Основные двигатели на судах

Полная номенклатура запасных частей к двигателям размерности ЧН18/20 ЧН16/17
Посмотреть

Судовой дизельный двигатель

Большому кораблю — большое плавание, говорим мы. Но эти слова останутся просто словами, если судну не придать движения. Основным «трудягой», задающим скорость движения любого судна, является судовой дизельный двигатель.

Типы судовых дизельных двигателей

Эти агрегаты условно можно условно разделить на два типа:

  1. Главный судовой двигатель, который придаёт ход и регулирует скорость движения корабля.
  2. Вспомогательный двигатель, непосредственно служащий для бесперебойной работы различных насосов, электрогенераторов, вентиляторов и т. д.

Также существуют и успешно эксплуатируются:

  • Малые судовые дизельные двигатели, которые устанавливаются на маломощные или вспомогательные суда. Например, на буксиры.
  • Средние, которые устанавливаются на рыболовецких судах.
  • Малооборотные с наддувом (находят себе применение на небольших кораблях общего направления).
  • Отдельно можно отметить, что:

  • Судовые двигатели внутреннего сгорания установлены на судах различного класса;
  • Дизельные двигатели судовые — самые распространённые на судах на сегодняшний день;
  • Что касается двигателей, работающих на топливе, отличном от судовых дизельных двигателей, то здесь можно выделить:

  • Газовые турбины. Работают в строгом соответствии с рекомендациями производителя, которыми оговариваются пуск, остановка двигателя, его техническое обслуживание и многое другое. Область применения: суда на воздушной подушке и судах типа «Ракета», «Прогресс», а также военные суда практически всех модификаций;
  • Паровые турбины. Применяются в качестве судовых двигателей внутреннего сгорания и характеризуются большим запасом моторесурса. Отличаются возможностью заправки топливом низкого качества (в том числе тяжёлого) и относительной простотой обслуживания. Нет необходимости снятия двигателя с целью текущего ремонта, не нужно доставлять его на рембазу. Текущее обслуживание и профилактический ремонт производится непосредственно на корабле.
  • Паровые турбины (двигатели) с успехом несут свою вахту на судах, которые специализируются на перевозке контейнеров, нефтетанкерах и судах обладающих ядерной энергетической установкой.

    Однако судовые дизельные дизели — это самые экономичные ДВС (двигатели внутреннего сгорания) для судов из всех, которые существуют на данный момент.

    При этом продолжается усиленный поиск возможности по уменьшению габаритов двигателей с параллельным решением задач по усилению их мощности.

    spbdiesel.ru

    Основные двигатели на судах

    Судовые двигатели внутреннего сгорания

    Классификация и маркировка судовых ДВС

    Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — это тепловая машина, внутри цилиндра которой происходит сгорание топлива. При сгорании выделяется теплота, идущая на расширение, газов. Под давлением расширяющихся газов движется поршень. Таким образом в ДВС тепловая энергия превращается в механическую.

    Судовые ДВС классифицируются по ряду признаков. Для работы двигателя необходимо обеспечить определенную последовательность процессов: наполнение цилиндра воздухом, сжатие его, подачу топлива и горение, расширение продуктов сгорания и удаление отработавших газов. Этот ряд последовательно протекающих в цилиндре процессов, обеспечивающих непрерывную работу двигателя, называется рабочим циклом. Часть рабочего цикла, протекающая за один ход поршня, называется тактом.

    Таким образом, по осуществлению рабочего цикла двигатели подразделяются на четырехтактные, у которых рабочий цикл совершается за четыре хода поршня или за два оборота коленчатого вала, и двухтактные, у которых рабочий цикл осуществляется за два хода поршня или один оборот коленчатого вала.

    По конструктивному выполнению двигатели подразделяются на тронковые, крейцкопфные и с противоположно движущимися поршнями (ПДП) в одном цилиндре.

    Во время работы двигателя при сгорании топлива в цилиндре на поршень действует давление газов. Его можно представить в виде сосредоточенной силы Р (рис. 1, а), приложенной к оси поршневого пальца и направленной вниз. При повороте коленчатого вала на некоторый угол сила Р раскладывается по правилу параллелограмма на две силы: РШ, действующую вдоль оси шатуна и приводящую в движение коленчатый вал, и РН, действующую перпендикулярно направлению движения поршня. Сила РН прижимает поршень к стенке цилиндра и вызывает усиленный износ поршней и стенок цилиндров.

    Рис. 1. Схема конструктивного выполнения двигателей: а — тронковый; б — крейцкопфный; в — с противоположно движущимися поршнями в одном цилиндре.

    По такой схеме выполняются высокооборотные и среднеоборотные двигатели, называемые тронковыми (поршень у них имеет развитую нижнюю цилиндрическую часть — тронк).

    У двигателей больших мощностей сила РН велика, поэтому их делают крейцкопфными (рис. 1, б). Поршень 2 такого двигателя жестко через шток 3 соединен с крейцкопфом 1, ползун 4 которого движется в направляющих параллелях 5. Боковое усилие PН в этом случае воспринимается не стенкой цилиндра, а через крейцкопф параллелями, которые жестко связаны со станиной двигателя. Крейцкопфы делают односторонними или двусторонними.

    У двигателей с ПДП (рис. 1, в) топливо сгорает в камере, расположенной между двумя поршнями 1, которые работают в одном цилиндре и движутся в противоположные стороны. Такой двигатель имеет два коленчатых вала 2.

    В зависимости от расположения цилиндров двигатели бывают однорядные с вертикальным расположением цилиндров (рис. 2, а) и V-образные (рис. 2, б).

    Рис. 2. Схема двигателей: а — рядный; б — V-образный; в — без наддува; г — с наддувом.

