 
к
к
к 
1
 2,61 149,7 
ак
1
 465,59 кВт
0,84
Приняв среднюю теплоемкость воздуха срв=1,005 кДж/(кг ∙ К), определим
температуру воздуха за компрессором:
T T 
к
0 c
H
рв
к

 300 
ак
149,7
 477,34 К
1,005  0,84
Расчет располагаемой мощности газовых турбин
Давление газов перед турбиной определяется с учетом потери давления в
выпускном тракте рт=рs ∙ ξп ∙ ξг. Общий коэффициент потери давления
определяется в виде произведения локальных коэффициентов

общ

ф

во
 
   0,97  0,98  0,98  0,97  0,882  0,831
г от п
Где для коэффициентов потери давления (помимо принятых ранее 

во
ф
и
) выбраны значения:
 =0,98 – в выпускном трубопроводе турбины;
г

от
=0,97 – выпускном трубопроводе после турбины;
 =рг/рs=3,78/3,9=0,92 – при продувке цилиндра (давление газов за
п
цилиндром из расчета газообмена рг=3,78 бар)
Давление газов перед турбиной рт = рs ∙ ξп ∙ ξг = 3,9 ∙ 0,92∙ 0,98 = 3,51 бар.
Определим степень понижения давления газов турбине πт = рт/рот = ξобщ ∙ πк
= 0,83 ∙ 4,1 = 3,41.
Давление газа после турбины рот = рб/ξот = 1/0,97 = 1,03 бар
Относительный перепад температур в турбинах определим по формуле:
34
_
t  1
Т
1
1
 1
 0,272
k 1
1,35  1
1,35
 k
3,41
Т
Температуру газов перед турбиной рассчитываем по уравнению (показатель
адиабаты для газов принимается k=1,35):
q
Н
Г
T T 

T
S (    G  1)  c
а
0
рг
42700  0,45
 306 
 692,39 K
(1,45  2,108  14,33  1)  1,11
Q
где qг = 0,45 – относительная потеря теплоты с отработавшими газами
Qн = 42700 кДж/кг – низшая теплота сгорания топлива
Срг = 1,11 кДж/(кг ∙ К) – средняя изобарная удельная теплоемкость газов.
Удельная располагаемая работа газов в турбине:
H

T
_ 1,35  1
k 1
RT  t 
 0,287  692,39  0,272  208,92 кДж/к
T T
k
1,35
Определим расход газов через турбины по формуле:
G 
T
(    G  1)  G
a
0
ч  (1,45  2,108  14,33  1)  214,71  2,67 кг/с
3600
3600
Для изобарного наддува суммарная располагаемая мощность турбин
рассчитывается по формуле:
N
T
 G H   2,67  208,92  0,838  467,8 кВт
T T T
Эффективный КПД газовых турбин принят из рекомендованного
диапазона η=0,87.
Температура газов за турбиной:
T
T 
0т
т
H
т

ад.т.  692,39  208,92  0,87  526,36 K
c
1,11
рв
В последней формуле внутренний КПД турбины определяется при значении
механического КПД турбокомпрессора ηмт=0,95:
35

ад.т.


т  0,838  0,882

0,95
мт
Определим, насколько отличается Nт и Nк:
N

 467,8


Т
N 
 1  100%  
 1  100%  0,47%
N

 465,59 
 К

Таким
образом,
выполненный
поверочный
расчет
показал,
что
располагаемая мощность газовых турбин практически равна необходимой
мощности центробежных компрессоров и, следовательно, энергетический баланс
в системе наддува на расчетном режиме обеспечивается.
Относительная
суммарная
мощность
газовых
турбин
δт=Nт/Ni=
=467,8/1344=0,35 (Ni=1344 кВт – индикаторная мощность двигателя из расчета
рабочего цикла).
Значение δт находится в рекомендованных пределах 0,2-0,4.
Выбор типа и числа турбокомпрессоров
Массовый расход воздуха на двигатель составляет 2,61 кг/с; эффективная
мощность двигателя Ne=1200 кВт. Согласно рис. 6.2 [3] для рассчитываемого
двигателя целесообразно выбрать турбокомпрессор – ТСА33-2 (с аксиальной
турбиной, диаметром рабочего колеса 33 см).
Выбираем коэффициент напора ψк=1,45. Приняв из расчета удельную
работу адиабатного сжатия Нк =149,7 кДж/кг, определим окружную скорость на
периферии колеса компрессора:
u 
2
2 H
к  2  149,7  454,4 м/с

1,45
к
Плотность воздуха на входе в компрессор при параметрах р0=0,97 бар,
Т0=300 К составляет
36
 
0
100  p
0  100  0,97  1,126 кг/м3
R T
0,287  300
0
Диаметр колеса компрессора определим по формуле
4  G1
4  2,61
К
D 

 0,295 м
К
     u
3,14  1,126  0,075  454,4
0
2
Условный коэффициент расхода центробежного компрессора в формуле
принят Ф = 0,075.
Более точно осуществить выбор турбокомпрессора можно по информации,
имеющейся на сайте фирмы MAN.
Рисунок 2.5 – типоразмерный ряд турбокомпрессоров ТСА фирмы МАН
Степень
повышения
давления
в
компрессоре,
согласно
расчету,
приведенному ранее, πк=4,1. По данным Vк и πк на рисунке приведена точка,
которая лежит в области параметров прототипа турбокомпрессора ТСА33-2 по
среднему
типоразмерному
ряду
с
πк.
Таким
образом,
подтверждается
правильность выбора турбокомпрессора.
Следует отметить, что разница расчетного показателя диаметра =0,295м и
диаметра определенного по типоразмерному ряду =0,33м составляет 10%, что
допустимо согласно п.7.1 [7], не более 10 %.
37
При определении мощности компрессора и газовой турбины были приняты
адиабатный КПД компрессора ηак = 0,84 и КПД турбины ηт = 0,838. Их
произведение определяется КПД турбокомпрессора: ηтк = ηак ∙ ηт = 0,84 ∙ 0,883 =
0,7. Частота вращения ротора турбокомпрессора ТСА33-2 на расчетном режиме
составит:

тк

60  u
2  60  454,4  26312 об/мин
 D
3,14  0,33
к
38
3 ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ТИПА ГЛАВНОГО ДВИГАТЕЛЯ
Большая часть эксплуатируемого парка 2-х тактных дизелей достигается за
счет фирмы ―MAN B&W‖. С 1980 года фирма ―MAN B&W‖ выпускает только
длинноходные двухтактные двигатели с прямоточно-клапанной продувкой,
передающие мощность непосредственно на винт при пониженной частоте
вращения. Для лучшей приспособленности к судам различного назначения в
спецификации
дизелей
типа
МС
фирмы
ныне
«MAN
Diesel
&
Turbo»предусмотрены три серии дизелей, различающихся отношением хода
поршня к диаметру:

дизели КМС - для контейнеровозов с ограниченными возможностями
размещения винта большого диаметра (S/D =2,452,875)

дизели LMC – для сухогрузных теплоходов умеренного и среднего
водоизмещения (S/D =33,24)

дизели SMC – сверхдлинноходные для балкеров, танкеров (S/D
=3,544)
В термическом КПД последних модификаций МОД этой фирмы достигает
53-54%. Соответственно эффективный расход достигает ge=170 г/кВтчас.
Привлекательным моментом двигателя является снижение затрат на ремонт и
запасные части упрощающие обслуживание. Также фирмой «MAN Diesel &
Turbo»,
при
больших
мощностях
ГД,
рекомендуется
использовать
турбокомпаудную систему позволяющую дополнительную экономию топлива.
Используемые высокоэкономичные турбо компрессоры типа VTR с изобарной
системой наддува, обеспечивают работу ГД при меньшем времени открытия
выпускного клапана и большей степени расширения газа в цилиндре, при которой
снижается температура и энергия выпускных газов. Следует отметить недостаток
изобарной системы наддува, связанный с недостаточной энергией газов ,
необходимой для разгона турбокомпрессора на пусковых режимах и работе на
малых ходах . Эта проблема решается посредством включения электроприводной
39
воздуходувки , вступающей в работу при мощностях
ГД ниже 25% от
номинального значения .
Однако
простота
конструкции
узлов
изобарной
системы
наддува
удешевляет стоимость изготовления и повышает КПД на номинальном режиме
ГД, что и объясняет ее использование в 2-х тактных двигателях фирмы «MAN
Diesel & Turbo».
Вместе с тем в наибольшей степени требованиям высокой экономичности и
использованию
дешевых
сортов
топлива
удовлетворяют
малооборотные
двигатели.
В результате вышеизложенного
целесообразно использовать на данном
судне двигатель фирмы «MAN Diesel & Turbo» малооборотный, двухтактный, с
турбонаддувом, типа SMC.
3.1 Описание конструкции главного двигателя
Фундаментная рама и рамовые подшипники
Фундаментная рама выполнена монолитной с размещением цепного привода
и упорного подшипника в кормовом конце. Фундаментная рама состоит из
высоких сварных продольных балок и сварных поперечных балок с литыми
постелями подшипников.
Для ее крепления к судовому фундаменту используются длинные
податливые
фундаментные
болты
совместно
с
приспособлениями
для
гидрозатяжки.
Фундаментная рама изготовляется без уклона в случае установки на
эпоксидных клиньях или с уклоном 1:100 в случае установки на чугунных клиньях.
Масляный поддон, изготовленный из стального листа, приварен к
фундаментной раме. В масляном поддоне собирается масло, сливаемое из систем
циркуляционной смазки и масляного охлаждения. В районе каждого третьего
цилиндра в поддоне предусмотрены горловины с сеткой для вертикального
40
слива масла. В качестве дополнения могут быть предусмотрены горизонтальные
сливы с каждого торца.
Рамовые подшипники состоят из стальных вкладышей, залитых белым
металлом. Нижний вкладыш может выкатываться и закатываться с помощью
специального инструмента и гидравлических приспособлений для подъема
коленчатого вала. Вкладыши удерживаются на месте крышкой подшипника.
Цепной привод размещен в кормовом конце двигателя.
Упорный подшипник
Упорный подшипник типа B&W-Michell состоит, в первую очередь, из
упорного гребня на коленчатом валу, опоры подшипника и чугунных сегментов,
залитых белым металлом. Упорный вал является при этом неотъемлемой частью
коленчатого вала.
Упор гребного винта передается через упорный гребень, сегменты,
фундаментную раму фундаменту двигателя и концевым клиньям. Упорный
подшипник получает смазку от системы смазки двигателя.
Валоповоротное устройство и его маховик
Маховик валоповоротного устройства имеет цилиндрические зубцы и
крепится к фланцу упорного вала. Маховик вращается шестерней редуктора
валоповоротного механизма, смонтированного на фундаментной раме.
Валоповоротный механизм приводится электродвигателем с встроенной
передачей и тормозом. Валоповоротное устройство оборудовано блокировкой, не
допускающей пуска главного двигателя при включенном валоповоротном
устройстве.
Включение
и
выключение
валоповоротного
устройства
осуществляется вручную путем осевого перемещения шестерни.
Также
может
присутствовать
блок
управления
валоповоротным
устройством, состоящий из пускателя и переносного пульта с кабелем длиной 10
метров.
41
Картер
Картер может быть выполнен в виде одной или большего числа секций.
Картер выполняется литым или сварным. На стороне выпуска двигателя предусмотрены предохранительные клапаны и люки для каждого цилиндра.
На стороне распределения двигателя картер снабжается большими
крышками люков для каждого цилиндра.
Направляющие крейцкопфа укреплены в картере.
В
картере
установлены
трубы
с
прорезями
для
слива
масла,
охлаждающего поршни. Картер соединяется с фундаментной рамой на винтах.
Анкерные связи выполнены цельными. Для предотвращения вибрации для
каждой анкерной связи предусмотрены эластичные стопорные устройства в
верхней части картера. Затяжка анкерных связей осуществляется гидродомкратами.
Блок цилиндров, втулка цилиндра и сальник поршневого штока
Блок цилиндров выполнен из чугуна. Совместно с цилиндровыми втулками
он образует полость продувочного воздуха и водяную охлаждающую полость. В
верхней части отсека цепного привода установлен блок звездочек. На стороне
распределения двигателя блоки цилиндров снабжены лючками для очистки
полости продувочного воздуха и осмотра продувочных окон.
К блоку цилиндров крепится коробка распределительного вала и
лубрикаторы.
Кроме того, к блоку цилиндров крепятся маслопроводы подачи масла для
охлаждения поршней и для смазки. На днище блока цилиндра располагается
сальник поршневого штока с уплотнительными кольцами для продувочного
воздуха и маслосъемными кольцами, препятствующими попаданию масла в
продувочную полость.
42
В верхней части блока цилиндров размещен подвод охлаждающей
пресной воды и на блоке цилиндров размещены сливы из сальников
поршневых штоков.
Втулки цилиндров отлиты из легированного чугуна и подвешены в блоках с
помощью низко расположенных фланцев. Верхняя часть втулки окружена чугунной
охлаждающей рубашкой. Втулка цилиндра имеет продувочные окна и сверления для
штуцеров цилиндровой смазки.
Распределительный вал покоится во вкладышах, залитых белым металлом, в
блоке распредвала.
Крышка цилиндра
Крышка цилиндра откована из стали, цельная, имеет сверления для
охлаждающей воды. Она имеет центральное отверстие для выпускного
клапана и каналы для форсунок, предохранительного клапана, пускового
клапана и индикаторного крана. Крышка цилиндра присоединяется к блоку
цилиндра шпильками и гайками, затягиваемыми гидродомкратом.
Выпускной клапан и его гидропривод
Выпускной клапан состоит из корпуса клапана и шпинделя. Корпус
клапана чугунный и имеет водяное охлаждение. Нижняя часть корпуса
клапана изготовлена из стали с наплавкой твердого сплава на седло. Нижняя часть
охлаждается водой. Шпиндель изготовлен из жаростойкой стали, также с
наплавленной твердым сплавом тарелкой. В корпусе установлена направляющая
клапана.
Выпускной клапан крепится к крышке цилиндра на шпильках с гайками.
Выпускной клапан открывается гидравлически, и закрывается сжатым воздухом.
При работе шпиндель клапана медленно вращается под действием выпускных
газов, воздействующих на небольшие лопатки, укрепленные на шпинделе.
Гидравлическая система состоит из поршня с гидроцилиндром, установленного
на корпусе толкателя, трубки высокого давления и рабочего гидроцилиндра на
43
выпускном клапане. Поршень гидропривода клапана приводится посредством
кулачной шайбы распределительного вала.
Предусмотрено
воздушное
уплотнение
направляющей
шпинделя
выпускного клапана.
Форсунки,
пусковой
клапан,
предохранительный
клапан
и
индикаторный кран
Каждая крышка цилиндра имеет две форсунки, один пусковой клапан,
один предохранительный клапан и один индикаторный кран. Открытие
форсунок
производится
топливом
высокого
давления,
создаваемого
топливными насосами высокого давления, а закрытие осуществляется пружиной.
Автоматический золотник обеспечивает циркуляцию топлива между форсункой и
трубками высокого давления и предотвращает заполнение камеры сгорания
топливом, в случае заедания иглы форсунки, при остановленном двигателе.
Топливо от выпускного золотника и других стоков отводится в закрытую
систему.
Пусковой
клапан
открывается
управляющим
воздухом
от
воздухораспределителя, а закрывается пружиной. Предохранительный клапан
нагружен пружиной.
Индикаторный привод
Двигатель оборудован индикаторным приводом. Индикаторный привод
состоит
из
кулачка,
установленного
на
распределительном
валу,
и
подпружиненного толкателя с роликом, движущегося возвратно-поступательно,
соответственно движению поршня в цилиндре двигателя. В верхней части
толкатель имеет ушко, к которому присоединяется индикаторный шнур после
установки индикатора на индикаторном кране.
Коленчатый вал
44
Коленчатый вал полусоставной. Вал выполнен из литых стальных
кривошипов с холоднокатаными шейками. Коленчатый вал включает и упорный
вал.
На кормовом конце коленчатый вал имеет фланец для маховика и
соединения с промежуточным валом.
На носовом конце коленчатый вал имеет фланец для установки
дополнительного маховика и противовесов для уравновешивания. Фланец может
быть также использован для отбора мощности, если он предусмотрен.
Демпфер продольных колебаний
Двигатель оборудован демпфером продольных колебаний, который
устанавливается на носовом конце коленчатого вала. Демпфер состоит из
поршня и разъемного корпуса, расположенного в нос от переднего рамового
подшипника. Поршень выполнен в виде цельного гребня на рамовой шейке, а
корпус прикреплен к опоре рамового подшипника. Установлено механическое
устройство для проверки функционирования демпфера.
Шатун
Шатун изготовлен из стальной поковки и комплектуется крышками
подшипников из чугуна для крейцкопфных (головных) и мотылевого подшипников.
Крышки головных и мотылевого подшипников крепятся к шатуну
шпильками и гайками, затягиваемыми гидродомкратами.
Головной подшипник состоит из комплекта тонкостенных стальных
вкладышей, залитых антифрикционным сплавом. Крышка крейцкопфного
подшипника цельная с вырезом для поршневого штока.
Мотылевый подшипник имеет тонкостенные стальные вкладыши,
залитые антифрикционным сплавом. Смазочное масло подается по каналам в
крейцкопфе и шатуне.
45
Поршень, шток поршня и крейцкопф
Поршень состоит из головки поршня и юбки. Головка поршня
изготовлена из жаростойкой стали и имеет четыре поршневые канавки, хромированные по верхней и нижней поверхностям. Юбка поршня чугунная.
Шток поршня стальной кованый с поверхностным упрочнением рабочей
поверхности, проходящей через сальник. Шток поршня соединяется с
крейцкопфом четырьмя болтами.
Шток поршня имеет центральное сверление, где установлена труба
охлаждающего масла, образующая каналы для его подвода и отвода.
Крейцкопф откован из стали и снабжен башмаками из мелкозернистого
чугуна с заливкой рабочих поверхностей белым металлом. Кронштейн на
крейцкопфе служит опорой для телескопической трубы, подающей смазочное и
охлаждающее масло к крейцкопфу, поршню и мотылевому подшипнику.
Выпускная труба масла для охлаждения поршня крепится к противоположному
торцу крейцкопфа.
Топливный насос и топливопроводы высокого давления
Двигатель оборудован индивидуальными топливными насосами высокого
давления для
каждого цилиндра. ТНВД состоит из корпуса насоса из
мелкозернистого чугуна и расположенных центрально втулки и плунжера из
азотированной стали. Во избежание смешивания топлива с маслом привод насоса
снабжен уплотнительным устройством.
Насос
приводится
топливным
кулачком,
а
дозировка
топлива
осуществляется поворотом плунжера зубчатой рейкой, которая связана с
механизмом регулирования.
Регулировка опережения подачи осуществляется установкой прокладок
между верхней крышкой и корпусом насоса.
46
Топливный насос снабжен перепускным клапаном. В положении аварийной
остановки клапан направляет топливо обратно на всасывание насоса и таким
образом предотвращает открытие топливом форсунок и поступление его в цилиндр.
Топливопроводы высокого давления снабжены защитным кожухом или
изготовляются в виде двойных трубок с изоляцией.
Распределительный вал и кулачные шайбы
Распределительный вал состоит из ряда секций. Каждая отдельная секция
состоит из участка вала с кулачными шайбами выхлопных клапанов и
топливных насосов и соединительных частей.
Кулачные шайбы выхлопных клапанов и топливных насосов стальные с
закаленной рабочей поверхностью. Они могут регулироваться и демонтироваться гидравлически.
Цепной привод
Распределительный вал приводится от коленчатого одной одинарной
цепью. Звездочка присоединяется на болтах к упорному гребню увеличенного
диаметра. Цепной
привод
снабжен
натяжным
устройством,
а
длинные
межопорные участки цепи поддерживаются направляющими.
Реверс
Реверсирование
двигателя
осуществляется
реверсированием
воздухораспределителя и с помощью перемещаемого в угловом направлении
ролика в приводном механизме топливных насосов каждого цилиндра двигателя.
Реверсивный механизм приводится в действие и управляется подводимым к
двигателю сжатым воздухом. Привод выхлопных клапанов не реверсивный.
Регулятор
Частота
вращения
двигателя
регулятором Вудворда типа PGA58.
регулируется
механико-гидравлическим
47
Лубрикаторы
Двигатель снабжается одним или двумя лубрикаторами цилиндровой
смазки. Лубрикаторы устанавливаются на переднем конце блока цилиндров.
Лубрикаторы имеют возможность подрегулировки подачи масла. Они
выполнены по типу SIGHT FEED Lubricator и снабжены прозрачной трубкой (дозатором) для каждой точки смазки. Масло поступает в лубрикаторы через
трубопровод из напорной цистерны, установленной с возвышением.
Будучи отрегулированными, лубрикаторы, в основном, сохраняют
подачу масла пропорционально частоте вращения двигателя.
Для лубрикаторов имеются сигнализаторы отсутствия подачи и низкого
уровня. Кроме того лубрикаторы оборудованы электрообогревом.
Система, Зависимая от Изменения Нагрузки (Load Change Dependent),
автоматически увеличивает подачу масла в случае внезапного изменения нагрузки
двигателя, например при маневрах или в условиях волнения моря.
Система Управления (приспособленная для управления с мостика)
Двигатель
снабжен
пневмо-электрической
системой
управления
и
регулирования подачи топлива. Система передает команды от отдельного пульта
управления к двигателю.
Система
реверсировать
регулирования
двигатель
и
позволяет
управлять
пускать,
частотой
останавливать
вращения.
и
Рукоятка
управления скоростью на пульте управления выдает сигнал задания скорости
регулятору, в зависимости от желаемой частоты вращения. При выполнении
функции "Остановка" впрыск топлива прекращается действием перепускных
клапанов в топливных насосах высокого давления, независимо от положения
рукоятки управления скоростью.
Реверсирование осуществляется переводом рукоятки телеграфа от
положения "Вперед" на "Назад" и переводом рукоятки управления скоростью
из положения "Стоп" в положение "Пуск". Затем управляющий воздух
48
реверсирует
воздухораспределитель
пускового
воздуха
и
с
помощью
пневмоцилиндра перемещает переводной ролик толкателя привода топливного
насоса, после чего топливные насосы занимают положение для работы
"Назад".
Двигатель снабжен установленным на боковой стороне местным постом
управления и щитом приборов для аварийной работы.
Устройство площадок
Двигатель оборудован кронштейнами площадок, стойками, леерами и
настилами.
Кронштейны расположены на такой высоте, чтобы создать
наилучшие условия для переборок и осмотров. Ряд основных трубопроводов
двигателя подвешен на кронштейнах площадок.
Система продувочного воздуха
Воздух принимается турбокомпрессором непосредственно из машинного
отделения через глушитель всасывания турбокомпрессора. Из турбокомпрессора
воздух направляется через нагнетательный патрубок, холодильник воздуха
и
ресивер продувочного воздуха к продувочным окнам втулок цилиндров.
Нагнетательный патрубок между турбокомпрессором и холодильником воздуха
снабжен компенсатором и снаружи теплоизолирован.
Выпускной турбокомпрессор
Двигатель
снабжается
турбокомпрессором
MAN
B&W
или
ABB,
установленным на кормовом конце двигателя. Турбокомпрессор частично
охлаждается пресной водой. Кроме того турбокомпрессор снабжен:

оборудованием для водной промывки компрессорной стороны;

оборудованием для сухой очистки турбинной стороны и водной промывки.
Турбокомпрессор
оборудован электронным тахометром с датчиками,
преобразователем и показывающим прибором, установленным в ЦПУ.
49
Холодильник наддувочного воздуха
Двигатель оборудован ХНВ моноблочного типа центрального охлаждения
пресной водой рабочим давлением не более 4.5 бар.
Холодильник воздуха спроектирован таким образом, что перепад
температур между продувочным воздухом и водой на входе может быть
выдержан в пределах не более 12 град. С.
Концевые крышки выполнены из чугуна с покрытием из латуни.
Холодильник снабжен оборудованием для очистки:

воздушной стороны: стандартная система орошения;