    По способу наполнения цилиндра свежим зарядом различают:

  • двигатели без наддува (рис. 2, в), у которых всасывание воздуха через клапан осуществляется поршнем (четырехконтактные) или заполнение цилиндра воздухом производится продувочным насосом при невысоком давлении, незначительно превышающем атмосферное (двухтактные);
  • двигатели, у которых топливо впрыскивается в рабочий цилиндр под давлением, создаваемым специальным насосом К (воздуходувкой).
  • По способу воспламенения горючей смеси в цилиндре различают:

  • двигатели, у которых топливо впрыскивается в рабочий цилиндр через специальное устройство (форсунку) под действием давления, создаваемого топливным насосом; оно мелко распыливается, смешивается в цилиндре с воздухом, сильно разогретым в результате сжатия, и самовоспламеняется (это дизели);
  • карбюраторные двигатели, т. е. такие двигатели, у которых топливо перемешивается с воздухом не в цилиндре, а в особом приборе — карбюраторе, из которого горючая смесь подается в цилиндр двигателя и воспламеняется там от электрической искры, получаемой от специальной системы.
  • По быстроходности двигатели условно подразделяют на тихоходные со средней скоростью поршня менее 6,5 м/с и быстроходные со средней скоростью поршня более 6,5 м/с. Среднюю скорость поршня СМ определяют по формуле

    В настоящее время частота вращения в СИ характеризуется угловой скоростью ω, которая измеряется в радианах в секунду (1/с) и определяется по формуле

    По частоте вращения двигатели подразделяют на

  • малооборотные (МОД) — 10. 25 с -1 (100. 250 об/мин),
  • среднеоборотные (СОД) — 25. 60 с -1 (250. 600 об/мин),
  • повышенной оборотности — 60. 100 с -1 (600. 1000 об/мин)
  • высокооборотные — свыше 1000 с -1 (10 000 об/мин).
  • По мощности двигатели подразделяются на

    • маломощные — до 73,5 кВт (100 л. с),
    • средней мощности — 73,5. 735 кВт (100. 1000 л. с.) и
    • сверхмощные — свыше 7350 кВт (10000л.с).
    • По назначению двигатели бывают главными, которые обеспечивают ход судна, приводят в движение гребные винты, и вспомогательными, служащими для привода электрогенераторов, компрессоров и других вспомогательных механизмов.

      По способу изменения направления вращения вала двигатели подразделяют на реверсивные и нереверсивные. Передний и задний ход при гребном винте фиксированного шага может быть достигнут изменением направления вращения гребного винта. Для обеспечения заднего хода гребному винту можно придать вращение в обратную сторону двумя способами: либо изменить направление вращения коленчатого вала двигателя, либо только гребного.

      В реверсивных двигателях можно изменить направление вращения коленчатого вала. Мощность этих двигателей, как правило, большая.

      Коленчатые валы нереверсивных двигателей вращаются только в одном направлении. У быстроходных и маломощных нереверсивных двигателей направление вращения гребного винта изменяют с помощью реверсивной передачи, устанавливаемой между двигателем и валопроводом.

      Для краткого обозначения типа двигателя дизелестроительные заводы пользуются условной маркировкой (табл. 1). Единая у отечественных дизелестроительных заводов, индивидуальная у заводов других стран маркировка типа двигателя обычно состоит из записываемых в определенной последовательности буквенных условных обозначений отдельных характеристик двигателя и цифр, обозначающих число цилиндров, диаметр, а также ход поршня (в см).

      В соответствии с ГОСТ 4398 — 78 маркировка двигателей СССР состоит из цифрового обозначения числа цилиндров, условных буквенных обозначений характеристик двигателя,после которых дробью показаны диаметр цилиндра и ход поршня в см.

      Так, марка 8DP 43/61 расшифровывается: восьмицилиндровый двухтактный реверсивный тронковый (отсутствие буквы К), без наддува (отсутствие буквы Н) двигатель с цилиндром диаметром 430 мм и ходом поршня 610 мм.

      Точно так же марка 6DKPH 74/160 обозначает: двигатель шестицилиндровый двухтактный крейцкопфный реверсивный, с наддувом, с цилиндром диаметром 740 мм и ходом поршня 1600 мм.

      В маркировку двигателей производства ГДР входит число цилиндров и ход поршня. Диаметр цилиндра либо дается в знаменателе, либо совсем не указывается. Например, марка двигателя 8ZD 72/48 расшифровывается: восьмицилиндровый двухтактный дизель с ходом поршня 720 мм и с цилиндром диаметром 480 мм.

      В маркировке двигателей «Зульцер» ход поршня не указывается. Например, марка 8TD-48 присваивается восьмицилиндровому тронковому реверсивному двигателю с цилиндром диаметром 480 мм.

      В маркировке двигателей МАН число цилиндров указывают между условными буквенными обозначениями конструкции двигателя и его тактностью, после чего дробью — диаметр цилиндра и ход поршня (в см), затем условное обозначение турбонаддува и показатель модификации. Так, марка двигателя K6Z 60/105Л означает, что двигатель крейцкопфный шестицилиндровый двухтактный с цилиндром диаметром 600 мм, ходом поршня 1050 мм, подпоршневые пространства у данной модификации используются как продувочный насос.

      Двигатели заводов «Бурмейстер и Вайн» маркируются несколько иначе. Здесь диаметр цилиндра (в см) указывают впереди условных буквенных обозначений, за числом цилиндров, а ход поршня — после них. Так, марка 6-35 VBF62 присваивается шестицилиндровому двухтактному реверсивному дизелю с газотурбинным наддувом с цилиндром диаметром 350 мм и ходом поршня 620 мм.

      www.trans-service.org

      Классификация и принцип действия судовых двигателей внутреннего сгорания

      Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) относятся к классу тепловых двигателей, в которых процесс сгорания топлива и превращения полученной при этом теплоты в механическую работу происходит в рабочем цилиндре самого двигателя. Рабочим телом здесь являются продукты сгорания топлива, чем и обусловлено название «двигатели внутреннего сгорания». Газообразные продукты сгорания топлива характеризуются высоким давлением и температурой. Силы давления продуктов сгорания действуют на расположенный в цилиндре поршень, вызывая его перемещение вдоль оси цилиндра. Поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала двигателя при помощи кривошипно-шатунного механизма и передается валу приводного механизма или валопроводу. Рабочим циклом двигателя называется комплекс процессов по превращению энергии топлива в механическую работу.

      Рассмотрим принципы классификации двигателей.

      По назначению судовые двигатели разделяются на главные и вспомогательные. Первые обеспечивают движение судна, а вторые приводят в движение вспомогательные механизмы энергетической установки (насосы, компрессоры, генераторы судовой электростанции и т. д.).