водяной стороны: очистная щетка.
Влагоотделитель проточного типа расположен в воздушной камере под
холодильником воздуха.
Система выпускных газов
От выпускных клапанов газы направляются в выпускной коллектор,
где выравниваются пульсации давлений от отдельных цилиндров, далее весь
газ направляется к турбокомпрессору при постоянном давлении. После
турбокомпрессора газы направляются в газовыпускной трубопровод.
Между выпускными
клапанами
и
коллектором,
а
также
между
коллектором и турбокомпрессором установлены компенсаторы.
Для быстрой разборки и сборки соединений между коллектором и
выпускными клапанами использованы бандажи с зажимами. Выпускной
коллектор и выпускные патрубки изолированы и обшиты оцинкованными
стальными листами.
Между
выпускным
коллектором
предохранительная решетка.
Вспомогательная воздуходувка
и
турбокомпрессором
имеется
50
Двигатель оборудован двумя электровоздуходувками, управляемыми
автоматически давлением продувочного воздуха в ресивере.
Всасывающие стороны воздуходувок соединены с патрубком, идущим от
ХНВ, и невозвратные клапаны в выходном патрубке от ХНВ закрываются, как
только вспомогательная воздуходувка сможет повысить давление продувочного
воздуха.
Обе вспомогательные воздуходувки включаются в работу перед пуском
двигателя и обеспечивают достаточное давление продувочного воздуха для
обеспечения надежного пуска.
При работе двигателя обе вспомогательные воздуходувки запускаются
автоматически каждый раз, когда нагрузка двигателя снижается до 30-40% и
продолжают работать до тех пор, пока нагрузка вновь не превысит 40-50%.
В случаях, когда одна из вспомогательных воздуходувок не работает, вторая
вспомогательная воздуходувка автоматически компенсирует это без какой-либо
ручной подрегулировки клапанов, исключая таким образом какое-либо снижение
нагрузки двигателя. Это достигается благодаря автоматически работающим
невозвратным клапанам в нагнетательном патрубке воздуходувок.
Трубопроводы
Все
навешенные
управляющего
воздуха,
трубопроводы
воздуха
стальные,
системы
защиты
за
и
исключением труб
парового
обогрева
топливопроводов, которые выполнены медными.
Система пускового воздуха
Система
пускового
воздуха
включает
главный
пусковой клапан,
невозвратный клапан, разрывную диафрагму предохранительного клапана на
трубопроводе к каждому цилиндру, воздухораспределитель пускового воздуха и
пусковые клапаны на каждом цилиндре.
Главный пусковой клапан связан с системой управления, которая
управляет пуском двигателя.
51
Двигатель оборудован клапаном медленного проворачивания с приводом.
Распределитель пускового воздуха регулирует подвод управляющего
воздуха к пусковым клапанам так, чтобы пусковой воздух поступал в
цилиндры двигателя в соответствии с порядком вспышек.
3.2 Особенности конструкции втулки двигателя
Цилиндры являются одним из силовых элементов остова и служат для
образования
полостей
(вместе
с
поршнями
и
крышками),
в
которых
осуществляется рабочий цикл дизеля. Цилиндр состоит из рубашки (отдельной
или в виде блока) и вставной втулки. Полость между рубашкой и втулкой, в
которой
циркулирует
охлаждающая
вода,
называется
зарубашечным
пространством.
В судовых дизелях находят применение исключительно сменяемые
вставные и охлаждаемые «мокрые» втулки.
Условия работы втулок, определяются:
•
воздействием на них горячих газов, вызывающих большие
механические и тепловые нагрузки;
•
работой поршневых колец, приводящей к износу рабочей поверхности
«зеркала»
•
дополнительному нагреву; коррозии и кавитационной эрозии со стороны
охлаждающей воды.
Материал втулок - чугун, легированный титаном, хромом, никелем,
ванадием или серый чугун (для втулок МОД и СОД) или легированная сталь (для
втулок ВОД). Для повышения износостойкости чугунные втулки ВОД (иногда
СОД) покрывают пористым хромом, а стальные азотируют. Для защиты от
коррозии и эрозии охлаждаемую поверхность втулок покрывают краской или
бакелитовым лаком, хромируют или кадмируют.
Рабочую поверхность втулок, как правило, хонингуют, иногда наносят
сетку микроштрихов «зебру» или производят винтовую нарезку с шагом
52
12-15 мм и глубиной 0,03-0,06 мм, которые улучшают приработку рабочих
поверхностей новой втулки и поршневых колец и позволяют визуально (через
продувочные окна) контролировать износ в эксплуатации.
Конструкция втулки цилиндра
Условия работы цилиндровой втулки определяются воздействием больших
механических и термических нагрузок, трением поршневых колец, вызывающим
износ и дополнительный нагрев рабочей поверхности (зеркала), воздействием
коррозии и кавитационной эрозии на охлаждаемую поверхность.
К ней предъявляются следующие требования:
•
высокая прочность;
•
хорошее охлаждение (особенно верхнего пояса) при возможно
меньших перепадах температур в стенке;
•
наименьшая неравномерность радиальных и осевых деформаций;
•
герметичность поверхностей, сопряженных с рубашкой и
крышкой цилиндра;
•
обеспечивание свободного радиального и осевого расширения
втулки;
•
материал втулки должен быть жаростойким и жаропрочным,
износостойким, иметь хорошие антифрикционные качества.
Конструкторам приходится учитывать, что испытываемые стенкой втулки
напряжения, складываются из напряжений механических и тепловых. Стремление
снизить механические напряжения путем увеличения толщины стенок приводит к
росту тепловых напряжений. Поэтому в современных форсированных двигателях
конструкторы пошли по пути сохранения или даже увеличения толщины втулок в
их
верхнем
поясе,
но
приближения
охлаждаемой
поверхности
к
53
тепловоспринимающей путем сверления охлаждающих каналов непосредственно
во фланцевой части.
Конструкции втулок показаны на рис. 3.1и 3.2. В верхней части втулки
имеют утолщенный круговой пояс 1 (рис. 3.1, а; 3.2, а) с фланцем 2, опирающимся
на опорный бурт 11 рубашки или блока.
Сверху фланец втулки прижимается буртом 9 крышки цилиндра (см узел.1,
рис 3.1 а). Свободные радиальные и осевые расширения втулки обеспечиваются
жестким закреплением только фланца и радиальными зазорами (см. рис 3.1; 3.2).
Это предохраняет блок цилиндров от разрыва, а зеркало втулки от деформаций
(при нагреве втулка расширяется больше, чем блок), уплотнение зарубашечного
пространства достигается притиркой сопряжения поверхностей фланца втулки и
опорного бурта блока с применением специальных мастик. Иногда под фланец
устанавливают красномедную прокладку.
Рис. 3.1 – Цилиндры 4-х тактных дизелей
54
Рис. 3.2 – Цилиндры 4-х тактных дизелей
Для посадки цилиндровых втулок у рубашек цилиндров имеются опорные и
направляющие бурты. Крепление втулки в блоке осуществляют путем жесткого
закрепления ее фланца между буртами блока и крышки цилиндра с обеспечением
радиальных зазоров между посадочными (центрирующими) поясами втулки и
блока. Свободные радиальные и осевые зазоры расширения втулки предохраняют
блок цилиндров от разрыва, а зеркало втулки от деформаций (при нагреве втулка
расширяется быстрее и больше, чем блок).
В форсированных СОД для уплотнения и предотвращения коррозии
посадочного пояса втулки в него часто устанавливают резиновое кольцо.
Уплотнение газового стыка обеспечивают притиркой поверхностей фланца
втулки и бурта крышки или установкой в посадочную канавку прокладку из
отожженной красной меди или мягкой стали.
Уплотнение нижнего пояса втулки со стороны охлаждающей воды и со
стороны картера или подпоршневого пространства осуществляют резиновыми
кольцами. Резиновые кольца круглого сечения заводят в канавки, проточенные в
55
утолщенном круговом поясе втулки. У двухтактных дизелей с контурной
продувкой пояс выпускных окон со стороны охлаждающей воды уплотняют
резиновыми кольцами, а со стороны газа – красномедными кольцами,
устанавливаемыми с натягом относительно центрирующего пояса блока.
Контроль уплотнений осуществляют с помощью специального сигнального
отверстия в рубашке, соединенного с кольцевой канавкой – сборником на втулке
или в блоке. Вытекание воды, выход масляных паров, продувочного воздуха или
газа из сигнального отверстия свидетельствует о нарушении герметичности
соответствующего уплотнительного кольца.
Для
предотвращения
образования
наработка
(выработки
уступом),
затрудняющего демонтаж поршня и вызывающего поломку поршневых колец, в
верхней части втулки предусматривают конусную или цилиндрическую расточку.
Однако расточка втулки облегчает доступ газа к верхнему поршневому кольцу и
увеличивает его нагрев. Поэтому в современных дизелях часто вместо расточки
втулки на уровне положения первого кольца в ВМТ выполняют узкую кольцевую
выточку-канавку, которая позволяет избежать наработков.
Смазка цилиндров.
Смазка рабочей поверхности втулок в тронковых дизелях обычно
осуществляется за счет разбрызгивания масла, вытекающего из зазоров
подшипников; масло забрасывается на нижнюю часть втулки и при движении
поршня вверх разносится поршневыми кольцами по всему зеркалу цилиндра. У
мощных СОД для верхней части втулки часто предусматривают принудительную
лубрикаторную смазку. В крейцкопфных двухтактных дизелях применяют только
принудительную смазку цилиндров, осуществляемую насосами плунжерного типа
- лубрикаторами через масляные штуцеры, вворачиваемые в стенку втулки. В
дизеле МАН KZ70/120 масло подается по радиальным и осевым сверлениям в
верхней части втулки. В штуцере (перед цилиндром) имеется невозвратный
клапан, предотвращающий попадание газов из цилиндра в маслопровод. В целях
улучшения смазки нижерасположенной поверхности цилиндра фирма Зульцер в
56
последних моделях двигателей применила 2-х уровневое расположение штуцеров.
Для равномерного распределения масла по окружности на зеркале втулки в
районе смазочных отверстий вырезают маслораспределительные канавки; или
соединяют
отверстия
сплошной
криволинейной
канавкой.
Расположение
смазочных отверстий зависит от тактности дизеля и уровня его форсировки.
Современные конструктивные решения.
В последние 10-20 лет отмечается интенсификация работ по форсировке
двигателей, сопровождаемой увеличением Ре в малооборотных до 17-18 бар и в
среднеоборотных до 23-25 бар. Одновременно увеличиваются максимальные
давления сгорания до 140-180 бар, что естественно приводит к увеличению
механических напряжений особенно в верхнем поясе цилиндра. Рост среднего
эффективного давления достигается путем увеличения давления наддува и,
соответственно, величины подачи топлива (gц), а это влечет за собой рост
величины теплового потока в стенки цилиндра, перепада температур в стенках и
возникающих в них температурных напряжений. Температурные и механические
напряжения действуют совместно и их рост, естественно, потребовал искать пути
их снижения. Перепад температур в стенке, а вместе с ним и величина
возникающих термических напряжений могут быть понижены путем уменьшения
толщины стенки. Но это приведет к росту в ней механических напряжений.
Поэтому, уменьшая толщину, стали прибегать к оребрению стенки
цилиндра в верхнем поясе - втулка двигателей RS. В более поздней конструкции
двигателей RD в целях снижения механических напряжений в верхнем поясе на
него напрессовали силовое кольцо. Однако это решение в процессе эксплуатации
себя не оправдало. Постепенно возникающая подвижка кольца вследствие
возникающей подвижки и фреттинг-коррозии приводило к ослаблению его
посадки. Нагрузка на втулку соответственно увеличивалась и в ней появлялись
микротрещины. В новых конструкциях (двигатели RND и RTA) пошли на
увеличение толщины и высоты фланцевой части втулки, сократив при этом
57
толщину теплопроводящей части втулки путем ее сверления и подачи
охлаждающей воды по сверлениям ближе к тепловоспринимающей поверхности.
Аналогичные решения приняты и фирмой «MAN Diesel & Turbo», они же
стали
применяться
и
в
современных
форсированных
среднеоборотных
двигателях. В классическом варианте охлаждение втулок осуществлялось по всей
длине, что приводило к переохлаждению нижней и средней частей поверхности
цилиндра и провоцированию интенсификации сернистой коррозии и износа.
Чтобы этого избежать, в новых решениях нижняя часть втулок не охлаждается и
режим
охлаждения
верхней
части
организуется
таким
образом,
чтобы
температура зеркала не была ниже точки росы паров воды (150° С) и не
превышала Т=200° С, при которой происходит полимеризация масла с
образованием лаковых пленок на зеркале и нагара в кепах поршневых колец.
Новые повышенные требования ИМО к чистоте выхлопа вынудили принять
меры к устранению дымного выхлопа и уменьшения содержания в выхлопных
газах оксидов азота NOx. Для дожигания частиц несгоревшего углерода
прибегают к дополнительному впрыску топлива на ходе расширения. Для
снижения количества NOx в новых двигателях пошли на снижение температур в
процессе сгорания как путем реорганизации законов подачи топлива –
уменьшения количества впрыскиваемого топлива в начальной стадии подачи, так
и путем впрыскивания одновременно с подачей топлива воды, или путем
перевода работы двигателей на водотопливные эмульсии. Дымная работа
двигателей обычно отмечается на режимах малых нагрузок и на переходных
режимах. Чтобы это устранить потребовалось улучшить воздухоснабжение
двигателей на этих режимах путем реорганизации системы наддува, применения
ГТК с более высокими кпд, перенастройки их на эффективную работу на
пониженных нагрузках и пр.
Контроль за состоянием цилиндровых втулок
Для
предотвращения
серьезных
повреждений
ЦПГ
крейцкопфных
двигателей рекомендуется возможно чаще проверять состояние цилиндров и
58
поршневых колец, тем более, что это легко делать путем их осмотра через
продувочные окна. Состояние втулок тронковых двигателей оценивается при
каждом вскрытии цилиндров. Если с течением времени масляная пленка по той
или иной причине частично исчезает и на зеркале образуются сухие участки,
последние и поверхности поршневых колец , под действием трения и нагрева
упрочняются и подвергаются микрозадирам. На них появляются темные пятна, в
этих местах зеркальная поверхность исчезает. Поверхности с микрозадирами,
признаком
которых
является
наличие
вертикальных
полос,
становятся
относительно твердыми и это провоцирует усиленные износы. Поврежденные
участки могут исчезнуть, если увеличить подачу масла. Если же они не исчезают,
то их образование было следствием прорыва газов через поршневые кольца
(заедание колец в кепах, их поломка или коллапс). О наличии прорыва
свидетельствует наличие темных сухих участков на кольцах и на верхней части
цилиндровых втулок. В ряде случаев износ цилиндров в сечении напоминает
«клеверный лист» – на втулке появляются вертикальные полосы повышенного
износа, располагающиеся между смазочными отверстиями. Объясняется это
недостатком масла в зонах полос или малым запасом щелочности масла (по мере
растекания масла в горизонтальной плоскости щелочность его убывает в связи с
нейтрализацией кислоты).
Может также сказываться сгорание масла с поверхности по мере его
продвижения, что является следствием высоких температур втулки из-за
нарушений в распыливании топлива форсункой или недостатка воздуха
(нарушения в работе ГТК).
59
4 ВЫБОР ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ СЭУ И РАСЧЁТ
НАГРУЗКИ СУДОВОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
4.1 Выбор вспомогательных механизмов и оборудования
4.1.1 Выбор характеристик вспомогательных механизмов СЭУ
Характеристики вспомогательных механизмов СЭУ c традиционной
системой охлаждения, принимаем согласно рекомендациям фирмы MAN B&W
для двигателя 4S26МС-C:
Топливная система комплектуется:
1. Циркуляционный топливный насос:
количество 2 шт.;
тип
шестерѐнчатый;
подача
Q=2 м3/ч;
напор
Н=10 бар;
количество
2 шт.;
тип
шестерѐнчатый;
подача
Q=4 м3/ч;
напор
Н=6,0 бар;
количество
1 шт.;
тип
поршневой;
подача
Q=25,0 м3/ч;
4. Топливоподогреватель:
тип
пластинчатый;
5. Расходная цистерна диз. топлива:
количество
1 шт.;
ѐмкость
9,0 м3 на 8 ч.;
2. Топливоподкачивающий насос:
3. Топливоперекачивающий насос:
6. Расходная цистерна тяжѐлого топлива: количество 1 шт.;
14 м3 на 12 ч.;
ѐмкость
7. Отстойная цистерна:
количество 1 шт.;
14 м3 на 12 ч.;
ѐмкость
60
2 шт.;
Q=2 м3/ч;
8. Сепаратор тяжѐлого топлива:
9. Сепаратор дизельного топлива:
количество Аlfa-Laval;
подача
1 шт.;
тип
Q=2 м3/ч;
количество
Аlfa-Laval
подача
тип
Система смазки комплектуется:
1. Циркуляционный масляный насос:
2. Насос смазки распредвала:
3. Циркуляционная цистерна:
количество 2 шт.;
тип
винтовой;
подача
Q=150 м3/ч;
напор
Н=4,0 бар;
количество
2 шт.;
тип
шестерѐнчатый;
подача
Q=6 м3/ч;
напор
Н=4,0 бар;
количество
ѐмкость
4. Цистерна цилиндрового масла:
количество
ѐмкость
5. Сепаратор масла:
количество
подача
тип
1 шт.;
7 м3;
1 шт.;
1,6 м3;
1 шт.;
Q=1 м3/ч;
Аlfa-Laval;
Система охлаждения комплектуется:
1. Насос забортной воды:
количество
2 шт.;
тип
центробежный;
подача
Q=200 м3/ч;
61
2. Насос пресной воды:
3. Охладитель смазочного масла:
напор
Н=2,0 бар;
количество
2 шт.;
тип
центробежный;
подача
Q=50 м3/ч;
напор
Н=3,0 бар;
количество
2 шт.;
тип
пластинчатый АlfaLaval;
4. Охладитель пресной воды:
количество
2 шт.;
тип
пластинчатый АlfaLaval;
Система пускового воздуха комплектуется:
1. Компрессор пускового воздуха: количество 2 шт.;
2. Баллоны пускового воздуха:
подача
Q=120 м3/ч;
тип
Поршневой, 2х-ступенч.;
количество 2 шт.;
ѐмкость
3,5 м3 (на 12 пусков);
4.1.2 Выбор характеристик судовых вспомогательных механизмов
Вспомогательный котѐл:
В качестве вспомогательных котлов принимаем два вертикальных,
комбинированных
автоматизированных
котла
типа
NVT-150.
Топочное
устройство полностью автоматическое (включено/выключено, высокая/низкая
нагрузка), тип MJ-140 (Монарх).
Основные характеристики котла:

паропроизводительность 1000 т/ч;

общая греющая поверхность 18,3 м2;

КПД котла 80%;

расход топлива 48-121 кг/ч;
62

давление топлива 10 бар;

количество форсунок 1 шт.;
Опреснительная установка:
Принимаем опреснительную установку с теплообменниками пластинчатого
типа - «NIREX», имеющую следующие характеристики:

производительность 10т/сут;

давление 0,707 м.вод.ст.(вакуум 93%);

расход греющей воды 25 м3/ч;

температура греющей воды 77-850С;

расход забортной воды 35 м3/ч;

солѐность дистилята 4 ррm;
Установка кондиционирования:
Выбираем
установку
с
центральным
кондиционером,
система
двухканальная высокого давления, состоящую из холодильного компрессора с
мощностью приводного электродвигателя 10 кВт и вентилятора подачей 4000 м3/ч
с мощностью приводного электродвигателя 10 кВт;
Холодильная установка:
Для четырѐх провизионных камер выбираем установку с двумя
компрессорами с мощностью приводных электродвигателей по 4,5 кВт каждый.
Насосы:
Осушительные насосы: устанавливаем насос ЭНП 25/2,5 с приводным
электродвигателем мощностью 12 кВт и два балластно-осушительных насоса
НЦВС-100/30А с электродвигателями мощностью по 20 кВт.
Пожарные
насосы:
устанавливаем
2
центробежных
вертикальных
водопожарных насоса с подачей Q=100 м3/ч каждый, типа НЦВ-100/80А-2, с
63
приводным электродвигателем мощностью 42 кВт и аварийный пожарный насос
НЦВ-40/80-М с приводным электродвигателем мощностью 25 кВт.
4.2 Расчѐт нагрузки судовой электростанции
4.2.1 Выбор типа судовой электростанции
В соответствии с требованиями Правил Регистра РФ на морском судне
должно быть предусмотрено не менее двух основных источников электроэнергии,
при этом выбор количества и мощность источников электроэнергии определяется
режимами силовой установки судна на ходу и на маневрах. Также при выборе
источников электроэнергии должен обеспечиваться аварийный режим работы
судна при выходе из строя основных источников. Мощность аварийного
источника должна обеспечивать бесперебойную работу систем, необходимых для
движения и безопасности судна на данном режиме.
На судах грузоподъемностью выше 300 рег. т. должен быть предусмотрен
аварийный источник электроэнергии, как правило, аварийный дизель-генератор
(АДГ), расположенный выше палубы водонепроницаемых переборок и должен
обеспечивать в течение определенного времени питание потребителей,
указанных в Правилах Регистра РФ (аварийное освещение, рулевой привод,
радиостанция и т.д.).
Принимая во внимание вышесказанное, принимаем электростанцию
переменного тока (табл.4.1)
Таблица 4.1
Напряжение силовой сети
440 В
Напряжение сети освещения
Напряжение сети переносного света
Аварийное напряжение
220 В
12 В
24 В
Далее приводится расчет мощности электростанции для следующих
режимов работы:

ходовой режим;
64

маневры;

стоянка без грузовых операций;

стоянка с грузовыми операциями.
4.2.2 Расчет нагрузки судовой электростанции
Расчет мощности электростанции для ходового режима
В
соответствии
с
рекомендуемым
стандартом
средняя
мощность
электростанции (без учета эпизодически работающих потребителей) (кВт):
Рсрх=18 + 0,0285Ne
где Ne - мощность главного двигателя кВт.
Рсрх=18+0,0285·1263= 54 кВт.
Мощность электростанции в ходовом режиме с учетом работы бытовых
потребителей или пожарного насоса:
Рх=Рсрх + Рп.н., при Рп.н. > Рбп
Рх=Рсрх + Рбп , при Рп.н.< Рбп ,
где Рп.н. – мощность электродвигателя пожарного насоса;
Рбп
–
мощность,
необходимая
для
обеспечения
работы
бытовых
потребителей.
Суммарная производительность стационарных пожарных насосов:
𝑄 = 𝑘 ∙ 𝑚2 = 0,008 ∙ 78,72 = 49,6 м3 / час,
m=1,68 L  (B + H) + 25 =1,68 89,4  ( 17,6 + 6,7 )+ 25 =78,7
где k=0,008 – коэффициент для судов валовой вместимостью более 1000
регистровых тонн.
65
Пользуясь таблицей, выбираем 2 центробежных вертикальных пожарных
насоса с подачей Q=200 м3/час, напором 0,39 МПа, приводные электродвигатели
мощностью 20 кВт, при n=1800 об/мин.
Рп.н =40 кВт
Расчетная мощность для обеспечения работы бытовых потребителей:
Рбп=Р1+ Р2+ Р3+ Р4+ Р5+ Р6 , где:
P1 – расчетная мощность для обеспечения работы камбуза, равная суммарной
мощности плит, кВт,
принимаем P1 = 15 кВт;
Р2 – расчетная мощность для обеспечения работы вентиляции, кВт, принимаем
Р2= 12 кВт;
Р3 – мощность для обеспечения работы электрооборудования, системы
кондиционирования воздуха (СКВ), кВт; принимаем Р3=10 кВт;
Р4 – расчетная мощность для обеспечения работы электронавигационного
оборудования и радиостанции, кВт,
Р5 =
принимаем Р4= 10 кВт;
1
D
) - расчетная мощность сети освещения в функции
 ( 8 + 0,56 
η
1000
водоизмещения D судна (здесь η = 0,5 - 0,8 КПД трансформаторов или
преобразователей, обеспечивающих питание сети освещения), кВт,
Р5=
1
7245
 ( 8 + 0,56 
) = 15 кВт;
0,8
1000
Р6 - расчетная мощность для обеспечения работы периодически включаемых
потребителей (систем гидрофоров, компрессоров рефрижераторных камер,
сепараторов топлива и т.д.), кВт, принимаем Р6= 7 кВт.
Рбп=15+12+10+10+15+7=69 кВт
Рбп > Рп.н.
Отсюда получаем:
Рх = 54+ 69 = 123 кВт.
Расчет мощности электростанции для режима «Маневры»
66
Во время маневров (прохождение узкостей, перешвартовки, постановки на
якорь) для обеспечения максимальной безопасности в соответствии с правилами
технической эксплуатации на шины ГРЩ подключается резервный дизельгенератор. Время маневров в общем балансе эксплуатационного времени судна
составляют обычно 1-2%. Поэтому, хотя этот режим и не является определяющим
при выборе мощности и количества вспомогательных дизель-генераторов, он
учитывается при расчете электростанции.
Мощность электростанции на маневрах судна (кВт):
Рм=Рх+0,8 (Рбр + Рк)+Рп.у., где:
Рх - расчетная мощность для обеспечения ходового режима, кВт;
Рбр - мощность, потребляемая электродвигателями гидравлической системы
, кВт;
Рк = 11 кВт - мощность, потребляемая электродвигателем компрессора
пускового воздуха, кВт.
Брашпиль выбирается по калибру цепи d:
d= St N С , где:
S=1 для судов с неограниченным районом плавания;
t=1,55 – для цепей повышенной прочности;
NС – характеристика якорного снабжения
NС = D2/3 +2Bh+0,1A, где:
D =7245 т – весовое водоизмещение судна;
h = 4,4 м - условная высота от летней грузовой ватерлинии до верхней кромки
настила палубы у борта самой высокой рубки, имеющей ширину более 0,25 В;
А = 310 м2 – площадь парусности в пределах длины судна L, считая от летней
грузовой ватерлинии.
𝑁𝑐 = 12632/3 + 2 ∙ 17,6 ∙ 4,4 + 0,1 ∙ 310 = 302,7
𝑑 = 11,55 302,7 = 27 мм.
67
Принимаем цепь калибром d=27 мм и устанавливаем гидравлический
брашпиль с приводом от гидравлической системы мощностью 38 кВт.
Рбр=12 кВт,
Рм=123+0,8·(12+11) =141,4 кВт.
Расчет мощности электростанции для режима «Стоянка без грузовых
операций»
Средняя мощность электростанции (кВт) :
Рср ст=11+0,002D,
где D — водоизмещение судна, т.
Рср ст=11+0,002·7245 =25,5 кВт.
Мощность электростанции с учетом работы бытовых потребителей (кВт),
необходимых на стоянке судна в порту без грузовых операций:
Рст=Рср ст+Рб.п ,
Рст= 25,5+69 =94,5 кВт.
Расчет мощности электростанции для режима «Стоянка с грузовыми
операциями»
Мощность электростанции с производством грузовых операции грузовыми
средствами (кВт):
Рст гр=Рст + Рk +Ргр.об, где
Рk= Кс n Рк
Кс – 0,6-0,7 – коэффициент спроса, принимаем Кс = 0,7 ,
n - количество котлов, принимаем n = 1,
Рk – мощность оборудования котлов,
Ргр.об - мощность оборудования для выполнения грузовых операций
Рk=0,7·1·15 = 10,5 кВт
Ргр.об=120 кВт
68
Рст гр= 94,5+10,5+120=225 кВт.
4.2.3 Выбор источников электроэнергии
По полученным значениям загрузки электростанции в различных режимах
эксплуатации судна Рх, Рм, Рст, Рст.гр производим предварительную комплектацию
силовой установки вспомогательными дизель-генераторами.
Выбор мощности типов вспомогательных дизель-генераторов следует
производить с таким расчетом, чтобы
на ходу судна потребности в
электроэнергии обеспечивались одним из работающих ДГ при коэффициенте
загрузки 0,7-0,8. Режимы маневров и стоянки с грузовыми операциями должны
обеспечиваться двумя работающими дизель-генераторами.
Таблица 4.2
Режим
Ходовой режим
Маневры
Стоянка без грузовых операций
Стоянка с грузовыми операциями
Нагрузка
123 кВт
141,4 кВт
94,5 кВт
225 кВт
Для данного судна принимаем к установке:

3 вспомогательных дизель-генератора мощностью 180 кВт;
 1 аварийный дизель-генератор мощностью 41,2 кВт.
69
5 ТО И РЕМОНТ ЦИЛИНДРОВЫХ ВТУЛОК ДВС
Условия работы и материал цилиндровых втулок ДВС
Цилиндровые
втулки
ДВС
являются
ответственными
деталями,
работающими в тяжелых условиях, обусловленных высокими давлениями (Рz—до
18 МПа), температурами стенок (до 300° С), непосредственным контактом с
горячей рабочей смесью (tсм—до 1600°С), что осложняет организацию
эффективной смазки на поверхности трения. В то же время состояние
цилиндровых втулок определяет возможность нормальной работы ДВС.
Материал цилиндровых втулок должен выдерживать высокие механические
и термические напряжения, противостоять действию высоких температур и
химически активных компонентов рабочих сред, иметь высокую износостойкость.
Износ втулок осуществляется истирающим действием поршневых колец в
условиях ограниченной смазки и больших удельных давлений (до величины Рz ).
Наличие абразивных частиц в виде твердого нагара и продуктов износа,
конденсация на зеркале втулки коррозионно-активных компонентов в виде
растворов серной кислоты способствуют значительному ускорению изнашивания.
Неравномерный нагрев стенок втулки и отвод тепла от них могут вызывать
деформацию, возникновение зоны повышенного нагрева, что приводит к
образованию местных натиров (значительному повышению шероховатости
поверхности), и задиров (разрушению поверхности с образованием вырывов и
борозд). Характер и степень износов зависят от многих факторов: свойства
материала втулки, качества и количества подаваемого масла, сорта топлива,
качества монтажа, режимов эксплуатации, соблюдения требований технического
ухода за дизелем.
Для высокооборотных дизелей (ВОД) со сравнительно малыми диаметрами
втулок и устойчивыми режимами смазки в качестве материалов втулки
используются низколегированные стали марок 45Х, 35ХМI0, 38ХМIОА и др. Эти
стали отличаются, повышенной твердостью и износостойкостью. Применяемое
70
для некоторых типов двигателей поверхностное азотирование втулок еще более
улучшает эти качества.
У среднеоборотных и малооборотных дизелей (СОД и МОД) скорости
скольжения поршня во втулке ниже, а время воздействия горячих газов на стенки
втулки значительно больше. Это обуславливает частичное выгорание смазки,
снижение ее вязкости, нарушение сплошности смазочных слоев. В качестве
материала втулок для СОД и МОД используются серые чугуны марок СЧ28-48,
СЧ35-52. Основной особенностью серых чугунов является наличие свободного
графита, который уменьшает коэффициент трения, препятствует контакту
металлических поверхностей, развитию натиров и задиров. Благодаря почти
нулевой пластичности имеет малую склонность к короблению под действием
переменных температур и изделия из него хорошо сохраняют заданную при
обработке форму. Кроме того, серый чугун хорошо гасит вибрационные
колебания, обладает хорошими технологическими свойствами при литье и
обработке резанием, имеет низкую стоимость, что делает его, практически
незаменимым для втулок СДВС. Все перечисленные свойства серого чугуна
проявляются только при наличии определенной микроструктуры и отсутствии в
нем внутренних усадочных напряжений после литья. Необходимая структура
достигается введением легирующих элементов (кремния, меди) И соблюдением
режимов
охлаждения
специальной
после
литья.
низкотемпературной
Внутренние
термической
напряжения
обработкой
–
снимаются
старением
(чугунные изделия, не подвергнутые старению, склонны к короблению).
В структуре серого чугуна должен преобладать перлит. Наличие
склонного к выкрашиванию свободного цементита (отбеленного чугуна) не
допускается. Наличие свободного феррита, повышающего склонность к
схватыванию и короблению, допускается не более 5% по объему.
Износостойкость втулок, из чугуна может быть еще более повышена
нанесением на зеркало втулки пористого хрома, обладающего высокой
71
твердостью и способностью аккумулировать смазку. Эта же операция может быть
использована для восстановления изношенных до предельного состояния втулок.
Подтверждение требуемых механических характеристик и структуры
чугуна осуществляется проверкой на образцах, отливаемых и подвергаемых
термической обработке вместе с втулкой. Готовые после обработки цилиндровые
втулки
подвергаются,
гидравлическим
испытаниям,
о
чем
делается
соответствующее клеймение на бурте с указанием даты и величины пробного
давления.
Увеличение внутреннего диаметра цилиндровых втулок от изнашивания
допускается до определенных пределов, составляющих менее 1 % номинального
диаметра втулки. Заводы-изготовители устанавливают этот предел исходя из
запасов прочности допустимого увеличения зазора между поршнем и втулкой,
запаса упругости поршневых колец и т. д. При нормальных условиях работы
цилиндровая втулка до предельного состояния может иметь наработок в 50—100
тыс. часов. Иначе обстоит дело при возникновении повышенных и интенсивных
износов.
Интенсивное изнашивание втулок и способы его устранения
Опыт эксплуатации дизелей показывает, что при нормальных условиях
скорость изнашивания цилиндровых втулок двигателей различных марок не
превышает 0,05÷0,07 мм/1000 ч. Это обеспечивает долговечность втулок,
соизмеримую с ресурсом самого двигателя. Причиной преждевременного изнашивания втулок является интенсивный износ, по своей скорости в несколько раз
превышающий нормальные значения.
Природа интенсивных износов связана с процессами схватывания в паре
трения втулка – поршневое кольцо. Первым условием образования схватывания
является повышенное удельное давление (например, вследствие наличия
неровностей, деформаций) на отдельных участках, что способствует оттеснению
и разрыву, масляной пленки в данном месте. На оголенных от масла участках
резко
повышается
коэффициент
трения
и
происходит
интенсивное
72
тепловыделение. В результате мгновенные значения температуры на поверхности
трения могут достигать 500° С. Предел текучести металла при такой температуре
резко
снижается,
происходит
пластическая
деформация,
сглаживание
неровностей и сближение поверхностей пары трения. При условии разрушения
поверхностных окисных пленок между сближенными телами происходит
активная взаимная диффузия с образованием зон холодной сварки, или точек
схватывания. При дальнейшем взаимном перемещении тел разрушение этих
соединений сопровождается вырывами металла с поверхностей трения и
образованием
значительной
шероховатости
в
прилегающих
зонах.
Рост
температуры поверхностей и повышение шероховатости способствуют снижению
вязкости
масла,
его
дальнейшему
оттеснению
из
зоны
схватывания.
Образующееся большое количество продуктов изнашивания в виде металлической пыли, оставаясь в зоне трения, будет значительно интенсифицировать
процессы изнашивания. Разрушение поверхностей еще более ускоряется, если
произойдет отбел чугуна (образование в нем цементита).
Отбел
чугуна
происходит
вследствие
значительного
колебания
температуры. При повышении температуры перлит чугуна переходит в аустенит,
способный растворять в себе до 2% углерода, что приводит к частичному
«рассасыванию» графитовых включений. Если последующее охлаждение произойдет с большой скоростью, то обратное превращение аустенита в перлит будет
сопровождаться выделением углерода не в виде графита, а с образованием
карбида железа (цементита). Последний обладает очень высокой твердостью, но
хрупок и легко выкрашивается. Его осколки, попадая в зону трения, вызывают
значительное повышение износа.
Поверхности трения, на которых начал развиваться процесс схватывания,
характеризуются наличием зон натиров – зон ухудшения шероховатости
поверхности. На более поздней стадии на поверхности появляются зоны задиров –
глубокие борозды и риски, места оспенного выкрашивания и вырывов металла.
Самопроизвольно
указанные
дефекты
исчезают
сравнительно
редко,
и
дальнейшее развитие процессов, как правило, может проходить двумя путями. В
73
одном случае возникшие изменения вызовут ухудшение чистоты поверхности
почти всего зеркала втулки и, как следствие, установившийся интенсивный износ.
В другом случае под воздействием выделяемого тепла зона задира начинает
быстро разрастаться, захватывает значительные площади, переходит на юбку
поршня. В результате высокий уровень температуры на значительной площади
приводит к увеличению диаметра юбки поршня, зазор между нею и втулкой
выбирается и может произойти заклинка поршня во втулке или разрыв деталей.
Наиболее успешно бороться с интенсивным износом можно в его начальной
стадии, когда изменения на поверхностях не столь значительны и нет задиров,
отбеливания чугуна. Обнаружить возникновение интенсивного износа можно по
следующим признакам:
1) На кольцах и на зеркале втулки имеются натиры, задирьг, грубые риски,
выявленные при осмотре рабочей поверхности поршневых колец и зеркала
цилиндровой втулки через продувочные окна или через специальные лючки без
вскрытия цилиндра у двухтактных двигателей.
2) Наблюдается быстрое потемнение мacла и появление железистых
отложений в фильтрах тронковых двигателей, сильное потемнение отработанного
цилиндрового масла и появление в нем железных блестков у крейцкопфного
двигателя.
3) Обнаружено ускоренное возрастание количества железа в отработанном
масле с помощью специальных приборов по отбору проб масла из подпоршневой
полости.
4) При ускоренном износе поршневых колец изменяется давление и
температура газов.
Во всех случаях появления признаков интенсивного износа нагрузку на
данный цилиндр следует уменьшить (регулировкой топливного насоса) и
повысить дозировку подачи цилиндрового масла (при штуцерном подводе масла).
Выдерживают эти режимы до тех пор, пока отработанное масло не посветлеет и
не уменьшится содержание железа в нем. Для тронкового двигателя нагрузку
можно снизить во всех цилиндрах, если по косвенным признакам не удалось
74
обнаружить, в каком из цилиндров происходит интенсивный износ. Изменением
режима работы и дозировки масла почти всегда можно добиться осветления
масла, но возращение на номинальный режим даже при постепенном нагружении
может сопровождаться повторным потемнением масла. В этих случаях
приходится вскрывать цилиндр, производить тщательную зачистку дефектов на
зеркале втулки, очистку и промывку втулки и поршня с удалением продуктов
износа и нагара. При значительных износах или повреждениях поршневых колец
производят их замену.
После выполнения указанных операций вновь повторяют приработку при
сниженной нагрузке и повышенной дозировке масла. Если и данные меры не
позволяют восстановить нормальный процесс изнашивания, то рекомендуется
заменитгь поршневые кольца, а зеркало втулки обработать наждачным камнем,
снимая слой 0,05÷0,10 мм для удаления структур отбеленного чугуна, а затем
поверхности обработать абразивной шкуркой с маслом. Перед сборкой также
тщательно производится промывка с удалением продуктов износа и абразивов.
Практика эксплуатации показывает, что после обработки наждачным камнем
удавалось избавиться от интенсивного износа в 40% случаев. Если все указанные
меры не дают положительного эффекта, то цилиндровую втулку приходится
браковать.
Статистические данные показывают, что более 30% интенсивных
износов возникает в первую тысячу часов работы нового двигателя или после его
моточистки, когда процессы приработки еще не закончились. Поэтому очень
большое значение должно придаваться процессам обкатки двигателей и
приработке его главных элементов, учитывая, что предупредить возникновение
интенсивного изнашивания легче, чем бороться с его последствиями.
Устранение повреждений возникающих вследствие износа втулки
В месте расположения верхней кромки верхнего поршневого кольца при
положении поршня в ВМТ (граница зоны трения) образуется наработок (рис. 5,а).
При очередной моточистке его необходимо удалить (рис. 5,б), В судовых ус-
75
ловиях наработок удаляется наждачным камнем, закрепленным в переносной
машинке (пневматической или электрической). Если наработок незначительный
(сотые доли миллиметра), он удаляется шабером. На поверхности камеры сгорания выше зоны наработка образуется твердый нагар, который препятствует
извлечению поршня из втулки. Нагар размягчают соляром, снимают скребками и
промывают это место соляром.
Рис. 5. Устранение наработка и восстановление формы кромок продувных и
выпускных окон цилиндровых втулок:
а — до обработки; б — после обработки
У двигателей типа РД фирмы «Зульцер» выпрессовка в плановом
порядке производится через 21 тыс. часов, а у двигателей Б и В типа VTBF, ввиду
большой вероятности образования трещин в опорных буртах и, необходимости
регулярного осмотра опасных мест, выпрессовка втулок производится через
12÷16 тыс. часов работы двигателя.
Плановые сроки проведения очистки зарубашечного пространства могут
быть откорректированы на основании периодического осмотра его через
специальные лючки, а при отсутствии их – с помощью контрольной выпрессовки
одной из втулок.
Перед вы прессов кой цилиндровой втулки необходимо дать двигателю
остыть, измерить внутренний диаметр втулки в зоне поясов уплотнения в случае,
76
если предполагается втулку устанавливать повторно в блок. Снятые до
выпрессовки замеры будут сравниваться в дальнейшем с замерами после
запрессовки втулки, что позволит судить об отсутствии выкатывания и
защемления
резиновых
уплотнительных
колец,
вызывающих
большие
сжимающие напряжения и деформацию втулки с уменьшением ее внутреннего
диаметра. До выпрессовки втулки нужно демонтировать штуцера подачи смазки и
другие стопорящие втулку элементы (центрирующие упоры и т. д), а также при
отсутствии фиксаторов проверить наличие маркировки взаимного положения
втулки
и
блока
цилиндра
и
при
необходимости
ее
восстановить.
Страгивание с места при выпрессовке втулки допускается только с помощью
специальных винтовых или гидравлических приспособлений. Запрещается для
этой цели использовать грузоподъемные устройства. Из-за отложений шлама и
продуктов коррозии в посадочных неокрашиваемых поясах втулки и блока
происходит прикипание втулки, в связи с чем усилия, необходимые для
страгивания втулки, могут в несколько раз превышать ее собственный вес. Это
обстоятельство, с одной стороны, может привести к перегрузке подъемного
устройства и его повреждению, (перегреву электродвигателя, обрыву тросов или
цепей и т. д.), а с другой стороны, из-за значительных упругих деформаций в
элементах подъемного устройства после страгивания втулки с места и резкого
падения подъемного усилия до величины веса втулки неизбежно произойдет
рывок втулки вверх с последующим броском ее вниз, что может вызвать
повреждение втулки и блока цилиндров.
После выпрессовки втулки производится тщательный осмотр ее наружных
поверхностей и внутренних поверхностей блока, на основании чего делается
заключение об интенсивности шламообразования и процессов коррозии, об
эффективности антифрикционных присадок в охлаждающую воду, о чистоте
системы охлаждения. Все поверхностные отложения удаляются с помощью
металлических щеток. Коррозионные и эрозионные каверны на поверхностях
блока и втулки зашпаклевываются эпоксидными компаундами. Каверны блока
шпаклюются до полного заполнения углубления компаундом с наполнителем в
77
виде металлических опилок. Каверны втулки для сохранения хорошей
теплопроводности стенок шпаклюются компаундом с наполнителем из графита, а
наносить компаунд рекомендуется очень тонким слоем (примерно 0,3 мм). Если в
охлаждающей воде нет антикоррозионных присадок, наружные поверхности
втулки (кроме посадочных поясов) окрашиваются специальными водостойкими
красками с хорошей теплопроводностью. Применять для этой цели масляные
краски не рекомендуется.
Уплотнение верхней части зарубашечного пространства, создается плотным
прилеганием металлических поверхностей нижней части бурта втулки и опорной
поверхности блока. Эти места при каждой выпрессовке втулки «освежаются» с
помощью притирки, для чего на судне имеются специальные кольцевые
притирочные калибры. При монтаже втулки в блок на эти поверхности можно
наносить слой свинцовых белил (или герметика), повышающих плотность
соединения и исключающих прикипание поверхностей. При нанесении белил
необходимо
принять
меры,
исключающие
попадание
их
на
резиновые
уплотнительные кольца, которые под воздействием белил растрескиваются.
Поэтому лучше всего наносить белила после того, как резиновые кольца уже
вошли в свой пояс блока и втулка заняла определенное положение под действием
собственного веса. В этом положении между буртом втулки и опорной
поверхностью блока имеется просвет, который впоследствии ликвидируется
дожатием втулки до рабочего положения.
Перед запрессовкой втулки необходимо:
1) с помощью обмера проверить наличие натяга красно-медных колец
относительно блока;
2) очистить канавки втулки и вставить с натягом
в
них
резиновые
кольца;
3) резиновые уплотнительные кольца и соответствующие им посадочные
пояса блока смазать размягченным мылом для уменьшения сил трения и
облегчения заводки резиновых колец на место.
78
Качество запрессовки втулки в блок проверяется гидравлическими
испытаниями после установки крышки цилиндра и затяжки гаек ее шпилек.
Остальные
операции
по
запрессовке,
конструкции
применяемых
приспособлений, методы восстановления элементов уплотнения, их контроля
следует изучить по рекомендованной учебной литературе.
Оценка технического состояния втулки
Для оценки состояния цилиндровой втулки в процессе эксплуатации
производится осмотр через смотровые лючки или продувочные окна, а при
очередной моточистке—осмотр и обмеры. При необходимости можно провести
осмотр при снятой крышке цилиндров.
Первый этап осмотра включает определение состояния втулки до ее
очистки от продуктов сгорания. Особое внимание обращается:

на состояние зеркала втулки, распределение так называемых «лаковых
пятен», позволяющих судить о распределении и количестве смазки, подаваемой в
цилиндр;

на состояние маслораспределительных каналов, закоксованность масляных
отверстий;

на
характер
и
величину
закоксованности
окон,
а
также
на
нагарообразование в районе камеры сгорания.

Второй этап включает осмотр втулки после ее очистки от продуктов
сгорания с учетом:

состояния зеркала втулки (трещин, задиров, натиров, царапин) ;

характера наработка от верхнего поршневого кольца;

состояния кромок продувочных и выхлопных окон;

состояния маслораспределительных канавок («усов»).
Третий этап включает в себя собственно обмер внутреннего диаметра
втулки микроштихмасом в нескольких сечениях по длине и записи результатов
обмера для анализа степени износа.
79
В результате анализа состояния втулки 2-й механик (на вспомогательных
дизелях—3-й механик) делает заключение о соответствии количества и качества
смазочного масла для данного сорта топлива, об отсутствии абразивного
воздействия на зеркало втулки, о местных перегревах и деформациях,
приводящих к натирам, о наличии зон интенсивных износов. О своих
заключениях 2-й и 3-й механики докладывают старшему механику, и только
после его разрешения втулка очищается от кокса и нагара, протирается ветошью,
увлажненной саляром, и вытирается насухо. Чистое зеркало втулки вновь
осматривается. После того, как дизель принимает температуру машинного
отделения, приступают к обмерам.
Периодичность обмеров втулок регламентируется рекомендациями заводастроителя. Места замеров по высоте втулки должны быть, прежде всего, в
следующих поясах:

в районе верхнего поршневого кольца при положении поршня в ВМТ
(примерно на 5÷10 мм ниже верхней кромки рабочей зоны втулки);

в нижней части втулки—40÷50 мм от низа втулки;

в районе окон (в четырехтактных дизелях в середине между двумя первыми
поясами).
Для более полной картины состояния втулки обмеры производят в семи—
восьми поясах: а) три пояса в районе верхней части втулки; б) один пояс на 40÷50
мм от низа втулки; в) остальные пояса примерно с равными интервалами по
высоте между указанными поясами; г) в двухтактных двигателях необходимо
также измерить втулку в районе перемычек выхлопных окон. Измерения, как
правило, производятся микроштихмасом с ценой деления 0,01 мм.
Измерения
в
каждом
поясе
производятся
по
двум
взаимно
перпендикулярным направлениям: по оси двигателя и перпендикулярно оси—по
ходу.
Результаты обмеров записываются в таблицу, данные из которой заносятся
старшим механиком в формуляр технического состояния дизеля.
80
6 АВТОМАТИЗАЦИЯ СУДОВОЙ ЭНЕРГОУСТАНОВКИ
Рассматриваемое
судно
по
уровню
комплексной
автоматизации
соответствует классу А1 Морского Регистра Судоходства. Данный объем
автоматизации
определен
двумя
факторами:
во-первых
необходимостью
сокращения обслуживающего персонала из экономических соображений, вовторых - необходимостью повышения безопасности плавания, особенно на судах
перевозящих опасные грузы. Средства автоматизации, применение которых
обусловлено необходимостью, это автоматизация процессов, которыми человек
физически не в состоянии управлять (не учитываются при оценке экономической
эффективности и определении рационального объема автоматизации). В данном
проекте мы рассматриваем судно теплоход с неограниченным районом плавания.
Присуждая ему класс автоматизации А1, мы преследуем экономическую выгоду.
Автоматизация
приводит
к
увеличению
производительности
судна
как
транспортного объекта до 2 - 5 %. Сокращаются затраты энергии и материалов на
транспортные перевозки. Внедрение автоматизации приводит к улучшению
качества выполняемых работ, тем более на основе отечественного и зарубежного
опыта отмечено, что дополнительные капиталовложения в средства комплексной
автоматизации окупаются в течение 1 – 5 лет. Внедрение автоматизации судна
делает возможным:

повысить безопасность плавания.

сократить численность экипажа.

снизить строительную стоимость судна вследствие уменьшения жилых
помещений, объектов поддержания жизнедеятельности экипажа

увеличить ресурс механизмов и чистую грузоподъемность судна.

повысить точность ведения процессов, повысить надежность работы
оборудования.

сократить расходы топлива благодаря работе установки на оптимальных
режимах, повысить надежность и соответственно понизить затраты на ремонт.
81
На судне предусмотрена единая автоматизированная система DataChief 20
фирмы Norcontrol, выполненная на микропроцессорной базе для представления
информации о процессах. Информация выводится на панели в каюты всех
механиков и на мостик.
Система автоматизации данного судна включает в себя:

дистанционное
автоматизированное
управление
главным
двигателем
«Autochief 4» (электронный регулятор частоты вращения DGU 8800e);

автоматизированную систему управления сепараторами топлива и масла
фирмы «Alfa-Laval»;

автоматическое регулирование и поддержание в заданных пределах
температур масла, охлаждающей воды, давления пара (регуляторы фирмы «By
Controls Ind.»);

самоочищающиеся фильтры топлива и масла;

автоматизированную систему управления компрессорами сжатого воздуха;

автоматизированную котельную установку фирмы «Clayton.»

регулирование
вязкости
топлива
(регулятор
типа
«VAF»
фирмы
«Viscoterm»);

дистанционное автоматизированное управление дизель - генераторами
фирмы «KT Electric» (регулятор частоты вращение UG-8 фирмы «Woodward»);

дистанционное управление насосами, вентиляторами;

систему централизованного контроля за грузовыми операциями и аварийно-
предупредительную сигнализацию фирмы «Auxitrol»(с интерефейсом типа"SSASTLG" фирмы "Samsung Heavy Ind.")