      По способу осуществления рабочего цикла различают двухтактные двигатели, в которых рабочий цикл совершается за два хода поршня, соответствующих одному обороту коленчатого вала, и четырехтактные двигатели, в которых рабочий цикл совершается за четыре хода поршня или за два оборота коленчатого вала. Таким образом, тактом называется часть рабочего цикла двигателя, соответствующая одному ходу поршня. Ходом поршня называется расстояние между мертвыми точками поршня; мертвыми точками поршня называются его крайние положения при движении в цилиндре.

      По способу действия различают двигатели простого и двойного действия. У первых рабочий цикл совершается только в одной полости рабочего цилиндра — над поршнем, а у вторых — в обеих полостях рабочего цилиндра.

      По способу наполнения рабочего цилиндра свежим зарядом различают двигатели без наддува, у которых всасывание рабочей смеси или воздуха производится поршнем (у четырехтактных ДВС) или за счет незначительного избыточного давления, создаваемого продувочным насосом (у двухтактных ДВС), и двигатели с наддувом, у которых рабочая смесь или воздух подается в цилиндр под повышенным давлением при помощи специального нагнетателя.

      По способу воспламенения рабочей смеси можно выделить двигатели с принудительным воспламенением, у которых воспламенение рабочей смеси происходит от электрической искры, и двигатели с самовоспламенением рабочей смеси от сжатия (дизели), в цилиндре которых воздух сжимается и нагревается настолько, что впрыскиваемое в него жидкое топливо самовоспламеняется.

      По способу образования рабочей смеси различаются двигатели с внешним смесеобразованием (карбюраторные и газовые), у которых рабочая смесь приготовляется вне цилиндра, а зажигание ее в цилиндре осуществляется от электрической искры, и двигатели с внутренним смесеобразованием (компрессорные и бескомпрессорные дизели), у которых рабочая смесь приготовляется внутри цилиндра и самовоспламеняется от сжатия воздуха. В настоящее время наибольшее распространение на морских судах получили бескомпрессорные двигатели, как наиболее экономичные. Карбюраторные и газовые двигатели встречаются на легких речных и озерных катерах, а компрессорные дизели сняты с производства. Бескомпрессорным называется такой дизель, у которого распыливание топлива в цилиндре через форсунку осуществляется под высоким давлением подачи самого топлива. Иногда такие дизели еще называют дизелями с механическим распыливанием топлива. У компрессорных дизелей распыливание топлива производилось через форсунку при помощи сжатого воздуха, а для этого требовалось иметь постоянно действующий компрессор.

      Быстроходность дизеля оценивается частотой вращения его коленчатого вала или средней скоростью поршня

      где s — ход поршня, м, а n — частота вращения вала, об/мин. В соответствии с ГОСТ 4393—74 у тихоходных дизелей 4,5 10 м/с. Малооборотными считают дизели, у которых 100 750 об/мин.

      Схема работы четырехтактного бескомпрессорного дизеля показана на рис. 52. Открытие впускного 1 и выпускного 3 клапанов осуществляется кулачковыми шайбами распределительного вала двигателя.

      Первый такт — всасывание (зарядка цилиндра). При движении поршня от верхней мертвой точки (ВМТ) к нижней мертвой точке (НМТ) в рабочий цилиндр двигателя засасывается воздух из окружающей среды через впускной клапан 1 (выпускной клапан 3 закрыт). Для максимального наполнения рабочего цилиндра свежим воздухом клапан 1 открывается при нахождении кривошипа в точке 5 (до прихода поршня в ВМТ) и закрывается при нахождении его в точке 4, после того как кривошип перейдет НМТ. При всасывании давление в цилиндре несколько меньше атмосферного.

      Второй такт — сжатие. При обратном движении поршня снизу вверх впускной и выпускной клапаны закрыты; происходит сжатие воздуха, в результате чего давление его повышается до 2800—4500 Н/м 2 (28—45 кгс/см 2 ), а температура до 600—700°С (873—973 К).

      Третий такт — рабочий ход (горение и расширение). Выпускной и впускной клапаны продолжают оставаться закрытыми. Форсункой 2 топливо впрыскивается в цилиндр (камеру сжатия) в распыленном виде в момент, когда кривошип, находясь в точке 6, еще не дошел на несколько градусов до ВМТ, т. е. с некоторым предварением впрыска, которое необходимо для подготовки топлива к самовоспламенению. Под действием высокой температуры топливо воспламеняется и образуется большое количество газа. При этом за короткое время, измеряемое долями секунды, давление в цилиндре возрастает до 5000—12 500 кН/м 2 (50—125 кгс/см 2 ), а температура газа до 1600—2200°С (1873—2473 К). Под действием расширяющихся газов поршень перемещается вниз от ВМТ к НМТ.

      Четвертый такт — выпуск. Когда кривошип, находясь в точке 8, еще не доходит до НМТ, открывается выпускной клапан, а поршень, перемещаясь от НМТ к ВМТ, вытесняет из рабочего цилиндра отработавшие газы. В это время выпускной клапан полностью открыт, а впускной закрыт. Давление в цилиндре снижается до 105—110 кН/м 2 (1—1,1 кгс/см 2 ), а температура газов до 350—400°С (623—673 К). Конец выпуска, т. е. закрытие выпускного клапана, происходит после того, как кривошип пройдет ВМТ (в точке 7). Это способствует лучшей очистке цилиндра от продуктов сгорания топлива.

      Для осуществления тактов всасывания (зарядки), сжатия и выпуска требуется затрата некоторой механической энергии двигателя. Эта энергия накапливается в период рабочего хода в маховике и во всех движущихся частях двигателя, а затем расходуется за счет инерции их движения в течение трех указанных тактов. Поэтому двигатели снабжают маховиком, который является как бы аккумулятором кинетической энергии. У многоцилиндровых двигателей подготовительные такты в одном цилиндре осуществляются также за счет рабочих ходов в других цилиндрах, так как у таких двигателей цилиндры работают не одновременно, а через равные промежутки времени. Это же обеспечивает большую равномерность вращения вала двигателя.

      Рабочий цикл двухтактного двигателя совершается за два хода поршня, или один оборот коленчатого вала. Двухтактные двигатели, в отличие от четырехтактных, либо вообще не имеют клапанов, либо имеют только выпускные клапаны. В обоих случаях продувка рабочего цилиндра свежим воздухом производится через специальные щели в его стенках — продувочные окна. В качестве продувочных насосов (нагнетателей) для двухтактных двигателей применяют поршневые, трехлопастные ротативные и центробежные насосы, приводимые в движение от коленчатого вала двигателя. Воздух от нагнетателя подается в кольцевой короб — ресивер, расположенный по окружности цилиндра, а из него через продувочные окна — в цилиндр.

      На рис. 53 показана схема работы двухтактного дизеля с наиболее простой бесклапанной щелевой контурной продувкой цилиндра. Принцип работы двигателя целесообразно рассматривать с того момента, когда в результате воспламенения топлива и последующего за этим повышения давления и расширения газов поршень начинает перемещаться от ВМТ к НМТ (положение I) и совершается рабочий ход до момента открытия поршнем выпускных окон 3 (положение II). При дальнейшем перемещении поршня к НМТ, когда давление в цилиндре падает до 120—140 кН/м 2 (1,2—1,4 кгс/см 2 ), открываются продувочные окна 2 и начинается продувка цилиндров свежим воздухом, поступающим из нагнетателя в ресивер, а из него в продувочные окна (положение III) под давлением 1300—1500 кН/м 2 (1,3—1,5 кгс/см 2 ).

      После этого поршень начинает перемещаться от НМТ к ВМТ (положение III), и до момента закрытия им продувочных окон 2 процесс продувки цилиндра продолжается. Выпускные окна остаются некоторое время открытыми для обеспечения более полной очистки цилиндра от газов. При дальнейшем движении поршня к ВМТ выпускные окна закрываются, и происходит сжатие воздуха (положение IV). При подходе поршня к ВМТ через форсунку 1 впрыскивается топливо, которое вследствие высокой температуры сжатого воздуха самовоспламеняется, и цикл повторяется. Таким образом, здесь можно выделить два основных такта — сжатие и расширение (рабочий ход), а такты впуска и выпуска как отдельные самостоятельные такты отсутствуют. Процессы очистки цилиндра от газов и наполнения его воздухом происходят наряду с основными тактами, как бы накладываясь на них. Можно также сделать вывод, что работа двухтактного двигателя без (продувочного насоса невозможна.

      Основным способом повышения мощности современных четырехтактных и двухтактных дизелей является наддув — принудительная подача воздух в цилиндры. Это позволяет сжечь в том же объеме камеры сгорания большее количество топлива и получить соответствующий прирост мощности. Различают механический и газотурбинный наддув. При механическом способе наддува воздушный нагнетатель приводится в действие от коленчатого вала дизеля с затратой части его мощности. Более совершенным является газотурбинный наддув, когда нагнетатель приводится в действие газовой турбиной, работающей на выпускных газах дизеля.

      Конструкция четырехтактного дизеля и общая компоновка его основных узлов и деталей показаны на рис. 54. В состав неподвижных деталей, образующих остов двигателя, входят фундаментная рама 1, станина (картер) 2, блок цилиндров 3 и крышки цилиндров 4. Полость, образованная станиной 2 и фундаментной рамой 1, называется картерным пространством, а сама станина, присоединенная болтами к фундаментной раме, образует картер.

      В состав подвижных деталей, образующих кривошипно-шатунный механизм, входят поршень 9, поршневые кольца 8, поршневой палец 10, шатун 11, коленчатый вал 16 (поршневые штоки у крейцкопфных двигателей), маховик и др.

      Механизм газораспределения состоит из впускных и выпускных клапанов 6 с пружинами, деталей привода клапанов (штанг толкателей) 7, роликов 12 толкателей, распределительного вала 13 с ведомой шестерней 18, кулачковых шайб 14 и шестерен 15 и 17 привода распределительного вала клапанных рычагов 5.

      www.stroitelstvo-new.ru

      СУДОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ И ДВИЖИТЕЛИ

      СУДОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ И ДВИЖИТЕЛИ, устройства для обеспечения движения кораблей, катеров и других судов. К движителям относятся гребной винт и гребное колесо. В качестве судовых энергетических установок используются, как правило, паровые машины и турбины, газовые турбины и двигатели внутреннего сгорания, в основном дизельные. На крупных и мощных специализированных судах типа ледоколов и подводных лодок часто применяются атомные энергетические установки.

      По-видимому, первым предложил использовать энергию пара для движения судов Леонардо да Винчи (1452–1519). В 1705 Т.Ньюкомен (Англия) запатентовал первую довольно эффективную паровую машину, но его попытки использовать возвратно-поступательное движение поршня для вращения гребного колеса оказались неудачными.

      ТИПЫ СУДОВЫХ УСТАНОВОК

      Пар – традиционный источник энергии для движения судов. Пар получают при сжигании топлива в водотрубных котлах. Чаще других применяются двухбарабанные водотрубные котлы. В этих котлах имеются топки с водоохлаждаемыми стенками, пароперегреватели, экономайзеры, а иногда и воздухоподогреватели. Их КПД достигает 88%. См. также КОТЕЛ ПАРОВОЙ.

      Дизели впервые появились в качестве судовых двигателей в 1903. Расход топлива в судовых дизелях составляет 0,25–0,3 кг/кВт Ч ч, а паровые машины расходуют 0,3–0,5 кг/кВт Ч ч в зависимости от конструкции двигателя, привода и других конструктивных особенностей. Дизели, особенно в сочетании с электроприводом, очень удобны для применения на паромах и буксирах, поскольку обеспечивают высокую маневренность. См. также ДВИГАТЕЛЬ ТЕПЛОВОЙ.

      Поршневые паровые машины.

      Времена поршневых машин, когда-то служивших самым разнообразным целям, прошли. По КПД они существенно уступают как паровым турбинам, так и дизелям. На тех судах, где еще стоят паровые машины, – это компаунд-машины: пар расширяется последовательно в трех или даже четырех цилиндрах. Поршни всех цилиндров работают на один вал.

      Паровые турбины.

      Судовые паровые турбины обычно состоят из двух каскадов: высокого и низкого давления, каждый из которых через понижающий редуктор вращает вал гребного винта. На военно-морских судах часто дополнительно ставят небольшие турбины для крейсерского режима, которые используют для повышения экономичности, а при максимальных скоростях включаются мощные турбины. Каскад высокого давления вращается со скоростью 5000 об/мин. См. также ТУРБИНА.