автоматизированные
рефрижераторные
установки
и
кондиционирования воздуха;

автоматизированный аварийный дизель-генератор;

устройства защиты главного двигателя и дизель-генератора;

автоматизированная система пожаротушения водяным туманом.
установки
82
Управляющая система
разработана для дистанционного главного
двигателя с помощью телеграфа и рукоятки задания скорости в рулевой рубке.
Перемещая эту рукоятку, система автоматически запускает, останавливает,
реверсирует и задает скорость главному двигателю. Запуск, остановка и
реверсирование выполняются электропневматической дистанционной системой
управления,
тогда
электропневматической
как
системой
управление
скоростью
регулятора.
выполняется
Предусмотренная
система
безопасности, содержащая функции остановки, снижения оборотов и аварийной
остановки, защищает двигатель от повреждений.
Маневрирование: выполняется рукояткой телеграфа в рулевой рубке
электрическими и пневматическими сигналами.
Запуск,
остановка,
реверсирование:
автоматически
контролируются
рукояткой телеграфа в рулевой рубке через дистанционную систему управления и
воздушные клапана на ГД (система контроля типа AutoChief 2).
Управление скоростью: контролируется автоматически; уставка передается
от рукоятки телеграфа в рулевой рубке через систему дистанционного управления
системе регулятора и электрическому исполнительному механизму на ГД
(регулятор типа DGS – 8800e ).
Система безопасности: автоматическая остановка или снижение оборотов от
срабатывания сенсоров на ГД. Ручная аварийная остановка выключателями в
рулевой рубке/ЦПУ/местного поста управления (система безопасности типа SSU 8810).
Система телеграфа: передатчик/приемник типа рукоятка на мостике и в
ЦПУ; передатчик/приемник на местном посту управления в виде кнопок.
Запись команд: запись команд телеграфа и системы дистанционного
управления, таких как положение телеграфа, аварийные сигнализации и частоты
вращения (печатающее устройство типа OPU - 8810).
Автоматика главного двигателя включает в себя:
83

Электронный регулятор частоты вращения Norcontrol DGS-8800e

Исполнительный механизм регулятора соединен с топливной рейкой
посредством механической связи. Электронный регулятор состоит из следующих
частей:

Исполнительный механизм;

Передатчик частоты вращения;

Передатчик давления надувочного воздуха;

Блок управления.
Исполнительный механизм, передатчик оборотов и давления установлены
на двигателе.
Система маневрирования
Главный двигатель оснащен пневмоэлектрической маневровой системой.
Система передает команды с отдельной консоли двигателю. Система позволяет
запускать, останавливать, реверсировать двигатель и управлять его скоростью.
Рукоятка контроля скорости на консоли подает сигнал – задание скорости
регулятору в зависимости от желаемой частоты вращения. При срабатывании
функции остановки двигателя топливоподача прекращается, воздействуя на
клапан в топливных насосах, независимо от положения рукоятки задания
скорости. Реверсирование осуществляется перемещением рукоятки телеграфа от
положения ―вперед‖
положению ‖назад‖ и перемещением рукоятки задания
скорости от положения ―стоп‖ до положения ‖старт‖. Управляющий воздух
воздействует на воздухораспределитель и через воздушный цилиндр на
перемещаемый ролик в приводном механизме топливного насоса в положение
―назад‖.
Система безопасности установлена отдельно для защиты двигателя от
повреждений выводящая его на
остановку, снижение частоты вращения и
аварийную остановку.
Маневрирование осуществляется при помощи телеграфа с рулевого мостика.
84
Пуск, остановка, реверс автоматически контролируется
телеграфом при
помощи системы дистанционного управления, передающая сигналы управления
на пневматическую систему управления главного двигателя.
Управление скоростного режима осуществляется автоматически уставка
скорости вращения передаѐтся от телеграфа в рулевом мостике через систему
дистанционного управления на
электронный регулятор скорости. Последним
является электронный регулятор честоты вращения DGS 8800.
Система безопасности SSU-8810 останавливает двигатель при получении
сигнала от датчика установленного на двигателе. Ручная остановка при помощи
кнопок с мостика, ЦПУ, аварийного поста управления.
Телеграф рычажного типа. Установлен на мостике и в ЦПУ.
Н аварийном посту управления вместо рычагов используются кнопки.
Основные элементы системы
AutoChief4 показаны на рисунке ниже
(рисунок показан в упрощѐнном виде для лучшего понимания)
АС–4 состоит из двух главных блоков, находящихся на мостике и ЦПУ.
Основное
назначение блока на мостике это обеспечение возможности
дистанционного управления главным двигателем с мостика. Сигнал о изменения
скорости и направления вращения подаѐтся от телеграфа мостика. В то время
блок в ЦПУ принимает сигнал с мостика и передаѐт сигнал на управление
двигателя.
АС-4 рулевого мостика состоит из главного электрического блока,
содержащий микропроцессор, производящий выходные и принимающий входные
сигналы, показываемые на рабочей панели, которая является и панелью контроля.
Передняя панель позволяет оператору выполнять операции и выводит текущую
информацию о состоянии системы. Так же через эту панель отдаются указания по
управлению главным двигателем.
Auto Chief 4 на мостике состоит из трѐх цифровых панелей. Основные
функции этого блока:

Показывает текущие аварийные сигналы.

Показывает значения текущих параметров.
85

Показывает статус дистанционной системы управления.

Связывает рычаг установки частоты вращения с системой управления
главного двигателя.

Связывает сигналы, исходящие от рычага направления движения.

Связывает сигнал аварийного стопа главного двигателя.

Передаѐт указания на изменение параметров работы главного двигателя.
Передняя панель мостика включает:

21 индикаторов с диодовой подсветкой.

32 кнопки управления (8 из них скрыты).

1 кнопку для кавитации сигналов.

Циферблат зажигаеться при возникновении аварийной ситуации и гаснет
при устранении неполадки.

Панель мостика показывает :

Действительную частоту вращения главного двигателя.

Уставку частоты вращения.

Давление пускового воздуха.

Текущие параметры.
Текущие параметры могут быть показаны в процентах, других единицах,
выбранных судовым механиком или могут быть открыты/закрыты в зависимости
от типа канала и установок.
Блок Auto Chief 4 расположен на пульте управлении мостика.
АС-4 центрального поста управления состоит из главного электрического
блока, содержащий микропроцессор, производящий выходные и принимающий
входные сигналы, показываемые на рабочей панели, которая является и панелью
контроля. Передняя панель позволяет оператору выполнять операции и выводит
текущую информацию о состоянии системы. Так же через эту панель отдаются
указания по управлению главным двигателем.
Основные функции этого блока:

Показывает текущие аварийные сигналы.
86

Показывает значения текущих параметров.

Показывает статус системы дистанционного управления.

Связывает блок с давлением пускового воздуха.

Связывает блок с частотой вращения главного двигателя.

Контролирует пневматическую клапанную коробку.

Подаѐт
сигнал
уставки
частоты
вращения
главного
двигателя
к
электронному регулятору.

Передаѐт указания на изменение параметров работы главного двигателя
параметры аварийных сигналов.
Передняя панель ЦПУ включает:
37 индикаторов аварийных сигналов с диодовой подсветкой.
11 кнопок настройки.
1 кнопка кавитации аварийных сигналов.
Циферблат начинает зажигаться при возникновении аварийной ситуации и гаснет
при устранении неполадки.
Текущие параметры могут быть показаны в процентах, других единицах,
выбранных судовым механиком или могут быть открыты/закрыты в зависимости
от типа канала и установок.
Преобразователь пускового воздуха, Autronica 100/40.
Датчик пускового воздуха. Он необходим, чтобы заблокировать запуск двигателя
при низком давлении.
Клапан смены постов необходим для переключения пневматиской линии с
поста управления в ЦПУ на пост управления ходового мостика. Такой клапан
оборудован и выключателем, который так же соединѐн с электронным
регулятором.
Коробка с соленоидными капанами пуска, остановки, вперѐд, назад. Она
установлена
для
расширения
пневматической
управления существующей на двигателе.
дистанционной
системы
87
Двигатель автоматически запускается вперѐд (если двигатель подготовлен
для запуска) с поста управления на мостике простым поворотом рукоятки реверса
из положения стоп в положение
Пуск двигателя заблокирован, если он не подготовлен. Блокирование
происходит при: слишком низком давлении пускового воздуха, неисправности
двух датчиков частоты вращения, не снятой сигнализации по аварийному режиму
работы, разъединении регулятора с топливной рейкой, блокировании пускового
клапана, блокировании распределителя пускового воздуха, подключенном
валоповоротном устройстве.
В ЦПУ блок имеет отдельные сигнальные лампы для каждого вида сигнализаций.
На мостике находится группа ламп, отображающая только блокирование
двигателя,
состояние готовности и отдельная лампа для низкого давления
пускового воздуха. Блокирование пуска снимается, когда маневровая рукоятка
устанавливается
в положение ―стоп‖, или когда нажата кнопка снятия
блокировки.
Если ГД был остановлен на определенное время (примерно на 30 мин), то
первый запуск будет включать один медленный оборот. При подаче команды на
запуск с мостика (установкой маневровой рукоятки из положения ―стоп‖ в любое
положение ―вперед‖ или ―назад‖) будет осуществлен медленный поворот, и
пусковое количество воздуха будет подано в ГД. Двигатель начнет медленно
проворачиваться на пусковом воздухе.
После одного оборота двигатель начнет нормальный пуск. Загорится лампочка
―медленное проворачивание‖ на панели управления в ЦПУ и на мостике.
Если первый оборот не соответствует установленному времени, сигнал о сбое в
пуске двигателя появится на блоке управления на мостике, а также выйдет
звуковой сигнал.
Медленное проворачивание может быть отменено при активировании кнопки
―отмены
медленного проворачивания‖ или ―отмены ограничения времени
проворачивания‖.
88
Пуск ГД осуществляется поворотом маневровой рукоятки с положения
―стоп‖ в любое положение ―вперед‖ или ―назад‖. Система откроет соленоидный
клапан пускового воздуха и пусковой воздух поступит в ГД. В это же время
система задаст уставку частоты вращения регулятору.
Когда частота вращения ГД достигнет уровня, при котором происходит смена
пускового воздуха на топливо, подача пускового воздуха прекратится и начнет
поступать топливо.
Уставка продолжительности запуска двигателя составляет 6 секунд, затем уставка
на регулятор будет изменена в соответствии с заданием с мостика.
Если запуск на топливе не удался после прекращения подачи воздуха
система автоматически перезапустит двигатель. Лампочка «повторный пуск»
начнет гореть на блоке управления в ЦПУ и на мостике. Пусковая уставка на
регуляторе во второй (третий) раз будет превышать предыдущую и ограничители
по топливу будут сняты. После неудачной третьей попытки сработает звуковая
сигнализация.
Сигнализации «слишком долгий пуск» будет сработает если не способен достичь
уровня при котором происходит смена воздуха на топливо за определѐнное
количество времени. Сигнализация снимается установкой маневровой рукоятки в
положение «стоп» или нажатием кнопки «сброс блокировки старта» в ЦПУ.
Производится автоматически простой установкой маневровой рукоятки в
необходимое положение. Положение рукоятки отображается в блоке управления
на мостике и в ЦПУ.
Для маневров рукоятка на мостике должна перемещаться в следующей
последовательности:
Вперед: «самый малый», «малый», «средний», «полный вперед», «самый полный
вперед»
Назад: «самый малый», «малый», «средний», «полный назад», «самый полный
назад».
Частота вращения для каждого положения может быть изменена. Также можно
следить за уставкой частоты вращения на мостике при повороте маневровой
89
ручки против часовой стрелки. Задание по частоте вращения подается с мостика
на АС - 4 мостика, ЦПУ и к регулятору частоты вращения.
В море маневровая рукоятка на мостике устанавливается в положение
«полный вперед» и частота вращения увеличивается с маневровой до «самого
полного вперед». В течении этого периода лампочка «двигатель нагружается» на
мостике и «программа загрузки двигателя» на пульте управления в ЦПУ
загорится. Нормальный период для нагрузки ГД - 30 мин (регулируется). Когда
частота вращения достигнет желаемого значения, все лампочки погаснут.
При входе в порт рекомендуется переходить на программу по снижению
нагрузки. Программа снижения нагрузки автоматически запустится, когда
маневровая рукоятка на мостике установится с позиции «самый полный вперед»
на «полный вперед». Лампочка снижения нагрузки на мостике, «двигатель
разгружается» в ЦПУ загорятся и период будет равен 15 минут (регулируется).
Когда переход будет завершен, лампочка погаснет. Если маневровая рукоятка
установлена ниже положения «полный вперед» перед тем, как программа по
снижению скорости еще не завершена, программа автоматически отключится.
Если команда «полный вперед» подана до завершения программы снижения
нагрузки, запустится программа повышения нагрузки, но с другой уставкой,
зависящей от времени после предыдущей команды на «полный вперед».
Длительность программы разгона будет меньше нормальной, зависящей от этого
времени.
Возможно отключение программы увеличения и уменьшения нагрузки нажатием
кнопки «отмена программы нагрузки» или «снятие ограничений» на блоке
управления мостика. Панель управления в ЦПУ содержит лампы, показывающие
активирование этих кнопок.
Возможно ограничить уставку скорости с мостика, с панели управления АС
- 4 в ЦПУ. Это выполняется выбором параметра 9 и затем настройкой на
желаемое ограничение, что отображается на панели. Эта функция также
называется «ограничение старшего механика». Если команда с мостика выше, чем
90
эта уставка, то лампы «ручное ограничение частоты вращения» в ЦПУ и на
мостике загорятся.
ГД останавливается автоматически установкой рукоятки в положение стоп.
Срабатывает соленоидный клапан и сигнал об остановки подается регулятору,
который устанавливает топливную рейку в положение стоп. Дополнительно
кнопка аварийной остановки установлена на телеграфе и аварийном посту
управления. Которая связана с системой безопасности.
Двигатель реверсируется автоматически установкой рукоятки из положения
стоп в любое другое. Будет выполнен последовательность реверса до
последовательности запуска. Также двигатель можно реверсировать с помощью
контрвоздуха.
Аварийное маневрирование значит быстрое реверсирование используемое
в аварийной ситуации когда маневровая рукоятка перемещается с положения
«полный вперѐд» в положение «полный назад». Последовательность работы:
сигнал аварийного маневрирования передается перемещением рукоятки с
положения «полный вперѐд» в положение «полный назад»; загорается лампа
«аварийное маневрирование» на мостике и ЦПУ; подается сигнал стоп на ГД; ГД
реверсируется контрвоздухом; регулятору подаѐтся уставка аварийной скорости и
снимаются ограничительные сигналы; когда частота вращения ГД достигнет
уровня, при котором происходит смена пускового воздуха на топливо, подача
пускового воздуха прекратится и начнет поступать топливо.
Система АС-4 имеет встроенную программу самотестирования, где все
сигналы могут быть имитированы. Сначала выбирается необходимый входящий
сигнал, затем задается значение сигнала, потом имитируется последовательность
различных действий системы АС-4. При выполнении симуляции важно
удостовериться, что ГД остановлен, валоповоротное устройство введено и
главный пусковой клапан и воздухораспределитель заблокирован, чтобы избежать
повреждений.
Все входящие сигналы конвертируются в цифры в необходимой шкале.
91
Все вновь поступившие сигналы могут быть сравнимы со значениями
предыдущих сигналов. Система позволяет выводить все сигналы через сирену.
Система может быть использована для отказа пуска ГД при введѐнной
валоповоротном устройстве. Время на выход звукового сигнала может быть
изменено от 0 до 60 сек.
Система электронного регулирования. Электронный регулятор DGU8800e. Главные функции регулятора: измерение и вычисление скорости, вывод и
ограничение командного сигнала топливной рейке.
В дополнение функции: отображение значений, программирование параметров,
тестирование, выбор альтернативных режимов работы.
Главные функции исполнительного механизма регулятора: определение
команды положения исполнительного механизма от регулятора, определение
положения топливной рейки в соответствии с командой от регулятора. Также
дополнительной функцией является ограничение движения топливной рейки,
отображение значений, тестирование системы.
В режиме управления с мостика регулятор контролируется с помощью
дистанционной системы управления. Такие сигналы как устава частоты вращения,
стоп, сброс ограничений передаются от АС-4 на регулятор.
С ЦПУ регулятор управляется посредством рукоятки маневрирования,
такие сигналы как уставка частоты вращения, стоп передаются от рукоятки
управления. Сигнал на сброс ограничений подается кнопкой «сброс ограничений»
на панеле индикаторов.
Функция остановка, которая ставит топливную рейку в нулевое
положение в случае подачи сигнала от системы безопасности. Этот сигнал
подается во время сверхоборотов, сбавления хода и аварийной остановки.
Электронная система регулирования позволяет избегать работы двигателя в
зоне критических оборотов.
92
7 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
7.1 Техника безопасности при ремонтных работах в машинном
отделении
Ремонтные работы на судне должны быть организованы в соответствии с
действующими Правилами о ремонте судов и Правилами техники безопасности
на судах.
Ответственность за соблюдение техники безопасности при ремонтных
работах в машинном отделении возлагается на старшего механика.
Перед началом ремонтных работ старший механик обязан:
- обеспечить соблюдение всеми членами ремонтной бригады правил техники
безопасности;
- лично проинструктировать лиц, назначенных для выполнения данной работы с
последующей росписью в журнале;
- проверить достаточность квалификации лиц, назначенных ответственными
исполнителями работ;
- обеспечить их необходимой спецодеждой и защитными средствами.
Места производства ремонтных работ должны быть хорошо освещены и
освобождены от посторонних предметов. При отсутствии стационарного
освещения должно быть обеспечено переносное освещение.
Перед началом работ по демонтажу оборудования на судне необходимо
осмотреть рабочее место и убедиться, что условия работы отвечают правилам
охраны труда. Погрузка изделий и труб на судно должна производиться в
контейнерах. При необходимости допускается доставка рабочими груза массой
не более 20 кг.
Рабочие, находящиеся на судне, где выполняются газосварочные,
погрузо-разгрузочные и другие работы, обязательно должны надевать средства
индивидуальной защиты.
93
Запрещается пользоваться неисправным инструментом и оборудованием, в
том числе:

ручниками и кувалдами, имеющими заусенцы, изношенные ударные
поверхности, неисправные рукоятки;

зубилами, пробойниками и т. д. с заусенцами, наклепками и другими
недостатками;

напильниками и другим инструментом без прочно закрепленных рукояток;

клуппами со слабо ввинченными или дефектными ручками;

ключами с разработанными губками или раздвижным механизмом, а также
несоответствующих размеров и изготовленными из материалов,
легко
поддающихся деформации;

гаечными ключами с изношенными губками, заусенцами и трещинами, а
также применять их в качестве контрключей для увеличения длины рычага;

неисправное
оборудование,
механизмы
или
аппараты
не
должны
использоваться в работе.
При работе с грузоподъемными механизмами запрещается укладывать
детали на решетки машинных отделений и настилы лесов, если они не рассчитаны
на эту дополнительную нагрузку. Уложенные детали на плитах или решетках
машинно-котельных
отделений
должны
быть
принайтованы
с
целью
предупреждения их перемещения в случае проведения работ в море при свежей
погоде. Запрещается поднимать длинные детали одним стропом с приложением
усилия подъема в одной точке. При подъеме и перемещении ремонтируемых
деталей запрещается оставлять их в подвешенном состоянии и производить
ремонт. Тали должны быть испытаны и иметь соответствующую бирку
(испытания не реже 1 раза в год; испытания проводятся статической нагрузкой в
течение 10 мин.). Стропы должны иметь бирки с указанием допускаемой нагрузки
и срок испытаний. Запрещается применять стропы, которые имеют:

более 10% поврежденных проволок на длине 8 диаметров

имеющие значительную ржавчину.
94
При промывке и обезжиривании деталей керосином, уайт-спиритом,
бензином и другими легковоспламеняющимися жидкостями нужно строго
соблюдать правила пожарной безопасности. Лица, работающие с такими
веществами, должны быть проинструктированы об их свойствах и о способах
безопасной работы с ними.
Безопасность труда при эксплуатации производственного оборудования во
многом зависит от уровня его конструктивной безопасности и надѐжности.
Конструктивная безопасность оборудования обеспечивается соответствующими
техническими решениями при проектировании изделий. Для защиты работающих
от воздействия механических опасных факторов в конструкции оборудования
должны предусматриваться специальные средства защиты. К ним относятся
оградительные,
предохранительные,
тормозные
устройства,
устройства
автоматического контроля и сигнализации, дистанционного управления, а также
знаки безопасности.
Защитные
оградительные
устройства
должны
отвечать
общим
эргономическим требованиям для данной машины, вписываться в контуры
основного оборудования и конструктивно совмещаться с ним. Электроприводы
оборудования
должны
соответствовать
требованиям
Правил
устройства
электроустановок.
Оградительные устройства (кожухи, дверцы, экраны, щиты и т.д.)
рекомендуется конструировать так, чтобы при снятом ограждении работа
оборудования была бы невозможной. Для исключения пуска механизмов при
снятом
ограждении
применяют
специальные
блокировочные
устройства.
Замыкание контактов и, следовательно, пуск машины возможны только при
установке ограждения на штатное место. Блокировки такого рода находят
широкое применение для защиты персонала на предприятиях.
Большое значение для обеспечения безопасности и надѐжности работы
оборудования
имеет
оснащѐнность
машин
и
аппаратов
контрольно-
измерительными приборами, устройствами автоматического управления и
регулирования параметров.
95
Конструкция оборудования должна предусматривать удобство его осмотра,
смазки, монтажа, разборки, наладки, уборки, транспортировки и эксплуатации, а
также отвечать требованиям охраны окружающей среды. Детали дизелей должны
быть максимально герметизированы и снабжены устройствами для механического
закрывания и открывания загрузочно-разгрузочных отверстий. Нагревающие
поверхности снабжаются теплоизоляцией, температура на еѐ наружном слое не
должна превышать 40 С°.
7.2 Противопожарная водяная система
Общее описание системы:
Противопожарная водяная система предназначена для тушения на судне
пожара забортной водой. Система выполнена по централизованному принципу с
линейным или кольцевым магистральным трубопроводом. По всей магистрали
устанавливают пожарные рожки (краны) для подключения пожарных шлангов.
Расположение рожков должно обеспечивать подачу двух струй воды в любое
место судна. Пожарные рожки во всех случаях окрашивают в красный цвет. В
системе водотушения применяют центробежные насосы с независимым от
главного двигателя приводом. Для пожарных целей могут также использоваться
балластные, осушительные и другие насосы. На судах валовой вместимостью
1000 peг. т и более на открытой палубе с каждого борта водопожарная магистраль
должна иметь устройство для подключения международного соединения.
Эффективность системы водотушения в значительной степени зависит от
давления. Минимальное давление в месте расположения любого пожарного рожка
0,25—0,30 МПа. Система водотушения является наиболее простой и надежной, но
использовать сплошную струю воды для тушения пожара можно не во всех
случаях. Например, при тушении горящих нефтепродуктов она не дает эффекта,
так как нефтепродукты всплывают на поверхность воды и продолжают гореть.
Эффекта можно добиться только в том случае, если воду подавать в распыленном
виде. В этом случае вода быстро испаряется, образуя пароводяной колпак,
изолирующий горящую нефть от окружающего воздуха.
96
Кроме основного назначения от пожарной системы вода подаѐтся:

в систему пенотушения;

в систему орошения сходов и выходов МО;

в систему водяной защиты;

для мытья открытых палуб;

для мытья настилов МО горячей водой;

для обмыва якорей и якрных цепей;

к осушительным эжекторам;

на промывку фекальной цистерны.
Для увеличения живучести системы магистраль в районе надстройки выше
верхней палубы выполнена по кольцевой схеме с разобщительными клапанами.
Наблюдение и уход:
Пожарная система всегда должна быть готова к действию. Для чего
необходимо систематически проверять:

внешним осмотром исправность состояния труб, путевых соединений
и арматуры;

лѐгкость вращения штоков клапанов и клинкетов, при необходимости
расходить их;

свободный доступ к пожарным рожкам и разобщительным клапанам;

исправное состояние стволов и шлангов.
В повседневной эксплуатации судна разобщительные клапаны всегда
должны быть открыты. Закрывать их необходимо в случае отключения отдельных
участков магистрали (аварийный случай).
При минусовой температуре наружного воздуха участки трубопроводов,
выходящие на открытые палубы, должны быть клапанами отключены и осушены
через пожарные рожки и спускные пробки.
При работе системы при минусовой температуре наружного воздуха не
допускать застоя воды в участках трубопровода, проходящих на открытых
97
палубах и в неотапливаемых помещениях, для чего периодически открывать
рожки на открытых палубах.
Для предотвращения коррозионных разрушений трубопроводов всю
запорную арматуру на работающих участках открывать полностью, а на
неработающих - полностью закрывать. Следить за состоянием протекторов,
проверяя их не реже одного раза в месяц, заменяя их по мере износа.
На данное судно прототип для обслуживания данной системы выбираем:

Два пожарных, вертикальных, центробежных, самовсасывающих насоса с
пропускной способностью 100 м3/ч (один из которых аварийный).