      На современных паровых судах питательная вода из конденсаторов в подогреватели подается через несколько ступеней нагрева. Нагрев производится за счет тепла рабочего тела турбины и отходящих топочных газов, обтекающих экономайзер.

      Почти все вспомогательное оборудование имеет электрический привод. Электрогенераторы с приводом от паровых турбин обычно вырабатывают постоянный ток напряжением 250 В. Используется и переменный ток.

      Если передача мощности от турбины на винт осуществляется через редуктор, то для обеспечения заднего хода (обратное вращение винта) применяется дополнительная небольшая турбина. Мощность на валу при обратном вращении составляет 20–40% основной мощности.

      Электропривод от турбины к гребному винту был очень популярен в 1930-е годы. В этом случае турбина вращает высокооборотный генератор, а выработанная электроэнергия передается на малооборотные электродвигатели, которые вращают гребной вал. КПД зубчатой передачи (редуктора) примерно 97,5%, электропривода – около 90%. В случае электропривода обратное вращение обеспечивается просто переключением полярности.

      Газовые турбины.

      Газовые турбины появились на судах значительно позже, чем в авиации, поскольку выигрыш в весе в судостроении не так важен, и этот выигрыш не перевешивал высокую стоимость и сложность монтажа и эксплуатации первых газовых турбин. См. также АВИАЦИОННАЯ СИЛОВАЯ УСТАНОВКА.

      Газовые турбины используют на судах не только как главные двигатели; они нашли применение в качестве приводов для пожарных насосов и вспомогательных электрогенераторов, где выгодны их небольшой вес, компактность и быстрый запуск. В военно-морском флоте газовые турбины широко применяются на небольших скоростных судах: десантных катерах, минных тральщиках, судах на подводных крыльях; на больших кораблях их используют для получения максимальной мощности.

      Современные газовые турбины обладают приемлемым уровнем надежности, стоимости эксплуатации и производства. Учитывая их малый вес, компактность и быстрый запуск, они во многих случаях становятся конкурентоспособными с дизелями и паровыми турбинами.

      Дизельные двигатели.

      Впервые дизель как судовой двигатель был установлен на «Вандале» в Санкт-Петербурге (1903). Это произошло всего через 6 лет после изобретения Дизелем своего двигателя. На «Вандале», ходившем по Волге, было два гребных винта; каждый винт устанавливался на одном валу с 75-кВт электродвигателем. Электроэнергия вырабатывалась двумя дизель-генераторами. Трехцилиндровые дизели мощностью по 90 кВт имели постоянную частоту вращения (240 об/мин). Мощность от них нельзя было передавать непосредственно на гребной вал, поскольку не было реверса.

      Пробная эксплуатация «Вандала» опровергла общее мнение, что дизели нельзя применять на судах из-за опасности вибраций и высоких давлений. Более того, расход топлива составил только 20% от расхода топлива на пароходах того же водоизмещения.

      Внедрение дизелей.

      За десять лет, прошедших после установки первого дизеля на речное судно, эти двигатели подверглись значительному усовершенствованию. Увеличилась их мощность за счет повышения числа оборотов, увеличения диаметра цилиндра, удлинения хода поршня, а также разработки двухтактных двигателей.

      Число оборотов существующих дизелей составляет от 100 до 2000 об/мин; высокооборотные дизели применяются на небольших быстроходных катерах и во вспомогательных дизель-генераторных системах. Их мощность варьируется в столь же широком диапазоне (10–20 000 кВт). В последние годы появились дизели с наддувом, что увеличивает их мощность примерно на 20%.

      Сравнение дизельных двигателей с паровыми.

      Дизели имеют преимущество над паровыми двигателями на небольших судах благодаря своей компактности; кроме того, они легче при одинаковой мощности. Дизели расходуют меньше топлива на единицу мощности; правда, дизельное топливо дороже топочного. Расход дизельного топлива можно уменьшить дожиганием отработанных газов. На выбор энергетической установки влияет и тип судна. Дизельные двигатели запускаются гораздо быстрее: их не надо предварительно разогревать. Это очень важное преимущество для портовых судов и вспомогательных или резервных силовых установок. Однако есть преимущества и у паротурбинных установок, которые надежнее в эксплуатации, способны длительное время работать без регламентного обслуживания, отличаются меньшим уровнем вибраций благодаря отсутствию возвратно-поступательного движения.

      Судовые дизели.

      Судовые дизели отличаются от прочих дизелей только вспомогательными элементами. Они непосредственно либо через редуктор вращают гребной вал и должны обеспечивать обратное вращение. В четырехтактных двигателях для этого служит дополнительная муфта обратного хода, которая входит в зацепление при необходимости обратного вращения. В двухтактных двигателях с обеспечением обратного вращения проще, поскольку последовательность работы клапанов определяется положением поршня в соответствующем цилиндре. В небольших двигателях обратное вращение получают с помощью муфты сцепления и зубчатой передачи. На некоторых сторожевых кораблях и амфибиях длиной менее 60 м ставят реверсивные гребные винты (см. ниже). Для того чтобы число оборотов двигателя не превысило безопасный предел, все двигатели оборудованы ограничителями частоты вращения.

      Электрическая тяга.

      Термином «суда с электрической тягой» называют суда, у которых одним из элементов системы преобразования энергии топлива в механическую энергию вращения гребного вала является электрическая машина. Один или несколько электродвигателей соединяются с валом винта напрямую или через редуктор. Питание электродвигателей осуществляется от электрогенераторов, приводом которых служит паровая или газовая турбина либо дизель. На подводных лодках в подводном положении питание электродвигателей осуществляется от аккумуляторов, а в надводном – от дизель-генераторов. Электрические машины постоянного тока обычно устанавливаются на небольших и на высокоманевренных судах. Машины переменного тока используются на океанских лайнерах.

      Турбоэлектроходы.

      На рис. 1 представлена схема турбоэлектропривода с котельной установкой для получения пара. Пар вращает турбину, которая, в свою очередь, вращает электрогенератор. Выработанная электроэнергия подается на электродвигатели, которые связаны с гребным валом. Обычно каждый турбогенератор работает на один электродвигатель, который вращает свой винт. Однако такая схема позволяет легко подсоединить к одному турбогенератору несколько электродвигателей, а следовательно, несколько гребных винтов.

      Судовые турбогенераторы переменного тока могут вырабатывать ток с частотой в пределах 25–100% максимальной, но не более 100 Гц. Генераторы переменного тока вырабатывают ток напряжением до 6000 В, постоянного – до

      Дизельэлектроходы.

      Дизельэлектрический привод по существу не отличается от турбоэлектрического, за исключением того, что котельная установка и паровая турбина заменены дизельным двигателем.

      На небольших судах обычно на каждый винт работают один дизель-генератор и один электродвигатель, однако при необходимости можно отключить один дизель-генератор для экономии или включить дополнительный для увеличения мощности и скорости.

      КПД. Электродвигатели постоянного тока на низких оборотах создают больший крутящий момент, чем турбины и дизели с механической передачей. Кроме того, у двигателей и постоянного и переменного тока крутящий момент одинаков как при прямом, так и при обратном вращении.

      Полный КПД турбоэлектропривода (отношение мощности на гребном валу к энергии топлива, выделяющейся в единицу времени) ниже, чем КПД турбинного привода, хотя турбина и соединена с гребным валом через два понижающих редуктора. Турбоэлектропривод тяжелее и дороже механического турбинного привода. Полный КПД дизельэлектропривода примерно такой же, как у механического турбинного привода. Каждый тип привода имеет свои достоинства и недостатки. Поэтому выбор типа двигательной установки определяется типом судна и условиями его эксплуатации.

      Электроиндукционная муфта.

      В этом случае передача мощности от двигателя к гребному винту производится электромагнитным полем. Принципиально такой привод подобен обычному асинхронному электродвигателю, за исключением того, что и статор и якорь электродвигателя в электромагнитном приводе сделаны вращающимися; один из них связан с валом двигателя, а другой – с гребным валом. Элемент, связанный с двигателем, представляет собой обмотку возбуждения, которая питается от внешнего источника постоянного тока и создает электромагнитное поле. Элемент, связанный с гребным валом, представляет собой короткозамкнутую обмотку без внешнего питания. Оба элемента разделены воздушным промежутком. Вращающееся магнитное поле возбуждает в обмотке второго элемента ток, что заставляет этот элемент вращаться, но всегда медленнее (со скольжением), чем первый элемент. Возникающий крутящий момент пропорционален разности частот вращения этих элементов. Выключение тока возбуждения в первичной обмотке «разъединяет» эти элементы. Частоту вращения второго элемента можно регулировать, меняя ток возбуждения. При одном дизельном двигателе на судне использование электромагнитного привода позволяет снизить вибрации благодаря отсутствию механической связи двигателя с гребным валом; при нескольких дизельных двигателях такой привод повышает маневренность судна за счет переключения гребных винтов, поскольку направление их вращения легко изменить.

      Атомные энергетические установки.

      На судах с атомными энергетическими установками главным источником энергии является ядерный реактор. Тепло, выделяющееся в процессе деления ядерного горючего, служит для генерации пара, поступающего затем в паровую турбину. См. АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА.

      В реакторной установке, как и в обычном паровом котле, имеются насосы, теплообменники и другое вспомогательное оборудование. Особенностью ядерного реактора является его радиоактивное излучение, которое требует специальной защиты обслуживающего персонала.

      Безопасность.

      Вокруг реактора приходится ставить массивную биологическую защиту. Обычные защитные материалы от радиоактивного излучения – бетон, свинец, вода, пластмассы и сталь.

      Существует проблема хранения жидких и газообразных радиоактивных отходов. Жидкие отходы хранятся в специальных емкостях, а газообразные поглощаются активированным древесным углем. Затем отходы переправляются на берег на предприятия по их переработке.

      Судовые ядерные реакторы.

      Основными элементами ядерного реактора являются стержни с делящимся веществом (ТВЭЛы), управляющие стержни, охладитель (теплоноситель), замедлитель и отражатель. Эти элементы заключены в герметичный корпус и расположены так, чтобы обеспечить управляемую ядерную реакцию и отвод выделяющегося тепла.

      Горючим может быть уран-235, плутоний либо их смесь; эти элементы могут быть химически связаны с иными элементами, быть в жидкой или твердой фазе. Для охлаждения реактора используется тяжелая или легкая вода, жидкие металлы, органические соединения или газы. Теплоноситель может быть использован для передачи тепла другому рабочему телу и производства пара, а может использоваться непосредственно для вращения турбины. Замедлитель служит для уменьшения скорости образующихся нейтронов до значения, наиболее эффективного для реакции деления. Отражатель возвращает в активную зону нейтроны. Замедлителем и отражателем обычно служат тяжелая и легкая вода, жидкие металлы, графит и бериллий.

      На всех военно-морских судах, на первом атомном ледоколе «Ленин», на первом грузо-пассажирском судне «Саванна» стоят энергетические установки, выполненные по двухконтурной схеме. В первичном контуре такого реактора вода находится под давлением до 13 МПа и поэтому не вскипает при температуре 270 ° С, обычной для тракта охлаждения реактора. Вода, нагретая в первичном контуре, служит теплоносителем для производства пара во вторичном контуре.

      В первичном контуре могут использоваться и жидкие металлы. Такая схема применена на подводной лодке ВМС США «Си Вулф», где теплоносителем является смесь жидкого натрия с жидким калием. Давление в системе такой схемы сравнительно невелико. Это же преимущество можно реализовать, используя в качестве теплоносителя парафинообразные органические вещества – дифенилы и трифенилы. В первом случае недостатком является проблема коррозии, а во втором – образование смолистых отложений.

      Существуют одноконтурные схемы, в которых рабочее тело, нагретое в реакторе, циркулирует между ним и главным двигателем. По одноконтурной схеме работают газоохлаждаемые реакторы. Рабочим телом служит газ, например, гелий, который нагревается в реакторе, а затем вращает газовую турбину.

      Ее главная функция – обеспечить защиту экипажа и оборудования от излучения, испускаемого реактором и другими элементами, имеющими контакт с радиоактивными веществами. Это излучение делится на две категории: нейтроны, выделяющиеся при делении ядер, и гамма-излучение, возникающее в активной зоне и в активированных материалах.