Мощность электропривода 50 кВт, частота вращения 1750 об/мин.
7.3 Охрана окружающей среды
Вещества, загрязняющие море с судов, подразделяются на четыре группы:
нефть; вредные вещества (кроме нефти); сточные воды; мусор. Нефть означает
нефть в любом виде, включая сырую нефть, жидкое топливо, нефтяные осадки и
остатки. Вредное вещество – любое вещество, которое при попадании в море
способно создать опасность для здоровья людей, причинить вред живым
ресурсам, морской флоре и фауне, нарушить природную привлекательность моря
в качестве места отдыха и помешать другим видам его правомерного
использования. Сточные воды означают стоки и прочие отходы из всех видов
туалетов, амбулаторий, лазаретов и т.п., из помещений, где содержатся живые
животные, а также прочие воды, которые смешаны с этими стоками. Мусор – все
виды продовольственных, бытовых и эксплуатационных отходов (исключая
свежую рыбу), которые образуются в процессе нормальной эксплуатации судна и
подлежат постоянному или периодическому удалению, кроме веществ, названных
выше. Сброс с судна нефти и других вредных веществ может быть
эксплуатационным и аварийным. Эксплуатационный сброс нефти представляет
собой удаление содержащейся в льяльных, балластных и промывочных водах
нефти, попадающей туда в процессе нормальной эксплуатации судна – в
результате мойки грузовых и топливных танков, ремонтных работ в машинных
98
помещениях и т.п. при бункеровке, неправильным обслуживанием оборудования,
разрывами шлангов или трубопроводов, аварией или гибелью судна. С целью
определения оптимальных приемов и методов ликвидации разлива нефти при
аварии судна разрабатывается судовой план чрезвычайных мер по борьбе с
загрязнением нефтью. Ответственность за разработку плана возлагается на
старшего помощника капитана и старшего механика. План для судна должен
предусматривать своевременное принятие всех необходимых мер для перекачки
топлива из поврежденных в неповрежденные топливные цистерны, в сборные
цистерны льяльных нефтесодержащих вод, в крайнем случае, в балластные
цистерны или в свободные от груза трюмы. При этом должны быть приняты все
возможные меры против выброса топлива за борт по балластной магистрали и
попадания воды из балластной магистрали в топливную систему. Для сбора
сточных вод на всех судах валовой вместимостью 200 рег. т и более или на
которых перевозится более 10 человек, предусматривается цистерна для сбора
сточных вод, оснащенная световой и звуковой сигнализацией при заполнении ее
на 80 %. На этих судах должна иметься установка для обработки сточных вод, в
состав которой входит накопитель судовых стоков, устройство для их очистки и
устройство для обеззараживания. Очищенная и обеззараженная вода сбрасывается
за борт. Суда оборудуются устройствами для сбора или для сжигания мусора. Для
сбора мусора используются одобренные Морским регистром судоходства
контейнеры. Для сбора всех видов синтетики и пластмасс, включая синтетические
тросы и рыболовные сети, оборудуется специальная емкость. Может быть
предусмотрена установка для измельчения пищевых отходов, изделий из бумаги,
ветоши, стекла, металла до размеров частиц менее 25 мм.
Таблица 7 – Правила удаления мусора в море
Категория
мусора
1
Тип мусора
За
пределами
особых
районов*
Пластмассы,
включая
синтетические
тросы, Сброс
рыболовные сети пластмассовые мешки для мусора и запрещен
зола из инсинераторов, образующаяся в результате
сжигания изделий из пластмассы, которые могут
В особых
районах
Сброс
запрещен
99
содержать токсичные остатки или остатки тяжелых
металлов
2
Обладающие
плавучестью
сепарационные, Сброс
обшивочные и упаковочные материалы
запрещен
Сброс
запрещен
3
Измельченные изделия из бумаги, ветоши, стекла, Сброс
металла, бутылки, черпаки и т.д.
запрещен
Сброс
запрещен
4
Изделия из бумаги, ветошь, стекло, металл, бутылки, Сброс
черепки и т.д.
запрещен
Сброс
запрещен
5
Пищевые отходы
а) Неизмельченные пищевые отходы
б) Измельченные пищевые отходы
6
Зола из инсинераторов
>12миль от Сброс
берега
запрещен
> 3миль от >12миль от
берега
берега
Сброс
запрещен
Сброс
запрещен
*- Особые районы: Средиземное, Черное, Балтийское, Северное,
Карибское, Красное моря. Антарктика. "Район заливов".
На данное судно прототип выбираем следующие установки, служащие для
предотвращения загрязнения моря:
1. Сепаратор льяльных вод с пропускной способностью 3 м3/ч;
2. Цистерна для сбора шлама ѐмкостью 3 м3;
3. Инсинератор производительностью сжигания твердых отходов 80 кг/ч,
шлама 40 кг/ч;
4. Ёмкость для золы 100 л;
5. Для предотвращения загрязнения морской среды сточными водами
осуществляется сбор на борту судна (в сборной цистерне) и передача в приемные
береговые сооружения для последующей обработки. При хранении сточных вод
на борту судна в сборной цистерне последняя должна иметь достаточный объем.
Вместимость сборной цистерны:
Vц = fzqtср
f – коэффициент, учитывающий условия эксплуатации судна.
f = 1 для всех типов судов с продолжительностью рейса 8 часов и более.
z =22 - количество людей на судне.
q – суточное количество сточных вод на 1 человека, л/чел сутки
100
q = 300 л/чел сутки
tср – наибольшее время хода судна в зоне с запрещенным сбросом, сутки.
tср = 4 суток
Vц = 1220,34 = 26,4 м3
Судно оборудовано сборной цистерной сточных вод Vц = 30 м3.
Промывка сборной цистерны производится забортной водой от магистрали
забортной охлаждающей воды.
Удаление сточных вод из цистерны производится электронасосом за борт
ниже ватерлинии, либо в плавучую или береговую емкость на оба борта через
патрубок с фланцем международного образца.
Также на судне имеется установка по обработке сточных вод JMC BIO
AEROB. Производительность 6600 л3/день. Установка состоит из двух
аэрационных танков для обогащения сточной воды воздухом с тем, чтобы
уменьшить опасную концентрацию газов метана. Танка очистки от твердых
частиц и дезинфекционного танка. Сточная вода поступает в верхнюю часть
первой аэрационной камеры и наполняется воздухом с помощью устройства
распределения воздуха. Особая конструкция этого устройства гарантирует
хорошее перемешивание воздуха и сточной воды и обеспечивает требуемое
газирование для процесса кислородной обработки. Воздух обеспечивает
воздуходувка, установленная в верхней части камеры очистки.
7.4 Пожарная опасность горючих жидкостей
Используемые в различных производствах жидкости разделяются на
легковоспламеняющиеся (ЛВЖ), или легкоиспаряющиеся, горючие (ГЖ) и
негорючие. Основную опасность представляют ЛВЖ и ГЖ.
Аппараты с жидкостями обычно не заполняются полностью и поэтому над
зеркалом жидкости всегда имеется свободный объем - газовое пространство.
Газовое пространство аппарата, как правило, сообщается с атмосферой через
дыхательную линию. При установившемся режиме эксплуатации аппарата пары
жидкости равномерно распределяются по всему объему газового пространства,
образуя смесь с воздухом. Количество паров может быть достаточным или нет
для образования взрывоопасной концентрации.
101
Скорость образования взрывоопасной концентрации будет зависеть от
физико-химических свойств жидкости, условий проведения технологического
процесса, например температуры и давления.
Основными свойствами, определяющими пожарную опасность жидкостей,
являются:
концентрационные
и
температурные
пределы
распространения
пламени, температура вспышки, способность к электризации.
1. Аналогично газам, нижний и верхний концентрационные пределы
распространения пламени (НКПР и ВКПР) показывают
содержание (концентрацию φп) горючих паров в паровоздушной смеси,
способных к горению:
Концентрационная область горючего вещества между НКПР и ВКПР
называется пожаровзрывоопасной областью, или областью воспламенения
данного вещества.
2.
Горючие
пары
образуются
в
результате
процесса
испарения.
Интенсивность испарения зависит от температуры.
Температура
жидкости,
при
которой
над
поверхностью
создается
концентрация насыщенного пара, равная нижнему концентрационному пределу
распространения
пламени,
называется
нижним
температурным
пределом
распространения пламени (НТПР). При этой температуре пары жидкости в смеси
с воздухом в замкнутом объеме способны воспламениться при наличии источника
тепла.
Соответственно температура жидкости, при которой над поверхностью
создается концентрация насыщенного пара, равная ВКПР, называется верхним
температурным пределом распространения пламени (ВТПР). При температуре
выше верхнего температурного предела распространения пламени смесь насыщенных паров с воздухом не способна гореть. Таким образом, для жидкостей
102
пожаровзрывоопасная область может быть определена и через температурные
пределы распространения пламени:
1 – пожаробезопасная область температур;
2 – пожаровзрывоопасная область температур (область образований
горючей среды);
3 – пожароопасная область.
3. Для замкнутых объемов нижний температурный предел распространения
пламени соответствует температуре вспышки паров жидкости. В основу
классификации по степени пожарной опасности легковоспламеняющихся и
горючих жидкостей положена именно температура вспышки паров жидкости. Чем
ниже температура вспышки, тем опаснее жидкость, т.к. взрывоопасные
концентрации могут образовываться даже при низких температурах.
4.
Большинство
легковоспламеняющихся
жидкостей
являются
диэлектриками. При движении их по трубам, сливе, наливе, перемешивании и
других операциях в результате трения образуются электрические заряды,
напряжение которых достигает нескольких тысяч вольт. Искровой разряд при
наличии взрывоопасной паровоздушной смеси может явиться причиной взрыва
или пожара. Степень пожарной опасности ЛВЖ и ГЖ зависит также от их
коррозирующей способности и ряда других свойств.
При анализе пожарной опасности полагают, что появление источника
тепловыделения
всегда
возможно,
поэтому
особое
внимание
уделяют
предотвращению образования горючей среды в аппаратах.
Технические решения, которые обеспечивают предупреждение образования
горючей среды внутри аппаратов с жидкостью при их нормальной работе,
следующие:
1.
Ликвидация свободного объема (хранение жидкостей в резервуарах с
понтоном или плавающей крышей, хранение жидкостей под слоем специальных
103
веществ).
В
этом
случае
устраняется
сама
возможность
образования
паровоздушной среды в аппарате иди резервуаре.
2.
Ведение технологического процесса в безопасном температурном и
концентрационном
режиме.
Достигается
с
учетом
условий
опасности
возникновения горения.
3. Инертизация (флегматизация) свободного объема введением негорючих
газов
(азота,
углекислого
газа,
водяного
пара).
Этот
способ
снижает
концентрацию кислорода в смеси, сужает область воспламенения.
4.
Применение
изменяющимся
системы
уровнем
газовой
обвязки
емкостных
жидкости, позволяющее исключить
аппаратов
с
поступление
окислителя в свободное пространство опорожняемого аппарата.
Рассмотрим несколько примеров возможного образования горючей среды в
аппаратах с жидкостями.
Взрывоопасные концентрации паров жидкостей могут образоваться в
производственном помещении как при нормальной работе аппаратов, так и в
результате их повреждений.
При эксплуатации закрытых аппаратов с газами и жидкостями в исправном
состоянии всегда есть некоторая утечка обрабатываемых веществ через
неплотности соединений в прокладках, сальниках и т.п. Установлено, что
величина потерь при этом может достигать 1 % от производительности аппарата в
час.
Легковоспламеняющиеся и горючие жидкости могут находиться не только в
герметически закрытых емкостях, но и в периодически открываемых для загрузки
и выгрузки.
Наиболее опасны аппараты с открытой поверхностью испарения: различные
ванны для окраски и пропитки изделий, промывки и обезжиривания деталей.
Большое количество паров образуется при разливе легковоспламеняющихся
жидкостей в случае переполнения резервуаров, аппаратов, применения для их
наполнения шлангов, ведер и т.п.
104
Взрывоопасные концентрации паров ЛВЖ и ГЖ могут образоваться при
выходе паровоздушной смеси из аппаратов с дыхательными устройствами
(дыхательными трубами, клапанами). К ним относятся резервуары и другие
емкостные аппараты для приема и хранения ЛВЖ и ГЖ, мерники, дозаторы.
Различают малые и большие дыхания аппаратов. Большим дыханием
аппарата называют вытеснение паров наружу при изменении уровня жидкости
внутри аппарата, малым дыханием - вытеснение паров наружу при изменении
температуры газового пространства под влиянием изменения температуры окружающей среды. Уровень жидкости при этом остается неизменным.
Основными способами предотвращения потерь паров жидкостей от малых и
больших дыханий являются:
1.
Для защиты от малых дыханий наиболее эффективны подземные
резервуары, где исключены перепады температуры. Также широко используется
окраска резервуаров в светлые тона (белый, серебристый). Окраска серебрянкой,
кроме того, защищает резервуары от коррозии.
2.
Ликвидация паровоздушного пространства путем использования
плавающих крыш и понтонов.
3.
Использование газовой обвязки резервуаров по газовоздушному
пространству. В этом случае потери паров не наблюдается.
105
8 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ОЧИСТКИ
СУДОВОГО ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Очистка теплоэнергетического оборудования при его работе является
существенным резервом повышения эксплуатационных показателей силовой
установки и судна в целом.
Применение непрерывной очистки позволяет, в результате хорошего
технического состояния дизеля без вывода из эксплуатации, поддерживать
мощность, скорость хода (без учета обрастания корпуса судна и др. факторов),
расход топлива и масла, эффективный КПД на уровнях, близких к номинальным,
не допуская их значительного изменения. Кроме того, применение очистки
облегчает
труд
обслуживающего персонала, сокращает трудозатраты на
проведение моточисток (ревизий), увеличивает интервалы между моточистками в
1,5 ÷ 2 раза, в результате чего экономится смазочное масло, повышение расхода
которого требуется по правилам технической эксплуатации дизеля на приработку
деталей цилиндропоршневой группы после каждой моточистки. За счет
сокращения запасов топлива и масла (в результате улучшения состояния дизеля
экономия топлива составляет 4 ÷ 8г/(кВтч)), а также повышения мощности
главного двигателя и скорости хода относительно рассматриваемого режима,
увеличивается провозная способность судна. Повышается надежность работы
дизеля из-за снижения термических нагрузок и прежде всего в деталях
цилиндропоршневой группы (по данным опыта эксплуатации из-за загрязнения
элементов воздушно-газового тракта дизеля через 6000 ÷ 8000 часов его работы
температуры отработавших газов увеличиваются в среднем на 10 ÷ 30°С,
давление наддувочного воздуха уменьшается на 0,003 ÷ 0,008МПа, адиабатный
КПД центробежного компрессора ТК уменьшается на 5 ÷ 7%, эффективный КПД
газовой турбины ТК на 4 ÷ 7%. Увеличение перепада давлений на 100 мм.вод.ст. в
утилизационном котле снижает КПД дизеля на 0,6% и т.д.)
Переводя все выше изложенное в цифрах, получаем следующее (в пример
берем двигатель MAN Diesel &Turbo 4S26MC-C):
106
Эффективная мощность двигателя Ne = 1263 кВт
Эффективный удельный расход топлива при отсутствии регулярной
очистки двигателя: ge = 0,171 кг/(кВтч)
Эффективный удельный расход топлива при регулярной очистке двигателя:
ge = 0,165 кг/(кВтч)
Средний суточный расход топлива на двигатель при отсутствии очистки,
тонн/сутки:
𝐺б = 𝑁𝑒 𝑔𝑒 =
1263 0,171 24
= 5,2
1000
Средний суточный расход топлива на двигатель при регулярной очистке,
тонн/сутки:
𝐺б = 𝑁𝑒 𝑔𝑒 =
1263 0,165 24
= 5,0
1000
Отсюда имеем 0,2 тонны топлива в сутки, в среднем сэкономленных
благодаря регулярной очистке двигателя (воздушного, газового тракта и т.д.)
В год это составляет 0,2 200 = 40 тонн.
где 200 – количество дней, которое по опытным данным соответствует
времени работы главного двигателя в год.
Стоимость тяжелого топлива на сегодняшний день (январь 2016) составляет
$370 за тонну, дизельное топливо – $550 за тонну. Т.к. дизельное топливо
используется только на маневрах, среднюю стоимость используемого топлива
принимаем $410 за тонну. Ежегодное сэкономленное топливо умножаем на $410 и
получаем:
410 40 = 16400$
Примерно столько денег можно сэкономить, проводя регламентные работы
своевременно. Данная цифра касается экономии только топлива на один
двигатель, не принимая во внимание более частую потребность в мотоочистке и
переборке двигателя при отсутствии регулярной его очистке, на что затрачивается
рабочая сила, стоимость которой различается в каждом случае и так же наличие
107
множества других судовых установок , требующие регулярного обслуживания и
бо́льших средств на обслуживание в случае недостаточн
ости надлежащей
очистки.
Вся выше описанная необходимость в очистке наглядно показывает
преимущества, как с экономической стороны, так и со стороны эксплуатационной
эффективности судна как транспортного средства.
108
Список литературы:
1.
РМРС, Руководство по применению положений международной конвенции
МАРПОЛ 73/78, СПб 2015.
2.
РМРС, Международный кодекс по управлению безопасной эксплуатацией
судов и предотвращением загрязнения (международный кодекс по управлению
безопасностью), СПб 2014
3.
РМРС, Руководство по техническому наблюдению за ремонтом морских
судов, СПб 2005.
4.
РМРС, руководство по техническому наблюдению за судами в
эксплуатации, СПб 2016.
5.
Международная конвенция по охране человеческой жизни на море СОЛАС-
74.
6.
Методической указание по расчету ходкости, Ершов А.А., 2015.
7.
Методическое указание по расчету ДВС, Пунда А.С., 2010.
8.
Судовые двигатели внутреннего сгорания, Пунда А.С., Возницкий И.В.,
2010, Том 1.
9.
Судовые двигатели внутреннего сгорания, Пунда А.С., Возницкий И.В.,
2010, Том 2.
10.
Судовые дизели и их эксплуатация, Возницкий И.В., 1990.
11.
Двигатели внутреннего сгорания: Устройство и работа поршневых и
комбинированных двигателей / В.П. Алексеев, В.Ф. Воронин, Л.В. Грехов и др.
под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. – М.: Машиностроение,
1985. – 456с
12.
Малов Р.В. Рабочие процессы и экологические качества ДВС //
Автомобильная промышленность. – 1984. – № 3. – С.12-14.
13.
Двигатели внутреннего сгорания. Теория поршневых и комбинированных
двигателей / Д.Н. Вырубов, Н.А. Иващенко, В.И. Ивин и др.; под
ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. 4-е изд. М.: Машиностроение, 1983.
14.
1969.
Ленин И.М. Теория автомобильных двигателей. – М.: Машиностроение,
109
15.
Дьяченко Н.Х. Теория двигателей внутреннего сгорания. – Л.:
Машиностроение, 1974. – 552с.
16.
Кулешов А.С. Развитие методов расчета и оптимизация рабочих процессов
ДВС: автореф. дис. ... д-ра техн. наук. – Москва, 2011. – 32с.
17.
Кавтарадзе Р.З. Теория поршневых двигателей. Специальные главы. –
М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008 . – 720с.
18.
Кулешов А.С. Развитие методов расчета и оптимизация рабочих процессов
ДВС: автореф. дис. ... д-ра техн. наук. – Москва, 2011. – 32с.
19.
Автоматизированные системы управления судовыми дизельными и
газотурбинными установками, Ланчуковский В.И., 1990.
20.
Методические указания к лабораторным работам №1-4 по дисциплине
«Технология судоремонта», ЛВИМУ, 1985.
21.
И.И. Костылев, В.А. Петухов. Судовые системы, СПб, ГМА им. Адм. С.О.
Макарова, 2010
22.
Покудин В.Г., Вихров Н.М. Технология судоремонта, СПб, Изд.
«ПаркКом», 2007.
23.
Instruction and operating manual for fitting and accessories, Hyundai Heavy
Industries Co., Ulsan, Korea, 2006.
24.
MAN B&W S70ME-C Project Guide
25.
Service Experience, MAN B&W Low Speed Diesel Engines.
26.
Marine Engine IMO Tier II Programme 2nd edition 2013.
110
111
112
113
114
115
116
117