      В общем случае на судах имеются две защитные оболочки. Первая расположена непосредственно вокруг корпуса реактора. Вторичная (биологическая) защита охватывает парогенераторное оборудование, систему очистки и емкости для отходов. Первичная защита поглощает большую часть нейтронов и гамма-излучение реактора. Это снижает радиоактивность вспомогательного оборудования реактора.

      Первичная защита может представлять собой двухоболочечный герметичный резервуар с пространством между оболочками, заполненным водой, и наружным свинцовым экраном толщиной от 2 до 10 см. Вода поглощает большую часть нейтронов, а гамма-излучение частично поглощается стенками корпуса, водой и свинцом.

      Основная функция вторичной защиты – снизить излучение радиоактивного изотопа азота 16 N, который образуется в теплоносителе, прошедшем через реактор. Для вторичной защиты используются емкости с водой, бетон, свинец и полиэтилен.

      Экономичность судов с атомными энергетическими установками.

      Для боевых кораблей стоимость постройки и эксплуатационные расходы имеют меньшее значение, чем преимущества почти неограниченной дальности плавания, большей энерговооруженности и скорости кораблей, компактности установки и сокращения обслуживающего персонала. Эти достоинства атомных энергетических установок обусловили их широкое применение на подводных лодках. Оправданно и применение энергии атома на ледоколах.

      СУДОВЫЕ ДВИЖИТЕЛИ

      Существует четыре основных вида судовых движителей: водометные движители, гребные колеса, гребные винты (в том числе с направляющей насадкой) и крыльчатый движитель.

      Водометный движитель.

      Водометный движитель – это, по существу, просто поршневой или центробежный насос, который засасывает воду через отверстие в носу или днище корабля и выбрасывает через сопла в кормовой его части. Создаваемый упор (сила тяги) определяется разностью количеств движения струи воды на выходе и входе в движитель. Водометный движитель был впервые предложен и запатентован Тугудом и Хейсом в Англии в 1661. Позднее разные варианты такого двигателя предлагали многие, но все конструкции были неудачными из-за низкого КПД. Водометный движитель применяется в некоторых случаях, когда низкий КПД компенсирутся преимуществами в других отношениях, например для плавания по мелководным или засоренным рекам.

      Гребное колесо.

      Гребное колесо в самом простом случае – это широкое колесо, у которого по периферии установлены лопасти. В более совершенных конструкциях лопасти могут поворачиваться относительно колеса так, чтобы они создавали нужную пропульсивную силу при минимальных потерях. Ось вращения колеса расположена выше уровня воды, и погружена лишь его небольшая часть, поэтому в каждый данный момент времени только несколько лопастей создают упор. КПД гребного колеса, вообще говоря, возрастает с увеличением его диаметра; не редкость значения диаметра 6 м и более. Частота вращения большого колеса получается низкой. Невысокое число оборотов соответствовало возможностям первых паровых машин; однако со временем машины совершенствовались, их скорости возросли, и малые обороты колеса стали серьезным препятствием. В итоге гребные колеса уступили место гребным винтам.

      Гребные винты.

      Еще древние египтяне использовали винт для подачи воды из Нила. Есть свидетельства, что в средневековом Китае для движения судов использовали винт с ручным приводом. В Европе винт в качестве судового движителя впервые предложил Р.Гук (1680).

      Конструкция и характеристики.

      Современный гребной винт обычно имеет несколько лопастей примерно эллиптической формы, равномерно расположенных на центральной втулке. Поверхность лопасти, обращенную вперед, в нос судна, называют засасывающей, обращенную назад – нагнетающей. Засасывающая поверхность лопасти выпуклая, нагнетающая – обычно почти плоская. На рис. 2 схематично показана типичная лопасть гребного винта. Осевое перемещение винтовой поверхности за один оборот называют шагом p; произведение шага на число оборотов в секунду pn – осевая скорость лопасти винта нулевой толщины в недеформируемой среде. Разность (pnv0), где v0 – истинная осевая скорость винта, характеризует меру деформируемости среды, называемую скольжением. Отношение (pnv0)/pn – относительное скольжение. Это отношение – один из основных параметров гребного винта.

      Важнейшим параметром, определяющим рабочие характеристики гребного винта, является отношение шага винта к его диаметру. Следующие по значимости – количество лопастей, их ширина, толщина и форма, форма профиля и дисковое отношение (отношение суммарной площади лопастей к площади описывающего их круга) и отношение диаметра втулки к диаметру винта. Экспериментально определены диапазоны изменения этих параметров, обеспечивающие хорошие рабочие характеристики: шаговое отношение (отношение шага винта к его диаметру) 0,6–1,5, отношение максимальной ширины лопасти к диаметру винта 0,20–0,50, отношение максимальной толщины лопасти вблизи втулки к диаметру 0,04–0,05, отношение диаметра втулки к диаметру винта 0,18–0,22. Форма лопасти обычно яйцевидная, а форма профиля – плавно обтекаемая, очень похожая на профиль крыла самолета. Размеры современных гребных винтов варьируются от 20 см до 6 м и более. Мощность, развиваемая винтом, может составлять доли киловатта, а может превышать 40 000 кВт; соответственно, частота вращения лежит в диапазоне от 2000 об/мин для малых винтов до 60 для больших. КПД хороших винтов составляет 0,60–0,75 в зависимости от шагового отношения, числа лопастей и других параметров.

      Применение.

      На судах ставят один, два или четыре гребных винта в зависимости от размеров судна и требуемой мощности. Одиночный винт обеспечивает более высокий КПД, поскольку отсутствует интерференция и часть энергии, затрачиваемой на движение судна, восстанавливается гребным винтом. Это восстановление выше, если гребной винт установлен в середине спутной струи сразу за ахтерштевнем. Некоторое увеличение пропульсивной силы может быть достигнуто с помощью разрезного руля, для чего верхнюю и нижнюю части руля немного отклоняют в противоположные стороны (соответственно вращению винта), с тем чтобы использовать поперечную составляющую скорости струи после винта для создания дополнительной составляющей силы в направлении движения судна. Применение нескольких винтов увеличивает маневренность судна и возможности поворота без использования рулей, когда винты создают упор в разных направлениях. Как правило, реверсирование упора (изменение направления действия пропульсивной силы на обратное) достигается реверсированием вращения гребных двигателей, но существуют и специальные реверсивные винты, которые позволяют реверсировать упор без изменения направления вращения валов; это достигается поворотом лопастей относительно втулки с помощью механизма, расположенного во втулке и приводимого в действие через полый вал. Гребные винты изготавливают из бронзы, отливают из стали или чугуна. Для работы в соленой воде предпочтительнее сплав бронзы, легированной марганцем, поскольку он хорошо поддается шлифованию и успешно противостоит кавитации и воздействию соленой воды. Спроектированы и созданы высокоскоростные суперкавитирующие винты, у которых вся засасывающая поверхность занята зоной кавитации. При малых скоростях такие винты обладают несколько меньшим КПД, однако они значительно эффективнее обычных при высоких скоростях. См. также КАВИТАЦИЯ.

      Винт с направляющей насадкой.

      Винт с насадкой – обычный винт, установленный в коротком сопле, – изобретен немецким инженером Л.Кортом. Насадка жестко соединена с корпусом судна или выполнена с ним как одно целое.

      Принцип действия.

      Был сделан ряд попыток установить винт в трубе для улучшения его рабочих характеристик. В 1925 Корт обобщил результаты этих исследований и существенно усовершенствовал конструкцию: он превратил трубу в короткое сопло, диаметр которого на входе был больше, а форма соответствовала аэродинамическому профилю. Корт установил, что такая конструкция обеспечивает значительно больший упор при заданной мощности по сравнению с обычными винтами, поскольку струя, ускоряемая винтом, при наличии насадки сужается в меньшей степени (рис. 3). При одинаковых расходах скорость за винтом с насадкой (v0 + u ў ) меньше, чем за винтом без насадки (v0 + u). Поэтому идеальный КПД винта с насадкой возрастает в отношении (2v0 + u)/(2v0 + u ў ).

      Преимущества.

      Преимущество винта с направляющей насадкой над обычным винтом проверено практикой. Выигрыш выше, когда скорость судна (v0) невелика, а винт тяжело нагружен, т.е. велика скорость скольжения (u). В связи с этим винты с насадкой чаще ставят на буксирах, траулерах и аналогичных судах, которые буксируют тяжелые грузы с малой скоростью. Для таких судов выигрыш на единицу мощности, создаваемый винтом с насадкой, может достигать 30–40%. На быстроходных судах винт с насадкой не имеет преимуществ, поскольку небольшой выигрыш в КПД теряется из-за увеличения сопротивления на насадке.

      Крыльчатые движители.

      Такой движитель представляет собой диск, на котором по периферии перпендикулярно плоскости диска размещены 6–8 лопатообразных лопастей. Диск установлен заподлицо с днищем корабля, а в поток опущены только лопасти движителя. Диск с лопастями вращается относительно своей оси, и, кроме того, лопасти совершают вращательное или колебательное движение относительно своей продольной оси. В результате вращательного и колебательного движений лопастей вода ускоряется в требуемом направлении, и создается упор для движения судна. Такой тип движителя имеет преимущество перед гребным винтом и гребным колесом, поскольку может создавать упор в любом желаемом направлении: вперед, назад и даже вбок без изменения направления вращения двигателя. Поэтому для управления судами с крыльчатым движителем не требуется рулей или других механизмов. Хотя крыльчатые движители не могут заменить гребные винты по универсальности применения, в некоторых специальных случаях они весьма эффективны.

      Акимов Р.Н. и др. Справочник судового механика. М., 1973–1974
      Самсонов В.И. и др. Судовые двигатели внутреннего сгорания. М., 1981
      Овсянников М.К., Петухов В.А. Судовые дизельные установки (спр.). Л., 1986
      Артюшков Л.С. и др. Судовые движители. Л., 1988
      Батырев А.Н. и др. Корабельные ядерные установки зарубежных стран. СПб., 1994

      www.krugosvet.ru

    Популярное:

    • Можно ли оформить доверенность на ипотеку Доверенность на продажу квартиры: виды и способы оформления Доверенность на продажу недвижимости представляет собой документ, в котором собственник (доверитель) передаёт свои полномочия на продажу недвижимости третьему (доверенному) […]
    • Как выглядит заявление о разводе Заявление на развод. Образец заявления на о расторжении брака Заявление на развод пишется в случае расторжения брака между супругами. Куда подавать заявление на развод При решении вопроса о расторжении брака возникает вопрос: где подать […]
    • Ходатайство о практике студентов Учебная практика студентов (бакалавров и специалистов) Виды учебной практики студентов Экономическая и практика менеджера – 6 недель Преддипломная практика – 8 недель ФИНАНСЫ И КРЕДИТ (Специалитет) Преддипломная производственная […]
    • Бланк единого вмененного налога Как с вами связаться? Онлайн-сервисподготовки декларации по ЕНВД за 2018 год Сервис позволяет: Подготовить отчет Сформировать файл Протестировать на ошибки Распечатать отчет Отправить через интернет! Начиная с 1 квартала 2017 […]
    • Какие доплаты к пенсии по старости Социальная доплата к пенсии - кому положена и как рассчитывается Все неработающие пенсионеры имеют право на получение федеральной социальной доплаты к пенсии в случае, если их материальное обеспечение (а это и пенсия и все установленные […]
    • Внешняя дисциплина основана на законах принятых государством Тест на тему: Тест по теме: Для чего нужна дисциплина Тест по теме: Для чего нужна дисциплина Предварительный просмотр: А 1. Определенный порядок поведения людей, отвечающий сложившимся в обществе нормам права и морали или требованиям […]
    • Исковое заявление дтп 2018 Возражение на исковое заявление. Образец. Возражения на исковое заявление – это способ защиты ответчика в суде, представляющий собой изложенные в письменном виде пояснения ответчика, опровергающие требования истца, содержащиеся в иске. […]
    • Гидросфера законы Подводные камни законодательства Российской Федерации в сфере деятельности по вывозу твердых бытовых отходов Под твердыми бытовыми отходами (общепринятое – ТБО) подразумевают предметы, которые не утилизируются в быту и не имеют нужных […]